双电源联合供电技术研究

杜光远

（北京机电工程研究所，北京100074）

在飞行器研制过程中，越来越多的场合需要两种电源甚至两种以上电源同时为一个负载供电，以提高电源系统可靠性和供电效率。双电源供电的方式一般有两种：一种是冷备份，就是在一套电源欠压、过压及失电时，将其所带负载无缝切换到另一套电源装置，以保证直流电源安全可靠地不间断运行[1]；另一种为热备份，即两个电源一开始就同时与负载直接连接，负载接通后没有中间的切换过程。在以飞机为载体的飞行器上，应采取措施，使供电系统的电源品质优于GJB181A《飞机供电特性》要求。用飞行器上的发电机系统电源与锌银电池并联组成飞行器电源母线[2]为负载供电，不但可以提高供电的可靠性，还可以利用不同电源的特性应对负载变化情况，提高电源供电品质。

1 双电源联合供电原理

双电源供电原理如图1所示。图中E1为直流稳压电源，E2为直流稳压电源或电池，R为负载电阻，A1、A2为电流表，V1、V2为电压表。

图1为两个电源同时为一个负载供电的电路原理图。根据克希荷夫定律，流过负载的电流为两个电源输出电流之和，即I3=I1+I2。至于哪个电源输出的电流多，哪个电源输出的电流少，与电源的电压高低和等效内阻有关。

图1 双电源联合供电原理图

2 两个直流电源同时为一个负载供电

选用一个开关直流电源和一个线性电源进行实验，其中直流电源额定负载电流5 A，线性电源额定负载电流20 A。

实验大致过程如下：将两个稳压电源输出端并联在一起，分别通过限流电阻对一个模拟负载同时供电。分别调整两个电源的输出电压和限流电阻（相当于电源内阻），监测两个电源的电流输出，确定哪个电源工作、哪个不工作以及互相之间有什么影响。

通过分析实验数据可得出如下结论：

（1）电源电流输出能力调到最大（内阻最小）时，空载输出电压和带载输出电压差别最小；

（2）电源限流输出时（内阻加大），空载输出电压和带载输出电压相差较大；

（3）当一个电源的空载输出电压比另一个电源的带载电压大，比空载电压小时，两电源同时供电；哪个电源电压高、内阻小，其供电电流就大，反之就小；

（4）当一个电源的空载输出电压比另一个电源带载电压小，则该电源电流输出为零，电流全部由另一路电源提供。

3 锌银电池与发电机直流电源联合供电

选用电池（化学能）与发电机直流电源（机械能）进行联合供电实验。其中电池为化学加热锌银储备电池；直流电源为飞行器发电机电源，主要由交流25 V发电机组、电源变换器和电压调控装置组成；负载为纯阻性负载。实验时把发电机电源电压设置为比电池电压略高。先激活锌银电池，由电池单独为负载供电，52 s后启动发电机，这时电池与发电机同时为负载供电，以后每隔30 s变换一次负载大小，考核负载变化过程中供电电压和电流的变化特性。

实验数据表明，当发电机电压为29.5 V，总电流30 A时，电池输出电流约3 A；总电流90 A时，电池输出电流约7 A；总电流从30A突变到90A时，电池电流最大值约40 A。

若发电机电压为29.3 V，总电流30 A时，电池输出电流约7 A；总电流90 A时，电池输出电流约12 A；总电流从30 A突变到90 A时，电池电流最大值约35A。

电池输出电流在实验后期减少1～2 A，但与前期相比变化不大。电池在整个有效工作过程中供电特性变化不大。

在电流从90 A突然减少到30 A时，电池输出电流约为－30 A，说明电池在此过程中有明显的电容特性。这一特性是抑制电压高脉冲的决定性因素。

实验过程中，电源变换器输出最大电流为92.33 A；电池输出电压最大为68 A（发动机启动前，电池单独供电时），负载端电压最大值31.336 V，电压最小值24.806 V，电压变化范围较小，说明电池在突加负载时由于电池内阻小，具有大电流放电能力[3]，能快速提供大电流，在突减负载时电池的电容器滤波特性能有效抑制因电调迟滞和超调对电压的影响，联合供电系统的电源品质明显高于单独供电。

4 结论

相同工作原理的电源和不同工作原理的电源可以同时为一个负载供电。

两个以上电源同时为一个负载供电时，每个电源必须具备单独为该负载供电的能力，否则，必须先由具有单独供电能力的负载供电然后再将供电能力差的负载接入，断电时则相反。

两个直流电源同时为一个负载供电时，在两个电源输出电压相同或差别不大的情况下，不会因互相反供电损坏电源。因为直流电源必然有整流电路，从输出端向电源供电，相当于给整流二极管反向加电，只要所加电压不大于二极管的反向击穿电压和滤波电容器的工作电压，就不会对电源造成损伤。

锌银电池在激活前和激活后在电池输出端施加与电池工作电压相近的电压，不会对电池造成破坏。电池在激活前电源输出端连接在电池极板上，而此时电解液还没有注入两极板之间，极板间没有导电物质，处于绝缘状态，这时外加电压对电池没有影响；当电池激活后，由于电池极板间隔膜具有单向导电性，只要外加电压不击穿隔膜，就不会对电池造成危害。但是由于电解液注入，电池具有电容特性，在瞬间可以吸收一定的电流，但不能通过反向供电使电池容量增加，不具有充电电池特性。

可以根据使用需要，适当调整电源输出电压的高低来控制哪个电源输出的电流多一些或少一些。

双电源供电技术可以适用于两个以上电源同时为一个负载的供电情况，但所用电源是否适合与其它电源一起为同一个负载供电需具体情况具体分析，不能盲目使用。

[1] 赵应春，廖立平，蒋小红.直流双电源无缝切换装置[J].电工技术，2012(2)：64.

[2] 李国欣.20世纪上海航天电气电源技术的进展[J].上海航天，2002(3)：45-46.

[3] 蔡绍伟.防空导弹弹上电池技术的发展及应用[J].电源技术，2012(6)：909.