【正文】 是太陽能 , 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分。對論文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確的方式標(biāo)明。 學(xué)科分類號(hào) 0712 本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題目（中文）： 蓄電池充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （英文）： The Design and Implementation of Charger for Storage Battery 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )誠信聲明 作者鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )，是在 指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果。本聲明的法律結(jié)果由作者承擔(dān)。然而，目前的蓄電池充電器大多采用的是恒壓或恒流 充電法，這些充電的方法很容易造成蓄電池的極板極化 ，嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命。 關(guān)鍵詞 蓄電池；極板極化； UC3909；智能充電；延長壽命 The Design and Implementation of Charger for Storage Battery Abstract Battery as an energy storage device its applications is very extensive, it is the core part of the solar energy, wind power generation system, as well as wind and solar power generation , the present battery charger is mostly used is a constant voltage or constant current charging method, these method of charging is likely to cause the battery plates polarization that affect the battery life seriously. This design uses a special rechargeable battery management chip UC3909, it can be effectively applied to four smart charging technology. By monitoring the status of the battery DCDC module to adjust the charging voltage and current. It can charge the battery Scientifically and efficiently ,And eliminate the polarization plate caused by a large current, extend the battery life. II Key words Battery。 UC3909。 Prolong life 1 1 前言 論文研究背景及目的 在國家政策的大力支持下，蓄電池作為一種新能源以具有大容量、性價(jià)比高、工作溫度范圍大、工作安全可靠和制作原材料豐富等特點(diǎn)在電子電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著鉛酸蓄電池使用量的增大，不合理的充電方式造成了鉛酸蓄電池容量快速下降，使用壽命縮短，使電池過早的廢棄，產(chǎn)生了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。隨著電池使用量的增大，如果改進(jìn)充電器實(shí)現(xiàn)對鉛酸蓄電池的智能快速充電，將對節(jié)約充電時(shí)間和能源有重大意義。 近兩年，廈門大學(xué)的陳體銜教授提出了間歇充電法，其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電 段，充電前期的恒電流充電段采用最佳充電電流，獲得絕大部分充電量；充電后期采用定電壓充電獲 2 得過充電量，將電池恢復(fù)至完全放電態(tài) [1]。 和 提出了一種脈沖充電方法，其基本思想是：充電過程中，蓄電池和充電裝置被有規(guī)律地?cái)嚅_，同時(shí)自動(dòng)測量蓄電池的開路兩端電壓，在參考溫度下，如果蓄電池的開路電壓超過一定閾值，充電器停止充電，直至蓄電池 的開路電壓低于某一閾值時(shí)，再進(jìn)行充電 [2]。 最近國內(nèi)外也有大量的專家和學(xué)者開始應(yīng)用更加高效的充電方法來進(jìn)行充電器的設(shè)計(jì)，這其中包括利用處理非線性系統(tǒng)效果非常好的模糊控制充電方法，該方法能更好的處理常 規(guī)充電方法很難解決的時(shí)變性和干擾性等問題。 四階段充電方式可以為其提供在不同狀態(tài)時(shí)合適的充電電壓和電流，將 3 恒流充電快速安全地對蓄電池進(jìn)行初始充電和恒壓充電進(jìn)一步對蓄電池充電有效地結(jié)合起來，從而使蓄電池的容量達(dá)到額定值，延長其壽命。對于正常的蓄電池，電池電壓會(huì)逐漸上升，直到門檻電壓 Vch，充電器將進(jìn)入下一個(gè)階段，恒流充電。 狀態(tài) 2：恒流充電 (T1T2) 充電器提供一個(gè)恒定的充電電流 Ibulk 給蓄電池。 狀態(tài) 3：過壓充電 (T2T3) 4 在過壓充電狀態(tài)，充電器提供一個(gè)略高于蓄電池額定電壓的恒定電壓 Voc 給蓄電池，以使蓄電池能量最后達(dá)到飽和。 Ioct 的值可以設(shè)定，通常為 Ibulk/5。 此后，如果蓄電池由于使用電壓下降到 Voc 的 90%，那么充電器自動(dòng)進(jìn)入涓充或恒流充電狀態(tài) [3]。最后通過測試和分析，將系統(tǒng)的性能做出改進(jìn)并總結(jié)。 設(shè)計(jì)要求 (1)設(shè)計(jì)一個(gè)給 12V 蓄電池充電器，充電電流大于 2A。 5 (3)設(shè)計(jì)溫度控制電路用以控制充電溫升。 3 方案論證 與選擇 充電電源方案論證與選擇 方案一 采用線性電源。 方案二 采用開關(guān)型電源。 綜合兩種方案 ,方案一雖然設(shè)計(jì)簡單，但較難實(shí)現(xiàn)輸出設(shè)計(jì)要求的 2A 以上的電流，方案二雖設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但其輸出電壓可變，帶負(fù)載能力強(qiáng)且效率高，適合于蓄電池的快速充電。 