充电电路工作原理蓄电池与逆变器对直流电源的要求不同：逆变器要求直流电源提供稳定电压；蓄电池要求直流电源提供的电压能随着蓄电池的充电过程而变化。

为了解决蓄电池、逆变器对直流电源的不同要求，故UPS分别设置整流器及充电电路。

根据UPS容量大小、工作方式不同，充电电路可分为恒压充电、恒流充电、分级充电等电路。

介于充电电路在整个系统中的重要作用，我做了多方面的考虑，最后决定采用高压快速充电电路。

在此所用的高压快速充电电路不但解决了UPS内部蓄电池的快速充电问题，而且解决了一般不能快充外接蓄电池的问题。

工作原理分析：该电路适用于长备用时间、大容量蓄电池的充电。

它由以下几个部分组成：（1）加电电路在不加交流输入电压时，继电器J2的中间触点a2和b2相连，如果这时开关K是闭合的，那么外加蓄电池电压就和UPS内部蓄电池形成并联结构，此时控制电路由于没有电源而不能工作。

当市电电压220V加到输入端时，由于继电器J1的触点处于断开状态，因而交流电压220V就不能加到变压器T1上。

当按下按钮N1时，J1被激励，触点J1闭合。

这时电流经限流电阻R x加到变压器T1上，等到变压器初级绕组的电压达到一定值时，J3被激励，触点闭合，将电阻R x短路。

在交流220V加到输入端的同时，J2被激励，继电器触点a2转接到c2，于是电池组电压UB经R2、VD6加到控制电路上。

N2为按断开关，在未按下开关N2时其处于闭合状态将两个单结晶体管振荡器的发射扳旁路，故振荡器不工作，电路处于静止等待状态。

加电电路中之所以加入了J3和R x环节，是因为一般电源变压器的匝间电容使加电前沿的电流被旁路，磁通不能马上建立起来，形成很大的短路电流。

如未变压器容量再增加，这种启动瞬间短路电流就会更严重。

因此，在加电前瞬间用电阻R x限流，当变压器上电压升到一定值时，再将R x短路就可避免这种情况的发生。

当按下开关N1瞬间，由于有上述的过程，最好不要马上供电。

在N2被按下，该开关处于断开状态，电容C5的充电能延缓振荡器的起振，只有当C5上电压上；升到一定值时，振荡器才开始工作。

（2）振荡电路Q 1、R 4、R 5和C 2、T 2，Q 2、R 9、R 10 、C 3和T 3组成了两套单结晶体管振荡器。

之所以采用单结晶体管方案，是因为它电路简单而且能瞬时给出大的触发功率，可直接驱动可控硅。

在需要给蓄电池组充电的情况下，单结晶体管振荡器呈连续振荡，其波形图如下图所示：图2．7 单结晶体管振荡器波形 U e 为发射极波形，eb 1为第一基极b 1的输出波形，其振荡周期可用下式表示：η-=11In T C R E E （2-2-10） 式中，T 为振荡周期（s ），RE 为接在单结管发射极的电阻（Ω），这里是R 5和R 9，CE 为单结管射极的电容（F ），这里是C 2和C 3，η为单结管的分压比。

由基极变压器将控制脉冲加到主回路可控硅的控制极上。

单结管振荡器的发射极各与两个并联运算放大器的输出相连，因而它们的工作状况受相应运算放大器的控制，振荡脉冲的有无与疏密随着相应运算放大器的工作状态而改变。

（3）测量与控制电路1）限流与恒流控制电路蓄电池经过一定时间的放电进行再充电时，初始充电电流很大，所以要进行限流，即在充电电流超过其规定值以前，将其恒定在规定的限流值上。

由图中可以看出，运放U 1的4端和6端均接基准电压，即U1-4=U 1-6，而U 1-5=U 1-7的电压为两个电压之差，即U 1-5=U 1-7=U 1-5B =U 1-5A －U 1-AB在上面的式子中，U1-5A为U1引脚5至A点电压，U5B为U1引脚5至B点的电压，U1-AB为充电期间，充电电流在导线BA上形成的压降，其方向和原来不充电时风上的电压极性相反。

U1-5＞U1-4运放U1（LM339）输出开路，不影响振荡器工作。

一旦充电电流很大时，则U1-5=U1-5A－U1-AB=U1-5A－I充R AB接近了U1-4=U1-6值，运放进入放大状态，其输出就对两单结管发射极产生了旁路作用，从而降低了C2及C3的充电速度，降低了脉冲频率，延迟了对可控硅的触发时间，调整了导通角，达到了限流恒压充电的目的。

2）电压测量与控制电路由图中可以看出，和运放U l的两输出端1、2并联的还有U2的两个运放输出端1、2，这就是电压的测控环节。

在高压充电电路的电路设计中是这样规定的：当充电电压在预设值以下时，运放的输入端电压U2-4=U2-6<U2-5和U2-7所以比较器U；的这两个输出端是开路状态，两个振荡器都正常工作。

当充电电压U B达到第一限值时，U2的6端电平大于7端电平，则1端输出低电子，振荡管Q2的发射极被嵌位，于是由Q2构成的单给管振荡器停振，对应的可控硅VT2截止，快充结束，只剩下浮充（实际上这时仍是快充，不过其平均充电电流减半）。

当充电电平达到第二限值时，比较器U2的U2-4≥U2-5，使该组件为放大或开关状态，开始对第二只可控硅VT1进行相控，同时电压UB就稳定在这个电平上，电压变化小于。

