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作者:楊哲彰(2004-06-01);最後更新:楊哲彰(2004-06-07);推薦:徐業良(2004-06-03)

UC2906/3906鉛酸電池充電監控IC簡介

UC2906/3906系列為密封式鉛酸電池充電監控IC,該晶片整合必要的電路,只須少數的外部元件配置,即可提供對密封式鉛酸電池充電所需的控制與檢測功能,並藉由最佳化的充電參數控制,確保電池的使用壽命與工作效能。

1.         腳位與封裝

UC3906SOIC-16以及DIP16種封裝型式,接腳與電路板採用表面粘著(surface mount)方式或插件方式(pin through hole, PTH)接合,各腳位連接與晶片內部方塊圖如圖1所示。

1. UC3906腳位說明

2. UC3906內部方塊圖

2.         應用範例:雙電平浮充基本電路

雙電平浮動充電(dual level float charge)UC2906/3906典型的應用,基本電路圖如圖3所示,此模式下整個充電過程可以依序分成四個階段(圖45):

3. 雙電平浮充基本電路

(1)     涓流充電(trickle charge):電壓供應給充電器後,充電器第11腳位(trickle bias output)輸出一微小恆定電流IT,此作法可避免因蓄電池反接而造成迴路短路。

(2)     大電流充電(bulk charge):當充電器輸出電壓上升至VT時,則進入此狀態,大電流Imax由外部電晶體(PNP pass transistor)導通輸出至電池,蓄電池主要的電量亦在此階段回充。

(3)     過充電(over-charge):在完成大電流充電階段時,電池電壓達到過充電電壓VOC95%時(即圖5V23),即進入過充電狀態,充電電流逐漸下降,當充電器的電壓達到VOC後,充電電流亦從大容量充電電流IMAX下降至過充電終止電流IOCT,充電器將進入浮動充電狀態。

(4)     浮動充電(float charge):此狀態下充電電壓由VOC下降,並維持在VF,電池充電程序近乎完成;當電池接上負載而放電後,充電器將直接提供電源輸出,而電池電壓也勢必下降,當電壓下降至V41(V41=0.9VF)時,則充電模式重新設定回涓流充電階段,重新執行新的充電循環程序。浮動充電程序對於延長蓄電池的壽命是有必要的,當蓄電池充電完成後,若移除充電電壓,則蓄電池又會立即自行放電,因此必須對電池施加一個適當電壓以及微小的電流以避免電放電,因此浮動充電狀態又可稱為待機充電狀態(standby charge)

4. UC3906充電循環示意圖

5. UC3906充電狀態示意圖

雙電平浮充電路的充電參數設定中主要為:浮充電壓(VF)、過充電壓(VOC)、最大充電電流(IMAX)以及過充電終止電流(IOCT)等,首先必須選擇一適當的分流值(divider current, ID),通常約在50mA100mA之間,圖3中電阻值與各項參數的設定關係如下:

                                                                                                      (1)

                                                                       (2)

                                                                                           (3)

                                                                         (4)

                                                                                                (5)

                                                                                                    (6)

                                                                                   (7)

                                                                                                 (8)

                                                                                                    (9)

                                                                                                   (10) 

6為一個針對12V電池的應用電路,充電電流IMAX0.5A,過充電壓VOC15V,浮充電壓為13.8V,各參數設定如下:RS=0.5Ω、RD=1.2kΩ、R1=68.1kΩ、R2=22.6kΩ、R3=47kΩ、R4=348kΩ、R5=82kΩ、R6=1kΩ、R7=1kΩ、C1=C2=0.1mF

6中二極體的設置是為確保當充電器電源中止後,電池的電流回充至充電器線路造成損壞。當待充電的蓄電池接上充電器,Q1電晶體隨即導通,充電器即以電流IMAX進行充電(bulk charge state),且電壓逐漸升高;當電壓到達VOC95%時,便進入過充電狀態,電壓維持在VOC,而電流逐漸下降,當電流下降至IOCT時,充電器進入浮充階段,UC3906的第10接腳輸出高電平信號,由比較器比較後使指示用LED亮起,代表整個充電程序完成,電池已經充足。

6. UC3906充電狀態示意圖

需要注意的是,一般常見密閉式鉛酸蓄電池,建議的浮充電壓範圍約在2.26V/cell2.3V/cell之間,因此常見的12V蓄電池浮充電壓設定約為13.8V左右;此外,充電時應避免使用過大的電流,通常採用0.1A,避免造成電池的經常性過充電而減損電池壽命。

參考資料

”Sealed lead-acid battery charger”, Texas Instruments, 1999.

“Improved charging method for lead-acid batteries using UC3906”, Texas Instruments Inc., 1999.

John A. O’connor, “Simple switchmode lead-acid battery charger”, Texas Instruments Inc., 1999.

丁致良,’’鉛酸蓄電池之特性,中研院原分所,民國86年。