如何可靠地维护安防、安全和通信系统的电源

在其基本层面上，住宅、商业和工业自动化综合体必须纳入广泛的安防、安全和应急通信系统，以满足保险要求和当地建筑规范，并获得入住证。这些系统共同点是，它们都需要利用 AC 线路电源来产生电压较低的直流工作电源，并且都需要配备高度可靠的备用电池电源。

但是对于现代建筑和标准来说，仅仅提供基本的 AC-DC 电源和备用电源是不够的。全面的、获得规范认证的系统需要各种明确的报警指示，通过开关闭合来提供特定的内部和外部故障条件信号。而且在当今的智能建筑中，系统需要支持各种连接模式；如果这些系统需要满足各种安装、电池类型和其他变化因素的需求，还需具有实际安装和工作模式的灵活性。

有可能使用不同的子系统将 AC-DC 或者 DC-DC 电源、电池充电及管理以及系统监视、管理和报警控制所需的东西组合在一起。这就有可能实现一种完全优化的应用设计。这样做有代价吗？这样做将会很耗时，会提高成本，还会分散对主要应用的注意力。该设计还必须获得相应监管机构的认证，这将增加成本和设计时间。

另一种方法是采用多合一集成电源，既能满足核心性能要求，又能避免从头设计的弊端。

本文在介绍 MEAN WELL 的集成电源解决方案之前，讨论了建筑自动化的电源系统要求。本文将探讨这些复杂的智能电源子系统的特点及应用，以及这些系统如何提供无缝功能集成并实现了灵活性和可编程参数。

对建筑管理和安全电源系统的新要求

商业办公室或大型住宅楼的电源子系统现在需要支持许多功能，有些是为了高效运行，有些则是为了安保。需要电源轨支持的功能包括：

• 消防安全警报器和系统
• 应急通信设备
• 应急照明（由于火灾或其他原因停电）
• 楼宇门禁系统
• 中央火灾报警和安全监控系统

根据建筑物的大小，电源子系统必须支持多个楼层的关键功能，并且是双向支持，当主 AC（或 DC）线路对电池充电时，如果主线路不可用，则电池向各种负载和子系统供电（图 1）。

图 1：许多装置中的电源子系统必须支持多个楼层的需求，同时管理电池充电并在主电源故障时放电。（图片来源：MEAN WELL）

一个主要的考虑因素是对备用电池充电并进行管理，在此过程中必须对其作为不间断电源系统 (UPS) 的关键作用进行响应的监控。这里没有单一的最佳方法，因为现在包括锂电池和铅酸电池在内的电池使用广泛，类型和电容量均各不相同，且电池不同，充电/放电规则也不同。

此外，对于任何 AC-DC 或者 DC-DC 电源来说，除了更传统的标准和建筑规范规定外，还有许多必须满足的标准。由于先进建筑结构在不断增加，以及对技术在智能建筑中的作用的认可，欧洲、美国和中国的机构已颁布了安全和消防系统的安全法规，包括：

• 欧洲标准化委员会 (CEN) EN 54-4：火灾探测和火灾报警系统第 4 部分：电源设备（英国标准BSEN.54-4）。
• 美国：UL2524: ANSI/CAN/UL 建筑内部双向紧急无线电通信增强系统标准。
• 美国：国家防火协会 NFPA 1221: 应急服务通信系统的安装、维护和使用标准。
• 中国：GB 17945-2010: 火灾应急照明和疏散指示系统。

此外，还有通常的基本 AC 安全规定，以及 EN55032 (CISPR32) 和 N61000-3-2 规定的电磁兼容性 (EMC) 排放（传导、辐射、谐波电流和电压闪烁）标准，以及 EN61000-4 规定的 EMC 抗扰性（静电放电 (ESD)、辐射、电快速瞬变 (EFT) 猝发、浪涌、传导和磁场）。

要满足所有这些要求，就意味着电源装置 (PSU) 不再是简单的 AC-DC 或 DC-DC 电源。这种电源装置必须能够提供、监控、管理和支持多种功能，且高度可靠，性能优良（图 2）。

图 2：现代 PSU 有两个主要作用：为各种负载提供电压较低的直流电，同时进行高性能电池管理。（图片来源：MEAN WELL）

封装和安装也很重要

实际尺寸、工作温度范围、冷却和安装注意事项也是重要的 PSU 因素。这些设备一般位于储藏室中，通常空间和冷却都很有限。除了 PSU 和电池，这种储藏室中还可能放置诸如交换机和路由器等用于建筑物的数据和电信设备，所以空间就显得非常重要，而且机架安装的便利性是吸引人的一大亮点。

集成电源解决了建筑电源管理的要求

为了满足建筑自动化设计师对性能、大小、安装和设计简化的要求，MEAN WELL 推出 DRS-240-12 产品，这是一种多合一 12 V/20 A 240 W 电源装置，以及外形更大的 DRS-480-24（24 V/20 A 480 W 电源装置）。DRS-240 系列的其他型号提供不同的电压/电流组合：24 V/10 A、36 V/6.6 A 和 48 V/5 A；对于 DRS-480 系列，则具有 36 V/13.3 A 和 48 V/10A 电流组合。

