不间断直流电源的电池活化控制电路及其设计方法
【技术领域】
[0001] 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及 其设计方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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、实用性强的不间断直流电源的电池活化控制电路。
[0005] 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；
[0006] 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;
[0007] 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；
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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Tl、M0SFET开关管Q3和二极管D1，所述M0SFET开关管Q3的栅极为DC-DC变换 器的控制信号输入端，所述M0SFET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。
[0012] 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。
[0013] 本发明还提供了一种方法步骤简单、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，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0014] 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：
[0015] 步骤101、根据lkD彡R16彡3kD选取电阻R16的阻值；
[0016] 步骤102、根据公式选取电阻R18的阻值；其中，UK18为电阻R18两端 的电压且UK18= 2. 5V，IU4为集成三端稳压芯片TL431的参考极的电流且IU4= 2uA;
[0017] 步骤103、根据公5
【主权项】
1. 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 (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⑵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Rll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Rll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RlO接DC-DC变换器（6)的输出端Vo,所述电阻R13和电 阻RlO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RlO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Ul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Ul的反相输入端 接活化操作电路（1)的输出端，所述比较器Ul的输出端与同相输入端之间接有电阻R6,所 述比较器Ul的输出端为活化信号检测电路⑵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