一種新型恒功率開關(guān)整流器

一種新型恒功率開關(guān)整流器

摘要：介紹一種新型的恒功率整流器。與常用的恒流整流器相比較，可節(jié)約25％以上的投資，并能為已放電的蓄電池提供更大的充電電流，從而提高充電速度。關(guān)鍵詞：恒功率開關(guān)整流器

A New Type of Constant－ power Switching Mode Rectifier

Abstract: This paper introduced a new type of constant－ power switching mode rectifier,compared with ordinary constant－ current rectifier.It can save investment more than 25％ in power supply systems.It can also supply bigger current to discharged battery ,thus decrease battery rechargeing time.

Keywords:Constant power Switching mode rectifier

1引言

新型的智能恒功率高頻開關(guān)電源系列產(chǎn)品，輸出電壓有24V、48V、60V，輸出電流從10A至3600A。恒功率整流器包括750W、1500W、1700W、1900W、3000W及7000W系列。

　　整流器的恒功率輸出特性，與現(xiàn)代通信設(shè)備的恒功率負(fù)載特性相匹配。因?yàn)楝F(xiàn)代電信用整流器，既要向電信負(fù)載供電，又要向與負(fù)載并接的蓄電池充電。當(dāng)恒功率負(fù)載電壓比正常工作電壓低時(shí)，需吸收更大的電流，呈恒功率負(fù)載特性，這與線性負(fù)載隨電壓下降而電流也下降有很大差別。

　　目前，開關(guān)電源市場(chǎng)大都采用恒流整流器的開關(guān)電源系統(tǒng)。為考慮到給已放電的蓄電池在某一特定的充電時(shí)間內(nèi)進(jìn)行充電，電源系統(tǒng)的額定輸出功率僅僅考慮電信設(shè)備所需的最大負(fù)載功率是不夠的。究竟電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)多大的功率，通常依據(jù)所需的最大負(fù)載、停電后蓄電池放電的安時(shí)數(shù)及恢復(fù)蓄電池容量所需的充電時(shí)間等三個(gè)因素來(lái)考慮。如果考慮可靠性n＋1冗余，一般要留出33％～45％額定功率給停電后已放電的蓄電池再充電，這也就相當(dāng)于電源系統(tǒng)中33％以上的整流模塊長(zhǎng)期處在等候備用狀態(tài)而未被充分利用。顯然，這種電源系統(tǒng)設(shè)備不是最優(yōu)設(shè)計(jì)?！　『愎β收髌鞯拈_關(guān)電源系統(tǒng)，一般只需考慮電信設(shè)備最大負(fù)載和一個(gè)整流模塊的冗余就可以確定電源系統(tǒng)的額定輸出功率。恒功率整流器其突出特點(diǎn)是在整個(gè)輸出電壓范圍內(nèi)，在蓄電池低電壓時(shí)，仍能輸出額定功率，即在低電壓時(shí)，電源系統(tǒng)輸出更大的電流，從而可以減少電源系統(tǒng)中所需整流器的數(shù)目，并能為已放電的蓄電池提供更大的充電電流，從而提高充電速度。這種新型的恒功率整流器設(shè)計(jì)的智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)，在通信電源的構(gòu)思上是一個(gè)飛躍，也是現(xiàn)代通信設(shè)備供電的最優(yōu)選擇。

2簡(jiǎn)單的電源結(jié)構(gòu)

　　圖1為恒流整流器向恒功率負(fù)載供電簡(jiǎn)圖，其工作過(guò)程如圖2所示。

圖1恒流整流器向恒功率負(fù)載供電

圖2恒流整流器與恒功率負(fù)載的工作情況

　　假定整流器正常工作電壓為53.5V，電流為24A。市電停電后，蓄電池向負(fù)載供電，工作點(diǎn)將沿著負(fù)載功率雙曲線逐漸下降，直至工作點(diǎn)（44V，29A）時(shí)，蓄電池已臨近放電完畢。假定此時(shí)市電來(lái)電，在44V的情況下，負(fù)載所需的一部分電流（25A）將由整流器供給，而負(fù)載的另一部分電流（4A），將強(qiáng)迫蓄電池繼續(xù)放電供給。出現(xiàn)這種情況是嚴(yán)重的，因?yàn)樾铍姵匾烟幵谶^(guò)放電狀態(tài)，如果不將整流器容量適當(dāng)加大，這就有蓄電池遭損壞的潛在危險(xiǎn)。

