充电电路的作原理

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0.1V。

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