CN205123354U - 小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路，其结构包括恒压恒流充电电路、过/欠压保护电路和电池欠压采样电路；所述电路恒压恒流充电电路与过/欠压保护电路相接，用于对蓄电池进行恒压恒流充电，其输入端为电源端A，其输出端为充电端B；所述过/欠压保护电路用于在过压充电时关断恒压恒流充电电路；所述电池欠压采样电路连接在充电端B与过/欠压保护电路之间，用于采集充电电压，并在发生欠压时驱动过/欠压保护电路动作以关断恒压恒流充电电路。本实用新型电路结构简单，元器件少，成本低，实现的功能完善合理，可用于火灾报警控制系统中的备电蓄电池组的充电及管理，也可用于其他小容量铅酸蓄电池的充电。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种蓄电池充电电路，具体地说是一种小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路。
背景技术
现有蓄电池的充电方式有很多种，包括恒流充电法、恒压充电法和恒压限流法等多种方式。
恒流充电法是指在整个充电过程中充电电流始终保持不变，这就要求电源电压随蓄电池电压的升高而升高。要求充电设备的自动化程度较高。其缺点是，在充电后期，如果充电电流不变，大部分电流将作用于电解水上，电解液出气泡过多而显沸腾状，后果是浪费电能，蓄电池温度过高，造成极板弯曲，容量迅速下降，蓄电池提前报废。
恒压充电法是指在整个充电过程中充电电压始终保持不变。该方法的优点是充电后期蓄电池电压几乎等于充电电压，避免后期充电电流过大而造成的极板活性物质脱落和电能损失。其缺点是，充电初期电流过大，极板活性物质体积变化收缩太快，影响机械强度，致使其脱落，影响蓄电池寿命。
恒压限流法是为了补救恒压充电法的缺点而采用的一种充电方法。该方法是在充电电压和蓄电池之间串入一个电阻，以限制充电初期的充电电流。其缺点是，随着充电的进行，蓄电池电压逐渐上升，电流几乎呈直线衰减，充电电流过小，使极板深处的活性物质得不到充电反应，形成长期充电不足，影响蓄电池的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路，以解决传统恒压限流法造成的蓄电池长期充电不足而影响蓄电池使用寿命的问题。
本实用新型是这样实现的：一种小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路，包括：
恒压恒流充电电路，与过/欠压保护电路相接，用于对蓄电池进行恒压恒流充电，所述恒压恒流充电电路的输入端为电源端A，其输出端为充电端B；
过/欠压保护电路，分别与所述恒压恒流充电电路和电池欠压采样电路相接，用于在过压充电时关断恒压恒流充电电路；以及
电池欠压采样电路，连接在充电端B与过/欠压保护电路之间，用于采集充电电压，并在发生欠压时驱动过/欠压保护电路动作以关断恒压恒流充电电路。
所述恒压恒流充电电路包括电阻R1、三极管V1、MOS管V2、二极管D1、电阻R8、电阻R9和三极管V3；在电源端A与充电端B之间依次串联连接电阻R1、MOS管V2和二极管D1，MOS管V2的栅极经电阻R9接三极管V3的集电极，在MOS管V2的栅极与源极之间接有电阻R8，三极管V1的基极接MOS管V2的源极，三极管V1的集电极接MOS管V2的栅极，三极管V1的发射极接充电端B；三极管V3的发射极接地，三极管V3的基极接过/欠压保护电路。
所述过/欠压保护电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、稳压管Z1和三端可调分流基准源U2；稳压管Z1的阳极与恒压恒流充电电路中的三极管V3的基极相接，稳压管Z1的阴极分三路，第一路经电容C3接地线，第二路经电阻R7接电池欠压采样电路，第三路经三端可调分流基准源U2接地线，三端可调分流基准源U2的参考端连接到由电阻R5和电阻R6连接组成的串联支路的中间节点上，电容C2并联在电阻R6的两端。
所述电池欠压采样电路包括二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三端可调分流基准源U1；在充电端B与地线之间依次串联连接二极管D3和电容C1，由二极管D3与电容C1中间的连接节点引出四路，其一路经由电阻R2和电阻R3组成的串联支路接地线，其二路接电阻R4，其三路接过/欠压保护电路中的电阻R5，其四路接过/欠压保护电路中的电阻R7；三端可调分流基准源U1的阴极接电阻R4，三端可调分流基准源U1的阳极接地线，三端可调分流基准源U1的参考端连接到电阻R2与电阻R3之间的串联节点上；二极管D2的阳极与三端可调分流基准源U1的阴极相接，二极管D2的阴极连接在过/欠压保护电路中的电阻R5与电阻R6之间的串联节点上。
