一種新型恒功率開關整流器

摘要：介紹一種新型的恒功率整流器。與常用的恒流整流器相比較，可節約25％以上的投資，并能為已放電的蓄電池提供更大的充電電流，從而提高充電速度。關鍵詞：恒功率開關整流器

A New Type of Constant－ power Switching Mode Rectifier

Abstract: This paper introduced a new type of constant－ power switching mode rectifier,compared with ordinary constant－ current rectifier.It can save investment more than 25％ in power supply systems.It can also supply bigger current to discharged battery ,thus decrease battery rechargeing time.

Keywords:Constant power Switching mode rectifier

1引言

新型的智能恒功率高頻開關電源系列產品，輸出電壓有24V、48V、60V，輸出電流從10A至3600A。恒功率整流器包括750W、1500W、1700W、1900W、3000W及7000W系列。

　　整流器的恒功率輸出特性，與現代通信設備的恒功率負載特性相匹配。因為現代電信用整流器，既要向電信負載供電，又要向與負載并接的蓄電池充電。當恒功率負載電壓比正常工作電壓低時，需吸收更大的電流，呈恒功率負載特性，這與線性負載隨電壓下降而電流也下降有很大差別。

　　目前，開關電源市場大都采用恒流整流器的開關電源系統。為考慮到給已放電的蓄電池在某一特定的充電時間內進行充電，電源系統的額定輸出功率僅僅考慮電信設備所需的最大負載功率是不夠的。究竟電源系統設計多大的功率，通常依據所需的最大負載、停電后蓄電池放電的安時數及恢復蓄電池容量所需的充電時間等三個因素來考慮。如果考慮可靠性n＋1冗余，一般要留出33％～45％額定功率給停電后已放電的蓄電池再充電，這也就相當于電源系統中33％以上的整流模塊長期處在等候備用狀態而未被充分利用。顯然，這種電源系統設備不是最優設計。　　恒功率整流器的開關電源系統，一般只需考慮電信設備最大負載和一個整流模塊的冗余就可以確定電源系統的額定輸出功率。恒功率整流器其突出特點是在整個輸出電壓范圍內，在蓄電池低電壓時，仍能輸出額定功率，即在低電壓時，電源系統輸出更大的電流，從而可以減少電源系統中所需整流器的數目，并能為已放電的蓄電池提供更大的充電電流，從而提高充電速度。這種新型的恒功率整流器設計的智能高頻開關電源系統，在通信電源的構思上是一個飛躍，也是現代通信設備供電的最優選擇。

2簡單的電源結構

　　圖1為恒流整流器向恒功率負載供電簡圖，其工作過程如圖2所示。

圖1恒流整流器向恒功率負載供電

圖2恒流整流器與恒功率負載的工作情況

　　假定整流器正常工作電壓為53.5V，電流為24A。市電停電后，蓄電池向負載供電，工作點將沿著負載功率雙曲線逐漸下降，直至工作點（44V，29A）時，蓄電池已臨近放電完畢。假定此時市電來電，在44V的情況下，負載所需的一部分電流（25A）將由整流器供給，而負載的另一部分電流（4A），將強迫蓄電池繼續放電供給。出現這種情況是嚴重的，因為蓄電池已處在過放電狀態，如果不將整流器容量適當加大，這就有蓄電池遭損壞的潛在危險。

　　現在來討論另一種情況：把一個恒功率整流器接到如上所述的恒功率負載，其工作過程見圖3。正常工作點仍為53.5V，24A，市電停電后，工作點將向右沿著恒功率負載雙曲線下滑。再假定市電恢復時，蓄電池電壓為44V。可以看出，所需的總負載電流29A全部由整流器供給，而且整流器還多出5A向蓄電池充電，其電壓迅速上升至48V。在這個工作點，整流器向負載供電27A，整流器仍可多出5A繼續向蓄電池充電。這與以前情況有很大不同：市電來電后，蓄電池停止放電，并立即得到再充電，使工作點沿恒功率負載雙曲線向上移動，直到正常工作點（53.5V，24A）。值得注意的是，恒功率整流器的再充電是比較穩定的，而且蓄電池再充電時間被縮短。因此，恒功率負載采用恒功率整流器供電就提高了電源系統的使用價值。

圖3恒功率整流器與恒功率負載的工作情況

　　在通信電源系統的實際應用中，常常需考慮可靠性冗余技術。在整個電源系統設計時，必須考慮這個問題。

3通信用電源系統

　　要證明恒功率整流器比恒流整流器優越，最好的方法是比較裝有不同整流器的兩個電源系統。下面比較裝有六個3kW恒功率整流器和六個50A恒流整流器兩套電源系統的工作情況：假定恒功率電源系統在正常工作電壓53.5V時有n＋1冗余，則總負載不應超過5個整流器的功率15kW，其工作情況見圖4。假定在市電長期停電后，蓄電池放電至44V時市電來電，可看出蓄電池立即得到充電，在整個充電過程中和在正常工作狀態，恒功率整流器均能保證有n＋1冗余。

　　恒流整流器工作情況見圖5。為保證不僅在正常工作53.5V時，而且在蓄電池電壓由48V升至正常工作電壓53.5V的充電期間，電源系統均有n＋1冗余，則總負載必須降至12000W。

圖4恒功率電源系統的工作

圖5恒流電源系統的工作

　　通過上述兩種情況的比較，恒功率整流器的有用負載是恒流整流器的15000/12000=1.25倍，即負載為12kW時，恒功率整流器系統可節省一個模塊。

4結論

　　與常用的恒流整流器相比較，恒功率整流器的開關電源系統的最大優點是增加了25％以上的負載功率，從而節約了投資，并能為已放電的蓄電池提供更大的充電電流，縮短了蓄電池再充電時間。實踐表明：整流器的恒功率設計與系統設計有著友好的界面，可為解決系統中諸如負載均流、限流、輸出過壓保護及整流器OK信號等技術參數的設計提供了方便，所以說恒功率整流器是一種很有發展前途的現代通信電源。