中心議題：

• 蓄電池充電器總體設計方案
• 蓄電池充電器的控製與保護策略

解決方案：

• 采用了由半橋變換器
  、高頻變壓器和輸出整流濾波電路組成的半橋變換器
• 采用恒流充電和涓流充電

該航空蓄電池充電器為飛機某型號蓄電池專門設計，主要實現兩階段充電功能，即恒流充電狀態（以20A的大電流充電）和涓流充電狀態（以3A的小電流充電）。蓄電池充電器使用的工作電源為115V/400Hz的航空電源，充電器能在1小時內完成恒流充電，隨後以涓流狀態對蓄電池組進行充電直至充電結束，每個充電過程在2個小時內完成。

充電器總體設計方案


圖1充電器主電路結構框圖

航空蓄電池充電器的主電路如圖1所示
，電源變換器采用了由半橋變換器
、高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)組(zu)成(cheng)的(de)半(ban)橋(qiao)變(bian)換(huan)器(qi)
，該(gai)電(dian)路(lu)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，工(gong)作(zuo)可(ke)靠(kao)
，功(gong)率(lv)管(guan)為(wei)場(chang)效(xiao)應(ying)管(guan)，而(er)且(qie)開(kai)關(guan)管(guan)承(cheng)受(shou)的(de)電(dian)壓(ya)為(wei)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)
，故(gu)可(ke)在(zai)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)較(jiao)高(gao)的(de)場(chang)合(he)應(ying)用(yong)。通(tong)常(chang)高(gao)頻(pin)大(da)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)器(qi)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)一(yi)般(ban)都(dou)大(da)於(yu)15kHz

，為了使功率電路小型化
、減小失真並保持高的變換效率

，該充電器采用了20kHz的開關頻率。

3SG3525芯片介紹


圖2　SG3525芯片的結構圖

SG3525是美國通用公司的產品，如圖2所示
，內部電路主要由基準電源、振蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠電壓鎖定、輸出級
、軟ruan啟qi動dong以yi及ji關guan斷duan電dian路lu等deng組zu成cheng。基ji準zhun電dian源yuan是shi一yi個ge典dian型xing的de三san端duan穩wen壓ya器qi，精jing度du可ke達da，采cai用yong了le溫wen度du補bu償chang。作zuo為wei內nei部bu電dian路lu的de供gong電dian電dian源yuan，並bing可ke向xiang外wai輸shu出chu40mA電流。振蕩器由一個雙門限比較器
，一個恒流源及電容充放電電路組成
，在芯片外部由5腳對地接一電容器
，6腳對地接一電阻，5腳和7腳之間外接電阻即可構成該振蕩器。


圖3SG3525芯片各點的工作波形
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SG3525芯片各點的工作波形如圖3所示
，由誤差放大器輸出的電壓Ve與鋸齒波的交點可得一負的PWM信號。由PWM信號、時鍾信號及分相器輸出的Q(或)信號
，根據或非門的邏輯可得兩個或非門的輸出信號Va和Vb。由波形圖可以看出
，PWM比較器的反相輸入端電平越高，輸出脈衝Va和Vb的占空比越大；反之越小。根據這一規律來實現該控製器的調壓、軟啟動及保護功能。另外
，可以通過改變5腳和7腳之間的外接電阻的大小

，使時鍾脈衝寬度變化來實現死區大小的調節。

充電器的控製與保護策略

航空蓄電池充電器的控製原理框圖如圖4所示。芯片SG3525產生的兩路PWM波經過光耦隔離以後，被送入IR2130從而驅動開關管工作，由於充電器的負載為電壓時刻變化的航空蓄電池，因此在控製電路中還采用了電壓電流雙閉環控製、過流及過溫保護電路
，從而能保證充電器高效、可靠的完成整個充電過程。


圖4充電器控製原理框圖

該充電器的工作過程可以簡單的描述為：當充電器檢測到蓄電池兩端的電壓低於某一定值電壓（第一定值）時，充電器開始工作並進入恒流充電狀態，此時由外部的電壓傳感器和電流傳感器采集來的電壓、電流信號傳送到控製電路進行電壓
、電流雙閉環調節
，保持充電電流恒定；當充電電壓達到另一定值（第二定值）電壓時，蓄電池充電器進入涓流充電狀態
，當蓄電池充電器檢測到蓄電池兩端電壓不再發生明顯變化時，充電過程結束。

軟件設計

單片機係統以AD公司的數據采集係統芯片ADuC812為核心，采用單片機C語言進行編程，該芯片以8951為內核，集成了高精度的多通道ADC和DAC，具有在線可編程功能，該係統的主要功能是通過人機接口（按鍵
，LED顯示）來設置對蓄電池的充電電流的大小，用采集到的電流和電壓值與設定值進行數字式PID調節，以控製D/A輸出，並在充電的過程中實時顯示蓄電池電壓、電流值和充電時間。
　　
軟件設計的流程圖如圖5所示，在恒流充電階段，電壓傳感器產生的電壓信號、電流傳感器產生的電壓信號傳送到單片機以後
，單片機產生2V的D/A信號給調理電路，在檢測到蓄電池兩端電壓達到第二定值時
，充電器進入涓流充電階段，單片機電路產生較小的D/A值
，使蓄電池以較小的電流充電(涓流充電)，當檢測到蓄電池電壓不再上升（或者發生明顯的變化）時，單片機電路給出關斷充電器信號，蓄電池充電過程結束。


圖5充電器的軟件流程圖

試驗結果


圖6蓄電池充電過程示意圖

使用該蓄電池充電器對某型號航空蓄電池進行了充電試驗
，最大充電電流限製為30A，溫度限製值定為350C。蓄電池的初始電壓為20V
，充電開始時，充電器以20A的電流對蓄電池持續充電約58分鍾
，然後以較小的電流3A對蓄電池進行涓流充電，直至蓄電池電壓上升到32.45V時
，蓄電池兩端的電壓不再發生明顯的上升現象
，此時充電器停止充電，曆時150分鍾
，充電過程曲線示意圖如圖6所示。

本ben文wen提ti出chu了le一yi種zhong鎘ge鎳nie航hang空kong蓄xu電dian池chi充chong電dian器qi的de設she計ji方fang案an和he控kong製zhi原yuan理li，精jing確que實shi現xian了le恒heng流liu充chong電dian和he涓juan流liu充chong電dian功gong能neng，該gai充chong電dian器qi實shi現xian了le輸shu出chu與yu電dian網wang的de高gao頻pin電dian氣qi隔ge離li，充chong電dian效xiao率lv高gao
，使shi用yong方fang便bian，工gong作zuo穩wen定ding
，有you效xiao地di縮suo短duan了le充chong電dian時shi間jian，提ti高gao了le充chong電dian質zhi量liang，便bian於yu現xian場chang應ying用yong，滿man足zu航hang空kong蓄xu電dian池chi的de使shi用yong要yao求qiu
，現xian已yi經jing裝zhuang備bei使shi用yong，效xiao果guo良liang好hao。