本实用新型由于采用恒流恒压方式对小容量铅酸蓄电池进行充电，不会出现恒流充电法后期电能的损耗和对蓄电池的损害，也没有恒压充电法初期的大电流对蓄电池的损害。另外，由于本实用新型在充电回路中所串接电阻的功率和阻值比传统恒压限流法所串接电阻的阻值小许多，所以，不会出现电流呈直线衰减的情况，可使充电电流更接近于蓄电池的充电特性曲线，这样，充电电压只需设定为标准充电电压即可，不用像恒流充电电路那样必须把充电电压抬得过高，因而不会影响蓄电池的使用寿命。
本实用新型电路结构简单，元器件少，成本低，实现的功能较为完善合理。本实用新型可用于火灾报警控制系统中的备电蓄电池组的充电及管理，也可用于其他小容量铅酸蓄电池的充电。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图。
图2是本实用新型一种具体实现方式的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括恒压恒流充电电路、过/欠压保护电路和电池欠压采样电路；所述恒压恒流充电电路与过/欠压保护电路相接，恒压恒流充电电路的输入端为电源端A，输出端为充电端B；所述电池欠压采样电路连接在充电端B与过/欠压保护电路之间；所述过/欠压保护电路连接在恒压恒流充电电路与电池欠压采样电路之间。
如图2所示，所述恒压恒流充电电路包括电阻R1、三极管V1、MOS管V2、二极管D1、电阻R8、电阻R9和三极管V3；其中电阻R1是一个大功率小阻值的电阻，三极管V1是一个PNP型三极管，选用SS8550；MOS管V2是一个P沟道的MOS管，选用IRF9530N；三极管V3是一个NPN型三极管，选用SS8050。
在本充电和保护电路的电源端A与充电端B之间，依次串联连接电阻R1、MOS管V2和二极管D1，构成充电回路，MOS管V2的栅极经电阻R9接三极管V3的集电极，在MOS管V2的栅极与源极之间接有电阻R8，三极管V1的基极接MOS管V2的源极，三极管V1的集电极接MOS管V2的栅极，三极管V1的发射极接充电端B；三极管V3的发射极接地，三极管V3的基极接过/欠压保护电路。
所述过/欠压保护电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、稳压管Z1和三端可调分流基准源U2；稳压管Z1的阳极与恒压恒流充电电路中的三极管V3的基极相接，稳压管Z1的阴极分三路，第一路经电容C3接地线，第二路经电阻R7接电池欠压采样电路，第三路经三端可调分流基准源U2接地线，三端可调分流基准源U2的参考端连接到由电阻R5和电阻R6连接组成的串联支路的中间节点上，电容C2并联在电阻R6的两端。
所述电池欠压采样电路包括二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三端可调分流基准源U1；在充电端B与地线之间依次串联连接二极管D3和电容C1，由二极管D3与电容C1中间的连接节点引出四路，其一路经由电阻R2和电阻R3组成的串联支路接地线，其二路接电阻R4，其三路接过/欠压保护电路中的电阻R5，其四路接过/欠压保护电路中的电阻R7；三端可调分流基准源U1的阴极接电阻R4，三端可调分流基准源U1的阳极接地线，三端可调分流基准源U1的参考端连接到电阻R2与电阻R3之间的串联节点上；二极管D2的阳极与三端可调分流基准源U1的阴极相接，二极管D2的阴极连接在过/欠压保护电路中的电阻R5与电阻R6之间的串联节点上。
本实用新型的工作过程是：在接通电源开始给蓄电池充电后，当电阻R1上的电压达到0.7V时，三极管V1开始导通，此时如果蓄电池电压处在正常范围内，三极管V3是导通的，那么，三极管V1、电阻R8、三极管V3形成了MOS管V2的栅极电压调整通道，MOS管V2工作在线性区域，充电电压与蓄电池电压的压差的大部分都降在了MOS管V2上。如果充电电流上升，电阻R1上的压降增大，三极管V1的基极电压降低，三极管V1的集电极电压升高，MOS管V2的栅极电压升高，MOS管V2的源极S与漏极D间的电压升高，充电电流减小，从而完成充电回路的电流调整。
