TL494在密封铅酸电池充电器中的应用

　　美国德克萨斯州仪器公司（TEXAS INSTRUMENT） 生产的 TL494 是一种性能优良的脉宽调制控制电路，可作为推挽式、全桥式、半桥式开关电源控制器，工作频率为 10~ 300 KMz，输出电压可达 40V。本文设计引入芯片TL494 设计的恒流恒压充电器，在密封铅酸电池的充电过程中，能有效提高电池的充电效率和使用寿命。

　　1 TL494 内部结构及主要功能

　　1. 1 内部结构

       TL494 是一种性能优良的脉宽调制控制器， 由 5V 基准电压、振荡器、误差放大器、比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管、空载时间电路构成。内部结构如图1所示。

　　图 1 TL494内部结构框图

　　1. 2 TL494管脚配置及其功能

        如图 1， 1、2 脚是误差放大器 1 的同相和反相输入端; 3 脚是相位校正和增益控制; 4 脚为间歇期调整， 其上加 0~ 3:3V 电压时可使截止时间从 2% 线性地变化到 100% ; 5、6脚分别用于外接振荡电阻和振荡电容; 7 脚为接地端; 8、9 脚和 11、10 脚分别为 TL494 内部两个末级输出三极管的集电极和发射极; 12 脚为电源供电端; 13 脚为输出控制端， 该脚接地时为并联单端输出方式， 接 14 脚时为推挽输出方式; 14 脚为 5V 基准电压输出端， 最大输出电流 10 mA; 15、16 脚是误差放大器器的反相和同相输入端。

　　1. 3 脉冲调宽调压原理

　　振荡器产生的锯齿形振荡波送到 PWM 比较器的反相输入端， 脉冲调宽电压送同相输入端， 通过 PWM 比较器进行比较， 输出一定宽度的脉冲波。TL494 输出的脉冲宽度随着调宽电压的变化而改变， 从而改变开关管的导通时间TON， 达到调节、稳定输出电压的目的。图 2为脉冲调宽原理图。

　　图 2脉冲调宽调压波形图

　　脉冲调宽电压可由 3 脚直接送入的电压来控制， 也可分别从两个误差放大器的输入端送入， 通过比较、放大， 经隔离二极管输入到PWM 比较器的正相输入端。两个放大器可独立使用， 如分别用于反馈稳压和过流保护等， 此时脚 3 应接 RC 网络， 提高整个电路的稳定性。

　　2 充电器的设计与实现

　　2. 1 充电器的工作原理

　　由于密封铅酸蓄电池的制造成本低、容量大、价格低廉， 因此， 应用十分广泛。由于其固有的特性， 若使用不当， 寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，采用正确的充电方式， 能有效延长蓄电池的使用寿命。电池充电是将电能传输到电池的过程， 能量以化学反应的形式保存下来， 但不是所有电能都转化为电池中的化学能。有一些电能将转化为热能， 对电池起加热的作用， 电池充满后， 若继续充电， 则将所有的电能转化为热能。快速充电使电池温度急速升高， 若不及时停止将造成电池的损坏。

　　为了实现充电的快速性并延长电池寿命， 充电过程可分为快充、慢充及涓流充三个阶段， 图3为该充电器的充电电流、电压曲线。

　　以 12V 铅酸电池为例， 充电过程从大电流恒流充电开始， 最初充电器输出电流为IMAX， 此时充电器连续监控电池两端的电压。当电池电压升高到 13:5~ 13:8V 时， 充电器处于恒压充电状态，充电电流持续下降。当电流下降到 250 mA 并且电池电压在14:1V 左右不变时， 电池已达到额定容量的100 %， 充电器转入浮充状态， 给电池提供的浮充电池， 抵消电池自放电的影响。当电池电压下降到转换电压 13V 时， 充电器重新开始大电流充电。

　　2. 2 电路设计

　　主电路由太阳能电池板、电力场效应管Q1、蓄电池和精密电阻 R13 构成。TL494 电流型 PWM 脉宽调制器、ATMEGA8L 单片机充电闭环控制回路， 实现充电电压、电流的自动调节和电源电压的自动识别。主电路设计如图 4 所示。其中， 当单片机 PD7 口输出高电平时，TL494 截止时间增至 100% ， 通过 PD7 输出的高低电平控制是否充电。TL494 的12 脚接电源， 14 脚输出 5 伏基准供单片机ATMEGA8L 电源， 同时通过 R6、R7 分压作为TL494 中误差放大器 1 的 2 引脚恒压充电时反馈电压信号， 从电池极电压通过 R2、R3 分压作为 1 脚输入恒压充电的给定电压信号， 两者之偏差作恒压调压器使用，2 脚和 3 脚间引入阻容校正， 构成 PI 调节器［ 3］ 。误差放大器 2 作恒流调节器， 从 16 脚输入 R13 精密电阻给定电流信号与 15 脚恒流充电时的图 4 控制主电路示意反馈电流信号之偏差， 15 脚和3 脚间引入阻容校正， 构成PI 调节器。TL494 的 8 脚和11 脚作并联输出PWM 信号来控制场效应管 Q1，以维持恒流充电时电流恒定或在恒压充电时的电压恒定。该充电装置的输入电压范围为 0~ 40V， 充电电流为 0~ 10A， 最大输出功率接近500 W。

　　3 结语

　　采用性能优良的脉宽调制控制器TL494 实现电池的精确快速充电， 简化了蓄电池充电 器的设计过 程。具有 控制精度高、反 应灵敏、结构简单， 有利于改善蓄电池的工作状态， 保证充电质量， 提高了蓄电池的使用寿命等优点， 实际使用也证明了这些优点。