如何為通信電源系統選擇整流模塊

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

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—總負載電流

那么在55V時(shí)：

It=Id×40/55＋Ir＋Ib

在40V時(shí)：

It=Id＋Ir×40/55＋Ib

假定正常浮充電壓為55V，最低電池電壓為40V。

例1

設：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：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，節省了17％還多。

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

現代開(kāi)關(guān)式拓撲技術(shù)可以輕易地做到根據總負載要求來(lái)確定輸出特性，使得在一定的負載組合下減小總的安裝功率也能滿(mǎn)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(xiàn)的模塊，它滿(mǎn)足例1的要求。

圖2 優(yōu)化輸出限流特性曲線(xiàn)

圖中A—傳統恒電流限流特性

B—部分恒功率限流特性

C—帶恒功率負載

圖中A和B之間的三角區域等效減小了約17％的功率。

5溫度范圍

通信設備的運行溫度范圍是非常重要的參數。一些設備要求工作在室溫下，而另一些設備要求工作在很寬的溫度范圍內（如－40℃至＋65℃）。正如第1節所說(shuō)，仔細考慮溫度和散熱對于系統的可靠和有效運行非常重要。如果實(shí)際要求電源系統工作在寬溫度范圍內，顯然保證系統中的所有元器件可靠地工作是很必要的。為達到這一目的和最大限度減少成本，應仔細估算在兩個(gè)極端溫度點(diǎn)處是否需要達到完全的性能指標，即在很低的溫度下完全達到常溫時(shí)的系統指標是否必要？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)處對模塊的要求越低，系統就可以越經(jīng)濟。

一些設備要求在很低溫度下運行時(shí)性能不能打一點(diǎn)折扣。這時(shí)系統應能滿(mǎn)足所有參數要求。如果有些特性可以降低要求，成本將顯著(zhù)降低。要求電源系統在如此低的溫度下工作往往是因為設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)對非關(guān)鍵參數的要求（如輸出噪音、輔助特性）對降低模塊成本有好處。實(shí)際應用中，如果規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到指標地工作是很有用的。

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％。

這種對輸出能力的限制可解釋為在傳統電源系統的初期設計階段，負載要求電源在電壓控制模式下運行；只有運行出現故障時(shí)才需要限流。當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行。但當電池剛開(kāi)始充電時(shí)，模塊需在恒流狀態(tài)下持續運行一定的時(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 )超出設計值。實(shí)際上要在高溫下運行，整流模塊的限流點(diǎn)比在較低溫度條件下運行時(shí)的限流點(diǎn)更低。

在實(shí)際應用中，通常的工作環(huán)境溫度會(huì )因氣候的變化和系統的運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)境溫度條件下持續運行相當長(cháng)時(shí)間。如果模塊限制的溫度控制適當，就能在大多數運行情況下，只對模塊在最高環(huán)境溫度時(shí)的容量作限制，使電源系統的功率最大化（特別是當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(mǎn)足在最高環(huán)境溫度下能在正常的功率范圍內安全運行，可在模塊內安裝適合的溫度監控系統，在較低溫的條件下可自動(dòng)提供更大的功率。

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

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

S在最高環(huán)境溫度下系統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(zhù)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。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，系統在標稱(chēng)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。