摘要：介紹了一種新穎的密封鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計(jì)原理，并給出了確定充電參數(shù)的方法和基本公式。在環(huán)境參數(shù)測(cè)試儀中的應(yīng)用表明：該充電器簡(jiǎn)單實(shí)用，工作穩(wěn)定，性能可靠。

關(guān)鍵詞：密封鉛酸蓄電池；充電器；過(guò)充電；浮充電

Design of a New Sealed Lead-acid Battery Charger

XU Bin, WU Yong-jun 

Abstract:The design principle of a new sealed lead-acid battery charger is introduced.The method to determine the electric parameters for the charger and their design equations are provided. The charger is used in the test instrument of environmental parameters. It is proved that charger is simple, feasible and stable. 

Keywords:Sealed lead-acid battery; Charger; Over charge; Float Charge 

1  引言

    密封免維護(hù)鉛酸蓄電池由于具有密封好、無(wú)泄漏、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于充電技術(shù)不能適應(yīng)免維護(hù)蓄電池的特殊要求以及充電方法的不正確，使其很難達(dá)到規(guī)定的循環(huán)壽命。

    UC3906作為密封鉛酸蓄電池充電專用芯片，它具有實(shí)現(xiàn)密封鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測(cè)功能。更重要的是它能使充電器各種轉(zhuǎn)換電壓隨電池電壓溫度系數(shù)的變化而變化，從而使密封鉛酸蓄電池在很寬的溫度范圍內(nèi)都能達(dá)到最佳充電狀態(tài)。

2  UC3906的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1  UC39006的結(jié)構(gòu)和特性

    UC3906內(nèi)部框圖如圖1所示。該芯片內(nèi)含有獨(dú)立的電壓控制電路和限流放大器，它可以控制芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器提供的輸出電流達(dá)25mA，可直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流。電壓和電流檢測(cè)比較器檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài)，并控制充電狀態(tài)邏輯電路的輸入信號(hào)。

圖1  UC3906內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

    當(dāng)電池電壓或溫度過(guò)低時(shí)，充電使能比較器控制充電器進(jìn)入涓流充電狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器截止時(shí)，該比較器還能輸出25mA涓流充電電流。這樣，當(dāng)電池短路或反接時(shí)，充電器只能小電流充電，避免了因充電電流過(guò)大而損壞電池。

    UC3906的一個(gè)非常重要特性就是具有精確的基準(zhǔn)電壓，其基準(zhǔn)電壓隨環(huán)境溫度而變，且變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時(shí)，芯片只需1.7mA的輸入電流就可工作，這樣可以盡量減小芯片的功耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作環(huán)境溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)，保證電池既充足電又不會(huì)嚴(yán)重過(guò)充電。除此之外，芯片內(nèi)部還包括一個(gè)輸入欠壓檢測(cè)電路以對(duì)充電周期進(jìn)行初始化。這個(gè)電路還驅(qū)動(dòng)一個(gè)邏輯輸出，當(dāng)加上輸入電源后，腳7可以指示電源狀態(tài)。

2.2  充電參數(shù)的確定

    使用UC3906只需很少的外部元器件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)密封鉛酸蓄電池的快速精確充電。圖2所示的是一個(gè)完整的充電器電路。由RA、RB和RC組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)用來(lái)檢測(cè)充電電池的電壓，通過(guò)與精確的參考電壓（VREF）相比較來(lái)確定浮充電壓、過(guò)充電壓和涓流充電的閾值電壓。

圖2  雙電平浮充充電器基本電路  [!--empirenews.page--]

    蓄電池的一個(gè)充電周期按時(shí)間可分為三種狀態(tài)：大電流快速充電狀態(tài)，過(guò)充電狀態(tài)和浮充電狀態(tài)。其充電參數(shù)主要有浮充電電壓VF、過(guò)充電電壓VOC、最大充電電流Imax、過(guò)充電終止電流IOCT等。它們與RA、RB、RC、RS之間的關(guān)系可以從下面的公式反映出來(lái)：

     VOC=VREF(1＋RA/RB＋RA/RC)   （1）

     VF=VREF(1＋RA/RB)           （2）

     Imax=0.25V/RS                 （3）

     IOCT=0.025V/RS                （4）

    VF，VOC和VREF成正比。VREF的溫度系數(shù)是－3.9mV/℃。Imax，IOCT，VOC，VF可以獨(dú)立地設(shè)置。只要所提供的輸入電源允許或功率管可以承受，Imax的值可以盡可能地大。雖然某些廠家宣稱如果有過(guò)充保護(hù)電路，充電率可以達(dá)到甚至超過(guò)2C，但是電池廠商推薦的充電率范圍是C/20～C/3。IOCT的選擇應(yīng)盡可能地使電池接近100％充電。合適值取決于VOC和在VOC時(shí)電池充電電流的衰減特性。Imax和IOCT分別由電流限制放大器和電流檢測(cè)放大器的偏置電壓和檢測(cè)電流的電阻RS決定。VF、VOC的值由內(nèi)部參考電壓VREF和外部電阻RA、RB、RC組成的網(wǎng)絡(luò)決定。

3  實(shí)際應(yīng)用電路

    圖3為環(huán)境參數(shù)測(cè)試儀蓄電池充電器的實(shí)際應(yīng)用電路。其中，電池額定電壓為12V，容量為7Ah，VIN=18V，VF=13.8V，VOC=15V，Imax=500mA，IOCT=50mA。由于充電器始終接在蓄電池上，為防止蓄電池電流倒流入充電器，在串聯(lián)調(diào)整管與輸出端之間串入一只二極管。同時(shí)，為了避免輸入電源中斷后，蓄電池通過(guò)分壓電阻R1、R2、R3放電，使R3通過(guò)電源指示晶體管（腳7）接地。

圖3  12V密封鉛酸電池雙電平浮充充電器電路圖

    18V輸入電壓加入后，Q1導(dǎo)通，開始恒流充電，充電電流為500mA，電池電壓逐漸升高。當(dāng)電池電壓達(dá)到過(guò)充電壓VOC的95％（即14.25V）時(shí)，電池轉(zhuǎn)入過(guò)充電狀態(tài)，充電電壓維持在過(guò)充電電壓，充電電流開始下降。當(dāng)充電電流降到過(guò)充電終止電流（IOCT）時(shí)，UC3906的腳10輸出高電平，比較器LM339輸出低電平，蓄電池自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時(shí)充足電指示發(fā)光管發(fā)光，指示蓄電池已充足電。

4  結(jié)語(yǔ)

    由于只需很少的外部元器件就可以在很寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電池的精確快速充電，所以采用UC3906簡(jiǎn)化了蓄電池充電器的設(shè)計(jì)過(guò)程。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中表明，該充電器簡(jiǎn)單實(shí)用，工作穩(wěn)定，性能可靠。