CN106505659B - 不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法 - Google Patents

不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法，属于电源技术领域，所述电池活化控制电路包括活化操作电路、活化信号检测电路、活化信号隔离电路和基准电压电路，该设计方法包括以下步骤：一、选择组成基准电压电路的合适参数的元件；二、连接基准电压电路；三、选择组成活化操作电路的合适参数的元件；四、连接活化操作电路；五、选择组成活化信号检测电路的合适参数的元件；六、连接活化信号检测电路；七、选择组成活化信号隔离电路的合适参数的元件；八、连接活化信号隔离电路；九、连接电池活化控制电路。本发明能够有效地延长蓄电池的使用寿命，提高了蓄电池的使用效率。

Description

不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法
本发明专利申请为申请日2015年05月28日、申请号201510282753.0，发明创造名称为《不间断直流电源的电池活化控制电路及其设计方法》的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明属于电源技术领域，具体涉及一种不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法。
背景技术
随着电力输送、通信等技术的快速发展，为了防止停电、电压波动、杂波干扰所造成的设备损坏、资料丢失、工作中断等方面的问题，不间断直流电源的应用显得日益重要。而蓄电池作为不间断直流电源的储能装置，是保证系统正常工作的关键设备之一，其作用是在失去市电或市电质量超出用电设备允许的范围时，向负载提供电能。然而蓄电池又是一种价格昂贵的消耗品。因此，如何对蓄电池进行合理的使用和管理以延长其使用寿命，一直是UPS生产厂家和各使用单位多年来关注的问题。
据了解，目前蓄电池广泛应用在电力、通信、仪器仪表、UPS电源等领域。众所周知，蓄电池的浮充对蓄电池的寿命具有相当重要的影响，如果蓄电池长期处于浮充状态，极易造成电极硫化，主要是负极活性物质的硫化失效，性能下降，使电池内阻增大，电池容量衰减，特别是当电池的浮充电压超过一定值时，板栅腐蚀现象会进一步加剧，电池内的氧气和氢气产生较高气压，通过气阀排放，从而造成蓄电池失水，正极腐蚀则意味着电池失水，进一步加剧蓄电池劣化，寿命缩短。若是浮充电压超过一定幅度，增大的浮充电流会产生更多的盈余气体，这样便使氧气在负极复合受到阻力，从而削弱了氧的循环机能，严重降低寿命。解决上述问题的方法，可通过人工对蓄电池容量的计算进行蓄电池容量测试，根据测试结果决定蓄电池容量是否满足要求，但这种方法过于复杂，对人员要求较高，而且计算结果往往存在较大偏差。目前，对于蓄电池长期处于浮充状态而导致寿命降低和容量衰减的问题，多采用对蓄电池定期的充电和放电以维持负极活性物质的活性，防止电极硫化及蓄电池劣化而导致蓄电池寿命缩短，也就是蓄电池活化。通过对蓄电池的活化启动，有利于电池容量的恢复保持，大大延长电池的使用寿命，且安全可靠，性价比高，适应环境广泛。近年来国内外的活化技术，主要有以下几种：(1)大电流充电法。当大的硫酸铅结晶晶粒在充电中产生阻抗时，采用大电流能量使其电解和活化，预防极板硫化现象。这种方法消除硫化只可以获得暂时的效果，并且会在消除硫化的过程中带来加重失水和正极板软化问题，难以起到延长电池寿命的作用，只宜起辅助作用。(2)负脉冲充电法。设计原理是在充电过程中加入负脉冲，对减少温升有作用，对预防极板硫化也有一定作用，但不明显，虽然目前使用较广，但属淘汰方法。而目前，蓄电池的各个应用领域，除了要求省电、使用寿命长，还必须保证电源不间断供电。由于电网也不可避免的会出现停电事故，因此，急需提出一种改进型的不间断直流电源的电池活化控制电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种方法步骤简单、实现方便、实用性强的不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种不间断直流电源的电池活化控制电路，所述不间断直流电源包括电池管理电路、PWM控制驱动电路和与PWM控制驱动电路相接的DC-DC变换器，以及正极与DC-DC变换器的输出端相接且负极与电池管理电路相接的蓄电池，其特征在于：所述电池活化控制电路包括依次连接的活化操作电路、活化信号检测电路和活化信号隔离电路，以及用于为活化信号检测电路、活化信号隔离电路和电池管理电路提供基准电压的基准电压电路，所述PWM控制驱动电路的补偿端与活化信号隔离电路的输出端相接，所述电池管理电路的比较电压输入端与活化信号检测电路的输出端相接；
所述活化操作电路包括活化启动按钮S3、三极管Q8和电阻R11，所述电阻R11的一端为活化操作电路的遥控信号输入端，所述三极管Q8的基极与电阻R11的另一端相接，所述三极管Q8的基极与发射极之间接有并联的电阻R12和电容C2，所述三极管Q8的集电极通过串联的电阻R13和电阻R10接DC-DC变换器的输出端Vo，所述电阻R13和电阻R10的串联结点通过并联的电阻R14和电容C3接地，所述电阻R13和电阻R10的串联结点为活化操作电路的输出端，所述活化启动按钮S3接在三极管Q8的集电极与发射极之间，所述三极管Q8的发射极接DC-DC变换器的输出端Vo；
所述活化信号检测电路包括比较器U1，所述比较器U1的同相输入端通过电阻R5接基准电压电路的基准电压输出端，且通过电阻R3接地，所述比较器U1的反相输入端接活化操作电路的输出端，所述比较器U1的输出端与同相输入端之间接有电阻R6，所述比较器U1的输出端为活化信号检测电路的输出端；
