一種快速脈沖充電器的研究

引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，蓄電池被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，比如說汽車、輪船、通信、各種電子產(chǎn)品等。

鉛酸蓄電池以它的經(jīng)濟性、輸出電壓穩(wěn)定、供電可靠等優(yōu)點而被廣泛使用。傳統(tǒng)的充電器采用的充電技術(shù)主要是恒流、恒壓或者是兩者相結(jié)合，這些充電方法很容易造成蓄電池過充或者是充電不足，并且充電時間很長，在一定程度上縮短了蓄電池的使用壽命，為使用者造成一定的經(jīng)濟損失。

因此，理想的充電器可以在短時間內(nèi)為電池快速充電，但是過高的電流將會在電池內(nèi)部引起不良化學反應(yīng)，產(chǎn)生過熱、極化作用，影響電池充電效果，甚至減小電池容量，縮短電池壽命。目前提出了許多充電技術(shù)，包括恒流技術(shù)、恒壓技術(shù)、恒流恒壓技術(shù)，以及兩步充電技術(shù)、三步充電技術(shù)、多步充電技術(shù)和反向充電技術(shù)等。上述充電方法大多包括一個正向脈沖充電時間和一個停止充電時間，有時為了快速消除電池內(nèi)部離子極化，還加一個反向充電脈沖，以提高電池的充電效率和電池性能。

1 充電器主要電路分析

本文所研究的充電器的前級直流變換采用反激變換器模式，為了提高交流輸入電路的功率因數(shù)，可以將采集到的反激變換器輸出端的電流信號，反饋到PFC 控制芯片UC3854A 中，以調(diào)節(jié)MOSFET Qs的開通占空比。整流電路和充電電路的電氣隔離采用變壓器來實現(xiàn)，充電回路是可控的雙向Buck/Boost電路，可以產(chǎn)生充電正脈沖和放電負脈沖。圖1為帶有功率因數(shù)校正的快速脈沖充電主電路，包括正脈沖充電、停止充電和負脈沖放電三個階段。當電路處于正脈沖充電過程時，Q1導通Q2 關(guān)閉，以Buck 電路工作;當處于負脈沖

放電過程時，Q2 導通Q1 關(guān)閉，以Boost 電路工作;

當Q1 和Q2 都關(guān)斷時，電池處于恢復階段，以消除電池內(nèi)部極化反應(yīng)。通過PWM 控制器實現(xiàn)上述電路的交替工作，達到快速充電目的。

圖1 中采用高頻PWM 控制芯片SG3525 控制充電和放電。在脈寬比較器的輸入端，用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓的變化而變化。由于此電路結(jié)構(gòu)有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，以及可調(diào)節(jié)的死區(qū)時間控制，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。

PWM 控制芯片SG3525 分別為MOSFET Q1和MOSFET Q2提供開通信號，當Q1 開通時，電源向電池組充電;Q2開通時，存儲在電池中的電能向電源放電，通過檢測反饋電流調(diào)節(jié)Q1和Q2 的開通時間來實現(xiàn)對電池進行快速智能充電的目的。

PWM控制芯片SG3525的控制信號和電感電流波形如圖2 所示。

2 快速脈沖充電器的工作原理

2.1 正脈沖充電模式(Tch時期)

圖猿所示為電路工作在充電模式時，Q1 開通時的等效電路。輸出電容C1上的電壓為Vdc，通過圖示方向?qū)﹄姵剡M行充電，此時由Q1，Q2 的體內(nèi)二極管D2 和電感Lp 組成一個Buck 電路，對電池進行充電，充電電流為ibc，其大小由Q1 的開通占空比調(diào)節(jié)，在整個充電過程中Q2保持關(guān)閉。

從圖猿可以得出電感Lp電流變化量為

向不變，通過Q2 的體內(nèi)二極管D2形成回路。

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