電動(dòng)自行車脈沖除硫充電器的設(shè)計(jì)解讀

1、鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：電動(dòng)自行車脈沖除硫充電器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：王生德 職稱： 副教授學(xué)生姓名：寧帥杰 學(xué)號：20082410128專 業(yè)：電子信息工程院（系）：信息工程學(xué)院完成時(shí)間：2012年5月25日2012年5月25日41畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課題名稱電動(dòng)自行車脈沖除硫充電器的設(shè)計(jì)題目來源：科研設(shè)計(jì)人姓名寧帥杰 學(xué)號 20082410128指導(dǎo)教師姓名、職稱 王生德 副教授指導(dǎo)時(shí)間/地點(diǎn)鄭州大學(xué)南校區(qū)專業(yè)班級電子信息工程1班一、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容1:鉛酸蓄電池的相關(guān)知識(shí)。2:電路設(shè)計(jì)所需要的器件的詳細(xì)介紹。3:電路原理設(shè)計(jì)及分析。4：實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)果分析，設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和可應(yīng)用之處。、設(shè)

2、計(jì)（論文）的主要技術(shù)指標(biāo)1:蓄電池充電電壓 48V。2:蓄電池最大脈沖充電電流50A。3:蓄電池最大脈沖放電電流100A。4:蓄電池充電脈沖寬度：300ms。5:蓄電池放電脈沖寬度：1ms。、進(jìn)度安排第7學(xué)期期末兩周：確定論文題目，查閱資料。第8學(xué)期：1-4周 學(xué)習(xí)參考文獻(xiàn)，補(bǔ)充查詢資料，完成開題報(bào)告。5-8周 分模塊設(shè)計(jì)電路，并進(jìn)行原理分析。9-14周 完善電路設(shè)計(jì)，調(diào)試并得出結(jié)果，寫論文并準(zhǔn)備答辯。四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）提交的文檔及基本要求1 .畢業(yè)論文一份（包含封皮、目錄、中英文摘要、內(nèi)容及參考文獻(xiàn)）2 .不少于5000漢字的科技翻譯資料一份3、畢業(yè)論文簡介（A4紙12頁）（包含題目、專業(yè)

3、、年級、姓名、指導(dǎo)教師、畢業(yè)論文所做的工作、 解決的問題、創(chuàng)新之處等）4 .畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書5 .開題報(bào)告6 .畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中期檢查表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱電動(dòng)自行車脈沖除硫光電器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名電子信息工程寧帥杰學(xué)號20082410128專業(yè)班級2008級1班一、選題的目的意義電動(dòng)自行車是當(dāng)下人們出行和上班的主要交通工具，目前電動(dòng)車電源主要采用免維護(hù)鉛酸蓄電池（48V）,在正常使用條件下，一套電瓶的使用壽命在一年到一年半左右。超過期限，續(xù)駛里程大大 縮短，必須更換新電瓶。然而，電瓶的成本占整車的三分之一左右，給用戶帶來極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)， 同時(shí)，電瓶的主要材料是鉛和硫酸，報(bào)廢的電瓶會(huì)對環(huán)境

4、造成極大污染，處理不當(dāng)，后果極其嚴(yán)重。 對蓄電池壽命有影響的主要是活性物質(zhì)脫落和極板硫化。經(jīng)過大量的剖析報(bào)廢的鉛酸蓄電池發(fā)現(xiàn)， 導(dǎo)致蓄電池使用壽命極端的原因是極板硫化。常用的預(yù)防蓄電池極板硫化的方法為添加催化栓或者 添加有機(jī)添加劑，而蓄電池硫化后再生的方法有反沖再生法、化學(xué)充電方法、電解液浸潤法等。上 述方法對于脈沖除硫有一定的效果。但是它們都有一些明顯的缺陷，有的過程太過繁瑣，不易操作； 有的成本太高，不易推廣。故希望能在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一個(gè)比較簡單并具有較高再生 效率的除硫光電器。二、國內(nèi)外研究綜述對于硫酸鹽化失效的蓄電池進(jìn)行再生主要有反充再生、化學(xué)充電方法再生、電解液浸潤法等，

5、這些方法對電池進(jìn)行再生有一定的效果，尤箕是電解液浸潤法，將有再生劑的電解液加入到失效的電池進(jìn)行浸潤7-9h后，在進(jìn)行25-28h的間歇式正脈沖充電，基本能消除鉛酸蓄電池的硫酸鹽化，但是此方法較為復(fù)雜，且深層的硫酸鉛晶體不太容易被激活。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法本設(shè)計(jì)米用通用的 NE555時(shí)基電路和NE556雙時(shí)基電路，分別實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電 路功能，從而完成先放電時(shí)序，達(dá)到消除硫化效果。任何絕緣層都能被高壓擊穿，擊穿后變?yōu)閷?dǎo)電 狀態(tài)，故對鉛酸蓄電池進(jìn)行脈沖充電，用極端的高壓脈沖擊穿硫酸鉛晶體，使得晶體處于導(dǎo)電狀態(tài)， 重新進(jìn)入充放電循環(huán)中。四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況陳紅雨，熊正

6、林，李中奇先進(jìn)鉛酸蓄電池制造工藝化學(xué)工業(yè)出版社 2010（澳）蘭德（Rand, D.A.J.）等主編；郭永榔等譯閥控式鉛酸蓄電池機(jī)械工業(yè)出版社 2006劉廣林編著鉛酸蓄電池工藝學(xué)概論機(jī)械工業(yè)出版社 2008張義國，周正軍.一種新型鉛酸電池充電器的設(shè)計(jì)M.機(jī)電工程技術(shù) 2010THC亮，李建婷，李又幾.一種智能鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計(jì)M.通訊電源技術(shù) 2006五、指導(dǎo)教師審批意見簽字：年 月日畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中期檢查I2012年03月26日課題名稱電動(dòng)自行車脈沖除硫光電器的設(shè)計(jì)姓 名寧帥杰專業(yè)和班級電子信息工程2008級1班指導(dǎo)教師王生德一、畢業(yè)設(shè)計(jì)具體內(nèi)容、目標(biāo)和可能遇到的問題設(shè)一個(gè)電動(dòng)自行車脈沖除

