一、項目前言：

    由于鋰電池成本比較高的緣故，目前市場上很多的市電供電產(chǎn)品應(yīng)用場合都需要用到24V鉛酸電池作為備用電池供電，而國內(nèi)市場上大部分的鉛酸電池生產(chǎn)廠家都只是以生產(chǎn)純鉛酸電池模組作為主要產(chǎn)品，很少有內(nèi)置鉛酸電池充放電管理電路的電池模組，這樣在設(shè)計需要鉛酸電池作為備用供電電源的電路時就會存在兩種設(shè)計思路：

1、定制內(nèi)置鉛酸電池充放電管理電路的電池模組；

2、設(shè)計電源電路時兼容鉛酸電池充放電管理功能；

以上兩種設(shè)計思路各有優(yōu)缺點，本著學(xué)習(xí)的目的，本次主題帖采用了第二鐘設(shè)計思路，和大家一起來一步一步學(xué)習(xí)基于反激式開關(guān)電源的鉛酸電池充放電管理電路的設(shè)計。

由于涉及的電池充電管理方面的基礎(chǔ)知識還是比較多的，晚上整理一下思路，稍后更新！

二、項目描述：

本設(shè)計主要分為兩個部分：

1、、基于TOP247Y反激式開關(guān)電源電路設(shè)計部分；     

     該部分主要選用的是PI公司的TOP247Y芯片為主控芯片，采用主流的單端反激式開關(guān)電源設(shè)計思路，電路帶輸入過壓保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)、輸入過流保護(hù)、輸出過壓保護(hù)、輸入過流保護(hù)、輸入短路保護(hù)等功能，電源效率在全電壓輸入范圍內(nèi)可達(dá)85%以上，當(dāng)前方案可實現(xiàn)的應(yīng)用需求如下：   

     AC195~265V全電壓輸入范圍；      

     輸出32V，60W；     

     工作溫度范圍：-45~+85度；      

     負(fù)載調(diào)整率：0.2%；      

     隔離等級：AC2500V 1MIN；      

     輸出紋波大小：<200MV；

2、、基于UC2909鉛酸電池充放電管理電路設(shè)計部分；          

     該部分主要選用的是TI公司的UC2909芯片為主控芯片，UC2909自帶鉛酸電池充電管理功能，用戶可通過調(diào)節(jié)芯片外圍元件參數(shù)實現(xiàn)各種充電管理功能，當(dāng)前方案可實現(xiàn)24V鉛酸電池管理參數(shù)如下(暫時不考慮熱敏電阻溫度補償效果)：     

     使能充電電壓：21V     

     過沖電壓：29.2V    

     浮充電壓：27.3V     

     涓流充電電流：45MA     

     恒流充電：0.6A     

     過沖終止電流：100MA

三、鉛酸蓄電池充電管理基礎(chǔ)知識

    該部分打算分為以下幾個方面一步一步了解并熟悉鉛酸電池的充電管理方面的基礎(chǔ)知識：

    3.1、鉛酸電池常用術(shù)語

    3.2、鉛酸電池充電狀態(tài)管理

    3.3、鉛酸電池充電曲線電壓電流的選擇原則

    詳細(xì)的各部分講解會在下面逐步展開，希望和大家一起探討！

3.1、鉛酸電池常用術(shù)語

    為了更加有效率的講解后面的知識章節(jié)，首先需要了解電池應(yīng)用場合的一些常用術(shù)語：

（1）電池容量（C）

    處于完全充電狀態(tài)下的鉛酸電池在一定的放電率條件下，放電到規(guī)定的終止電壓時所能給出的電量稱為電池容量，用符號C表示，常用單位為安時AH。

（2）放電率（C-Rate）

    放電率一般用C-Rate表示，根據(jù)鉛酸電池放電電流的大小，分為時間率和電流率。

    時間率是指在一定的放電電流的條件下，放電至規(guī)定的終止電壓時的時間長短。常用時率來表示，常用的時間率有20h,10h,5h,3h,1h,0.5h。

    電流率是指滿足一定的工作時間長短的條件下的放電電流的大小。例如：一個10AH電池容量C的鉛酸電池可以提供1A工作電流持續(xù)10個小時，這種情況下的電流率就為C/10。

（3）循環(huán)壽命

    在一定放電條件下，電池使用至某一容量規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。

    注：在給定的溫度下，壽命是放電深度的反函數(shù)。

（4）溫度效應(yīng)

    運行溫度對鉛酸電池性能有著顯著的影響，包括以下幾個方面：

    1、溫度升高時，容量和充電效率下降；

    2、溫度高于或低于特定范圍時，容量急劇下降；

    3、自放電速率隨著溫度增加；

    4、內(nèi)阻隨溫度下降而變大；

    

