新颖的自动恒流放电系统的方案设计

蓄电池作为备用电源在直流系统中起着极其重要的作用,从而在电力、通信、金融、交通等各行各业中得到广泛的应用。平时蓄电池组处于浮充电备用状态,负荷由交流供电,只有当交流电失电时,蓄电池组才向负荷提供能量。为了检验蓄电池组的实际容量,保证系统的正常运行,一般情况要对蓄电池组每年进行一次核对性放电。目前在国内市场上的放电设备主要使用可变电阻、电阻盘、碳棒等,而且需要人工调节放电电流,控制精度低,工作繁复。针对现状,我们研制了自动恒流放电系统。本系统采用先进的ＩＧＢＴ大功率电子器件和PWM脉宽调制控制技术,同时利用康铜电阻合金作为放电电阻,并使放电电流在大范围内连续可调,且有较高的恒流精度。该放电系统采用大功率的电子负载和恒流控制技术后,能瞬间承受高达１００Ａ的冲击电流及长时间２０Ａ恒流负载,以实现对电池负荷能力的检测和对电池容量的核对性检测。

主要技术指标如表１所示。

表 1

1 放电系统工作原理

放电系统的组成包括了ＩＧＢＴ功率器件部分、ＰＷＭ集成驱动电路部分、采样放大、比较、反馈部分。系统原理框图如图１所示。

根据设计电流精度要求,利用分流器采样,分流器的规格为７５ｍＶ、２０Ａ。采样信号经滤波,进入精密仪表放大器ＩＮＡ１２８,ＩＮＡ１２８是ＢＢ公司生产的精密、低功耗仪表放大器。ＩＮＡ１２８实际上是一个窗口（双限）比较器,特别适合微电压的放大,只要选择合适的外部增益电阻ＲＧ,就可调到合适的放大倍数Ｇ＝２／０．０７５＝２６．７。根据公式Ｇ＝１＋５０ｋΩ／ＲＧ,可算出ＲＧ＝５０ｋΩ／Ｇ－１　＝１．９４８ｋΩ选１．２ｋΩ的电阻和１ｋΩ的精密电位器串联即可。

经过ＩＮＡ１２８放大的电压再经一级ＲＣ滤波,滤波后的电压反馈到Ｗ３５２４的反馈端（Ｗ３５２４的１脚）,作为Ｗ３５２４内部比较放大器的取样电压。

2 控制驱动电路

驱动电路原理图如图２所示。图中的Ｗ３５２４是最为流行的开关电源集成控制器,它包括了所有无电源变压器开关电源所要求的基本功能,如控制、保护、取样放大的功能,且使用方便灵活,同时在制造上采用常规的平面工艺。Ｗ３５２４可为脉宽调制式推挽、桥式、单端及串联型ＳＭＰＳ提供全部控制电路系统的控制单元。它提供电源变压器开关电源的全部功能,而且增加了取样比例放大器、限流保护以及内部电路的过流和短路保护。由于采用斜波后沿作为死区控制,因而节省了死区时间控制器;内部基准源既向内、外电路提供基准电压,又作为内部各部分的工作电压,并提供５０ｍＡ输出电流,输出晶体管Ｔ１、Ｔ２集电极和发射极都悬空,这样使用增加了灵活性。基准源属于常规的串联式线性直流稳压电源,它向单片内部的斜波发生器、比较放大器、脉宽调制器、Ｔ型触发器等以及通过１６脚向外均提供＋５Ｖ的工作电压和基准电压,使斜波发生器产生幅度在１．２～３．６Ｖ的连续不对称三角波,由内部直接输入到脉宽调制器的同相端。与此同时,斜波发生器又向下一级的Ｔ型触发器和“或非”门提供一个同步方波脉冲。它们的频率由６、７脚的外接电阻ＲＴ和电容ＣＴ所决定,一般可以从１００ｋＨｚ调到５００ｋＨｚ,由它构成的ＰＷＭ型开关电源的工作频率可达１００ｋＨｚ。当取样电压和基准电压分别通过１、２脚送入内部的比较放大器比较放大时,输出的控制电压送到脉宽调制器的反向端。脉宽调制器把控制电压与斜波基准电压进行比较,输出一个宽度受控制电压所调制的方波脉冲,然后同时送往两个前级“或非”门的输入端。

工作频率由６、７脚的外接电阻ＲＴ和电容ＣＴ所决定,ｆｐｗｍ＝１．１５／ＲＴ×ＣＴ　。考虑到对ＣＴ的充电电流为（１．２～３．６　／ＲＴ一般为３０μＡ到２ｍＡ）。因此ＲＴ取值为 １．８ｋΩ到１００ｋΩ。同时９脚对地串接有０．１μＦ的电容和３０ｋΩ的电阻,以实现频率补偿,用作内部误差放大器的相位补偿,否则会有自激产生。

3 估算发热

根据上述对ＩＧＢＴ的分析研究,三棱Ｈ系列ＩＧＢＴ器件—ＣＴ６０是基于第三代ＩＧＢＴ技术和续流二极管技术,为功率电路设计、缓冲电路（吸收回路）设计及热设计而采用的大功率器件。它的最大允许峰值电压ＶＣＥＳ为１０００Ｖ;最大通过峰值电流ＩＣ为６０Ａ;Ｔ＝２５°Ｃ时ＩＧＢＴ的最大