7、硫充電器，希望此充電器能夠?yàn)榱蛩猁}化的電動(dòng)自行車鉛酸蓄電池具有較好的再生作用。目前所遇到的問題時(shí)現(xiàn)有的蓄電池除硫方法較多，但是都 有一定的缺陷，同時(shí)鉛酸蓄電池脈沖充電主要有恒壓變周期和恒周期變壓兩種，目前設(shè)計(jì) 采用的是恒壓恒周期加反向脈沖的方法，對于實(shí)際效果有待驗(yàn)證。二、米取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析理論上，結(jié)晶的硫酸鉛晶體可以被高壓擊穿，擊穿后的晶體可以重新進(jìn)入充放電循環(huán)。為了保證擊穿大的硫酸鉛結(jié)晶體而不發(fā)生析氣，必須使這個(gè)高電壓足夠短， 占空比足夠大，并進(jìn)行限流。這樣就可以將已結(jié)晶的硫酸鉛晶體擊碎，使其重新恢復(fù)活性。但硫酸鉛晶體 容易極化，強(qiáng)脈沖電流光電會(huì)使電池發(fā)熱，溫度上

8、升導(dǎo)致極板加速腐蝕，不但沒能延長蓄 電池壽命，反而使蓄電池壽命更短。為了防止此種情況的發(fā)生，可在脈沖間隙加入去極化 負(fù)脈沖。與充電脈沖相比，去極化負(fù)脈沖的持續(xù)時(shí)間極短，但幅度是充電脈沖的幾倍，這 樣就實(shí)現(xiàn)了消除硫化又不使電池發(fā)熱的目的。三、指導(dǎo)教師對學(xué)生出勤、文獻(xiàn)閱讀等方面的評語簽字：年 月日畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中期檢查n2012年04月30日課題名稱電動(dòng)自行車脈沖除硫光電器的設(shè)計(jì)姓 名寧帥杰專業(yè)和班級電子信息工程2008級1班指導(dǎo)教師王生德一、階段性結(jié)果蓄電池的相關(guān)材料已經(jīng)準(zhǔn)備比較充分。如蓄電池?fù)p壞的原因，達(dá)不到預(yù)期的原因等。電路 方面已經(jīng)設(shè)計(jì)完成。預(yù)期下一個(gè)階段進(jìn)入仿真以及最終的實(shí)物制作部分。二、

9、存在的問題具體的充電脈沖寬度，反向去極化脈沖寬度小清楚最后效的值，這需要試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證來確a£o三、后一步工作設(shè)想對于具體的波形主要設(shè)計(jì)完成。但脈沖寬度需要進(jìn)一步測試。需進(jìn)行實(shí)際的充電，查看相 關(guān)的結(jié)果。四、指導(dǎo)教師對學(xué)生出勤、論文進(jìn)展方面的評語簽字：年 月日電動(dòng)自行車除硫充電器的設(shè)計(jì)摘要：電動(dòng)自行車鉛酸蓄電池使用壽命普遍較短的主要原因是極板硫化。從固體物理上來講，任何絕緣層在足夠高的電壓下都可以被擊穿，擊穿后的絕緣層會(huì)由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀 態(tài)。因此，對于蓄電池負(fù)極板上的沉積的硫酸鉛晶體，可以在充電時(shí)施加瞬間高電壓來加以擊穿。本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)脈沖充電，并在充電脈沖間隙加入負(fù)極化脈沖，將由

10、于硫化產(chǎn)生的硫酸鉛晶體擊碎，去除硫化。主電路采用通用的 NE555時(shí)基電路和NE556雙時(shí)基電路，分別實(shí)現(xiàn) 多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路功能，從而完成充放電時(shí)序，達(dá)到消除硫化效果。關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；脈沖除硫化；充電器Abstact: Plate curing is the main cause of Electric bicycle lead-acid battery's short-lived.From solid state physics , any insulation layer can be breakdown at a sufficiently high voltage

11、, after that the insulation layer can be turned into a a conductive state. Therefore ,the lead sulfate crystal deposited on the battery negative pole plate , can be break down by the applied moment high voltage at the recharged time.Using strong pulse charging and adding the negative pulse in the ga

12、pping of the strong pulse charging can effectively break up Lead-sulfate crystals and solve the problem of plate curing.The main circuit uses General NE555time-base circuit and NE556dual time base circuit , respectively realize the multivibrator and a Single state delay circuit function ,so that to

13、complete the charge and discharge time series and solve the problem of sulfide.Key Words : lead-acid battery; pulse devulcanization; charger目錄前言 81鉛酸蓄電池的相關(guān)內(nèi)容 81.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展簡史 81.2 鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)與分類 91.3 基本充電過程一一化學(xué)反應(yīng)及副反應(yīng) 101.4 現(xiàn)如今鉛酸蓄電池的充電方法 111.4.1 恒壓充電 111.4.2 恒流充電 121.4.3 變流充電 121.4.4 脈沖充電 131.5 電動(dòng)自行車充電

14、器的充電方式 131.6 蓄電池?fù)p壞的原因 141.6.1 極板活性物質(zhì)脫落的原因 141.6.2 負(fù)極板硫酸化的原因 142所選擇的器件及介紹 152.1 NE555 152.1.1 NE555 基本介紹 152.1.2 NE555引腳及說明如下 162.1.3 NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下 172.1.4 555 時(shí)基集成電路的真值表 192.1.5 NE555 的特點(diǎn) 192.2 555 時(shí)基集成電路基本工作方式 192.2.1 單穩(wěn)態(tài)工作模式 192.2.2 雙穩(wěn)態(tài)工作模式 212.2.3 無穩(wěn)態(tài)工作模式 212.3 NE556 232.4 IRF9540、IRF540 242.4.1

15、IRF9540 基本參數(shù)和輸出特性曲線 242.4.2 IRF540 基本參數(shù)和輸出特性曲線 253原理分析及電路設(shè)計(jì) 263.1 原理分析 263.2 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 263.3 模塊電路分析 273.3.1 供電電路 273.3.2 矩形波產(chǎn)生電路 283.3.3 負(fù)脈沖產(chǎn)生電路 293.3.4 充放電回路 314總電路圖 335 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36、， 、. 刖百自1860年第一塊蓄電池出現(xiàn)以來，經(jīng)過兩個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，蓄電池已經(jīng)深 入到我們周圍的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。大到航天飛機(jī)小到日常用的手電筒， 都有蓄電池在其 中工作。理論上蓄電池可以進(jìn)行無限次的充放電，但是由于制作工藝

