高可靠高功率智能铅酸电池充电器的设计与分析

到的的电流应力大，发热量高，充电器内部温度上升快。因此在充电器的设计中必须重点考虑的部件如下：

①电解电容器

电解电容器的封口部位会漏出气化的电解液，这种现象会随着温度的升高而加速，一般认为温度每上升10℃，泄漏速度会提高至2倍。因此可以说电解电容器决定了电源装置的寿命。

② 开关晶体管、高速功率二极管

此类部件在性能界限内使用时，基本上可以维持7~10年的寿命，但电源通断（能量循环）时产生的物理应力、热应力会导致元件劣化，提前损坏。

③ 风扇

球形轴承及轴承的润滑油枯竭、机械装置部件的磨损，会加速风扇的老化。加之近年的DC风扇的驱动回路开始使用电解电容器等部件，所以有必要将回路部件寿命等因素也一并考虑进去。

④ 光电耦合器

电流传达率（CTR；Current Transfer Ratio）随着时间的推移会逐渐减少，结果发光二极管的电流不断增大，有时会达到最大限制电流，致使系统失控。

⑤ 开关

多数开关电源设有电容器输入型的整流回路，在通入电源时，会产生浪涌电流，导致开关接点疲劳，引发接触电阻增大及吸附等问题。理论上认为，在电源期望寿命期间，开关的通断次数约有5,000次。

⑥冲击电流保护电阻、热敏功率电阻器

为抵抗电源通入时产生的冲击电流，设计者将电阻与SCR等元件并联起来使用。电源通入时的电力峰值高达额定数值的数十倍至数百倍，结果导致电阻热疲劳，引起断路。处在相同情况下的热敏功率电阻器也会发生热疲劳现象。

3.3 优选电路和边缘性能设计

为了保证铅酸电池充电器的高可靠性，硬件中的电路大多利用一些标准化电路和经过考验的高可靠性电路。在电路设计成熟之后，也考虑了元器件参数的公差、漂移及参数随环境条件变化等因素，使电路设计能容许这些变化而不影响其性能指标。

3.4 过应力防护设计

铅酸电池充电器在所设计的正常工作状态下，很少因出现元器件过应力而发生故障。但是，要保证充电器的高可靠性，因瞬变干扰造成的过应力对元器件的损害，就不得不考虑。正是基于此种考虑，本文所介绍的大功率智能铅酸电池充电器对众多关键性元器件进行了过应力防护设计。

3.5 三防设计

三防设计包括防潮设计、防盐设计和防霉菌设计。本充电器主要采用应用保护涂层和灌封进行相应的防护设计。

4 整机测试

各项可靠性设计技术应用后，按照设计方案研制出来的样机，还必须通过加速寿命测试来验证其可靠性。以下列举了几项加速寿命测试：

① 高温断续测试

机械性部件如继电器、开关和电扇等，以及功率晶体管，功率二极管等部件的升温现象很严重，因而有必要进行高温断续测试。

② 高温连续寿命测试

③ 高温高湿测试

针对金属部件的腐蚀、塑料部件的分解等造成的机械强度和绝缘耐力下降等障，进行高温高湿测试。

④ 温度循环测试

环境温度的高低差产生季节裂纹等变温性应力，从而导致焊接、塑模部件发生故障。进行本测试即是为了检测出这种故障是否存在。

4总结

本文介绍了一款高可靠性大功率智能铅酸电池充电器，从硬件和软件两部分分析系统结构和工作原理。最后从可靠性预测、电子元器件的选用和控制、优选电路和边缘性能设计、过应力防护设计和三防设计五个方面介绍了铅酸电池充电器的可靠性设计。

本文介绍的大功率铅酸电池充电器性能可靠，智能化充电，具有数字显示，可以满足在较为严苛的环境下对铅酸电池进行充电的要求。同时具备输出过压保护，过热保护，电池欠压及过压保护，电池极性反接保护等功能，进一步提高了充电器的可靠性。该机已经成功广泛应用于电动汽车，高尔夫球车，电动游览车，电动游艇，等采用铅酸电池的充电场所。

参考文献

[1] 潘建。浅谈电子产品的可靠性设计。国外电子元器件。2001，7

[2] 曲学基等编。稳定电源基本原理与工艺设计。2004