所述活化信号隔离电路包括光耦隔离芯片U2和三极管Q2，所述光耦隔离芯片U2的阳极通过电阻R4接基准电压电路的基准电压输出端，所述光耦隔离芯片U2的阴极接活化信号检测电路的输出端，所述光耦隔离芯片U2的集电极接三极管Q2的基极，所述光耦隔离芯片U2的发射极和三极管Q2的集电极均接地，所述三极管Q2的基极与发射极之间接有电阻R2，所述三极管Q2的发射极为活化信号隔离电路的输出端。
上述的不间断直流电源的电池活化控制电路，其特征在于：所述基准电压电路由集成三端稳压芯片TL431、电阻R16、电阻R17和电阻R18组成，所述电阻R16、电阻R17和电阻R18串联后的一端接DC-DC变换器的输出端Vo，另一端接地；所述电阻R16和电阻R17的串联结点与集成三端稳压芯片TL431的阴极相接，集成三端稳压芯片TL431的阴极为基准电压电路的基准电压输出端，所述电阻R17和电阻R18的串联结点与集成三端稳压芯片TL431的参考极相接，所述集成三端稳压芯片TL431的阳极接地。
上述的不间断直流电源的电池活化控制电路，其特征在于：所述PWM控制驱动电路包括控制器芯片UC3845和电阻R1，所述控制器芯片UC3845的第1引脚为PWM控制驱动电路的补偿端，所述电阻R1的一端与控制器芯片UC3845的第6引脚相接，所述电阻R1的另一端为PWM控制驱动电路的输出端。
上述的不间断直流电源的电池活化控制电路，其特征在于：所述DC-DC变换器包括变压器T1、MOSFET开关管Q3和二极管D1，所述MOSFET开关管Q3的栅极为DC-DC变换器的控制信号输入端，所述MOSFET开关管Q3的源极接地，所述变压器T1的初级线圈的一端为DC-DC变换器的电源输入端且与外部电源的输出端相接，所述变压器T1的初级线圈的另一端与MOSFET开关管Q3的漏极相接，所述变压器T1的次级线圈的一端与二极管D1的阳极相接，所述二极管D1的阴极为DC-DC变换器的输出端Vo，且通过电容C1接地，所述变压器T1的次级线圈的另一端接地。
上述的不间断直流电源的电池活化控制电路，其特征在于：所述电池管理电路包括MOSFET开关管Q4和光耦隔离芯片U5，所述光耦隔离芯片U5的阳极通过电阻R20接基准电压电路的基准电压输出端，所述光耦隔离芯片U5的阴极为电池管理电路的比较电压输入端且接活化信号检测电路的输出端，所述光耦隔离芯片U5的集电极通过电阻R19接DC-DC变换器的输出端Vo，所述MOSFET开关管Q4的栅极与光耦隔离芯片U5的发射极相接，所述MOSFET开关管Q4的漏极接地，所述蓄电池的负极与MOSFET开关管Q4的源极相接，所述MOSFET开关管Q4的源极与栅极之间接有电阻R21。
本发明的不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、选择组成基准电压电路的合适参数的电阻R16、电阻R17和电阻R18，其具体过程如下：
步骤101、根据1kΩ≤R16≤3kΩ选取电阻R16的阻值；
步骤102、根据公式选取电阻R18的阻值；其中，UR18为电阻R18两端的电压且UR18＝2.5V，IU4为集成三端稳压芯片TL431的参考极的电流且IU4＝2uA；
步骤103、根据公式选取电阻R17的阻值，其中，Vref为设定的基准电压电路输出的基准电压；
步骤二、连接集成三端稳压芯片TL431、电阻R16、电阻R17和电阻R18，组成基准电压电路，具体过程为：
步骤201、将所述电阻R16、电阻R17和电阻R18串联，并将串联后的一端接到DC-DC变换器的输出端Vo，另一端接地；
步骤202、将所述电阻R16和电阻R17的串联结点接到集成三端稳压芯片TL431的阴极；
步骤203、将所述电阻R17和电阻R18的串联结点接到集成三端稳压芯片TL431的参考极；
步骤204、将集成三端稳压芯片TL431的阳极接地，并将集成三端稳压芯片TL431的阴极引出，作为基准电压电路的基准电压输出端；
步骤三、选择组成活化操作电路的合适参数的电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，以及电容C2和电容C3；其具体过程如下：
步骤301、根据公式选取电阻R10和电阻R14的阻值，其中，V-1为未按下活化启动按钮S3，且活化操作电路的遥控信号输入端悬空时活化操作电路的输出端输出的电压；VO为电池活化未启动时DC-DC变换器的输出端输出的电压；
步骤302、根据公式选取电阻R13的阻值，其中，V-2为按下活化启动按钮S3或活化操作电路的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平时活化操作电路的输出端输出的电压；
步骤303、根据公式选取电阻R11和电阻R12的阻值，其中，VR12为活化操作电路的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平时电阻R12两端的电压，VO1为蓄电池的放电终止电压，Vbe为三极管Q8的发射结电压且取值为0.7V；
步骤304、根据公式选取电容C2的容值，其中，t为按下活化启动按钮S3或活化操作电路的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平后活化操作电路的延迟动作时间，uC2(t)为活化操作电路的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平且经过延迟动作时间t后电容C2上的电压，e为自然常数；
步骤305、根据公式选取电容C3的容值，其中，uC3(t)为电源上电且经过延迟动作时间t后电容C3上的电压；
