新穎的自動(dòng)恒流放電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了采用ＩＧＢＴ功率器件、ＰＷＭ控制和康銅電阻合金為放電電阻的放電系統(tǒng),其放電電流在４～２０Ａ的大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),且有較高的恒流精度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)大容量蓄電池負(fù)荷能力和容量的核對(duì)性檢測(cè)。結(jié)果表明,此系統(tǒng)的研制改變了以往蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備精度低、可靠性不高的狀況。

關(guān)鍵詞：ＩＧＢＴ ＰＷＭ 放電系統(tǒng)

蓄電池作為備用電源在直流系統(tǒng)中起著極其重要的作用,從而在電力、通信、金融、交通等各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。平時(shí)蓄電池組處于浮充電備用狀態(tài),負(fù)荷由交流供電,只有當(dāng)交流電失電時(shí),蓄電池組才向負(fù)荷提供能量。為了檢驗(yàn)蓄電池組的實(shí)際容量,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,一般情況要對(duì)蓄電池組每年進(jìn)行一次核對(duì)性放電。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的放電設(shè)備主要使用可變電阻、電阻盤(pán)、碳棒等,而且需要人工調(diào)節(jié)放電電流,控制精度低,工作繁復(fù)。針對(duì)現(xiàn)狀,我們研制了自動(dòng)恒流放電系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的ＩＧＢＴ大功率電子器件和PWM脈寬調(diào)制控制技術(shù),同時(shí)利用康銅電阻合金作為放電電阻,并使放電電流在大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),且有較高的恒流精度。該放電系統(tǒng)采用大功率的電子負(fù)載和恒流控制技術(shù)后,能瞬間承受高達(dá)１００Ａ的沖擊電流及長(zhǎng)時(shí)間２０Ａ恒流負(fù)載,以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池負(fù)荷能力的檢測(cè)和對(duì)電池容量的核對(duì)性檢測(cè)。

主要技術(shù)指標(biāo)如表１所示。

表 1

1 放電系統(tǒng)工作原理

放電系統(tǒng)的組成包括了ＩＧＢＴ功率器件部分、ＰＷＭ集成驅(qū)動(dòng)電路部分、采樣放大、比較、反饋部分。系統(tǒng)原理框圖如圖１所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)電流精度要求,利用分流器采樣,分流器的規(guī)格為７５ｍＶ、２０Ａ。采樣信號(hào)經(jīng)濾波,進(jìn)入精密儀表放大器ＩＮＡ１２８,ＩＮＡ１２８是ＢＢ公司生產(chǎn)的精密、低功耗儀表放大器。ＩＮＡ１２８實(shí)際上是一個(gè)窗口（雙限）比較器,特別適合微電壓的放大,只要選擇合適的外部增益電阻ＲＧ,就可調(diào)到合適的放大倍數(shù)Ｇ＝２／０．０７５＝２６．７。根據(jù)公式Ｇ＝１＋５０ｋΩ／ＲＧ,可算出ＲＧ＝５０ｋΩ／Ｇ－１?。剑保梗矗福毽高x１．２ｋΩ的電阻和１ｋΩ的精密電位器串聯(lián)即可。

經(jīng)過(guò)ＩＮＡ１２８放大的電壓再經(jīng)一級(jí)ＲＣ濾波,濾波后的電壓反饋到Ｗ３５２４的反饋端（Ｗ３５２４的１腳）,作為Ｗ３５２４內(nèi)部比較放大器的取樣電壓。

2 控制驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖２所示。圖中的Ｗ３５２４是最為流行的開(kāi)關(guān)電源集成控制器,它包括了所有無(wú)電源變壓器開(kāi)關(guān)電源所要求的基本功能,如控制、保護(hù)、取樣放大的功能,且使用方便靈活,同時(shí)在制造上采用常規(guī)的平面工藝。Ｗ３５２４可為脈寬調(diào)制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型ＳＭＰＳ提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。它提供電源變壓器開(kāi)關(guān)電源的全部功能,而且增加了取樣比例放大器、限流保護(hù)以及內(nèi)部電路的過(guò)流和短路保護(hù)。由于采用斜波后沿作為死區(qū)控制,因而節(jié)省了死區(qū)時(shí)間控制器;內(nèi)部基準(zhǔn)源既向內(nèi)、外電路提供基準(zhǔn)電壓,又作為內(nèi)部各部分的工作電壓,并提供５０ｍＡ輸出電流,輸出晶體管Ｔ１、Ｔ２集電極和發(fā)射極都懸空,這樣使用增加了靈活性?；鶞?zhǔn)源屬于常規(guī)的串聯(lián)式線性直流穩(wěn)壓電源,它向單片內(nèi)部的斜波發(fā)生器、比較放大器、脈寬調(diào)制器、Ｔ型觸發(fā)器等以及通過(guò)１６腳向外均提供＋５Ｖ的工作電壓和基準(zhǔn)電壓,使斜波發(fā)生器產(chǎn)生幅度在１．２～３．６Ｖ的連續(xù)不對(duì)稱三角波,由內(nèi)部直接輸入到脈寬調(diào)制器的同相端。與此同時(shí),斜波發(fā)生器又向下一級(jí)的Ｔ型觸發(fā)器和“或非”門(mén)提供一個(gè)同步方波脈沖。它們的頻率由６、７腳的外接電阻ＲＴ和電容ＣＴ所決定,一般可以從１００ｋＨｚ調(diào)到５００ｋＨｚ,由它構(gòu)成的ＰＷＭ型開(kāi)關(guān)電源的工作頻率可達(dá)１００ｋＨｚ。當(dāng)取樣電壓和基準(zhǔn)電壓分別通過(guò)１、２腳送入內(nèi)部的比較放大器比較放大時(shí),輸出的控制電壓送到脈寬調(diào)制器的反向端。脈寬調(diào)制器把控制電壓與斜波基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,輸出一個(gè)寬度受控制電壓所調(diào)制的方波脈沖,然后同時(shí)送往兩個(gè)前級(jí)“或非”門(mén)的輸入端。

工作頻率由６、７腳的外接電阻ＲＴ和電容ＣＴ所決定,ｆｐｗｍ＝１．１５／ＲＴ×ＣＴ　?？紤]到對(duì)ＣＴ的充電電流為（１．２～３．６　／ＲＴ一般為３０μＡ到２ｍＡ）。因此ＲＴ取值為 １．８ｋΩ到１００ｋΩ。同時(shí)９腳對(duì)地串接有０．１μＦ的電容和３０ｋΩ的電阻,以實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償,用作內(nèi)部誤差放大器的相位補(bǔ)償,否則會(huì)有自激產(chǎn)生。