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智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现

嵌入式公社?? 2010年07月20日 ?? 收藏0

  铅酸蓄电池的制造成本低、容量大、价格低廉,使用十分广泛。由于其固有的特性,若使用不当,寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多,采用正确的充电方式,能有效延长蓄电池的使用寿命。因此,设计一种全新的智能型铅酸蓄电池充电器是十分必要的。

  1 常规充电方式

  铅酸蓄电池的常规充电方式有两种:浮充(又称恒压充电)和循环充电。

  浮充时要严格掌握充电电压,如额定电压为12V的蓄电池,其充电电压应在13.5~13.8V之间。浮充电压过低,蓄电池会充不满,过高则会造成过量充电。电压的调定,应以初期充电电流不超过0.3C(C为蓄电池的额定容量)为原则。

  循环充电,其初期充电电流也不宜超过0.3C,充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时,当充电安培小时数达到放电安培小时数的90%时,再改用浮充电压充电,直至充满。

  以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式,但这两种方式存在着一些不足之处。在充电过程中,电池电压逐渐增高,充电电流逐渐降低。由于恒压充电不管电池电压的实际状态,充电电压总是恒定的,充电电流刚开始比较大,然后按指数规律下降;采用快速充电可能使蓄电池过量充电,易导致电池损坏。对于循环充电而言,采用较小电流充电,充电效果较好。但对于大容量的蓄电池,充电时间就会拖得很长,时效低,造成诸多不便。

  2 智能型充电器的充电过程分析

  通过对上述两种充电方式的分析比较,综合其优点设计出具有快充和慢充的智能型铅酸蓄电池充电器。该充电器采用单片机控制,充电过程分为快充、慢充及涓流充三个阶段,充电效果更佳。图1所示为该充电器的充电电流、电压曲线。

充电器的充电电流

  从图1可以看出:在快充阶段(0~t1),充电器以恒定电流1C对蓄电池充电,由单片机控制快充时间,避免过量充电;在慢充阶段(t1~t2),单片机输出PWM控制信号,控制斩波开关通断,以恒定电压对蓄电池进行充电,此时充电电流按指数规律下降,当电池电压上升到规定值时,结束慢充,进入涓流充阶段;在涓流充阶段(t2~t3),单片机输出的PWM控制信号,使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电,在这种状态下,可长时间对蓄电池充电,从而能最大限度地延长蓄电池寿命。

  3 智能型充电器的工作原理

  根据上述分析而设计的智能型铅酸蓄电池充电器,主要由开关稳压电源、斩波开关、控制器和辅助电源等四个部分组成,并具有过流保护、过压保护和超温保护功能。图2为充电器原理框图,图3为充电器电路原理图。

充电器原理框图

充电器电路原理图

  3.1 开关稳压电源

  图3所示电路中,开关稳压电源采用半桥式PWM变换电路。其工作原理是:由IC1(TL494)开关电源集成控制器的8脚和11脚输出反相的PWM信号,经三极管Q3、Q4互补放大,通过驱动变压器T2,为三极管Q1和Q2基极提供驱动信号。使Q1和Q2交替通断,高频变压器T1的初级绕组N1就会产生约320V峰峰值方波,在T1的次级绕组N2、N3中就有感应电压产生,这个电压经D9?揗UR1620 整流,C22滤波后,变为直流电压,通过斩波开关对蓄电池充电。T1次级绕组N4、N5为辅助绕组,其感应电压经D10、D11整流,C21滤波后,接至IC1的12脚,作为其工作电压。

  图3中,电阻R28串接在T1次级绕组N2和N3的中间抽头与输出地之间,作用是监控快充充电电流和过流保护。恒流控制过程为:当充电电流超过恒定值1C时,R28上的压降增大,该压降经并联电阻R24、R25反馈到IC1的15脚(内部电流误差放大器反相输入端),使其电位变负,低于IC1的16脚(内部电流误差放大器同相输入端),则内部电流误差放大器输出电压升高,使IC1的8脚和11脚输出的PWM信号的脉冲变窄,从而缩短Q1和Q2的导通时间,使输出电压下降,维持充电电流恒定;随着充电时间的延长,电池电压逐渐升高,充电电流按指数规律下降,IC1的15脚电位按指数规律上升,则 IC1的8脚和11脚输出的PWM信号脉冲变宽,从而延长Q1和Q2的导通时间,使输出电压升高,充电电流保持恒定。在慢充阶段,通过电阻R15、R16、R17、R18、C16、C17组成电压取样电路和IC1内部电压误差放大器,使输出电压恒定。其恒压控制过程为:取样电压输入到IC1的1脚(内部电压误差放大器同相输入端),与IC1的2脚(内部电压误差放大器反相输入端)的基准电压比较,其误差信号放大后,经内部电路处理,使IC1的8脚和11脚输出的PWM信号的脉宽改变,从而使Q1、Q2的导通时间改变,维持输出电压恒定。

  图3中交流220V进线端,电容C1、C2、C3、C4和电感LF组成一个LC滤波器,用于差模--共模方式的RFI(无线频率干扰)的抑制,防止电源产生的噪声泄漏到电网,造成电网污染。


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电池充电器? 斩波开关? PWM? 单片机?

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