一种单片机控制的大功率铅酸电池充电器设计

随着全球环保意识的增强，使用铅酸电池的各种车辆不断进入人们的视野，然而目前世界上用于铅酸电池的充电器却是五花八门。这些充电器造成铅酸电池过充或充电不足的现象时有发生，后果是铅酸电池的使用寿命降低。在大功率铅酸电池充电器的设计中，减小功率损失，按照经验的优化曲线实现充电，是保障铅酸电池使用寿命的理想方法。为此,笔者设计一种单片机控制的实用大功率铅酸电池充电器。

1 充电器的硬件结构

在充电器初级回路的主电源设计中，采用了PFC＋移相全桥的拓扑结构，在充电器次级回路设计中，为了实现对电池状态的监控，并能按照经验的优化曲线对电池进行充电，加入了单片机控制。这种充电器的硬件结构框图如图1所示。

在充电器的输入回路中，加入了功率因数校正(PFC)电路，控制芯片IC选用ST公司的L4981，该IC芯片采用连续功率因数修正(CCM)的控制方式，即平均电流控制模式。在实际应用中，这种控制方式在输出大于250W的升压电路中有明显的优势，因此在设计大功率铅酸电池充电器的输入电路中常采用这种控制模式。其控制模式电路示意图如图2所示。图中，Vin为市电经整流后的直流电压，Vs为控制芯片IC内部振荡器输出信号，Ip是控制芯片IC内部的精密电流源提供的功率限制电流，电流放大器的输出Vc取决于取样电阻Rp的大小即Vp的大小，所以PFC的功率输出也就取决于Rp的大小。电路中电流放大器输出信号Vc、振荡器锯齿波信号Vs和流过升压电感的电流信号IL的关系如图3所示。

从图中可以看出：在时间区间ab段或cd段等奇数时间段，Vc的电压波形在和Vs交错前必须是负的斜率，而Vs必须是正斜率，并且必须交错，否则PFC输出信号无法得到控制。而在bc段或da段等偶数时间段，电压Vc和Vs都是正斜率，但是Vc的斜率必须比Vs要小，这样二者才能交错，否则PFC输出信号也无法得到控制。因此在设计控制电路时，必须按照这些要求来选择外围电路，否则电路将不动作或失去控制。这种控制方式的实际应用电路图如图4所示。

图中，Vin为市电经整流后的直流输出电压。实践证明，上述应用线路可以做到上千瓦的功率输出，并且转换效率可达到92%以上。在输出功率为360W左右时测量的PF值和THD值如表1所示。

作者：祁小辉, 郭绪阳， 周凤荣   来源：电子技术应用