如何為通信電源系統(tǒng)選擇整流模塊

以下方法可用來(lái)確定是否采用優(yōu)化的特性曲線。假設(shè)：

Id—40V時(shí)的DC/DC最大的輸入電流

Ir—55V時(shí)最大電阻性電流

Ib—恒定的電池充電電流

It—總負(fù)載電流

那么在55V時(shí)：

It=Id×40/55＋I(xiàn)r＋I(xiàn)b

在40V時(shí)：

It=Id＋I(xiàn)r×40/55＋I(xiàn)b

假定正常浮充電壓為55V，最低電池電壓為40V。

例1

設(shè)：Id=100A，Ir=20A，Ib=10A

在55V時(shí)：

It=(100×40/55)＋20＋10=102.7A

等于564kW的功率。

在40V時(shí)：

It=100＋(20×40/55)＋10=124.5A

這等于498kW的功率。

例2

設(shè)：Id=50A，Ir=70A，Ib=10A

在55V時(shí)：

It=(50×40/55)＋70＋10=116.4A

等于6.4kW的功率。

在40V時(shí)：

It=50＋(70×40/55)＋10=110.9A

這等于444kW的功率。

在例1中，如果在模塊內(nèi)采用部分恒功率特性電路，可以把最大功率從685kW(124.5×55)縮減到5.64kW，節(jié)省了17％還多。

在例2中，在整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)，電流隨著電壓的下降而降得很少，所以適合于整流模塊內(nèi)具有恒電流特性的電路。

現(xiàn)代開關(guān)式拓?fù)浼夹g(shù)可以輕易地做到根據(jù)總負(fù)載要求來(lái)確定輸出特性，使得在一定的負(fù)載組合下減小總的安裝功率也能滿足要求。

圖2顯示出一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的輸出限流特性曲線的模塊，它滿足例1的要求。

圖2 優(yōu)化輸出限流特性曲線

圖中A—傳統(tǒng)恒電流限流特性

B—部分恒功率限流特性

C—帶恒功率負(fù)載

圖中A和B之間的三角區(qū)域等效減小了約17％的功率。

5溫度范圍

通信設(shè)備的運(yùn)行溫度范圍是非常重要的參數(shù)。一些設(shè)備要求工作在室溫下，而另一些設(shè)備要求工作在很寬的溫度范圍內(nèi)（如－40℃至＋65℃）。正如第1節(jié)所說(shuō)，仔細(xì)考慮溫度和散熱對(duì)于系統(tǒng)的可靠和有效運(yùn)行非常重要。如果實(shí)際要求電源系統(tǒng)工作在寬溫度范圍內(nèi)，顯然保證系統(tǒng)中的所有元器件可靠地工作是很必要的。為達(dá)到這一目的和最大限度減少成本，應(yīng)仔細(xì)估算在兩個(gè)極端溫度點(diǎn)處是否需要達(dá)到完全的性能指標(biāo)，即在很低的溫度下完全達(dá)到常溫時(shí)的系統(tǒng)指標(biāo)是否必要？在很高的溫度時(shí)是否有必要提供最大的功率輸出？

實(shí)際上，在極端溫度點(diǎn)處對(duì)模塊的要求越低，系統(tǒng)就可以越經(jīng)濟(jì)。

一些設(shè)備要求在很低溫度下運(yùn)行時(shí)性能不能打一點(diǎn)折扣。這時(shí)系統(tǒng)應(yīng)能滿足所有參數(shù)要求。如果有些特性可以降低要求，成本將顯著降低。要求電源系統(tǒng)在如此低的溫度下工作往往是因?yàn)樵O(shè)備在冷天閑置一段時(shí)間后需要可靠地起動(dòng)。實(shí)際上，系統(tǒng)在起動(dòng)一段時(shí)間以后由于自身發(fā)熱溫度會(huì)上升。放松在低溫時(shí)對(duì)非關(guān)鍵參數(shù)的要求（如輸出噪音、輔助特性）對(duì)降低模塊成本有好處。實(shí)際應(yīng)用中，如果規(guī)定模塊可以在最低溫度下起動(dòng)和在較高一些溫度下完全達(dá)到指標(biāo)地工作是很有用的。

如果要求高溫環(huán)境下工作，一般電源在高于一定溫度值時(shí)其功率額定值會(huì)降低。即在溫升20℃時(shí)輸出功率減少30％。

這種對(duì)輸出能力的限制可解釋為在傳統(tǒng)電源系統(tǒng)的初期設(shè)計(jì)階段，負(fù)載要求電源在電壓控制模式下運(yùn)行；只有運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)才需要限流。當(dāng)電池處于高度充電狀態(tài)時(shí)，整流模塊的輸出需在恒壓下運(yùn)行。但當(dāng)電池剛開始充電時(shí)，模塊需在恒流狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行一定的時(shí)間。如果采用溫度降額（即溫度升高額定輸出功率降低），必須同時(shí)減小限流點(diǎn)（保證在限流時(shí)安全運(yùn)行）以確保模塊在最差的環(huán)境溫度條件下其功率容量不會(huì)超出設(shè)計(jì)值。實(shí)際上要在高溫下運(yùn)行，整流模塊的限流點(diǎn)比在較低溫度條件下運(yùn)行時(shí)的限流點(diǎn)更低。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常的工作環(huán)境溫度會(huì)因氣候的變化和系統(tǒng)的運(yùn)行條件的變化而變化。整流模塊一般不會(huì)在其指定的最高環(huán)境溫度條件下持續(xù)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。如果模塊限制的溫度控制適當(dāng)，就能在大多數(shù)運(yùn)行情況下，只對(duì)模塊在最高環(huán)境溫度時(shí)的容量作限制，使電源系統(tǒng)的功率最大化（特別是當(dāng)模塊的輸入電壓偏向下限時(shí)）。如果要限制模塊的輸出容量以滿足在最高環(huán)境溫度下能在正常的功率范圍內(nèi)安全運(yùn)行，可在模塊內(nèi)安裝適合的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，在較低溫的條件下可自動(dòng)提供更大的功率。

在具體應(yīng)用中有可能不接受經(jīng)常因?yàn)闇囟冗^(guò)高而降額輸出，但是如果仔細(xì)研究最高溫時(shí)的最小要求，就可以判斷是否可以采用這一功能。例如：

S在最高運(yùn)行溫度時(shí)是否需要系統(tǒng)提供電池再充電電流？或是否可以接受更長(zhǎng)的再充電時(shí)間？

S在最高環(huán)境溫度下系統(tǒng)的一些特性能否被抑制以減少最大電流的需要？

S在最高環(huán)境溫度下系統(tǒng)冗余能否消除？

如果整流模塊的溫度與限流性能相關(guān)聯(lián)，那會(huì)帶來(lái)非常顯著的益處。

這一特征也可和以上提到過(guò)的部分恒功率特性組合起來(lái)，這樣就可以盡可能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)要注意的是，在高溫時(shí)，帶溫度限流的模塊由于輸入電壓使得功率損耗變化，這樣，系統(tǒng)在標(biāo)稱電壓左右工作時(shí)比在最小輸入電壓工作時(shí)能提供更大的電流容量。