16、以及使用方式的原因，事實(shí)上一套蓄電池的循環(huán)次數(shù)正常使用在 200次至300次。而影響蓄 電池循環(huán)壽命的主要原因是極板硫化，也就是放電過程中形成硫酸鉛晶體，活性 物質(zhì)失去活性。傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池為防止負(fù)極板硫酸鹽化， 會(huì)采用輔助裝置催化栓設(shè)計(jì)，即 在電池上加上催化栓，或者添加有機(jī)添加劑。但是前一種方法比較復(fù)雜，而第二種會(huì)導(dǎo)致一定的途徑損失。負(fù)極板硫酸鹽化失效后再生有反沖再生法、化學(xué)充電 方法、電解液浸潤法等。但是但它們都存在一些明顯的缺陷，或過程太過繁瑣， 不易操作；或成本太高，不易推廣；或適用范圍有限，不適用密封電池或廢舊電 池等。本項(xiàng)目根據(jù)鉛酸蓄電池充放電的化學(xué)機(jī)理， 設(shè)計(jì)出一種電路簡單、效果

17、顯著、 成本低廉、使用方便的脈沖除硫化充電器。此充電器采用強(qiáng)脈沖充電，將由于硫化產(chǎn)生的硫酸鉛晶體擊碎，使其重新恢復(fù)活性，并參加到蓄電池的充放電反應(yīng)中。 同時(shí)考慮到大電流脈沖易導(dǎo)致蓄電池發(fā)熱，反而加速極板腐蝕，可在充電脈沖問隙加入去極化負(fù)脈沖，達(dá)到去除硫化而不使蓄電池發(fā)熱的目的。 同時(shí)脈沖除硫化 充電器不僅可以節(jié)約能源，減少了對環(huán)境的污染，而且， 由于采用NE555時(shí)基電 路和NE556雙時(shí)基電路完成脈沖放電時(shí)序，易于推廣應(yīng)用。1鉛酸蓄電池的相關(guān)內(nèi)容1.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展簡史公認(rèn)鉛酸蓄電池是由法國人普蘭特 （G.Plant ）創(chuàng)制，他于1860年向法國科 學(xué)院送交樣品。其蓄電池的構(gòu)造是用兩塊鉛

18、皮，中間用橡膠條隔開，浸在10%勺稀硫酸中，經(jīng)過正向充電、停止、反向充電。如此反復(fù)進(jìn)行，使得產(chǎn)品能以當(dāng)時(shí) 任何一次電池更大的電路放電。 但當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)尚未問世，他只能用一次電池作為 充電電源，耗費(fèi)自然很大，他的蓄電池僅成為實(shí)驗(yàn)室的一種新事物，知道 13年 后，直流發(fā)電機(jī)問世，鉛酸蓄電池才走向?qū)嵱没ｋm然有了直流發(fā)電機(jī)，但是反復(fù)充電以形成極板的活性物質(zhì)仍嫌太麻煩， 1881年法國人富爾(Faure)發(fā)明了以鉛化合物涂在鉛片上，可以很快形成活性 物質(zhì)，差不多同時(shí)，英國人瑟隆(Sellon )發(fā)明了鉛確合金板柵，這種板柵與富 爾涂粉方法結(jié)合，出現(xiàn)了所謂的涂膏式極板。這種方法簡便易行，大大方便了生產(chǎn)。從

19、1910年起，鉛酸蓄電池受到了兩項(xiàng)打的推動(dòng)力：一是汽車開始用他來做 啟動(dòng)、照明、點(diǎn)火三項(xiàng)任務(wù)，所以就需要較輕、能發(fā)出打電流的產(chǎn)品，并由于汽 車數(shù)量的增加之快，促進(jìn)了鉛酸電池的工業(yè)化生產(chǎn) ；二是電話業(yè)務(wù)采用鉛酸蓄電 池作為備用電源，要求安全可靠性并能使用多年的蓄電池。從此蓄電池用在汽車、 摩托車、鐵道、礦山、通信等工業(yè)，并站穩(wěn)腳跟。進(jìn)入二十世紀(jì)之后，鉛酸蓄電池的重大改進(jìn)有： 1: 20世紀(jì)20年代由美國 Exide公司推出的管式極板。2:50年代由美國Delco公司首先推出的無現(xiàn)合金為 板柵的免維護(hù)汽車蓄電池。3:70年代由美國Deviff氏創(chuàng)新的閥控式蓄電池。鉛酸蓄電池面世一個(gè)半世紀(jì)以來， 它

20、的應(yīng)用領(lǐng)域如汽車、電信等，并不存在 被新型能源如氫鍥蓄電池、鋰離子蓄電池取代的可能性。而隨著這些已有的應(yīng)用 領(lǐng)域的發(fā)展，鉛酸蓄電池必定自行跟進(jìn)，例如汽車電系統(tǒng)有12V向36V的轉(zhuǎn)變,對汽車蓄電池將有很大一個(gè)量與質(zhì)的提高。除了已有的領(lǐng)域外，新的應(yīng)用領(lǐng)域也在展開，例如電動(dòng)自行車的配套蓄電池看， 其產(chǎn)值已經(jīng)超過了歷來局第二位的周 定型鉛酸蓄電池。而混合式汽車以及燃料電池需配用的化學(xué)能源，鉛酸蓄電池呼聲很高，凡此都說明鉛酸蓄電池雖然面世 150年，但仍充滿活力，他現(xiàn)在的總產(chǎn) 值為全部化學(xué)電源總產(chǎn)值的一半，這一份額在未來二、三十年間仍將保持下去， 鉛酸蓄電池尚大有可為。1.2 鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)與分類

21、鉛酸蓄電池由正極板、負(fù)極板、隔板、電槽及電解液組成，此外還有一些零 件如氣塞、連接條、極柱等等，分述如下：(1)正極板 包括涂膏式、形成式、鉛布式、鉛箔式等。(2)負(fù)極板 包括涂膏式、鉛布式、鉛箔式。(3)隔板包括微孔橡膠式、PVC微孔PVC AGM 10-G、棉漿式。(4)電解槽硬橡膠式及塑料槽。(5)電解液一律為稀硫酸，有一部分做成膠體。蓄電池的按極板型主要分類有：(1)形成式：正極板為純鉛板用電化方法生成過氧化鉛、 負(fù)極板曾經(jīng)用箔式， 后改成涂膏式。這種蓄電池全屬固定型，壽命特長。(2)涂膏式：這是用的最廣泛的，及以鉛合金板柵涂上鉛膏。(3)鉛網(wǎng)式：用玻璃纖維復(fù)以薄層純鉛，制成鉛線，以鉛

