电路的功能用于音响设备的放大器在进行试验时需要低失真率信号源。近来，用于音响电路的低失真率OP放大器的...
低成本、高可靠性的电瓶车充电器电路
接线图
2023年11月05日 17:57 184
admin
根据电动自行车铅酸蓄电池的特点，当其为36V/12AH时，采用限压恒流充电方式，初始充电电流最大不宜超过3A。也就是说，充电器输出最大达到43V/3A/129W，已经可满足。在充电过程中，充电电流还将逐渐降低。以目前开关电源技术和开关管生产水平而言，单端开关稳压器输出功率的极限值已提高到180W，甚至更大。输出功率为150W以下的单端它激式开关稳压器，其可靠性已达到极高的程度。MOS FET开关管的应用，成功地解决了开关管二次击穿的难题，使开关电源的可靠性更上一层楼。
目前，应用最广的、也是最早的可直接驱动MOS FET开关管的单端驱动器为MC3842。MC3842在稳定输出电压的同时，还具有负载电流控制功能，因而常称其为电流控制型开关电源驱动器，无疑用于充电器此功能具有独特的优势，只用极少的外围元件即可实现恒压输出，同时还能控制充电电流。尤其是MC3842可直接驱动MOS FET管的特点，可以使充电器的可靠性大幅提高。由于MC3842的应用极广，本文只介绍其特点。
MC3842为双列8脚单端输出的它激式开关电源驱动集成电路，其内部功能包括：基准电压稳压器、误差放大器、脉冲宽度比较器、锁存器、振荡器、脉宽调制器(PWM)、脉冲输出驱动级等等。MC3842的同类产品较多，其中可互换的有UC3842、IR3842N、SG3842、CM3842(国产)、LM3842等。MC3842内部方框图见图1。其特点如下：
单端PWM脉冲输出，输出驱动电流为200mA，峰值电流可达1A。
启动电压大于16V，启动电流仅1mA即可进入工作状态。进入工作状态后，工作电压在10～34V之间，负载电流为15mA。超过正常工作电压，开关电源进入欠电压或过电压保护状态，此时集成电路无驱动脉冲输出。
内设5V/50mA基准电压源，经2:1分压作为取样基准电压。
输出的驱动脉冲既可驱动双极型晶体管，也可驱动MOS场效应管。若驱动双极型晶体管，宜在开关管的基极接入RC截止加速电路，同时将振荡器的频率限制在40kHz以下。若驱动MOS场效应管，振荡频率由外接RC电路设定，工作频率最高可达500kHz。
内设过流保护输入(第3脚)和误差放大输入(第1脚)两个脉冲调制(PWM)控制端。误差放大器输入端构成主脉宽调制(PWM)控制系统，过流检测输入可对脉冲进行逐个控制，直接控制每个周期的脉宽，使输出电压调整率达到0.01%/V。如果第3脚电压大于1V或第1脚电压小于1V，脉宽调制比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。如果利用第1、3脚的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲，无疑使电路的抗干扰性增强，开关管不会误触发，可靠性将得以提高。
内部振荡器的频率由第4、8脚外接电阻和电容器设定。同时，内部基准电压通过第4脚引入外同步。第4、8脚外接电阻、电容器构成定时电路，电容器的充/放电过程构成一个振荡周期。当电阻的设定值大于5kΩ时，电容器的充电时间远大于放电时间，其振荡频率可根据公式近似得出：ｆ＝1/Tc＝1/0.55RC＝1.8/RC。由MC3842组成的输出功率可达120W的铅酸蓄电池充电器如图2所示。该充电器中只有开关频率部分为热地，MC3842组成的驱动控制系统和开关电源输出充电部分均为冷地，两种接地电路由输入、输出变压器进行隔离，变压器不仅结构简单，而且很容易实现初次级交流2000V的抗电强度。该充电器输出端电压设定为43V/1.8A，如有需要可将电流调定为3A，用于对容量较大的铅酸蓄电池充电(如用于对容量为30AH的蓄电池充电)。
市电输入经桥式整流后，形成约300V直流电压，因而对此整流滤波电路的要求与通常有所不同。对蓄电池充电器来说，桥式整流的100Hz脉动电流没必要滤除干净，严格说100Hz的脉动电流对蓄电池充电不仅无害，反而有利，在一定程度上可起到脉冲充电的效果，使充电过程中蓄电池的化学反应有缓冲的机会，防止连续大电流充电形成的极板硫化现象。虽然1.8A的初始充电电流大于蓄电池额定容量C的1/10，间歇的大电流也使蓄电池的温升得以缓解。因此，该滤波电路的C905选用47μF/400V的电解电容器，其作用不足以使整流器120W的负载中纹波滤除干净，而只降低整流电源的输出阻抗，以减小开关电路脉冲在供电电路中的损耗。C905的容量减小，使得该整流器在满负载时输出电压降低为280V左右。
U903按MC3842的典型应用电路作为单端输出驱动器，其各引脚作用及外围元件选择原则如下(参见图1、图2)。
第1脚为内部误差放大器输出端。误差电压在IC内部经D1、D2电平移位，R1、R2分压后，送入电流控制比较器的反向输入端，控制PWM锁存器。当1脚为低电平时，锁存器复位，关闭驱动脉冲输出，直到下一个振荡周期开始才重新置位，恢复脉冲输出。外电路接入R913(10kΩ)、C913(0.1μF)，用以校正放大器频率和相位特性。