智能充電控制方案的論證與選擇 方案一 采用單片機(jī)作為智能控制。 方案二 采用專用智能充電芯片?？梢詫?shí)時(shí)快速有效地監(jiān)控蓄電池狀態(tài)并可以采用四段充電方式對蓄電池進(jìn)行智能充電，且其外部 電路較少。 6 開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇 帶隔離變壓器的開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有正激式和反激式兩種，前者適合于要求輸出大功率的應(yīng)用，如 150W 以上，后者適合于輸出較小功率的應(yīng)用如 100W 以下。 總體設(shè)計(jì)方案 整個(gè)系統(tǒng)主要由 UC3843開關(guān)電源控制器所控制的反激式開關(guān)電源， UC3909 充電控制器所控制的 DCDC 智能充電轉(zhuǎn)換器， 充電狀態(tài)顯示電路以及 12V 蓄電池組成。UC3843 控制的反激式開關(guān)電源輸出 24V 直流電壓供給 UC3909 控制的 DCDC 智能充電轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器通過對蓄電池充電狀態(tài)的監(jiān)控與分析，分段輸出 的電壓對蓄電池進(jìn)行智能充電。 7 帶隔離變壓器的單端反激式開關(guān)電源 開關(guān)電源主要是由功率級(jí)和控制電路兩部分組成?？刂齐娐钒?UC3843 控制電路和電壓采樣反饋電路。在開關(guān)管 Q 導(dǎo)通時(shí)，將電源的能量存儲(chǔ)在變壓器初級(jí)電感 LP 中；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，將導(dǎo)通期間的儲(chǔ)能傳輸?shù)酱渭?jí)的負(fù)載，故稱之為反激式變換器。因?yàn)榉醇ぷ儞Q器在變換器反激期間，次級(jí)繞組和整流二極 管組成了一個(gè)電流回路，同時(shí)也完成了磁復(fù)位的功能，所以反激變換器沒有磁復(fù)位繞組，還比正激變換器少了一只續(xù)流二極管。反激式變換器與正 8 激式變換器的不同之處是，正激式變換器變壓器的勵(lì)磁電流儲(chǔ)能一般很小，各繞組的瞬時(shí)功率代數(shù)和為零，其變壓器只是起隔離、變壓的作用；而反激式變壓器是工作在儲(chǔ)能和放電的反復(fù)過程中，故反激變壓器不但起著輸入輸出隔離的作用，而且還兼有儲(chǔ)能電感的 作用，可以稱為是儲(chǔ)能式變壓器。但是加了氣隙會(huì)有較大的漏感，在功率管關(guān)斷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的關(guān)斷電壓尖峰，還有可能損壞開關(guān)管；當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感電流變化率大 [4]。 反激變換器的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)最為簡單，元器件少，成本較低，可靠性較高，驅(qū)動(dòng)電路簡單，缺點(diǎn)主要是變壓器是單向勵(lì)磁的，工作在 CCM 模式下磁芯利用率比較低，但在 DCM 模式 下工作就有所改善；另外反激變換器的開關(guān)器件承受的電流峰值比較大，不適用于大功率的開關(guān)電源。 開關(guān)電源的功率電路 功率級(jí)電路由主要由保護(hù)電路， EMI 電路，輸入整流濾波電路，反激變換電路以及輸出整流濾波電路組成。圖中 220 市電經(jīng)過保險(xiǎn)管和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻到達(dá) EMI 電路，保險(xiǎn)管的作用是：當(dāng) 9 電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，并且升 高的電流有可能損壞電路中的某些重要元器件。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 RT1的特性是：溫度越高，電阻越小。而上電穩(wěn)定后只會(huì)消耗很小的電能。它的作用是濾除由電網(wǎng)進(jìn)來的各種干擾信號(hào)，防止電源開關(guān)電路形成的高頻擾竄電網(wǎng)。濾波電路用于濾除整流輸出電壓中的紋波，并聯(lián)的電容器 C5 在電源的供給電壓升高時(shí)，能把部分能量存儲(chǔ)起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使輸出電壓變得平緩 [5]。 反激變換電路及輸出整流濾波電路如圖 所示。 反激式變壓器 T2 不僅作為變壓器使用，同時(shí)又作為儲(chǔ)能電感，它的 設(shè)計(jì)方法與其他類型的變壓器不同。 T2Trans BBD4MUR3020R23000pFC6D2FR157Q1IRFP46015R5R8GND102/1KVC13100uF/50VC12GND310V 直流電壓PWMD3FR157100KR347uF/50VC7GNDUC3843VCC680pFC18R17 D5FR157GNDOUT 圖 反激變換電路及輸出整流濾波電路 RCD 吸收電路由 D2， R2， C6 組成，其作用是在 MOSFET 關(guān)斷瞬間用來吸收變壓器的續(xù)流尖峰。這樣在加入直流電壓 U d 之后一段時(shí)間里，反激式電路的開關(guān)管保持為斷態(tài)，設(shè)置這段延時(shí)的目 的是為了使集成控制芯片 UC3843 內(nèi)部供電 11 電壓達(dá)到穩(wěn)定的規(guī)定值之后，控制芯片才開始投入工作。這里通過電阻 R3 從直流母線上將壓給芯片提供啟動(dòng)電流；根據(jù) UC3843 的技術(shù)資料，芯片的正常工作電流在 10mA 左右，啟動(dòng)電流在 ～。 輸出整流濾波電路由 D4， C12 組成，反激式變換器中所使用的輸出整流二極管在變換器開關(guān)周期中，主要是在功率開關(guān)管截止期間才導(dǎo)通工作的。對于反激變換器，輸出整流器的反向峰值電壓的理論計(jì)算值為： inPSODR VNNVV ?? (41) 上式計(jì)算的 VDR 是在 理想情況下的理論計(jì)算值，然而二極管在實(shí)際運(yùn)行中的況并非如此簡單，二極管換流和恢復(fù)過程中會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓和振蕩過電壓，漏和引線電感在瞬變過程中產(chǎn)生的尖峰電壓，瞬時(shí)短路的情況更為嚴(yán)重。般選取整流管的反向電壓