步骤四、连接活化启动按钮S3、三极管Q8、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，以及电容C2和电容C3，组成活化操作电路，具体过程为：
步骤401、将电阻R11的一端引出为活化操作电路的遥控信号输入端，并将电阻R11的另一端接到三极管Q8的基极；
步骤402、将电阻R12和电容C2并联后接在三极管Q8的基极与发射极之间；
步骤403、将电阻R13和电阻R10串联后的一端接到三极管Q8的集电极，另一端接到DC-DC变换器的输出端Vo；
步骤404、将电阻R14和电容C3并联后的一端接到电阻R13和电阻R10的串联结点，另一端接地；
步骤405、将电阻R13和电阻R10的串联结点引出作为活化操作电路的输出端；
步骤406、将活化启动按钮S3接在三极管Q8的集电极与发射极之间；
步骤407、将三极管Q8的发射极接到DC-DC变换器的输出端Vo；
步骤五、选择组成活化信号检测电路的合适参数的电阻R3、电阻R5和电阻R6，其具体过程为：
根据公式选取电阻R3、电阻R5和电阻R6的阻值，其中，V+1为电池活化未启动时比较器U1的同相输入端的电压，V1H为比较器U1的输出端输出的高电平的电压且等于比较器U1的电源电压；V+2为电池活化启动时比较器U1的同相输入端的电压；
步骤六、连接比较器U1、电阻R3、电阻R5和电阻R6，组成活化信号检测电路，具体过程为：
步骤601、将电阻R3的一端和电阻R5的一端接到比较器U1的同相输入端，并将电阻R3的另一端接地，将电阻R5的另一端引出作为活化信号检测电路的基准电压输入端；
步骤602、将比较器U1的反相输入端引出作为活化信号检测电路的比较电压输入端；
步骤603、将电阻R6接在比较器U1的输出端与同相输入端之间；
步骤604、将比较器U1的输出端引出作为活化信号检测电路的输出端；
步骤七、选择组成活化信号隔离电路的合适参数的电阻R2和电阻R4，其具体过程如下：
步骤701、根据公式选取电阻R2的阻值，其中，为活化信号检测电路的输出端输出的电流，Vbe′为三极管Q2的发射结电压且取值为0.7V；
步骤702、根据公式选取电阻R4的阻值，其中，为光耦隔离芯片U2的输入正向压降，为光耦隔离芯片U2的正向电流。
步骤八、连接光耦隔离芯片U2、三极管Q2、电阻R2和电阻R4，组成活化信号隔离电路，具体过程为：
步骤801、将电阻R4的一端接到光耦隔离芯片U2的阳极，另一端引出作为活化信号隔离电路的基准电压输入端；
步骤802、将光耦隔离芯片U2的阴极引出作为活化信号隔离电路的比较电压输入端；
步骤803、将三极管Q2的基极接到光耦隔离芯片U2的集电极，并将光耦隔离芯片U2的发射极和三极管Q2的集电极均接地；
步骤804、将电阻R2接到三极管Q2的基极与发射极之间；
步骤805、将三极管Q2的发射极引出作为活化信号隔离电路的输出端；
步骤九、连接电池活化控制电路，具体过程为：
步骤901、将活化信号检测电路的基准电压输入端接到基准电压电路的基准电压输出端，并将活化信号检测电路的比较电压输入端接到活化操作电路的输出端；
步骤902、将活化信号检测电路的输出端接到电池管理电路的比较电压输入端；
步骤903、将活化信号隔离电路的基准电压输入端接到基准电压电路的基准电压输出端，并将活化信号隔离电路的比较电压输入端接到活化信号检测电路的输出端；
步骤904、将活化信号隔离电路的输出端接到PWM控制驱动电路的补偿端。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明电池活化控制电路的结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便。
2、本发明电池活化控制电路的设计方法的方法步骤简单，实现方便，实用性强。
3、本发明能够通过手动活化启动和遥控活化启动两种方式对蓄电池进行活化，在蓄电池出现硫化现象之前作出动作，可有效预防极板硫化现象，能够有效地延长蓄电池的使用寿命，且安全可靠，性价比高，提高了蓄电池的使用效率，对蓄电池的发展前景和应用具有重要意义。
4、本发明能够应用于电力、通信、银行、医院、安防等不间断供电环境的开关电源或相关电子产品中，适应环境广泛。
5、本发明的使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便，能够有效地延长蓄电池的使用寿命，提高了蓄电池的使用效率，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明的电路原理图。
附图标记说明:
1—活化操作电路； 2—活化信号检测电路； 3—活化信号隔离电路；
4—基准电压电路； 5—PWM控制驱动电路； 6—DC-DC变换器；
7—电池管理电路； 8—蓄电池。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的不间断直流电源的电池活化控制电路，所述不间断直流电源包括电池管理电路7、PWM控制驱动电路5和与PWM控制驱动电路5相接的DC-DC变换器6，以及正极与DC-DC变换器6的输出端相接且负极与电池管理电路7相接的蓄电池8，所述电池活化控制电路包括依次连接的活化操作电路1、活化信号检测电路2和活化信号隔离电路3，以及用于为活化信号检测电路2、活化信号隔离电路3和电池管理电路7提供基准电压的基准电压电路4，所述PWM控制驱动电路5的补偿端与活化信号隔离电路3的输出端相接，所述电池管理电路7的比较电压输入端与活化信号检测电路2的输出端相接；
