大功率鋁空氣電池升壓電源的研制
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根據用途的區別，客戶要求的鋁空氣電池升壓電源輸出功率各不相同，為適應這種需求，筆者特別設計了單元升壓電源的并聯控制系統電路。
在實際應用中，不能將幾個單元升壓電路直接并聯獲取大功率輸出。這是由于各單元升壓電路的元件參數、工作狀態不都不盡相同，若直接并聯常常會造成各單元升壓電路間的“出力”不均衡。甚至會出現某些升壓電源塊不僅不輸出電源，反而向電源吸取功率，這樣，有的電路單元由于帶載太重以至損壞，有的單元電路卻處于吸收功率或處于“空閑”狀態。要想獲得大功率的輸出，必需解決各單元電路間的“共同出力”及“負荷均擔”的問題，既單元電路的“均流”問題。
圖2所示的電路結構為帶“均流”控制IC的示意圖。一塊控制IC檢測一個單元電路的輸出電壓及輸出電流。單元1～單元N為鋁空氣電池的單元升壓電路，IC01～IC０Ｎ為均流控制IC，RS01～RS0Ｎ為單元升壓電路的電流傳感器（電阻），將單元電路的電流值轉換為電壓值，并輸入到IC01～IC０Ｎ等均流控制IC中的電流檢測放大電路，將該反映單元升壓電路電流大小的控制信號輸出至均流控制IC的均流控制母線SHARE+、SHARE-上。
經過這樣處理，N個單元中只有輸出電流最大的一個電流放大器的輸出電壓才能使二極管導通，從而影響均流母線電壓。在這種均流方式下，參于調節的單元由N個單元中的最大輸出電流單元決定，一次只有這個最大輸出電流單元工作，這個最大輸出電流是隨機的，它一旦工作既處于主控狀態，別的單元就處于被控狀態。均流控制IC將控制信號電壓輸出至各升壓單元控制IC的FB輸入端，從而調節各升壓單元的輸出電流值，取得良好的均流效果。
三、 元器件選擇、生產工藝及電路板的設計
由于計算機及芯片技術的發展，CPU的運算速度越來越快，要求的輸入電壓越來越低（1V以下），這樣就出現了目前困擾電源界的一大難題----“低電壓大電流”，由此會帶來諸如電源體積增大、穩定性降低、散熱困難等問題，這自然會對電路設計、元器件特性及生產工藝等提出更高的要求。
但以上所說的都是將高電壓變為低電壓，由220V/380V的交流變為幾十或幾伏的交流或直流，或者由幾十伏的交流或直流變為幾伏的交流或直流。基本上沒有將低電壓變為大功率高電壓的變換器。
筆者開發大功率鋁空氣升壓電源采用的升壓技術同樣也存在這難題----“低電壓大電流”。該“低電壓大電流”是指在電源的輸入端出現的“低電壓大電流”，該升壓電源對電路設計、元器件特性及生產工藝等的要求比降壓變換器更高。
由于鋁空氣電池的輸入電壓低（1.5V）又需大電流輸出，在開發大功率鋁空氣升壓電源時，除要解決“低電壓大電流”出現在電源輸出端上的難題外，最重要的是要提高該電源的效率且降低其損耗。用句一位多年從事電源設計的專家的話來形容開發大功率鋁空氣升壓電源的難點：“弄不好就找不到這1.5V的輸入電壓了，怎么去升壓！？”
筆者在開發過程中，通過各種試驗發現：該電源的難點主要是元器件的選擇、生產工藝及電路板的設計。從圖1所示的主電路可以看出：造成損耗及發熱的主要原因有以下幾處：（1）電池與升壓電源的聯接處。（2）大電流在線路板上造成的損耗。（3）大電流在變壓器上的損耗。（4）大電流在MOS管上的損耗。
針對以上損耗原因可在電源開發時采取以下措施：（1）用特殊接插件聯結電池與升壓電源，最簡單的是用電纜聯結。（2）電路板設計時加大主電源的銅板面積，最好是電路板的一面是電源正極，另一面為電源的負極，這樣除能減少電流損耗外，還可以利用線路板兩面銅板間的電容在電源的輸入端構成一極濾波。（3）變壓器是該電源成敗的關鍵元件，除要特別設計該高頻變壓器外，繞制該變壓器的材料也要特別的留意。（4）大電流在MOS管上的損耗是電路設計時要重點關注的，除選用導通電阻小的MOS管外，還應采用多個MOS管并聯等措施進一步減小其導通電阻。
四、 應用展望
電源技術是一門不斷發展的應用技術，它隨著高頻磁材料、電子元器件、模塊制造技術及工藝技術的發展而發展。我國對電源技術、對生產工藝技術等方面的研究，水平是比較高的，在許多方面是處在前沿水平，在某些方面還常有突破。大功率鋁空氣電池升壓電源也是電源應用技術中一個具體的產品。
目前，該升壓電源和市場上普通開關電源相比，隨著燃料電池、便攜式產品及某些特殊領域的需求的增加，該升壓電源的市場才顯露出一些頭角，還處于培養和發展階段，因而升壓電源目前的市場總量還不大。但大功率直流升壓電源應是一個電源系列產品，該系列產品的完善過程既是該產品的推廣過程。該系列產品的形成之日，也就是一個產業的形成之時。它的重要意義不僅在于電源產品的一個分支市場的形成，更重要的是該電源系列產品的形成，必將帶動一些行業的發展，在某些行業將有著非常廣泛的應用，并對其造成某些深遠的影響。
參考文獻
1． 仲照東，用MAX1771開發的一種低電壓大電流DC/DC升壓器，電源技術應用 ，
2000年5月
2． 仲照東、徐愛華、陳明，鋁--空氣電池的升壓及控制裝置，中國，實用新型，2475152，02年1月30日
3． 李振亞、劉雅惠，中性--鋁空氣電池及其制備方法，中國，發明專利，1035408，1992年4月8日
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