由图2可见，电阻R1上的电压被三极管V1的be节钳位在了0.7V，其充电电流为：Ic=0.7/R1。当电阻R1上的电压小于0.7V时，充电过程退出恒流状态，三极管V1截止，MOS管V2的栅极电压值为电阻R9与电阻R8的分压值，此时，MOS管V2完全导通，充电过程进入恒压充电状态。
如果在充电过程中采集到过压信号，即电阻R5与电阻R6的分压电压超过2.5V时，三端可调分流基准源U2的输出端电压变低，稳压管Z1、三极管V3截至，MOS管V2关断，充电回路的充电端B无电压输出。
当蓄电池充满后，电路的工作状态为：当蓄电池电压逐步升高到过压关断电压时，MOS管V2关断，蓄电池电压缓慢下降，直到MOS管V2打开，开始涓流充电，蓄电池电压又逐步升高，当升高的过压值时，MOS管V2再次关断，如此循环往复地进行涓流充电工作。
当蓄电池电压处在欠压状态时，电阻R2与电阻R3的分压值小于2.5V，此时三端可调分流基准源U1输出为高阻，二极管D2导通，此时，电阻R4与电阻R5为并联状态，也就减小了过压采样的上偏电阻，导致过/欠压保护电路的输出关断。这样可保证在蓄电池因电压过低而不符合充电条件的情况下或是在无蓄电池接入的情况下，充电回路的充电端B不会有电压输出，从而实现欠压保护。另外，如果在充电过程中发生断开蓄电池的情况时，电池欠压采样电路也会先采集到过压信号，当过/欠压保护电路动作、充电电压下降后，电池欠压采样电路即开始介入工作，直到通过过/欠压保护电路彻底关断MOS管V2，从而保证了在此种情况下充电端B无电压输出。
Claims (4)
1.一种小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路，其特征是，包括：
恒压恒流充电电路，与过/欠压保护电路相接，用于对蓄电池进行恒压恒流充电，所述恒压恒流充电电路的输入端为电源端A，其输出端为充电端B；
过/欠压保护电路，分别与所述恒压恒流充电电路和电池欠压采样电路相接，用于在过压充电时关断恒压恒流充电电路；以及
电池欠压采样电路，连接在充电端B与过/欠压保护电路之间，用于采集充电电压，并在发生欠压时驱动过/欠压保护电路动作以关断恒压恒流充电电路。
2.根据权利要求1所述的小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路，其特征是，所述恒压恒流充电电路包括电阻R1、三极管V1、MOS管V2、二极管D1、电阻R8、电阻R9和三极管V3；在电源端A与充电端B之间依次串联连接电阻R1、MOS管V2和二极管D1，MOS管V2的栅极经电阻R9接三极管V3的集电极，在MOS管V2的栅极与源极之间接有电阻R8，三极管V1的基极接MOS管V2的源极，三极管V1的集电极接MOS管V2的栅极，三极管V1的发射极接充电端B；三极管V3的发射极接地，三极管V3的基极接过/欠压保护电路。
3.根据权利要求2所述的小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路，其特征是，所述过/欠压保护电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、稳压管Z1和三端可调分流基准源U2；稳压管Z1的阳极与恒压恒流充电电路中的三极管V3的基极相接，稳压管Z1的阴极分三路，第一路经电容C3接地线，第二路经电阻R7接电池欠压采样电路，第三路经三端可调分流基准源U2接地线，三端可调分流基准源U2的参考端连接到由电阻R5和电阻R6连接组成的串联支路的中间节点上，电容C2并联在电阻R6的两端。
4.根据权利要求3所述的小容量铅酸蓄电池的恒压恒流充电和保护电路，其特征是，所述电池欠压采样电路包括二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三端可调分流基准源U1；在充电端B与地线之间依次串联连接二极管D3和电容C1，由二极管D3与电容C1中间的连接节点引出四路，其一路经由电阻R2和电阻R3组成的串联支路接地线，其二路接电阻R4，其三路接过/欠压保护电路中的电阻R5，其四路接过/欠压保护电路中的电阻R7；三端可调分流基准源U1的阴极接电阻R4，三端可调分流基准源U1的阳极接地线，三端可调分流基准源U1的参考端连接到电阻R2与电阻R3之间的串联节点上；二极管D2的阳极与三端可调分流基准源U1的阴极相接，二极管D2的阴极连接在过/欠压保护电路中的电阻R5与电阻R6之间的串联节点上。
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