两个电瓶24v怎么充电图 【附全套资料】实际项目一步一步详解24V铅酸电池充放电管理电路的设计！

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一、项目前言

由于锂电池的高成本，24V铅酸电池在市场上的许多商业电源应用中被用作备用电池。而国内市场上的铅酸电池厂商大多只生产纯铅酸电池模块作为其主要产品，内置铅酸电池充放电管理电路的电池模块很少。这样，在设计需要铅酸电池作为备用电源的电路时，有两种设计思路:

1.定制内置铅酸电池充放电管理电路的电池模块；

2.在设计电源电路时，兼容铅酸电池的充放电管理功能；

以上两种设计思路各有利弊。出于学习的目的，本课题帖子采用第二种设计思路，我们将逐步学习基于反激式开关电源的铅酸电池充放电管理电路的设计。

二、项目描述

本设计主要分为两部分:

1.基于TOP247Y的反激式开关电源电路设计：

该部分主要选用PI公司的TOP247Y芯片作为主控芯片，采用单端反激式开关电源的主流设计思想。该电路具有输入过压保护、输入欠压保护、输入过流保护、输出过压保护、输入过流保护和输入短路保护等功能。在全电压输入范围内，功率效率可达85%以上，当前方案可实现的应用要求如下:

AC195~265V全电压输入范围；

输出32V，60W；

工作温度范围:-45~+85度；

负荷调整率:0.2%；

隔离等级:AC2500V分钟；；

输出纹波大小:

2.基于UC2909的铅酸蓄电池充放电管理电路设计：

这部分主要选用TI公司的UC2909芯片作为主控芯片。UC2909自带铅酸电池的充电管理功能，用户可以通过调整芯片外围组件的参数来实现各种充电管理功能。目前的方案可以实现24V铅酸电池的以下管理参数(暂时不考虑热敏电阻的温度补偿效应):

使能充电电压:21V

过冲电压:29.2伏

浮动充电电压:27.3伏

涓流充电电流:45MA

恒流充电:0.6A

过冲终止电流:100毫安

三、铅酸蓄电池充电管理的基本知识

本部分拟分为以下几个方面:逐步了解和熟悉铅酸蓄电池充电管理的基本知识:

3.1、铅酸电池常用术语

3.2、铅酸电池充电状态管理

3.3.铅酸蓄电池充电曲线电压和电流的选择原则

每个部分的详细解释将在下面逐步进行。希望能和大家探讨一下！

3.1、铅酸电池常用术语

为了更有效地解释以下知识章节，我们首先需要了解电池应用中的一些常见术语:

在一定放电率的条件下，当一个充满电的铅酸电池放电到规定的终止电压时，能给出的电量称为电池容量，用符号c表示，常用单位是安培小时AH。

放电率一般用C-Rate表示，根据铅酸电池的放电电流可分为时间率和电流率。

时间率是指在一定的放电电流下，放电到规定的终止电压时的时间长度。常用的时间速率是20小时、10小时、5小时、3小时、1小时和0.5小时..

电流率是指满足一定工作时间条件下的放电电流。例如，电池容量为10AH c的铅酸电池可以提供10小时的1A工作电流，这种情况下的电流率为C/10。

2.UC2909计算公式(逆向推导)

3.UC2909设计工具(根据官方设计指南编辑)

1、UC2909计算公式(正向推导)

2.UC2909计算公式(逆向推导)

3.UC2909设计工具(根据官方设计指南编辑)

6.5和24V铅酸蓄电池放电管理电路分析

这里主要分析24V铅酸电池放电电路中的欠压管理。原因是防止电池深度放电，严重影响电池使用寿命，后面会一步步详细分析。本电路主要采用CN301电池电压检测芯片，主要基于以下优点:

6.5.1.首先，确定CN301工作电源的选择。

CN301的工作电流只有1.8微安，所以可以用两个电阻作为CN301的电源。如图所示:

这里R46和R47的选择原则如下:

(1)在电池正常工作电压范围内，两个电阻的分压输出应在1.9V ~ 6V之间；

(2)在电池正常工作电压范围内，电阻R46的电流应大于4微安，但不宜过大，否则电阻R46和R47的消耗电流过大，会影响电池的使用寿命。

综上所述，假设我们电池的工作电压范围为20V~29.2V，并验证了R46=100K，R47=24.9K可以满足上述要求

6.5.2.设置CN301检测电压的相关参数。

如图所示:

七、印刷电路板布局及注意事项

这部分内容打算以分散的形式来写，涉及的内容主要是与EMC相关的PCB LAYOUT和布线中的一些注意事项。部分内容是从主控芯片规格中注意事项的提取和排列中抄袭来的，加上一些个人的设计经验。如有不妥，请拍砖。

7.1 220伏交流输入电源接口滤波电路印刷电路板布局注意事项

7.1.1.首先，接口滤波电路必须靠近接口。接口滤波电路可以防止内部电路的噪声传导出去，防止外部干扰进入。如果远离接口，

外部:滤波后的电路可以与内部电路的铃状物耦合，

内部:从外部进入的噪音在被过滤之前有干扰。

如果远离界面，会有如图所示的效果:

7.1 220伏交流输入电源接口滤波电路印刷电路板布局注意事项

7.1.2.其次，接口滤波器应尽可能对称布置。防止滤波后的电路和未滤波的电路相互耦合，从而使滤波无效，造成如下效果:

