低成本高可靠性的電瓶車充電器制作

1、低成本、高可靠性的電瓶車充電器制作根據(jù)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 4 3V/3A/129W ，已經(jīng)可滿足。在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。以目前 開關(guān)電源技術(shù)和開關(guān)管生產(chǎn)水平而言，單端開關(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關(guān)穩(wěn)壓器，其可 靠性已達到極高的程度。MOS FET開關(guān)管的應(yīng)用，成功地解決了開關(guān)管二次擊 穿的難題，使開關(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 MOS FET開關(guān)管的單端驅(qū)動

2、 器為MC3842。MC3842在穩(wěn)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(guān)電源驅(qū)動器， 無疑用于充電器此功能具有獨特的優(yōu) 勢 只用極少的外圍元件即可實現(xiàn)恒壓輸出，同時還能控制充電電流。尤其是MC3842可直接驅(qū)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(yīng)用極廣，本文只介紹其特點。2.5VPWMI屯流感應(yīng)VCC電壓:疑生器矢電壓隈制3欠電壓趾制MC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動集成電路，其內(nèi)部功 能包括：基準電壓穩(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)動級等等。MC3

3、842的同類產(chǎn)品較多，其中可 互換的有 UC3842、IR3842N、SG3842、CM3842 （國產(chǎn)）、LM3842 等。 MC3842內(nèi)部方框圖見圖1。其特點如下：單端PWM脈沖輸出，輸出驅(qū)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(tài)。進入工作狀態(tài)后， 工作電壓在1034V之間，負載電流為15mA。超過正常工作電壓，開關(guān)電源 進入欠電壓或過電壓保護狀態(tài)，此時集成電路無驅(qū)動脈沖輸出。內(nèi)設(shè)5V/50mA 基準電壓源，經(jīng)2:1分壓作為取樣基準電壓。輸出的驅(qū)動脈沖既可驅(qū)動雙極型晶體管，也可驅(qū)動 MOS場效應(yīng)管。若驅(qū)動 雙極型晶體管，宜在開關(guān)管的基極接

4、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(qū)動MOS場效應(yīng)管，振蕩頻率由外接 RC電路設(shè)定， 工作頻率最咼可達 500kHz o內(nèi)設(shè)過流保護輸入（第3腳）和誤差放大輸入（第1腳）兩個脈沖調(diào)制（P WM ）控制端。誤差放大器輸入端構(gòu)成主脈寬調(diào)制（PWM ）控制系統(tǒng)，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(diào)整率達 到0.01%/V o如果第3腳電壓大于1V或第1腳電壓小于1V，脈寬調(diào)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(guān)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(fā)脈沖

5、，無疑使電路的抗干擾性增強，開關(guān)管不會誤觸發(fā)，可靠性將得以提高。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，內(nèi)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(gòu)成定時電路，電容器 的充/放電過程構(gòu)成一個振蕩周期。當電阻的設(shè)定值大于5kQ時，電容器的充電 時間遠大于放電時間，其振蕩頻率可根據(jù)公式近似得出：f=1/Tc = 1/0.55RC= 1.8/RC o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(guān)頻率部分為熱地，MC3842組成的驅(qū)動控制系統(tǒng)和開關(guān)電 源輸出充電部分均為冷地，兩種接地電路由輸入、輸出變壓器進行隔離，變壓器

6、不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且很容易實現(xiàn)初次級交流 2000V的抗電強度。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(jīng)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(yīng)有緩沖的機 會，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，

7、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47卩F/400V的電解電容器，其作用不足以使整流器1 20W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(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載時輸出電 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(nèi)部誤差放大器輸出端。誤差電壓在IC內(nèi)部經(jīng)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(guān)閉驅(qū)動脈

