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新型蓄电池充电器设计方案

目前铅酸蓄电池在各种供电场合得到广泛的应用,为了充分发挥铅酸蓄电池的作用,充电器在给电池充电的过程中,应给蓄电池充足电,应尽量避免过充电,从而其使其延长寿命。实践证明,要保证铅酸蓄电池的使用寿命,采用正确的充电方法是非常重要的。

  引言

  目前铅酸蓄电池在各种供电场合得到广泛的应用,为了充分发挥铅酸蓄电池的作用,充电器在给电池充电的过程中,应给蓄电池充足电,应尽量避免过充电,从而其使其延长寿命。实践证明,要保证铅酸蓄电池的使用寿命,采用正确的充电方法是非常重要的,蓄电池常常被采用串联的方式组成电池组来提高输出电压,相应的就可以采用串联方式进行充电。但是因其蓄电池的单个容量、端电压和内阻在制造和使用过程中会不可避免地产生不一致的问题,从而形成蓄电池组在充电过程中往往会不均衡,结果会使蓄电池组的使用寿命严重缩短。本文提出了一种新型的充电器设计方案,隔离的三路输出分别对单个蓄电池进行充电,同时采用新型的三段式充电控制方法。

  1 充电理论

  蓄电池在工作工程中主要具有3种工作状态:放电状态、充电状态和浮充状态。处于放电状态时,蓄电池将储蓄的化学能转化为电能供给负载;充电状态是在蓄电池放电之后进行能量储蓄的状态,此种状态下电能转化为化学能存储起来;浮充状态则是蓄电池维持一定化学能存储量所要保持的工作状态,浮充状态下的蓄电池的储能不会因为自放电而损失。放电、充电、浮充电3个状态构成蓄电池的一个完整的工作循环。传统的充电器采用串联充电方式,通过各个电池的电流都是一样的。尽管采用了三段式的充电方法,但是充电时能控制的电压只是电池组的串联电压,仍然伴有电池组充电不均衡并且扩大的现象。蓄电池工作状态曲线如图1所示。因此在此基础上采用一种新的解决方法。

  

  2 改进设计方案

  2.1 主电路

  改进的新型充电器主电路,如图2所示。前级采用软开关不对称半桥实现了多路的隔离输出,并且利用自身产生的寄生参数,实现谐振式零电压软开关以此减小开关的损耗,同时也避免了因变压器漏感而带来的电压尖峰。后级采用成熟简单的Buck电路拓扑,实现降压并用此来满足三段式充电的要求。

  

  要实现不对称半桥的软开关,不对称半桥的参数设计需要满足以下2个条件,即:

  

  式中:Zn为特性阻抗,;D为开关管Q1的占空比;C为开关管Q1和Q2的寄生电容;ωk为谐振角频率;Lk为变压器初级漏感;I0为负载总电流;td为死区时间;n为变压器初、次级匝比。

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