新穎的自動恒流放電系統的設計

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,其放電電流在４～２０Ａ的大范圍內連續(xù)可調,且有較高的恒流精度,實現了對大容量蓄電池負荷能力和容量的核對性檢測。結果表明,此系統的研制改變了以往蓄電池監(jiān)測設備精度低、可靠性不高的狀況。

關鍵詞：ＩＧＢＴ ＰＷＭ 放電系統

蓄電池作為備用電源在直流系統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)中得到廣泛的應用。平時蓄電池組處于浮充電備用狀態(tài),負荷由交流供電,只有當交流電失電時,蓄電池組才向負荷提供能量。為了檢驗蓄電池組的實際容量,保證系統的正常運行,一般情況要對蓄電池組每年進行一次核對性放電。目前在國內市場上的放電設備主要使用可變電阻、電阻盤、碳棒等,而且需要人工調節(jié)放電電流,控制精度低,工作繁復。針對現狀,我們研制了自動恒流放電系統。本系統采用先進的ＩＧＢＴ大功率電子器件和PWM脈寬調制控制技術,同時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連續(xù)可調,且有較高的恒流精度。該放電系統采用大功率的電子負載和恒流控制技術后,能瞬間承受高達１００Ａ的沖擊電流及長時間２０Ａ恒流負載,以實現對電池負荷能力的檢測和對電池容量的核對性檢測。

主要技術指標如表１所示。

表 1

1 放電系統工作原理

放電系統的組成包括了ＩＧＢＴ功率器件部分、ＰＷＭ集成驅動電路部分、采樣放大、比較、反饋部分。系統原理框圖如圖１所示。

根據設計電流精度要求,利用分流器采樣,分流器的規(guī)格為７５ｍＶ、２０Ａ。采樣信號經濾波,進入精密儀表放大器ＩＮＡ１２８,ＩＮＡ１２８是ＢＢ公司生產的精密、低功耗儀表放大器。ＩＮＡ１２８實際上是一個窗口（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,就可調到合適的放大倍數Ｇ＝２／０．０７５＝２６．７。根據公式Ｇ＝１＋５０ｋΩ／ＲＧ,可算出ＲＧ＝５０ｋΩ／Ｇ－１　＝１．９４８ｋΩ選１．２ｋΩ的電阻和１ｋΩ的精密電位器串聯即可。

經過ＩＮＡ１２８放大的電壓再經一級ＲＣ濾波,濾波后的電壓反饋到Ｗ３５２４的反饋端（Ｗ３５２４的１腳）,作為Ｗ３５２４內部比較放大器的取樣電壓。

2 控制驅動電路

驅動電路原理圖如圖２所示。圖中的Ｗ３５２４是最為流行的開關電源集成控制器,它包括了所有無電源變壓器開關電源所要求的基本功能,如控制、保護、取樣放大的功能,且使用方便靈活,同時在制造上采用常規(guī)的平面工藝。Ｗ３５２４可為脈寬調制式推挽、橋式、單端及串聯型ＳＭＰＳ提供全部控制電路系統的控制單元。它提供電源變壓器開關電源的全部功能,而且增加了取樣比例放大器、限流保護以及內部電路的過流和短路保護。由于采用斜波后沿作為死區(qū)控制,因而節(jié)省了死區(qū)時間控制器;內部基準源既向內、外電路提供基準電壓,又作為內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。基準源屬于常規(guī)的串聯式線性直流穩(wěn)壓電源,它向單片內部的斜波發(fā)生器、比較放大器、脈寬調制器、Ｔ型觸發(fā)器等以及通過１６腳向外均提供＋５Ｖ的工作電壓和基準電壓,使斜波發(fā)生器產生幅度在１．２～３．６Ｖ的連續(xù)不對稱三角波,由內部直接輸入到脈寬調制器的同相端。與此同時,斜波發(fā)生器又向下一級的Ｔ型觸發(fā)器和“或非”門提供一個同步方波脈沖。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調到５００ｋＨｚ,由它構成的ＰＷＭ型開關電源的工作頻率可達１００ｋＨｚ。當取樣電壓和基準電壓分別通過１、２腳送入內部的比較放大器比較放大時,輸出的控制電壓送到脈寬調制器的反向端。脈寬調制器把控制電壓與斜波基準電壓進行比較,輸出一個寬度受控制電壓所調制的方波脈沖,然后同時送往兩個前級“或非”門的輸入端。

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　。考慮到對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９腳對地串接有０．１μＦ的電容和３０ｋΩ的電阻,以實現頻率補償,用作內部誤差放大器的相位補償,否則會有自激產生。