時(shí)間：2023-05-30 09:28:11
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電源技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
為了向讀者介紹最新的電源與電源管理技術(shù)，本刊采訪了一些著名公司，包括Ns，Maxim，Linear，ON Semiconductor，Microchip，F(xiàn)airchild，Renesas Technology，Infineon等，他們就電源與電源管理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、創(chuàng)新技術(shù)、新產(chǎn)品及其應(yīng)用、典型解決方案等發(fā)表了獨(dú)特見(jiàn)解。下面是訪談錄。
電源供應(yīng)及電源管理技術(shù)將朝著以下的幾個(gè)方向發(fā)展：
容易使用：
可靠的防護(hù)設(shè)計(jì)：
較高的功率密度。
容易使用
許多客戶都并非電源管理技術(shù)的專家，他們只想利用高效率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器為他們?cè)O(shè)計(jì)的電路提供穩(wěn)壓供電。自1990年以來(lái)，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體(NS)便一直為客戶提供Simple Switcher開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。目前推出的 Simple Switcher開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器及SimpleSwitcher控制器屬于第5代的產(chǎn)品，其特點(diǎn)是適用于寬輸入電壓范圍。而且體積極小，但可以輸出極高的電流，只需極少外置元件。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的WEBENCH設(shè)計(jì)工具一直大受客戶歡迎。現(xiàn)在這套工具的功能又有進(jìn)一步的提升，以便客戶設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)可以獲得更可靠的技術(shù)支持。WEBENCH設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)是個(gè)一站式的設(shè)計(jì)平臺(tái)。客戶可以通過(guò)這個(gè)平臺(tái)挑選電源管理芯片，就電路設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬測(cè)試，以便微調(diào)及優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而且整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程只需幾分鐘便可完成。
可靠的防護(hù)設(shè)計(jì)
若要確保產(chǎn)品高度穩(wěn)定可靠，客戶必須采用加設(shè)了可靠防護(hù)裝置的電源管理產(chǎn)品。許多新推出的電源管理產(chǎn)品都有基本的周期限流功能，以免系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)載及短路情況。此外，許多新產(chǎn)品還另外提供多一重的防護(hù)。例如打嗝或電壓／頻率折回(foldback)功能。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體降壓穩(wěn)壓器的限流保護(hù)點(diǎn)非常準(zhǔn)確。以LMZ0000系列降壓穩(wěn)壓器為例，在指定溫度范圍內(nèi)的溫度操作，這系列產(chǎn)品的限流值都極為準(zhǔn)確，偏差不會(huì)超過(guò)±10％。相較之下，市場(chǎng)上同類產(chǎn)品的偏差率高達(dá)±20％至30％。
較高的功率密度
由于供電系統(tǒng)占用越來(lái)越少印制電路板的板面空間，因此電源管理解決方案的功率密度必須不斷提高。目前有多個(gè)辦法可以解決這個(gè)問(wèn)題，例如采用更高的開(kāi)關(guān)頻率、更先進(jìn)的封裝技術(shù)以及更精密的生產(chǎn)工藝。作為電源管理芯片生產(chǎn)工藝的領(lǐng)導(dǎo)者，NS擁有先進(jìn)的技術(shù)及豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此可以解決客戶的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。
NS響應(yīng)電源管理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)推出多款新產(chǎn)品，其中包括以下幾種。
LM2267x及LM22680芯片(屬于第5代Simple Switcher的產(chǎn)品)適用于寬輸入電壓范圍(4.5V至42V)，而且可以輸出高達(dá)5A的電流。客戶可以利用WEBENCH設(shè)計(jì)工具挑選合適的Simple Switcher開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，然后按照自己的要求設(shè)計(jì)電源供應(yīng)系統(tǒng)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程只需幾分鐘便能完成。
LM20000系列降壓穩(wěn)壓器是設(shè)計(jì)高能源效率、高度可靠電源供應(yīng)系統(tǒng)的理想解決方案。LM20000系列芯片與Simple Switcher開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器大致相同，共有14個(gè)不同的型號(hào)，各有不同的電壓及電流額定值。這系列芯片的限流值保護(hù)點(diǎn)非常準(zhǔn)確，偏差不超過(guò)±10％，而且一旦過(guò)載情況持續(xù)，會(huì)利用電壓／頻率折回功能解決問(wèn)題。
LM34917A是另一款高功率密度的穩(wěn)壓器芯片。這款開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器適用于高輸入電壓，而且方案體積小巧，最適用于汽車(chē)攝影機(jī)等必須采用高輸入電壓的系統(tǒng)。1.25A的LM34917A開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可以承受高達(dá)33V的輸入電壓，而且采用只有1.97×2.30mm2的μSMD封裝。
電源與電源管理的發(fā)展趨勢(shì)是：
安全、可靠的電池充電器設(shè)計(jì)仍然是便攜式消費(fèi)類產(chǎn)品關(guān)注的問(wèn)題。Maxim利用專有的半導(dǎo)體工藝，將高壓充電FET集成在PMIC內(nèi)部，無(wú)需外部過(guò)壓保護(hù)電路即可保證充電的安全性。MAX8677A允許Ac適配器輸入和USB輸入，內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)和控制電路實(shí)現(xiàn)充電／系統(tǒng)供電電源的智能選擇。系統(tǒng)供電管理電路可以在沒(méi)有電池連接或電池已經(jīng)深度放電、或者是給設(shè)備充電時(shí)，繼續(xù)為負(fù)載供電。
功能越來(lái)越豐富、尺寸越來(lái)越小。例如：在手機(jī)，特別是智能手機(jī)中集成wiFi、GPS、8M像素照相機(jī)、QWERTY鍵盤(pán)等功能：Maxim創(chuàng)新的模塊化設(shè)計(jì)可大大降低系統(tǒng)成本和元件數(shù)量，較高的開(kāi)關(guān)頻率允許使用微小的外部元件。從而為便攜產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大支持。不同的手機(jī)制造商會(huì)采用不同的基帶和應(yīng)用處理器，Maxim PMIC：的模塊化設(shè)計(jì)能夠針對(duì)用戶的特殊需求，提供定制設(shè)計(jì)。
MAX8660／MAX8661 PMIC專為基于第三代MarvelI Xscale技術(shù)的Monahans應(yīng)用處理器而設(shè)計(jì)，可以支持Xscale處理器工作于智能手機(jī)、PDA、便攜媒體播放器，GPS導(dǎo)航器以及其它需要大量計(jì)算和多媒體能力的低功耗設(shè)備中。MAX8660在5mm×5mm×0.8mm、40引腳TQFN封裝內(nèi)集成有8路高性能、低工作電流的電源，I2C接口，以及監(jiān)控功能。器件完全兼容于Monahans電源的I2C寄存器設(shè)置，滿足所有Monahans處理器的電壓門(mén)限、電源排序以及上電斜率要求。該器件的高度兼容性可使軟件開(kāi)發(fā)和上市時(shí)間最小化。
3G是2009年到2010年的目標(biāo)市場(chǎng)，高效的PA電源管理方案有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命，Maxim針對(duì)高端智能手機(jī)推出了可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)PA集電極電壓的電源管理IC MAX8805。器件采用2ram×2mm晶圓級(jí)封裝(WLP)，用于支持WCDMA／NCDMA功率放大器(PA)供電。內(nèi)部集成了高效降壓轉(zhuǎn)換器，適用于中等功率和小功率無(wú)線傳輸應(yīng)用，同時(shí)還具有60mQ的旁路FET，可提供1.5A的峰值電流。
通過(guò)分析若干即將在LED驅(qū)動(dòng)器IC需求量增長(zhǎng)過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮作用的“催化劑”，我們不難發(fā)現(xiàn)LED將迅速成為一種主流照明光源。其中的4個(gè)主要的推動(dòng)力是汽車(chē)照明、LED光輸出、LED成本因素及其有望取代白熾燈泡的潛在用途。
許多中高檔多媒體移動(dòng)電話、PMP播放器和DSC基本上都采用具1Ah至1.2Ah容量的電池，而迷你型亞筆記本電腦／平板個(gè)人電腦則采用1.5Ah-2Ah容量電池。因此，凌力爾特(Linear)采用專利熱調(diào)整電路的線 性電池充電器產(chǎn)品線成功地解決了由高電流線性穩(wěn)壓器所引起的潛在熱問(wèn)題(當(dāng)充電器IC位于器件內(nèi)部時(shí))。由于電池容量的增加以及人們對(duì)快速充電時(shí)間需求的繼續(xù)存在，因此對(duì)于保持合理的PCB溫度而言，線性熱調(diào)整將變得日益重要起來(lái)。此外，如果需要大于IA的電池充電電流，凌力爾特則為客戶提供了效率接近95％的單片式同步開(kāi)關(guān)電池充電器，從而能夠最大限度地減少熱設(shè)計(jì)的約束。
凌力爾特的LTC3562是一款四通道、高效率、2.25MHz、同步降壓型穩(wěn)壓器，能夠從一個(gè)3mm×3mmQFN封裝桌提供雙通道600mA和雙通道400mA連續(xù)輸出。每個(gè)通道都能夠通過(guò)板載I2C接口(兩個(gè)通道通過(guò)I2C，兩個(gè)通道通過(guò)RUN引腳)進(jìn)行獨(dú)立控制(包括輸出電壓)，從而使其適合于諸如微處理器等要求動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓的應(yīng)用。
凌力爾特?fù)碛斜姸嘀荚跐M足LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品。LT3595、LT3518和LT3755便是部分產(chǎn)品實(shí)例。
LT3595降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器具有16個(gè)單獨(dú)的通道，備通道能夠從高達(dá)45V的輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)由多達(dá)lO個(gè)50mA LBD所組成的LED串。每個(gè)LT3595將能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)Z60+SOmA白光LED。一臺(tái)46英寸LCD TV將需要為每部HDTV配用約10個(gè)LT3595。它的16個(gè)通道均可以獨(dú)立控制，并具有一個(gè)能夠提供高達(dá)5000：1 PwM調(diào)光比的單獨(dú)PWM輸入。
凌力爾特最新推出一款LT3513。該轉(zhuǎn)換器具有5個(gè)獨(dú)立受控的穩(wěn)壓器，用于提供一個(gè)TFT-LCD屏內(nèi)部所有必要的電源軌。
LT3755／-1是一款60V、高壓側(cè)電流檢測(cè)DC／DC控制器，專為從一個(gè)4.5至40V的輸入電壓范圍來(lái)驅(qū)動(dòng)高電流LED而設(shè)計(jì)。LT3756／-1采用了相同的設(shè)計(jì)，但可以從6V至IOOV的輸入來(lái)提供至100V的輸出。這兩款器件都非常適合于眾多的應(yīng)用，包括汽車(chē)、工業(yè)和建筑照明。對(duì)于那些需要高于40V輸入電壓(比如：48V電源軌)的應(yīng)用，LT3756／-1將是優(yōu)選的解決方案。
電源和電源管理技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)仍將是利用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)以用更少的電能來(lái)實(shí)現(xiàn)與日增多的應(yīng)用功能，從而提升電源能效，這涉及提高電源工作效率、降低待機(jī)能耗及改善功率因數(shù)(PFC)等。
我們看到人們?cè)絹?lái)越需求極高能效的終端產(chǎn)品，而世界各國(guó)的能效規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也在不斷演進(jìn)。所以電子制造商將需要在不同輸入電壓和負(fù)載條件下，推出能在真實(shí)世界環(huán)境下具高能效的電源產(chǎn)品。
如在計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，安森美半導(dǎo)體除了具備vcore的專長(zhǎng)，還開(kāi)發(fā)多種系統(tǒng)電源產(chǎn)品，如控制器、驅(qū)動(dòng)器、音頻放大器、MOSFET和EEPROM，用于增強(qiáng)我們?cè)诠P記本、臺(tái)式電腦和服務(wù)器領(lǐng)域的價(jià)值主張。以筆記本應(yīng)用為例，最新的7位可編程多相同步降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器ADP3212，可編程進(jìn)行1相、2相或3相操作，完全符合IMVP 6.5版規(guī)范，用于英特爾下一代處理器的筆記本電源。這器件的一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)是能夠動(dòng)態(tài)地追蹤變化的電壓識(shí)別(VID)代碼，使移動(dòng)處理器的Vcc。電壓能夠無(wú)須重設(shè)控制器或CPU而進(jìn)行改變，使CPU在工作中能夠動(dòng)態(tài)地降低內(nèi)核電壓，降低電池電能消耗、延長(zhǎng)使用時(shí)間。
在汽車(chē)市場(chǎng)，我們與領(lǐng)先的汽車(chē)OEM協(xié)作，發(fā)揮我們的設(shè)計(jì)、銷售和供應(yīng)鏈資源優(yōu)勢(shì)、配以豐富的產(chǎn)品系列。包括AsIC、cAN和LIN收發(fā)器、馬達(dá)控制、驅(qū)動(dòng)器、MOSFET和分立器件等。以NCV7708A為例，這是一款完全保護(hù)的雙6路半橋驅(qū)動(dòng)器，特別適合汽車(chē)中的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用。6個(gè)低端控制器和6個(gè)高端驅(qū)動(dòng)器能夠自由配置，并能單獨(dú)控制，支持高端、低端和H橋控制。這器件在休眠模式下的靜態(tài)電流極低。
