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。
　　　

图15中的转把霍尔是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到4V-1V的电压。该电压加到UC1825的NI脚，与INV脚电压进行比较，在OUTA、OUTB脚得到调宽脉冲。NI脚电压越低，OUTA、OUTB脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，变幅器输出电压越高，电机转速越快，电阻R8用于零速调节。

　　
　　
　　图16是微功耗电动自行车控制器的实际电路，与图11右边无刷电机控制器相比，
　　
　　(1）增加了变幅器；
　　
　　(2）车把霍尔移到变幅器里面；
　　
　　(3）MC33035的脚14接固定电压，脚14、2、1和19、20、21只输出电机霍尔产生的换向控制信号，不再产生调宽信号；
　　
　　(4）6只IRF3205的直流供电不再取自蓄电池的端电压，而是取自变幅器的输出直流电压Vo。

　　
　　2．6微功耗分析
　　
　　图17是蓄电池放电特性曲线，在0.2C的放电过程中，蓄电池端电压在11.3V到12.7V之间变化，现在要求把4节蓄电池串联的输出电压稳定在48V。
　　
　　(1)当输入电压大于额定电压时，电压切割电路启动,蓄电池最高电压为50.8V，输入电压比额定电压高(50.8-48)/48=5.83%，输入电压Vi中高出的5.83%由切割电路切下来，这切下来的部份要进行功率变换，变换成额定值电压输出。设变换效率为90%，设切下来这部份电压在进行功率变换过程中的功率损耗Pq：
　　
　　Pq=5.83%*（1-90%）=0.0583*0.1=0.00583=0.583%，
　　
　　由此可知，切下来这部份电压在功率变换过程中的损耗为0.583%。输入电压被切割后的极大部份电压，其幅值等于额定电压，直接到达输出端，这一部份电压本身并没有经过任何功率变换，其变换效率可视为100%，所以整个电压切割电路的总损耗也是0.583%，则其总效率为99.417%。
　　
　　(2)当输入电压小于额定电压时，电压切割电路启动,蓄电池最低电压为45.6V，输入电压比额定电压低(48-45.6)/48=5.00%，输入电压Vi中比输出电压低出的5.00%由补偿电路进行补偿，补偿电压的获得要进行功率变换，设变换效率为90%，获得补偿电压进行的功率变换过程中的功率损耗Pb：
　　
　　Pb=5.00%×（1-90%）=0.05×0.1=0.005=0.5%，
　　
　　由此可知，为获得补偿电压所进行功率变换过程中，损耗为0.5%。输入电压Vi本身在电压补偿过程中并没有经过任何功率变换，直接从输入端到达输出端，成为输出功率的一大部份，其变换效率可视为100%，所以整个电压切割电路的总损耗也是0.5%，则其总效率为99.5%。
　　
　　(3)当输入电压在额定范围之内时，在电压切割电路中的功率MOS管T1（请参考图16）的栅极加高电平控制信号，则T1是一个直流开关，输入直流电压Vi直接到达输出端，整机效率可视为100%。
　　
　　(4)相对于三种不同的运行模式，有三种不同的效率，99.417%、99.5%、100%，由于微功耗直流稳压器在一个时刻，只有一种运行模式，上述三种模式中的效率都是整机效率，这就意味着，运行在不同模式下，整机效率不一样。如果取平均值，则整机效率为99.652%。
　　
　　(5)在电压切割和电压补偿的效率计算过程中，都是采用最坏情况时的数据，即最高电压50.8V和最低电压45.6V。从图17的蓄电池放电特性曲线可以看出，最高电压和最低电压的放电时间很短，最长放电时间还是在平稳放电区间，计算效率时不取最坏情况的数据，而取中间值数据比较合理。取中间值数据时，放电电压值的最大放电电压为：(50.8-48)/2+48=1.4+48=49.4V，最低放电电压为：48-(48-45.6)/2=48-1.2=46.8，用此数据按上述效率的计算方法进行计算的结果是：Pq=0.0292，Pb=0.025，所以启动电压切割时，整机效率为99.708%，启动电压补偿时，整机效率为99.775%。

　　　　
　　
　　(未完待续)

【红尘有你】