4）冷却控制电路这里采取的是强迫风冷。

我们考虑到很多要求长备用时间的UPS电源是昼夜24小时开机的，但充电电路在大部分时间内都处于浮充状态，平时并不需要让风机始终工作在强风冷却状态。

为了延长风机的寿命，加入了冷却控制电路，由比较器U1的输入端8、9脚将信号引入，在电路进行全充电时，U1的输出端14脚为低电平，所以比较器U2的输入电平U2-8＜U2-9，14脚输出高电平，经VD14去驱动Q4，从而继电器J4被激励，其中心触点将风机FAN接入220V全电压电路，进行强风冷却。

当蓄电池电平达到第一限值时，U1的14脚输出高电平，则比较器U2的U2-8＞U2-9，其输出端14脚输出低电平，使Q4截止，其中心触点与降压输出相连接,于是风机FAN作降压运行，风力减弱，从而减轻了风机的磨损,节省了电力，降低了噪声。

5）主回路主充电回路主要包括两只可控硅和两只二极管整流器。

为了提高触发效率和进行隔离，采用了脉冲变压器隔离触发，在可控硅控制极的二极管是用来对控制脉冲进行整形的。

6）用继电器输出，实现了充电时与逆变器的隔离。

充电电路中各主要多数的计算（1）交流指示图中采用的10mA ／1．5V 正向压降的发光二极管指示状态Ω≈=k mAV R 22102201 (2-2-11)w R I P 2.221==(2-2-12)（2）R x根据不同变压器容量取不同值，在这里我们的参数是10kV A,16块电池（12×16＝192V ）,浮充电压（设电池每单元浮充电压为，一个12V 电池由六个单元构成）U 浮＝（2．25 X 6）X 16＝216V ，熔断丝 R D 取 6A ，则:Ω===366220RD X I U R (2-2-13) 功率P x ＝IU ＝6 * 2 20＝1320W (2-2-14)实际上，R X 的使用只是一瞬间的事情，甚至来不及发热，J 3已将其旁路了。

为了保险起见，取10W 足够了。

（3）J 1，J 2和J 3均取绕组电压为220V ，触点电流为相应容量的继电器就可以了。

（4）稳压管DW 8、 DW 9的选取：使 U Ds ＋ U D ≈ 24V ，电流取10mA 。

其余各稳压管均取2CW54（2CW13）型 6V ／10mA 即 可。

（5）单结管振荡器图中单结管选用了500mw 的BT33F ，由表查得η在0．65～0·85之间，取0·75，其振荡周期为E E E E C R In C R T 39.111≈-=η(2-2-15) 振荡周期较短可提高稳压精度，但不太显著；而较长其影响却非常显著，取振荡频率为IkHz 左右就可以了。

若取T ＝1ms ，则3310*719.039.110*139.1--===T C R E E (2-2-16) 根据触发脉冲的宽度，取CE=0．1μF 就够了，故Ω=⨯⨯=--k R E 19.7101.010719.063(2-2-17) 取8．2kΩ。

由于功率很小，取l ／4W 就可以了。

以下的计算，如无特殊说明，均取1／4W 。

（6）限流环节因为基准电压为6V ，即运放U 1的4脚与6脚电压为6V ，只要电位器W 1可以将其5脚、7脚电压调到6．5V 即可，为此取通过R 7、W 1的电流为lmA ，则Ω==+k mAV W R 2412417 (2-2-18) 那么117W W R UP UA += (2-2-19) 于是()Ω=⨯=+=k UA UP W R W 624624171 (2-2-20) 取标称值6．8kΩ，则R 7=24－6．8=17．2k0，取18k Ω。

取18k Ω验算是否U P ＞6V 。

因为V U W R W U A P 6.6248.248.6171=⨯=+= (2-2-21) 所以满足要求。

（7）电压测控环节此电路电压分两挡控制，第一档为电池开始冒泡电压，第二挡为每单元电池达到电压。

不同型号和不同厂家的电池其冒泡电压有所区别。

对于开放式半密封胶体电池来说，通过加电过程的观察，按实际情况定；而对密封电池，每单元电压按2V 计算。

设胶体电池在充电电压使每个单元电压达到 时为第一限，这时的充电电压为U B =（2．25 * 6） * 16= 216V (2-2-22)仍设电阻臂电流为lmA ，并设M 点电压在216V 充电电压时，U M ≈6V ，于是Ω==+k mAV W R 2161216214 (2-2-23)()Ω=⨯=+=k U U W R W B M 621662162142 (2-2-24) 取标称值 6．8kΩ，则R 14=216－6=210kΩ，为使取值和第二限值统一，考虑给 W 2以较大的调节范围，故取R 14=210k Ω。

只要保证在第一限值 216V 以前 U M < 6V ，在216V 以后U M ＞6V ，在第二限值（2．3 * 6）*16=以前U N ＜6V ，在以后U N ＞ 6V 就可以了。

为此，对上述两条分别作一个计算，即只要保证将W 2=W 3=Ω全值投入后，在216V 充电电压时，M 点分压大于6V 就可以了。

第二种计算就不需要了，因为 216V 时，U M ＞6V ，时当然更大于 6V 了。

该计算是：V U W R W U B M 68.62162108.68.62142>≈⨯+=•+= (2-2-25) 计算结果满足要求。

因此，只需根据要求把电位器值适当调小就可以了。

（8）低压准备停机测量环节当电池放电时，原来充入的电荷会慢慢消耗，当电池组端电压降到一定值时，就应停止再放电，否则将会损害电池。

这里设每个单元电压低到1．75V （这对多种电池都留有余量）时， R 18上的电压 UR 18≤ 6V ，使比较器 U 2的输出端 13给出低电位，低压警告指示灯亮。