Abstract：A charger for cadmium-nickel aircraft batteries is introduced. The circuit scheme and control principle are introduced in detail in this paper, which can implement the function of constant current charge and small current change.　Experimental data and waveform are given at last. Experimental results of the charger show that the charger has the advantages of electric separation, bi-directional current flow and simple frame.

Keyword：batteries charger constant current

1 引言

　　该航空蓄电池充电器为飞机某型号蓄电池专门设计，主要实现两阶段充电功能，即恒流充电状态（以20A的大电流充电）和涓流充电状态（以3A的小电流充电）。蓄电池充电器使用的工作电源为115V/400Hz的航空电源，充电器能在1小时内完成恒流充电，随后以涓流状态对蓄电池组进行充电直至充电结束，每个充电过程在2个小时内完成。

2　充电器总体设计方案

图1 充电器主电路结构框图
　　航空蓄电池充电器的主电路如图1所示，电源变换器采用了由半桥变换器、高频变压器和输出整流滤波电路组成的半桥变换器[1]，该电路结构简单，工作可靠，功率管为场效应管，而且开关管承受的电压为电源电压，故可在电源电压较高的场合应用。通常高频大功率变换器开关频率一般都大于15kHz，为了使功率电路小型化、减小失真并保持高的变换效率，该充电器采用了20kHz的开关频率。

3 SG3525芯片介绍

图2　SG3525芯片的结构图
　　SG3525是美国通用公司的产品，如图2所示，内部电路主要由基准电源、振荡器、误差放大器、PWM比较器与锁存器、分相器、欠电压锁定、输出级、软启动以及关断电路等组成。基准电源是一个典型的三端稳压器，精度可达 ，采用了温度补偿。作为内部电路的供电电源，并可向外输出40mA电流。振荡器由一个双门限比较器，一个恒流源及电容充放电电路组成，在芯片外部由5脚对地接一电容器，6脚对地接一电阻，5脚和7脚之间外接电阻即可构成该振荡器。

图3 SG3525芯片各点的工作波形
　　SG3525芯片各点的工作波形如图3所示，由误差放大器输出的电压Ve与锯齿波的交点可得一负的PWM信号。由PWM信号、时钟信号及分相器输出的Q(或 )信号，根据或非门的逻辑可得两个或非门的输出信号Va和Vb。由波形图可以看出，PWM比较器的反相输入端电平越高，输出脉冲Va和Vb的占空比越大；反之越小。根据这一规律来实现该控制器的调压、软启动及保护功能。另外，可以通过改变5脚和7脚之间的外接电阻的大小，使时钟脉冲宽度变化来实现死区大小的调节[2]。

4 充电器的控制与保护策略

　　航空蓄电池充电器的控制原理框图如图4所示。芯片SG3525产生的两路PWM波经过光耦隔离以后，被送入IR2130从而驱动开关管工作，由于充电器的负载为电压时刻变化的航空蓄电池，因此在控制电路中还采用了电压电流双闭环控制、过流及过温保护电路，从而能保证充电器高效、可靠的完成整个充电过程。

图4 充电器控制原理框图
　　该充电器的工作过程可以简单的描述为：当充电器检测到蓄电池两端的电压低于某一定值电压（第一定值）时，充电器开始工作并进入恒流充电状态，此时由外部的电压传感器和电流传感器采集来的电压、电流信号传送到控制电路进行电压、电流双闭环调节，保持充电电流恒定；当充电电压达到另一定值（第二定值）电压时，蓄电池充电器进入涓流充电状态，当蓄电池充电器检测到蓄电池两端电压不再发生明显变化时，充电过程结束。

5 软件设计

　　单片机系统以AD公司的数据采集系统芯片ADuC812为核心，采用单片机C语言进行编程，该芯片以8951为内核，集成了高精度的多通道ADC和DAC，具有在线可编程功能，该系统的主要功能是通过人机接口（按键，LED显示）来设置对蓄电池的充电电流的大小，用采集到的电流和电压值与设定值进行数字式PID调节，以控制D/A输出，并在充电的过程中实时显示蓄电池电压、电流值和充电时间。
　　软件设计的流程图如图5所示，在恒流充电阶段，电压传感器产生的电压信号、电流传感器产生的电压信号传送到单片机以后，单片机产生2V的D/A信号给调理电路，在检测到蓄电池两端电压达到第二定值时，充电器进入涓流充电阶段，单片机电路产生较小的D/A值，使蓄电池以较小的电流充电(涓流充电)，当检测到蓄电池电压不再上升（或者发生明显的变化）时，单片机电路给出关断充电器信号，蓄电池充电过程结束。

图5 充电器的软件流程图

6 试验结果

图6 蓄电池充电过程示意图

　　使用该蓄电池充电器对某型号航空蓄电池进行了充电试验，最大充电电流限制为30A，温度限制值定为350C。蓄电池的初始电压为20V，充电开始时，充电器以20A的电流对蓄电池持续充电约58分钟，然后以较小的电流3A对蓄电池进行涓流充电，直至蓄电池电压上升到32.45V时，蓄电池两端的电压不再发生明显的上升现象，此时充电器停止充电，历时150分钟，充电过程曲线示意图如图6所示。

7 结论

　　本文提出了一种镉镍航空蓄电池充电器的设计方案和控制原理，精确实现了恒流充电和涓流充电功能，该充电器实现了输出与电网的高频电气隔离，充电效率高，使用方便，工作稳定，有效地缩短了充电时间，提高了充电质量，便于现场应用，满足航空蓄电池的使用要求，现已经装备使用，效果良好。

参考文献

[1] 阮新波，严仰光，直流开关电源的软开关技术，科学出版社，2000.
[2] 李序葆，赵永健，电力电子器件及其应用，机械工业出版社，2001.
[3] 谢少军，陈　勇，一种通用型航空蓄电池充电器研制，南京航空航天大学学报，2003年，第1期.
[4] 20GNC系列镉镍航空蓄电池技术手册, 国营七五五厂.