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buduichengbanqiaoshixianleduoludegelishuchu，bingqieliyongzishenchanshengdejishengcanshu
，shixianxiezhenshilingdianyaruankaiguanyicijianxiaokaiguandesunhao，tongshiyebimianleyinbianyaqilouganerdailaidedianyajianfeng。houjicaiyongchengshujiandandeBuck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UC3844xinpian。tongshiliangjidianludoucaiyongdianyaxingdekongzhi。buduichengqiaocaiyongdeshiqiankuikongzhi，dangshurudedianyayoubodongshi
，zhankongbinenggouxiangyingtiaozheng
，yibaozhengqianjideshuchujibenbubian，rutu5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tu7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。