盈科研发部谢平辉
关键字：电动车、铅酸电池、充电器
摘要：本文主要讲述电动自行车上使用的48V14AH铅酸蓄电池充电器的设计思路、原理、要点，本充电器具有激活电池，快速充电，自动转换，状态指示功能，最大充电电流2A，标准充是时间8小时。
铅酸电池因其成熟的技术，低廉的价格，大容量，大放电电流等优点，在社会生活中得到广泛的使用，缺点就是比较笨重，本文所讲的铅酸电池即指电动自行车上的48V14AH规格的铅酸蓄电池，它是由四节完全相同的12V14AH单节标准电池串接而成，本文中将其看成一个整体来考虑。
铅酸蓄电池组浮充电压稳压范围：90% ~ 130%直流标称电压；
铅酸蓄电池组充电压调整范围：90% ~ 125%直流标称电压；
恒流充电时，充电电流调整范围为：20% ~100% In；
额定电压为12V的电池终止放电电压为10.5V：4*10.5=42V；
蓄电池组（2.3~2.35）V*N限压值时,自动或手动转为恒压充电；（说明12V电池为6个基本单元，每单元2V组成，N为单元个数）(2.3~2.35)V*6*4=(55.2~56.4)V
电池的内阻约为0.2Ω
上述数据来源于网上。
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铅酸电池组整个充电过程为：小电流激活充电（全新电池和完全放完电的电池才有此过程）——大电流恒流充电——恒电压充电（电流渐渐变小）——涓流充电(浮充，In20%)。
以48V14AH正常放电的电池组为例，其充电过程中电池端电压实测曲线图：
此电压受充电器限制， | ||||||||
恒压充电段，电流变小，直到小于0.4A | 跳变区,电流为0,电压下降到电池静止电压 | |||||||
浮充区,电流为0.2A,电压基本恒定 | ||||||||
恒流2A充电段，时间与电池容量有关 | ||||||||
初始电压
42V
43V
44V
45V
60V
59V
58V
57V
56V
55V
54V
53V
52V
51V
50V
49V
46V
48V
47V
电池电压
T=0 1 2 3 4 5 6 7 8 （小时）N 已充满的电池再次接入大电流充电时，电池电压会迅速上升，时间大约在几十秒左右，这是因为在电池内部存在极化与反极化的动态平衡。电压曲线如下图
充电器模型方框图：
2A电流检测线性控制
电流采样
0．8A电流检测
2小时数字延时
CD4060
0．4A电流检测
电压控制
TL431
闭环控制反馈回路，强弱电隔离，PC817
电压采样
到电池
开关管驱动芯片，UC3842
启动电路
5V基准源
12V电源
辅助电源
主电源
电流变换器
功率变换
MOS管
市 电
整流滤波
风扇控制及状态指示灯，电源灯
一、开关电源
市电经过保险管F1后经普通的桥式整流形成约300V直流电源，电阻R1为启动电阻，在变压器没有工作前为UC3842提供电源；UC3842是一个功能全面的脉宽调制驱动芯片，内部集成有启动，过电压，过电流保护功能，输出脉冲的占空比可以在5%~90%之间自由调节。其中2脚为电压反馈脚，当输入电压比内基准电压高时，芯片输出由高变为低，3脚为电流反馈脚，当反馈电阻上的电压达到设定值时（约1V），芯片输出由高变为低；4脚外接的电阻R10，电容C10决定芯片输出的频率，大约在75K左右；功率管采用MOS管6N60C，具有高频，导通电阻小，电流大的优点。光耦作为强弱电隔离，确保用户安全。
变压器副边D8整流滤波后作为辅助电源供风扇、芯片等使用；通过电阻R15降压，稳压管ZD2稳压后，输出5.1V作为基准源；高频整流对管FML24S整流经E5滤波后输出55V主充电电压。
二、控制功能
1．主充电电压经R18，R17串联分压后送到U3 TL43控制PC817导通程度，调节及稳定输出电压；
2．当充电器工作时，由LM324第12、13、14组成的运放通过接入交、直流反馈后形成的放大器根据电流情况比例输出电压在0-12之间变化，同时控制光耦PC817导通情况，当电流变大时，14脚输出变低，光耦导通增强，反之减弱，确保充电电流不超过2A；
3．当电流大于0.8A时LM324第1、2、3比较器1脚输出高电平，复位CD4060芯片，计数器不工作；当充电电流下降到0.8A时，由LM324第1、2、3比较后从1脚输出低电平启动U4 （CD4060）工作；CD4060是一个14BIT的计数器，用于产生2小时的延时控制；C16、R41，R42与芯片产生1Hz的振荡信号作为CD4060的时钟源；当电池组的电流不能正常下降到0.4A的转折电流时，2小时以后自动转到浮充状态，完成充电过程。当Q14输出高电平后，通过D13，R43自动锁住CD4060计数。
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