新穎的密封鉛酸電池充電器的設計與應用

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廣泛應用。但由于充電技術不能適應免維護電池的特殊要求及充電方法不正確而使其很難達到規定的循環壽命。

??? ＵＣ３９０６是密封鉛酸蓄電池充電專用芯片,它具有密封鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測功能。更重要的是?它能使充電器各種轉換電壓隨電池電壓的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。

??? １　ＵＣ３９０６的結構原理

??? １.１ ＵＣ３９０６的結構特性

??? ＵＣ３９０６的內部結構如圖１所示。該芯片內含獨立的電壓控制回路和限流放大器,它可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,以調整充電器的輸出電壓和電流。電壓和電流檢測比較器可用于檢測蓄電池的充電狀態,同時還可以用來控制充電狀態邏輯電路的輸入信號。

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??? 當電池電壓或溫度過低時,充電使能比較器可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,充電器只能以小電流充電,從而避免了因充電電流過大而損壞電池。

??? ＵＣ３９０６的一個非常重要的特性就是其內部的精確基準電壓隨環境溫度的變化規律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時,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,ＵＣ３９０６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,并可驅動一個邏輯輸出。當加上輸入電源后,器件的７腳還可以指示電源狀態。

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??? １.２ 充電參數的確定

??? 使用ＵＣ３９０６只需很少的外部元器件就可實現對密封鉛酸電池的快速精確充電。圖２所示是一個完整的充電器電路。其中由ＲＡ、ＲＢ和Ｒｃ組成的電阻分壓網絡可用來檢測充電電池的電壓。此外,該電路還可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。

??? 蓄電池的一個充電周期按時間可分為大電流快速充電狀態、過充電狀態和浮充電狀態等三種,其充電參數主要有ＶＦ、Ｖｏｃ、ＩＭＡＸ、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?

??? 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的溫度系數為－３．９ｍＶ／℃,ＩＭＡＸ、ＩＯＣＴ、Ｖｏｃ、ＶＦ均可獨立設置。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。過充電終止電流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電流檢測電阻Ｒｓ決定。ＶＦ 、Ｖｏｃ的值則由內部參考電壓ＶＲＥＦ和外部電阻ＲＡ、ＲＢ、Ｒｃ組成的網絡來決定。

??? ２　實際應用電路

??? 圖３為一個環境參數測試儀中的蓄電池充電器的實際應用電路。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Ｒ３放電,設計時將Ｒ３通過電源指示晶體管（７腳）連接到地。

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??? 當１８Ｖ輸入電壓加入后,串聯的功率管ＴＩＰ４２Ｃ導通,開始大電流恒流充電,充電電流為５００ｍＡ,這時充電電流保持不變,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,此時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１０腳輸出高電平,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。

??? ３　結論

??? 由于只需很少的外部元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。該充電器在實際應用中表明：它具有簡單實用,工作穩定,性能可靠等優點。