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直流电源原来如此(1)

通过高速双极性电源PBZ系列进行蓄电池恒流,恒压充电的方法

对于仪器厂商来说,要求“请按照使用说明书使用”是产品的使用方针,或者说是正确用法。但是,作为具有代表性的通用产品,直流电源的实际使用方法可谓五花八门,使用说明书几乎不可能涵盖所有的使用情形。因此,在本篇“直流电源原来如此”将为您介绍一些“使用秘籍”和“小贴士”,这些内容虽然在使用说明书上没有提到,但是(在安全使用的范围内)只要动动脑筋,您会发现还可以有这种使用方法。如果能够对您有所帮助,请为我“点赞”(笑)。

双极性电源的工作模式是二选一

这次为您介绍的是菊水的双极性电源PBZ系列产品。所谓双极性电源,是在输出端无正负极极性切换,而连续通过0点,正负极双向可变的双极性直流稳压电源。因此,它采用的是4象限工作支持(图1)的方式,不仅可以提供功率(source),也可以像电子负载那样吸收功率(sink)。
需要进行电源极性切换的具有代表性的电子零部件是电机和电磁铁(Solenoid),也可以作为进行充电和放电的充电电池的试验装置使用。

图1

在这里有一点需要注意。镍镉电池和镍氢电池采用“恒流充电”,而锂离子电池则采用“恒流,恒压充电”的充电方式(图2)。
菊水的直流电源几乎全部采用恒流(CC),恒压(CV)自动切换型控制,具体工作方式是,以恒流进行充电,在电池电压达到标准值(直流电源的设置电压值)后,自动切换至恒压。
但是,在双极性电源PBZ系列中,恒流(CC),恒压(CV)的控制切换不是采用自动切换型,而是需要事先设置控制模式(模式二选一)。因此,不能按照通常的使用方法进行蓄电池的恒流,恒压充电。

图2

下面涉及一些使用秘籍,在这里为您介绍的是应用PBZ系列的保护功能“V/I-LIMIT”进行蓄电池的恒流,恒压充电的方法。

充电方法

使用PBZ系列产品对蓄电池进行恒流,恒压充电时,分别有使用保护功能电压限制功能(V-LIMIT)和电流限制功能(I-LIMIT)两种方法。

(1)设置CC模式,通过恒流控制(CC)控制充电电流,使用电压限制功能(V-LIMIT)控制充电电压。

(2)设置CV模式,通过电流限制功能(I-LIMIT)控制充电电流,使用恒压控制(CV)控制充电电压。

从理论上来讲,采用哪种方式均可,但是下面通过实验对如下两种方法的输出电流波形进行测量和比较。

输出电流控制实验

实验设备如下所示(图3)。通过GPIB通讯,使用时序制作,控制软件“Wavy for PBZ”的直接控制,保护功能设置进行控制。

图3 输出电流控制实验

波形测量结果

  • 充电方法(1)CC模式,V-LIMIT控制
    <测量条件>
    CC模式设置(I-LIMIT设置为出厂时的设置(22A)),V-LIMIT4.3V设置
    输出短路状态,响应设置CV:3.5us,CC:35us
图4 恒流(CC)设置:OA→恒流(CC)设置:变更为10A时的输出电流上升波形
图5 恒流(CC)设置:OA→恒流(CC)设置:变更为0A时的输出电流上升波形
  • 充电方法(2)CV模式,I-LIMIT控制
    <测量条件>
    CV模式设置,输出电压4.3V设置(V-LIMIT设置为出厂时的设置(22V))
    输出短路状态,响应设置CV:3.5us,CC:35us
图6 I-LIMIT设置0.2A→变更为10A设置时的输出电流上升波形
图7 I-LIMIT设置10A→变更为0.2A设置时的输出电流下降波形

推荐采用“CC模式”与“V-LIMIT”的组合

针对这两种可能的充电方法进行了控制电流时的输出电流波形比较。
采用CV模式设置,通过I-LIMIT进行电流控制的充电方法(2)中,电流的上升,下降相对于响应设置出现延迟,表现为阶梯状波形。这是由于I-LIMIT值发生变化而造成的现象。

I-LIMIT值的目的不是控制直接输出电流值,而是起到保护功能,因此该设置控制延迟,按照0.74ms左右的周期进行设置控制。所以,当I-LIMIT值发生剧烈变化时,电流按照约0.74ms的阶梯状发生变化。这样,输出电流波形便会出现上升,下降延迟的阶梯状。

综上所述,在用于控制充电电流的用途时,推荐使用充电方法(1)。
但是,在充电电流固定,不需要精细控制或者不要求精度时,推荐采用可对充满电的电压进行更高精度控制的充电方法(2)。这是因为,如记载所示,V-LIMIT发挥的是保护功能,其设置精度不涉及CV控制。

  • CV模式
    设置精确度:±(0.05%的设定值 +0.05%的额定值)
    设置分辨率:0.001V(可精确至0.0001V)
  • V-LIMIT
    设置精确度:±1%的额定值
    设置分辨率:0.1V

另外,V-LIMIT的电压检测是输出端子。因此,不支持感测,这一点需要注意。

TEXT BY
伊藤 浩一
38坊如何开户?事业推进部 SE课 主任

[主要产品开发业绩]
直流稳定电源 PAT-T系列

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