在本教程中，为12v 铅酸蓄电池设计了一个恒压充电器。铅酸蓄电池可以采用不同的充电方式或充电方式。在本教程中，一个恒压充电器将被设计为充电的铅酸蓄电池。电池需要提供有限的电流，一旦在充电过程中达到峰值终端电压，电流就会饱和。根据12v 电池的每个单元电压，电池的最大额定电压从13.5 v 到14.6 v 不等。
在本教程中，充电器
电路是为了给铅酸蓄电池充电而设计的，其峰值末端电压为14.4 v，因此，这个充电器电路给蓄电池充电的恒定电压为14.4 v，最大电流为1.25 a。
所需组件 -
图一: UPS 用12v 铅酸蓄电池恒压限流充电器所需
元件清单
方框图 -
图二: lm317型铅酸蓄电池充电器方框图
电路连接 -
这个充电器很容易设计，并有以下电路块，其中每个块服务于一个特定的用途-
1. 空调至空调的转换
主
电源的电压(由中间变压器供电后，从发电厂降低线电压)大约为220-230v 交流电。这个电压需要通过使用降压变压器降低到所需的电压水平。该电路采用额定值为18v-0-18v/2A 的降压变压器。它能够提供2a 电流，非常适合当前要求为1.25 a 的应用程序。这台变压器降低主线电压至18v 交流电。
图三: 降压电源电路图
降压变压器和桥式整流二极管的额定电流必须大于或等于输出端所需的电流。否则，它将无法在输出端提供所需的电流。降压变压器的额定电压应大于所需的最大输出电压。这是由于这样一个事实，lm317集成电路中使用的电压降大约为2v。在这个电路中，使用了两个 lm317集成电路，因此变压器的输入电压必须大于所需的最大输出电压4到5v，并且应该在 lm317的输入电压的极限之内。
图4:18-0-18V 降压变压器图像
2. 交流转直流或整流ー
降压后的交流电压需要通过整流转换为直流电压。整流是将交流电压转换为直流电压的过程。有两种方法将交流信号转换为直流信号。一种是半波整流，另一种是全波整流。该电路采用全波桥式整流器将18v 交流电转换为18v 直流电。全波整流比半波整流更有效，因为它提供了交流信号正负两面的完整利用。
在全波桥式整流器配置中，四个二极管以这样的方式连接在一起，使得电流只沿一个方向流过它们，从而在输出端产生直流信号。在全波整流过程中，一次有两个二极管正向偏置，另外两个二极管反向偏置。
图5: kbpc3510全桥整流器图像
该电路采用 kbpc-3510作为桥式整流器。该整流器是一种单相桥式整流器，其峰值反向电压为1000v，平均整流输出电流为35a，因此在正向偏置情况下，很容易阻断18v 的反向偏置电流，允许1.25a 的正向偏置电流。除了直接使用 kbpc-3510外，还可以使用四个 sr560二极管构成全波桥式整流器，使得整流电流最大为1.5 a，并且在反向偏置时可以阻断18v 电源。
图6: 全桥整流器电路图
3. 光滑处理 -
平滑处理是利用电容器对直流信号进行滤波的过程。全波整流器的输出不是稳定的直流电压。整流器的输出是主电源频率的两倍，但仍含有波纹。因此，需要通过连接一个电容并联输出的全波整流器平滑。电容器在一个周期内充电和放电，以稳定的直流电压作为输出。因此，在全桥整流器的输出端连接了一个电容器(如电路图中的 C1)。
一个陶瓷电容(在电路图中显示为 C2)并联于这个电解电容，以减少等效输出阻抗或 ESR。在充电电路的输出端，应该有一个电容器来吸收任何不必要的波纹。但是在这个电路中，电池在输出端连接起来，就像电容器一样。因此，不需要在充电电路的输出端连接任何电容器。
图7: 平滑电容器电路图
电路中使用的电容器必须具有比输入电源电压更高的额定电压。否则，电容器将开始泄漏的电流，由于在其板电压过高，将爆发出来。在使用直流电源之前，应确保滤波电容器已经放电。为此，电容器应该带有一个带绝缘手套的螺丝刀。
图8: 平滑电容器的图像
4. 稳压使用 LM317-
为了设计12v 铅酸蓄电池的恒压充电器，需要一个恒压源和一个限流器。电压源应提供等于电池最大额定电压的恒定电压。考虑到铅酸蓄电池的充电电流，充电电流应小于或等于蓄电池的最大额定电流。该电路采用 lm317集成电路作为14.4 v 的恒压源，电路中使用的12v 电池的峰值端电压为14.4 v。这个电流源将把充电电流限制在1.25 a，所以电池不会吸收大于这个值的电流。
