新型蓄電池充電方案解決充電失衡

　　實踐證明，要保證鉛酸蓄電池的使用壽命，采用正確的充電方法是非常重要的，蓄電池常常被采用串聯(lián)的方式組成電池組來提高輸出電壓，相應的就可以采用串聯(lián)方式進行充電。但是因其蓄電池的單個容量、端電壓和內阻在制造和使用過程中會不可避免地產生不一致的問題，從而形成蓄電池組在充電過程中往往會不均衡，結果會使蓄電池組的使用壽命嚴重縮短。本文提出了一種新型的充電器設計方案，隔離的三路輸出分別對單個蓄電池進行充電，同時采用新型的三段式充電控制方法。

　　1 充電理論

　　蓄電池在工作工程中主要具有3種工作狀態(tài)：放電狀態(tài)、充電狀態(tài)和浮充狀態(tài)。處于放電狀態(tài)時，蓄電池將儲蓄的化學能轉化為電能供給負載；充電狀態(tài)是在蓄電池放電之后進行能量儲蓄的狀態(tài)，此種狀態(tài)下電能轉化為化學能存儲起來；浮充狀態(tài)則是蓄電池維持一定化學能存儲量所要保持的工作狀態(tài)，浮充狀態(tài)下的蓄電池的儲能不會因為自放電而損失。放電、充電、浮充電3個狀態(tài)構成蓄電池的一個完整的工作循環(huán)。傳統(tǒng)的充電器采用串聯(lián)充電方式，通過各個電池的電流都是一樣的。盡管采用了三段式的充電方法，但是充電時能控制的電壓只是電池組的串聯(lián)電壓，仍然伴有電池組充電不均衡并且擴大的現(xiàn)象。蓄電池工作狀態(tài)曲線如圖1所示。因此在此基礎上采用一種新的解決方法。

　　2 改進設計方案

　　2.1 主電路

　　改進的新型充電器主電路，如圖2所示。前級采用軟開關不對稱半橋實現(xiàn)了多路的隔離輸出，并且利用自身產生的寄生參數(shù)，實現(xiàn)諧振式零電壓軟開關以此減小開關的損耗，同時也避免了因變壓器漏感而帶來的電壓尖峰。后級采用成熟簡單的Buck電路拓撲，實現(xiàn)降壓并用此來滿足三段式充電的要求。

　　要實現(xiàn)不對稱半橋的軟開關，不對稱半橋的參數(shù)設計需要滿足以下2個條件，即：

　　中：Zn為特性阻抗，；D為開關管Q1的占空比；C為開關管Q1和Q2的寄生電容；ωk為諧振角頻率；Lk為變壓器初級漏感；I0為負載總電流；td為死區(qū)時間；n為變壓器初、次級匝比。

　　2.2 驅動電路

　　不對稱半橋驅動電路，如圖3所示。驅動集成芯片采用IR公司的IR2103，其輸出級作為推挽驅動輸出，以直接耦合的方式與主電路的開關管相連接，由HO和LO的輸出分別作為驅動橋式電路的上、下橋臂。為了實現(xiàn)上橋臂驅動電路的地電位與主電路的同步浮動，采用由DB和CB組成的外接自舉電路。

　　二極管DB的耐壓決定式為：

　　式中：Uc為驅動電源的電壓；Ud為不控整流輸出的電壓。DB的電流容量，JDm的決定式為：

　　式中：fs為器件開關頻率；Qg為MOSFET柵荷。

　　自舉電容應能保證器件開通具有足夠的柵荷，則其容量需滿足：

　　式中：KB為安全系數(shù)，KB》1；UR為沿CB放電回路外壓降的總和。

　　為了減小DB的反向恢復電流，進一步減少存儲進驅動電源的電荷量，本文中的DB采用快速恢復二極管。Buck電路開關管的驅動電路，如圖4所示。

　　當驅動門極的輸出為高電平時，隔離變壓器驅動側電容能夠防止直流分量流過變壓器的初級，而另一側電容和二極管能夠把電壓變?yōu)閱螛O性。同時兩個電容的取值至少是MOSFET器件本身的門極電容的10倍。