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理士蓄电池12V150AH

在使用UPS供电系统的过程中，人们往往片面地认为蓄电池是免维护的而不加重视。然而有资料表明，因蓄电池故障而引起UPS主机故障或工作不正常的比例大约为1/3。由此可见，加强对UPS电池的正确使用与维护，对延长蓄电池的使用寿命，降低UPS电源系统故障率，有着越来越重要的意义。除了选配正规品牌蓄电池以外，应从以下几个方面入手正确地使用与维护蓄电池：

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 (1)保持适当的环境温度。影响蓄电池寿命的重要因素是环境温度，一般电池生产厂家要求的环境温度是在20℃～25℃之间。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高，但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。据试验测定，环境温度一旦超过25℃，每升高10℃，电池的寿命就要缩短一半。目前UPS所用的蓄电池一般都是阀控式密封铅酸蓄电池，设计寿命普遍是5年，这在电池生产厂家要求的环境下才能达到。达不到规定的环境要求，其寿命的长短就有很大的差异。另外，环境温度的提高，会导致电池内部化学活性增强，从而产生大量的热能，又会反过来促使周围环境温度升高，这种恶性循环，会加速缩短电池的寿命。

 (2)定期充电放电。UPS电源系统中的浮充电压和放电电压，在出厂时均已调试到额定值，而放电电流的大小是随着负载的增大而增加的，使用中应合理调节负载，比如控制计算机等电子设备的使用台数。一般情况下，负载不宜超过UPS额定负载的60％。在这个范围内，蓄电池就不会出现过度放电。

 UPS因长期与市电相连，在供电质量高、很少发生停电的使用环境中，蓄电池会长期处于浮充电状态，时间长了就会造成电池化学能与电能相互转化的活性降低，加速老化而缩短使用寿命。因此，一般每隔2～3个月应完全放电一次，放电时间可根据蓄电池的容量和负载大小确定。一次全负荷放电完毕后，按规定再充电8小时以上。

 (3)利用通讯功能。目前，绝大多数大、中型UPS都具备与微机通讯和程序控制等可操作功能。在微机上安装相应的软件，通过串/并口连接UPS，运行该程序，就可以利用微机与UPS进行通讯。一般具有信息查询、参数设置、定时设定、自动关机和报警等功能。通过信息查询，可以获取市电输入电压、UPS输出电压、负载利用率、电池容量利用率、机内温度和市电频率等信息；通过参数设置，可以设定UPS基本特性、电池可维持时间和电池耗尽告警等。通过这些智能化的操作，大大方便了UPS及其蓄电池的使用管理。

 (4)及时更换损坏的电池。目前大中型UPS配备的蓄电池数量，从3只到80只不等，甚至更多。这些单个的电池通过电路连接构成电池组，以满足UPS直流供电的需要。在UPS连续不断的运行使用中，因性能和质量上的差别，个别电池性能下降、储电容量达不到要求而损坏是难免的。当电池组中某个或某些电池出现故障时，维护人员应当对每只电池进行检查测试，更换损坏的电池。更换新的电池时，应该力求购买同一厂家同一型号的电池，禁止密封电池和非密封电池、不同规格的电池混合使用。■

 铅酸蓄电池由于其有容量大、价格低等一系列优点,在UPS、报警备用电源系统、电信设备备用电源系统等场合得到了广泛的应用。这里介绍两种采用由UC3909组成的铅酸蓄电池充电器电路。

(上接75期p.48)

(1)采用UC3823和UC3909的铅酸蓄电池充电电路2的工作原理分析

     下面以图8和图9所示的充电器电路为例介绍铅酸蓄电池充电器电路的工作原理。

     图8所示电路中的充电器采用峰值电流控制方法,采用UC3823控制集成电路,电路的开关工作频率和导通时间由外接元件RT1、RT2和CT的参数决定,电容CSS的参数决定充电器电路的软启动时间,元器件Rcs,R1,R2,R3,CEB和OI-B组成充电器电路的反馈控制电路和斜坡形成电路,电容C3是UC3809的供电旁路电容,元器件R4、B1和C2组成UC3809的电源供电电路,电阻RSN1、CSN1、RSN2、CSN2和DSN组成吸收电路。

     图9所示的电路由UC3909组成,D4和C4组成电路的供电电路,当充电器电路没加电时,利用晶体管VT2、VT3、电阻R6和R7将蓄电池和电压取样分压电阻电路断开,由电阻RG1～RS4组成的电阻取样分压电路用于决定充电器电路的阈值电压,而电阻ROVC1和ROVC2用以决定充电器电路从大电流充电到浮充电工作状态的转换电流电平控制。

图8  采用UC3823和UC3909的铅酸蓄电池充电电路(初级侧)

     为了不致使在充电器电路未加电的情况下引起蓄电池的放电,在充电器电路未加电时,由UC3909组成的电路不工作,一旦供电电压加到了充电器电路,这时充电器电路通过启动电阻R4和启动电容C2为UC3909提供启动工作电流,一旦UC3909达到了它的导通阈值电压,则电路开始为软启动电容充电(CSS),一旦软启动电容上的电压被充电至0.7V,这时UC3823开始输出驱动脉冲信号,一旦CSS上的电压达到1.7V,这时UC3823的输出驱动脉冲信号的脉冲宽度达到,这时UC3823和UC3909的自举升电压电路进入正常工作状态,UC3823和UC3909进入正常工作状态,这时充电器电路也进入正常工作状态。