在電源市場(chǎng)，我們新推出的GreenPoint 255 w ATX公開(kāi)參考設(shè)計(jì)在所有負(fù)載點(diǎn)都提供88％高的電源能效，且在真實(shí)世界(而非實(shí)驗(yàn)室)條件下提供極高能效，遠(yuǎn)高于市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，而且其配置可立即投產(chǎn)。高效電子(Hipro Electronics)臺(tái)式電腦電源應(yīng)用。
在便攜消費(fèi)市場(chǎng)，我們提供用于顯示和背光、音／視頻、互連和電源管理等四個(gè)主要關(guān)鍵子系統(tǒng)的解決方案。如我們的照明管理集成電路NCPS890在極小封裝中集成了LCD背光、裝飾光控制和環(huán)境樂(lè)感測(cè)功能，能夠根據(jù)環(huán)境光的亮度來(lái)調(diào)節(jié)背光電流，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。
而在不斷興起的LED應(yīng)用領(lǐng)域，安森美半導(dǎo)體提供一系列的LED驅(qū)動(dòng)電源解決方案，包括可集成最高700V高壓FET的離線型AC-DC開(kāi)關(guān)電源解決方案、寬輸入范圍的中等電壓LED應(yīng)用DC-DC電源解決方案和LED便攜背光應(yīng)用電源解決方案等。
能源成本的驟增(也可以說(shuō)是不可預(yù)期)促進(jìn)了對(duì)節(jié)能技術(shù)的需求。無(wú)論是電子消費(fèi)品還是商業(yè)應(yīng)用，電機(jī)和照明在總能耗中都占相當(dāng)大的比重。嵌入式單片機(jī)(MCU)及相關(guān)模擬外設(shè)具有高效的電源轉(zhuǎn)換功能，還提供可降低能耗的智能工作模式。
利用8位、16位和32位MCU可以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的電機(jī)控制方案。PIC16HV616等MCU包含PWM模塊及其他模擬外設(shè)，能對(duì)步進(jìn)電機(jī)以及有刷和無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行控制。
Microchip Technology(美國(guó)微芯科技公司)的dsPIC33珂12MC201 DSC提供了高度優(yōu)化、兼具成本效益的解決方案，能實(shí)現(xiàn)三相電機(jī)的高級(jí)控制。這款20引腳的DSC(數(shù)字信號(hào)控制器)器件包含一個(gè)快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個(gè)電機(jī)控制PWM模塊，前者能夠同時(shí)采集多通道的信號(hào)，后者則具備管理三相電機(jī)功率控制級(jí)所需的功能。
許多國(guó)家如今已經(jīng)貫徹了將逐步淘汰低能效白熾燈的規(guī)劃。目前，熒光燈是使用最廣泛的替代品。但是，LED在普通照明應(yīng)用中的使用也與日俱增。LED的工作壽命非常長(zhǎng)，最終能夠提供比熒光技術(shù)更高的效率。
道康寧推XIAMETER品牌建最大有機(jī)硅交易平臺(tái)
日前，道康寧公司宣布，正式升級(jí)在線交易平臺(tái)，強(qiáng)化XIAMETER品牌來(lái)建立世界最大的網(wǎng)上有機(jī)硅產(chǎn)品市場(chǎng)。
據(jù)XIAMETER業(yè)務(wù)部全球執(zhí)行總監(jiān)雪莉女士介紹，2002年推出的XIAMETER商業(yè)模式并不適用于所有用戶，隨著客戶需求的不斷變化，此次全面對(duì)XIAMETER商業(yè)模式進(jìn)行升級(jí)，使其可以為更多數(shù)的客戶服務(wù)。
據(jù)了解，新的XIAMETER商業(yè)模式所提供的產(chǎn)品數(shù)量增加了一倍以上，在全球各地由道康寧生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)硅產(chǎn)品現(xiàn)在都可以在XIAMETER品牌下購(gòu)買(mǎi)到。產(chǎn)品家族系列從二甲基硅油和乳液至DIY及專業(yè)建筑工程所需的密封 膠，還有橡膠基膠、混合物和有機(jī)硅烷等。這些原料是個(gè)人護(hù)理、建筑、汽車(chē)、紡織、造紙業(yè)、能源和其他等工業(yè)提升效能的必需品。
雪莉表示，如果需要，客戶可以繼續(xù)大量地以油罐車(chē)或貨柜車(chē)為單位來(lái)購(gòu)買(mǎi)。不過(guò)，很多客戶需要以更小量訂購(gòu)。雖然該公司仍有最低起訂量的要求，但客戶現(xiàn)在可以以托盤(pán)數(shù)量或以更符合自己需要的小批量來(lái)購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品。史無(wú)前例地，客戶可從當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商處購(gòu)買(mǎi)到XIAMETER品牌下的產(chǎn)品。這樣可以配合一些喜歡享受當(dāng)?shù)夭少?gòu)的便利或采購(gòu)數(shù)量低于最低購(gòu)貨量的客戶。
雪莉說(shuō)：“我們的經(jīng)銷商是我們成功的重要因素，并將繼續(xù)與道康寧和XIAMETER品牌共存。”
LED需要高效的恒流驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器結(jié)合智能控制技術(shù)，使LED很可能會(huì)成為一種非常獨(dú)特的光源。
可采用不同的策略將智能控制與LED驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合。首先，可將小型MCU與提供功率調(diào)節(jié)功能的外部模擬Ic相連。PICIOF200(單片機(jī))可向功率Ic提供控制信號(hào)以調(diào)節(jié)LED的亮度或顏色。諸如MCP1631等器件可從MCU接收開(kāi)關(guān)時(shí)鐘和參考信號(hào)以提供功率調(diào)節(jié)功能。同一個(gè)McuN連接多個(gè)MCP1631器件，以對(duì)多個(gè)功率通道進(jìn)行控制。
實(shí)現(xiàn)智能LED驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)方法是將模擬外設(shè)與MCU功能相結(jié)合。PICl6HV785是一款8位的MCU，它集成有高速比較器、運(yùn)放和一個(gè)參考電壓模塊。可使用模擬外設(shè)來(lái)構(gòu)建所需的任何開(kāi)關(guān)式或線性功率調(diào)節(jié)電路。
采用全數(shù)字方式也能實(shí)現(xiàn)智能LED驅(qū)動(dòng)器功能。不采用模擬元件，而是使用AIDc來(lái)測(cè)量LED電流并使用軟件算法對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)也能實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。dsPIC30F1010 DSc具有特殊的PWM外設(shè)、高速ADc和其他旨在支持各種開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用的模擬外設(shè)。
發(fā)熱是LED的一個(gè)不利因素，也可能是照明裝置設(shè)計(jì)人員所要解決的最關(guān)鍵的問(wèn)題之一。必須限制LED的工作溫度以保證較長(zhǎng)的使用壽命。電子溫度檢測(cè)是工作在惡劣環(huán)境(比如汽車(chē)或戶外)下的LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的理想之選。MCP9509是一款邏輯輸出溫度傳感器，可安裝在照明裝置中LED附近，以檢測(cè)其工作溫度。MCP9509的溫度跳變點(diǎn)可由一個(gè)電阻設(shè)定，其漏極開(kāi)路輸出可直接輸入給模擬基準(zhǔn)電路，以便根據(jù)比較結(jié)果切斷LED電流或?qū)㈦娏鹘抵涟踩墓ぷ魉健Ｈ绻枰壤郎囟瓤刂疲瑒t可使用MCF?9700溫度傳感器，該傳感器提供的線性電壓輸出信號(hào)可連接到MCU的ADc，或直接用來(lái)控制模擬基準(zhǔn)信號(hào)。
所有類型的光源均能從通信網(wǎng)絡(luò)獲益以達(dá)到節(jié)能目的。諸如IEEE802，1S.4等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為傳感器、控制電路和光源間可靠的無(wú)線通信提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的途徑。Microchip的MRF24J40M無(wú)線收發(fā)器模塊向設(shè)計(jì)人員提供了將低功耗2.4GHz無(wú)線控制技術(shù)集成到任何應(yīng)用的簡(jiǎn)便方法。該模塊提供經(jīng)過(guò)認(rèn)證的解決方案，使最終用戶無(wú)需進(jìn)行RF設(shè)計(jì)。
電子應(yīng)用中電能的高效使用預(yù)期將成為未來(lái)數(shù)年的主要推動(dòng)力量，能夠提高效率水平、減少電力需求或延長(zhǎng)電池壽命的解決方案將在未來(lái)占據(jù)重要的地位。我們認(rèn)為從高能效中獲益最多的領(lǐng)域?yàn)椋弘姍C(jī)、照明和電源。在所有這些應(yīng)用中，電子含量正在增加，這為半導(dǎo)體供應(yīng)商帶來(lái)了機(jī)會(huì)，提供在這些應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高能效的電源解決方案。
FAN9612是飛兆半導(dǎo)體提供的臨界導(dǎo)通模式(BCM)交錯(cuò)式功率因數(shù)校正(PFC)控制器，用于數(shù)字電視、臺(tái)式電腦和入門(mén)級(jí)服務(wù)器、前端電信系統(tǒng)，以及額定功率范圍從100W至1000W的業(yè)電源系統(tǒng)之電源。由于FAN9612采用交錯(cuò)方式，并在所有運(yùn)作條件下都保持兩個(gè)功率級(jí)精確的180度相差，因此能夠降低導(dǎo)通損耗。這些節(jié)能優(yōu)勢(shì)是幫助用戶滿足最新的“能源之星”和“電腦節(jié)能拯救氣候行動(dòng)”要求所不可或缺的。通過(guò)電源軌的交錯(cuò)排列，F(xiàn)AN9612還可以減小輸入濾波器尺寸，較其它解決方案能減少線路板空間多達(dá)10％。這種更小系統(tǒng)尺寸的優(yōu)點(diǎn)在于降低了解決方案的總體成本。
FANS355是用于動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)應(yīng)用的同級(jí)最佳3MHz解決方案，能夠提供高達(dá)1A的電流。這一產(chǎn)品在手機(jī)和上網(wǎng)本中的典型應(yīng)用包括：用于處理器的動(dòng)態(tài)功率調(diào)整和用于DDg2g~LFDDR2內(nèi)存的供電。FANS361是世界上最小的600mA解決方案。其尺寸之所以能夠減小是由于采用了6MHz的開(kāi)關(guān)頻率，允許使用微小的低成本片式電感器和電容器。FANS361具有6MHz下最高效率。
FAN2108是完全集成的8A同步降壓轉(zhuǎn)換器，可在寬泛的輸入電壓范圍(3v至24V)提供高效率輸出，適用于機(jī)頂盒、圖形卡、負(fù)載點(diǎn)和工業(yè)電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等應(yīng)用。同類的解決方案如要達(dá)到高效率，需要使用附加的分立組件或大量電路板空間一因而延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)時(shí)間和加大了終端應(yīng)用的尺寸。TinyBuck器件在纖細(xì)的5ram×6ramMLP封裝中集成了控制器、MOSFET和啟動(dòng)二極管，構(gòu)成業(yè)界最小的8A解決方案。
飛兆半導(dǎo)體的EZSWITCH初級(jí)端調(diào)節(jié)控制器FSEZ1216和FANl02集成了初級(jí)端調(diào)節(jié)PWM控制器，其中PsEZl216更集成了一個(gè)功率MOSFET，都無(wú)需復(fù)雜的次級(jí)端反饋電路就能夠輕松獲得出色的恒壓和恒流性能。相比振鈴扼流圈轉(zhuǎn)換器(RCC)分立式方案，這些PsR控制器可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)；省去額外的組件；并降低總體系統(tǒng)成本。FSEZ1216和FANl02能夠滿足能源之星EPS 2.0標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的更高效率要求，這一規(guī)范的強(qiáng)制效率要求較EPS1.1高出6％。
面向PC和服務(wù)器應(yīng)用的功率MOSFET
隨著需要處理的數(shù)據(jù)量的增加以及計(jì)算機(jī)服務(wù)器、膝上型電腦和通信器件等應(yīng)用的存儲(chǔ)容量的增大，CPU、GPU和存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)也得到了提高，具體表現(xiàn)在低電壓、大電流處理和高速率上。因此，除了快速響應(yīng)和高精度以外，用于驅(qū)動(dòng)CPU等器件的電源還必須具有出色的低電壓和大電流處理特性。此外，出于環(huán)境保護(hù)的考慮，對(duì)高能效的需求也在不斷增加，而且它使得功率MOSFET必須具有高性能、高效率、小尺寸和低損耗。為了滿足這種需求，瑞薩科技公司開(kāi)發(fā)了第10代功率MOSFET系列產(chǎn)品，其采用超細(xì)工藝節(jié)點(diǎn)以及優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)來(lái)降低損耗和提高效率，并且目前正在擴(kuò)展其產(chǎn)品系列。
穩(wěn)壓器(vR)電源通常用于服務(wù)器和膝上型電腦中，能夠從12～20V的輸入電壓上為CPU和其它內(nèi)部器件生成1～1.8V的輸出電壓。它是利用功率MOSFET通過(guò)高速開(kāi)關(guān)(f=300kHz～1MHz)實(shí)現(xiàn)這種電壓轉(zhuǎn)換的。這就意味著，功率MOSFET必須是低損耗元件，并且能夠在從小電流 區(qū)(輕負(fù)載)到大電流區(qū)(重負(fù)載)的寬范圍內(nèi)進(jìn)行脈沖寬度為幾十毫微秒的方波的高速、高精度轉(zhuǎn)換。
第10代功率MOSFET系列(漏，源電壓容差30V)降低了3種主要的、會(huì)影響功率MOSFET VR電源操作的損耗：傳導(dǎo)損耗、開(kāi)關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗。跟第9代產(chǎn)品相比，其導(dǎo)通電阻(RDson)約低30％，與RDson具有互反關(guān)系的漏，柵負(fù)載(Qgd)約低30％，柵電荷(Qg)約低27％(后兩者均與具有同等導(dǎo)通電阻的早期器件相比)。第10代功率MOSFET系列產(chǎn)品整合了高速開(kāi)關(guān)和低驅(qū)動(dòng)損耗，從而實(shí)現(xiàn)了小型電源、降低了損耗、提高了效率。
采用的封裝形式包括LFPAK(無(wú)損耗封裝，瑞薩科技公司封裝編號(hào))小型封裝，具有出色的散熱性能和低感抗特性，這在高效電源領(lǐng)域是為大家所公認(rèn)的；WPAK(瑞薩科技公司封裝編號(hào))超薄封裝，其中用鋁帶代替了傳統(tǒng)的金絲，可以將封裝電阻降低一半：SOP-8。用戶可以選擇最符合其應(yīng)用要求的封裝。
