咨询QQ:
      杂志订阅

      编辑

      网管

      培训班

      市场部

      发行部

电话服务:
 010-82024984
 010-82024981
欢迎, 客人   会员中心   帮助   合订本   发布信息
设为首页 | 收藏本页
无损充电及微功耗电驱动系统(三)
  • 介绍蓄电池的无损充电及自行车、汽车、火车的微功耗电驱动系统。“整体串联恒流、单体并联恒压”的充电方法,实现无损耗充电。
  • ")); 无损充电及微功耗电驱动系统 

     郁百超
      
      (湖北省电力信息通信公司,湖北武汉430077)
      
      摘要:介绍蓄电池的无损充电及自行车、汽车、火车的微功耗电驱动系统。“整体串联恒流、单体并联恒压”的充电方法,实现无损耗充电。无损的含意有两层,一是充电功率基本无损耗,二是电池本身在充放电过程中完全无损害,该无损充电机仅由简单电路实现,无过充、过热、过放、过流、短路现象,充电终了时所有单体电池的端电压完全相等;“只需把输入功率中的极小部分进行传统功率变换,就可以全部转换成输出功率”,实现了微功耗电驱动,即输入功率中绝大部分既不必进行实际的功率变换,也不必通过磁芯变压器或电感传递,直接到达输出端而成为输出功率,该微功耗电驱动系统的主功率器件不采用脉宽调制(PWM),电路简单,功耗极小而寿命极长,其成本、体积、重量、功耗都是传统电驱动系统的十分之一。
      
      关键词:交流变频器;直流变幅器;无损充电;微功耗;整流升压器;微分逆变器  

    2.3电压切割电路[7]
      
      图13电压切割电路,V3是N型MOS管Q2的栅极驱动信号,频率100KHz,T1是P型MOS管,其栅极驱动信号V1与V3相同,极性相反,V2=13.5V是输入电压,要求输出电压Vo=12V。
      
      当V3为高电平时,T2饱和导通,输入直流电压V2经过电阻R1对电感L1充电,L1上的电流线性增加,同时存贮电能,在此期间,T2的源极电压,即输出电压Vo被栅极驱动信号钳位,电感L1上的电压由V2的脉宽决定。
      
      当V3为低电平时,T2截止,输入电压V2和电感L1上的电压叠加后通过二极管D1对电容C1充电,充电终了时,电容C1上的电压高于输入电压V2。当下一个周期到来的时候,电容C1上的电压与输入电压V2经过电阻R1共同对电感L1充电,充电过程已于前述。电容C2对输出电压Vo起平滑作用,由于T2的源极电压跟踪栅极电位,所以其栅极驱动信号的幅值应比输出电压Vo高一个栅源电压Vgs。
      
      MOS管T2饱和导通期间,输入电压V2=13.5V,输出电压Vo=12V,忽略T2管压降,则电感L1上的压降应略高于1.5V,MOS管T2截止期间,L1上的压降极性反转,与输入电压V2叠加(约15V),使电容C1上的电压充至大于输入电压V2,由于T1、T2同步,到下一个周期开始时,电容C1上的电压与输入电压V2同时通过相同的路径对L1充电,在负载电阻R1上产生输出电压Vo。由于在周期开始时,电容C1上的电压高于输入电压V2,电容C1上的电压一方面通过L1、T2、R1放电,另一方面对蓄电池充电。当C1上的电压放电到低于输入电压V2后,由V2单独对L1充电。


      
      
      上述过程周而复始,MOS管T2饱和导通期间,相当于把输入电压13.5V中的12V切割下来作为输出电压Vo,MOS管T2截止期间,剩下的1.5V加上输入电压13.5V共15V存放在电容C1中,当下一个周期开始时,存放在电容C1中的15V电压与输入电压一起,在对L1充电的同时,还在负载电阻R1上形成输出电压Vo。在整个过程中,13.5V输入电压中的12V直接成为输出功率,这部份功率的变换效率可视为100%,剩余1.5V被转移到电容C1中,进行再生或反馈。
      
      MOS管T2栅极驱动信号是高频方波,其源极接有负载电阻R1和滤波大电容C2,对于高频信号而言,Q2的源极相当于接地,因此实际进行或参与PWM脉宽调制的电压仅仅只有1.5V,而输出电压却是12V,直接印证了“只要把输入功率中的极小部份进行功率变换,就可以得到全部输出功率,即输入功率中的绝大部份既不必参与实际的功率变换,也不必通过磁芯变压器或电感传递,直接到达输出端,成为输出功率”。图13右边是电压切割电路各点电压的仿真波形,从上到下依次是:输入电压Vi、输出电压Vo。
      
