新型蓄电池充电方案解决充电失衡

　　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：

　　

　　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。

　　2.2 驱动电路

　　不对称半桥驱动电路，如图3所示。驱动集成芯片采用IR公司的IR2103，其输出级作为推挽驱动输出，以直接耦合的方式与主电路的开关管相连接，由HO和LO的输出分别作为驱动桥式电路的上、下桥臂。为了实现上桥臂驱动电路的地电位与主电路的同步浮动，采用由DB和CB组成的外接自举电路。

　　

　　二极管DB的耐压决定式为：

　　

　　式中：Uc为驱动电源的电压；Ud为不控整流输出的电压。DB的电流容量，JDm的决定式为：

　　

　　式中：fs为器件开关频率；Qg为MOSFET栅荷。

　　自举电容应能保证器件开通具有足够的栅荷，则其容量需满足：

　　

　　式中：KB为安全系数，KB》1；UR为沿CB放电回路外压降的总和。

　　为了减小DB的反向恢复电流，进一步减少存储进驱动电源的电荷量，本文中的DB采用快速恢复二极管。Buck电路开关管的驱动电路，如图4所示。

　　

　　当驱动门极的输出为高电平时，隔离变压器驱动侧电容能够防止直流分量流过变压器的初级，而另一侧电容和二极管能够把电压变为单极性。同时两个电容的取值至少是MOSFET器件本身的门极电容的10倍。