317用于稳压。317是一个单片正极稳压器集成电路。由于采用单片集成电路，所有元器件都集成在同一块
半导体芯片上，使集成电路体积小、功耗低、成本低。该集成电路有三个引脚: 1)输入引脚可以提供最大40 v 直流电; 2)输出引脚提供1.25 v 到37 v 的输出电压; 3)调节引脚用于改变输入电压的输出电压。对于40 v 以下的输入，输出可以从1.25 v 到37 v 不等。
为了使用集成电路作为恒压源，在输出引脚和地之间使用了电阻分压电路。分压电路具有一个可编程电阻(Rp)和另一个输出设置电阻(Rs)。通过取一个合适的编程电阻和输出电阻的比值，可以得到所需的输出电压。集成电路 Vout 的输出电压由下面的公式-给出
Vout = 1.25 * (1 + (Rs/Rp)(摘自 lm317数据表)
为了保证稳压电路的稳定性，编程电阻(Rp)的典型值可以从220e 到240e。在这个电路中，编程电阻(Rp)的值取为220e。由于输出电压应为14.4 v，输出设置电阻(Rs)的值可以确定为-
期望输出电压，Vout = 14.4 v
输出设置电阻，Rp = 220E
将 Vout 和 Rp 的值放入上面的方程中,
14.4 = 1.25 * (1 + (Rs/220)
因此，输出设置电阻的值是-
Rs = 2.3 k (大约)
图9: lm317集成电路恒压源电路图
为了设计限流电路，需要设计一个恒流源。在电路中，另一个 lm317被用作恒流源。为此，一个电阻(Rc)连接到集成电路从输出到调整引脚。在这个集成电路的输出端连接一个陶瓷电容(如电路图中的 C3) ，以避免任何电压尖峰和不必要的噪声。
在正常状态下，当输出端有恒定的电流需求时，317将在其调节端保持1.25 v 的电压。因此，电阻 Rc 上的电压也是1.25 v。当电流需求在输出端发生变化时，它也应该改变电阻 Rc 上的电压降，但 lm317将调整输出电压，以补偿电阻 Rc 上的常数1.25 v 电压降。
因此，跨 Rc 的电压总是1.25 v，因此恒定电流流过这个电阻器。该集成电路的恒流输出可以通过以下公式计算
I = 1.25/Rc (来自 lm317的数据表)
这里 i 是输出端的恒定电流
通过改变电阻 Rc 的大小可以改变恒流电流的大小。由于 lm317可以提供1.5 a 的最大电流，所以 Rc 的值不能小于0.83 e。
必须设计一种最大充电电流为1.25 a 的充电电路。因此，利用上述公式，可以计算出电阻 Rc 对1.25 a 电流的值，如下所示
I= 1.25/R
I= 1.25A,
Rc= 1E = 1 e
在选择任何电阻器时，都应该考虑两个参数，一个是电阻器的电阻，另一个是电阻器的瓦数。瓦数取决于流过电阻器的最大电流。如果采用低瓦特电阻，那么高电流会加热电阻并造成损坏。在这个电路中，从电阻 Rc 流出的最大电流为1.25 a。因此，电阻器的功率可以计算如下-
功率 = (横跨 Rc 的电压降) * (横跨 Rc 的最大电流)
功率 = 1.25 * 1.25
功率 = 1.6 w (约)
因此，电阻 Rc 耗散的最大功率为1.6 w。这就是为什么电路中使用了一个额定电阻为2w 的电阻器。在这个电路中，电阻 Rc 被连接成电阻 R1。
图10: lm317集成电路恒流源电路图
该电路采用 lm317作为限流器。电路中的第一个 lm317集成电路作为恒流源，为下一个 lm317集成电路提供输入电压，后者作为恒压源。所以输出电流或充电电流是由第一个 lm317集成电路控制的。所以，电池会把电流提高到1.25 a，因此恒流源在这个电路中起到了限流器的作用。
图11: 基于 lm317集成电路的恒压恒流源电路图
最初，由于电池已经完全放电，对电池的当前需求更大。由于大电流的 lm317集成电路开始升温和集成电路需要更多的下降，它降低了输出电压。因此，建议使用散热器来帮助冷却集成电路，并增加其功率。除了散热器，还应该使用热石膏添加额外的冷却集成电路应用石膏两侧的集成电路。一个冷却风扇也可以用来散热，可以吹走额外的热量从集成电路。散热器也是一个导体，所以 IC 引脚永远不应该与散热器短，因为这会损害集成电路。
