一种新颖的密封铅酸电池充电器的设计与应用

摘要：介绍了一种新颖的密封铅酸电池充电器的设计原理，给出了确定充电参数的方法和基本公式。同时给出了一种简单实用、工作稳定且性能可靠的12V密封铅酸电池双电平浮充充电器的实际应用电路。 关键词：密封铅酸电池；充电器；过充电；浮充电 密封免维护铅酸蓄电池由于具有密封好、无泄漏、无污染等优点，近年来在国内外得到广泛应用。但由于充电技术不能适应免维护电池的特殊要求及充电方法不正确而使其很难达到规定的循环寿命。 ＵＣ３９０６是密封铅酸蓄电池充电专用芯片，它具有密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。更重要的是它能使充电器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温度范围内都能达到最佳充电状态。 １　ＵＣ３９０６的结构原理 １．１ ＵＣ３９０６的结构特性 ＵＣ３９０６的内部结构如图１所示。该芯片内含独立的电压控制回路和限流放大器，它可控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流达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，从而避免了因充电电流过大而损坏电池。 ＵＣ３９０６的一个非常重要的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，该芯片只需１．７ｍＡ的输入电流就可工作，因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会严重过充电。除此之外，ＵＣ３９０６芯片内部还包括一个输入欠压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。当加上输入电源后，器件的７脚还可以指示电源状态。 １．２ 充电参数的确定 使用ＵＣ３９０６只需很少的外部元器件就可实现对密封铅酸电池的快速精确充电。图２所示是一个完整的充电器电路。其中由ＲＡ、ＲＢ和Ｒｃ组成的电阻分压网络可用来检测充电电池的电压。此外，该电路还可通过与精确的参考电压（ＶＲＥＦ）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、过充电状态和浮充电状态等三种，其充电参数主要有ＶＦ、Ｖｏｃ、ＩＭＡＸ、ＩＯＣＴ等。它们与ＲＡ、ＲＢ、Ｒｃ、Ｒｓ之间的关系可以从下面的公式反映出来： 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与ＶＲＥＦ成正比。ＶＲＥＦ的温度系数为－３．９ｍＶ／℃，ＩＭＡＸ、ＩＯＣＴ、Ｖｏｃ、ＶＦ均可独立设置。只要输入电源允许或功率管可以承受，ＩＭＡＸ的值可以尽可能地大。虽然某些厂家称如果有过充保护电路，充电率可以达到甚至超过２Ｃ，但是电池厂商推荐的充电率范围是Ｃ／２０～Ｃ／３。过充电终止电流ＩＯＣＴ的选择应尽可能地使电池接近１００％充电。合适值取决于Ｖｏｃ和在Ｖｏｃ时电池充电电流的衰减特性。ＩＭＡＸ和ＩＯＣＴ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Ｒｓ决定。ＶＦ 、Ｖｏｃ的值则由内部参考电压ＶＲＥＦ和外部电阻ＲＡ、ＲＢ、Ｒｃ组成的网络来决定。 图2 双电平浮充充电器基本电路 ２　实际应用电路 图３为一个环境参数测试仪中的蓄电池充电器的实际应用电路。其中：电池的额定电压为１２Ｖ，容量为７Ａｈ，ＶＩＮ＝１８Ｖ，ＶＦ＝１３．８Ｖ，Ｖｏｃ＝１５Ｖ，ＩＭＡＸ＝５００ｍＡ，ＩＯＣＴ＝５０ｍＡ。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，应在串联调整管与输出端之间串入一只二极管。同时为了避免输入电源中断后蓄电池通过分压电阻Ｒ３放电，设计时将Ｒ３通过电源指示晶体管（７脚）连接到地。 当１８Ｖ输入电压加入后，串联的功率管ＴＩＰ４２Ｃ导通，开始大电流恒流充电，充电电流为５００ｍＡ，这时充电电流保持不变，电池电压逐渐升高。当电池电压达到过充电压Ｖｏｃ的９５％（即１４．２５Ｖ）时，电池转入过充电状态，此时充电电压维持在过充电电压，充电电流开始下降。当充电电流降到过充电终止电流（ＩＯＣＴ）时，ＵＣ３９０６的１０脚输出高电平，比较器ＬＭ３３９输出低电平，蓄电池自动转入浮充状态。同时充足电指示发光管发光，指示蓄电池已充足电。 图3 12V密封铅酸电池双电平浮充充电器电路 ３　结论 由于只需很少的外部元件就可以在很宽的温度范围内实现电池的精确快速充电，所以采用ＵＣ３９０６简化了蓄电池充电器的设计过程。该充电器在实际应用中表明：它具有简单实用，工作稳定，性能可靠等优点。