目前已商品化的電動(dòng)自行車絕大多數(shù)使用密封式鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池充電時(shí)，陰陽(yáng)兩極上的硫酸鉛" title="硫酸鉛">硫酸鉛把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛和氧化鉛，從而使電解液中的硫酸濃度不斷變大；反之，放電時(shí)陽(yáng)極上的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度不斷降低。當(dāng)鉛酸蓄電池充電不足時(shí)，陰陽(yáng)兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧化鉛，如果長(zhǎng)期充電不足或過(guò)放電，則會(huì)造成硫酸鉛結(jié)晶，使極板硫化，造成蓄電池疲勞、休克甚至報(bào)廢；反之，如果電池過(guò)度充電，陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣量大于陰極的吸附能力，使得蓄電池內(nèi)壓增大，導(dǎo)致氣體外溢，電解液減少，還可能導(dǎo)致活性物質(zhì)軟化或脫落，電池壽命大大縮短。蓄電池設(shè)計(jì)壽命一般都在8年以上，但電動(dòng)自行車蓄電池往往2～3年就會(huì)損壞，其原因主要是因?yàn)槌潆姴缓侠碓斐善鋲勖s短。有鑒于此，筆者設(shè)計(jì)制作了一款四階段恒流限壓式密封鉛酸蓄電池充電器。
1 充電器原理
1.1蓄電池充電曲線
　　鉛酸蓄電池充放電的過(guò)程是電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。充電時(shí)，硫酸鉛形成氧化鉛；放電時(shí)氧化鉛又還原為硫酸鉛。硫酸鉛是一種非常容易結(jié)晶的物質(zhì)，當(dāng)電池電解溶液中的硫酸鉛濃度過(guò)高或靜態(tài)閑置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)“抱成”團(tuán)，結(jié)成小晶體，這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛，就象滾雪球一樣形成大的惰性結(jié)晶，結(jié)晶后的硫酸鉛充電時(shí)不但不能再還原成氧化鉛，還會(huì)沉淀附著在電極板上，造成了電極板工作面積下降，這一現(xiàn)象叫硫化，也就是常說(shuō)的老化。這時(shí)電池容量會(huì)逐漸下降，直至無(wú)法使用。所以，導(dǎo)致鉛酸蓄電池失效和損壞的主要機(jī)理就是極板的硫化。蓄電池如果過(guò)放電，則硫酸鉛濃度變大,很容易造成硫酸鉛結(jié)晶，使極板硫化，造成蓄電池疲勞、休克甚至報(bào)廢。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)證明，蓄電池極板剛剛出現(xiàn)結(jié)晶時(shí)，如果能夠及時(shí)利用微電流對(duì)其進(jìn)行充電，可使硫酸鉛結(jié)晶溶解，從而消除極板硫化，而且對(duì)電池極板亦無(wú)任何損傷，所以這是一種無(wú)損傷修復(fù)鉛酸蓄電池極板硫化的有效方法。修復(fù)后的電池容量平均可達(dá)額定容量的85％以上，蓄電池壽命可延長(zhǎng)3～5倍。為此本文利用UCC3809和UC3909構(gòu)成一種四段式充電器，其目的是對(duì)48V蓄電池組(4塊串聯(lián)的12V20Ah蓄電池)盡可能更快更安全地充電到其額定容量，同時(shí)每次充電時(shí)都對(duì)蓄電池進(jìn)行過(guò)放電檢測(cè)，如果是過(guò)放電則對(duì)蓄電池及時(shí)進(jìn)行微電流充電，從而對(duì)蓄電池硫化現(xiàn)象起到維護(hù)和修復(fù)的作用。為達(dá)到快速充電以縮短充電時(shí)間，蓄電池組采用0.2C充電電流(I_bulk＝4A)恒流充電，當(dāng)恒流充電到V_oc＝58.8V時(shí)轉(zhuǎn)為恒壓充電，這時(shí)充電電流開(kāi)始下降，當(dāng)電流下降到I_bulk的10％，即I_OCT＝400mA時(shí)，蓄電池充滿(大概需5～6個(gè)小時(shí))。