关于放置和安装的问题，DRS-240 和 DRS-480 装置通过直接安装在使用广泛的行业标准 DIN 导轨上，其型号为 TS-35/7.5 或 15。这不仅简化了安装，还允许将其他系统及其外壳轻松地安装在旁边。此外，DIN 导轨设计意味着所有的连接、指示灯和读数都在前面，不需要在背板或者甚至侧面进行操作。这有利于布线规划、安装、配置、测试和必要的重新布线。

在储藏室中，可用空间很宝贵，所以紧凑的 PSU 外形尺寸极为重要。DRS-240 装置的体积为 86 × 125 × 129 mm（宽×高×深），而 DRS-480 装置为 110 × 125 × 151 mm（图 3）。

图 3：240 W（左）和 480 W 的 DRS（右）装置外形紧凑，安装在标准 DIN 导轨上；480 W 装置的体积稍大。（图片来源：MEAN WELL）

这些柜子和储藏室中的环境条件也对电源的短期和长期性能构成了挑战 。DRS 系列的所有型号采用自由空气对流冷却方式，其额定温度为 -30˚C 至 +70˚C，相对湿度 (RH) 为 20% 至 90%。根据 Telcordia SR-332（Bellcore）的计算，DRS-240 装置的可靠性为 564.7K 小时（最少），根据 MIL-HDBK-217F 的计算，最少为 73.3 K 小时（温度为 25˚C）；DRS-480 装置的相应参数则略小。

线路电源输入导致的 DC 和电池管理输出

考虑到电网变化，以及对全球适用性和安装便利性的期望，输入功率范围也很重要。这些 PSU 指定用于 90 - 305 VAC 和 127 - 431 VDC。这些装置的许多功能专用于充电、放电、状态指示和电池的整体管理（图 4）。

图 4：DRS PSU 的方框图显示了其内部复杂性，以及专门用于电池管理、充/放电、指示灯和保护的电路数量。（图片来源：MEAN WELL）

两级/三级充电曲线和充电电流设置（在 20% ～ 100% 之间）可以通过前面板上的 DIP 开关进行手动调节。可用的最大电池充电电流是特定 DRS 型号的最大输出电流的函数。电池充电算法取决于负载，充电参数的灵活性使 DRS-240/480 能够以最佳方式管理各种铅酸蓄电池和锂电池。

由于电池功能的重要性，该系统还包括低电池电量和反向连接保护的指示灯。这些特点和其他特点相结合，提供了一种坚固、可靠的电池子系统，它可以通过市电充电，也可以在市电不可用时在 10 ms 内切换并提供其额定功率。

会出现故障和问题

不可避免的是，PSU 是否能实现其所有指的定功能会受到内外条件的影响。因此，DRS 装置除了已经提到的低电池电量和反向连接指示外，还包括短路、过载、过压和过温等状况的状态指示。

同样重要的是由 LED 和 Form C 继电器提供的 AC 故障、AC OK、电池低电量、充电器故障和 DC OK 等关键工作条件的明确状态指示（图 5）。Form C 继电器有明显的标记，并提供了一个“干”触点闭合，这是由多个原因造成的（在某些情况下是强制性的）。

图 5：所有用户可在前面板上看到所有的电源连接、指示灯和继电器触点。（图片来源：MEAN WELL）

这些触点闭合是明确的，并具有多个好处。它们长期以来一直在应用中使用，因此与传统的、新型的系统、部件（甚至是诸如外部闪光灯和警铃等基本部件）都兼容并容易集成；它们高度可靠且坚固耐用；开关闭合是系统所能提供的最明确的指示，特别是如果电源出现问题，可能会影响更“电子化”的接口的运行，例如开路集电极输出或甚至固态继电器 (SSR)。

通信也是强制性的

现代 PSU 还必须具有网络连接功能，以便进行高级管理、设置和报告。标准的 DRS 系列 PSU 支持 Modbus 链接，带有 CAN 总线选项，也可以与现有的智能编程装置一起使用。该编程器用于从外部设置与电池充电曲线和模式相关的参数，如恒电流 (CC)、锥度电流 (TC)、恒定电压 (CV) 和浮充电压 (FV)，以适应整个行业使用的许多不同的电池类型（图 6）。

图 6：使用基于 Modbus 的编程器，用户可以设置电池充电的许多细节，以做到与电池大小及其类型实现最佳匹配。（图片来源：MEAN WELL）

尽管 DRS 系列 PSU 特性多，功能丰富，但其实际连接却相当简单。这是一个重要优势，也是实际安装时的优先选择，特别是这些装置往往要使用很多年（图 7）。

图 7：用户看不到 DRS 系列 PSU 的内部复杂性和先进性，他们只需要处理前面板的连接和指示灯。（图片来源：MEAN WELL）

结论

诸如 MEAN WELL DRS-240 和 DRS-480 系列中的电源装置不只是提供基本的 AC-DC 或 DC-DC 转换。这些设备是获得认证的电源管理解决方案，适用于消防安全和建筑安全系统，且包含应急通信设备。如图所示，通过将所有需要的功能集成到一个小型、高效、可靠、易于安装和连接的 DIN 导轨封装中，DRS 产品不仅简化了产品资料、安装和操作，还具有满足一系列监管规范所需的功能、特性和性能。

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