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根據(jù)電動(dòng)自行車(chē)鉛酸蓄電池的特點(diǎn)，當(dāng)其為36V/12AH時(shí)，采用限壓恒流充電方式，初始充電電流最大不宜超過(guò)3A。也就是說(shuō)，充電器輸出最大達(dá)到43V/3A/129W，已經(jīng)可滿足。在充電過(guò)程中，充電電流還將逐漸降低。以目前開(kāi)關(guān)電源技術(shù)和開(kāi)關(guān)管生產(chǎn)水平而言，單端開(kāi)關(guān)穩(wěn)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其可靠性已達(dá)到極高的程度。MOS FET開(kāi)關(guān)管的應(yīng)用，成功地解決了開(kāi)關(guān)管二次擊穿的難題，使開(kāi)關(guān)電源的可靠性更上一層樓。 目前，應(yīng)用最廣的、也是最早的可直接驅(qū)動(dòng)MOS FET開(kāi)關(guān)管的單端驅(qū)動(dòng)器為MC3842。MC3842在穩(wěn)定輸出電壓的同時(shí)，還具有負(fù)載電流控制功能，因而常稱(chēng)其為電流控制型開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)器，無(wú)疑用于充電器此功能具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，只用極少的外圍元件即可實(shí)現(xiàn)恒壓輸出，同時(shí)還能控制充電電流。尤其是MC3842可直接驅(qū)動(dòng)MOS FET管的特點(diǎn)，可以使充電器的可靠性大幅提高。由于MC3842的應(yīng)用極廣，本文只介紹其特點(diǎn)。 MC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部功能包括：基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器、誤差放大器、脈沖寬度比較器、鎖存器、振蕩器、脈寬調(diào)制器(PWM)、脈沖輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)等等。MC3842的同類(lèi)產(chǎn)品較多，其中可互換的有 UC3842、IR3842N、SG3842、CM3842(國(guó)產(chǎn))、LM3842等。MC3842內(nèi)部方框圖見(jiàn)圖1。其特點(diǎn)如下：
內(nèi)部振蕩器的頻率由第4、8腳外接電阻和電容器設(shè)定。同時(shí)，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過(guò)第4腳引入外同步。第4、8腳外接電阻、電容器構(gòu)成定時(shí)電路，電容器的充/放電過(guò)程構(gòu)成一個(gè)振蕩周期。當(dāng)電阻的設(shè)定值大于5kΩ時(shí)，電容器的充電時(shí)間遠(yuǎn)大于放電時(shí)間，其振蕩頻率可根據(jù)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(dá)120W的鉛酸蓄電池充電器如圖2所示。該充電器中只有開(kāi)關(guān)頻率部分為熱地，MC3842組成的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)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(jìn)行隔離，變壓器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且很容易實(shí)現(xiàn)初次級(jí)交流2000V的抗電強(qiáng)度。該充電器輸出端電壓設(shè)定為43V/1.8A，如有需要可將電流調(diào)定為3A，用于對(duì)容量較大的鉛酸蓄電池充電(如用于對(duì)容量為30AH的蓄電池充電)。 市電輸入經(jīng)橋式整流后，形成約300V直流電壓，因而對(duì)此整流濾波電路的要求與通常有所不同。對(duì)蓄電池充電器來(lái)說(shuō)，橋式整流的100Hz脈動(dòng)電流沒(méi)必要濾除干凈，嚴(yán)格說(shuō)100Hz的脈動(dòng)電流對(duì)蓄電池充電不僅無(wú)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(guò)程中蓄電池的化學(xué)反應(yīng)有緩沖的機(jī)會(huì)，防止連續(xù)大電流充電形成的極板硫化現(xiàn)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(fù)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(kāi)關(guān)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(fù)載時(shí)輸出電壓降低為280V左右。 U903按MC3842的典型應(yīng)用電路作為單端輸出驅(qū)動(dòng)器，其各引腳作用及外圍元件選擇原則如下:
充電器的脈沖變壓器T901可用市售芯柱圓形、直徑Φ12mm的磁芯(芯柱對(duì)接處已設(shè)有1mm的氣隙)。初級(jí)繞組用0.64mm高強(qiáng)度漆包線繞82匝，次級(jí)繞組用0.64mm高強(qiáng)度漆包線雙線并繞50匝。初次級(jí)之間需墊入3層聚脂薄膜。 該充電器的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和次級(jí)充電系統(tǒng)均與市電隔離，且MC3842由待充蓄電池電壓供電，無(wú)產(chǎn)生超壓、過(guò)流的可能，而T901次級(jí)僅有的幾只元器件，只要選擇合格，擊穿的可能性也幾乎為零，因此其可靠性極高。此部分的二極管D911可選擇共陰或共陽(yáng)極，將肖特基二極管并聯(lián)應(yīng)用。D908可選用額定電流5A的普通二極管。次級(jí)整流電路濾波電容器選用220μF已足夠，以使初始充電電流較大時(shí)具有一定的紋波，而起到脈沖充電的作用。 該充電器電路極為簡(jiǎn)單，然而可靠性卻較高，其原因是：MC3842屬逐周控制振蕩器，在開(kāi)關(guān)管的每個(gè)導(dǎo)通周期進(jìn)行電壓和電流的控制，一旦負(fù)載過(guò)流，D911漏電擊穿；若蓄電池端子短路，第3腳電壓必將高于1V，驅(qū)動(dòng)脈沖將立即停止輸出；若第2腳取樣電壓由于輸出電壓升高超過(guò)2.5V，則使第1腳電壓低于1V，驅(qū)動(dòng)脈沖也將被關(guān)斷。多年來(lái)，MC3942被廣泛用于電腦顯示器開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)器，無(wú)論任何情況下(其本身?yè)p壞或外圍元件故障)，都不會(huì)引起輸出電壓升高，只是無(wú)輸出或輸出電壓降低，此特點(diǎn)使開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載電路極其安全。在該充電器中MC3842及其外電路都與市電輸入部分無(wú)關(guān)，加之用蓄電池電壓經(jīng)降壓、穩(wěn)壓后對(duì)其供電，使其故障率幾乎為零。 該充電器中唯一與市電輸入有關(guān)的電路是T901初級(jí)和T902次級(jí)之間的開(kāi)關(guān)電路，常見(jiàn)開(kāi)關(guān)管損壞的原因無(wú)非兩方面：一是采用雙極型開(kāi)關(guān)管時(shí)，由于溫度升高導(dǎo)致熱擊穿。這點(diǎn)對(duì)Q901的負(fù)溫度系數(shù)特性來(lái)說(shuō)是不存在的，場(chǎng)效應(yīng)管的漏源極導(dǎo)通的電阻特性本身具有平衡其導(dǎo)通電流的能力。此外，由于開(kāi)關(guān)管的反壓過(guò)高，當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，反向脈沖的尖峰極易擊穿開(kāi)關(guān)管。為此，該電路中通過(guò)減小C905的容量，以在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的大電流狀態(tài)下適當(dāng)降低整流電壓。二是采用中心柱為圓型的鐵氧體磁芯，其漏感相對(duì)小于矩形截面磁芯，而且氣隙預(yù)留于中心柱，而不在兩側(cè)旁柱上，進(jìn)一步減小了漏感。在此條件下選用VDS較高的開(kāi)關(guān)管是比較安全的。圖2中Q901為2SK1539，其VDS為900V，IDS為10A，功率為150W。也可以用規(guī)格近似的其它型號(hào)MOS FET管代用。如果擔(dān)心尖峰脈沖擊穿開(kāi)關(guān)管，可以在T901的初級(jí)接入通常的C、D、R吸收回路。 由于該充電器的初始充電電流、最高充電電壓設(shè)計(jì)均在較低值，且充滿電后涓流充電電流極小，基本可以認(rèn)為是定時(shí)充電。如一只12A時(shí)的鉛酸蓄電池，7小時(shí)即可充滿電，且充滿電后，是否斷電對(duì)蓄電池、充電器影響均極小。試用中，晚上8點(diǎn)接入電源充電，第二天早7點(diǎn)斷電，手摸蓄電池、充電器的外殼溫度均未超過(guò)室溫。 |