該系列中即將推出的產(chǎn)品包括：
面向服務(wù)器和膝上型電腦電源的低導(dǎo)通電阻系列產(chǎn)品(如RJK0 346DPA(WPAK)，Rns(on)=1.5mΩ(典型值)。)
作為一種小型解決方案，WPAKDual型產(chǎn)品在單個(gè)封裝內(nèi)整合了優(yōu)化的高端和低端元件(這2種元件采用了SBD，并且能夠在高頻和更低的EMI水平下提供更高的效率。)
歸入第10代功率MO SFET的WPAK Dual(RJK0383DPA)將輸出電流從先前的5A左右提高到了10-15A。各種版本的產(chǎn)品均提供針對(duì)通信基站或計(jì)算機(jī)服務(wù)器分布式電源系統(tǒng)用磚式電源內(nèi)的一級(jí)切換和二級(jí)同步整流進(jìn)行了優(yōu)化的特性。漏，源電壓容差為40～200V的產(chǎn)品也將納入該產(chǎn)品系列的行列。
MOSFET滿足新能效目標(biāo)
電腦產(chǎn)業(yè)拯救氣候行動(dòng)計(jì)劃(Climate Savers)發(fā)起的80PLUS Gold金牌認(rèn)證規(guī)定的新能效目標(biāo)(圖1)，要求在美國(guó)能源之星計(jì)劃當(dāng)前的要求基礎(chǔ)上，再使計(jì)算機(jī)的能效提高約10％。英飛凌(Infineon)為此大力改進(jìn)其MOSFET。6月中旬，在深圳舉行的第十五屆中國(guó)國(guó)際電源展覽會(huì)暨第十三屬中國(guó)變頻器及電子變壓器展覽會(huì)上，英飛凌推出了多款MOSFET，包括全球首發(fā)高端功率晶體管CoolMOS c6，還有中低端的OptiMOS 3家族的75V產(chǎn)品。
CooIMOS C6凌空出世
高性能MOSFET 600V CoolMOS c6系列可使諸如PFC(功率因數(shù)校正)級(jí)或PWM(脈寬調(diào)制)級(jí)等能源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的能源效率大幅提升。c6融合了現(xiàn)代超結(jié)結(jié)構(gòu)及包括超低單位面積導(dǎo)通電阻(例如采用TO－220封裝，電阻僅為99mΩ)在內(nèi)的補(bǔ)償器件的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有更低的電容開(kāi)關(guān)損耗、更簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制特性和更結(jié)實(shí)耐用的增強(qiáng)型體二極管。
C6系列是英飛凌推出的第五代CoolMOS。英飛凌在CoolMOS c3f第三代)和CoolMOS CP(第四代)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了開(kāi)關(guān)速度并降低了導(dǎo)通電阻。C3目前是該公司應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品系列，但是c3價(jià)格進(jìn)一步下降的空間有限，c6以更高的性價(jià)比可替代c3，英飛凌同時(shí)也認(rèn)為C6更適合對(duì)價(jià)格比較敏感的中國(guó)市場(chǎng)，因此把C6的首發(fā)地選在中國(guó)。不過(guò)，CP系列由于開(kāi)關(guān)損耗更低，仍將在市場(chǎng)上長(zhǎng)期存在。
繼承了前代產(chǎn)品的易用性和高能效特性，加上更高的輕載效率，將使CoolMOS c6系列成為硬開(kāi)關(guān)應(yīng)用的基準(zhǔn)。另一方面，存儲(chǔ)在輸出電容中的極低電能和出類拔萃的硬換流耐受性，使該器件成為諧振開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的較好選擇。
c6器件可降低設(shè)計(jì)難度，非常適合于各種高能效應(yīng)用，例如面向PC、筆記本電腦、上網(wǎng)本或手機(jī)、照明(高壓氣體放電燈)產(chǎn)品以及電視機(jī)和游戲機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品的電源或適配器。
CoolMOS誕生于上世紀(jì)90年代，是業(yè)界高性能MOSFET的先驅(qū)，以大批量生產(chǎn)和高可靠性引領(lǐng)潮流。
75V豐富OptiMOS 3產(chǎn)品線
OptiMOS 3 75V功率MOSFET系列具備領(lǐng)先的導(dǎo)通電阻(Rpson)和品質(zhì)因素(FOM,Qg’RDson)特性，可在任何負(fù)載條件下，降低開(kāi)關(guān)電源、電機(jī)控制和快速開(kāi)關(guān)D類功放等電源產(chǎn)品的功率損耗并改善其整體能效。
1．1問(wèn)題的提出
80PLUS是一項(xiàng)針對(duì)電源所做的新標(biāo)準(zhǔn)，它的核心是加載主動(dòng)式PFC電路模塊用于提升計(jì)算機(jī)設(shè)備的使用效率。保證電源設(shè)備在22%、48%，以及滿載時(shí)有大于84%的轉(zhuǎn)換效率。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是在不同的負(fù)載程度，能夠減少多余電能轉(zhuǎn)換成的廢熱，來(lái)降低電源的使用成本。在中國(guó)這筆費(fèi)用是由各個(gè)電源生產(chǎn)商向國(guó)家節(jié)能減排部門(mén)進(jìn)行申報(bào)后獲得的。該標(biāo)準(zhǔn)最早是由美國(guó)能源局制定的效率標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)桌面型臺(tái)式機(jī)、高性能刀片服務(wù)器及工作站所制定的節(jié)能規(guī)范，希望借此來(lái)提高計(jì)算機(jī)內(nèi)部電源設(shè)備的效率與功率因數(shù)比值，減少EMI諧波危害，降低設(shè)備的發(fā)熱量，以達(dá)到節(jié)能目的。圖1顯示轉(zhuǎn)換效率從低到高分別是80PLUS的6個(gè)標(biāo)準(zhǔn):白牌(標(biāo)準(zhǔn)版)、銅牌、銀牌、金牌、鉑金、鈦金從上到下依次提升。PFC效率因子數(shù)值越高表示這臺(tái)電源越優(yōu)秀。相比普通的被動(dòng)PFC電源，80PLUS標(biāo)準(zhǔn)有許多優(yōu)點(diǎn)。
1．2主動(dòng)PFC電路設(shè)計(jì)能夠延長(zhǎng)的使用壽命
圖2顯示了被動(dòng)PFC電源的熱功耗模式，根據(jù)功率校正決定電源適配器轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵在于能將百分比之多少的輸入轉(zhuǎn)換為輸出，由于剩下的電能會(huì)轉(zhuǎn)換成廢熱。廢熱的產(chǎn)生會(huì)增加很大的電源噪音，而風(fēng)扇需以高轉(zhuǎn)速來(lái)帶走廢熱，來(lái)保證電源內(nèi)部不會(huì)過(guò)熱觸發(fā)報(bào)警裝置。目前我們所使用的電源風(fēng)扇都是普通油封軸承，這種軸承的好處就是成本低，便于大面積使用。缺點(diǎn)是壽命短，油一旦消耗完后會(huì)產(chǎn)生巨大的摩擦噪音。因此，減少?gòu)U熱、保持低散熱需求的好處即是增加電腦電源的耐用度。
1．3主動(dòng)PFC電路設(shè)計(jì)能夠減少熱輻射功耗
例如，一個(gè)轉(zhuǎn)換效率65%的額定600瓦的電源設(shè)備，在100%負(fù)載時(shí)會(huì)消耗600瓦的電力，剩下的180瓦則會(huì)轉(zhuǎn)換成多余的熱能。如果該電源供應(yīng)器轉(zhuǎn)換效率為80%，在90%負(fù)載時(shí)只需要540瓦的電力供應(yīng)，那么就只有60瓦的電力轉(zhuǎn)換成熱能。所以如何減少這些熱能非常重要，由于目前科學(xué)技術(shù)的限制，人類還無(wú)法去收集這些多余熱能進(jìn)行儲(chǔ)存。因此，減少這些無(wú)用的電子消耗顯得非常重要。采用溫控裝置的電源風(fēng)扇就不必在高轉(zhuǎn)數(shù)情況下進(jìn)行工作，這將有效的降低電源噪音和電源內(nèi)部的發(fā)熱量。讓電源內(nèi)部的元器件保持在正常溫度系數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行工作。
2主動(dòng)PFC技術(shù)的實(shí)用價(jià)值
2．1有源PFC電路模塊的重要性
節(jié)能減排一直是很多單位關(guān)注的，80PLUS電源能夠做到為機(jī)房節(jié)能。這得益于80PLUS標(biāo)準(zhǔn)電源的高功率因數(shù)(PFC值)。PFC的全英文名為“PowerFactorCorrection”，意思是“功率因數(shù)調(diào)整值”，用來(lái)表示有效功率與總耗電量(視為額定功率)之間的比值。電網(wǎng)供給電源的能量并不能100%被電源所利用，在電源和電網(wǎng)之間會(huì)存在不小的電能損失部分。這個(gè)時(shí)候PFC就誕生了，目前的PFC電源分為主動(dòng)式(active)和被動(dòng)式(pas-sive)兩種。被動(dòng)PFC電路的功率因數(shù)一般只有70－78%，有的甚至連70%都達(dá)不到。而且電源非常沉重，不利于運(yùn)輸。而主動(dòng)PFC的功率因素通常保持在90%以上，甚至達(dá)到95%。由于不需要龐大的電感，因此重量得到了大幅度的減輕。
2．2寬頻電壓輸出
主動(dòng)PFC還有另外一項(xiàng)重要的附加價(jià)值，即它可以適應(yīng)90Vdc－260Vdc的全范圍電壓，可以全球通用，特別是對(duì)于電壓不穩(wěn)的地區(qū)有重要的使用價(jià)值。在我國(guó)的貧困地區(qū)，及地震災(zāi)區(qū)，當(dāng)?shù)仉娏Σ块T(mén)無(wú)法保障220V穩(wěn)定電壓的環(huán)境下，使用主動(dòng)PFC的設(shè)備能夠有效緩解電力異常波動(dòng)造成的瞬時(shí)斷電設(shè)備重啟問(wèn)題。在邊遠(yuǎn)地區(qū)使用主動(dòng)PFC設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)能夠有效保障學(xué)校、醫(yī)院重要部門(mén)的不間斷運(yùn)作。
2．3單位耗電量的下降
注意:為了滿足能源之心(ENERGYSTAR)的規(guī)范指標(biāo)以及國(guó)家降低碳排放的強(qiáng)制要求，即功率因數(shù)越大，對(duì)節(jié)約電力能源越有好處。主動(dòng)PFC電源為了保證更高的轉(zhuǎn)換效率，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與用料上，都較傳統(tǒng)電源要復(fù)雜和考究得多，這帶來(lái)了生產(chǎn)成本的上升。但考慮到在工業(yè)用電方面的開(kāi)支減少，特別是現(xiàn)在很多大學(xué)機(jī)房機(jī)器數(shù)量都在數(shù)千臺(tái)以上，是一些專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，常年24小時(shí)開(kāi)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)。如果按照一年一臺(tái)PC即可節(jié)省200元人民幣，這筆費(fèi)用擴(kuò)建機(jī)房升級(jí)設(shè)備都綽綽有余，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益來(lái)看，未來(lái)終端用戶應(yīng)該多考慮帶有主動(dòng)PFC模塊的電源。
3主動(dòng)PFC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
圖3顯示的為PFC升壓預(yù)轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成，這里需要安置一個(gè)線圈，通過(guò)一個(gè)二極管和一個(gè)PF開(kāi)關(guān)。藍(lán)色箭頭所指的波形電感需要一枚加載PFC預(yù)調(diào)節(jié)器而設(shè)計(jì)的功率因數(shù)校正控制器電路。這里我們使用ONSEMI半導(dǎo)體(MC33368和MC33260)，均工作在臨界導(dǎo)電模式中，而NCP1650則工作于連續(xù)導(dǎo)電模式。通常將臨界導(dǎo)電模式用于300W以下的功率因數(shù)控制電路。而CCM連續(xù)導(dǎo)通模式用于400W以上的功率因子電路模塊。隨著機(jī)房在教學(xué)上開(kāi)設(shè)了matlab，大型數(shù)據(jù)庫(kù)等課程，這些課程對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件要求非常高，特別是大數(shù)據(jù)運(yùn)算這樣的模型搭建。為了滿足這些設(shè)施要求，必須使用額定功率在400W以上的電源才能滿足需求。CCM電路拓?fù)渚褪菫榱送ㄟ^(guò)80PLUS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，一般采用正激拓?fù)?又分為單端正激拓?fù)浜碗p管正激拓?fù)?較之前機(jī)房所使用的被動(dòng)PFC普通電源，通常采用半橋拓?fù)洹０霕蛲負(fù)渚捎萌龢O管做主開(kāi)關(guān)管，正激拓?fù)洳捎肕OS管進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是這樣的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗均遠(yuǎn)大于MOS管。而且這類電源非常笨重。因此，半橋拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換效率一般剛剛能夠突破70%，而雙管正激拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換效率基本都能接近80%，設(shè)計(jì)和用料較好的就能達(dá)到85%以上。雙管正激拓?fù)湎鄬?duì)于半橋拓?fù)涞牧硪粋€(gè)優(yōu)勢(shì)就是紋波要小得多(由其工作原理所決定)。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓會(huì)有一些不規(guī)則的小幅波動(dòng)，波動(dòng)幅值范圍一般是幾十毫伏，稱為紋波。紋波干擾在機(jī)房是非常普遍的一種電磁干擾，特別是機(jī)房其它的非兼容設(shè)備比較多的情況下。會(huì)造成液晶顯示器摩爾紋的顯示故障。這種故障會(huì)影響顯示器使用者的體驗(yàn)感受。從另外一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的板載芯片對(duì)紋波有一定的耐受能力，但這樣的范圍是非常有限的，這將會(huì)導(dǎo)致聲卡的模擬放大電路會(huì)受紋波影響導(dǎo)致音質(zhì)失真。特別是語(yǔ)音室對(duì)雜音過(guò)濾的要求非常的高，而正激拓?fù)涞募y波更小，即電源輸出的電壓更平穩(wěn)，電流更純凈，從而延長(zhǎng)各部件的使用壽命，更可以減少令人頭疼的EMI電磁干擾問(wèn)題。
4改造主動(dòng)PFC電源負(fù)載性能測(cè)定試驗(yàn)環(huán)境