22、線織成布狀，稱為 鉛布，以鉛布代替板柵。具優(yōu)點(diǎn)是比合金板柵輕，但涂膏后整體剛度差，不應(yīng)垂 直放置，只能水平放置，故構(gòu)成的蓄電池稱為水平電池，這種蓄電池內(nèi)阻小，比 能量高，但自放電也高，適應(yīng)于牽引車用。(4)卷繞式：有兩種，具一用厚0.7mm的純鉛板柵涂膏，另一用0.5mm的鉛 箔涂膏。以上兩式均各隔以AGM鬲板卷成圓柱狀，電池槽亦為圓柱狀。此式特點(diǎn) 是可以用很高的內(nèi)壓為 300-400kPa,同時(shí)也可采用很大的極板組裝壓力，這是 由于圓電槽可以經(jīng)受很大壓力而不至于變形， 故這種蓄電池內(nèi)阻小，可以以極大 功率放電，用于手電鉆上就證明其勝過鎘鍥蓄電池，今后可能用于助力車。1.3 基本充電過程一一化

23、學(xué)反應(yīng)及副反應(yīng)蓄電池充放電是一可逆反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為充電”PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2CHPbSO4.族電”鉛酸蓄電池充電時(shí)變成硫酸鉛的陰陽兩極的海綿狀鉛把固定在其中的硫酸成分 釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛和氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷變大； 反之放電時(shí)陽極中的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng) 變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度不斷降低。鉛酸蓄電池在進(jìn)行充放電時(shí)，正 極和負(fù)極必須同時(shí)以用當(dāng)量、同狀態(tài)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)充電或放電過程， 任何情況下都不能有正極或者負(fù)極單獨(dú)完成。當(dāng)鉛酸蓄電池充電不足時(shí)，陰陽兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧

24、化鉛，如果長期充電不足，則會(huì)造成硫酸鉛結(jié)晶，使極板硫化，電池品質(zhì)變 劣；反之如果電池過度充電，陽極產(chǎn)生的氧氣量大于陰極的吸附能力， 使得蓄電 池內(nèi)壓增大，導(dǎo)致氣體外溢，電解液減少，還可能導(dǎo)致活性物質(zhì)軟化或脫落，電 池壽命大大縮短。1.4 現(xiàn)如今鉛酸蓄電池的充電方法1.4.1 恒壓充電恒壓充電曲線如圖1.4.1所示，恒壓充電的優(yōu)點(diǎn)如下：1 過充電量受到控制，大多數(shù)電流用于充電。2 電流極限值可以變化（改變充電方式：快充電或者慢充電）。3 可以精確控制電壓恒定值。不足之處則是較長的充電“尾巴” ，A h輸入數(shù)不確定，電池之間可能出現(xiàn) 充電不足或充電不均勻，對浮充可能出現(xiàn)“熱失控”，需要溫度補(bǔ)償。圖

25、1.4.1 恒壓充電1.4.2恒流充電兩階段橫端充電充電時(shí)間fh圖1.4.2恒流充電恒流充電曲線如圖1.4.2所示。恒流充電的優(yōu)點(diǎn)如下。1可實(shí)現(xiàn)快速充電。2確定的Ah輸入，過充電可控。3對長列串聯(lián)電池組充電均勻性較好。4不必苛求溫度補(bǔ)償。5兩階段充電可以避免熱失控現(xiàn)象。不足之處在于單純恒流充電，可能嚴(yán)重過充，導(dǎo)致析氣嚴(yán)重，板柵腐蝕，電 解液干涸，縮短電池壽命，控制電壓充電時(shí)合適的。隨著電池使用期限增長，充 電終結(jié)的電路分段式無效的。1.4.3變流充電充電曲線如圖1.4.3所示。變流充電的優(yōu)點(diǎn)如下：1 充電輸入隨電池特性變化或者電池運(yùn)行年齡而變化。2 可實(shí)現(xiàn)適度過充又能快速充電。不足之處在于不適

26、合浮充，有太高的過充電,A h輸入不確定1.4.4脈沖充電在任何情況下，電量隨輸入充點(diǎn)值最大值的達(dá)到而減小,脈沖有恒周期和包振幅兩類。圖1.4.4為恒周期脈沖充電，在整個(gè)充電過程中，周期不變，振幅逐 漸變小。圖1.4.5為恒振幅變周期脈沖充電，充電過程恒振幅，周期逐漸減小。至周期電出 JJIb-圖1.4.4恒周期脈沖充電圖 1.4.5恒振幅脈沖充電1.5 電動(dòng)自行車充電器的充電方式由于電動(dòng)車屬于民用產(chǎn)品，考慮成本和實(shí)用性，隨車配套和市售的充電器 均屬恒壓限流開關(guān)電源充電器，按蓄電池廠家要求，充電電流限制在1/10容量, 一般12A恒流充電，當(dāng)電壓上升到57V左右，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成小電流浮沖。這種充

27、電方式對極板硫化沒有任何消除作用，而且會(huì)造成蓄電池壽命縮短。1.6 蓄電池?fù)p壞的原因理論上這一反應(yīng)可以無限次循環(huán)，但事實(shí)上一套蓄電池的循環(huán)次數(shù)正常使用 在200次至300次。通常鉛酸蓄電池決定壽命的三大影響因素是：a.正極板腐蝕與正極板活性物質(zhì)脫落；b.負(fù)極板硫酸鹽化與過早出膨脹；c.電解液干涸(熱失 控)。往往根據(jù)正極板柵腐蝕速率確定壽命，就是常說的“浮充壽命10年或者20年”，那是基于正極板柵腐蝕速率預(yù)計(jì)及設(shè)計(jì)正極板柵后的來得出的。1.6.1 極板活性物質(zhì)脫落的原因(1)起始充電電流過大：因?yàn)闃O板活性物質(zhì)的還原是從導(dǎo)電最好的柵架處開 始的，大電流充電時(shí)，該處硫酸鉛迅速還原，所以距柵架較遠(yuǎn)的

28、硫酸鉛來不及起 化學(xué)反應(yīng)。由于硫酸鉛體積較大，故與內(nèi)部已還原的活性物質(zhì)間的附著力就差， 因此容易從極板上脫落下來。(2)充電后期電流過大：這樣會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，劇烈沖擊極板表面，使已 還原的比較松軟的二氧化鉛大量脫落。(3) 經(jīng)常性的過量充電：過充電的電流雖然不大，但由于此時(shí)極板上硫酸鉛 已全部還原為二氧化鉛和鉛，充電電流全部用到電解液上，這時(shí)產(chǎn)生的氣泡雖不 是太多，但同樣對極板表面產(chǎn)生沖擊作用使活性物質(zhì)脫落。(4) 放電電流過大：此時(shí)化學(xué)反應(yīng)激烈，會(huì)引起極板翹曲，從而造成活性物 質(zhì)脫落。1.6.2 負(fù)極板硫酸化的原因負(fù)極板硫酸鹽化是鉛酸蓄電池特有的現(xiàn)象，負(fù)極不可逆硫酸鹽化出現(xiàn)的主要 原因有：

