小功率充电器的设计

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:366

摘要：介绍一种用于手机和电动自行车的自动充电器电路。它省去了复杂的ic电路及其外围电路，同样可以完成对蓄电池进行自动充电的功能。
关键词：蓄电池自动充电器单端反激变换器

为了使手机、电动自行车等所使用的充电器实现自动充电的功能，大都采用各种各样的专用ic充电器集成电路和各种采样电路。本文介绍一种既能省去复杂的ic电路及其外围电路，又能够实现自动充电功能的电路。1、工作原理

　　图1中c1、v1～v4、c2组成滤波整流电路，变压器t为高频变压器，v5、r2、c11组成功率开关管v7的保护电路，nf为供给ic电源的绕组。单端输出ic为uc3842，其8脚输出5v基准电压，2脚为反相输入，1脚为放大器输出，4脚为振荡电容c9、电阻r7输入端，5脚为接地端，3脚为过流保护端，6脚为调宽单脉冲输出端，7脚为电源输入端。r6、c7组成负反馈，ic启动瞬间由r1供给启动电压，电路启动后由nf产生电势经v6、c4、c5整流滤波后供给ic工作电压。r12为过流保护取样电阻，v8、c3组成反激整流滤波输出电路。r13为内负载，v9～v12及r14～r19组成发光管显示电路。图1中v5、v6选用fr107，v8选用fr154，v7选用k792。

图1 电路原理图

　　现对变换环节作如下介绍：

　　从图1中可知，当v7导通时，整流电压加在变压器t初级绕组np上的电能变成磁能储存在变压器中，在v7导通结束时，np绕组中电流达到最大值ipmax：

　　ipmax=(e/lp）ton （1）

　　式中：e——整流电压；

　　lp——变压器初级绕组电感；

　　ton——v7导通时间。

　　在v7关闭瞬间，变压器次级绕组放电电流为最大值ismax，若忽略各种损耗应为：

　　ismax=nipmax=n(e/lp)ton (2)

　　式中：n——变压器变比，n=np/ns，np、ns为变压器初、次级绕组匝数。

　　高频变压器在v7导通期间初级绕组储存能量与v7关闭期间次级绕组释放能量应相等：

　　n(e/lp)ton=(uo/ls)toff

　　式中：ls——变压器次级绕组电感；

　　uo——输出电压；

　　toff——v7关闭时间。

　　因为lp=n2ls，则：

　　(e/nls)ton=(uo/ls)toff

　　eton=nuotoff

　　uo=(ton/ntoff)e (3)

　　上式说明输出电压uo与ton成正比，与匝比n及toff成反比。

　　变压器在导通期间储存的能量wlp为：

　　wlp=(1/2)lpi2pmax （4）

　　变压器lp愈大储能愈多。

　　变压器储存的能量能否在toff期间释放完，不仅与变压器的工作频率f有关，而且与次级绕组电感量ls有关，更与负载的大小有关。

　　储能释放时间常数τ和v7关闭时间toff之间的差异形成变换器三种工作状态，下面分开介绍：

　　1）toff=τ这种状态为临界状态，各参数波形如图2所示。

图2 toff=τ的波形图

　　图2中ub为vp的控制电压波形；up为变压器初级np电势波形；φ为变压器磁通变化波形；uces为v7集电极电压波形；ip、is为初、次级电流波形。

　　2）toff>τ各参数波形如图3所示。从图3中可以看出磁通复位时v7关闭还持续一段时间，ip呈线性上升，is线性下降。

图3 toff >τ的波形图

　　变压器储存的能量等于电路输出能量。

　　（1/2)lpi2pmaxf=uo2/rl

　　uo2=(1/2)lpi2pmaxrlf

　　将ipmax=(e/lp)ton代入上式，则

　　式中：rl——电路负载电阻；

　　t=1/f——变压器工作周期。

　　式（5）中e、ton、t、lp为定值，所以输出电压uo随负载电阻rl的大小而变化，若忽略整流器件压降，则输出电压最大值应为：

　　uomax=(1/n)up=(1/n)e （6）

　　v7承受的反压应为：

　　ucc=e＋up=e＋nuo （7）

　　3）toff<τ

　　各参数波形如图4所示。从图4中可以看出磁通在toff期间不能复位，ip也不是从0开始线性增加，is下降不到0，这种工作状态输出电压uo应满足如下关系：

　　eton=(np/ns)uot

　　uo=(ton/toff)(ns/np)e