6.6. Заряд расщепленных емкостных накопителей с помощью коммутатора зарядного тока

Задача генерирования импульсов тока произвольной регулируемой фор­мы с помощью ОИЛК или РЕН решается созданием систем заряда, обеспечивающих раздельный и регулируемый заряд n емкостей ячеек. Достаточно тривиально эта задача решается при использовании n отдельных и независимых друг от друга регулируемых источников питания. Но недостатки такого прямолинейного решения очевидны, поскольку сложность данного устройства и затраты на реализацию регулируемого и стабилизированного зарядного устройства возрастают практически пропорционально числу каналов заряда.

На рис. 6.19 приведена схема зарядного устройства, лишенного указанных недостатков. В его основе лежит коммутатор зарядного тока (КЗТ), выполненный на полууправляемых вентилях [21].

Рис. 6. 19

Рис. 6.20 поясняется работа КЗТ для случая заряда двух ячеек.

При достижении напряжением заряда емкости С₁ заданной величины U_c1, которая определяется системой управления сравнением напряжения, снимаемого с делителя (R₁ – R₂, см. рис. 6.19), с уставкой, введенной в систему управления оператором, включается полууправляемый вентиль VS₂. Поскольку напряжение на емкости U_c2 = 0, образуется контур гашения вен­тиля VS₁, а именно, С₁ – VS₁ – VS₂ – С₂. Вентиль VS₁ закрывается прак­тически мгновенно, так как ток контура гашения ничем не ограничен, и начинается процесс заряда емкости С₂. Время восстановления запирающих свойств вентиля VS₁ определяется временем заряда емкости С₂ до напряжения, равного U_c1, поскольку на этом отрезке времени к вентилю VS₁ приложено обратное напряжение U_обр = U_c1 – U_c2. Схемное время восстановления (т. е. время, определяемое параметрами элементов схемы) должно

Рис. 6.20

быть больше, чем паспортное время восстановления вентлей. Схемное вре­мя восстановления определяется значением тока заряда, номиналом емкостей и минимальным уровнем напряжения заряда ячеек. Поскольку I_ср t = CU, где I_ср – среднее значение тока заряда, схемное время восстановления прямо про­порционально значению емкости ячейки, уровню напряжения заряда ячейки и обратно пропорционально среднему значению тока заряда. Последняя емкость РЕН заряжается до напряжения холостого хода ЗУ.

6.7. Энергетика процессов резистивного заряда расщепленных емкостных накопителей

Более сложной по сравнению с резистивным зарядом одиночного емкостного накопителя является задача определения КПД процесса резистив­ного заряда расщепленного емкостного накопителя для случая произволь­но заданного эпюра зарядных напря­жений U_Сk и при различных значениях остаточных напряжений U_ост k. Схе­ма зарядного устройства РЕН приведе­на на рис. 6.21, где вентили VS₁ – VS_n представляют собой коммутатор заряд­ного тока (КЗТ).

Э

Рис. 6.21

нергия, запасенная в РЕН, у которого все емкости ячеек равны друг другу:

а энергия, потребленная от источника ЭДС,

.

Отсюда КПД резистивного заряда РЕН

Для случая, часто встречающегося на практике (U_ост k = 0):

В частности, для случая n = 5 и линейно нарастающего эпюра зарядных напряжений (U_С1 = 0,2; U_С2 = 0,4; ...; U_С5 = 1,0) значение КПД  = 0,37.

Резистивный заряд РЕН, работающего в режиме полного разряда, энер­гетически невыгоден (поскольку предельное значение КПД  = 0,5 достигается в случае полного разряда только при предельном эпюре зарядных напряжений U_Ck = Е) и может быть использован в относительно маломощных установках. В этой связи проблема заряда РЕН аналогична проблеме заряда одиночного емкостного накопителя, но осложняется еще и тем, что эквивалентная частота зарядных процессов при работе от общего зарядного устройства в n раз выше частоты разряда при поочередном заряде каждой ячейки РЕН от общего зарядного устройства. При одновременном (параллельном) заряде ячеек РЕН требуется n-канальное регулируемое зарядное устройство, что позволяет получить значения КПД, близкие к  = 0,5 при полном разряде РЕН, но усложняет зарядное устройство в целом.