充电电路地工作原理
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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)加电电路
在不加交流输入电压时,继电器J2的中间触点a2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R x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R x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R x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R x限流,当变压器上电压升到一定值时,再将R x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,振荡器才开始工作。
(2)振荡电路
Q 1、R 4、R 5和C 2、T 2,Q 2、R 9、R 10 、C 3和T 3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
所示:
图2.7 单结晶体管振荡器波形 U e 为发射极波形,eb 1为第一基极b 1的输出波形,其振荡周期可用下式表示:
η
-=11In T C R E E (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(Ω),这里是R 5和R 9,CE 为单结管射极的电容(F ),这里是C 2和C 3,η为单结管的分压比。 由基极变压器将控制脉冲加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U 1的4端和6端均接基准电压,即U1-4=U 1-6,而U 1-5=U 1-7的电压为两个电压之差,即
U 1-5=U 1-7=U 1-5B =U 1-5A -U 1-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。
U1-5>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=U1-5A-U1-AB=U1-5A-I充R AB
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U l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=U2-6 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U B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U2-4≥U2-5,使该组件为放大或开关状态,开始对第二只可控硅VT1进行相控,同时电压UB就稳定在 这个电平上,电压变化小于。 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U2-8<U2-9,14脚输出高电平,经VD14去驱动Q4,从而继电器J4被激励,其中心触点将风机FAN接入220V全电压电路,进行强风冷却。当蓄电池电平达到第一限值时,U1的14脚输出高电平,则比较器U2的U2-8>U2-9,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