29、電池長期充電不足、高溫下長期深放電、長期放電擱置，高型極板中電 解液濃度分層和電池失水。導(dǎo)致在負(fù)極板上發(fā)生以下三個(gè)反應(yīng)：PbS(4+2e+2Hf-Pb+HSO2H+2e-H21/2O2+2e+2Hf-HO上述三個(gè)反應(yīng)中由于后兩個(gè)反應(yīng)順利進(jìn)行，導(dǎo)致PbSO還原過程緩慢，加之充電不足，負(fù)極上PbSO增多。對于鉛酸蓄電池不管是循環(huán)使用方式、浮充使用方式還是部分電荷狀態(tài)下使用，都會(huì)遇到電池過放電，若是經(jīng)常過放電，長期開路擱置自放電，特別是放電后未及時(shí)充電而停放，或多次過放電或者雜質(zhì)過多， 或H2析，或高型電池引起電池發(fā)生充電接受能力差，最終發(fā)生不可逆硫酸鹽化。通過對大量報(bào)廢的蓄電池解剖分析，活性物質(zhì)脫

30、落并不是蓄電池報(bào)廢的主要 原因，就電動(dòng)車而言，平均每年活性物質(zhì)脫落不足8%而影響蓄電池循環(huán)壽命的主要原因是極板硫化，也就是放電過程中形成硫酸鉛晶體，活性物質(zhì)失去活性。 蓄電池在大電流放電時(shí)，尤其是過放電狀態(tài)下，會(huì)有一部分硫酸鉛結(jié)晶，形成致密的硫酸鉛晶體，在充電過程中，這部分活性物質(zhì)失去活性，不能再恢復(fù)成二氧 化鉛和海綿狀的鉛，從而蓄電池容量下降，日積月累，蓄電池容量不斷下降，一 般容量下降到額定容量的20%£右，就會(huì)明顯出現(xiàn)電機(jī)無力，續(xù)駛里程大大縮短， 此時(shí)只有更換新電瓶。2所選擇的器件及介紹本設(shè)計(jì)采用通用的NE555時(shí)基電路和NE556雙時(shí)基電路，分別實(shí)現(xiàn)了多諧振 蕩器和單穩(wěn)態(tài)延時(shí)

31、電路功能，從而完成充放電時(shí)序。使用VMOSt IRF9540和IRF540來控制蓄電池進(jìn)行充放電。故在此對電路中用到的元器件進(jìn)行一些介紹。2.1 NE5552.1.1 NE555基本介紹555時(shí)基集成電路是一種應(yīng)用十分廣泛的模擬一一數(shù)字混合式（即雙極型） 集成電路，國外典型的產(chǎn)品型號有 NE555 LM555 XR555 CA555 RC555 uA555 SN2555 LC555,國內(nèi)的產(chǎn)品型號有 5G1555 SL55S FX555 FD555等。它們的 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)和管腳排列序號都相同，因此可以相互替代使用。555時(shí)基電路既有定時(shí)精度高、溫度漂移少、速度快、可直接與數(shù)字電路相連、結(jié)構(gòu)簡單

32、、功能 多、驅(qū)動(dòng)電路較大等優(yōu)點(diǎn)。人們在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，它的用途十分廣泛，可以組成性 能穩(wěn)定的無穩(wěn)態(tài)振蕩器、單穩(wěn)態(tài)振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)RS觸發(fā)器和各種電子開關(guān)電路2.1.2 NE555弓I腳及說明如下1 -GMD2 - Trigger3 Output4 * Reset5 - Control voltage6 Threshold7 - Discharge8 - Vcc圖2.1.2 NE555弓I腳圖Pin 1 （接地）-地線（或共同接地），通常被連接到電路共同接地。Pin 2 （觸發(fā)點(diǎn)）-這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號上 緣電壓須大于2/3 Vcc,下緣須低于1/3 Vcc 0Pin

33、 3 （輸出）-當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少 1.7 伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 （重置）-一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一 個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 （控制）-這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營 在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下，這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin 6 （重置鎖定）-Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3Vcc電壓以下移至2/3 Vcc以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。Pin 7 （放電）-這個(gè)接腳和主要的輸

34、出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為 ON時(shí)為LOW,對地為低阻抗，當(dāng)輸出為 OFF時(shí)為HIGH ,對地為高阻抗。Pin 8 （V +）-這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是 +4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）2.1.3 NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下4 c%圖2.3.1 NE555內(nèi)部電路圖從圖2.3.1中可以看出，555時(shí)基集成電路是由分壓器、比較器、RS觸發(fā)器、 輸出級和放電開關(guān)五大部分組成的。它的內(nèi)部一共集成了21個(gè)晶體管、4個(gè)二極管、和16個(gè)電阻器，組成了兩個(gè)電壓比較器、一共 RS觸發(fā)器、一個(gè)放電晶體 管和一個(gè)由3只全等電阻組成的分壓器。555時(shí)基集成電路的功

35、能框圖可以看到， G和C2為兩個(gè)高增益的電壓比較器，他們的輸出端分別接到觸發(fā)器的 R端（置“1” 端）和S端（置“0”端）；V是放電晶體管；R、R、R的阻值相等，均為5KQ, 組成分壓器，555的名字就由此而來。電路中得比較器的主要功能就是將輸出電壓和分壓器形成的基準(zhǔn)電壓作比 較，具比較的結(jié)果通過邏輯電平“ 1”或“0”來表示。圖中的G稱為上比較器， C2稱為下比較器。由于 R、R、R阻值相等，因此集成塊的5腳5腳即控制端電 位固定在2V3上（Vdd為時(shí)基集成電路的工作電源電壓），6腳作為閥值輸入端。 同理，下比較器G的同相輸入端電位被固定在 Vdd/3上。反向輸入端即2腳作為 觸發(fā)輸入端。G