第2脚内部误差放大器反相输入端。充电器正常充电时，最高输出电压为43V。外电路由R934(16kΩ)、VR902(470Ω)、R904(1kΩ)分压后，得到2.5V的取样电压，与误差放大器同相输入端的2.5V基准电压比较，检出差值，通过输出脉冲占空比的控制使输出电压限定在43V。在调整此电压时，可使充电器空载。调整VR902，可使正负输出端电压为43V。
第3脚为充电电流控制端。在第2脚设定的输出电压范围内，通过R902对充电电流进行控制，第3脚的动作阈值为1V，在R902压降1V以内，通过内部比较器控制输出电压变化，实现恒流充电。恒流值为1.8A，R902选用0.56Ω/3W。在充电电压被限定为43V时，可通过输出电压调整充电电流为恒定的1.75A～1.8A。蓄电池充满电，端电压≥43V，隔离二极管D908截止，R902中无电流，第3脚电压为0V，恒流控制无效，由第2脚取样电压控制充电电压不超过43V。此时若充满电，在未断电的情况下，将形成43V电压的涓流充电，使蓄电池电压保持在43V。为了防止过充电，36V铅酸蓄电池的此电压上限不宜使电池单元电压超过2.38V。该电路虽为蓄电池取样，实际上也限制了输出电压，如输出电压超过蓄电池电压0.6V，蓄电池电压也随之升高，送入电压取样电路使之降低。
第4脚外接振荡器定时元件，CT为2200pF，RT为27kΩ，R911为10Ω。该例中考虑到高频磁芯购买困难，将频率设定为30kHz左右。R911用于外同步，该电路中可不用。
第5脚为共地端。
第6脚为驱动脉冲输出端。为了实现与市电隔离，由T902驱动开关管。T902可用5×5mm磁芯，初次级绕组各用0.21mm漆包线绕20匝，绕组间用2×0.05mm聚脂薄膜绝缘。R909为100Ω，R907为10kΩ。如果Q901内部栅源极无保护二极管，可在外电路并入一只10～15V稳压管。
第7脚为供电端。为了省去独立供电电路，该电路中由蓄电池端电压降压供电，供电电压为18V。当待充蓄电池接入时，最低电压在32.4V～35V之间，接入18V稳压管均可得到18V的稳定电压。滤波电容器C909为100μF。
第8脚为5V基准电压输出端，同时在IC内部经R3、R4分压为2.5V，作为误差检测基准电压。
充电器的脉冲变压器T901可用市售芯柱圆形、直径12mm的磁芯(芯柱对接处已设有1mm的气隙)。初级绕组用0.64mm高强度漆包线绕82匝，次级绕组用0.64mm高强度漆包线双线并绕50匝。初次级之间需垫入3层聚脂薄膜。
该充电器的控制驱动系统和次级充电系统均与市电隔离，且MC3842由待充蓄电池电压供电，无产生超压、过流的可能，而T901次级仅有的几只元器件，只要选择合格，击穿的可能性也几乎为零，因此其可靠性极高。此部分的二极管D911可选择共阴或共阳极，将肖特基二极管并联应用。D908可选用额定电流5A的普通二极管。次级整流电路滤波电容器选用220μF已足够，以使初始充电电流较大时具有一定的纹波，而起到脉冲充电的作用。
该充电器电路极为简单，然而可靠性却较高，其原因是：MC3842属逐周控制振荡器，在开关管的每个导通周期进行电压和电流的控制，一旦负载过流，D911漏电击穿；若蓄电池端子短路，第3脚电压必将高于1V，驱动脉冲将立即停止输出；若第2脚取样电压由于输出电压升高超过2.5V，则使第1脚电压低于1V，驱动脉冲也将被关断。多年来，MC3942被广泛用于电脑显示器开关电源驱动器，无论任何情况下(其本身损坏或外围元件故障)，都不会引起输出电压升高，只是无输出或输出电压降低，此特点使开关电源的负载电路极其安全。在该充电器中MC3842及其外电路都与市电输入部分无关，加之用蓄电池电压经降压、稳压后对其供电，使其故障率几乎为零。
该充电器中唯一与市电输入有关的电路是T901初级和T902次级之间的开关电路，常见开关管损坏的原因无非两方面：一是采用双极型开关管时，由于温度升高导致热击穿。这点对Q901的负温度系数特性来说是不存在的，场效应管的漏源极导通的电阻特性本身具有平衡其导通电流的能力。此外，由于开关管的反压过高，当开关管截止时，反向脉冲的尖峰极易击穿开关管。为此，该电路中通过减小C905的容量，以在开关管导通的大电流状态下适当降低整流电压。二是采用中心柱为圆型的铁氧体磁芯，其漏感相对小于矩形截面磁芯，而且气隙预留于中心柱，而不在两侧旁柱上，进一步减小了漏感。在此条件下选用VDS较高的开关管是比较安全的。图2中Q901为2SK1539，其VDS为900V，IDS为10A，功率为150W。也可以用规格近似的其它型号MOS FET管代用。如果担心尖峰脉冲击穿开关管，可以在T901的初级接入通常的C、D、R吸收回路。由于该充电器的初始充电电流、最高充电电压设计均在较低值，且充满电后涓流充电电流极小，基本可以认为是定时充电。如一只12A时的铅酸蓄电池，7小时即可充满电，且充满电后，是否断电对蓄电池、充电器影响均极小。试用中，晚上8点接入电源充电，第二天早7点断电，手摸蓄电池、充电器的外壳温度均未超过室温相关文章
发表评论