如图2所示，所述活化操作电路1包括活化启动按钮S3、三极管Q8和电阻R11，所述电阻R11的一端为活化操作电路1的遥控信号输入端HK，所述三极管Q8的基极与电阻R11的另一端相接，所述三极管Q8的基极与发射极之间接有并联的电阻R12和电容C2，所述三极管Q8的集电极通过串联的电阻R13和电阻R10接DC-DC变换器6的输出端Vo，所述电阻R13和电阻R10的串联结点通过并联的电阻R14和电容C3接地，所述电阻R13和电阻R10的串联结点为活化操作电路1的输出端，所述活化启动按钮S3接在三极管Q8的集电极与发射极之间，所述三极管Q8的发射极接DC-DC变换器6的输出端Vo；其中，电阻R12为三极管Q8的基极偏置电阻，活化操作电路1中电容C2和电阻R12的作用是保证在活化操作电路1的遥控信号输入端HK悬空时，三极管Q8能够可靠关断；同时，当活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平而需要使三极管Q8导通时，必须要求活化操作电路1的遥控信号输入端HK的低电平维持一段时间(比如几个ms)后，才能让三极管Q8导通，这样能够防止因活化操作电路1的遥控信号输入端HK的瞬时干扰低电平而产生误动作；活化操作电路1中电容C3的作用是保证在电源上电瞬间比较器U1的反相输入端为低电平，且能持续一段时间(比如几个ms)，确保电源上电瞬间，比较器U1的输出端输出为高电平，从而确保不间断直流电源上电后能正常工作。
如图2所示，所述活化信号检测电路2包括比较器U1，所述比较器U1的同相输入端通过电阻R5接基准电压电路4的基准电压输出端Vref，且通过电阻R3接地，所述比较器U1的反相输入端接活化操作电路1的输出端，所述比较器U1的输出端与同相输入端之间接有电阻R6，所述比较器U1的输出端为活化信号检测电路2的输出端；具体接线时，所述比较器U1的电源端接基准电压电路4的基准电压输出端Vref，所述比较器U1的接地端接地；
如图2所示，所述活化信号隔离电路3包括光耦隔离芯片U2和三极管Q2，所述光耦隔离芯片U2的阳极通过电阻R4接基准电压电路4的基准电压输出端Vref，所述光耦隔离芯片U2的阴极接活化信号检测电路2的输出端，所述光耦隔离芯片U2的集电极接三极管Q2的基极，所述光耦隔离芯片U2的发射极和三极管Q2的集电极均接地，所述三极管Q2的基极与发射极之间接有电阻R2，所述三极管Q2的发射极为活化信号隔离电路3的输出端。
如图2所示，本实施例中，所述基准电压电路4由集成三端稳压芯片TL431、电阻R16、电阻R17和电阻R18组成，所述电阻R16、电阻R17和电阻R18串联后的一端接DC-DC变换器6的输出端Vo，另一端接地；所述电阻R16和电阻R17的串联结点与集成三端稳压芯片TL431的阴极相接，集成三端稳压芯片TL431的阴极为基准电压电路4的基准电压输出端Vref，所述电阻R17和电阻R18的串联结点与集成三端稳压芯片TL431的参考极相接，所述集成三端稳压芯片TL431的阳极接地。
如图2所示，本实施例中，所述PWM控制驱动电路5包括控制器芯片UC3845和电阻R1，所述控制器芯片UC3845的第1引脚为PWM控制驱动电路5的补偿端，所述电阻R1的一端与控制器芯片UC3845的第6引脚相接，所述电阻R1的另一端为PWM控制驱动电路5的输出端。
如图2所示，本实施例中，所述DC-DC变换器6包括变压器T1、MOSFET开关管Q3和二极管D1，所述MOSFET开关管Q3的栅极为DC-DC变换器6的控制信号输入端，所述MOSFET开关管Q3的源极接地，所述变压器T1的初级线圈的一端为DC-DC变换器6的电源输入端Vi+且与外部电源的输出端相接，所述变压器T1的初级线圈的另一端与MOSFET开关管Q3的漏极相接，所述变压器T1的次级线圈的一端与二极管D1的阳极相接，所述二极管D1的阴极为DC-DC变换器6的输出端Vo，且通过电容C1接地，所述变压器T1的次级线圈的另一端接地。具体实施时，负载RL接在DC-DC变换器6的输出端Vo与地之间。
如图2所示，本实施例中，所述电池管理电路7包括MOSFET开关管Q4和光耦隔离芯片U5，所述光耦隔离芯片U5的阳极通过电阻R20接基准电压电路4的基准电压输出端Vref，所述光耦隔离芯片U5的阴极为电池管理电路7的比较电压输入端且接活化信号检测电路2的输出端，所述光耦隔离芯片U5的集电极通过电阻R19接DC-DC变换器6的输出端Vo，所述MOSFET开关管Q4的栅极与光耦隔离芯片U5的发射极相接，所述MOSFET开关管Q4的漏极接地，所述蓄电池8的负极与MOSFET开关管Q4的源极相接，所述MOSFET开关管Q4的源极与栅极之间接有电阻R21。
具体实施时，所述电池管理电路7中电阻R19、电阻R20和电阻R21的阻值选取方法为：首先，根据公式选取电阻R20的阻值，其中，Vref为设定的基准电压电路4输出的基准电压，为光耦隔离芯片U5的输入正向压降，为光耦隔离芯片U5的正向电流；然后，根据公式选取电阻R19和电阻R21的阻值，其中，为流入光耦隔离芯片U5的集电极的电流，VG为MOSFET开关管Q4的栅极电压，VO为电池活化未启动时DC-DC变换器6的输出端输出的电压；
本实施例中，Vref＝12V，选取电阻R20的阻值为3.6kΩ。
本实施例中，VG＝12.4V，VO＝26V，选取电阻R19的阻值为4.7kΩ，选取电阻R21的阻值为4.3kΩ。
通过以上的取值方式，能够保证在活化信号检测电路2的输出端输出低电平时，光耦隔离芯片U5的发射极输出为高电平，从而使MOSFET开关管Q4导通，蓄电池8开始放电。
具体实施时，所述活化操作电路1、活化信号检测电路2和基准电压电路4均与变压器T1的次级线圈共地，所述活化信号隔离电路3与变压器T1的初级线圈共地。所述光耦隔离芯片U2和光耦隔离芯片U5的型号均为PC817。