36、與G的輸出端分別送到RS觸發(fā)器（即雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）的復(fù)位端 （置“0”）和置位端（置“1”），以控制輸出端（“3”腳）的電平狀態(tài)和放電管 VT的導(dǎo)通與截止。RS觸發(fā)器是由兩個(gè)與非門交叉連接構(gòu)成的，觸發(fā)器有一個(gè)被稱為總復(fù)位端的MR端，只要在此端接低電平“ 0”，那么，不管觸發(fā)器原來出于 什么狀態(tài)，不管輸入端加的什么信號，觸發(fā)器立即置“0”，也就是UO=0.觸發(fā)器的輸出端Q是經(jīng)過非門反向后送到輸出端U0的這樣會(huì)使555時(shí)基集成電路有更好 的性能。由于非門的放大作用使得555電路在負(fù)載能力上有所提高。由于555時(shí) 基集成電路在應(yīng)用上有很多地方時(shí)電容的充放電相關(guān)的，比如在一個(gè)555電視應(yīng)用電路中，定時(shí)的

37、長度是由 RC電路的充電時(shí)間常數(shù)決定的，為了多次反復(fù)使用 定時(shí)器，在完成一次的定時(shí)控制后，可以將電容放電，以便下次定時(shí)使用。因此， 在555時(shí)基集成電路的5大組成部分中有一個(gè)放電開關(guān)，從圖中看就是三極管 VT。當(dāng)它卒&出端U0=0時(shí)，三極管就處于導(dǎo)通的狀態(tài)；反之，當(dāng) U0=1時(shí)，三極管 就處于截止?fàn)顟B(tài)。從圖中還可以看出，當(dāng)U0=1時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)相當(dāng)于DIS端開路，三極管這是相當(dāng)于起到一個(gè)開關(guān)的作用。若 U=0時(shí)，開關(guān) 合上，此時(shí)電容就是一個(gè)接地的放電通路；若 U0=1,開關(guān)斷開，DIS端開路，電 容由于沒有一個(gè)放電的通路而不能放電。為了適應(yīng)某種特殊需要，電路還設(shè)置了強(qiáng)制復(fù)

38、位端即4腳。當(dāng)4腳為低電平 時(shí)，不管2腳、6腳電位如何，集成塊的輸出端3腳重視輸出低電平，此時(shí)7腳、 1腳被內(nèi)部放電晶體管Vt短接。放電端7腳有時(shí)也可被認(rèn)為是第二輸出端，它的 電平高低變化規(guī)律和輸出端3腳是同步的。時(shí)基電路的5腳為控制端，可以通過外接分壓電阻或穩(wěn)壓管來改變C、C2的兩個(gè)電壓比較器的基準(zhǔn)電壓，以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。如果在5腳與1腳之間外接一 只9V穩(wěn)壓管，則在上比較器C的基準(zhǔn)電壓就是9V,而下比較強(qiáng)C2的基準(zhǔn)電壓就 是4.5V。如果在5腳接一個(gè)交變電壓（例如正旋波），則上、下比較強(qiáng)的基準(zhǔn)電 壓將隨時(shí)間而變化，從而使外部電路充放電時(shí)間也隨之變化，可以起到調(diào)制作用。 但通常使用時(shí)，5腳一般

39、做懸空處理或者通過 0.001uF的電容器接地，以消除干 擾。2.1.4 555時(shí)基集成電路的真值表引腳2腳（低觸發(fā)端）6腳（高觸發(fā)端）4腳（復(fù)位 端）3腳（輸出 端）7腳（放電 端）電平< VDD/3任意高高（置位）懸空電平>VDD/3> 2VDD/3高低（復(fù)位）低電平>VDD/3< 2VDD/3高原電平不變同3腳電平任意任意低低低2.1.5 NE555 的特點(diǎn)（1）只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。具延時(shí)范 圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。（2）它的操作電源范圍極大，可與 TTL, CMO等邏輯閘配合，也就是它的輸 出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均

40、能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。（3）其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。（4）它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。2.2 555時(shí)基集成電路基本工作方式555 時(shí)基集成電路應(yīng)用十分廣泛，它可以組成各種性能穩(wěn)定的高、低頻振蕩 器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài) RS觸發(fā)器以及各種電子開關(guān)電路等。但是其基本工 作模式不外乎單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、無穩(wěn)態(tài) 3種基本工作模式。具體情況如下：2.2.1 單穩(wěn)態(tài)工作模式單穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，555時(shí)基電路處 于復(fù)位態(tài)。即輸出端3腳輸出低電平。當(dāng)電路受到低電平觸發(fā)時(shí)，555電路翻轉(zhuǎn) 置位進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間內(nèi)，3腳

41、輸出高電平，經(jīng)過一段延遲(或稱定時(shí)) 后，電路能自動(dòng)返回穩(wěn)定態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間通常稱為暫態(tài)時(shí)間。單穩(wěn)態(tài)工作模式電路如下圖所示圖2.2.1單穩(wěn)態(tài)電路圖2.2.1中定時(shí)電阻Rt,定時(shí)電容Ct決定電路的暫態(tài)時(shí)間。平時(shí)電路處于 穩(wěn)定態(tài)，555時(shí)基電路復(fù)位，輸出端3腳輸出低電平，此時(shí)7腳也為低電平，所 以定時(shí)電容Ct無法通過定時(shí)電阻 Rt充電。如果在輸入端輸入一負(fù)脈沖信號 Vi,使555觸發(fā)器2腳獲得一個(gè)小于Vdc/3 的低電平觸發(fā)信號，由555時(shí)基電路真值表可知，555時(shí)基電路置位，輸出端3 腳跳變?yōu)楦唠娖?，電路極翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)；同時(shí) 555內(nèi)部放電晶體管截止，7腳 被懸空，解除對定式電容 Ct的封鎖，正

42、電源VDDg通過定式電阻Rt對電容Ct 充電，使Ct兩端電壓即閥值端6腳電平不斷升高，當(dāng)升到2VDD/3時(shí)，555時(shí)基 電路復(fù)位，3腳與7腳恢復(fù)低電平，暫態(tài)結(jié)束，電路翻回穩(wěn)態(tài)。此時(shí) Ct儲(chǔ)存的 電荷經(jīng)7腳通過555內(nèi)部的放電晶體管對地放電，為電路下次觸發(fā)翻轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備。電路暫態(tài)時(shí)間t,即3腳輸出高電平的脈寬是由Ct上電壓從零充至2VDD/3 所需的時(shí)間，即滿足下式：/ =三 VDD = TO£)(1 -由此可解得暫態(tài)時(shí)間t為t=1.1R tCt可見，單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時(shí)間，即電路的延遲時(shí)間（定時(shí)）時(shí)間，亦 555時(shí) 基集成電路3腳輸出高電平的時(shí)間只與電路的定時(shí)電阻 Rt、定時(shí)電容Ct的數(shù)值

