中心議題：

• 蓄電池充電理論
• 三段式充電設計方案和實驗結果

解決方案：

• 三段式充電主電路設計
• 三段式充電驅動電路設計
• 三段式充電控製電路設計

shijianzhengming，yaobaozhengqiansuanxudianchideshiyongshouming，caiyongzhengquedechongdianfangfashifeichangzhongyaode
，xudianchichangchangbeicaiyongchuanliandefangshizuchengdianchizulaitigaoshuchudianya，xiangyingdejiukeyicaiyongchuanlianfangshijinxingchongdian。danshiyinqixudianchidedangerongliang、端(duan)電(dian)壓(ya)和(he)內(nei)阻(zu)在(zai)製(zhi)造(zao)和(he)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)地(di)產(chan)生(sheng)不(bu)一(yi)致(zhi)的(de)問(wen)題(ti)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)在(zai)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)往(wang)往(wang)會(hui)不(bu)均(jun)衡(heng)，結(jie)果(guo)會(hui)使(shi)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)嚴(yan)重(zhong)縮(suo)短(duan)。本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)充(chong)電(dian)器(qi)設(she)計(ji)方(fang)案(an)，隔(ge)離(li)的(de)三(san)路(lu)輸(shu)出(chu)分(fen)別(bie)對(dui)單(dan)個(ge)蓄(xu)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)
，同(tong)時(shi)采(cai)用(yong)新(xin)型(xing)的(de)三(san)段(duan)式(shi)充(chong)電(dian)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)。

1 充電理論

蓄電池在工作工程中主要具有3種工作狀態：放電狀態、充電狀態和浮充狀態。處於放電狀態時，蓄電池將儲蓄的化學能轉化為電能供給負載；充電狀態是在蓄電池放電之後進行能量儲蓄的狀態
，此種狀態下電能轉化為化學能存儲起來；浮充狀態則是蓄電池維持一定化學能存儲量所要保持的工作狀態，浮充狀態下的蓄電池的儲能不會因為自放電而損失。放電
、充電、浮充電3個ge狀zhuang態tai構gou成cheng蓄xu電dian池chi的de一yi個ge完wan整zheng的de工gong作zuo循xun環huan。傳chuan統tong的de充chong電dian器qi采cai用yong串chuan聯lian充chong電dian方fang式shi
，通tong過guo各ge個ge電dian池chi的de電dian流liu都dou是shi一yi樣yang的de。盡jin管guan采cai用yong了le三san段duan式shi的de充chong電dian方fang法fa，但dan是shi充chong電dian時shi能neng控kong製zhi的de電dian壓ya隻zhi是shi電dian池chi組zu的de串chuan聯lian電dian壓ya，仍reng然ran伴ban有you電dian池chi組zu充chong電dian不bu均jun衡heng並bing且qie擴kuo大da的de現xian象xiang。蓄xu電dian池chi工gong作zuo狀zhuang態tai曲qu線xian如ru圖tu1所示。因此在此基礎上采用一種新的解決方法。

2 改進設計方案

2.1 主電路
改進的新型充電器主電路，如圖2所示。前級采用軟開關不bu對dui稱cheng半ban橋qiao實shi現xian了le多duo路lu的de隔ge離li輸shu出chu
，並bing且qie利li用yong自zi身shen產chan生sheng的de寄ji生sheng參can數shu
，實shi現xian諧xie振zhen式shi零ling電dian壓ya軟ruan開kai關guan以yi此ci減jian小xiao開kai關guan的de損sun耗hao，同tong時shi也ye避bi免mian了le因yin變bian壓ya器qi漏lou感gan而er帶dai來lai的de電dian壓ya尖jian峰feng。後hou級ji采cai用yong成cheng熟shu簡jian單dan的deBuck電路拓撲，實現降壓並用此來滿足三段式充電的要求。