3.2、鉛酸電池充電狀態(tài)管理

     由于某些應(yīng)用場合的蓄電池會經(jīng)常出現(xiàn)過度放電的情況，如果一開始就直接進(jìn)入較大電流充電的恒流充電階段， 容易造成熱失控，易損壞蓄電池。所以在最開始的時候應(yīng)該采用小電流IT 充電的涓流充電模式， 等蓄電池的端電壓達(dá)到設(shè)定的充電使能電壓UT 時， 再進(jìn)行恒流充電。

3.2.1鉛酸電池充電管理的4個階段

     目前比較主流的鉛酸電池充電管理方案一般采用4段充電管理方式：涓流充電、恒流充電、恒壓充電和浮充充電四個階段；

3.2.2充電管理4個階段狀態(tài)詳解   

狀態(tài)1: 涓流充電。

　　當(dāng)蓄電池電壓低于充電使能電壓UT , 充電器提供很小的涓流IT 進(jìn)行充電， IT 一般約為0. 01C（ C 為蓄電池容量），一般不做硬性規(guī)定，選擇mA級的小電流即可。

狀態(tài)2: 恒流充電。

　　當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到充電使能電壓UT 時， 充電器提供一個大電流I BULK 對蓄電池進(jìn)行恒流充電， 這一階段是充電的主要階段， 蓄電池端電壓上升很快， 直至電壓上升到過壓充電電壓UOC 時進(jìn)入恒壓充電階段。

狀態(tài)3: 恒壓充電。

　　在此階段， 充電器提供一個略高于蓄電池額定值的電壓UOC進(jìn)行恒壓充電， 電路的充電電流將按指數(shù)規(guī)律逐漸減小，直至電流大小等于充電終止電流I OCT（約為10 % IBULK ） , 蓄電池已被充滿，充電器進(jìn)入浮充充電狀態(tài)。

狀態(tài)4: 浮充充電。

　　浮充充電階段， 充電器提供浮充電壓UF 對蓄電池以很小的浮充電流進(jìn)行充電， 以彌補蓄電池自放電造成的容量損失。同時由于蓄電池的浮充電壓隨溫度變化而變化， 因此需要選擇與蓄電池相同溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行溫度補償， 確保在任何溫度下都能以精確的浮充電壓進(jìn)行浮充充電。溫度系數(shù)一般選擇- 3. 5~ - 5 mV/ .

3.2.3充電管理狀態(tài)曲線

    以上4個充電管理階段可理解為以下的充電管理曲線：

3.3、鉛酸電池充電曲線電壓電流的選擇原則

    知道了鉛酸電池的4段充電管理過程和充電管理曲線，那鉛酸電池充電曲線中的電壓電流門限值如何選擇呢？

    個人建議可以參照以下兩種方式作為選擇的原則：

    1.找一份專門的鉛酸電池充電管理芯片的規(guī)格書或應(yīng)用文檔進(jìn)行查閱，一般里面都會給出鉛酸電池的相關(guān)參數(shù)；

    2.可以向鉛酸電池的供應(yīng)商索要一份他們的技術(shù)規(guī)格書或承認(rèn)書，上面會有建議用戶使用的各種參數(shù)。

四、系統(tǒng)框圖

本次設(shè)計的系統(tǒng)框圖如下：

根據(jù)系統(tǒng)的框圖架構(gòu)，打算將此次的原理圖設(shè)計分為以下幾個模塊進(jìn)行分析：

 5.1、220V交流輸入電源浪涌防護(hù)電路設(shè)計

 5.2、220V交流輸入電源EMC抑制電路設(shè)計

 5.3、32V/2.5A反激式開關(guān)電源部分電路設(shè)計

 5.4、24V鉛酸電池充電管理部分電路設(shè)計

 5.5、24V鉛酸電池放電管理部分電路設(shè)計

各個模塊簡要的電路分析會在后續(xù)逐步更新。

5.1、220V交流輸入電源浪涌防護(hù)電路設(shè)計

又是跟蹤學(xué)習(xí)！每天進(jìn)步一點點！

這兩天有點忙，節(jié)后開工，每天持續(xù)更新，呵呵，歡迎一起學(xué)習(xí)討論

支持樓主，去年的帖子對我?guī)椭艽?，希望樓主再接再厲，這種經(jīng)驗分享帖子對于初學(xué)者幫助甚大。，另外希望樓主說說Layout關(guān)鍵，比如接地之類的，感覺初學(xué)者很難Lay好一塊正常工作的板子。

其實我也涉及電源領(lǐng)域不久，正因為如此，我覺得我的學(xué)習(xí)過程中經(jīng)驗的分享對于像我這樣入門不久的人來說是很有幫助的。 在這個帖子的后續(xù)中，我會盡量慢慢的將主題范圍擴(kuò)大，主題內(nèi)容追根溯源，至少傾盡自己的觀點先，呵呵