INTELXEONE－1230v316GAPACERDDR31866×28×2TRAID0磁盤(pán)陣列。額定600W電源運(yùn)行測(cè)試國(guó)際象棋算法及圖形4D渲染。電路板在滿負(fù)載、低電壓線路下工作30分鐘后進(jìn)行測(cè)量。所有測(cè)量是在沒(méi)有中斷的情況下連續(xù)進(jìn)行的。采用HP34401A萬(wàn)用表在測(cè)試端直接測(cè)量。輸入功率根據(jù)如下公式計(jì)算:Pin(avg)=Vin(rms)•Iin(rms)•PF機(jī)箱蓋板打開(kāi)、側(cè)板無(wú)12cm風(fēng)扇、僅使用slient模式CPU風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4600W額定電源測(cè)試的轉(zhuǎn)換效率這些結(jié)果是在一種相對(duì)高頻的應(yīng)用中獲得的，軌跡線顯示了線電壓在不同負(fù)載時(shí)的效率，以中國(guó)境內(nèi)230V電壓標(biāo)準(zhǔn)，效率始終高于95%。100%負(fù)載下轉(zhuǎn)換效率略有下降，且此時(shí)電源發(fā)熱量會(huì)非常大，但相比于被動(dòng)式PFC的電源來(lái)說(shuō)，這樣的發(fā)熱量已經(jīng)減少了很多。
5結(jié)語(yǔ)
1新型冗余電源
在傳統(tǒng)的冗余電源設(shè)計(jì)中,雖然采用二極管具有電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),但其缺點(diǎn)也非常明顯:(1)二極管正向?qū)〞r(shí),從電源到負(fù)載由于通過(guò)二極管以后會(huì)有一個(gè)二極管的壓降;(2)在大電流的情況下功耗大,發(fā)熱量大,電源整體轉(zhuǎn)換效率損耗大。即使采用壓降較小的肖特基二極管,根據(jù)二極管的正向特性曲線,隨著電流的增大,二極管本身的正向?qū)▔航狄矔?huì)隨之增大。通常,肖特基二極管的正向?qū)▔航翟?.4V左右,這對(duì)于3.3V的電源而言其電壓跌落將高達(dá)12%[3]。而且在大電流(例如10A)的情況下,就會(huì)產(chǎn)生4W的功耗,因此還需考慮散熱的問(wèn)題,這會(huì)增加機(jī)載設(shè)備散熱的負(fù)擔(dān)。新型的冗余電源方案采用“或”方式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET:Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor)控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)大功率的MOSFET管來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電路中的肖特基二極管(如圖2所示)。其中,N溝道功率MOSFET導(dǎo)通內(nèi)阻可以達(dá)到幾毫歐,這樣就能大大降低正向?qū)▔航岛痛箅娏髁鬟^(guò)MOSFET所產(chǎn)生的功耗,減少了設(shè)備的發(fā)熱量,提高了系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率。
2MAX8536在新型冗余電源中的應(yīng)用
MAX8536是MAXIM公司的一款具有快速故障隔離的冗余電源“或”方式MOSFET控制器[4]。它不僅具備基本的“或”的功能,還具有欠壓、過(guò)壓、電流反向保護(hù)的功能。它構(gòu)成的冗余電源電路如圖3所示。在MAX8536這款控制器中,當(dāng)控制器的電源輸入端(VCC:VoltageofCircuit)達(dá)到并超過(guò)啟動(dòng)門(mén)限后,芯片開(kāi)始工作。同時(shí)在芯片內(nèi)置一個(gè)充電泵,為GATE腳提供一個(gè)VCC+5V的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)Q1、Q2導(dǎo)通。在TIMER和GND之間連接一個(gè)電阻,通過(guò)改變這個(gè)電阻的大小來(lái)調(diào)節(jié)充電泵的工作頻率以及外部MOSFET開(kāi)關(guān)的速度,當(dāng)把TIMER接地時(shí),則能控制外部MOSFET關(guān)斷。該芯片的CS腳連到輸出總線的正端,通過(guò)檢測(cè)外部MOSFET兩端的壓降(即VCC和CS兩點(diǎn)的電壓),來(lái)確定電流的方向。當(dāng)VCC-CS>10mV時(shí),則認(rèn)為是電流正向;當(dāng)CS-VCC>30mV時(shí),則認(rèn)為是電流反向。把VCC通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓,采樣后作為欠壓保護(hù)的輸入連接到芯片的UVP端,與芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來(lái)判斷是否欠壓。同樣,將CS的電壓通過(guò)分壓采樣后作為過(guò)壓保護(hù)的輸入連接到芯片的OVP端,與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓比較,再根據(jù)電流方向判斷是否過(guò)壓。當(dāng)芯片處于欠壓、過(guò)壓和電流反向的情況下,則認(rèn)為有故障,FAULT則會(huì)輸出低電平,并關(guān)閉外部MOSFET,快速隔離故障電源。在測(cè)試板實(shí)驗(yàn)中采用了兩路冗余的方式,其原理如圖4所示。由圖4中可見(jiàn),采用了2個(gè)背靠背反向連接的MOSFET電路,這樣的連接方法可以避免單個(gè)MOSFET的體二極管導(dǎo)通對(duì)輸入、輸出之間的影響,因?yàn)閱喂艿臅r(shí)候,關(guān)斷MOSFET后,由于MOSFET自身的體二極管的存在,還是會(huì)存在導(dǎo)通通路,會(huì)對(duì)模塊或輸出總線產(chǎn)生影響。該電路的輸入為+3.3V穩(wěn)壓電源。對(duì)于低電壓大電流的應(yīng)用場(chǎng)合,需要在滿足條件的情況下,選取導(dǎo)通電阻盡可能小的MOSFET,這里選用了Vishay的SUB75N03-04,其導(dǎo)通電阻RDS(on)為0.004Ω左右。當(dāng)電流為10A時(shí),MOSFET的理論導(dǎo)通壓降僅為0.04V,導(dǎo)通損耗僅為0.4W。與原來(lái)采用二極管的方法相比,極大地減小了原來(lái)二極管上的導(dǎo)通壓降和損耗。根據(jù)不同的負(fù)載大小,對(duì)該電路測(cè)試板進(jìn)行了測(cè)試。MOSFET上的壓降可由圖5看到:橫軸表示輸出負(fù)載電流的大小,縱軸表示電路中電流流過(guò)兩個(gè)背靠背反向連接的MOSFET的壓降。根據(jù)歐姆定律,在MOSFET的導(dǎo)通電阻幾乎不變的情況下,它兩端的壓降和電流是成正比的。由圖5可見(jiàn),MOSFET的壓降隨著電流的增大線性增大,當(dāng)輸出電流達(dá)到10A時(shí),兩個(gè)MOSFET的壓降為64mV。MOSFET的導(dǎo)通損耗如圖6所示。其中,橫坐標(biāo)為輸出電流,縱坐標(biāo)為導(dǎo)通損耗。根據(jù)公式2P=UI=IR可知,在MOSFET導(dǎo)通電阻基本不變的情況下,它的導(dǎo)通損耗和輸出電流的平方成正比。由圖6可見(jiàn),MOSFET的導(dǎo)通損耗和電流的平方成正比。當(dāng)輸出電流達(dá)到10A時(shí),這兩個(gè)反向連接的MOSFET導(dǎo)通損耗為0.64W。對(duì)于一個(gè)輸出3.3V@10A、輸入-輸出效率為80%的電源來(lái)說(shuō),如果用二極管的冗余方案,實(shí)際輸出電壓需要抬高到3.7V左右以補(bǔ)償二極管的導(dǎo)通壓降,系統(tǒng)的總效率為71%;而采用導(dǎo)通電阻4mΩ的MOSFET冗余方案,幾乎不需要電壓補(bǔ)償,總效率可以達(dá)到79%,效率損失很小,因此,即便二極管的方案電路簡(jiǎn)單、更易實(shí)現(xiàn),但是在低電壓、大電流的應(yīng)用里,二極管較大的導(dǎo)通壓降、功率損耗以及必須考慮的散熱問(wèn)題,成為該方案應(yīng)用最大的弱點(diǎn),采用“或”方式MOSFET控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)大功率的MOSFET管來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電路中的肖特基二極管降低了約84%的導(dǎo)通壓降和損耗,因而該方案在低電壓、大電流應(yīng)用場(chǎng)合中更具優(yōu)勢(shì)。
3結(jié)束語(yǔ)
在新型冗余電源設(shè)計(jì)中,采用了“或”方式MOSFET控制器對(duì)MOSFET進(jìn)行控制,代替了原來(lái)簡(jiǎn)單的二極管方案。相比原來(lái)二極管的方案,雖然電路稍微復(fù)雜一些,但是對(duì)于冗余電源電路的優(yōu)化是顯而易見(jiàn)的。達(dá)到了減小壓降,降低損耗的目的,還能起到在故障時(shí)隔離模塊與輸出總線的作用,并且可以有效提高電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率,降低散熱設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān),在低電壓、大電流的機(jī)載二次電源系統(tǒng)應(yīng)用中是更好的解決方案。
【關(guān)鍵詞】全橋軟開(kāi)關(guān)電源；負(fù)載-效率最佳工作點(diǎn)；電源休眠；綠色；節(jié)能；創(chuàng)新
1.解決損耗的辦法
1.1變硬開(kāi)關(guān)為軟開(kāi)關(guān)
在眾多損耗中，最重要的損耗是開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)關(guān)過(guò)程中由于電流和電壓的交叉導(dǎo)通產(chǎn)生的熱損耗，所以改變電源的工作狀態(tài)，即變硬開(kāi)關(guān)電源為軟開(kāi)關(guān)電源是根本解決辦法。
1.2提高電源的負(fù)載
從圖1可以看出：開(kāi)關(guān)電源在40%額定電流輸出區(qū)間以下，整流器的效率是比較低的，而且輸出電流越小效率越低。但整流器的持續(xù)工作電流過(guò)大一旦達(dá)到或者超過(guò)額定工作電流，其工作穩(wěn)定性要受到影響，因此，從提高整流器的工作效率來(lái)講，我們有必要采取措施確保開(kāi)關(guān)整流器工作在40%-80%的負(fù)載區(qū)間內(nèi)。
綜上所述，現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的缺陷是：開(kāi)關(guān)整流器沒(méi)有得到合理的利用，工作效率低，熱損耗大，浪費(fèi)資源。有必要采取合理的技術(shù)措施，避免多個(gè)整流器工作在效率較低的負(fù)載率區(qū)間內(nèi)，提升整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的工作效率，降低熱損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
2.解決電源損耗帶來(lái)的問(wèn)題
2.2可靠性的問(wèn)題
電源的可靠度是時(shí)間和負(fù)載的函數(shù)，時(shí)間越長(zhǎng)，可靠度下降，負(fù)載越大可靠度越低，本來(lái)電源是并聯(lián)工作在小負(fù)載狀態(tài)，當(dāng)認(rèn)為提高負(fù)載后電源的可靠度下降，故可靠性設(shè)計(jì)重要的一個(gè)方面是負(fù)載率的設(shè)計(jì)，根據(jù)元器件的特性及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，元器件的在小負(fù)載率下工作時(shí)，電源系統(tǒng)的可靠性較高的。
2.2電源冗余設(shè)計(jì)的問(wèn)題
冗余電源是用于服務(wù)器中的一種電源，是由兩個(gè)完全一樣的電源組成，由芯片控制電源進(jìn)行負(fù)載均衡，當(dāng)一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)電源馬上可以接管其工作，在更換電源后，又是兩個(gè)電源協(xié)同工作。冗余電源是為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器系統(tǒng)的高可用性。除了服務(wù)器之外，磁盤(pán)陣列系統(tǒng)應(yīng)用也非常廣泛。電源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷備份、并聯(lián)均流的N+1備份、冗余熱備份等方式。容量冗余是指電源的最大負(fù)載能力大于實(shí)際負(fù)載，這對(duì)提高可靠性意義不大。冗余冷備份是指電源由多個(gè)功能相同的模塊組成，正常時(shí)由其中一個(gè)供電，當(dāng)其故障時(shí)，備份模塊立刻啟動(dòng)投入工作。這種方式的缺點(diǎn)是電源切換存在時(shí)間間隔，容易造成電壓豁口。并聯(lián)均流的N+1備份方式是指電源由多個(gè)相同單元組成，各單元通過(guò)或門(mén)二極管并聯(lián)在一起，由各單元同時(shí)向設(shè)備供電。這種方案在1個(gè)電源故障時(shí)不會(huì)影響負(fù)載供電，但負(fù)載端短路時(shí)容易波及所有單元。冗余熱備份是指電源由多個(gè)單元組成，并且同時(shí)工作，但只由其中一個(gè)向設(shè)備供電，其他空載。主電源故障時(shí)備份電源可以立即投入，輸出電壓波動(dòng)很小。對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷操作、高可靠的系統(tǒng)，如基站通信設(shè)備、*設(shè)備、服務(wù)器等，往往需要高可靠的電源供應(yīng)。冗余電源設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵部分，在高可用系統(tǒng)中起著重要作用。冗余電源一般配置2個(gè)以上電源。當(dāng)1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，其他電源可以立刻投入，不中斷設(shè)備的正常運(yùn)行。這類似于UPS電源的工作原理：當(dāng)市電斷電時(shí)由電池頂替供電。冗余電源與UPS的區(qū)別主要是由不同的電源同時(shí)供電，而UPS則是一個(gè)電源供電另一個(gè)則隨時(shí)備用，有需要時(shí)自動(dòng)切換。傳統(tǒng)的冗余電源設(shè)計(jì)方案是由2個(gè)或多個(gè)電源通過(guò)分別連接二極管陽(yáng)極，以“或門(mén)”的方式并聯(lián)輸出至電源總線上。如圖1所示。可以讓1個(gè)電源單獨(dú)工作，也可以讓多個(gè)電源同時(shí)工作。當(dāng)其中1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦裕粫?huì)影響電源總線的輸出。
3.兩全其美的解決辦法
3.1軟件辦法的電源休眠技術(shù)
從2009年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)各開(kāi)關(guān)電源廠家陸續(xù)推出了結(jié)合自身電源產(chǎn)品的軟件休眠節(jié)能技術(shù)，其普遍的技術(shù)原理是：廠家根據(jù)自身的開(kāi)關(guān)整流器的負(fù)載-效率特性，預(yù)設(shè)一個(gè)合理的負(fù)載率區(qū)間，通過(guò)電源系統(tǒng)監(jiān)控單元實(shí)時(shí)采集整流器輸出電流與總負(fù)載電流，計(jì)算判斷需要工作的整流器數(shù)量，然后通過(guò)整流器遙控開(kāi)/關(guān)機(jī)命令實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器的軟關(guān)機(jī)和開(kāi)機(jī)，達(dá)到休眠節(jié)能的目的。
3.2硬件辦法的電源輪流工作技術(shù)
節(jié)能控制器不依賴于開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控單元，而是獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器輸出電流總和各模塊工作狀態(tài)的檢測(cè)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的整流器工作效率區(qū)間，判斷當(dāng)前負(fù)載情況下需要工作的整流器數(shù)量，然后控制加裝在整流器交流輸入前端的繼電器，控制整流器的市電輸入通斷，通過(guò)冷備份方式來(lái)達(dá)到休眠節(jié)能的目的。