43、 有關(guān)，與電壓VDd的絕對值無關(guān)，所以用此電路構(gòu)成的定時(shí)器，其定時(shí)精度不會(huì) 因電源電壓的波動(dòng)而受任何影響。2.2.2 雙穩(wěn)態(tài)工作模式雙穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即置位端（3腳輸出高電平）和 復(fù)位態(tài)（3腳輸出低電平），其基本電路如下圖2.2.2所示，它無需任何外圍元 器件。A2/3 VDD 1 0 VD0 *4C1圖2.2.2 雙穩(wěn)態(tài)電路電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)RS觸發(fā)器，S為置位端，當(dāng)輸入脈沖電壓低于Vdc/3時(shí)，555 置位，3腳輸出高電平；R為復(fù)位端，當(dāng)輸入電平高于2VD/3時(shí)，555復(fù)位，3腳 輸出低電平。如R端與S端發(fā)生沖突時(shí)，S端優(yōu)先于R端。2.2.3 無穩(wěn)態(tài)工作模式無穩(wěn)態(tài)工作模式是

44、指電路沒有固定的穩(wěn)定狀態(tài)，555時(shí)基電路處于置位與復(fù)位反復(fù)交替的狀態(tài)，即輸出端3腳交替輸出高低電平，輸出波形近似矩形波。由于矩形波的高次諧波十分豐富，所以無穩(wěn)態(tài)工作模式又稱為自激多諧振蕩器。無穩(wěn)態(tài)工作模式的基本電路如下圖 2.2.3所示。電路初次充電時(shí)，因電容C1兩端電壓不能突變，555的2腳為低電平，從表1-1可知，555時(shí)基電路置位， 即3腳輸出高電平，內(nèi)部放電晶體管截止，7腳被懸空，此時(shí)正電源Vdd通過電阻 R、R向電容G充電，使得電容兩端電壓不斷升高，約經(jīng)過時(shí)間 t1 , G兩端電壓 即閥值端(6腳)電平升至2VDJ3,從表1-1可知，555時(shí)基電路翻轉(zhuǎn)復(fù)位，3腳 輸出低電平，同時(shí)內(nèi)部

45、放電晶體管導(dǎo)通，7腳也為低電平，此時(shí)電容G儲(chǔ)存電荷 將通過R2向7腳放電，使C兩端電壓即555的觸發(fā)端2腳電平不斷下降，約經(jīng) 過時(shí)間t2,電壓降至VDd/3時(shí)，555時(shí)基電路又翻轉(zhuǎn)置位，3腳有輸出高電平，7 腳再次被懸空，正電源又通過 R、R2向G充電，如此周而復(fù)始，電容C2不斷處于 充電與放電狀態(tài)，電路引起震蕩，3腳將交替輸出高電平和低電平R2QTHNE5*圖2.2.3無穩(wěn)態(tài)電路C2 在充放電過程中，其電壓在 VDd的1/3至2/3之間變化，所以時(shí)基電路3 腳輸出高電平實(shí)際t1可用下式表示：t1 = -(R1 + R2) C1ln(VDD-2/3VDD)/(VDD-1/3VDD)=(R1+R

46、2)C1ln2=0.693 (R1+R2 C13 腳輸出低電平的時(shí)間t2 (即放電周期)為t2=0.693R2C1當(dāng)R2> >R1時(shí)，3腳輸出的波形為理想對稱方波。2.3 NE556雙時(shí)基NE556是在同一芯片中含有2個(gè)完全相同而獨(dú)立的單時(shí)基 555電路, 它為DIP-14封裝，如圖2所示。Discharge I Thres hold 之 Reset 4 Output 5 Trigger 6 GND 7匚E匚E匚EcZIZlZlZl12VccDischargeThresholdConinjl VoltageResetOutputTrigger圖2.3 NE556外引線排列及引腳功能

47、其引腳功能為：1、13腳是放電端；2 、12腳是閾置電壓端；3 、11腳是控制電壓端；4 、10腳是主復(fù)位端；5 、9腳是輸出端；6 、8腳是觸發(fā)輸入端；7 腳是芯片地端；14 腳是芯片正電源端.其中，在單時(shí)基555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)中有3個(gè)5 K電阻組成分壓網(wǎng)絡(luò)，提供 1/3和2/3電源電壓作為比較器1和比較器2的比較基準(zhǔn).2個(gè)比較器輸出電 平控制RS觸發(fā)器的復(fù)位或置位，而當(dāng)主控制優(yōu)先復(fù)位端為低電平時(shí)，則可直接 將其輸出復(fù)位.RS觸發(fā)器一路作為輸出，另一路作為控制放電管的通或斷.電路在正常工作時(shí)，定時(shí)或振蕩精度僅與外接元件的特性有關(guān)，溫漂很小.輸出電平的范圍與電源電壓電壓范圍為 4.516V,最大

48、輸出電流可達(dá)200 mA,帶載能力 強(qiáng).2.4 IRF9540、IRF540在對蓄電池進(jìn)行充電時(shí)充電時(shí)，充電電壓為 58V,最大脈沖充電電流為50A, 最大脈沖放電電流為100A故在控制蓄電池充放電時(shí)選用較高耐壓、大電流和 低導(dǎo)通電阻的VMOSs而IRF9540和IRF540在此處恰好能夠完成功能所需，故 選用其來控制蓄電池充放電。以下是這兩個(gè)VMO臂的基本參數(shù)和輸出特性曲線。2.4.1 IRF9540基本參數(shù)和輸出特性曲線晶體管極性：P溝道。漏極電流Id最大值:-23A。電壓 Vds最大:100V 。開態(tài)電阻 Rds(on):0.117ohm 。電壓Vgs最高:25V功耗:3.1W。上升時(shí)間

49、：67ns。下降時(shí)間：51ns晶體管類型：MOSFET1壓。Vds:100V電壓。電流Id連續(xù):23A電流。Idm脈沖:76A 。最小正向跨導(dǎo)Gfs:5.3mA/V 。表面安裝器件：通孔安裝100-VDc , Drain-to-Source Voltage (V)(S1U巴 JnoBUJnso一，U_EO_c.圖2.4.1 IRF9540輸出特性曲線2.4.2 IRF540基本參數(shù)和輸出特性曲線晶體管極性：N溝道。漏極電流Id最大伯：:33A。電壓 Vds最大:100V 。開態(tài)電阻 Rds(on):0.052ohm 。電壓 Rds測量:10V。功耗:107WA工作溫度范圍：-55oC to +

