一種單片機控制的大功率鉛酸電池充電器設計

隨著(zhù)全球環(huán)保意識的增強，使用鉛酸電池的各種車(chē)輛不斷進(jìn)入人們的視野，然而目前世界上用于鉛酸電池的充電器卻是五花八門(mén)。這些充電器造成鉛酸電池過(guò)充或充電不足的現象時(shí)有發(fā)生，后果是鉛酸電池的使用壽命降低。在大功率鉛酸電池充電器的設計中，減小功率損失，按照經(jīng)驗的優(yōu)化曲線(xiàn)實(shí)現充電，是保障鉛酸電池使用壽命的理想方法。為此,筆者設計一種單片機控制的實(shí)用大功率鉛酸電池充電器。

1 充電器的硬件結構

在充電器初級回路的主電源設計中，采用了PFC＋移相全橋的拓撲結構，在充電器次級回路設計中，為了實(shí)現對電池狀態(tài)的監控，并能按照經(jīng)驗的優(yōu)化曲線(xiàn)對電池進(jìn)行充電，加入了單片機控制。這種充電器的硬件結構框圖如圖1所示。

在充電器的輸入回路中，加入了功率因數校正(PFC)電路，控制芯片IC選用ST公司的L4981，該IC芯片采用連續功率因數修正(CCM)的控制方式，即平均電流控制模式。在實(shí)際應用中，這種控制方式在輸出大于250W的升壓電路中有明顯的優(yōu)勢，因此在設計大功率鉛酸電池充電器的輸入電路中常采用這種控制模式。其控制模式電路示意圖如圖2所示。圖中，Vin為市電經(jīng)整流后的直流電壓，Vs為控制芯片IC內部振蕩器輸出信號，Ip是控制芯片IC內部的精密電流源提供的功率限制電流，電流放大器的輸出Vc取決于取樣電阻Rp的大小即Vp的大小，所以PFC的功率輸出也就取決于Rp的大小。電路中電流放大器輸出信號Vc、振蕩器鋸齒波信號Vs和流過(guò)升壓電感的電流信號IL的關(guān)系如圖3所示。

從圖中可以看出：在時(shí)間區間ab段或cd段等奇數時(shí)間段，Vc的電壓波形在和Vs交錯前必須是負的斜率，而Vs必須是正斜率，并且必須交錯，否則PFC輸出信號無(wú)法得到控制。而在bc段或da段等偶數時(shí)間段，電壓Vc和Vs都是正斜率，但是Vc的斜率必須比Vs要小，這樣二者才能交錯，否則PFC輸出信號也無(wú)法得到控制。因此在設計控制電路時(shí)，必須按照這些要求來(lái)選擇外圍電路，否則電路將不動(dòng)作或失去控制。這種控制方式的實(shí)際應用電路圖如圖4所示。