然后轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)，浮充電壓為V_float＝55.2V。當(dāng)蓄電池組放電到電壓為V_CHGENB＝42V時(shí)停止放電，此電壓稱為放電終止電壓，并作為恒流充電的起充門限電壓。當(dāng)電池組電壓下降到低于V_CHGENB(42V)時(shí)，說(shuō)明蓄電池被過(guò)放電或長(zhǎng)期充電不足品質(zhì)變劣，這時(shí)該充電器就會(huì)以I_TC＝80～120mA(I_OCT的20～30％)的涓流對(duì)蓄電池組進(jìn)行微電流充電，及時(shí)消除極板硫化現(xiàn)象，從而對(duì)蓄電池起到維護(hù)及修復(fù)作用。充電曲線如圖1所示。

1.2 電路工作原理
　　充電器原理電路如圖2所示。該電路由UCC3809及其外圍元件和脈沖變壓器" title="脈沖變壓器">脈沖變壓器組成開(kāi)關(guān)電源，由UC3909及其外圍元件構(gòu)成充電狀態(tài)控制電路，以精確實(shí)現(xiàn)充電曲線，完成充電過(guò)程。UCC3809內(nèi)部包含方波振蕩器、誤差比較器、5V基準(zhǔn)電壓源、脈寬調(diào)制電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路以及軟啟動(dòng)電路等。允許市電波動(dòng)范圍為+10%～－25％；電路開(kāi)關(guān)頻率及最大" title="最大">最大占空比由R_T1、R_T2和CT決定，C_SS決定軟啟動(dòng)時(shí)間。R_CS、R₁、R₂、R₃、C_ZB以及光耦OI-B構(gòu)成反饋電路，C₃是芯片內(nèi)部參考電源的旁路電容，R₄,D₁和C₂構(gòu)成UCC3809供電電源，R_SN1、C_SN1、R_SN2、C_SN2和D_SN構(gòu)成鈴流及dV/dt抑制電路。UC3909內(nèi)部包含欠壓保護(hù)電路、充電狀態(tài)邏輯控制電路、電流檢測(cè)放大器、電壓誤差放大器、電流誤差放大器、方波振蕩器、脈寬調(diào)制比較器、溫度補(bǔ)償放大器以及可提供100mA電流集電極開(kāi)路輸出驅(qū)動(dòng)電路等。D₄和C₄為UC3909提供工作電源。RCS為電流取樣電阻，UC3909內(nèi)部電流檢測(cè)放大器沒(méi)有足夠的帶寬去處理100kHz信號(hào)。為突破這個(gè)局限性，電流檢測(cè)電阻出來(lái)的信號(hào)可經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的RC電路(R_SF1和C_SF)給電流檢測(cè)放大器使其拓展大約20kHz的頻帶。其插入損耗為-3dB。RSF2為電流檢測(cè)放大器提供一個(gè)2.3V的偏置電壓。UCC3909內(nèi)部的電流檢測(cè)放大器是個(gè)能提供增益為5倍偏置電壓為2.3V的微分放大器。為防止放大器進(jìn)入飽和區(qū)，CS-和CS+的電壓不得高于400mV。據(jù)此，RCS選20mΩ、1.5W的電阻；最大電流時(shí)提供80mV的電壓。當(dāng)充電器失電時(shí)，Q2、Q3、R6和R7將斷開(kāi)與電池相連的充電回路。充電器與電池連接后，UC3909的8腳處于低阻態(tài)，由R_S1、R_S2、R_S3和R_S4組成電壓取樣回路，當(dāng)UC3909檢測(cè)到10腳電壓低于2.3V時(shí)，充電器進(jìn)入絹流充電狀態(tài)，涓流充電電流I_TC的大小由RSET腳外接電阻RS確定；當(dāng)10腳電壓上升到2.3V時(shí)，電路由涓流充電轉(zhuǎn)為恒流充電，恒流充電電流I_bulk的值由R_G1和R_G2確定；當(dāng)恒流充電到使UC3909 12腳的電壓上升為2.3V時(shí)，電路由恒流充電狀態(tài)轉(zhuǎn)為恒壓充電狀態(tài)；當(dāng)UC3909的9腳電壓上升到2.3V時(shí)，電路由恒壓充電狀態(tài)轉(zhuǎn)為浮充電狀態(tài)，R_OVC1和R_OVC2兩個(gè)電阻設(shè)置從恒壓充電狀態(tài)轉(zhuǎn)到浮充狀態(tài)的電流門限I_OCT，同時(shí)UC3909的8腳轉(zhuǎn)為高阻狀態(tài)。由此可見(jiàn),UC3909可精確控制電路完成四段充電曲線。