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半桥式开关电源组成的铅酸蓄电池充电器的原理分析
来源:本站整理  作者:佚名  2011-10-05 10:03:23



  三、电压和电流控制电路
  
  误差放大器I的限压作用只发生在蓄电池电压接近充满之后,理论上说蓄电池充满电后,充电电流应为零,如果充电电压不进行限压供电,随着充电电流减小,充电电压随之升高,充电电流会继续上升,形成过充电,最终损坏蓄电池。为此,误差放大器I的目的是.将充电电压最高值限定在蓄电池充满电后的端电压值。对铅酸蓄电池而言,单组电池单元电压应该为2.36V一2.38V.极限值为2.4V。为了避免蓄电池过充,导致温升过分升高,36V蓄电池端电压值设定于42.48V,冬季气温低于LOCC,设定于42.84V是比较可靠的。当蓄电池充满电时,蓄电池端电压和恒压输出电压相等,理论上无充电电流。此时,误差放大器Il由于R3负压为OV,U1第15脚电压升高近似为5V.误差放大器输出低电平,对输出电压无控制作用。开关变换器输出电压完全取决于Ul第1脚取样电压值。

  通过两组误差放大器的控制过程,可以发现此充电器的充电方式中所谓限压、恒流充电是指,充电器的充电电流控制系统具有恒流输出功能。如果输出端接入变动的负载,该控制系统可以通过电流取样控制输出电压,使负载中通过的电流保持不变。恒流供电的最终控制过程是通过改变输出电压实现的,所以就不能称之为恒压。实际上该充电器的电压调整系统不是稳定电压输出,而是限定输出电压,其奥妙在于电压控制取样点设在蓄电池,而不是对充电电压直接取样,充电电压和蓄电池电压两者之间接有隔离二极管D16,似乎两者压差只有二极管饱和压降。其实不然,蓄电池的电压特性恰似容量极小的电容器,对持续时间较短的(实际可认为几十秒)充电电压变动并不敏感。所以,此取样方式并非稳定瞬时输出电压。根据铅酸蓄电池特性,在充电开始时,蓄电池端电压升高速度较快,约占整个充电时间的1/4,即已达到蓄电池的额定电压,但并不意味着蓄电池已充满电。之所以说其未充满电,有两个特征:其一,此时电压不能保持,一旦停充会自行回落。其二,充电电流仍为恒流值,无明显下降,说明充电的化学反映仍正常进行。在此状态下继续保持恒流充电值,占整个充电时间的1/2,电池端电压只缓慢的升高,直到最后1/4的时间段,电池端电压升高到接近单节铅酸蓄电池的极限值约2.38V。如果此时将充电电压限定在此极限值,不再升高,充电电流将急剧降低,甚至为零。

  从上述过程可见,除去充电开始的1/4时间段以外,蓄电池端电压变化范围仅在每电池单元1.9V~2.38V之间,在此过程中为了实现恒流充电,电流取样控制系统对输出电压进行调控,使充电电流为恒定值。当充电电压恒定不变时,蓄电池充电电流必然随电池端电压升高而逐渐减小,恒流充电则通过调整充电电压使其升高的方式,补偿充电电流的减小。如果这种补偿无限制的话,必将使蓄电池过充,其端电压将超过单元电压2.4V,从而损坏蓄电池。所以,恒流必须限压。为此,电压控制误差放大器从蓄电池两端取样,限定充电电压不超过该类蓄电池的极限值。

  该充电器中R3的接法值得商榷,设置R3的目的是对蓄电池充电电流进行取样。按原图接法,R3中还有25V辅助绕组输出电流和C21的充电电流,此举将使辅助绕组的支路电流和充电电流相互影响。此外,在每个整流输出的半个周期内,C21的充电为脉动电流,通过R3加入U1第15脚,将形成输出电压的波动。实际上,T3的4、9脚应断开,将4脚接地,再将C21负极接至9脚,则R3中流过的只有充电电流。如果按图示接法,计算其充电电流限制上限不是1.8A.而是2.52A,究竟有多少属充电电流则难以说清。图标恒压值按图示元件计算为42V,是符合36V蓄电池(端电压42.48V)的规定。调整中增大R26阻值,可使输出恒压值升高,但不宜超过43V(理论值为42.84V)。

  该充电器电路中,由LM358接成两级电压比较器作为充电指示LED的驱动器。当充电电流取样电阻R3上端的负压降小于0.18V(按上述改变R3的接法后)时,比较器U2A笫2脚反向输入端为负值,第1脚输出端输出高电平,经R37限流,点亮红色发光管LED1,表示正常充电。此时,U2B第7脚为低电平,黄色发光管LED2不亮。

  当充满电以后,R3压降近似为零.U2A第2脚输出高电平,LED2点亮,表示蓄电池已充满电。若将此充电器用于端电压或电池容量不同的电池组充电,可以调整R26的阻值改变充电电压。R26阻值减小,则充电电压升高。但是,在不改变脉冲输出变压器次级匝数的情况下,输出电压不宜超过50V.否则,开关管Q1,Q2导通占空比将超过48%的极限值,造成其功耗增大、温升过高而击穿。

  若欲改变充电电流的阈值,可适当增大R13的阻值,或减小R3的阻值,但是不能偏离设计值过大,否则,必须更换大电流的开关管和改变脉冲输出变压器的参数。

  就该电路而言,通过上述元器件的更换,可以使输出功率达到300W以上。

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