图3 有反馈模式的能量转换图
假设电源转换器1和转换器2的转换效率都为80%,则转换器1转换过程消耗能量同模式1为:Pw=25%Po,由转换器的转换效率得转换器2转换过程的消耗能量:Pwf=20%Po,根据能量守衡定律,则整体总消耗能量:Pi=Pw+Pwf=25%Po+20%Po=45%Po。
从以上两种模式情况下,能量消耗分析可以得出结论,采用具有能量反馈的工作模式进行例行老化使用时,所消耗的能量只要工作能量的0.45,相比较没有能量反馈的例行老化使用,总消耗能量为工作能量的1.25倍.因此具有能量反馈的例行老化使用模式节约能源。
3系统实现
从以上两种工作模式分析所得,可以利用能量反馈形成能量循环系统,减少能量消耗,系统工作可由图4示意,包括三个部分:
图4 能量反馈系统实现示意图
a) 电源部分,为系统提供外在激励源;
b) 转换器部分为需要例行老化的电源设备,将输入电源电压转换为需要输出电压;
c) 能量反馈部分可将转换器的输出电压转换为转换器的输入电压。
能量反馈部分和需要例行试用的转换器组成一个能量循环系统,在外电源的激励下,系统保持额定功率运转。由功率公式P=U*I,U由例行老化的电源转换器稳定,要保证该额定功率,就是保证输出电流I,即能量反馈部分设计成恒流电路,所以系统在额定功率下,保证能量循环稳定工作的等效控制量为需要例行使用的电能转换器的输出电流。
在能量反馈部分就要能实现上述要求,保证稳定的电能转换器的输出电流,采用电流传感器检测电能转换器的输出电流,同时反馈部分采用反馈电压与输出控制电流之间成反比系数关系即Uf∝K/Io,为便于分析,设电源电压Ui为稳定值。当输出电流较小时,通过调节反馈电压,使其变大,则反馈电压与输入的电压差△U=Uf-Ui变大, 相应的由反馈电压流向输入电压的电流加大,造成相应的反馈功率加大;当输出电流较大时,通过调节反馈电压,使Uf变小,则反馈电压与输入的电压差△U变小,相应的由反馈电压流向输入电压的电流减小,造成循环的功率减小;整个过程维持负反馈控制,最终达到动态平衡,维持设定的额定功率。
4反馈设计
从以上能量反馈系统工作分析可知,能量反馈部分为系统稳定工作提供必要的保证, 能量反馈部分组成可由图5所示,主要包括:输入部分、功率转换部分、输出部分、采样、基准、比较器和控制器七个组成部分。
图5能量反馈组成框图
a) 输入部分是对输入电能必要的滤波处理同时为控制器部分电路提供辅助工作电源;
b) 功率转换部分作用主要是在控制器的控制下,将输入电能转换为需要的电能;
c) 输出滤波部分主要作用是对功率转换部分输出电能进行必要的滤波;
d) 采样部分主要是对输出电能采样提供与输出呈线性关系的采样信号;
e) 基准部分提供与采用比较的稳定参考值;
f) 比较器将采样信号与基准信号比较,产生两者的误差信号;