本发明的电池活化控制电路使用时，基准电压电路4为活化信号检测电路2提供基准电压Vref，通过活化操作电路1中的活化启动按钮S3和遥控信号输入端HK接收到的遥控信号控制活化信号检测电路2的输出电平高低，进而通过活化信号隔离电路3、PWM控制驱动电路5和电池管理电路7，使蓄电池8完成活化。具体的工作原理为：
(1)在整个工作过程中，由基准电压电路4为活化信号检测电路2、活化信号隔离电路3和电池管理电路7提供基准电压Vref；
(2)在电池活化未启动时，即活化启动按钮S3未按下且活化操作电路1的遥控信号输入端HK悬空时，活化信号检测电路2中比较器U1的反相输入端电压V-1低于同相输入端电压V+1，比较器U1的输出端输出为高电平，光耦隔离芯片U2不工作，三极管Q2关断，PWM控制驱动电路5和DC-DC变换器6正常工作；
(3)在电池活化启动瞬间，即按下活化启动按钮S3或活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平时，活化信号检测电路2中比较器U1的反相输入端电压V-2高于同相输入端电压V+1，比较器U1的输出端输出为低电平，从而使比较器U1的同相输入端电压由V+1降为V+2，且显然有V-2>V+2，因此松开活化启动按钮S3或活化操作电路1的遥控信号输入端HK悬空后，仍然满足比较器U1的反相输入端电压V-1大于同相输入端电压V+2，使比较器U1的输出维持低电平；当比较器U1的输出为低电平时，一方面，使得活化信号隔离电路3中的光耦隔离芯片U2开始工作，从而三极管Q2饱和导通，使得PWM控制驱动电路5中控制器芯片UC3845的第1引脚电压被拉低，PWM控制驱动电路5输出低电平，MOSFET开关管Q3关断，DC-DC变换器6停止工作，蓄电池8停止充电；另一方面，电池管理电路7中的光耦隔离芯片U5也启动工作，从而使光耦隔离芯片U5的发射极输出为高电平，MOSFET开关管Q4导通，蓄电池8通过负载RL和MOSFET开关管Q4构成放电回路，并开始放电；
(4)在电池活化期间，活化信号检测电路2中比较器U1的同相输入端电压V+2保持不变，活化信号检测电路2中比较器U1的反相输入端电压V-2随着蓄电池8电压的减小而减小，但一直满足V-2>V+2；
(5)在电池活化结束阶段，随着蓄电池8电压的不断减小，当比较器U1的反相输入端电压V-2减小到满足V-2<V+2时，比较器U1的输出端输出为高电平，电池活化过程结束，一方面，电池管理电路7中的光耦隔离芯片U5停止工作，从而使光耦隔离芯片U5的发射极输出为低电平，MOSFET开关管Q4关断，蓄电池8停止放电；另一方面，活化信号隔离电路3中的光耦隔离芯片U2也停止工作，从而使三极管Q2关断，使得PWM控制驱动电路5及DC-DC变换器6恢复正常工作，再次开始给蓄电池8充电。
本发明的不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法，包括以下步骤：
步骤一、选择组成基准电压电路4的合适参数的电阻R16、电阻R17和电阻R18，其具体过程如下：
步骤101、根据1kΩ≤R16≤3kΩ选取电阻R16的阻值；
本实施例中，选取电阻R16的阻值为2kΩ；
步骤102、根据公式选取电阻R18的阻值；其中，UR18为电阻R18两端的电压且UR18＝2.5V，IU4为集成三端稳压芯片TL431的参考极的电流且IU4＝2uA；
公式指的是电阻R18上的电流要大于流入集成三端稳压芯片TL431的参考极的电流的100倍以上，这样能够避免集成三端稳压芯片TL431的参考极的电流影响分压比，且避免了噪音的影响；具体实施时，还应该在满足的条件下选取阻值尽可能大的电阻R18，这样能够降低待机功耗；本实施例中，根据公式选取电阻R18的阻值为10kΩ；
步骤103、根据公式选取电阻R17的阻值，其中，Vref为设定的基准电压电路4输出的基准电压；
本实施例中，Vref＝12V，根据公式计算得到R17＝38Ω，因此选取电阻R17的阻值为38kΩ；
步骤二、连接集成三端稳压芯片TL431、电阻R16、电阻R17和电阻R18，组成基准电压电路4，具体过程为：
步骤201、将所述电阻R16、电阻R17和电阻R18串联，并将串联后的一端接到DC-DC变换器6的输出端Vo，另一端接地；
步骤202、将所述电阻R16和电阻R17的串联结点接到集成三端稳压芯片TL431的阴极；
步骤203、将所述电阻R17和电阻R18的串联结点接到集成三端稳压芯片TL431的参考极；
步骤204、将集成三端稳压芯片TL431的阳极接地，并将集成三端稳压芯片TL431的阴极引出，作为基准电压电路4的基准电压输出端Vref；
步骤三、选择组成活化操作电路1的合适参数的电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，以及电容C2和电容C3；其具体过程如下：
步骤301、根据公式选取电阻R10和电阻R14的阻值，其中，V-1为未按下活化启动按钮S3，且活化操作电路1的遥控信号输入端HK悬空时活化操作电路1的输出端输出的电压，即电池活化未启动时比较器U1的反相输入端的电压；VO为电池活化未启动时DC-DC变换器6的输出端输出的电压；
本实施例中，V-1＝4.1V，VO＝26V，根据公式选取电阻R14的阻值为6.8kΩ，电阻R10的阻值为36kΩ；
步骤302、根据公式选取电阻R13的阻值，其中，V-2为按下活化启动按钮S3或活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平时活化操作电路1的输出端输出的电压，即电池活化启动时比较器U1的反相输入端的电压；
本实施例中，V-2＝7.1V，根据公式选取电阻R13的阻值为36kΩ；
步骤303、根据公式选取电阻R11和电阻R12的阻值，其中，VR12为活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平时电阻R12两端的电压，VO1为蓄电池8的放电终止电压，Vbe为三极管Q8的发射结电压且取值为0.7V；