要實現不對稱半橋的軟開關
，不對稱半橋的參數設計需要滿足以下2個條件
，即：

式中：Zn為特性阻抗
，；D為開關管Q1的占空比
；C為開關管Q1和Q2的寄生電容；ωk為諧振角頻率
；Lk為變壓器初級漏感；I0為負載總電流
；td為死區時間；n為變壓器初、次級匝比。
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2.2 驅動電路
不對稱半橋驅動電路
，如圖3所示。驅動集成芯片采用IR公司的IR2103，其輸出級作為推挽驅動輸出，以直接耦合的方式與主電路的開關管相連接，由HO和LO的輸出分別作為驅動橋式電路的上、下橋臂。為了實現上橋臂驅動電路的地電位與主電路的同步浮動，采用由DB和CB組成的外接自舉電路。

二極管DB的耐壓決定式為：

式中：Uc為驅動電源的電壓；Ud為不控整流輸出的電壓。DB的電流容量
，JDm的決定式為：

式中：fs為器件開關頻率
；Qg為MOSFET柵荷。

自舉電容應能保證器件開通具有足夠的柵荷，則其容量需滿足：

式中：KB為安全係數，KB>1；UR為沿CB放電回路外壓降的總和。

為了減小DB的反向恢複電流，進一步減少存儲進驅動電源的電荷量，本文中的DB采用快速恢複二極管。Buck電路開關管的驅動電路，如圖4所示。

當(dang)驅(qu)動(dong)門(men)極(ji)的(de)輸(shu)出(chu)為(wei)高(gao)電(dian)平(ping)時(shi)，隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)驅(qu)動(dong)側(ce)電(dian)容(rong)能(neng)夠(gou)防(fang)止(zhi)直(zhi)流(liu)分(fen)量(liang)流(liu)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)初(chu)級(ji)
，而(er)另(ling)一(yi)側(ce)電(dian)容(rong)和(he)二(er)極(ji)管(guan)能(neng)夠(gou)把(ba)電(dian)壓(ya)變(bian)為(wei)單(dan)極(ji)性(xing)。同(tong)時(shi)兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)的(de)取(qu)值(zhi)至(zhi)少(shao)是(shi)MOSFET器件本身的門極電容的10倍。

2.3 控製電路
Buck控製采用了最大占空比為100％的UC3842芯片，不對稱橋控製采用了最大占空比為50％的UC3844芯xin片pian。同tong時shi兩liang級ji電dian路lu都dou采cai用yong電dian壓ya型xing的de控kong製zhi。不bu對dui稱cheng橋qiao采cai用yong的de是shi前qian饋kui控kong製zhi，當dang輸shu入ru的de電dian壓ya有you波bo動dong時shi
，占zhan空kong比bi能neng夠gou相xiang應ying調tiao整zheng
，以yi保bao證zheng前qian級ji的de輸shu出chu基ji本ben不bu變bian

，如ru圖tu5所示。

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後級Buck控製電路能滿足三段式充電的要求，Buck控製電路，如圖6所示。

3 實驗結果

充電過程進行了180 min

，每隔5 min記錄充電電壓、電流1次，並用Matlab擬(ni)合(he)。實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，該(gai)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)並(bing)聯(lian)均(jun)衡(heng)充(chong)電(dian)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)了(le)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)不(bu)均(jun)衡(heng)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)造(zao)成(cheng)的(de)傷(shang)害(hai)，有(you)效(xiao)保(bao)護(hu)了(le)電(dian)池(chi)
，延(yan)長(chang)其(qi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)曲(qu)線(xian)如(ru)圖(tu)7所示。實驗波形如圖8和圖9所示。

4 結語

本ben文wen分fen析xi了le傳chuan統tong的de串chuan聯lian三san段duan式shi充chong電dian器qi充chong電dian不bu均jun衡heng的de產chan生sheng及ji其qi擴kuo大da的de原yuan因yin
，並bing且qie據ju此ci改gai進jin了le充chong電dian器qi的de主zhu電dian路lu結jie構gou，優you化hua了le控kong製zhi方fang案an。設she計ji了le一yi種zhong新xin型xing的de可ke對dui鉛qian酸suan蓄xu電dian池chi實shi現xian三san段duan式shi充chong電dian的de方fang案an
，大da大da提ti高gao了le蓄xu電dian池chi組zu的de充chong電dian效xiao率lv，有you效xiao地di保bao護hu了le電dian池chi
，並bing且qie延yan長chang了le電dian池chi組zu的de使shi用yong壽shou命ming。