新颖的矿用密封铅酸蓄电池充电器的设计

1、收稿日期:2003-12-18作者简介:崔文晓(1966-,男,河南郑州人,工程师,1991年毕业于大连理工大学。新颖的矿用密封铅酸蓄电池充电器的设计崔文晓,郭海霞(河南省煤炭科学研究所,河南郑州450002摘要:介绍了一种新颖的密封铅酸蓄电池充电器的设计原理,给出了确定充电参数的方法、计算公式和一个简单实用的双电平浮充充电器的实际应用电路。关键词:密封铅酸蓄电池;充电器;浮充;电路中图分类号:TM912文献标识码:B 文章编号:1003-0506(200402-0006-02图1简单的双电平浮充电路 在煤矿机械设备中,大量使用密封铅酸电池作为后备电源。然而,不正确的充电方法,使得蓄电池不能发

2、挥其最大效率和达到额定的使用寿命。因此,密封铅酸电池使用正确充放电方法,对其使用寿命和循环周期起着至关重要的作用。随着集成电路技术的发展,使用集成芯片UC 3906设计的密封铅酸电池充电器得到了广泛的应用。UC 3906是密封铅酸电池充电专用芯片,它拥有密封铅酸电池最佳充电所需要的全部控制和检测功能。更主要的是它能使充电器的各种转换电压随电池电压的温度系数的变化而变化,从而使密封铅酸蓄电池在很宽的范围内达到最佳的充电状态。1UC3906的结构原理111UC3906的结构特性UC3906的结构如图1中虚线框内所示。该芯片内含独立的电压控制电路和限流放大器,可控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电

3、流可达25mA ,可直接驱动外部串联调整管,以调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器可用于检测蓄电池的充电状态,同时还可以用来控制充电状态逻辑电路的输入信号。当电池电压或温度过低时,充电使能比较器可控制充电器进入涓流充电状态。当驱动器截止时,该比较器还能输出25mA 涓流充电电流。这样,当电池短路或反接时,充电器只能以小电流充电,从而避免因充电电流过大而损坏电池。UC3906的一个重要特性就是其内部的精确基准电压随环境温度的变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。同时,该芯片仅需117mA 的输入电流就可工作,从而可减小芯片的功耗,实现对工作环境温度的准确检测,保证电池既充足电又不

4、会严重过充电。此外,UC3906还包含一个输入欠压62004年第2期中州煤炭总第128期检测电路以对充电周期进行初始化,并可驱动一个逻辑输出。当加上电源后,器件的第7脚还可以指示电源的状态。112充电参数的确定使用UC3906只需很少的外部元件即可实现对密封铅酸蓄电池的快速精确充电。图1是一个完整的双电平浮充充电器电路。其中由R A 、RB 、和RC 组成的电阻分压网络可用来检测充电电池的电压。该电路还可通过精确的内部参考电压V REF 相比较来确定浮充电压、过充电压和涓流充电的阈值电压。蓄电池的一个充电周期按时间可分为大电流快速充电状态、过充电状态和浮充充电状态3种,其主要充电参数有OC 电

5、压值V OC 、浮充电压V F 、最大充电电流I MAX 、OC 结束电流I OCT 等。取流过分压网络的电流在50100A 。各参数与R A 、R B 、R C 及R S 之间的关系可从公式(1(6中反映出来。V OC =V REF (1+R A R B +R AR C (1V F =V REF (1+R A R B(2V 12=0195V OC (3V 31=0190V F (4I MAX =0125V /R S (5I OCT =01025V /R S(6其中,V 12为大电流到OC 转换电压,V 31为浮充到大电流充电转换电压,V REF 的温度系数为-410mV/,I MAX 、I

6、OCT 、V F 、V OC 等均可独立设置。只要输入电源允许和功率管可以承受,I MAX 值可以尽可能的大。尽管有些厂家称如果有过充保护电路,充电率可达到甚至超过2C (C 为电池的额定容量,但电池制造厂商推荐的充电率范围为C/20C/3。过充终止电流I OCT 的选择应尽可能使电池接近100%充电。其合适值取决于V OC 和在V OC 时电池充电电流的衰减特性。I MAX 和I OCT 分别由电流限制放大器和电流检测放大器的偏置电压和电流检测电阻R S 决定。V F 、V OC 的值则由内部参考电压V REF 和外部电阻R A 、R B 、R C 组成的网络决定。2实际运用电路图2是一个为

7、6 V/215Ah 蓄电池设计的双电平浮充电路,在25时的参数如表1所示。由于充电器始终接在蓄电池上,为防止蓄电池的输出电流流入充电器,应在串联调整管和输出端之间穿入1只二极管。为避免输入电源中断后蓄电池通过电阻网络放电,设计时将电阻网络的下端通过电源指示晶体管连接到地。图2双电平浮充电路实例表125时双电平浮充电路参数输入电源电压值/V 91013操作温度范围/070涓流充电起始值/mA 10(V IN =10V 起始电压值/V 511大电流充电率/mA 500(C /5大电流到OC 转换电压/V71125OC 电压值/V 715OC 结束电流/mA50(C /50浮充电压/V710浮充到大电流充电转换电压/V 613温度系数/mV -1-12输入电源电压为0V 时的反向电流/A53结论由于仅需要很少的外部元件就可在较大