4.結(jié)束語(yǔ)
采用電源休眠技術(shù)控制的開(kāi)關(guān)電源，不僅可以提高整個(gè)電源系統(tǒng)的工作效率，減少能源損耗，還可以對(duì)電源輸出狀況進(jìn)行監(jiān)控，有效實(shí)現(xiàn)了“該干活時(shí)就掄起膀子大干，該休閑時(shí)就安靜的休閑”的工作模式杜絕了“干也不好好干，休也休不好”的工作模式，減少了因電源閑置和怠工產(chǎn)生的浪費(fèi)和損失。
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【關(guān)鍵詞】：含分布式電源；配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)；影響；技術(shù)策略
1、導(dǎo)言
近年來(lái)，隨著DG接入配電網(wǎng)，其對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、潮流、故障特征等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。配電網(wǎng)故障時(shí)短路電流大小及分布均有變化，變化的程度與DG的容量、接入位置等因素直接相關(guān)；網(wǎng)絡(luò)各處保護(hù)所受影響也不盡相同，導(dǎo)致現(xiàn)有配電網(wǎng)保護(hù)無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障的位置而出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)現(xiàn)象。本文通過(guò)研究近幾年有關(guān)分布式發(fā)電的文獻(xiàn)資料和科研成果，對(duì)含分布式電源的各種配電網(wǎng)保護(hù)方案進(jìn)行歸類與分析，展望了其今后的發(fā)展方向。
2、含分布式電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的影響
2.1對(duì)重合閘的影響
目前，自動(dòng)重合閘已被廣泛使用，可能會(huì)使含DG的配電網(wǎng)在故障時(shí)出現(xiàn)以下幾種現(xiàn)象：配網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，部分負(fù)荷由DG供電，此時(shí)若自動(dòng)重合閘動(dòng)作，則會(huì)導(dǎo)致重合閘失敗；DG在饋線斷路器跳閘后持續(xù)供電，故障點(diǎn)電弧無(wú)法熄滅，導(dǎo)致自動(dòng)重合閘失敗。當(dāng)瞬時(shí)性故障發(fā)生時(shí)，自動(dòng)重合閘能夠迅速恢復(fù)供電，但是當(dāng)DG接入配網(wǎng)后，相應(yīng)的配電線路會(huì)變成雙側(cè)電源供電，重合閘的動(dòng)作需要考慮到兩側(cè)保護(hù)的時(shí)間配合問(wèn)題與兩側(cè)電源的同步問(wèn)題。
2.2計(jì)及保護(hù)影響限制DG準(zhǔn)入容量
接入配電網(wǎng)DG容量越大，故障時(shí)DG對(duì)配網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作正確性產(chǎn)生的影響也越大，從限制DG對(duì)配網(wǎng)保護(hù)影響出發(fā)，可合理分析計(jì)算DG的準(zhǔn)入容量。可通過(guò)PSCAD仿真軟件，根據(jù)配電網(wǎng)電流保護(hù)定值，求取出網(wǎng)絡(luò)各處DG的準(zhǔn)入容量，在準(zhǔn)入容量以內(nèi)，可以避免因DG接入造成保護(hù)誤動(dòng)。分析了DG對(duì)配網(wǎng)保護(hù)的影響，并結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際，提出了DG準(zhǔn)入容量計(jì)算的約束條件。限制DG準(zhǔn)入容量，雖然配網(wǎng)保護(hù)無(wú)需任何改動(dòng)，但電網(wǎng)消納DG的能力有限。
2.3對(duì)短路電流的影響
當(dāng)DG并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，即便潮流方向不變，在短路時(shí)短路電流值都會(huì)受到影響，流過(guò)保護(hù)的短路電流值會(huì)發(fā)生變化，并且這種變化是不定向的，無(wú)法預(yù)測(cè)，隨著故障位置和DG的運(yùn)行狀態(tài)不同，流經(jīng)保護(hù)處的故障電流值會(huì)增大或減小。這些故障電流值的具體變化情況隨配電網(wǎng)中DG種類和接入數(shù)量的增加而變得更加的復(fù)雜。如配電網(wǎng)仍采用原有保護(hù)配置方案，從保護(hù)可靠性的角度考慮，DG的接入點(diǎn)、接入數(shù)量和準(zhǔn)入容量等都會(huì)受到很大的限制。
3、含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)策略
3.1采用距離保護(hù)
距離保護(hù)的測(cè)量量是保護(hù)安裝處母線電壓與線路電流之比，反映測(cè)量阻抗的降低而動(dòng)作。正常時(shí)，距離保護(hù)測(cè)量的是負(fù)荷阻抗；故障時(shí)反映的是保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的阻抗，其大小只與保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)距離相關(guān)。距離保護(hù)具有方向性、保護(hù)范圍穩(wěn)定、靈敏度高、不受運(yùn)行方式變化影響等特點(diǎn)，比較適合作為含DG的配電網(wǎng)保護(hù)。并通過(guò)仿真分析表明，DG的接入位置對(duì)測(cè)量阻抗產(chǎn)生了一定影響，距離保護(hù)安裝在DG上游時(shí)，DG的分流作用會(huì)使保護(hù)范圍有所減小；距離保護(hù)安裝在DG下游時(shí)，不影響距離保護(hù)的正確動(dòng)作。對(duì)于長(zhǎng)短線配合系統(tǒng)，距離保護(hù)可能失去選擇性，但隨著DG容量增加，此影響呈較小趨勢(shì)甚至消失。
3.2運(yùn)用合理的計(jì)算方法對(duì)分布式電源在配電網(wǎng)中進(jìn)行規(guī)劃
一切的對(duì)于分布式電源使用的規(guī)劃都離不開(kāi)合理的計(jì)算方法的支持。在進(jìn)行分布式電源的規(guī)劃中應(yīng)該合理的采用遺傳算法。在遺傳算法的使用上，要注重對(duì)曾經(jīng)的數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有效的應(yīng)用，通過(guò)學(xué)習(xí)之前的經(jīng)驗(yàn)，提出各種的問(wèn)題方案，再根據(jù)問(wèn)題提出相對(duì)應(yīng)的解決方案，最終才能在規(guī)劃的過(guò)程中找到最優(yōu)的解決方案。另外還要合理的使用模擬計(jì)算法。在進(jìn)行模擬計(jì)算法的使用上，要通過(guò)預(yù)設(shè)一個(gè)分布式電源在配電網(wǎng)規(guī)劃中出現(xiàn)的問(wèn)題，并通過(guò)在現(xiàn)實(shí)生活中一次次的進(jìn)行有效的一對(duì)一的實(shí)驗(yàn)，最終得到整個(gè)問(wèn)題的最全的解決方案。但是這種算法的使用也是存在著諸多的弊端的，因?yàn)樗哂袑?shí)脫離際，隨意模擬現(xiàn)象的出現(xiàn)，所以應(yīng)該配合著遺傳算法上的使用。最后要合理的進(jìn)行粒子群算法的使用。粒子群算法，就是在眾多的粒子中尋找到最優(yōu)的粒子進(jìn)行發(fā)展，已達(dá)到通過(guò)一個(gè)粒子來(lái)影響全局的作用。在進(jìn)行粒子群的計(jì)算上，可以明確的算出在進(jìn)行分布式電源的規(guī)劃中所要使用的費(fèi)用，最后通過(guò)對(duì)比，選擇出最有利最經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃方案。
3.3基于相鄰電流保護(hù)間通信的三段式電流保護(hù)技術(shù)改造方案
將相鄰線路保護(hù)作為一個(gè)保護(hù)單元，利用后級(jí)線路方向性電流保護(hù)閉鎖前級(jí)三段式方向電流保護(hù)。該方案邏輯簡(jiǎn)單，新增輔助設(shè)備少；本線內(nèi)故障全線速動(dòng)切除，避免了DG投退造成保護(hù)定值頻繁改動(dòng)；通過(guò)本側(cè)保護(hù)聯(lián)跳對(duì)側(cè)斷路器，線路對(duì)側(cè)無(wú)需安裝保護(hù)裝置，簡(jiǎn)化了保護(hù)配置。在實(shí)際應(yīng)用中，通信設(shè)備的可靠性對(duì)保護(hù)的影響至關(guān)重要，需要設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)冗措施確保保護(hù)動(dòng)作正確性；需要考慮運(yùn)行方式變化對(duì)該保護(hù)方案帶來(lái)的不利影響并加以改進(jìn)。
3.4做好自適應(yīng)保護(hù)
自適應(yīng)保護(hù)的思想是盡可能地讓保護(hù)適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，改善保護(hù)的性能。自適應(yīng)保護(hù)的方法主要是存儲(chǔ)基準(zhǔn)信息，對(duì)線路的各個(gè)電氣量實(shí)時(shí)采樣計(jì)算，然后將兩者比較，根據(jù)結(jié)果來(lái)確定故障范圍和對(duì)此故障應(yīng)該采取的保護(hù)方案。但是該方法需要對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行信息采集，而配電網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面廣，運(yùn)行維護(hù)較困難。明確自適應(yīng)保護(hù)方法，可用計(jì)算機(jī)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，使保護(hù)裝置的定值能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
4、結(jié)論
綜上，對(duì)分布式發(fā)電繼電保護(hù)技術(shù)的研究工作雖取得了一定的成果，但多數(shù)研究成果局限于理論研究，普遍缺乏工程實(shí)踐。為適應(yīng)分布式發(fā)電的發(fā)展，應(yīng)著重開(kāi)展以下幾個(gè)方面的研究工作：可從實(shí)際工程應(yīng)用的角度出發(fā)，強(qiáng)化理論成果的可移植性；加強(qiáng)高滲透率情況下的配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的研究，提高電網(wǎng)對(duì)DG的消納能力；將廣域網(wǎng)保護(hù)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)硬件資源與數(shù)據(jù)共享，隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的不斷深入，廣泛采集配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，以逐步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備。
【參考文獻(xiàn)】：
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為了給安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電,所配備的電源應(yīng)能提供12V可靠穩(wěn)定的直流電。由于鐵路罐車(chē)運(yùn)輸范圍廣、溫度變化大,電源應(yīng)能滿足鐵路罐車(chē)運(yùn)營(yíng)環(huán)境溫度的要求,即-40℃~+50℃。并且,鐵路罐車(chē)的最短檢修周期為1年,在此期間,一般無(wú)專人維護(hù),因而,電源的供電時(shí)間應(yīng)不小于1年。
2三種電源應(yīng)用于鐵路罐車(chē)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析
根據(jù)鐵路罐車(chē)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源的要求,從環(huán)境溫度、安裝方式和供電方式等方面分別對(duì)閥控式鉛酸蓄電池、鋰亞硫酰氯電池和太陽(yáng)能發(fā)電三種電源進(jìn)行分析、對(duì)比。
2.1閥控式鉛酸蓄電池
閥控式鉛酸蓄電池因結(jié)構(gòu)密封,充、放電過(guò)程中不會(huì)漏液,也不需要定期加水或加酸液,并且,電池內(nèi)部設(shè)置了可以調(diào)節(jié)氣壓的安全閥,因此,這種電池也被稱為“免維護(hù)”閥控密封式鉛酸蓄電池,為二次電池。這種電池因具有電壓穩(wěn)、充放電可逆性好、使用溫度范圍廣、安全性高、免維護(hù)、環(huán)保等特點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、交通、電力、通訊、冶金、石油化工以及城市軌道交通的通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等[1]。閥控式鉛酸蓄電池在-40℃~+60℃范圍內(nèi)可正常使用,使用壽命為5年,能夠滿足鐵路罐車(chē)運(yùn)營(yíng)環(huán)境溫度和檢修的要求。然而,由于結(jié)構(gòu)原因,散熱困難,其壽命和容量受溫度影響較大。這種電池在25℃的環(huán)境下兼具使用壽命長(zhǎng)和容量高的最佳綜合性能。長(zhǎng)期運(yùn)行溫度若升高10℃,使用壽命約降低一半[2];當(dāng)溫度降低至-40℃時(shí),蓄電池的容量減少到原來(lái)的1/3左右[3]。為了延長(zhǎng)使用壽命,蓄電池應(yīng)避免陽(yáng)光直射,并進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐L(fēng)。并且,由于蓄電池的體積和重量較大,如容量為38Ah的閥控式鉛酸蓄電池外形尺寸為200mm×169mm×176mm,重量約19kg。因此,蓄電池在鐵路罐車(chē)上的安裝采用獨(dú)立式設(shè)計(jì),并在保護(hù)殼上設(shè)置通風(fēng)孔,可與安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的其他部件一起固定在罐頂,或懸掛于罐車(chē)的底架上以便于臨時(shí)檢修。在確定蓄電池的容量時(shí),需綜合考慮用電負(fù)載功耗、蓄電池的放電深度(一般取75%)、自放電(25℃時(shí),每天自放電率小于額定容量的0.1%)和溫度對(duì)蓄電池容量的影響等因素。由于蓄電池在一次充電后給負(fù)載的供電時(shí)間應(yīng)不低于1年,因此,采用閥控式鉛酸蓄電池給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電時(shí),只能進(jìn)行間歇式供電,不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。并且,根據(jù)用電負(fù)載的功耗,在考慮蓄電池體積和重量的基礎(chǔ)上,選擇適當(dāng)?shù)娜萘?從而確定供電的間隔時(shí)間。
2.2鋰亞硫酰氯電池
