不间断直流电源的电池活化控制电路的设计方法技术

本发明专利技术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，不间断直流电源包括电池管理电路、PWM控制驱动电路、DC‑DC变换器和蓄电池，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；设计方法包括步骤：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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利申请为申请日2015年05月28日、申请号201510282753.0，专利技术创造名称为《不间断直流电源的电池活化控制电路及其设计方法》的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术属于电源
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用的技术方案是：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MOSF本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，聂燊，赵亚娟，邓俊青，李青青，汪子为，王肖，张琼，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61