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大功率直流调压器(新型)

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在电力、通讯等许多领域中都需要以蓄电池作为备用电源,以便在交流主电源突然中断供电时工作系统能保证有不间断正常供电。通常蓄电池充满电时,其端电压均高于负载工作所需的电压,因此需经适当的调压器进行必要的调整。此种调压器一般应具有工作电流大,输出电压的纹波小,及有可靠的过流、短路保护和一定的电压调整率等功能要求。


目前直流电池屏所采用的硅链(二极管串)调压器属于耗能型装置。例如,对于中等容量的直流电池屏,当工作电压为220V、电流为30A,蓄电池充满时需降压的幅度为40V,因此其功耗可达1.2KW,不仅白白消耗了蓄电池能量,效率降低,而且其长期产生的大量热量也将影响设备的正常运行。此外,硅链型调压器由于是利用每个PN结的压降(0.7V)的特点,通过分组短接二极管达到调压的目的。它虽然电流大、但不能实现平滑、自动调压而只能实现分级手动调压;而线性串联稳压电源虽可实现平滑自动稳压,但实现大电流又相当困难。

针对上述问题,新型的目的在于提供一种功耗小,效率高,易实现大电流和高性价比的平滑无级自动的大功率直流调压器。新型的调压器采用由高频功率开关器件实现调压的结构形式。高频功率开关器件可选用绝缘栅双极型功率晶体管(IGBT)、功率场效应管(VMOS),巨型晶体管(GTR)、可关断可控硅(GTO)等新型电力电子元件。在输入端处将带有各自相应的驱动保护集成电路的这类高频功率开关器件与直流电源(蓄电池)的正极相连接,其后连接有具贮能功能的电感电容元件,及经输出端与负载形成的回路。在输出端有同负载并联的滤波电路和线性光耦,后者的输出端与控制高频功率开关器件的驱动电路联接,将负载端的输出电压反馈给驱动保护电路,用于对高频功率开关器件输出电压进行自动调节。


新型调压器工作原理采用的是脉宽调制方式。当直流电源的电压Vin高于负载工作电压Vo时,由驱动保护电路提供固定频率的脉冲信号驱动高频功率开关器件按相同频率工作于开关状态。当驱动脉冲为高电平时功率开关导通,驱动脉冲为低电平时功率开关截止,因此经功率开关而输出一间断方波信号。经电容电感贮能后变为连续波形,再经滤波电路滤除高频分量,即转变为纹波系数符合负载工作要求的直流输出电压Vo。Vo的高低由驱动脉冲的宽度决定。


脉冲宽度大,则输出电压高,反之则输出电压低。通过并联在负载输出端的线性光耦将与设定输出电压比较后的反馈信号送入驱动保护电路,调节驱动脉冲的占空比,即可迅速将输出电压Vo自动调整至与设定值一致,实现快速响应和平滑无级自动调压。由于这种调压器的功耗主要产生于功率开关器件导通和关断的瞬间,其中又主要是后者,约占前述耗能型调压器的10~20%,因此效率可提高80~90%,对于由蓄电池供电的备用电源是十分有意义的。

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