7.1.3共模扼流圈下不建议使用铜包层。共模扼流圈可以有效滤除共模噪声，但对差模信号没有影响。如果共模扼流圈下面有铜镀层，噪声就会通过地线的分布电容耦合到输出端，共模扼流圈就失去作用。多层板中，建议挖共模扼流圈空以下的平面。

7.1.4.电源滤波器电路之间的距离不应太远。由X电容、共模扼流圈和Y电容组成的功率滤波电路是一个整体，可以有效滤除电力线上的差模和共模噪声。布局上最好不要分开太多，否则过滤效果会大打折扣。

7.2.TOP247Y反激式开关电源设计中电路板布局的注意事项

7 . 2 . 1 top 247y反激式开关电源设计部分的基本设计原则。本部分PCB LAYOUT的设计原则基本可以参考官方规范中推荐的方法:

详细的注意事项在说明书里也有给出，大家照着做就好了。

八、电路优势

1.交流85 ~ 265伏宽电压输入范围，基本能满足所有商用电源场合；

2.具有铅酸电池的充放电管理功能，可有效保护铅酸电池的使用寿命；

3.市电和铅酸电池无缝切换；

4.用户可以轻松改变电路参数，实现不同的功率输出和不同的充电曲线管理功能，更加灵活；

5.反激式开关电源的功率效率可达85%及以上；

6.电路具有良好的电磁兼容性能:浪涌保护能力:共模4KV，差模2KV；静电等级:空气体放电15KV，接触放电8KV；

7.隔离电压等级可达AC2500V，满足大多数工业和军事应用

8.简单改变UC3909充电管理的电压电流曲线，可以有效实现铅酸电池和锂电池充放电的兼容性设计；

九.设计参考资料

设计过程中参考了许多官方设计指南。这只是总结和归纳。当然也补充了很多自己的想法，附后供参考:

UC3909设计指南I _2.pdf

UC3909设计指南ii _2.pdf

UC2909DW_2.pdf

电磁兼容性工程师-2012年第2期。可移植文档格式文件的扩展名（portable document format的缩写）

BatParaDes

UC2909计算公式(逆向推导)。文件格式

UC2909计算公式(正向推导)。文件格式

UC2909设计工具(根据官方设计指南编辑)。文件格式

原理图:

基于(TOP247Y+UC2909)的具有铅酸电池充放电管理功能的反激式开关电源电路设计。可移植文档格式文件的扩展名（portable document format的缩写）

基于(TOP247Y+UC2909)的具有铅酸电池充放电管理功能的反激式开关电源电路设计。压缩包

PCB:基于具有铅酸电池充放电管理功能的(TOP247Y+UC2909)反激式开关电源电路设计PCB

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X.设计源文件

10.1.原理图

10.2、印刷电路板布局

XI。设计问题总结

11.1.电池充电管理脉宽调制输出电路中功率金属氧化物半导体管VGS保护电路设计：

关于UC2909外围电路中的PWM输出MOS管电路，官网只给出了逻辑框图，没有给出具体的推荐参数模型，如下:

在这里进行设计时，您需要注意:

由于大部分MOS管的VGS极限电压在20~30V左右，所以在使用MOS管时需要保证VGS电压不能超过20V。因为反激式开关电源的32V输出是用来给UC2909芯片供电和输出的，所以这里需要对MOS管的VGS电压进行箝位和保护。由于这一疏忽，D10 15V TVS二极管箝位保护(图中红色标记为3)以前没有添加到电路中。结果电路在常温调试时工作正常，但在高温下，MOS管DS直接击穿短路，重新检查电路原理发现是设计问题。

11.2.电池充电管理的脉宽调制输出电路中影响脉宽调制上升沿斜率的参数设置；

详见图中红色标记1处的电阻

电阻会影响PWM输出上升沿的斜率，进而影响P-MOS晶体管的开关损耗，最后影响这个充电管理电路的充电效率。

同时也要注意电阻的功率问题。有兴趣的朋友可以通过改变电阻的阻值来捕捉PWM输出波形的变化。

11.3.电路板布局中电池充电管理集成电路UC2909部分电路参考地的选择；

详见图中红色标记的位置1和2。在PCB布局时，应严格区分UC2909外围电路的参考地和电池部分的参考地。如果没有区别，两个地之间的开关信号将是串扰。

铅酸蓄电池充电技术需要解决两个主要问题:

铅酸蓄电池充电技术需要解决两个主要问题:

1.输出电流(充电电流)的控制原理是什么？也就是电流是根据什么指标和数据变化的。如果不是这样，要么电流大了会被过充，也就是过剩的能量会发生电解水反应，析出氢气和氧气，导致失水，加速电池硫化；要么电流太小，充电时间延长。所以这个基础很关键，是电解质离子密度变化的基础——充电电流。很难获得这些实时在线数据。但是有办法。

2.铅酸蓄电池充电反应的特点是电解液分层，即硫酸溶液密度不均匀，即可扩散离子密度顶部致密，底部稀薄。所以恒流阶段电池上部正常，下部过充脱水。所以也可以说明电池底部硫化严重(底部硫酸铅晶体堆积严重)。电解液分层怎么去除？有解决办法。欧洲人可以通过空气泵搅拌电解液来解决这个问题。这个方法很有效，但是很笨拙。

业界流行的三段法多收。