大功率铝空气电池升压电源的研制

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　　LP：变压器初极电感量，单位是H；
　　

：最低直流输入电压，单位是V；
　　

：最大占空比；
　　

：变压器初极电流峰值，单位是A；
　　

：开关频率，单位是HZ；
　　值得一提的是：高频变压器的设计和试验是要结合进行的，在设计的基础上进行试验，再在试验的数据上修改设计，经过几个回合才能将具体的参数确定下来。

2．3 并联电路获取大功率


　　根据用途的区别，客户要求的铝空气电池升压电源输出功率各不相同，为适应这种需求，笔者特别设计了单元升压电源的并联控制系统电路。

图2
　　在实际应用中，不能将几个单元升压电路直接并联获取大功率输出。这是由于各单元升压电路的元件参数、工作状态不都不尽相同，若直接并联常常会造成各单元升压电路间的“出力”不均衡。甚至会出现某些升压电源块不仅不输出电源，反而向电源吸取功率，这样，有的电路单元由于带载太重以至损坏，有的单元电路却处于吸收功率或处于“空闲”状态。要想获得大功率的输出，必需解决各单元电路间的“共同出力”及“负荷均担”的问题，既单元电路的“均流”问题。
　　图2所示的电路结构为带“均流”控制IC的示意图。一块控制IC检测一个单元电路的输出电压及输出电流。单元1～单元N为铝空气电池的单元升压电路，IC01～IC０Ｎ为均流控制IC，RS01～RS0Ｎ为单元升压电路的电流传感器（电阻），将单元电路的电流值转换为电压值，并输入到IC01～IC０Ｎ等均流控制IC中的电流检测放大电路，将该反映单元升压电路电流大小的控制信号输出至均流控制IC的均流控制母线SHARE+、SHARE-上。
　　经过这样处理，N个单元中只有输出电流最大的一个电流放大器的输出电压才能使二极管导通，从而影响均流母线电压。在这种均流方式下，参于调节的单元由N个单元中的最大输出电流单元决定，一次只有这个最大输出电流单元工作，这个最大输出电流是随机的，它一旦工作既处于主控状态，别的单元就处于被控状态。均流控制IC将控制信号电压输出至各升压单元控制IC的FB输入端，从而调节各升压单元的输出电流值，取得良好的均流效果。

三、 元器件选择、生产工艺及电路板的设计

　　由于计算机及芯片技术的发展，CPU的运算速度越来越快，要求的输入电压越来越低（1V以下），这样就出现了目前困扰电源界的一大难题----“低电压大电流”，由此会带来诸如电源体积增大、稳定性降低、散热困难等问题，这自然会对电路设计、元器件特性及生产工艺等提出更高的要求。
　　但以上所说的都是将高电压变为低电压，由220V/380V的交流变为几十或几伏的交流或直流，或者由几十伏的交流或直流变为几伏的交流或直流。基本上没有将低电压变为大功率高电压的变换器。
　　笔者开发大功率铝空气升压电源采用的升压技术同样也存在这难题----“低电压大电流”。该“低电压大电流”是指在电源的输入端出现的“低电压大电流”，该升压电源对电路设计、元器件特性及生产工艺等的要求比降压变换器更高。
　　由于铝空气电池的输入电压低（1.5V）又需大电流输出，在开发大功率铝空气升压电源时，除要解决“低电压大电流”出现在电源输出端上的难题外，最重要的是要提高该电源的效率且降低其损耗。用句一位多年从事电源设计的专家的话来形容开发大功率铝空气升压电源的难点：“弄不好就找不到这1.5V的输入电压了，怎么去升压！？”
　　笔者在开发过程中，通过各种试验发现：该电源的难点主要是元器件的选择、生产工艺及电路板的设计。从图1所示的主电路可以看出：造成损耗及发热的主要原因有以下几处：（1）电池与升压电源的联接处。（2）大电流在线路板上造成的损耗。（3）大电流在变压器上的损耗。（4）大电流在MOS管上的损耗。
　　针对以上损耗原因可在电源开发时采取以下措施：（1）用特殊接插件联结电池与升压电源，最简单的是用电缆联结。（2）电路板设计时加大主电源的铜板面积，最好是电路板的一面是电源正极，另一面为电源的负极，这样除能减少电流损耗外，还可以利用线路板两面铜板间的电容在电源的输入端构成一极滤波。（3）变压器是该电源成败的关键元件，除要特别设计该高频变压器外，绕制该变压器的材料也要特别的留意。（4）大电流在MOS管上的损耗是电路设计时要重点关注的，除选用导通电阻小的MOS管外，还应采用多个MOS管并联等措施进一步减小其导通电阻。

四、 应用展望

　　电源技术是一门不断发展的应用技术，它随着高频磁材料、电子元器件、模块制造技术及工艺技术的发展而发展。我国对电源技术、对生产工艺技术等方面的研究，水平是比较高的，在许多方面是处在前沿水平，在某些方面还常有突破。大功率铝空气电池升压电源也是电源应用技术中一个具体的产品。
　　目前，该升压电源和市场上普通开关电源相比，随着燃料电池、便携式产品及某些特殊领域的需求的增加，该升压电源的市场才显露出一些头角，还处于培养和发展阶段，因而升压电源目前的市场总量还不大。但大功率直流升压电源应是一个电源系列产品，该系列产品的完善过程既是该产品的推广过程。该系列产品的形成之日，也就是一个产业的形成之时。它的重要意义不仅在于电源产品的一个分支市场的形成，更重要的是该电源系列产品的形成，必将带动一些行业的发展，在某些行业将有着非常广泛的应用，并对其造成某些深远的影响。

参考文献

1． 仲照东，用MAX1771开发的一种低电压大电流DC/DC升压器，电源技术应用 ，
2000年5月
2． 仲照东、徐爱华、陈明，铝--空气电池的升压及控制装置，中国，实用新型，2475152，02年1月30日
3． 李振亚、刘雅惠，中性--铝空气电池及其制备方法，中国，发明专利，1035408，1992年4月8日