鋰亞硫酰氯電池因具有比能量高(實(shí)際比能量為405Wh/kg[4])、工作電壓高且平穩(wěn)(在90%容量范圍內(nèi),電壓變化小于0.2V[5])、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)(15年)、體積小、重量輕、耐振動(dòng)和沖擊等優(yōu)點(diǎn),已廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)量、檢測(cè)儀表、監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、電子醫(yī)療設(shè)備、GPS定位追蹤設(shè)備等。目前工業(yè)化生產(chǎn)的電池為一次電池,國(guó)產(chǎn)38Ah鋰亞硫酰氯電池的價(jià)格大約為每節(jié)75元。鋰亞硫酰氯電池的工作溫度范圍在-55℃~85℃之間,滿足鐵路罐車(chē)的運(yùn)營(yíng)工況。然而,環(huán)境溫度對(duì)這種電池的容量和壽命也有一定的影響,當(dāng)溫度從25℃降低到-40℃時(shí),電池容量降低約30%,高溫(>70℃)對(duì)電池的壽命有不利的影響。由于鋰亞硫酰氯電池的開(kāi)路電壓為3.6V,采用這種電池給12V的直流負(fù)載供電時(shí),須串聯(lián)4節(jié)電池才能達(dá)到所需的電壓。該電池因比能量大而具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn),目前工業(yè)化生產(chǎn)的鋰亞硫酰氯電池最大容量為38Ah,外形尺寸為φ34.2mm×124.5mm,重量約0.2kg。因而,采用這種電池給安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電時(shí),不需單獨(dú)設(shè)計(jì)安裝結(jié)構(gòu),可與其他部件一起安裝在保護(hù)殼內(nèi),并固定于罐頂。為了達(dá)到鐵路罐車(chē)在最短1年檢修周期內(nèi)的供電要求,采用鋰亞硫酰氯電池作為安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源時(shí),也只能進(jìn)行間歇式供電,可采用并聯(lián)的方式增加電池的容量。這種電池由于自放電率很低(每年約0.1%),電池的容量?jī)H與用電負(fù)載的功耗和溫度有關(guān)。在綜合考慮電池的容量和體積的情況下,確定危險(xiǎn)品運(yùn)輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔。
2.3太陽(yáng)能發(fā)電
太陽(yáng)能發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng),將太陽(yáng)光的輻射能轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng),又稱光伏系統(tǒng),這是一種對(duì)環(huán)境無(wú)污染的可再生能源,其應(yīng)用覆蓋航海、航天、電力、交通、民用等領(lǐng)域,尤其是無(wú)電網(wǎng)的地區(qū)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池方陣、阻塞二極管、調(diào)節(jié)控制器和蓄電池組成[6],其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。目前,工業(yè)化生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池是晶體硅太陽(yáng)能電池,主要包括單晶硅和多晶硅。單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率約15%,多晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率在10%左右[7]。由于材料容易制取,多晶硅太陽(yáng)能電池的成本較低。現(xiàn)階段,市場(chǎng)上晶體硅太陽(yáng)能電池組件的價(jià)格大約為15元/瓦,預(yù)期使用壽命25年。與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池。太陽(yáng)能電池的正常工作溫度是-65℃~+125℃,在給定的光強(qiáng)下,工作溫度升高會(huì)降低轉(zhuǎn)換效率,導(dǎo)致輸出功率減小、使用壽命降低。研究表明相對(duì)于電池的額定工作溫度25℃,溫度每升高1℃功率會(huì)降低0.3%[8]。由于鐵路罐車(chē)屬于移動(dòng)式設(shè)備,運(yùn)輸范圍遍及全國(guó),為了使車(chē)輛運(yùn)輸途中太陽(yáng)能電池組件能夠最大限度地獲得太陽(yáng)能,提高發(fā)電效率,太陽(yáng)能電池組件的安裝須選取合適的傾斜角(太陽(yáng)能電池組件平面與水平地面的夾角)。鑒于最佳傾斜角與地理緯度有關(guān),通過(guò)調(diào)研1998年~2005年全國(guó)主要城市的日輻射量,成都和貴陽(yáng)的日輻射量均較低,因此,鐵路罐車(chē)太陽(yáng)能電池組件安裝傾斜角的確定以這兩個(gè)地區(qū)作為參考,分別為32°和34°。同時(shí),考慮到傾斜角大于30°時(shí)有利于組件表面的積雪滑落,因而,太陽(yáng)能電池組件在鐵路罐車(chē)頂部安裝的傾斜角可選在30°~35°之間。采用太陽(yáng)能發(fā)電可以提供源源不斷的能量,為鐵路罐車(chē)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)供電,不僅可以滿足鐵路罐車(chē)的檢修要求,而且能夠達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。
2.4三種電源的對(duì)比
閥控式鉛酸蓄電池在鐵路罐車(chē)上已有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),可懸掛于鐵路罐車(chē)的底架上,便于臨時(shí)檢修或更換電池。這種電池存在體積和重量大的缺點(diǎn)。采用該電池給安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電時(shí),只能進(jìn)行間歇式供電。鋰亞硫酰氯電池因具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用于鐵路罐車(chē)可以實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的小型化和輕量化。然而,該電池存在低溫放電電壓滯后、短路和重負(fù)載條件下存在安全隱患等缺點(diǎn)。這種電池作為安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源時(shí),危險(xiǎn)品運(yùn)輸過(guò)程中的監(jiān)測(cè)也只能是間歇式的。采用太陽(yáng)能發(fā)電的方式給鐵路罐車(chē)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電時(shí),可以達(dá)到在1年的檢修期內(nèi)給系統(tǒng)持續(xù)供電的目的,實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)品裝卸運(yùn)營(yíng)全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。太陽(yáng)能電池組件存在體積大、產(chǎn)業(yè)鏈不完整、標(biāo)準(zhǔn)不完善、價(jià)格高等缺點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】YAG激光器；電源；節(jié)能技術(shù)
在現(xiàn)代工業(yè)激光、醫(yī)療激光等研究領(lǐng)域中，YAG激光器均是其重要的分支，加強(qiáng)對(duì)于其設(shè)計(jì)、加工及應(yīng)用中相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的深入研究與探討，對(duì)于現(xiàn)代激光技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展具有重要的意義。在YAG激光器的應(yīng)用中，光電效率低、無(wú)故障壽命較短等問(wèn)題是不容忽視的，客觀限制了其推廣與應(yīng)用。因此，在今后的技術(shù)研究工作中，必須注重YAG激光器電源節(jié)能的問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)耗能少、無(wú)故障壽命長(zhǎng)的基本要求。
1、YAG激光器的工作原理及對(duì)于電源的基本性能要求
在YAG激光器光源的選擇中，氣體連續(xù)放電燈管因具有良好的性能而成為首先，此類激光燈管必須配備專業(yè)的電源才能保證穩(wěn)定、安全、高效工作。YAG激光器的工作原理為：YAG激光器普遍是采用氣體放電燈激勵(lì)的，較為常見(jiàn)的YAG連續(xù)激光器多是應(yīng)用連續(xù)氖燈泵浦，在滿負(fù)荷情況下試燈的使用壽命約為200h，在70%的負(fù)荷下使用壽命約為1000h。一般情況下，YAG激光器采用燈激勵(lì)每秒幾十次重復(fù)頻率的激光器，其最大峰值功率可達(dá)幾百兆瓦，連續(xù)輸出的最高功率已超過(guò)1000W，串聯(lián)激光器的連續(xù)輸出功率可達(dá)數(shù)千瓦。YAG激光器應(yīng)用的電源為專用電源，其基本性能要求主要包括以下幾方面：
1.1氣體放電電流波紋應(yīng)盡可能小，在激光打標(biāo)、精密加工等過(guò)程中，對(duì)于激光功率的穩(wěn)定性要求較為嚴(yán)格，由于受到熱慣性作用的影響，激光燈所輸出的激光功率波紋會(huì)明顯低于激光燈管氣體放電電流波紋，所以，YAG激光器的電源必須具有理想的高頻及低頻波紋抑制與調(diào)節(jié)功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于氣體放電電流波紋的有效調(diào)控。比如在精細(xì)網(wǎng)紋輥的精細(xì)打孔工業(yè)中，必須要求極其優(yōu)異的接近衍射極限的光束質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)的TEM00單模輸出，輸出波長(zhǎng)為1.06微米，單脈沖能量1MJ，準(zhǔn)直后光束直徑10mm，M2<1.8，光束發(fā)散角0.24mrad；經(jīng)焦距為50mm的透鏡聚焦后，光斑直徑可以小于6微米（只有多模的Nd:YAG激光器的1/10左右），工作點(diǎn)的峰值功率密度非常高，達(dá)109W/cm2,使20瓦平均功率的脈沖光纖激光器用于激光制輥時(shí)的效果超過(guò)平均功率100瓦的YAG激光器，才可以適合于進(jìn)行精細(xì)網(wǎng)紋輥的精細(xì)打孔等應(yīng)用。
1.2提升引燃燈管的可靠性，并且保證其平滑的過(guò)渡至連續(xù)放電狀態(tài)，由于YAG激光器的引燃系統(tǒng)、恒流系統(tǒng)共用一個(gè)輸出，應(yīng)特別注意的是在引燃過(guò)程中，必須關(guān)注恒流控制系統(tǒng)的安全性問(wèn)題。
1.3大功率、高效率、節(jié)能，根據(jù)國(guó)家的相關(guān)規(guī)定與要求，要求YAG激光器專用電源的實(shí)際工作效率必須保持在93%以上。
1.4軟啟動(dòng)的特性，在初次進(jìn)行電源與啟動(dòng)連接時(shí)，電源的輸入電流必須小于負(fù)荷電流，應(yīng)避免對(duì)于電網(wǎng)產(chǎn)生任何沖擊。
1.5高精度、快速的電流跟蹤能力，YAG激光器是否輸出激光或者激光輸出功率的大小，主要是由流經(jīng)激光燈管的電流量決定。因此，在YAG激光器的設(shè)計(jì)中，必須采取有效的措施進(jìn)行輸出電流的調(diào)控，并且注重輸出電流與電流給定信號(hào)的快速跟隨。在激光功率調(diào)定電流的情況下，激光燈管的直流電流必須穩(wěn)定在調(diào)定電流的范圍內(nèi)。
1.6全方位保護(hù)性，YAG激光器的電源必須保證安全性與可靠性，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)電源質(zhì)量或安全問(wèn)題，極有可能導(dǎo)致整套激光設(shè)備處于癱瘓狀態(tài)，所以，在YAG激光器的設(shè)計(jì)中，必須對(duì)于電源采取全方位保護(hù)性的措施，例如：輸出/輸入保險(xiǎn)管、電壓電流保護(hù)、電源監(jiān)測(cè)保護(hù)、頻率快速保護(hù)及雙重電流保護(hù)等。
2、YAG激光器中的電源節(jié)能技術(shù)分析
YAG激光器的電源系統(tǒng)主要由開(kāi)關(guān)型主電源電路、CPU控制電路、預(yù)燃電源電路、觸發(fā)電源電路、儲(chǔ)能電容放電時(shí)間控制電路等組成（見(jiàn)圖1）。泵浦氪燈作為整個(gè)YAG激光器電源的負(fù)載，根據(jù)氣體氪燈的伏安特性要求，氪燈必須保證有效點(diǎn)燃，進(jìn)而產(chǎn)生泵浦光波。YAG激光器電源的基本工作流程為：1）觸發(fā)電源部分提供的高壓（約為2萬(wàn)千伏），電離擊穿激光燈管內(nèi)的惰性氪氣，以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)；2）在電離觸發(fā)過(guò)程中，輸出電壓（約為2千伏）的預(yù)燃電源部分，促使氪燈處于低燃弧預(yù)燃的狀態(tài)；3）打開(kāi)晶體管開(kāi)關(guān)，使得儲(chǔ)能電容器內(nèi)部的主電源能量迅速通過(guò)氪燈，以形成放電回路，氪燈此時(shí)處于強(qiáng)輝光放電的狀態(tài)。以國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)的某品牌YAG激光器為例，對(duì)比傳統(tǒng)的電源形式，筆者提出了具體的節(jié)能改造措施。
2.1常用的YAG激光器電源形式
本款YAG激光器的氪燈采用原有電源，點(diǎn)燈的可靠性為96%，維持電流為45A。在500h出現(xiàn)偶爾熄燈的現(xiàn)象，氪燈壽命約為900h。在維持電流＜3.6A的情況下，激光器基本上無(wú)法保持正常工作。
2.2YAG激光器電源的節(jié)能技術(shù)改造
關(guān)鍵詞：引風(fēng)機(jī)；變頻器；控制電源；備用；改造
本生物質(zhì)電廠引風(fēng)機(jī)采用2臺(tái)×50%額定負(fù)荷量的離心式風(fēng)機(jī)，配變頻電機(jī)、電路，轉(zhuǎn)速可控調(diào)節(jié)。電機(jī)電源分別取自各自機(jī)組的6KV廠用電A、B母線上；平時(shí)采用變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行，當(dāng)變頻器故障時(shí)自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，但工頻需要手動(dòng)切頻運(yùn)行。
1引風(fēng)機(jī)主要參數(shù)
2設(shè)備現(xiàn)況
本生物質(zhì)電廠引風(fēng)機(jī)變頻器控制部分采用兩路電源供電，在變頻器內(nèi)部進(jìn)行兩路電源切換功能，兩路電源經(jīng)過(guò)切換繼電器供給UPS，及引風(fēng)機(jī)控制部分，故UPS也是作為引風(fēng)機(jī)控制備用電源的一部分，但是該UPS的供電時(shí)間一般為5分鐘或更短。而我廠#1、2爐引風(fēng)機(jī)變頻器的兩路控制電源都取自除灰MCC段，由此可見(jiàn)，任何由于單一的除灰MCC段的失電都將造成#1、2爐引風(fēng)機(jī)變頻器失去控制電源的極大安全隱患。所以引風(fēng)機(jī)控制電源的需要進(jìn)行改造，使其具備真正的兩路控制電源控制模式。
3設(shè)備現(xiàn)況的技術(shù)分析