本实施例中，VO1＝22V，根据公式选取电阻R11的阻值为36kΩ，电阻R12的阻值为2kΩ；公式指的是活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平时电阻R12两端的电压大于0.7V，这样能够确保在DC-DC变换器6的输出端输出的电压大于VO1时，电池能够通过活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平进行正常活化；
步骤304、根据公式选取电容C2的容值，其中，t为按下活化启动按钮S3或活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平后活化操作电路1的延迟动作时间，uC2(t)为活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平且经过延迟动作时间t后电容C2上的电压，e为自然常数；
本实施例中，t＝2ms，uC2(t)＝0.7V，选取电容C2的容值为1uF；
步骤305、根据公式选取电容C3的容值，其中，uC3(t)为电源上电且经过延迟动作时间t后电容C3上的电压；
本实施例中，uC3(t)＝4V，选取电容C3的容值为0.1uF；
步骤四、连接活化启动按钮S3、三极管Q8、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，以及电容C2和电容C3，组成活化操作电路1，具体过程为：
步骤401、将电阻R11的一端引出为活化操作电路1的遥控信号输入端HK，并将电阻R11的另一端接到三极管Q8的基极；
步骤402、将电阻R12和电容C2并联后接在三极管Q8的基极与发射极之间；
步骤403、将电阻R13和电阻R10串联后的一端接到三极管Q8的集电极，另一端接到DC-DC变换器6的输出端Vo；
步骤404、将电阻R14和电容C3并联后的一端接到电阻R13和电阻R10的串联结点，另一端接地；
步骤405、将电阻R13和电阻R10的串联结点引出作为活化操作电路1的输出端；
步骤406、将活化启动按钮S3接在三极管Q8的集电极与发射极之间；
步骤407、将三极管Q8的发射极接到DC-DC变换器6的输出端Vo；
步骤五、选择组成活化信号检测电路2的合适参数的电阻R3、电阻R5和电阻R6，其具体过程为：
根据公式选取电阻R3、电阻R5和电阻R6的阻值，其中，V+1为电池活化未启动(未按下活化启动按钮S3，且活化操作电路1的遥控信号输入端悬空)时比较器U1的同相输入端的电压，此时，比较器U1的输出端输出高电平；V1H为比较器U1的输出端输出的高电平的电压且等于比较器U1的电源电压；V+2为电池活化启动(按下活化启动按钮S3或活化操作电路1的遥控信号输入端HK接收到遥控器发射的低电平)时比较器U1的同相输入端的电压，此时，比较器U1的输出端输出低电平；
本实施例中，V+1＝6.8V，V1H＝Vref＝12V，V+2＝3.4V，根据公式
选取电阻R3的阻值为24kΩ，选取电阻R5的阻值为36kΩ，选取电阻R6的阻值为36kΩ；
步骤六、连接比较器U1、电阻R3、电阻R5和电阻R6，组成活化信号检测电路2，具体过程为：
步骤601、将电阻R3的一端和电阻R5的一端接到比较器U1的同相输入端，并将电阻R3的另一端接地，将电阻R5的另一端引出作为活化信号检测电路2的基准电压输入端；
步骤602、将比较器U1的反相输入端引出作为活化信号检测电路2的比较电压输入端；
步骤603、将电阻R6接在比较器U1的输出端与同相输入端之间；
步骤604、将比较器U1的输出端引出作为活化信号检测电路2的输出端；
步骤七、选择组成活化信号隔离电路3的合适参数的电阻R2和电阻R4，其具体过程如下：
步骤701、根据公式选取电阻R2的阻值，其中，为活化信号检测电路2的输出端输出的电流，即流入光耦隔离芯片U2的阴极的电流，Vbe′为三极管Q2的发射结电压且取值为0.7V；
本实施例中，IC1＝0.35mA，选取电阻R2的阻值为2kΩ；
步骤702、根据公式选取电阻R4的阻值，其中，为光耦隔离芯片U2的输入正向压降，为光耦隔离芯片U2的正向电流。
本实施例中，选取电阻R4的阻值为6.2kΩ。
步骤八、连接光耦隔离芯片U2、三极管Q2、电阻R2和电阻R4，组成活化信号隔离电路3，具体过程为：
步骤801、将电阻R4的一端接到光耦隔离芯片U2的阳极，另一端引出作为活化信号隔离电路3的基准电压输入端；
步骤802、将光耦隔离芯片U2的阴极引出作为活化信号隔离电路3的比较电压输入端；
步骤803、将三极管Q2的基极接到光耦隔离芯片U2的集电极，并将光耦隔离芯片U2的发射极和三极管Q2的集电极均接地；
步骤804、将电阻R2接到三极管Q2的基极与发射极之间；
步骤805、将三极管Q2的发射极引出作为活化信号隔离电路3的输出端；
步骤九、连接电池活化控制电路，具体过程为：
步骤901、将活化信号检测电路2的基准电压输入端接到基准电压电路4的基准电压输出端，并将活化信号检测电路2的比较电压输入端接到活化操作电路1的输出端；
步骤902、将活化信号检测电路2的输出端接到电池管理电路7的比较电压输入端；
步骤903、将活化信号隔离电路3的基准电压输入端接到基准电压电路4的基准电压输出端，并将活化信号隔离电路3的比较电压输入端接到活化信号检测电路2的输出端；
