新穎的密封鉛酸電池充電器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

新穎的密封鉛酸電池充電器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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)外得到廣泛應(yīng)用。但由于充電技術(shù)不能適應(yīng)免維護(hù)電池的特殊要求及充電方法不正確而使其很難達(dá)到規(guī)定的循環(huán)壽命。

??? ＵＣ３９０６是密封鉛酸蓄電池充電專(zhuān)用芯片,它具有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)換電壓隨電池電壓的溫度系數(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)。

??? １　ＵＣ３９０６的結(jié)構(gòu)原理

??? １.１ ＵＣ３９０６的結(jié)構(gòu)特性

??? ＵＣ３９０６的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示。該芯片內(nèi)含獨(dú)立的電壓控制回路和限流放大器,它可控制芯片內(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,以調(diào)整充電器的輸出電壓和電流。電壓和電流檢測(cè)比較器可用于檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài),同時(shí)還可以用來(lái)控制充電狀態(tài)邏輯電路的輸入信號(hào)。

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??? 當(dāng)電池電壓或溫度過(guò)低時(shí),充電使能比較器可控制充電器進(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),充電器只能以小電流充電,從而避免了因充電電流過(guò)大而損壞電池。

??? ＵＣ３９０６的一個(gè)非常重要的特性就是其內(nèi)部的精確基準(zhǔn)電壓隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時(shí),該芯片只需１．７ｍＡ的輸入電流就可工作,因而可減小芯片的功耗,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,ＵＣ３９０６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,并可驅(qū)動(dòng)一個(gè)邏輯輸出。當(dāng)加上輸入電源后,器件的７腳還可以指示電源狀態(tài)。

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??? １.２ 充電參數(shù)的確定

??? 使用ＵＣ３９０６只需很少的外部元器件就可實(shí)現(xiàn)對(duì)密封鉛酸電池的快速精確充電。圖２所示是一個(gè)完整的充電器電路。其中由ＲＡ、ＲＢ和Ｒｃ組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)可用來(lái)檢測(cè)充電電池的電壓。此外,該電路還可通過(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。

??? 蓄電池的一個(gè)充電周期按時(shí)間可分為大電流快速充電狀態(tài)、過(guò)充電狀態(tài)和浮充電狀態(tài)等三種,其充電參數(shù)主要有ＶＦ、Ｖｏｃ、ＩＭＡＸ、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?

??? ＶＦ＝ＶＲＥＦ?１＋ＲＡ／ＲＢ?

??? ＩＭＡＸ＝０．２５Ｖ／Ｒｓ

??? ＩＯＣＴ＝０．０２５Ｖ／Ｒｓ

??? 在上面的公式中,ＶＦ、Ｖｏｃ與ＶＲＥＦ成正比。ＶＲＥＦ的溫度系數(shù)為－３．９ｍＶ／℃,ＩＭＡＸ、ＩＯＣＴ、Ｖｏｃ、ＶＦ均可獨(dú)立設(shè)置。只要輸入電源允許或功率管可以承受,ＩＭＡＸ的值可以盡可能地大。雖然某些廠家稱(chēng)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。過(guò)充電終止電流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電流檢測(cè)電阻Ｒｓ決定。ＶＦ 、Ｖｏｃ的值則由內(nèi)部參考電壓ＶＲＥＦ和外部電阻ＲＡ、ＲＢ、Ｒｃ組成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)決定。

??? ２　實(shí)際應(yīng)用電路

??? 圖３為一個(gè)環(huán)境參數(shù)測(cè)試儀中的蓄電池充電器的實(shí)際應(yīng)用電路。其中：電池的額定電壓為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,為防止蓄電池的輸出電流流入充電器,應(yīng)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Ｒ３放電,設(shè)計(jì)時(shí)將Ｒ３通過(guò)電源指示晶體管（７腳）連接到地。

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??? 當(dāng)１８Ｖ輸入電壓加入后,串聯(lián)的功率管ＴＩＰ４２Ｃ導(dǎo)通,開(kāi)始大電流恒流充電,充電電流為５００ｍＡ,這時(shí)充電電流保持不變,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),此時(shí)充電電壓維持在過(guò)充電電壓,充電電流開(kāi)始下降。當(dāng)充電電流降到過(guò)充電終止電流（ＩＯＣＴ）時(shí),ＵＣ３９０６的１０腳輸出高電平,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。

??? ３　結(jié)論

??? 由于只需很少的外部元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。該充電器在實(shí)際應(yīng)用中表明：它具有簡(jiǎn)單實(shí)用,工作穩(wěn)定,性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。