(2)铅酸蓄电池的四个充电工作状态

     利用图8和图9的隔离开关型铅酸蓄电池充电电路,UC3909可以实现铅酸蓄电池的四个充电状态充电电路的控制。这四个充电状态分别为涓充电、大电流充电、过充电和浮充电,这四个充电状态如图4所示,下面对这四个充电状态分别加以介绍。

①铅酸蓄电池的涓充电

     在铅酸蓄电池的涓充电期间(T0～T1),铅酸蓄电池的充电电流取的比较小,一般取C/100(ITC),涓电流充电一直持续到铅酸蓄电池的充电到达了它的预先设定的阈值电压(UCHGENB)。采用涓充电的目的是为了避免对有损坏的铅酸蓄电池的连续大电流充电而产生的不利影响,需注意的是,根据充电器电路加电后电池电压的情况,可以跳过涓充电的充电状态。在一些应用场合下,对铅酸蓄电池的充电可以不采用涓充电工作状态,对UC3909可以通过将引脚CHGENB接至引脚VLOGLC的方法来去掉铅酸蓄电池的涓充电工作状态。

②铅酸蓄电池的大电流充电工作状态

     如图4所示的(T1～T2)时间段,如果铅酸蓄电池的电压高于一个给定的阈值电压,这时充电器电路可以为蓄电池以一个恒定的大电流充电,直至充电至铅酸蓄电池的电压达到它的过充电电压的95%以上。

③铅酸蓄电池的过充电工作状态

     在铅酸蓄电池的过充电期间(T2～T4),充电器电路以一个固定的电压(UOC)为铅酸蓄电池充电,一旦充电器进入过充电工作状态,这时充电器电路的电流控制环路开始工作,充电器电路以一个恒定的充电电流为铅酸蓄电池充电,随着铅酸蓄电池电压的上升,这时充电器电路中的电压控制环路又开始工作,使铅酸蓄电池进入过充电的电压(UOC)充电(如图4中的时间T3所示)。

④铅酸蓄电池的浮充电工作状态

                图9  采用UC3823和UC3909的铅酸蓄电池充电电路(次级侧)

     如图4中的T4时刻以后的时间段所示,铅酸蓄电池的充电电压维持在UOC,并且铅酸蓄电池的充电电流低于预定的阈值电流时,铅酸蓄电池的充电进入浮充电工作状态,在铅酸蓄电池的浮充电工作状态,充电器电路可以为铅酸蓄电池的负载提供大电流输出。直至加到UC3909的电压又开始循环、变化或电池电压低于过充电电压UOC的90%以后,充电器电路才结束铅酸蓄电池的浮充电工作状态。

如果充电器电路又重新加电,则充电器电路又开始工作,根据铅酸蓄电池的电压,充电电路进入涓充电或大电流充电工作状态,如果铅酸蓄电池的电压低于铅酸蓄电池的过充电电压UOC的90%,则充电器电路会进入大电流充电工作状态。

(3)主要控制环路工作原理分析

①铅酸蓄电池大充电电流的设定工作原理

     铅酸蓄电池大充电电流的设定工作原理图如图10所示。

图10  铅酸蓄电池大充电电流设定工作原理图

     利用图10所示电路中的电阻RG1和RG2可以设定铅酸蓄电池的大充电电流,在铅酸蓄电池的大充电电流工作状态,电压误差放大器不工作,它的输出电压(UAO)为+5V。

 ②铅酸蓄电池充电电路的电流控制环路

     铅酸蓄电池充电电路的电流控制环路工作原理图如图11所示。

图11  电流控制环路

     在电流控制环路中的有关元件要求完成以下的控制功能。

     ——晶体管VT4和电阻RE要完成将电流误差放大器输出的信号UAO转变成光电耦合器中发光二极管的发光控制信号。

     ——电阻R1、R2、R3、RCS和光电耦合器要完成将光电耦合器中发光二极管的发光信号转变为变压器的初极绕组的峰值电流  ILP。

     ——变压器还要完成将变压器初级绕组电流转变为通过电流检测电阻RS(即充电器充电电流)的电流。

     ——电阻RS、RSF1和电容CSF要完成将平均输出电流转变为蓄电池的充电电压。

     ——利用电流检测放大器将电容CSF两端的电压加以放大。

     ——通过电流误差放大器完成反馈控制环路的增益和相位补偿。

     通过变压器次级绕组的电流波形如图12所示。

图12  通过变压器次级绕组的电流波形

③铅酸蓄电池充电电路的电压控制环路

     铅酸蓄电池充电电路的电压控制环路的工作原理图如图13所示。铅酸蓄电池充电电路的电压控制环路在铅酸蓄电池的涓充电和大电流充电工作状态开环,在过充电的某些位置电压控制环路闭环或开始工作。

     图13中的电阻RESRBAT、电容CBATT、RBATT参数是和蓄电池的类型、型号、环境温度、充电状态、使用状况和使用时间有关的参数,要准确的给出铅酸蓄电池的模型和要准确确定其参数有困难,但是可以确定的是它对充电器的工作参数的低频极点位置有影响,而这个极点频率比电压控制环路的低频交越频率要低许多。

图13  电压控制环路

     而图13中的电阻RG1/RG2的比值决定了电流检测放大器的输出信号和电压误差放大器输出信号在电流误差放大器的同相输入端的比例求和。

参考文献

[1]TI Power Solutions: Power Behind Your Designs ,Power Management Selection Guide 4Q/2004 

[2]UC2909/UC3909 Switchmode Lead-Acid Battery Charger 26.July.2005  

[3]Kurt Hesse an off-Line Lead acid charger Based on the UC3909 Application Note U-166 

[4]路秋生.常用充电器电路与应用[M] 北京:机械工业出版社,2005.01