雙電源聯合供電技術研究

杜光遠

（北京機電工程研究所，北京100074）

在飛行器研制過程中，越來越多的場合需要兩種電源甚至兩種以上電源同時為一個負載供電，以提高電源系統可靠性和供電效率。雙電源供電的方式一般有兩種：一種是冷備份，就是在一套電源欠壓、過壓及失電時，將其所帶負載無縫切換到另一套電源裝置，以保證直流電源安全可靠地不間斷運行[1]；另一種為熱備份，即兩個電源一開始就同時與負載直接連接，負載接通后沒有中間的切換過程。在以飛機為載體的飛行器上，應采取措施，使供電系統的電源品質優于GJB181A《飛機供電特性》要求。用飛行器上的發電機系統電源與鋅銀電池并聯組成飛行器電源母線[2]為負載供電，不但可以提高供電的可靠性，還可以利用不同電源的特性應對負載變化情況，提高電源供電品質。

1 雙電源聯合供電原理

雙電源供電原理如圖1所示。圖中E1為直流穩壓電源，E2為直流穩壓電源或電池，R為負載電阻，A1、A2為電流表，V1、V2為電壓表。

圖1為兩個電源同時為一個負載供電的電路原理圖。根據克希荷夫定律，流過負載的電流為兩個電源輸出電流之和，即I3=I1+I2。至于哪個電源輸出的電流多，哪個電源輸出的電流少，與電源的電壓高低和等效內阻有關。

圖1 雙電源聯合供電原理圖

2 兩個直流電源同時為一個負載供電

選用一個開關直流電源和一個線性電源進行實驗，其中直流電源額定負載電流5 A，線性電源額定負載電流20 A。

實驗大致過程如下：將兩個穩壓電源輸出端并聯在一起，分別通過限流電阻對一個模擬負載同時供電。分別調整兩個電源的輸出電壓和限流電阻（相當于電源內阻），監測兩個電源的電流輸出，確定哪個電源工作、哪個不工作以及互相之間有什么影響。

通過分析實驗數據可得出如下結論：

（1）電源電流輸出能力調到最大（內阻最小）時，空載輸出電壓和帶載輸出電壓差別最小；

（2）電源限流輸出時（內阻加大），空載輸出電壓和帶載輸出電壓相差較大；

（3）當一個電源的空載輸出電壓比另一個電源的帶載電壓大，比空載電壓小時，兩電源同時供電；哪個電源電壓高、內阻小，其供電電流就大，反之就小；

（4）當一個電源的空載輸出電壓比另一個電源帶載電壓小，則該電源電流輸出為零，電流全部由另一路電源提供。

3 鋅銀電池與發電機直流電源聯合供電

選用電池（化學能）與發電機直流電源（機械能）進行聯合供電實驗。其中電池為化學加熱鋅銀儲備電池；直流電源為飛行器發電機電源，主要由交流25 V發電機組、電源變換器和電壓調控裝置組成；負載為純阻性負載。實驗時把發電機電源電壓設置為比電池電壓略高。先激活鋅銀電池，由電池單獨為負載供電，52 s后啟動發電機，這時電池與發電機同時為負載供電，以后每隔30 s變換一次負載大小，考核負載變化過程中供電電壓和電流的變化特性。

實驗數據表明，當發電機電壓為29.5 V，總電流30 A時，電池輸出電流約3 A；總電流90 A時，電池輸出電流約7 A；總電流從30A突變到90A時，電池電流最大值約40 A。

若發電機電壓為29.3 V，總電流30 A時，電池輸出電流約7 A；總電流90 A時，電池輸出電流約12 A；總電流從30 A突變到90 A時，電池電流最大值約35A。

電池輸出電流在實驗后期減少1～2 A，但與前期相比變化不大。電池在整個有效工作過程中供電特性變化不大。

在電流從90 A突然減少到30 A時，電池輸出電流約為－30 A，說明電池在此過程中有明顯的電容特性。這一特性是抑制電壓高脈沖的決定性因素。

實驗過程中，電源變換器輸出最大電流為92.33 A；電池輸出電壓最大為68 A（發動機啟動前，電池單獨供電時），負載端電壓最大值31.336 V，電壓最小值24.806 V，電壓變化范圍較小，說明電池在突加負載時由于電池內阻小，具有大電流放電能力[3]，能快速提供大電流，在突減負載時電池的電容器濾波特性能有效抑制因電調遲滯和超調對電壓的影響，聯合供電系統的電源品質明顯高于單獨供電。

4 結論

相同工作原理的電源和不同工作原理的電源可以同時為一個負載供電。

兩個以上電源同時為一個負載供電時，每個電源必須具備單獨為該負載供電的能力，否則，必須先由具有單獨供電能力的負載供電然后再將供電能力差的負載接入，斷電時則相反。

兩個直流電源同時為一個負載供電時，在兩個電源輸出電壓相同或差別不大的情況下，不會因互相反供電損壞電源。因為直流電源必然有整流電路，從輸出端向電源供電，相當于給整流二極管反向加電，只要所加電壓不大于二極管的反向擊穿電壓和濾波電容器的工作電壓，就不會對電源造成損傷。

鋅銀電池在激活前和激活后在電池輸出端施加與電池工作電壓相近的電壓，不會對電池造成破壞。電池在激活前電源輸出端連接在電池極板上，而此時電解液還沒有注入兩極板之間，極板間沒有導電物質，處于絕緣狀態，這時外加電壓對電池沒有影響；當電池激活后，由于電池極板間隔膜具有單向導電性，只要外加電壓不擊穿隔膜，就不會對電池造成危害。但是由于電解液注入，電池具有電容特性，在瞬間可以吸收一定的電流，但不能通過反向供電使電池容量增加，不具有充電電池特性。

可以根據使用需要，適當調整電源輸出電壓的高低來控制哪個電源輸出的電流多一些或少一些。

雙電源供電技術可以適用于兩個以上電源同時為一個負載的供電情況，但所用電源是否適合與其它電源一起為同一個負載供電需具體情況具體分析，不能盲目使用。

[1] 趙應春，廖立平，蔣小紅.直流雙電源無縫切換裝置[J].電工技術，2012(2)：64.

[2] 李國欣.20世紀上海航天電氣電源技術的進展[J].上海航天，2002(3)：45-46.

[3] 蔡紹偉.防空導彈彈上電池技術的發展及應用[J].電源技術，2012(6)：909.