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、duandianyaheneizuzaizhizaoheshiyongguochengzhonghuibukebimiandichanshengbuyizhidewenti，congerxingchengxudianchizuzaichongdianguochengzhongwangwanghuibujunheng
，jieguohuishixudianchizudeshiyongshoumingyanzhongsuoduan。benwentichuleyizhongxinxingdechongdianqishejifangan


，gelidesanlushuchufenbieduidangexudianchijinxingchongdian，tongshicaiyongxinxingdesanduanshichongdiankongzhifangfa。

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(tu)1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shiMOSFET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(tu)5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)。