6.1、220V交流輸入電源浪涌防護(hù)電路分析

該電路是典型的交流220V輸入部分浪涌防護(hù)電路，所以原理就不做過多的解釋了。

這里主要強(qiáng)調(diào)2點：

1.氣體放電管的“續(xù)流遮斷”概念。續(xù)流遮斷是氣體放電管應(yīng)用中最關(guān)注的問題，在正常工作狀態(tài)下，氣體放電管被擊穿后，可以自動恢復(fù)到開路狀態(tài)，即實現(xiàn)續(xù)流遮斷。但是沒如果氣體放電管導(dǎo)通后兩端電壓繼續(xù)維持在20V以上，那么氣體放電管就會一直處于導(dǎo)通狀態(tài)直至被燒毀。

2.壓敏電阻的使用壽命與壓敏的擊穿次數(shù)有關(guān)。

基于以上兩點，將壓敏電阻和氣體放電管串聯(lián)起來作為浪涌防護(hù)電路，一方面，利用氣體管的響應(yīng)時間比較慢的特性（氣體放電管的響應(yīng)時間可以達(dá)到數(shù)百ns以至數(shù)s，在保護(hù)器件中是最慢的），可以有效避免電路中的高頻雜波信號頻繁擊穿電阻導(dǎo)致壓敏電阻的壽命下降；另一方面，由于壓敏電阻的存在，有效解決了氣體放電管的續(xù)流遮斷問題。但是上面的電路也有缺點，那就是響應(yīng)時間比較慢，只適用一般對響應(yīng)時間要求不要的場合。

5.2、220V交流輸入電源EMC抑制電路設(shè)計

6.2、220V交流輸入電源EMC抑制電路分析

如上圖所示，將EMC電路結(jié)構(gòu)分成了3級電路組成，各級電路作用如下：

一級電路：基本電源濾波電路；

二級電路：增強(qiáng)型電源濾波電路。該級濾波電路是為了如果基本電源濾波電路達(dá)不到認(rèn)證要求的時候預(yù)留的，其中圖中的U20根據(jù)測試結(jié)果和試驗調(diào)試最終確定使用差模濾波還是共模濾波，相應(yīng)的參數(shù)大小可在試驗中具體確定，一般建議共模電感的取值范圍在1.5mH~20mH之間，差模電感的取值在10~200uH之間；

三級電路：該級電路也是預(yù)留電路，如果上面二級電路滿足試驗要求的話，不建議使用三級電路。主要是由于交流情況下對地共模電容太大的話會對人身安全有隱患，太小的話作用不明顯。通常建議選用102~682之間的Y電容；

5.3、32V/2.5A反激式開關(guān)電源部分電路設(shè)計

反激式開關(guān)電源部分的電路設(shè)計思想主要源于之前的主題帖

“【我是工程師】一步一步精通單端反激式開關(guān)電源設(shè)計（計算公式追根溯源，設(shè)計原理深入分析、設(shè)計過程詳細(xì)講解）”

http://www.15119.cn/bbs/1510078.html

很好

呵呵！正在逐步整理中，更新的有點慢了~

6.3、32V/2.5A反激式開關(guān)電源電路分析

關(guān)于反激式開關(guān)電源部分的知識在之前的一份主題帖中有了詳細(xì)的設(shè)計說明，這里就不再分析了。

這里重點給出設(shè)計需求相關(guān)的一些參數(shù)好了：

6.3.1、流輸入最小電壓：AC195V，交流輸入最大電壓：AC265V；

6.3.2、交流輸入電壓頻率：FL=50HZ；

6.3.3、開關(guān)頻率：FS=132KHZ；

6.3.4、輸出電壓：Vo=32V；

6.3.5、輸出電流：IO=1.9A；

6.3.6、電源效率：η=80% ；

6.3.7、負(fù)載調(diào)整率：SI=±0.2%；

6.3.8、損耗分配因子：Z = 0.5；

6.3.9、空載功率損耗：P_NO_LOAD<=800MW；

6.3.10、輸出紋波電壓：VRIPPLE<200MV。

順便附上變壓器部分的規(guī)格書，以供參考。

5.4、24V鉛酸電池充電管理部分電路設(shè)計

 5.5、24V鉛酸電池放電管理部分電路設(shè)計

6.4、24V鉛酸電池充電管理電路分析

該部分打算從以下幾個方面一步一步分析UC2909的工作管理狀態(tài)

一、UC2909引腳功能分析

二、UC2909外圍電路參數(shù)選擇

三、UC2909外圍電路設(shè)計EXCEL表格制作

雖然datasheet中已經(jīng)有了詳細(xì)的描述，這里還是盡量站在應(yīng)用的角度逐個驗證一下

6.4.1、UC2909引腳功能分析