充电电路的工作原理

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1、充电电路工作原理蓄电池与逆变器对直流电源的要求不同：逆变器要求直流电源提供稳定电压；蓄电池要求直流电源提供的电压能随着蓄电池的充电过程而变化。为了解决蓄电池、 逆变器对直流电源的不同要求， 故 UPS 分别设置整流器及充电电路。根据 UPS 容量大小、工作方式不同，充电电路可分为恒压充电、恒流充电、分级充电等电路。介于充电电路在整个系统中的重要作用，我做了多方面的考虑，最后决定采用高压快速充电电路。在此所用的高压快速充电电路不但解决了 UPS 内部蓄电池的快速充电问题，而且解决了一般不能快充外接蓄电池的问题。工作原理分析：该电路适用于长备用时间、大容量蓄电池的充电。它由以下几个部分组成：（ 1

2、）加电电路在不加交流输入电压时，继电器J2的中间触点 斗和b2相连，如果这时开关 K 是闭合的，那么外加蓄电池电压就和 UPS 内部蓄电池形成并联结构，此时控 制电路由于没有电源而不能工作。当市电电压 220V 加到输入端时， 由于继电器J1 的触点处于断开状态， 因而交流电压 220V 就不能加到变压器T1 上。当按下按钮N1 时， J1 被激励，触点J1 闭合。这时电流经限流电阻 Rx 加到变压器T1 上，等到变压器初级绕组的电压达到一定值时，J3被激励，触点闭合，将电阻Rx短路。在交流220V加到输入端的同时，J2被激励，继电器触点a2转接到C2,于是电池组电压UB经R2、 VD6 加到

3、控制电路上。 N2 为按断开关，在未按下开关N2 时其处于闭合状态将两个单结晶体管振荡器的发射扳旁路，故振荡器不工作，电路处于静止等待状态。加电电路中之所以加入了J3和Rx环节，是因为一般电源变压器的匝间电容使加电前沿的电流被旁路，磁通不能马上建立起来，形成很大的短路电流。如未变压器容量再增加，这种启动瞬间短路电流就会更严重。因此，在加电前瞬间用电阻Rx限流，当变压器上电压升到一定值时，再将Rx短路就可避免这种情 况的发生。当按下开关N1瞬间，由于有上述的过程，最好不要马上供电。在N2被按下, 该开关处于断开状态，电容C5 的充电能延缓振荡器的起振，只有当C5 上电压上；升到一定值时，振荡器才

4、开始工作。（ 2）振荡电路Q1、R4、R5和C2、T2, Q2、R9、R10、C3和T3组成了两套单结晶体管振荡器。之所以采用单结晶体管方案，是因为它电路简单而且能瞬时给出大的触 发功率，可直接驱动可控硅。在需要给蓄电池组充电的情况下，单结晶体管振荡器呈连续振荡，其波形 图如下图图2. 7单结晶体管振荡器波形Ue为发射极波形，ebi为第一基极bl的输出波形，其振荡周期可用下式表 示：1 ,、T ReCem（2-2-10）式中，T为振荡周期（s）, RE为接在单结管发射极的电阻（Q）,这里是R5和 R9, CE为单结管射极的电容（F）,这里是C2和C3,为单结管的分压比。由基极变压器将控制脉冲加

5、到主回路可控硅的控制极上。单结管振荡器的发射极各与两个并联运算放大器的输出相连，因而它们的 工作状况受相应运算放大器的控制，振荡脉冲的有无与疏密随着相应运算放大 器的工作状态而改变。（3）测量与控制电路1）限流与恒流控制电路蓄电池经过一定时间的放电进行再充电时，初始充电电流很大，所以要进 行限流，即在充电电流超过其规定值以前，将其恒定在规定的限流值上。由图中可以看出，运放 Ui的4端和6端均接基准电压，即 U1-4=Ui-6,而 Ui-5=Ui-7的电压为两个电压之差，即U1-5=U1-7=U 1-5B=Ui-5A Ui-AB在上面的式子中，U1-5A为U1引脚5至A点电压，U5B为U1引脚5

6、至B点的电 压， U1-AB 为充电期间，充电电流在导线BA 上形成的压降，其方向和原来不充电时风上的电压极性相反。Ui-5 U1-4运放 U1（LM339 ）输出开路，不影响振荡器工作。一旦充电电流很大时， 则U1-5=U 1-5A U1-AB=U 1-5A I 充 RAB接近了U1-4=U1-6 值，运放进入放大状态，其输出就对两单结管发射极产生了旁路作用，从而降低了 C2及C3的充电速度，降低了脉冲频率，延迟了对可控 硅的触发时间，调整了导通角，达到了限流恒压充电的目的。2）电压测量与控制电路由图中可以看出，和运放U1的两输出端1、2并联的还有U2的两个运放输出端 1、 2，这就是电压的

7、测控环节。在高压充电电路的电路设计中是这样规定的：当充电电压在预设值以下时，运放的输入端电压U2-4 = U2-6U2-5 和 U2-7所以比较器U ； 的这两个输出端是开路状态， 两个振荡器都正常工作。 当充电电压UB达到第一限值时，U2的6端电平大于7端电平，则1端输出低电子， 振荡管Q2的发射极被嵌位，于是由 Q2构成的单给管振荡器停振，对应的可控 硅 VT2 截止，快充结束，只剩下浮充（实际上这时仍是快充，不过其平均充电电流减半）。当充电电平达到第二限值时，比较器U2的U2-4U2-5,使该组件为放大或开关状态，开始对第二只可控硅VT 1 进行相控，同时电压 UB 就稳定在这个电平上，

