第456章 三年的坚持(2 / 2)

汤渺沉默了几秒,然后笑了:“刘教授,你这话,我那三名研究员等了三年,我代他们谢谢你。”

吕辰心里涌起一股热流。

三年。

一个随口说的想法,被三个人默默坚持了三年。

二十几炉废品,被小心翼翼保存了三年。

没有经费,没有任务,没有承诺,只是因为相信。

他忽然想起一句话。

念念不忘,必有回响。

“汤教授,”他开口了,“我有个想法。”

汤渺看向他。

吕辰走到桌前,拿起一块灰白色的陶瓷碎片。

他在桌上比划着:“电池的结构,可以用金属做外壳,用陶瓷做内部的隔膜。陶瓷只负责导离子,不负责承力。这样,机械强度的问题就解决了。”

他又拿起一块碎片:“正极和负极,可以用薄膜工艺涂在陶瓷表面。这样,离子从正极到负极,穿过陶瓷,路径最短,内阻最小。”

他抬起头,看着汤渺:“这样,就是一个全固态薄膜电池。体积小,能量密度高,寿命长,没有漏液风险。”

汤渺的眼睛亮了。

“薄膜电池……”他喃喃着,突然转向刘星海,“刘教授,真空镀膜那边,能不能配合?”

刘星海点点头:“宝鸡那边,西工大联合实验室,有真空镀膜设备。让他们派人来,或者送样品过去。”

汤渺又看向吕辰:“正极材料呢?负极材料呢?”

吕辰想了想:“正极可以用钴酸锂,或者锰酸锂。负极用石墨,或者锂金属。这些,半导体所那边应该有研究。”

汤渺点点头:“好!就这么干!”

他拿起那本实验记录本,翻到空白页,开始飞快地写着什么。

一边写一边念叨:“锂β-氧化铝烧结,温度曲线再优化……薄膜镀膜工艺,先送宝鸡试……正极材料,联系半导体所……封装工艺,找精密机床实验室……”

吕辰心里想着,那三名研究员的三年,是该还给他们了。

从陶瓷实验室回来,吕辰来到诸葛彪的办公室。

钱兰和诸葛彪都在,两人正在讨论着高频脉冲电机的验证办法,正说到尖峰电压的克服问题。

诸葛彪在纸上画着:“这个尖峰电压,本质是电感储能释放。电机绕组是电感,电流关断的时候,磁场能量要释放,所以产生尖峰。换个角度想,这个能量不能浪费。”

钱兰道:“什么意思?”

诸葛彪画了一个简单的电路图,左边是电源,右边是电机绕组,中间是一个开关管。

开关管旁边,画了一个二极管,指向一个电容。

“你看,传统的做法,是用续流二极管把能量泄放掉,或者用吸收电路把能量消耗掉。能量都浪费了,变成热量。”

他在电容旁边画了一个箭头,指向电源:“但如果把这个电容接回电源,那能量是不是就能回收?”

钱兰眼睛亮了:“你说的是……能量回馈?”

诸葛彪点点头:“对。开关管关断的时候,电感的能量通过二极管给电容充电。如果这个电容是电源的输入电容,那能量就回到电源里了,这就是能量回馈。”

钱兰皱着眉头想了想:“理论上可行。但问题是,电感能量回馈的时候,电压会升高。如果不加控制,这个电压还是会超过电源电压,照样击穿管子。”

诸葛彪说:“所以需要控制。不是简单的二极管加电容,而是用一个DC-DC变换器,把电感能量转换成稳定的电压,再送回电源。”

他继续画了一个开关管,一个电感,一个二极管,一个电容,标准的Boost电路拓扑。

“这是升压电路。电感储能的时候,开关管导通,电流流过电感。开关管关断的时候,电感两端电压反向,和电源电压叠加,通过二极管给电容充电,电容电压比电源电压高。”

他指着那个电容:“如果把这个电容换成电源母线,那能量就回馈到电源里了。同时,这个电路本身也可以用来做电源变换。”

他看着钱兰:“你们知道这意味着什么吗?意味着,咱们可以把电机驱动和电源管理结合起来?”