5. 保护二极管
图12: 保护二极管电路图
充电器电路的工作原理类似于14.4 v 的恒压源，其电流极限为1.25 a。
电路是如何工作的
铅酸蓄电池是常用的蓄电池之一。这些电池用于高电流需求的应用，由于合理的功率重量比是首选的。这些低成本的电池易于设计和制造。这些电池可以通过以下三种方法充电-
1.恒流充电法:-在这种类型的充电提供恒流电池通过调整电压。这种方法需要一个智能电压传感器电路，以便它感知电压和停止充电时，电池电压达到最大额定电压。
图2。恒压法:-在这种方法中，通过限制电池的充电电流，向电池提供恒定的电压。当电池完全充电，然后它提请非常少的电流(约1-3% 的电池电流额定) ，这表明电池是完全充电。
图3。恒流-恒压法:-这是上述两种方法的结合。最初，提供一个恒定的电流，直到电池达到最大额定电压。然后，充电电流降低，充电电路切换到恒压模式。在这种模式下，充电电路只提供维持电池最大电压所需的电流。
结果，随着时间的推移，电流开始衰减，并达到饱和值。因此，这种充电电路需要一些智能电路来监测电池的充电电流和终端电压。该智能充电电路实现了恒流充电电路到恒压充电电路的切换。当充电电流大约为电池额定电流的1-3% 时，电路通过检测电流来停止充电。
这些充电方式各有利弊。恒压充电法是一种廉价而有效的充电方法，而恒流恒压充电法是最有效的充电方法，但需要复杂的电路，增加了成本。这些充电方法之间的比较总结在下表-
图13: 表列出了恒流充电、恒压充电和恒流充电的优缺点
从充电方式的比较来看，恒压充电器是最合理的充电方式，不需要复杂的电路就可以实现快速充电。该电路采用 lm317集成电路作为恒压源和限流恒流源，设计了恒压恒流充电器。
测试 -
一旦电路组装完毕，就要测量其输出电压和电流，以检查电路的效率和稳定性。下面的观察是在测试电路-期间进行的
实际输出设置电压，Vout = 14.37 v (当电池没有连接到输出)
充电电路采用12v/6A 铅酸蓄电池充电。最初，电池的电压是13 v，充电到7到8小时后，电池充电到13.5 v。在电池-充电过程中观察到以下情况
图14: 表列出铅酸蓄电池恒压限流充电器的输出特性
从上面的观察，很明显，输出设定电压小于14.37伏。电压下降是由于整个二极管 d1的电压降，该二极管在输出端串联连接。当流过二极管 d1的电流减小时，二极管的电压降低，这可以从上表中看出。整个二极管 D1(SR560)的最小电压降是0.15 v，每个数据表，所以输出设置电压可以增加到14.25 v 时，电池的电流是可以忽略不计(少于60毫安)
在电池充电约7至8小时，在最后1和2小时的充电，电池充电从约67毫安左右的恒定电流，这是约1% 的电池最大电流额定值(6 a)。当电池电流减少到67毫安以下时，电池就完全充电了。
图15: 为 UPS 设计的12v 铅酸蓄电池恒压限流充电器样机
这种充电电路只能对额定电流大于或等于2000ma 的12v 铅酸蓄电池充电。该电路具有以下优点:
•可调充电电流 -
这种充电电路提供了1.25 a 的最大充电电流，但是可以通过改变电阻 r1的值(使用 lm317作为恒流源时解释)将充电电流从10ma 调整到1500ma
•可调输出设置电压-
该充电电路的输出设定电压为14.4 v，通过改变电阻 r3的值，可以在1.25 v 到37v 之间变化(如使用 lm317作为恒压源时所解释的)
这是一个基本的充电器电路只使用两个 lm317集成电路。该电路只能用于对电流额定值在2000毫安以上的铅酸蓄电池进行充电。应该注意的是，不应该短路的输出，因为它会导致电池终端短路，可能会导致电池爆炸，并造成火灾事故。可能存在松动的连接，导致输出端没有电压或电压突变。该电路已组装在一个手工制作的试验板上，类似于任何普通的试验板，但设计用于高功率应用。
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