随着工业和科学技术的快速发展,社会生活越来越现代化、信息化,对电的依赖以及对供电质量的要求越来越高。突然的断电必然会给人们的正常生活秩序和社会正常运转造成破坏,特别是对于一级负荷中重要的负荷,一旦事故发生中断供电,必将造成重大的事故和经济损失。然而,电力故障突发性强,断电在所难免,这就需要在市电供应中断时,提供高性能应急电源为设备提供电能。EPS应急电源是以CPU为核心,加上整流充电模块、逆变放电模块、旁路切换模块和蓄电池组成的智能供电模块,采用电子集成模块化结构的强弱电一体化系统,是一种高科技环保产品。它在紧急的情况下作为重要负荷的第二或第三电源供给,替代了不少场合的柴油发电机组和UPS[1]。采用智能芯片控制,维护简单,自动操作,市电异常时,一般指市电小于187V或高于242V,自动切换,切换时间小于0.5s,可无人值守[2];采用IGBT逆变桥PWM控制,供电电压稳定,逆变频率稳定,波形好;平时处于睡眠状态(浮充),逆变桥不工作,电能损耗小,放电效率高。主要适用于电梯、消防、安防、应急照明、医院手术室和实验室等重要场合。2应急电源的工作原理图1给出了EPS的系统结构图,其主要包括输入整流充电电路、蓄电池组、逆变器、转换开关和控制电路组成。工作原理是[3]:(1)当市电正常时,EPS工作在旁路工作状态,市电向负载供电,同时市电通过整流电路向蓄电池充电;(2)当市电出现故障(无市电,市电电压过高或过低)时,转换开关切换到逆变器输出图1应急电源系统结构端,EPS工作在逆变状态,由蓄电池经逆变器转换成交流电给负载供电。整流充电是把经二极管不控整流得到的直流电供给蓄电池组,补充蓄电池放电后损失的电能。常采用的充电方法有恒压充电、恒流充电、分阶段充电。恒压充电充电时间短,能耗低,但不适用蓄电池的初充电和去硫充电;恒流充电可任意选择和调整充电电流,但充电时间长,能耗高;分阶段充电法的时间控制比较简单,因为没有监控蓄电池的实时信息,控制比较粗糙[4]。本设计中提出了一种快速充电控制策略,在充电初期采用多级恒流充电,且在充电过程中引入窄脉冲放电以消除蓄电池的浓度极化问题,在充电末期采用恒压涓流充电。3充电电路的软开关控制充电电路主电路如图2所示,系统主要由输入整流滤波电流、DC/DC全桥变换电路、输出整流滤波电路、放电能量回馈电路组成。图2充电电路主电路本系统采用的是移相控制零电压开关全桥变换电路[5,6]。这种电路的特点是结构简单,和硬开关相比,并没有增加辅助开关元件,仅增加了一个谐振电感,使电路中四个开关器件在零电压的条件下开通。其中D1D4分别是Q1Q4的内部寄生二极管,C1C4分别是Q1Q4的寄生电容或外接电容。Lr是谐振电感,它包括了变压器的漏感。每个桥臂的两个功率管成1800互补导通,两个桥臂的导通相差一个相位,即移相角,通过调节移相角的大小来调节输出电压,Q1和Q3分别超前于Q2和Q4一个相位,因此称Q1和Q3组成的桥臂为超前桥臂,Q2和Q4组成的桥臂为滞后桥臂。从移相控制零电压全桥变换器的工作原理可以知道,要实现开关管的零电压开通,必须有足够的能量用来抽走将要开通的开关管寄生电容(外接电容)上的电荷,同时给同一个桥臂关断的开关管的寄生电容(或外接电容)充电,考虑到变压器的原边绕组电容,还要有一部分能量用来抽走变压器原边绕组寄生电容CTR上的电荷,因此必须满足下式:E.>CinV2in+12CTRVin(i=1,2,3,4)(1)对超前桥臂,在开关过程中,输出滤波电感Lf是与谐振电感Lr串联的,此时用来实现ZVS的能量是Lf和Lr的能量。