　　現(xiàn)在來(lái)討論另一種情況：把一個(gè)恒功率整流器接到如上所述的恒功率負(fù)載，其工作過(guò)程見圖3。正常工作點(diǎn)仍為53.5V，24A，市電停電后，工作點(diǎn)將向右沿著恒功率負(fù)載雙曲線下滑。再假定市電恢復(fù)時(shí)，蓄電池電壓為44V?？梢钥闯?，所需的總負(fù)載電流29A全部由整流器供給，而且整流器還多出5A向蓄電池充電，其電壓迅速上升至48V。在這個(gè)工作點(diǎn)，整流器向負(fù)載供電27A，整流器仍可多出5A繼續(xù)向蓄電池充電。這與以前情況有很大不同：市電來(lái)電后，蓄電池停止放電，并立即得到再充電，使工作點(diǎn)沿恒功率負(fù)載雙曲線向上移動(dòng)，直到正常工作點(diǎn)（53.5V，24A）。值得注意的是，恒功率整流器的再充電是比較穩(wěn)定的，而且蓄電池再充電時(shí)間被縮短。因此，恒功率負(fù)載采用恒功率整流器供電就提高了電源系統(tǒng)的使用價(jià)值。

圖3恒功率整流器與恒功率負(fù)載的工作情況

　　在通信電源系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，常常需考慮可靠性冗余技術(shù)。在整個(gè)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮這個(gè)問(wèn)題。

3通信用電源系統(tǒng)

　　要證明恒功率整流器比恒流整流器優(yōu)越，最好的方法是比較裝有不同整流器的兩個(gè)電源系統(tǒng)。下面比較裝有六個(gè)3kW恒功率整流器和六個(gè)50A恒流整流器兩套電源系統(tǒng)的工作情況：假定恒功率電源系統(tǒng)在正常工作電壓53.5V時(shí)有n＋1冗余，則總負(fù)載不應(yīng)超過(guò)5個(gè)整流器的功率15kW，其工作情況見圖4。假定在市電長(zhǎng)期停電后，蓄電池放電至44V時(shí)市電來(lái)電，可看出蓄電池立即得到充電，在整個(gè)充電過(guò)程中和在正常工作狀態(tài)，恒功率整流器均能保證有n＋1冗余。

　　恒流整流器工作情況見圖5。為保證不僅在正常工作53.5V時(shí)，而且在蓄電池電壓由48V升至正常工作電壓53.5V的充電期間，電源系統(tǒng)均有n＋1冗余，則總負(fù)載必須降至12000W。

圖4恒功率電源系統(tǒng)的工作

圖5恒流電源系統(tǒng)的工作

　　通過(guò)上述兩種情況的比較，恒功率整流器的有用負(fù)載是恒流整流器的15000/12000=1.25倍，即負(fù)載為12kW時(shí)，恒功率整流器系統(tǒng)可節(jié)省一個(gè)模塊。

4結(jié)論

　　與常用的恒流整流器相比較，恒功率整流器的開關(guān)電源系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是增加了25％以上的負(fù)載功率，從而節(jié)約了投資，并能為已放電的蓄電池提供更大的充電電流，縮短了蓄電池再充電時(shí)間。實(shí)踐表明：整流器的恒功率設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著友好的界面，可為解決系統(tǒng)中諸如負(fù)載均流、限流、輸出過(guò)壓保護(hù)及整流器OK信號(hào)等技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了方便，所以說(shuō)恒功率整流器是一種很有發(fā)展前途的現(xiàn)代通信電源。