（1）引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源取自除灰MCC段，除灰MCC段電源由廠區(qū)公用A、B段經(jīng)過(guò)雙電源切換開(kāi)關(guān)提供。從電源來(lái)源看，引風(fēng)機(jī)控制電源取自對(duì)應(yīng)機(jī)組廠用電的可靠性要高于取自廠區(qū)公用段的電源，也就是多了一層失電可能。（2）從除灰MCC段看，引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源單一，只有MCC段供給，失去了引風(fēng)機(jī)兩路控制電源互為備用的設(shè)計(jì)理念。
4改造建議
（1）將#1爐引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源1由除灰MCC段移至#1爐布袋除塵器MCC配電段，保留引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源2在除灰MCC段。（2）將#2爐引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源1由除灰MCC段移至#2爐布袋除塵器MCC配電段，保留引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源2在除灰MCC段。（3）將引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源1經(jīng)過(guò)10A空氣開(kāi)關(guān)后接入對(duì)應(yīng)的布袋除塵器MCC段。
5實(shí)施方案及技術(shù)關(guān)鍵
5.1實(shí)施方案
（1）在#1爐布袋除塵器#1配電柜間隔裝設(shè)端子排及2極空氣開(kāi)關(guān)（端子排要求10mm2接線、數(shù)量不少于6個(gè)，控制開(kāi)關(guān)額定電流10A）。拆除除灰MCC段AOBLB03E1開(kāi)關(guān)（#1爐引風(fēng)機(jī)變頻器電源1）的出線電纜（變頻器側(cè)不動(dòng)），并將此電纜敷設(shè)到#1爐布袋除塵器#1配電柜間隔、接至所裝開(kāi)關(guān)的出線側(cè)，開(kāi)關(guān)進(jìn)線側(cè)接入#1爐布袋除塵MCC段的PC-02的QL7電源開(kāi)關(guān)。（2）在#2爐布袋除塵器#1配電柜間隔裝設(shè)端子排及2極空氣開(kāi)關(guān)（端子排要求10mm2接線、數(shù)量不少于6個(gè)，控制開(kāi)關(guān)額定電流10A）。拆除除灰MCC段AOBLB03E2開(kāi)關(guān)（#2爐引風(fēng)機(jī)變頻器電源1）的出線電纜（變頻器側(cè)不動(dòng)），并將此電纜敷設(shè)到#2爐布袋除塵器#1配電柜間隔、接至所裝開(kāi)關(guān)的出線側(cè)，開(kāi)關(guān)進(jìn)線側(cè)接入#2爐布袋除塵MCC段的PC-02的QL7電源開(kāi)關(guān)。5.2技術(shù)關(guān)鍵電源接入時(shí)要測(cè)試好220V電源的A相與零線，保證引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源的L端子接220V控制電源的A相，N端子接入220V電源的中性線。由于引風(fēng)機(jī)控制電源取自除灰MCC段及布袋除塵器MCC段，而除灰MCC段電源又取自廠區(qū)公用A、B段，而#1機(jī)組布袋除塵器電源取自#1機(jī)組廠用380VI段和II段，所以引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源只能進(jìn)行間斷性切換，而不能并聯(lián)切換。故要做好電源切換的實(shí)際測(cè)試，方式到送電等情況的發(fā)生。
6改造后的要求達(dá)到的效果
（1）改造后引風(fēng)機(jī)控制電源真正實(shí)現(xiàn)兩路互為備用。當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源1所在的布袋除塵器MCC配電段失電時(shí)，引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源2在除灰MCC段沒(méi)有受到影響，能保證引風(fēng)機(jī)變頻器繼續(xù)運(yùn)行。（2）為了保證電源的安全，即使引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源1上有故障也不影響布袋除塵器MCC段上的其他設(shè)備運(yùn)行，必須在布袋除塵器MCC段開(kāi)關(guān)接入前加裝匹配的空氣開(kāi)關(guān)。（3）改造后不能因?yàn)槟扯喂枚蔚氖щ娀蛲ｋ姡斐梢L(fēng)機(jī)控制電源失電，最后造成引風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行的隱患。（4）電纜敷設(shè)必須經(jīng)過(guò)電纜橋架敷設(shè)，不能亂拉亂掛，使之有條有理，簡(jiǎn)單明了。
7整體評(píng)價(jià)
經(jīng)過(guò)對(duì)引風(fēng)機(jī)變頻器兩路控制電源的改造，提高了引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行的安全可靠性，使得引風(fēng)機(jī)變頻器控制電源由原來(lái)的單一形式變成互為備用形式。從電源供給模式看布袋除塵器電源是從機(jī)組廠用380VI段和II段經(jīng)過(guò)雙電源切換開(kāi)關(guān)供給，所以引風(fēng)機(jī)控制電源達(dá)到了一路由機(jī)組本身廠用380V段供給，另一路由廠用公用段供給的，而廠用公用段#1、#2機(jī)組互為備用，這種給電方式的可靠性是非常高的，能夠有效保證引風(fēng)機(jī)變頻器的控制電源保持有電，不至于因?yàn)橐L(fēng)機(jī)變頻器的控制電源失電而導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)跳掉。這個(gè)技術(shù)改造，基本沒(méi)什么花費(fèi)經(jīng)費(fèi)，并且改造量及工作量不大，但是卻消除了一個(gè)重大安全隱患。
參考文獻(xiàn)
[1]王仁祥.電力新技術(shù)概論[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.
[2]戈?yáng)|方.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1989.
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【關(guān)鍵詞】便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品認(rèn)證 認(rèn)證基本流程 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 送樣要求
1 CQC推出便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品認(rèn)證的市場(chǎng)背景
近些年來(lái)，手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、ipad、暖手寶等便攜式電子產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率越來(lái)越高，為這些便攜式電子產(chǎn)品充電的各類便攜式移動(dòng)電源也越來(lái)越多，該類產(chǎn)品種類繁復(fù)，在迅速發(fā)展的同時(shí)卻面臨著國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失，沒(méi)有有效市場(chǎng)監(jiān)管的情況，許多制造移動(dòng)電源的廠家并沒(méi)有對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行專業(yè)的檢驗(yàn)就上市銷售，不少消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)后，安全性能和基本性能都得不到有效保障，為了促進(jìn)便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，CQC在2015年初推出了便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品安全認(rèn)證業(yè)務(wù)。
2 便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品的認(rèn)證流程
認(rèn)證模式：產(chǎn)品檢驗(yàn)+初始工廠檢查+獲證后監(jiān)督。
具體認(rèn)證流程見(jiàn)圖1：
以下是流程說(shuō)明：
（1）提出申請(qǐng)：便攜式移動(dòng)電源的申請(qǐng)是在網(wǎng)上提出申請(qǐng)，申請(qǐng)時(shí)企業(yè)需在網(wǎng)上填寫(xiě)申請(qǐng)，申請(qǐng)的同時(shí)遞交規(guī)則要求的申請(qǐng)資料和證明資料，根據(jù)產(chǎn)品的參數(shù)制定測(cè)試方案。
（2）產(chǎn)品檢驗(yàn)階段：檢驗(yàn)采用送樣原則，申請(qǐng)人提供CQC選取的代表性樣品（樣品必須是出廠檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品）到檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)合格后出具試驗(yàn)報(bào)告。
（3）初始工廠檢查：便攜式移動(dòng)電源工廠檢查的內(nèi)容為質(zhì)量體系審查和產(chǎn)品一致性檢查，以認(rèn)證的技術(shù)要求為核心，以設(shè)計(jì)研發(fā)--采購(gòu)--生產(chǎn)和進(jìn)貨檢驗(yàn)―過(guò)程檢驗(yàn)―最終檢驗(yàn)為基本檢查路線，重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵工序和檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)影響產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵原材料/元器件/零部件的一致性，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證工廠的生產(chǎn)能力。
（4）認(rèn)證結(jié)果的評(píng)價(jià)與批準(zhǔn)：CQC對(duì)產(chǎn)品檢驗(yàn)、工廠檢查結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)合格后頒發(fā)證書(shū)。
（5）獲證后監(jiān)督：對(duì)獲證企業(yè)每年需要進(jìn)行年度監(jiān)督檢查，檢查內(nèi)容包括質(zhì)量體系的復(fù)查和獲證產(chǎn)品一致性檢查。一般情況下初始工廠檢查結(jié)束后6個(gè)月就可以安排年度監(jiān)督，每次間隔不超過(guò)12個(gè)月。
3 認(rèn)證產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法及判斷要求
3.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
CQC1110-2015《便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品認(rèn)證結(jié)束規(guī)范》；
3.2 試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法及判斷要求
移動(dòng)電源產(chǎn)品應(yīng)滿足CQC1110-2015的要求，按照CQC1110-2015 中規(guī)定的以及該標(biāo)準(zhǔn)引用的檢驗(yàn)方法和/或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。共有15項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，任何一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，則判定該認(rèn)證單元產(chǎn)品不符合認(rèn)證要求。部分非關(guān)鍵試驗(yàn)項(xiàng)目不合格時(shí)，允許在CQC規(guī)定的期限內(nèi)完成整改，整改后重新進(jìn)行檢驗(yàn)，未能按期完成整改的，終止認(rèn)證。
4 認(rèn)證產(chǎn)品的適用范圍、認(rèn)證單元?jiǎng)澐趾退蜆右?/p>
4.1 適用范圍
認(rèn)證的便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品是指USB接口類移動(dòng)電源產(chǎn)品，主要包括：手機(jī)用移動(dòng)電源、數(shù)碼相機(jī)用移動(dòng)電源、PDA、PSP、mp3、mp4、iPad、iPod、GPS等數(shù)碼產(chǎn)品、USB可移動(dòng)式照明（多為L(zhǎng)ED）、USB暖手寶、USB電風(fēng)扇、USB加濕器、USB手電、USB剃須刀等具有USB可充電功能的產(chǎn)品用移動(dòng)電源；電源的標(biāo)稱充電電壓直流5V，標(biāo)稱放電電壓直流5V，輸出電流不超過(guò)5A的移動(dòng)電源。
4.2 認(rèn)證單元?jiǎng)澐?/p>
同時(shí)符合以下六個(gè)條件可以作為一個(gè)申請(qǐng)單元：
A、相同的電池種類、型號(hào)、數(shù)量和容量；
B、相同的保護(hù)電路及保護(hù)裝置；
C、相同的充放電及電壓調(diào)整電路；
D、相同的外殼結(jié)構(gòu)；
E、相同制造商和生產(chǎn)廠；
F、相同的封裝方式（電池的串并聯(lián)方式）。
4.3 送樣要求
便攜式移動(dòng)電源的一個(gè)申請(qǐng)單元中只有一個(gè)型號(hào)的，送本型號(hào)的樣品，其送樣數(shù)量為：移動(dòng)電源15個(gè)，其內(nèi)部使用電池21個(gè)；
移動(dòng)電源一個(gè)申請(qǐng)單元以系列產(chǎn)品認(rèn)證時(shí)，應(yīng)從系列產(chǎn)品中選取對(duì)性能影響最不利的型號(hào)產(chǎn)品作為主檢產(chǎn)品，其余型號(hào)產(chǎn)品為覆蓋產(chǎn)品，其送樣要求如下：主型號(hào)移動(dòng)電源15個(gè)，其內(nèi)部使用電池21個(gè)；覆蓋型號(hào)各送移動(dòng)電源一個(gè)，必要時(shí)可以增加覆蓋樣品的數(shù)量補(bǔ)充差異試驗(yàn)。
4.4 便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品認(rèn)證證書(shū)及標(biāo)志
便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品認(rèn)證的證書(shū)是長(zhǎng)期有效的，在證書(shū)有效期內(nèi)，證書(shū)的有效性通過(guò)定期監(jiān)督檢查維持。
便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品經(jīng)過(guò)認(rèn)證后允許使用的認(rèn)證標(biāo)志如圖2，不允許使用變形標(biāo)志，證書(shū)持有企業(yè)可以在獲證產(chǎn)品的本體、銘牌或說(shuō)明書(shū)、包裝上施加認(rèn)證標(biāo)志。
參考文獻(xiàn)
[1]王剛，王寅.CQC11-464115-2015 便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品安全認(rèn)證規(guī)則[Z].便攜式移動(dòng)電源產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，2005.
