一种新型恒功率开关整流器

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一种新型恒功率开关整流器 [复制链接]

1引言

新型的智能恒功率高频开关电源系列产品，输出电压有24V、48V、60V，输出电流从10A至3600A。恒功率整流器包括750W、1500W、1700W、1900W、3000W及7000W系列。

　　整流器的恒功率输出特性，与现代通信设备的恒功率负载特性相匹配。因为现代电信用整流器，既要向电信负载供电，又要向与负载并接的蓄电池充电。当恒功率负载电压比正常工作电压低时，需吸收更大的电流，呈恒功率负载特性，这与线性负载随电压下降而电流也下降有很大差别。

　　目前，开关电源市场大都采用恒流整流器的开关电源系统。为考虑到给已放电的蓄电池在某一特定的充电时间内进行充电，电源系统的额定输出功率仅仅考虑电信设备所需的最大负载功率是不够的。究竟电源系统设计多大的功率，通常依据所需的最大负载、停电后蓄电池放电的安时数及恢复蓄电池容量所需的充电时间等三个因素来考虑。如果考虑可靠性n＋1冗余，一般要留出33％～45％额定功率给停电后已放电的蓄电池再充电，这也就相当于电源系统中33％以上的整流模块长期处在等候备用状态而未被充分利用。显然，这种电源系统设备不是最优设计。　　恒功率整流器的开关电源系统，一般只需考虑电信设备最大负载和一个整流模块的冗余就可以确定电源系统的额定输出功率。恒功率整流器其突出特点是在整个输出电压范围内，在蓄电池低电压时，仍能输出额定功率，即在低电压时，电源系统输出更大的电流，从而可以减少电源系统中所需整流器的数目，并能为已放电的蓄电池提供更大的充电电流，从而提高充电速度。这种新型的恒功率整流器设计的智能高频开关电源系统，在通信电源的构思上是一个飞跃，也是现代通信设备供电的最优选择。

2简单的电源结构

　　图1为恒流整流器向恒功率负载供电简图，其工作过程如图2所示。

图1恒流整流器向恒功率负载供电

图2恒流整流器与恒功率负载的工作情况

　　假定整流器正常工作电压为53.5V，电流为24A。市电停电后，蓄电池向负载供电，工作点将沿着负载功率双曲线逐渐下降，直至工作点（44V，29A）时，蓄电池已临近放电完毕。假定此时市电来电，在44V的情况下，负载所需的一部分电流（25A）将由整流器供给，而负载的另一部分电流（4A），将强迫蓄电池继续放电供给。出现这种情况是严重的，因为蓄电池已处在过放电状态，如果不将整流器容量适当加大，这就有蓄电池遭损坏的潜在危险。

　　现在来讨论另一种情况：把一个恒功率整流器接到如上所述的恒功率负载，其工作过程见图3。正常工作点仍为53.5V，24A，市电停电后，工作点将向右沿着恒功率负载双曲线下滑。再假定市电恢复时，蓄电池电压为44V。可以看出，所需的总负载电流29A全部由整流器供给，而且整流器还多出5A向蓄电池充电，其电压迅速上升至48V。在这个工作点，整流器向负载供电27A，整流器仍可多出5A继续向蓄电池充电。这与以前情况有很大不同：市电来电后，蓄电池停止放电，并立即得到再充电，使工作点沿恒功率负载双曲线向上移动，直到正常工作点（53.5V，24A）。值得注意的是，恒功率整流器的再充电是比较稳定的，而且蓄电池再充电时间被缩短。因此，恒功率负载采用恒功率整流器供电就提高了电源系统的使用价值。

图3恒功率整流器与恒功率负载的工作情况

　　在通信电源系统的实际应用中，常常需考虑可靠性冗余技术。在整个电源系统设计时，必须考虑这个问题。

3通信用电源系统

　　要证明恒功率整流器比恒流整流器优越，最好的方法是比较装有不同整流器的两个电源系统。下面比较装有六个3kW恒功率整流器和六个50A恒流整流器两套电源系统的工作情况：假定恒功率电源系统在正常工作电压53.5V时有n＋1冗余，则总负载不应超过5个整流器的功率15kW，其工作情况见图4。假定在市电长期停电后，蓄电池放电至44V时市电来电，可看出蓄电池立即得到充电，在整个充电过程中和在正常工作状态，恒功率整流器均能保证有n＋1冗余。

　　恒流整流器工作情况见图5。为保证不仅在正常工作53.5V时，而且在蓄电池电压由48V升至正常工作电压53.5V的充电期间，电源系统均有n＋1冗余，则总负载必须降至12000W。

图4恒功率电源系统的工作

图5恒流电源系统的工作

　　通过上述两种情况的比较，恒功率整流器的有用负载是恒流整流器的15000/12000=1.25倍，即负载为12kW时，恒功率整流器系统可节省一个模块。

4结论

　　与常用的恒流整流器相比较，恒功率整流器的开关电源系统的最大优点是增加了25％以上的负载功率，从而节约了投资，并能为已放电的蓄电池提供更大的充电电流，缩短了蓄电池再充电时间。实践表明：整流器的恒功率设计与系统设计有着友好的界面，可为解决系统中诸如负载均流、限流、输出过压保护及整流器OK信号等技术参数的设计提供了方便，所以说恒功率整流器是一种很有发展前途的现代通信电源。