50、175oC 。針腳數(shù)：3 。功率，Pd:107W。晶體管類型：MOSFET。電壓 Vgs Rds on 測量:10V 。電壓,Vds典型值:100V。電流,Id連續(xù):28A。電流,Idm脈沖:110A 。通態(tài)電阻Rds on最大:0.052ohm 。1000閾值電壓Vgs th典型值:4V 。VGSTOP 15V10V s.ov7 0V &.0V5 W5.W BOTTOM 45"8nos©20ps PULSE WIDTH Tj=25eC10100Vds. Drain-to-Source Voltage (V)圖2.42 IRF540輸出特性曲線3原理分析及電路設(shè)計(jì)3

51、.1 原理分析從固體物理上來講，任何絕緣層在足夠高的電壓下都可以被擊穿， 擊穿后的 絕緣層會(huì)由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。 因此，對于蓄電池負(fù)極板上的沉積的硫酸 鉛晶體，可以再充電時(shí)施加瞬間高電壓來加以擊穿。 為保證擊穿打的硫酸鉛晶體 時(shí)不發(fā)生析氣，這個(gè)高電壓必須足夠短，占空比足夠大，并進(jìn)行限流。這樣就可 以將也結(jié)晶的硫酸鉛晶體擊碎，并使其恢復(fù)活性。但硫酸鉛晶體容易極化，強(qiáng)脈沖電流充電會(huì)使電池發(fā)熱，溫度上升導(dǎo)致極板加速腐蝕，不但不能延長電池壽命， 反而使蓄電池壽命更短。為防止此種情況的發(fā)生，可在脈沖間隙加入去極化負(fù)脈 沖。與充電脈沖相比，去極化脈沖的持續(xù)時(shí)間極短，但幅度比充電脈沖大，這樣 就可以實(shí)

52、現(xiàn)去硫化同時(shí)又不使電池發(fā)熱。 同時(shí)適時(shí)的對蓄電池進(jìn)行反向充電， 可 以提高蓄電池的接受能力，通過反向大電流放電，提高充電速度，縮短充電時(shí)間。預(yù)期電池充電波形圖：電度脈沖時(shí)間設(shè)計(jì)3.2 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用通用的NE555M基電路和NE556雙時(shí)基電路，分別實(shí)現(xiàn)了多諧振 蕩器和單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路功能，從而完成充放電時(shí)序，達(dá)到消除硫化的效果。脈沖除硫充電器不僅電路簡單，成本低廉，而且恢復(fù)效果顯著，易于推廣應(yīng)用。其主 要的技術(shù)指標(biāo)為：1 充電器額定功率：300W2 充電器脈沖功率：2.2KW3 最大充電電流：80A4 充電脈沖寬度：300ms5 放電脈沖寬度：1ms3.3模塊電路分析3.3.1 供電電

53、路將300W60V勺開關(guān)電源調(diào)到準(zhǔn)確的58V的位置，用它來給控制電路充電，同時(shí)58V也是蓄電池充電的電壓。J$制電路需要的電壓為12V,考慮到成本以及電路的復(fù)雜程度，在此處采用簡易的電阻降壓穩(wěn)壓管穩(wěn)壓方式，如下圖所示：圖3.3.1供電電路穩(wěn)壓二極管VD1為控制電路輸出12V控制電壓.為了使電源穩(wěn)定，同時(shí)濾除 高低頻諧波，在穩(wěn)壓管旁邊并聯(lián) 470uF和104電容，即圖中的C1和C2?？刂齐?路經(jīng)過R1的電流經(jīng)實(shí)測為30mA故降壓電阻R1的選擇為：58V -12VR1 = =1.5333KQ30mV止匕處取R=1.5KQ。電阻功率：P=I2R=0.032X 1.5 X 1033=1.35W考慮到一

54、定的安全余量，選擇 1.5KQ/2W的標(biāo)準(zhǔn)電阻。3.3.2 矩形波廣生電路R4D2RV1rtxTR3D1圖3.3.2矩形波產(chǎn)生電路如圖3.3.2所示，經(jīng)過供電電路輸出的12V電壓，為NE555®供所需要的電 壓。圖中NE55劃成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，實(shí)現(xiàn)T1與T2控制振蕩器的充電時(shí)間和 停止時(shí)間。NE555俞出高電平的時(shí)間由圖可以看出，在對 G進(jìn)行充電時(shí)，由于二 極管的存在，使得電流只能通過D進(jìn)行充電，因此充電時(shí)間由Q、R、RV進(jìn)行控制，通過調(diào)節(jié)RV可以達(dá)到調(diào)節(jié)充電脈沖寬度 T1的目的。同理，在NE555輸出 低電平時(shí)，C1通過R、RV放電，此時(shí)可以通過調(diào)節(jié) RV來調(diào)整脈沖的低電平的 時(shí)

55、間T2。由前文可知NE555B勺脈沖寬度可以以下公式得出：充電時(shí)間 T1=0.693 (R2+R3+RV2 C1放電時(shí)間 t2=0.693(R4+RV1)C1由于充電脈沖寬度為 300ms故選擇 G=104uF,R=2k, R=1K,RV的范圍為 0-2k,故：T1 min=0.693 (2000+1000+0 104X 10-6=216msT1ma尸0.693 (2000+1000+2000 104X 10-6=360ms我們選取放電脈沖與充電脈沖寬度基本相同，也選擇R4=3K,RV范圍為0-2k。故：T2 min=0.693 (3000+0) 104X 10-6=216msT2 max=0.693 (3000+2000) 104X 10-6=360ms3.3.3 負(fù)脈沖產(chǎn)生電路.> STK Eng >no Q 5 LNIA CHEE * :37 V R RC4一圖3.3.3負(fù)脈沖產(chǎn)生電路如圖3.3.3所示，將NE555I勺3腳輸出經(jīng)過Q連接到NE556下部的觸發(fā)腳6 腳上作為觸發(fā)脈沖，同時(shí)將NE556的下部接成單穩(wěn)態(tài)工作模式。這樣當(dāng)NE555t 出的高電平轉(zhuǎn)化為低電平時(shí)，就會(huì)觸發(fā)時(shí)電路進(jìn)入暫態(tài)，這時(shí)輸出腳5腳就會(huì)輸