船用铅酸电池充电器设计研究.pdf

Vol.32No.72012.7
电故木应用研究
船用铅酸电池充电器设计研究
骆海峰陈远江
(1.中国船舶重工集团公司第七二研究所,武汉430064:2.武汉军械士官学校,武汉430075)
摘要:蓄电池是国民经济以及国防建设的重要能源,充电技术也成为了其关键技术。单片机又以其低廉的
成本,灵活的控制方式而得到业界的青睐,十分适于作为充电控制器使用。本文以PIC16F876单片机为核
心的充电系统为例,通过对该集测量与控制为一体的智能化快速充电系统实际的开发和应用,证明了此方
法具有很多优点,目前可以在多个项目中进行很好的应用。
关键词:电池充电开关电源单片机
中图分类号:TM912
文献标识码:A
文章编号:1003-4862(2012)07~-0061-04
Design and Research on Charger for Marine Lead Acid Batteries
Luo Haifeng Chen Yuanjiang
(1. Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China;
2. Wuhan Ordnance NCO Academy of PLA, Wuhan 430075, China)
Abstract: Battery is considered as important energy in national economy and defence construction, so
charging is a key technology. Chip microcomputer has many advantages such as lower cost and flexible
control and it can be used as charger controller. The intelligent quick charge system with functions of
mearsure and controlling based on PIC1 6F876 in the paper has many merits and it has been widely used in
many fields.
Keywords: battery charge, switching power supply; MCU controller
0引言
准,设计两阶段充电、双LED显示、带MCU电
自1859年法国物理学家普兰特( Plante)发池管理。输出防火花、带反接保护、可恢复短路
明了铅酸蓄电池至今已有140年的历史。铅酸蓄
保护高可靠性12V、50A铅酸电池充电器。
电池有着成本低,适用性宽,大电流放电性能良1充电器的系统设计
好,单体电池电压高,并可制成密封免维护结构
等优点叫,被广泛地应用于各个领域中。在许多
充电器的设计方式基于可靠性的考虑,结构
行业的发展中,也迫切需要容量大、循环寿命长
上采用型材外壳,输入采用线材连接,输出采用
充电时间短、价格低的蓄电池。常规充电制度是
无连接线的刚性连接。且输入输出在同一侧。散
热方式采用一整块型材散热片放置于PCB板的
依据1940年国际公认的经验法则设计的。其中最
著名的就是“安培小时规则”:充电电流安培数,
底面,所有功率器件均用此散热片散热。同时外
不应超过蓄电池待充电的安时数。一般来说,常?一到两个风扇。
充电器的主拓朴电路采用单级有源功率因素
规充电有以下三种?:恒流充电法、阶段充电法
和恒压充电法。本文基于 USCF CFR183.410标
校正加双管正激变换器。其中输入采用两级共模
滤波,PFC采用 Boost变换器,外加无源无损吸
收稿日期:2011-9-19
收电路,控制芯片UC3854A,采用固定频率平均
作者简介:骆海峰(1971-),男。研究方向:船舶电气电流型控制。DC-DC变换器部分采用单个双管正
产品
激变换器,控制芯片UC3845A,采用带斜率补偿
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万方数据
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峰值电流型控制。
引起两个开关同时导通,电路将受到破坏性的中
MCU管理部分的主控芯片选用PIC16F876。断。这个问题对于船用环境的电源来说至关重要,
具有通过RS232和上位机通讯功能,电池浮充电而双管正激电路可以避免这个问题。
压温度补偿功能、充电过程中电池电压电流采样
双管正激变换器的原理图如图1所示。双管
功能、恒压恒流基准调节功能、充电及故障状态正激电路的工作可以分为三个过程:导通阶段、
指示功能、不同种类电池手动选择功能等
变压器磁复位阶段和死区阶段。在导通阶段,原
充电器保护功能设置输入启动浪涌保护功边的两个开关同时导通,而两个二极管截止,能
能、输入电压过欠压保护功能、PFC输出电压过量从输入端向输出端转移。在变压器磁复位阶段,
欠压保护功能、电池反接保护功能、充电器输出原边的两个二极管此时导通,使变压器绕组承受
过压、过流、短路保护功能、过温保护功能。
反相的輸入电压,经过与导通时相等的磁复位
时间,可以实现变压器磁复位。当变压器完全复
2主回路系统设计
位后,变换器工作在死区阶段,即原边无电流、
功率因数是衡量电气设备的一项重要指标。副边续流。在复位过程中,双管正激开关管被箝
功率因数低的设备,将严重影响船舶电网电能品位在输入电压。开关管上的电压应力小于单管正
质,影响其他用电设备的安全经济运行。在电源激,可以选取耐压值低一倍的开关管。这样我们
的设计中,APFC一般是优先考虑的矫正方法
可选取具有低导通电阻 Rdson的低电压
本文采用 boost作为基本APFC拓扑。本项目功 MOSFET,以获得低损耗。
率水平较高,应采用CCM控制方案。此方法被
对于双管正激开关管,可以选择较低的耐压
广泛采用,其特点为简单电流型控制,PF值高,值,故本项目选IRFP460A作为主开关管,续流
总谐波失真系数THD小,效率高。它具有以下二极管由于有反向恢复的要求,选用高效整流二
优点刚;电路中的电感工适用于电流型控制;由极管MUR460作为续流二极管。
于升压型APFC的预调整作用在输出电容C上保
双管正激的变压器设计与普通正激变压器设
持高电压,所以电容C的体积小、储能大;在整计基本类似,根据功率段选定磁芯为Core:
个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因EE5S/55A,其基本参数为:C1=0.34989mm1
数;输入电流连续,并且在 APEC开关瞬间输入L=124mm,A=353mm2,7=43700mm
电流小,易于EMⅠ滤波:升压电感L能阻止电压、A。=352m2,Amnm=352mm2,A=400mm2
电流的瞬变,提高了电路的可靠性。
AwA=14.12cm4,218g/pair,z-1880。考虑效率
70%, P=854.7W,取开关频率产100kHz,
太D1
△B=0.2 Tesla,则
AP=(854.7/0.014×0.2x100000)1.333=4.43cm
根据N=Ex108/4 XBXACX/,则原边距数
Lf
Np
Vr=4