吕辰听得脑袋里一亮,夜视仪现在最大的问题是电池。

铅酸电池太重,低温性能差。

银锌电池太贵,寿命短。

那如果咱们换一种思路,不是换电池,而是把电池的每一分电都用到极致呢……

他立即将这个想法说了出来,诸葛彪立即就给出了解答。

他拿出一张白纸画了起来:“夜视仪里,增强管需要高压,几百伏甚至上千伏。但电池只有十几伏或者二十几伏。所以需要DC-DC变换,把低压变成高压。”

“这个DC-DC变换,本质上就是一个开关电源。开关管、变压器、整流二极管、滤波电容。”

他画了一个简单的反激变换器拓扑:“这个电路里,变压器就是个电感。开关管导通的时候,变压器储能。开关管关断的时候,储能释放,给负载供电。和电机驱动电路,本质是一样的。”

他抬起头,看着吕辰和钱兰:“咱们的高频脉冲电机驱动,就是要精确控制开关管的导通和关断,产生需要的脉冲序列。那这套技术,能不能用在DC-DC变换上?”

诸葛彪说到这里,突然反应过来:“你是要把电机驱动的脉冲控制技术,用到电源管理上?”

“对。”吕辰说,“不仅仅是脉冲控制。还有反馈,还有闭环。电机驱动需要精确控制步进,电源管理需要精确控制输出电压。这两者,在控制逻辑上是相通的。”

他指着诸葛彪画的那个Boost电路。

“你看这个电路,输出电压和输入电压的关系,取决于开关管的占空比。D = 1 - V/Vout。如果能精确控制占空比,就能精确控制输出电压。”

“而占空比的精确控制,不就是咱们现在在做的事吗?”

钱兰的眼睛亮了:“咱们这个控制芯片,能做电源管理的控制器?”

吕辰点点头:“我是有这个想法,这个芯片的功能是接收晶振的精确时钟,分频倍频,产生精确的脉冲序列,接收反馈信号,实现闭环控制。这不就是电源管理需要的吗?”

诸葛彪,盯着那个电路图看了很久:“吕辰,你这个想法,有点意思。”

“电机驱动的负载是电机绕组,是感性负载。电源管理的负载是纯电阻,或者恒功率负载。特性不一样,但控制逻辑确实可以复用。”他拿起笔继续画,“特别是反馈这一块。电机驱动需要光栅尺反馈实际位置,电源管理需要分压电阻反馈实际电压。都是反馈,都是闭环控制。”

他琢磨道:“夜视仪的增强管,需要几百伏高压。电池只有24伏,那就需要升压,但驱动电路本身,就可以做成升压的。”

钱兰补充道:“夜视仪要背在身上,电池就那么点,效率低一点,续航就少一大截。咱们这个控制芯片,如果用查表式PID,功耗可以做得非常低。”

吕辰点点头:“对。而且咱们可以用脉冲频率调制,轻载的时候降低开关频率,减少开关损耗。”

三个人越说越热闹,完全忘了时间。

阳光从东边照到头顶,又从头顶偏到西边。

但那张纸上,电路图越来越多,公式越写越密。

从电机驱动,到DC-DC变换,到能量回馈,到电源管理。

从夜视仪,到炮兵计算器,到电子引信,到所有需要电池的设备。

最后,诸葛彪画了一个大大的圆,把所有东西圈在一起。

他用粉笔点着那个圆:“电源管理,本质上是精确控制开关管的导通和关断,是闭环控制,也是反馈调节。这就是咱们的第一款‘通用开关控制芯片’。”

“最高效的DC-DC变换,加上最低功耗的控制电路。夜视仪有了这个,就能把现有电池的每一分电都用到极致,让半小时变成一小时,一小时变成两小时。”

诸葛彪顿了顿:“这个想法不错,目前看来理论上可行。但有一个问题,夜视仪那个增强管,需要的是稳定电压,不能有纹波。所以要多级滤波,或者用线性稳压后级。效率会降一点,但电压更稳。”

他又琢磨道:“或许可以用多个相位错开,嗯,四相交错并联,纹波能抵消掉大部分。”

他拿起铅笔,在图纸上开始画。

“咱们现在这个芯片,本来就有六个PWM输出通道。拿四个来做交错并联,剩下两个做保护和控制。”

“外围电路,需要四个电感,四个开关管,四个二极管。体积会大一点,但夜视仪那个箱子,装得下。”

钱兰在旁边补充:“效率的话,如果开关频率选得合适,用低导通电阻的管子,做到90%以上应该没问题。”

三个人越说越细,从拓扑结构到元器件选型,从控制逻辑到保护电路,一条一条过。

等到全部过完,天已经黑了。