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为了让UPS在市电中断时真正发挥保护作用，一方面要求UPS具有良好的切换功能和切换时间，同时UPS配置的电池必须具有良好的充电状态，否则很难达到预期效果。

因此，在UPS电池每次放电后和日常使用过程中，必须注意确保UPS中的电池具有良好的充电状态，这需要UPS设计者和用户考虑电池的充电。常用的锂电池充电电路包括恒压充电和先恒流后恒压充电。

 

恒压充电电路

为了简化电路并降低成本，备用UPS通常使用由降压变压器、整流桥模块、集成稳压器芯片、电阻器、电位计和电容器组成的恒压充电电路。电路如图6-14所示。

 

 

市电通过变压器B后，变成27V的交流电压，通过整流器模块转换为脉动直流电压，然后通过滤波电容器C转换为33V的平滑直流电压。这个直流电压通过集成电压调节器芯片转换为稳定可调的直流电压。集成芯片的输出电压V0为：

 

 

如果备用UPS采用12V和6Ah两个密封电池，电池的最终放电电压为21V，充电电压为27.5V。如果充电电压选择过高，充电初期的充电电流会过大，容易损坏电池；如果充电电压选择得太低，则在充电的后期充电电流会太小，从而导致充电不足。因此，最终充电电压选择为26~27V。此时，充电的初始阶段充电电流不应超过0.2C，充电后期的充电电流接近0.05C。

 

先恒流后恒压充电电路

先恒流后恒压充电也称为分级充电。这种电路有多种形式，本节选择其中一种电路进行讨论。电路框图如图6-15所示。

 

 

图片中的整流器用作逆变器和充电器的共享直流电源。整流器不仅为逆变器提供稳定的电压和平滑的电流，还通过充电器为电池提供可变的电流和电压。当市电正常时，电池两端的电压VB小于整流器输出端的电压VA，隔离二极管VD被切断。当市电中断时，整流器的输出电压VA为零，隔离二极管VD-导通，蓄电池为逆变器提供工作电压。

 

分级充电电路如图6-16所示。主要由主电路、脉宽调制器、电流调制电路、电压调制电路和保护电路组成。

 

 

主电路

在图6-16中，主充电回路由整流桥VD1~VD6、隔离二极管VD7、VD8、开关管VT1、电流采样电阻器R1、电流传感器CS、电感器L、续流二极管VD9、VD10组成。简化电路如图6-17（a）所示。在图中，Vd表示三相整流桥的输出电压，E表示电池两端的电压，Vd表示续流二极管，VT表示开关管。施加到开关管栅极的信号如图6-17（b）所示。

 

 

工作过程如下：在t0~t1期间，开关管VT的栅极加上脉冲，VT饱和导通，V T=0，限流电感器L的电压为：

 

 

i随时间线性增加，其波形如图6-17（c）所示。它为电池充电，并将电能转换为化学能进行储存；同时，它将电能转换为磁能，并将其存储在限流电感器中。

在t1至t2期间，VT的栅极没有脉冲，VT截止，通过限流电感的电流呈线性下降，两端产生极性为左“+”右“-”的反电势。由于eL>E，连续二极管VD导通，VD≈0，限流电感中的磁能转换为电能，为电池充电。

 

之后，以T1为周期重复上述过程，输出波形如图6-17（d）所示。

从上面可以看出，主电路的功能是将稳定的直流电压Vd转换为脉冲电压，将平滑的电流转换为变化的电流。通过电池的平均电流不能超过电池额定容量的1/10。

 

主电路的输出电压V0的平均值为：

 

 

从上面的公式可以看出，改变占空比δ可以改变输出电压，这也会改变充电电流。

 

脉宽调制器

在图6-16中，脉宽调制器由比较器U1组成。其非反相端子连接到调制信号，反相端子连接至角波信号。简化电路如图6-18（a）所示。

 

 

单极三角波，是一个直流信号，其工作过程为：当>时，比较器的输出为高；当<时，比较器的输出为低。比较器的输出信号V0的波形如图6-18（c）所示。从图中可以看出：脉冲增加，脉冲变宽；则脉冲变窄。

 

三角波发生器

在图6-16中，三角波发生器由方波发生器、分频器、跟随器和积分器组成。它的功能是产生一个频率为20kHz的三角波。工作过程如下。

假设比较器U5，非反相端子为VTH（+），输出端子为高电位。该电位通过R7被充电到C1，并且VC1逐渐上升。当VC1>VTH+时，比较器的输出端从高电位变为低电位。端子从VTH（+）跳到VTH（-），因此C1通过R7放电，VC1逐渐下降。当VC1＜VTH（-）时，电路再次跳变。重复该循环，并且在比较器的输出处获得方波。波形如图6-19（8）所示。方波的频率为：

 

 

方波通过反相器U6被加到分频器的输入端。分频器由一个D触发器U7组成。D触发器的D端与两个分频器相连；CP端子连接到反相器U6的输出端子；输出端子Q通过R8和C2连接到跟随器的非反相端子。U7的功能是将40kHz的方波转换为20kHz的方波。

图中R8、C2和R9的作用是隔离20kHz方波中的直流分量，使单极方波变成双极方波。U8使用单个电源，7.5V电源用作偏置电压，以施加到U8到R9的非反相端。

 

跟随器由运算放大器U8组成，其任务是将分频器与积分器分离。

积分器由R10、C3和U9组成。构成当20kHz方波处于正最大值时，它将通过R10对C3充电并根据线性定律增加，U9输出端电位将根据线性定律降低；当20kHz方波处于最小值时，C3根据线性定律通过R10和VC3放电减小，U9输出端电位根据线性定律上升。波形如图6-19（c）所示。从图中可以看出，三角波是从U9的输出中获得的。

 

闭环电流调节系统

在阶段充电的早期阶段，使用恒流充电，因此需要闭环电流调节系统。在图6-16中，闭环电流调节系统由主回路、电流检测电路、电流误差放大电路、脉宽调制器和驱动电路组成。

 

•电流检测电路。

电流检测电路由运算放大器U10和U11、电阻器R11~R17、电位计VR1和电容器C4组成，U10和R11~R14构成差分放大器。i是充电电流I0通过电流传感器CS之后的对应电压，即i＝KI0。U10使用单个电源，7.5V电源用作偏置电压，以施加到U10到R13的非反相端。由于R11＝R12＝R13＝R14，差分放大器的输出电压υ10为：

 

 

从上面可以看出，差分放大器只起到隔离的作用。在图中，U11、R15~R17、VR1和C4构成一个反相放大器。7.5V是U11的偏置电压；从VR1获得的电压用于抑制U11的偏移；C4可以抑制U11的高频振荡。反相放大器的输出电压为：