8、电压变化小于 0.1V。4）冷却控制电路这里采取的是强迫风冷。我们考虑到很多要求长备用时间的 UPS 电源是昼夜 24 小时开机的，但充电电路在大部分时间内都处于浮充状态，平时并不需要让风机始终工作在强风冷却状态。为了延长风机的寿命，加入了冷却控制电路，由比较器 U1 的输入端8、 9 脚将信号引入，在电路进行全充电时， U1 的输出端14脚为低电平，所以比较器U2的输入电平U2-8U2-9,其输出端14脚输出低电平，使Q4截止，其中心触 点与降压输出相连接,于是风机 FAN 作降压运行，风力减弱，从而减轻了风机的磨损 ,节省了电力，降低了噪声。5）主回路主充电回路主要包括两只可控硅和两只二极

9、管整流器。为了提高触发效 率和进行隔离，采用了脉冲变压器隔离触发，在可控硅控制极的二极管是用来 对控制脉冲进行整形的。6)用继电器输出，实现了充电时与逆变器的隔离。 充电电路中各主要多数的计算(1)交流指示图中采用的10mA/1. 5V正向压降的发光二极管指示状态R1220V 22k10mA(2-2-11)一 2 一 一R I R 2.2w(2-2-12)(2) Rx根据不同变压器容量取不同值， 在这里我们的参数是10kVA,16块电池 (12X16=192V),浮充电压(设电池每单元浮充电压为 2.25V, 一个12V电池 由六个单元构成)U浮=(2. 25 X 6) X 16 = 216V

10、,熔断丝 Rd取6A ,则：U 220Rx 36(2-2-13)I rd 6功率Px=IU =6 * 2 20 = 1320W(2-2-14)实际上，Rx的使用只是一瞬间的事情，甚至来不及发热，J3已将其旁路了。为了保险起见，取10W足够了。(3) J1, J2和J3均取绕组电压为220V,触点电流为相应容量的继电器就 可以了。(4)稳压管DW8、 DW9的选取：使 Uds+ Ud= 24V,电流取10mA。其余各稳压管 均取 2CW54 (2CW13)型 6V/10mA 即可。(5)单结管振荡器图中单结管选用了 500mw的BT33F,由表查得 ”在0. 65085之间， 取0 75,其振荡

11、周期为 1T RECEIn 1.39ReCe(2-2-15)1振荡周期较短可提高稳压精度，但不太显著；而较长其影响却非常显著, 取振荡频率为IkHz左右就可以了。若取T = 1ms,则TReCe1.391*10 330.719* 10(2-2-16)根据触发脉冲的宽度，取CE=0. 1后就够了，故Re一 一 一 3也&* 7,19k_ 60.1 10(2-2-17)1.39(2-2-#)R14W2取8. 2kQ0由于功率很小，取l/4W就可以了。以下的计算，如无特殊说明， 均取1/4W。(6)限流环节可以将其 则因为基准电压为6V,即运放Ui的4脚与6脚电压为6V,只要电位器 Wi 5脚、7脚

12、电压调到6. 5V即可，为此取通过 R7、W1的电流为lmA,(2-2-18)24V 24k1mA那么UAupR7 W1W1(2-2-19)于是取标称值6.W18kQ,upR7 W1 UAR7=24-6.248=17.24 6k(2-2-20)2k0,取18kQ0取18kQ验算是否Up6V。因为UpW1UaR7 W16.824 6.6V(2-2-21)24.8所以满足要求。(7)电压测控环节此电路电压分两挡控制，第一档为电池开始冒泡电压，第二挡为每单元电池达到2.25V电压。不同型号和不同厂家的电池其冒泡电压有所区别。对于开放式半密封胶体电池来说，通过加电过程的观察，按实际情况定；而对密封电池

13、, 每单元电压按2V计算。设胶体电池在充电电压使每个单元电压达到2.25V时为第一限，这时的充电电压为Ub= (2.25 * 6) * 16= 216V(2-2-22)仍设电阻臂电流为lmA,并设M点电压在216V充电电压时，Um = 6V,于3 216k 1mAW2R14 W2 UM 216 6 k (2-2-24)UB216取标称值6. 8kQ,则Ri4=216-6=210kQ,为使取值和第二限值统一，考 虑给 W2以较大的调节范围，故取 Ri4=210kQo只要保证在第一限值 216V以 前 Um 6V,在第二限值(2. 3 * 6) *16=220.8V 以前 Un 6V就可以了。为此

14、，对上述两条分别作一个计 算，即只要保证将 W2=W3=6.8k Q全值投入后，在216V充电电压时，M点分压 大于6V就可以了。第二种计算就不需要了，因为 216V时，Um6V, 220.8V 时当然更大于6V 了。该计算是：(2-2-25)W2c6.8UM2?UB 216 6.8 6VR14 W26.8 210计算结果满足要求。因此，只需根据要求把电位器值适当调小就可以了。(8)低压准备停机测量环节当电池放电时，原来充入的电荷会慢慢消耗，当电池组端电压降到一定值 时，就应停止再放电，否则将会损害电池。这里设每个单元电压低到1.75V (这 对多种电池都留有余量)时，R18上的电压UR18 6V,使比较器U2的输出端13给出低电位，低压警告指示灯亮。同样设在每个单元电压为1.75V时，电阻臂R17、R18流过1mA电流，则：1.75 6 16VR17 R18 168 k(2-2-26)1mA6R18R17 R18 6k 取 6.2k Q (2-2-27)168R17R7 R8R8 161.8k 取 168k Q (2-2-28)那么Ra