步骤904、将活化信号隔离电路3的输出端接到PWM控制驱动电路5的补偿端。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法，所述不间断直流电源包括电池管理电路(7)、PWM控制驱动电路(5)和与PWM控制驱动电路(5)相接的DC-DC变换器(6)，以及正极与DC-DC变换器(6)的输出端相接且负极与电池管理电路(7)相接的蓄电池(8)，其特征在于：所述电池活化控制电路包括依次连接的活化操作电路(1)、活化信号检测电路(2)和活化信号隔离电路(3)，以及用于为活化信号检测电路(2)、活化信号隔离电路(3)和电池管理电路(7)提供基准电压的基准电压电路(4)，所述PWM控制驱动电路(5)的补偿端与活化信号隔离电路(3)的输出端相接，所述电池管理电路(7)的比较电压输入端与活化信号检测电路(2)的输出端相接；所述活化操作电路(1)包括活化启动按钮S3、三极管Q8和电阻R11，所述电阻R11的一端为活化操作电路(1)的遥控信号输入端，所述三极管Q8的基极与电阻R11的另一端相接，所述三极管Q8的基极与发射极之间接有并联的电阻R12和电容C2，所述三极管Q8的集电极通过串联的电阻R13和电阻R10接DC-DC变换器(6)的输出端Vo，所述电阻R13和电阻R10的串联结点通过并联的电阻R14和电容C3接地，所述电阻R13和电阻R10的串联结点为活化操作电路(1)的输出端，所述活化启动按钮S3接在三极管Q8的集电极与发射极之间，所述三极管Q8的发射极接DC-DC变换器(6)的输出端Vo；所述活化信号检测电路(2)包括比较器U1，所述比较器U1的同相输入端通过电阻R5接基准电压电路(4)的基准电压输出端，且通过电阻R3接地，所述比较器U1的反相输入端接活化操作电路(1)的输出端，所述比较器U1的输出端与同相输入端之间接有电阻R6，所述比较器U1的输出端为活化信号检测电路(2)的输出端；所述活化信号隔离电路(3)包括光耦隔离芯片U2和三极管Q2，所述光耦隔离芯片U2的阳极通过电阻R4接基准电压电路(4)的基准电压输出端，所述光耦隔离芯片U2的阴极接活化信号检测电路(2)的输出端，所述光耦隔离芯片U2的集电极接三极管Q2的基极，所述光耦隔离芯片U2的发射极和三极管Q2的集电极均接地，所述三极管Q2的基极与发射极之间接有电阻R2，所述三极管Q2的发射极为活化信号隔离电路(3)的输出端；所述基准电压电路(4)由集成三端稳压芯片TL431、电阻R16、电阻R17和电阻R18组成，所述电阻R16、电阻R17和电阻R18串联后的一端接DC-DC变换器(6)的输出端Vo，另一端接地；所述电阻R16和电阻R17的串联结点与集成三端稳压芯片TL431的阴极相接，集成三端稳压芯片TL431的阴极为基准电压电路(4)的基准电压输出端，所述电阻R17和电阻R18的串联结点与集成三端稳压芯片TL431的参考极相接，所述集成三端稳压芯片TL431的阳极接地；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、选择组成基准电压电路(4)的合适参数的电阻R16、电阻R17和电阻R18，其具体过程如下：
步骤101、根据1kΩ≤R16≤3kΩ选取电阻R16的阻值；
步骤102、根据公式选取电阻R18的阻值；其中，UR18为电阻R18两端的电压且UR18＝2.5V，IU4为集成三端稳压芯片TL431的参考极的电流且IU4＝2uA；
步骤103、根据公式选取电阻R17的阻值，其中，Vref为设定的基准电压电路(4)输出的基准电压；
步骤二、连接集成三端稳压芯片TL431、电阻R16、电阻R17和电阻R18，组成基准电压电路(4)，具体过程为：
步骤201、将所述电阻R16、电阻R17和电阻R18串联，并将串联后的一端接到DC-DC变换器(6)的输出端Vo，另一端接地；
步骤202、将所述电阻R16和电阻R17的串联结点接到集成三端稳压芯片TL431的阴极；
步骤203、将所述电阻R17和电阻R18的串联结点接到集成三端稳压芯片TL431的参考极；
步骤204、将集成三端稳压芯片TL431的阳极接地，并将集成三端稳压芯片TL431的阴极引出，作为基准电压电路(4)的基准电压输出端；
步骤三、选择组成活化操作电路(1)的合适参数的电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，以及电容C2和电容C3；其具体过程如下：
步骤301、根据公式选取电阻R10和电阻R14的阻值，其中，V-1为未按下活化启动按钮S3，且活化操作电路(1)的遥控信号输入端悬空时活化操作电路(1)的输出端输出的电压；VO为电池活化未启动时DC-DC变换器(6)的输出端输出的电压；
步骤302、根据公式选取电阻R13的阻值，其中，V-2为按下活化启动按钮S3或活化操作电路(1)的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平时活化操作电路(1)的输出端输出的电压；
步骤303、根据公式选取电阻R11和电阻R12的阻值，其中，VR12为活化操作电路(1)的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平时电阻R12两端的电压，VO1为蓄电池(8)的放电终止电压，Vbe为三极管Q8的发射结电压且取值为0.7V；
步骤304、根据公式选取电容C2的容值，其中，t为按下活化启动按钮S3或活化操作电路(1)的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平后活化操作电路(1)的延迟动作时间，uC2(t)为活化操作电路(1)的遥控信号输入端接收到遥控器发射的低电平且经过延迟动作时间t后电容C2上的电压，e为自然常数；
步骤305、根据公式选取电容C3的容值，其中，uC3(t)为电源上电且经过延迟动作时间t后电容C3上的电压；
