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根據電動自行車鉛酸蓄電池的特點，當其為36V/12AH時，采用限壓恒流充電方式，初始充電電流最大不宜超過3A。也就是說，充電器輸出最大達到43V/3A/129W，已經可滿足。在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。以目前開關電源技術和開關管生產水平而言，單端開關穩壓器輸出功率的極限值已提高到180W，甚至更大。輸出功率為150W以下的單端它激式開關穩壓器，其可靠性已達到極高的程度。MOS FET開關管的應用，成功地解決了開關管二次擊穿的難題，使開關電源的可靠性更上一層樓。 目前，應用最廣的、也是最早的可直接驅動MOS FET開關管的單端驅動器為MC3842。MC3842在穩定輸出電壓的同時，還具有負載電流控制功能，因而常稱其為電流控制型開關電源驅動器，無疑用于充電器此功能具有獨特的優勢，只用極少的外圍元件即可實現恒壓輸出，同時還能控制充電電流。尤其是MC3842可直接驅動MOS FET管的特點，可以使充電器的可靠性大幅提高。由于MC3842的應用極廣，本文只介紹其特點。 MC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關電源驅動集成電路，其內部功能包括：基準電壓穩壓器、誤差放大器、脈沖寬度比較器、鎖存器、振蕩器、脈寬調制器(PWM)、脈沖輸出驅動級等等。MC3842的同類產品較多，其中可互換的有UC3842、IR3842N、SG3842、CM3842(國產)、LM3842等。MC3842內部方框圖見圖1。其特點如下： 單端PWM脈沖輸出，輸出驅動電流為200mA，峰值電流可達1A。 啟動電壓大于16V，啟動電流僅1mA即可進入工作狀態。進入工作狀態后，工作電壓在10～34V之間，負載電流為15mA。超過正常工作電壓，開關電源進入欠電壓或過電壓保護狀態，此時集成電路無驅動脈沖輸出。 內設5V/50mA基準電壓源，經2:1分壓作為取樣基準電壓。 輸出的驅動脈沖既可驅動雙極型晶體管，也可驅動MOS場效應管。若驅動雙極型晶體管，宜在開關管的基極接入RC截止加速電路，同時將振蕩器的頻率限制在40kHz以下。若驅動MOS場效應管，振蕩頻率由外接RC電路設定，工作頻率最高可達500kHz。 內設過流保護輸入(第3腳)和誤差放大輸入(第1腳)兩個脈沖調制(PWM)控制端。誤差放大器輸入端構成主脈寬調制(PWM)控制系統，過流檢測輸入可對脈沖進行逐個控制，直接控制每個周期的脈寬，使輸出電壓調整率達到0.01%/V。如果第3腳電壓大于1V或第1腳電壓小于1V，脈寬調制比較器輸出高電平使鎖存器復位，直到下一個脈沖到來時才重新置位。如果利用第1、3腳的電平關系，在外電路控制鎖存器的開/閉，使鎖存器每個周期只輸出一次觸發脈沖，無疑使電路的抗干擾性增強，開關管不會誤觸發，可靠性將得以提高。 內部振蕩器的頻率由第4、8腳外接電阻和電容器設定。同時，內部基準電壓通過第4腳引入外同步。第4、8腳外接電阻、電容器構成定時電路，電容器的充/放電過程構成一個振蕩周期。當電阻的設定值大于5kΩ時，電容器的充電時間遠大于放電時間，其振蕩頻率可根據公式近似得出：ｆ＝1/Tc＝1/0.55RC＝1.8/RC。 由MC3842組成的輸出功率可達120W的鉛酸蓄電池充電器如圖2所示。該充電器中只有開關頻率部分為熱地，MC3842組成的驅動控制系統和開關電源輸出充電部分均為冷地，兩種接地電路由輸入、輸出變壓器進行隔離，變壓器不僅結構簡單，而且很容易實現初次級交流2000V的抗電強度。