      2.4电压补偿电路[7]
      
      图14是直流电压补偿电路,设输入电压Vi=10.5V,要求输出电压Vo=12V,该电路产生一个补偿电压Vc=1.5V,叠加在输入电压之上,使得输出电压等于12V。V2是功率MOS管T2的栅极驱动信号,是100KHz的方波信号,V1是输入直流电压。电路启动后,T2饱和导通,电池电压V1通过T2的漏源极向电感L1充电,电感电流线性增加,电感中存贮的能量不断增多,与此同时,电容C2上的电压向负载R2放电。半个周期后,T2截止,存贮在电感L1中的电能通过T1的体内二极管向电容C1充电。C1上的电压叠加在电池电压V1之上,在向负载电阻R2供电的同时,也向电容C2充电。图13右边是各点电压的仿真波形,从上到下依次是:输出电压Vo、输入电压Vi、补偿电压Vc。从图可以看到,输出电压Vo(12V),是输入电压Vi(10.5V)和补偿电压Vc(1.5V)之和。


      
      
      功率MOS管T1没有驱动信号,那是因为只利用功率MOS管T1体内二极管的正向特性,其饱和压降小,通过电流大。图14右边是各点电压的仿真波形,从上到下依次是:输出电压Vo,输入电压Vi,补偿电压Vc。
      
      2.5变幅器实际电路[8]


      
      图15是接有PWM控制芯片UC1825的变幅器实际电路。功率MOS管T1、T2、电感L1、二极管D2、电阻R16电容C18等组成了电压切割电路,与图13电路相同,功率MOS管T3、T4、电感L1、二极管D3、电容C2等组成了电压补偿电路,与图14电路相同。比较器U2、U3对输入电压V2进行比较,V2经过电阻R1、R19分压后得到参考电压Vz,Vz同时接U2的同相输入端和U3的反相输入端,当代表输入电压V2的参考电压Vz大于U2反相端参考电压Vx时(调节电阻R2、R7,使得Vx对应输出电压Vo的上限),U2输出高电平,S1接通,脉宽调制芯片驱动信号输出脚OUT_A接到功率MOS管Q2的栅极,进行电压切割操作,使输出电压Vo小于其上限电压,与此同时,U2输出的高电平通过二极管D1、R7加到三极管T3的基极,T3饱和导通,其集电极低电平,开关S2断开;当代表输入电压Vi的参考电压Vz小于U3同相端参考电压Vy时(调节电阻R12、R23,使得Vy对应输出电压Vo的下限),U3输出高电平,S3接通,脉宽调制芯片驱动信号输出脚OUT_A接到功率MOS管T4的栅极,进行电压补偿操作,使输出电压Vo大于其下限电压,与此同时,U3输出的高电平通过二极管D2、R15加到三极管T3的基极,T3饱和导通,其集电极低电平,开关S2断开;当代表输入电压Vi的参考电压Vz小于U2反相端参考电压Vx,大于U3反相端参考电压Vy时,U2、U3都输出低电平,T3截止,其集电极输出高电平,S2接通,18V电压V1接到T2的栅极,T2饱和导通,输入电压Vi通过TX1的原边输出,使输出电压Vo保持Vo的上、下限之间。
      
      上述控制过程的结果是:输入电压Vz大于基准电压Vx、小于基准电压Vy时,微功耗直流稳压器进行电压切割或电压补偿操作,使输出电压Vo保持在额定范围之内,即输出电压Vo保持在以基准电压为中心的一个范围内变化,Vx、Vy的幅值代表了这个变化范围,由于电压Vx、Vy的幅值是可以人为设置的,所以输出电压Vo的变化范围(精度或调整率)也是可以人为设置的。
      
      电压切割电路的输出端T2的源极,和电压补偿电路的输出端(T1的漏极和电阻R13)接在一起,共同组成整机的输出端Vo,当输入电压Vz大于Vx、小于Vy时,开关S1、S3不动作,脉宽驱动信号OUT_A加不到T2、T4的栅极,在此期间,开关S2动作,高电平V1加到电压切割电路的功率MOS管T2的栅极,使得T2常通,成为一个直流开关,输入电压Vi通过饱和导通的T2漏源极直接到达输出端Vo。
      

    (未完待续)

    【红尘有你】
     

  •