郁百超
　　
　　(湖北省电力信息通信公司,湖北武汉430077)
　　
　　摘要:介绍蓄电池的无损充电及自行车、汽车、火车的微功耗电驱动系统。“整体串联恒流、单体并联恒压”的充电方法,实现了无损耗充电。无损的含意有两层,一是充电功率基本无损耗,二是电池本身在充放电过程中完全无损害,该无损充电机仅由简单电路实现,无过充、过热、过放、过流、短路现象,充电终了时所有单体电池的端电压完全相等;“只需把输入功率中的极小部分进行传统功率变换,就可以全部转换成输出功率”,实现了微功耗电驱动,即输入功率中绝大部分既不必进行实际的功率变换,也不必通过磁芯变压器或电感传递,直接到达输出端而成为输出功率,该微功耗电驱动系统的主功率器件不采用脉宽调制(PWM),电路简单,功耗极小而寿命极长,其成本、体积、重量、功耗都是传统电驱动系统的十分之一。
　　　　
　　(5)电压切割电路[3]
　　
　　图3中的场效应管T5控制充电电源V1的接入和断开，对电池组进行恒流串联充电，同时，对单体电池进行恒压并联控制，在成组恒流充电和单体并联控制的过程中，恒流电源V1的输出电压是变化的，视各单体电池充电时的端电压而定，这种变化反映在电阻R1上，当电池组电压低时，电阻R1上的电压高，反之电阻R1上的电压就低，电阻R1上的电压降因发热而损耗掉。为了提高充电效率，把这部份功率通过功率变换，进行回授。图6(a)电压切割电路就具备这种功能：变压器TX1接在MOS管T2的漏极，在T2的栅极加方波驱动信号，即电压切割信号，在其源极可得到稳定的直流输出电压Voa，在变压器付边得到回授电压Vob。图6(b)是电压切割电路输出电压的仿真波形：从上到下依次是：输入馒头波电压Vd、包络为正弦波的方波驱动信号Vc、栅极输出电压Voa、变压器付边包络为正弦波的双边带电压Vs、变压器输出电压Vob。

　　　　
　　上述恒流恒压充电电源和电压切割电路均出自绿色功率变换器（专利申请号：201010130192X）中具体实施方式10和具体实施方式19，使得锂离子动力电池无损充电机的效率接近100%，绿色功率变换器[4]免除了传统功率变换器中的脉宽调制PWM技术，无高频工作的功率器件，不产生EMI干扰，同时采用了对称基元SBP（SymmetryBasicPrimitive）、幅高调制AHM（AmplitudeHighModulate）和动态整流DR（Dynamicrectification)技术，只需把输入功率中的很小一部份进行传统功率变换，就可以获得全部输出功率，即输出功率的绝大部份既不必进行传统功率变换，也不必通过磁芯变压器，输入的交流电压不必整流滤波，无大电感、大电容，因此功率因数为1，而总谐波畸变THD为零；变压器付边采用动态整流，可以获得直流电压，也可以获得交流电压，整机的电路复杂性、功率损耗和故障率都大为降低，可以取代传统功率变换器在所有领域的应用，有关百超功率变换器的详细论述，请参考文献[3]。
　　　　
　　(6)电压补偿电路[3]
　　
　　图7是传统桥式开关电源，Q1、Q2、Q5、Q6组成桥式电路，用UC1825控制芯片作脉宽控制，输出电压为Vo1，输入电压V2等于400V，图7右边是桥式开关电源输出电压的仿真波形，可以看到，输出电压Vo1为50V，取自电阻R12两端。

　　
　　图8是电压补偿电路，其电路与图7基本相同，只三个地方不一样：
　　
　　1) 三极管Q8的集电极开始以左，所有接地点全部与地线断开，同时接到Vo1端，即E点；
　　
　　2) 反馈电阻R10的上端接到输入电压V2的正极，即T点；
　　
　　3) 输出电压是Vo2，取自电阻R9两端，即取自输入电压V2的正极和地之间，即T点和地之间。
　　
　　从图8可以看出，输出电压Vo2=V2+Vo1=400+50=450V，与输出电压Vo1相比，电压提高了9倍，输出功率提高了9倍，这意味着成本、体积、重量、功耗都减小了9倍。在输出电压Vo2中，只有极小部份输入功率（相当于50V）要进行传统功率变换，而极大部份输入功率（相当于400V）不必经过任何功率变换，直接到达输出端成为输出功率，整机的功率损耗（相当于450V）是极小部份输入功率（相当于50V）在传统功率变换过程中所产生的功率损耗，极大部份输入功率（相当于400V）不必经过任何功率变换，也就不产生功率损耗，其变换效率是100%，所以整机功率损耗也减小了9倍。
　　
　　如果输出电压不是450V而是425V，则与输出电压Vo1相比，电压提高了17倍，输出功率提高了17倍，这意味着成本、体积、重量、功耗都减小了17倍。在输出电压Vo2中，只有极小部份输入功率（相当于25V）要进行传统功率变换，而极大部份输入功率（相当于400V）不必经过任何功率变换，直接到达输出端成为输出功率，整机的功率损耗（相当于450V）是极小部份输入功率（相当于25V）在传统功率变换过程中所产生的功率损耗，极大部份输入功率（相当于400V）不必经过任何功率变换，也就不产生功率损耗，其变换效率是100%，所以整机功率损耗也减小了17倍。
　　　　
　　如果Vo1、Vo2所产生的电流都是1安培，则在计算效率时可用电压代替功率。设传统功率变换的效率是η0=90%，则输出电压是450V和425V时的效率η1和η2可计算如下（有用功率除以总功率）：
　　
　　η1=[450-50（1-η0）]÷450=（450-5）÷450=98.9%。
　　
　　η2=[450-25（1-η0）]÷425=（425-2.5）÷450=99.4%。
　　
　　图9是电压补偿电路输出电压为450V时Vo1、Vo2的仿真波形（输出电压为425V时仿真波形类似），从图可以看到，Vo2是Vo1与入电压V2叠加而成。

　　　　
　　图8产生的是恒压充电电压，当要进行恒流充电时，反馈电路检测的是输出电流值，小电流可采用电阻采样，大电流可以采用霍尔器件。当充电功率产生自补偿电路或切割电路时，效率接近100%，无损充电机的充充电功率基本无损耗。
　　
　　　　(未完待续)

【红尘有你】