該充電器輸出端電壓設定為43V/1.8A，如有需要可將電流調定為3A，用于對容量較大的鉛酸蓄電池充電(如用于對容量為30AH的蓄電池充電)。 市電輸入經橋式整流后，形成約300V直流電壓，因而對此整流濾波電路的要求與通常有所不同。對蓄電池充電器來說，橋式整流的100Hz脈動電流沒必要濾除干凈，嚴格說100Hz的脈動電流對蓄電池充電不僅無害，反而有利，在一定程度上可起到脈沖充電的效果，使充電過程中蓄電池的化學反應有緩沖的機會，防止連續大電流充電形成的極板硫化現象。雖然1.8A的初始充電電流大于蓄電池額定容量C的1/10，間歇的大電流也使蓄電池的溫升得以緩解。因此，該濾波電路的C905選用47μF/400V的電解電容器，其作用不足以使整流器120W的負載中紋波濾除干凈，而只降低整流電源的輸出阻抗，以減小開關電路脈沖在供電電路中的損耗。C905的容量減小，使得該整流器在滿負載時輸出電壓降低為280V左右。 U903按MC3842的典型應用電路作為單端輸出驅動器，其各引腳作用及外圍元件選擇原則如下(參見圖1、圖2)。 第1腳為內部誤差放大器輸出端。誤差電壓在IC內部經D1、D2電平移位，R1、R2分壓后，送入電流控制比較器的反向輸入端，控制PWM鎖存器。當1腳為低電平時，鎖存器復位，關閉驅動脈沖輸出，直到下一個振蕩周期開始才重新置位，恢復脈沖輸出。外電路接入R913(10kΩ)、C913(0.1μF)，用以校正放大器頻率和相位特性。 第2腳內部誤差放大器反相輸入端。充電器正常充電時，最高輸出電壓為43V。外電路由R934(16kΩ)、VR902(470Ω)、R904(1kΩ)分壓后，得到2.5V的取樣電壓，與誤差放大器同相輸入端的2.5V基準電壓比較，檢出差值，通過輸出脈沖占空比的控制使輸出電壓限定在43V。在調整此電壓時，可使充電器空載。調整VR902，可使正負輸出端電壓為43V。 第3腳為充電電流控制端。在第2腳設定的輸出電壓范圍內，通過R902對充電電流進行控制，第3腳的動作閾值為1V，在R902壓降1V以內，通過內部比較器控制輸出電壓變化，實現恒流充電。恒流值為1.8A，R902選用0.56Ω/3W。在充電電壓被限定為43V時，可通過輸出電壓調整充電電流為恒定的1.75A～1.8A。蓄電池充滿電，端電壓≥43V，隔離二極管D908截止，R902中無電流，第3腳電壓為0V，恒流控制無效，由第2腳取樣電壓控制充電電壓不超過43V。此時若充滿電，在未斷電的情況下，將形成43V電壓的涓流充電，使蓄電池電壓保持在43V。為了防止過充電，36V鉛酸蓄電池的此電壓上限不宜使電池單元電壓超過2.38V。該電路雖為蓄電池取樣，實際上也限制了輸出電壓，如輸出電壓超過蓄電池電壓0.6V，蓄電池電壓也隨之升高，送入電壓取樣電路使之降低。 第4腳外接振蕩器定時元件，CT為2200pF，RT為27kΩ，R911為10Ω。該例中考慮到高頻磁芯購買困難，將頻率設定為30kHz左右。R911用于外同步，該電路中可不用。 第5腳為共地端。 第6腳為驅動脈沖輸出端。為了實現與市電隔離，由T902驅動開關管。T902可用5×5mm磁芯，初次級繞組各用0.21mm漆包線繞20匝，繞組間用2×0.05mm聚脂薄膜絕緣。R909為100Ω，R907為10kΩ。如果Q901內部柵源極無保護二極管，可在外電路并入一只10～15V穩壓管。 第7腳為供電端。為了省去獨立供電電路，該電路中由蓄電池端電壓降壓供電，供電電壓為18V。當待充蓄電池接入時，最低電壓在32.4V～35V之間，接入18V穩壓管均可得到18V的穩定電壓。濾波電容器C909為100μF。 第8腳為5V基準電壓輸出端，同時在IC內部經R3、R4分壓為2.5V，作為誤差檢測基準電壓。 充電器的脈沖變壓器T901可用市售芯柱圓形、直徑 |
