大功率鋁空氣電池升壓電源的研制
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時(shí)間：2012-01-16
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
根據(jù)用途的區(qū)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(yīng)這種需求，筆者特別設(shè)計(jì)了單元升壓電源的并聯(lián)控制系統(tǒng)電路。
在實(shí)際應(yīng)用中，不能將幾個(gè)單元升壓電路直接并聯(lián)獲取大功率輸出。這是由于各單元升壓電路的元件參數(shù)、工作狀態(tài)不都不盡相同，若直接并聯(lián)常常會(huì)造成各單元升壓電路間的“出力”不均衡。甚至?xí)霈F(xiàn)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(tài)。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(fù)荷均擔(dān)”的問題，既單元電路的“均流”問題。
圖2所示的電路結(jié)構(gòu)為帶“均流”控制IC的示意圖。一塊控制IC檢測(cè)一個(gè)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～I(xiàn)C０Ｎ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(zhuǎn)換為電壓值，并輸入到IC01～I(xiàn)C０Ｎ等均流控制IC中的電流檢測(cè)放大電路，將該反映單元升壓電路電流大小的控制信號(hào)輸出至均流控制IC的均流控制母線SHARE+、SHARE-上。
經(jīng)過(guò)這樣處理，N個(gè)單元中只有輸出電流最大的一個(gè)電流放大器的輸出電壓才能使二極管導(dǎo)通，從而影響均流母線電壓。在這種均流方式下，參于調(diào)節(jié)的單元由N個(gè)單元中的最大輸出電流單元決定，一次只有這個(gè)最大輸出電流單元工作，這個(gè)最大輸出電流是隨機(jī)的，它一旦工作既處于主控狀態(tài)，別的單元就處于被控狀態(tài)。均流控制IC將控制信號(hào)電壓輸出至各升壓?jiǎn)卧刂艻C的FB輸入端，從而調(diào)節(jié)各升壓?jiǎn)卧妮敵鲭娏髦?，取得良好的均流效果?br style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">
三、 元器件選擇、生產(chǎn)工藝及電路板的設(shè)計(jì)
由于計(jì)算機(jī)及芯片技術(shù)的發(fā)展，CPU的運(yùn)算速度越來(lái)越快，要求的輸入電壓越來(lái)越低（1V以下），這樣就出現(xiàn)了目前困擾電源界的一大難題----“低電壓大電流”，由此會(huì)帶來(lái)諸如電源體積增大、穩(wěn)定性降低、散熱困難等問題，這自然會(huì)對(duì)電路設(shè)計(jì)、元器件特性及生產(chǎn)工藝等提出更高的要求。
但以上所說(shuō)的都是將高電壓變?yōu)榈碗妷?，?20V/380V的交流變?yōu)閹资驇追慕涣骰蛑绷鳎蛘哂蓭资慕涣骰蛑绷髯優(yōu)閹追慕涣骰蛑绷?。基本上沒有將低電壓變?yōu)榇蠊β矢唠妷旱淖儞Q器。
筆者開發(fā)大功率鋁空氣升壓電源采用的升壓技術(shù)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(xiàn)的“低電壓大電流”，該升壓電源對(duì)電路設(shè)計(jì)、元器件特性及生產(chǎn)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(fā)大功率鋁空氣升壓電源時(shí)，除要解決“低電壓大電流”出現(xiàn)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(shè)計(jì)的專家的話來(lái)形容開發(fā)大功率鋁空氣升壓電源的難點(diǎn)：“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(fā)過(guò)程中，通過(guò)各種試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：該電源的難點(diǎn)主要是元器件的選擇、生產(chǎn)工藝及電路板的設(shè)計(jì)。從圖1所示的主電路可以看出：造成損耗及發(fā)熱的主要原因有以下幾處：（1）電池與升壓電源的聯(lián)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(duì)以上損耗原因可在電源開發(fā)時(shí)采取以下措施：（1）用特殊接插件聯(lián)結(jié)電池與升壓電源，最簡(jiǎn)單的是用電纜聯(lián)結(jié)。（2）電路板設(shè)計(jì)時(shí)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(fù)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(gòu)成一極濾波。（3）變壓器是該電源成敗的關(guān)鍵元件，除要特別設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注的，除選用導(dǎo)通電阻小的MOS管外，還應(yīng)采用多個(gè)MOS管并聯(lián)等措施進(jìn)一步減小其導(dǎo)通電阻。
四、 應(yīng)用展望
電源技術(shù)是一門不斷發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)，它隨著高頻磁材料、電子元器件、模塊制造技術(shù)及工藝技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。我國(guó)對(duì)電源技術(shù)、對(duì)生產(chǎn)工藝技術(shù)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(yīng)用技術(shù)中一個(gè)具體的產(chǎn)品。
目前，該升壓電源和市場(chǎng)上普通開關(guān)電源相比，隨著燃料電池、便攜式產(chǎn)品及某些特殊領(lǐng)域的需求的增加，該升壓電源的市場(chǎng)才顯露出一些頭角，還處于培養(yǎng)和發(fā)展階段，因而升壓電源目前的市場(chǎng)總量還不大。但大功率直流升壓電源應(yīng)是一個(gè)電源系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品的完善過(guò)程既是該產(chǎn)品的推廣過(guò)程。該系列產(chǎn)品的形成之日，也就是一個(gè)產(chǎn)業(yè)的形成之時(shí)。它的重要意義不僅在于電源產(chǎn)品的一個(gè)分支市場(chǎng)的形成，更重要的是該電源系列產(chǎn)品的形成，必將帶動(dòng)一些行業(yè)的發(fā)展，在某些行業(yè)將有著非常廣泛的應(yīng)用，并對(duì)其造成某些深遠(yuǎn)的影響。
參考文獻(xiàn)
1． 仲照東，用MAX1771開發(fā)的一種低電壓大電流DC/DC升壓器，電源技術(shù)應(yīng)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(guó)，實(shí)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(guó)，發(fā)明專利，1035408，1992年4月8日
評(píng)論