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直流電源原來如此(1)

通過高速雙極性電源PBZ系列進行蓄電池恒流,恒壓充電的方法

對于儀器廠商來說,要求“請按照使用說明書使用”是產品的使用方針,或者說是正確用法。但是,作為具有代表性的通用產品,直流電源的實際使用方法可謂五花八門,使用說明書幾乎不可能涵蓋所有的使用情形。因此,在本篇“直流電源原來如此”將為您介紹一些“使用秘籍”和“小貼士”,這些內容雖然在使用說明書上沒有提到,但是(在安全使用的范圍內)只要動動腦筋,您會發現還可以有這種使用方法。如果能夠對您有所幫助,請為我“點贊”(笑)。

雙極性電源的工作模式是二選一

這次為您介紹的是菊水的雙極性電源PBZ系列產品。所謂雙極性電源,是在輸出端無正負極極性切換,而連續通過0點,正負極雙向可變的雙極性直流穩壓電源。因此,它采用的是4象限工作支持(圖1)的方式,不僅可以提供功率(source),也可以像電子負載那樣吸收功率(sink)。
需要進行電源極性切換的具有代表性的電子零部件是電機和電磁鐵(Solenoid),也可以作為進行充電和放電的充電電池的試驗裝置使用。

圖1

在這里有一點需要注意。鎳鎘電池和鎳氫電池采用“恒流充電”,而鋰離子電池則采用“恒流,恒壓充電”的充電方式(圖2)。
菊水的直流電源幾乎全部采用恒流(CC),恒壓(CV)自動切換型控制,具體工作方式是,以恒流進行充電,在電池電壓達到標準值(直流電源的設置電壓值)后,自動切換至恒壓。
但是,在雙極性電源PBZ系列中,恒流(CC),恒壓(CV)的控制切換不是采用自動切換型,而是需要事先設置控制模式(模式二選一)。因此,不能按照通常的使用方法進行蓄電池的恒流,恒壓充電。

圖2

下面涉及一些使用秘籍,在這里為您介紹的是應用PBZ系列的保護功能“V/I-LIMIT”進行蓄電池的恒流,恒壓充電的方法。

充電方法

使用PBZ系列產品對蓄電池進行恒流,恒壓充電時,分別有使用保護功能電壓限制功能(V-LIMIT)和電流限制功能(I-LIMIT)兩種方法。

(1)設置CC模式,通過恒流控制(CC)控制充電電流,使用電壓限制功能(V-LIMIT)控制充電電壓。

(2)設置CV模式,通過電流限制功能(I-LIMIT)控制充電電流,使用恒壓控制(CV)控制充電電壓。

從理論上來講,采用哪種方式均可,但是下面通過實驗對如下兩種方法的輸出電流波形進行測量和比較。

輸出電流控制實驗

實驗設備如下所示(圖3)。通過GPIB通訊,使用時序制作,控制軟件“Wavy for PBZ”的直接控制,保護功能設置進行控制。

圖3 輸出電流控制實驗

波形測量結果

  • 充電方法(1)CC模式,V-LIMIT控制
    <測量條件>
    CC模式設置(I-LIMIT設置為出廠時的設置(22A)),V-LIMIT4.3V設置
    輸出短路狀態,響應設置CV:3.5us,CC:35us
圖4 恒流(CC)設置:OA→恒流(CC)設置:變更為10A時的輸出電流上升波形
圖5 恒流(CC)設置:OA→恒流(CC)設置:變更為0A時的輸出電流上升波形
  • 充電方法(2)CV模式,I-LIMIT控制
    <測量條件>
    CV模式設置,輸出電壓4.3V設置(V-LIMIT設置為出廠時的設置(22V))
    輸出短路狀態,響應設置CV:3.5us,CC:35us
圖6 I-LIMIT設置0.2A→變更為10A設置時的輸出電流上升波形
圖7 I-LIMIT設置10A→變更為0.2A設置時的輸出電流下降波形

推薦采用“CC模式”與“V-LIMIT”的組合

針對這兩種可能的充電方法進行了控制電流時的輸出電流波形比較。
采用CV模式設置,通過I-LIMIT進行電流控制的充電方法(2)中,電流的上升,下降相對于響應設置出現延遲,表現為階梯狀波形。這是由于I-LIMIT值發生變化而造成的現象。

I-LIMIT值的目的不是控制直接輸出電流值,而是起到保護功能,因此該設置控制延遲,按照0.74ms左右的周期進行設置控制。所以,當I-LIMIT值發生劇烈變化時,電流按照約0.74ms的階梯狀發生變化。這樣,輸出電流波形便會出現上升,下降延遲的階梯狀。

綜上所述,在用于控制充電電流的用途時,推薦使用充電方法(1)。
但是,在充電電流固定,不需要精細控制或者不要求精度時,推薦采用可對充滿電的電壓進行更高精度控制的充電方法(2)。這是因為,如記載所示,V-LIMIT發揮的是保護功能,其設置精度不涉及CV控制。

  • CV模式
    設置精確度:±(0.05%的設定值 +0.05%的額定值)
    設置分辨率:0.001V(可精確至0.0001V)
  • V-LIMIT
    設置精確度:±1%的額定值
    設置分辨率:0.1V

另外,V-LIMIT的電壓檢測是輸出端子。因此,不支持感測,這一點需要注意。

TEXT BY
伊藤 浩一
解決方案事業推進部 SE課 主任

[主要產品開發業績]
直流穩定電源 PAT-T系列

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