8、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 (10kQ )、C913 (0.1小)，用以 校正放大器頻率和相位特性。第2腳內(nèi)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4 3V。外電路由 R934 (16k Q)、VR902 (470 Q)、R904 (1k Q)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(diào)整此電壓時，可使充電器空載。調(diào)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(shè)定的輸出電壓范圍內(nèi)，通過 R902 對

9、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(nèi)，通過 內(nèi)部比較器控制輸出電壓變化，實現(xiàn)恒流充電。恒流值為1.8A，R902選用0.56 Q /3W。在充電電壓被限定為43V時，可通過輸出電壓調(diào)整充電電流為恒定的1.75A1.8A。蓄電池充滿電，端電壓 >43V，隔離二極管D908截止，R9 02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

10、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27kQ，R911為10 Q。該例中考慮到高頻磁芯購買困難，將頻率設(shè)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(qū)動脈沖輸出端。為了 實現(xiàn)與市電隔離，由T902驅(qū)動開關(guān)管。T902可用5X5mm 磁芯，初次級繞 組各用0.21mm 漆包線繞20匝，繞組間用2X 0.05mm 聚脂薄膜絕緣。R90 9為100 Q, R907為10k Q。如果Q901內(nèi)部柵源極無保護二極管，可在外電 路并入一只1015

11、V穩(wěn)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32.4V35V之間，接入18V穩(wěn)壓管均可得到18V的穩(wěn)定電壓。濾波 電容器C909為100"。第8腳為5V基準電壓輸出端，同時在IC內(nèi)部經(jīng)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 12miri的磁芯（芯 柱對接處已設(shè)有1mm的氣隙）。初級繞組用0.64mm 高強度漆包線繞82匝, 次級繞組用0.64mm 高強度漆包線雙線并繞50匝。初次級之間需墊入3層聚 脂薄膜。該充電器的控制驅(qū)動系統(tǒng)和次級充電系

12、統(tǒng)均與市電隔離，且MC3842由待充蓄電池電壓供電，無產(chǎn)生超壓、過流的可能，而T901次級僅有的幾只元器件， 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。次級整流電路濾波電容器選用220 H已足夠，以使初始充電電流較大時具有一定的紋波，而起到脈沖充電的作用。該充電器電路極為簡單，然而可靠性卻較高，其原因是：MC3842屬逐周控制振蕩器，在開關(guān)管的每個導通周期進行電壓和電流的控制，一旦負載過流， 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)動脈沖將立 即停止

13、輸出；若第2腳取樣電壓由于輸出電壓升高超過 2.5V，則使第1腳電壓 低于 1V ，驅(qū)動脈沖也將被關(guān)斷。多年來， MC3942 被廣泛用于電腦顯示器開關(guān) 電源驅(qū)動器，無論任何情況下（其本身損壞或外圍元件故障），都不會引起輸出 電壓升高，只是無輸出或輸出電壓降低， 此特點使開關(guān)電源的負載電路極其安全。 在該充電器中 MC3842 及其外電路都與市電輸入部分無關(guān)，加之用蓄電池電壓 經(jīng)降壓、穩(wěn)壓后對其供電，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 初級和 T902 次級之間的開 關(guān)電路，常見開關(guān)管損壞的原因無非兩方面： 一是采用雙極型開關(guān)管時， 由于溫 度升高導致熱擊穿。這點對 Q901 的負溫度系數(shù)特性來說是不存在的，場效應(yīng) 管的漏源極導通的電阻特性本身具有平衡其導通電流的能力。 此外，由于開關(guān)管 的反壓過高，當開關(guān)管截止時，反向脈沖的尖峰極易擊穿開關(guān)管。為此，該電路 中通過減小 C905 的容量，以在開關(guān)管導通的大電流狀態(tài)下適當降低整流電壓。 二是采用中心柱為圓型的鐵氧體磁芯， 其漏感相對小于矩形截面磁芯， 而且氣隙 預留于中心柱，而不在兩側(cè)旁柱上，進一步減小了漏感。在此條件下選用 VDS 較高的開關(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