【關(guān)鍵詞】三電源；無(wú)擾動(dòng)切換；模糊控制
1.引言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，越來(lái)越多的企事業(yè)單位、學(xué)校建立機(jī)房，告別了紙質(zhì)辦公方式、一只粉筆的教學(xué)模式，采用無(wú)紙化的電子辦公模式、多媒體教學(xué)方式等，單位各部門(mén)的電腦組成一個(gè)內(nèi)部局域網(wǎng)。這種模式極大地提高了工作效率，節(jié)約了成本，也為保護(hù)地球自然資源做了一定的貢獻(xiàn)。但是也存在弊病，因?yàn)闄C(jī)房、電腦是需要電源供電的，一旦在工作過(guò)程中出現(xiàn)突然斷電現(xiàn)象，就會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，陷入混亂狀態(tài)；對(duì)于學(xué)校而言，正常的教學(xué)次序被破壞，甚至教學(xué)工作就不能開(kāi)展。雖然在十一五期間，國(guó)家加大了電網(wǎng)建設(shè)方面的投資力度，但有很多因素都會(huì)影響電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性，機(jī)房?jī)?nèi)的電腦及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍有可能被中斷供電。因此，如何在失去電源后快速重新、無(wú)擾動(dòng)地獲得供電，為機(jī)房?jī)?nèi)的電腦及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供可靠電源，是我們必須研究和關(guān)注的問(wèn)題。
本文主要探討某高校機(jī)房電源工程，實(shí)現(xiàn)多路電源的智能無(wú)擾動(dòng)切換控制。該校機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備由UPS供電，UPS前端有兩路市電和一臺(tái)自備發(fā)電機(jī)，即有三路電源輸入。在正常的情況下，市電1使用優(yōu)先，當(dāng)兩路市電都無(wú)法供電時(shí)，啟動(dòng)自備發(fā)電機(jī)供電，以確保UPS前端必有一路電源輸入。可見(jiàn)，必須實(shí)現(xiàn)電源三選一的智能自動(dòng)切換控制，為UPS提供可靠的不間斷電源。
2.系統(tǒng)主要功能
UPS供電電源的智能切換控制是以單片機(jī)控制器為核心，通過(guò)檢測(cè)電路來(lái)采集外部切換條件，并運(yùn)用單片機(jī)控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的模糊控制算法，通過(guò)帶電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)器件，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中不同電源之間的切換控制。主要功能如下：
（1）檢測(cè)與顯示：主要檢測(cè)市電一、市電二這兩路三相相電壓、頻率，同時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的狀態(tài)量（合閘、分閘、脫扣）等。狀態(tài)指示采用LED發(fā)光二極管。
（2）判斷與控制：控制器對(duì)檢測(cè)電路送來(lái)的信號(hào)運(yùn)用微控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的模糊控制算法，進(jìn)行兩路市電的供電質(zhì)量的分析判斷后，選擇哪路市電供電或是否啟動(dòng)自備發(fā)電機(jī)供電，輸出控制信號(hào)，控制電動(dòng)開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換。
（3）數(shù)字化的參數(shù)整定：采用數(shù)字化調(diào)整控制器的所有參數(shù)[1]，硬件電路得到了簡(jiǎn)化，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，且每個(gè)參數(shù)都可單獨(dú)調(diào)整。
（4）高性能單片機(jī)程序控制，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
3.硬件設(shè)計(jì)
如圖1所示，控制器對(duì)市電1、市電2及發(fā)電機(jī)電壓同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)控制電路運(yùn)用微控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的模糊控制算法，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，自行選擇電源線路，向開(kāi)關(guān)器件發(fā)出分閘或合閘指令。開(kāi)關(guān)器件指帶有電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器及附件、機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)等。
4.智能無(wú)擾切換控制模塊的模糊控制算法
本系統(tǒng)中，投切電源完全是根據(jù)模糊控制算法，具體包括：首先確定輸入電源對(duì)應(yīng)的外部切換條件，其次根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和切換原則，建立專家規(guī)則庫(kù)，對(duì)于任何系統(tǒng)狀態(tài)均能夠找到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)性處理規(guī)則，通過(guò)采集外部切換條件、利用特定的類C編程語(yǔ)言來(lái)構(gòu)建切換控制函數(shù)，調(diào)用切換控制函數(shù)以執(zhí)行該狀態(tài)下專家?guī)熘袑?duì)應(yīng)的專家規(guī)則，以保自動(dòng)切換的進(jìn)行。其主體是一個(gè)解決自動(dòng)切換控制的指令規(guī)則集合[2]。模糊控制算法的實(shí)施原則為：市電1的使用優(yōu)先級(jí)最高，市電2的使用優(yōu)先級(jí)次之，自備發(fā)電機(jī)的使用優(yōu)先級(jí)最低。
4.1 選取和確定外部切換條件
外部切換輸入條件為：市電1線路電壓，市電2線路電壓，發(fā)電機(jī)的電壓；輸出控制量為：市電1線路的電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)量Kl，市電1線路的電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)量K2和發(fā)電機(jī)的電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)量K3。
4.2 專家控制算法的規(guī)則庫(kù)
5.測(cè)試結(jié)果
通過(guò)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換、時(shí)間測(cè)試，其結(jié)果如表2所示。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，控制模塊完全按照預(yù)定的方法運(yùn)行，能在不同的設(shè)定下對(duì)故障情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并按照要求準(zhǔn)確自動(dòng)切換，做到了真正的過(guò)渡自然，無(wú)擾切換。
參考文獻(xiàn)
[1]賞星耀，項(xiàng)新建.雙電源智能自動(dòng)切換系統(tǒng)的研究[J].機(jī)電工程，2006（7）：18-20.
關(guān)鍵詞：分布式電源；微電網(wǎng)；光伏發(fā)電；風(fēng)力發(fā)電；管理控制
Distributed generation and Microgrid control technology
WANG Jun, LIN Li, LI Quan, SUN Zhang, WANG Hui-ling
（Xihua University Institute of electric information, Sichuan Chengdu 610039）
Abstract: Distributed power supply has investment province, flexibility, compatibility with the environment and other characteristics, is the realization of the utilization of new energy sources. In order to reduce the adverse effects of distributed power and make the photovoltaic generating unit, a wind power generation unit, load, energy storage device and control apparatus consisting of small power - micro grid, micro network satisfies the power supply reliability and quality, safety. Micro electric network control technology is stable and reliable operation of micro power system key technology. Based on this, this paper focuses on the introduction of wind and photovoltaic distributed power generation technology, and based on the distributed power control technology of micro net management. To explore the field of research and development prospects.
Keywords: distributed power supply; microgrid; photovoltaic power generation; wind power generation; management and control
全球能源危機(jī)及環(huán)境惡化已成為全球關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。可持續(xù)發(fā)展思想迅速成為國(guó)際社會(huì)共識(shí)，開(kāi)發(fā)利用可再生能源開(kāi)始受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。我國(guó)目前已全面邁出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的步伐，滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)電力的需求。智能電網(wǎng)建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容便是實(shí)現(xiàn)新能源的利用，著力實(shí)現(xiàn)可再生能源集約化開(kāi)發(fā)、大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送和高效利用，改善能源結(jié)構(gòu)。分布式電源這些技術(shù)具有投資省、發(fā)電方式靈活、與環(huán)境兼容等特點(diǎn)，基于分布式電源建立的微網(wǎng)，又可以提供傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)無(wú)可比擬的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，越來(lái)越多應(yīng)用于電網(wǎng)。
本文闡述了分布式電源的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了分布式電源的典型技術(shù)如太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。并對(duì)并網(wǎng)帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。與此同時(shí)介紹了微網(wǎng)管控技術(shù)進(jìn)行闡述。
1 研究背景
1.1 分布式電源的概念及其背景
分布式電源[1]指小型(容量一般小于50 MW)、向當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電、可直接連到配電網(wǎng)上的電源裝置。它包括分布式發(fā)電裝置與分布式儲(chǔ)能裝置。
分布式發(fā)電(DG)裝置一般分為兩類化石能源發(fā)電和可再生能源發(fā)電。石能源發(fā)電常見(jiàn)的如熱電冷聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電。可在能能源是近年研究的熱點(diǎn)，它包括水力、風(fēng)能、地?zé)帷⑻?yáng)能、生物能及潮汐發(fā)電。其中風(fēng)能在我國(guó)發(fā)展迅速，近10年，新疆、內(nèi)蒙、廣東、浙江、遼寧建幾十個(gè)風(fēng)場(chǎng)，總裝機(jī)2 000多萬(wàn)kW，2015年末并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1億千瓦。預(yù)計(jì)到2030年風(fēng)力發(fā)電將為人類提供三成電力 。光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始市場(chǎng)化運(yùn)作，我國(guó)兆瓦級(jí)的光伏電站有寧夏石嘴10兆瓦光伏電站，上海崇明1兆瓦光伏電站，上海臨港新城1.2兆瓦光伏，浙江2兆瓦級(jí)屋頂光伏電站，賀蘭山脈50兆瓦光伏電站。2009年7月21日，財(cái)政部、科技部、國(guó)家能源局聯(lián)合了《關(guān)于實(shí)施金太陽(yáng)示范工程的通知》，決定綜合采取財(cái)政補(bǔ)助、科技支持和市場(chǎng)拉動(dòng)方式加快國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展，并計(jì)劃在2～3年內(nèi)，采取財(cái)政補(bǔ)助方式支持不低于500兆瓦的光伏發(fā)電示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目誕生意味著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)在政策面上，將會(huì)得到更大力度的支持。
分布式儲(chǔ)能[2](DES)裝置有電化學(xué)儲(chǔ)能(如蓄電池儲(chǔ)能裝置)、電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能等)、機(jī)械儲(chǔ)能裝置(如飛輪儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能等)，熱能儲(chǔ)能裝置。
1自主休眠
長(zhǎng)火影期間,鋰離子蓄電池將長(zhǎng)時(shí)間為探測(cè)器供電,這就可能出現(xiàn)長(zhǎng)陰影期中鋰離子蓄電池持續(xù)放電甚至過(guò)放電。鋰離子蓄電池過(guò)放電會(huì)改變電池正極材料的晶格結(jié)構(gòu),負(fù)極銅集流體氧化,導(dǎo)致鋰離子蓄電池電性能下降,性能衰減,故可能影響鋰離子蓄電池后續(xù)任務(wù)的工作性能及壽命,因此針對(duì)此次火星探測(cè)特殊軌道環(huán)境需設(shè)計(jì)鋰離子蓄電池過(guò)放電保護(hù)控制,避免鋰離子蓄電池發(fā)生過(guò)放電。當(dāng)過(guò)放電保護(hù)功能作用后,自動(dòng)發(fā)送放電開(kāi)關(guān)斷指令,切斷鋰離子蓄電池組與電源控制器升壓器供電回路,電源分系統(tǒng)斷電,自動(dòng)停止工作(稱為電源分系統(tǒng)休眠)。電源分系統(tǒng)休眠主要采取軟件控制和硬件電路控制,兩種方式互為備份。a)軟件控制由器上控制軟件采樣鋰離子蓄電池組電壓,當(dāng)蓄電池持續(xù)放電并且其電壓值低于設(shè)計(jì)閾值時(shí),發(fā)送放電開(kāi)關(guān)斷遙控指令,切斷蓄電池組為器上供電的放電回路。b)硬件控制電路采取三取二冗余,硬件采樣鋰離子蓄電池組電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,當(dāng)鋰離子蓄電池組電壓低于設(shè)計(jì)閾值時(shí),硬件保護(hù)電路自動(dòng)發(fā)送“放電開(kāi)關(guān)斷”指令,使蓄電池組斷開(kāi)供電回路。鋰離子蓄電池組過(guò)放電控制硬件保護(hù)電路原理如圖3所示。工作原理為:當(dāng)三路采樣電路采集到鋰離子蓄電池組電壓后,分別與基準(zhǔn)電壓比較,當(dāng)滿足過(guò)放電條件后,各自發(fā)送信號(hào),當(dāng)三路電路中有兩路滿足條件時(shí),使三取二表決電路工作,過(guò)放電保護(hù)電路自動(dòng)發(fā)送放電開(kāi)關(guān)斷指令至鋰離子蓄電池組放電繼電器,將蓄電池組與供電回路斷開(kāi)。
2自主喚醒技術(shù)
YH-1火星探測(cè)器進(jìn)入長(zhǎng)火影期,出現(xiàn)電源自主休眠時(shí),器上軟件提前將X3帆板控制繼電器接入蓄電池組充電回路(如圖1所示),電源控制器通過(guò)±X3太陽(yáng)電池陣和體裝太陽(yáng)電池陣對(duì)蓄電池組持續(xù)充電;同時(shí)電源控制器溫控及喚醒控制電路工作,利用±X3太陽(yáng)電池陣和體裝太陽(yáng)電池陣的部分電能對(duì)蓄電池組進(jìn)行加熱,以保證鋰離子蓄電池組的工作環(huán)境溫度滿足正常工作環(huán)境溫度的需求。當(dāng)蓄電池組的溫度、電壓滿足喚醒閾值時(shí),電源控制器喚醒控制電路自動(dòng)接通蓄電池放電開(kāi)關(guān),電源分系統(tǒng)執(zhí)行自主喚醒功能。溫控及喚醒控制電路原理如圖4所示。工作原理為:溫控及喚醒控制電路在母線斷電、蓄電池放電開(kāi)關(guān)關(guān)斷狀態(tài)下,通過(guò)±X3帆板太陽(yáng)電池展開(kāi)板和體裝太陽(yáng)電池陣輸出的能量對(duì)蓄電池組充電和加熱,該電路采用串聯(lián)型供電加熱方式,首先判斷母線是否處于斷電狀態(tài),當(dāng)母線斷電后K1繼電器初態(tài)接通蓄電池組加熱功率正線輸入,K2繼電器初態(tài)接通蓄電池組加熱功率正線輸出,通過(guò)加熱帶給蓄電池加熱;同時(shí)通過(guò)蓄電池溫度采樣與溫度基準(zhǔn)比較判別是否接通繼電器K2、K3,以實(shí)現(xiàn)在母線斷電狀態(tài)下維持蓄電池的溫度及蓄電池正常的充電。加熱工作時(shí),蓄電池組溫度逐漸上升至達(dá)到允許工作溫度范圍,溫度比較器使K2繼電器置于接通狀態(tài),蓄電池加熱功率回路斷開(kāi),加熱電路停止工作,直至蓄電池組溫度降到低于-10℃時(shí)再啟動(dòng)加熱電路,熱敏電阻對(duì)蓄電池溫度采樣;當(dāng)蓄電池溫度達(dá)到其允許工作溫度時(shí),且蓄電池組電壓達(dá)到蓄電池組喚醒設(shè)計(jì)閾值后,通過(guò)蓄電池電壓基準(zhǔn)和蓄電池電壓采樣比較判斷電路判別是否發(fā)出放電開(kāi)關(guān)通指令以自動(dòng)接通放電開(kāi)關(guān)進(jìn)入蓄電池放電供電模式,即實(shí)現(xiàn)自主喚醒控制功能。
3結(jié)束語(yǔ)
本文對(duì)YH-1火星探測(cè)器電源分系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人類對(duì)太空的探測(cè)距離終會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn),YH-1火星探測(cè)器電源分系統(tǒng)技術(shù)可為未來(lái)深空探測(cè)的電源分系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考,為后續(xù)火星探測(cè)任務(wù)的電源分系統(tǒng)設(shè)計(jì)作了前瞻性的技術(shù)支持。
