一種新穎的密封鉛酸蓄電池充電器的設計

摘要：介紹了一種新穎的密封鉛酸蓄電池充電器的設計原理，并給出了確定充電參數的方法和基本公式。在環境參數測試儀中的應用表明：該充電器簡單實用，工作穩定，性能可靠。

關鍵詞：密封鉛酸蓄電池；充電器；過充電；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

??? 密封免維護鉛酸蓄電池由于具有密封好、無泄漏、無污染等優點，近年來在國內外得到了廣泛應用。但是，由于充電技術不能適應免維護蓄電池的特殊要求以及充電方法的不正確，使其很難達到規定的循環壽命。

??? UC3906作為密封鉛酸蓄電池充電專用芯片，它具有實現密封鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測功能。更重要的是它能使充電器各種轉換電壓隨電池電壓溫度系數的變化而變化，從而使密封鉛酸蓄電池在很寬的溫度范圍內都能達到最佳充電狀態。

2? UC3906的結構和工作原理

2.1? UC39006的結構和特性

??? UC3906內部框圖如圖1所示。該芯片內含有獨立的電壓控制電路和限流放大器，它可以控制芯片內的驅動器。驅動器提供的輸出電流達25mA，可直接驅動外部串聯調整管，從而調整充電器的輸出電壓和電流。電壓和電流檢測比較器檢測蓄電池的充電狀態，并控制充電狀態邏輯電路的輸入信號。

圖1? UC3906內部結構框圖

??? 當電池電壓或溫度過低時，充電使能比較器控制充電器進入涓流充電狀態。當驅動器截止時，該比較器還能輸出25mA涓流充電電流。這樣，當電池短路或反接時，充電器只能小電流充電，避免了因充電電流過大而損壞電池。

??? UC3906的一個非常重要特性就是具有精確的基準電壓，其基準電壓隨環境溫度而變，且變化規律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時，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，實現對工作環境溫度的準確檢測，保證電池既充足電又不會嚴重過充電。除此之外，芯片內部還包括一個輸入欠壓檢測電路以對充電周期進行初始化。這個電路還驅動一個邏輯輸出，當加上輸入電源后，腳7可以指示電源狀態。

2.2? 充電參數的確定

??? 使用UC3906只需很少的外部元器件就可以實現對密封鉛酸蓄電池的快速精確充電。圖2所示的是一個完整的充電器電路。由RA、RB和RC組成的電阻分壓網絡用來檢測充電電池的電壓，通過與精確的參考電壓（VREF）相比較來確定浮充電壓、過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

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

???? 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的溫度系數是－3.9mV/℃。Imax，IOCT，VOC，VF可以獨立地設置。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充保護電路，充電率可以達到甚至超過2C，但是電池廠商推薦的充電率范圍是C/20～C/3。IOCT的選擇應盡可能地使電池接近100％充電。合適值取決于VOC和在VOC時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放大器的偏置電壓和檢測電流的電阻RS決定。VF、VOC的值由內部參考電壓VREF和外部電阻RA、RB、RC組成的網絡決定。

3? 實際應用電路

??? 圖3為環境參數測試儀蓄電池充電器的實際應用電路。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，在串聯調整管與輸出端之間串入一只二極管。同時，為了避免輸入電源中斷后，蓄電池通過分壓電阻R1、R2、R3放電，使R3通過電源指示晶體管（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導通，開始恒流充電，充電電流為500mA，電池電壓逐漸升高。當電池電壓達到過充電壓VOC的95％（即14.25V）時，電池轉入過充電狀態，充電電壓維持在過充電電壓，充電電流開始下降。當充電電流降到過充電終止電流（IOCT）時，UC3906的腳10輸出高電平，比較器LM339輸出低電平，蓄電池自動轉入浮充狀態。同時充足電指示發光管發光，指示蓄電池已充足電。

4? 結語

??? 由于只需很少的外部元器件就可以在很寬的溫度范圍內實現電池的精確快速充電，所以采用UC3906簡化了蓄電池充電器的設計過程。同時在實際應用中表明，該充電器簡單實用，工作穩定，性能可靠。

參考文獻

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[2] 王鴻麟，錢建立，周曉軍．智能快速充電器設計與制作[M]．科學出版社，2001.

[3] 楊幫文．實用電池充電器與保護器電路集錦[M]．電子工業出版社，2001.

收稿日期：2002－10－15