步骤四、连接活化启动按钮S3、三极管Q8、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，以及电容C2和电容C3，组成活化操作电路(1)，具体过程为：
步骤401、将电阻R11的一端引出为活化操作电路(1)的遥控信号输入端，并将电阻R11的另一端接到三极管Q8的基极；
步骤402、将电阻R12和电容C2并联后接在三极管Q8的基极与发射极之间；
步骤403、将电阻R13和电阻R10串联后的一端接到三极管Q8的集电极，另一端接到DC-DC变换器(6)的输出端Vo；
步骤404、将电阻R14和电容C3并联后的一端接到电阻R13和电阻R10的串联结点，另一端接地；
步骤405、将电阻R13和电阻R10的串联结点引出作为活化操作电路(1)的输出端；
步骤406、将活化启动按钮S3接在三极管Q8的集电极与发射极之间；
步骤407、将三极管Q8的发射极接到DC-DC变换器(6)的输出端Vo；
步骤五、选择组成活化信号检测电路(2)的合适参数的电阻R3、电阻R5和电阻R6，其具体过程为：
根据公式选取电阻R3、电阻R5和电阻R6的阻值，其中，V+1为电池活化未启动时比较器U1的同相输入端的电压，V1H为比较器U1的输出端输出的高电平的电压且等于比较器U1的电源电压；V+2为电池活化启动时比较器U1的同相输入端的电压；
步骤六、连接比较器U1、电阻R3、电阻R5和电阻R6，组成活化信号检测电路(2)，具体过程为：
步骤601、将电阻R3的一端和电阻R5的一端接到比较器U1的同相输入端，并将电阻R3的另一端接地，将电阻R5的另一端引出作为活化信号检测电路(2)的基准电压输入端；
步骤602、将比较器U1的反相输入端引出作为活化信号检测电路(2)的比较电压输入端；
步骤603、将电阻R6接在比较器U1的输出端与同相输入端之间；
步骤604、将比较器U1的输出端引出作为活化信号检测电路(2)的输出端；
步骤七、选择组成活化信号隔离电路(3)的合适参数的电阻R2和电阻R4，其具体过程如下：
步骤701、根据公式选取电阻R2的阻值，其中，为活化信号检测电路(2)的输出端输出的电流，Vbe′为三极管Q2的发射结电压且取值为0.7V；
步骤702、根据公式选取电阻R4的阻值，其中，为光耦隔离芯片U2的输入正向压降，为光耦隔离芯片U2的正向电流；
步骤八、连接光耦隔离芯片U2、三极管Q2、电阻R2和电阻R4，组成活化信号隔离电路(3)，具体过程为：
步骤801、将电阻R4的一端接到光耦隔离芯片U2的阳极，另一端引出作为活化信号隔离电路(3)的基准电压输入端；
步骤802、将光耦隔离芯片U2的阴极引出作为活化信号隔离电路(3)的比较电压输入端；
步骤803、将三极管Q2的基极接到光耦隔离芯片U2的集电极，并将光耦隔离芯片U2的发射极和三极管Q2的集电极均接地；
步骤804、将电阻R2接到三极管Q2的基极与发射极之间；
步骤805、将三极管Q2的发射极引出作为活化信号隔离电路(3)的输出端；
步骤九、连接电池活化控制电路，具体过程为：
步骤901、将活化信号检测电路(2)的基准电压输入端接到基准电压电路(4)的基准电压输出端，并将活化信号检测电路(2)的比较电压输入端接到活化操作电路(1)的输出端；
步骤902、将活化信号检测电路(2)的输出端接到电池管理电路(7)的比较电压输入端；
步骤903、将活化信号隔离电路(3)的基准电压输入端接到基准电压电路(4)的基准电压输出端，并将活化信号隔离电路(3)的比较电压输入端接到活化信号检测电路(2)的输出端；
步骤904、将活化信号隔离电路(3)的输出端接到PWM控制驱动电路(5)的补偿端。
2.按照权利要求1所述的不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法，其特征在于：所述PWM控制驱动电路(5)包括控制器芯片UC3845和电阻R1，所述控制器芯片UC3845的第1引脚为PWM控制驱动电路(5)的补偿端，所述电阻R1的一端与控制器芯片UC3845的第6引脚相接，所述电阻R1的另一端为PWM控制驱动电路(5)的输出端。
3.按照权利要求1所述的不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法，其特征在于：所述DC-DC变换器(6)包括变压器T1、MOSFET开关管Q3和二极管D1，所述MOSFET开关管Q3的栅极为DC-DC变换器(6)的控制信号输入端，所述MOSFET开关管Q3的源极接地，所述变压器T1的初级线圈的一端为DC-DC变换器(6)的电源输入端且与外部电源的输出端相接，所述变压器T1的初级线圈的另一端与MOSFET开关管Q3的漏极相接，所述变压器T1的次级线圈的一端与二极管D1的阳极相接，所述二极管D1的阴极为DC-DC变换器(6)的输出端Vo，且通过电容C1接地，所述变压器T1的次级线圈的另一端接地。
4.按照权利要求1所述的不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法，其特征在于：所述电池管理电路(7)包括MOSFET开关管Q4和光耦隔离芯片U5，所述光耦隔离芯片U5的阳极通过电阻R20接基准电压电路(4)的基准电压输出端，所述光耦隔离芯片U5的阴极为电池管理电路(7)的比较电压输入端且接活化信号检测电路(2)的输出端，所述光耦隔离芯片U5的集电极通过电阻R19接DC-DC变换器(6)的输出端Vo，所述MOSFET开关管Q4的栅极与光耦隔离芯片U5的发射极相接，所述MOSFET开关管Q4的漏极接地，所述蓄电池(8)的负极与MOSFET开关管Q4的源极相接，所述MOSFET开关管Q4的源极与栅极之间接有电阻R21。
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