【導(dǎo)讀】費(fèi)者出行半徑增大的需求。另外，電動(dòng)車電瓶采用鋰電池越來越多。利用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池高效率充電是。目前的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)通過認(rèn)真調(diào)查鋰電池充電注意事項(xiàng)，電動(dòng)車用鋰電池充電過程。和充電曲線，綜合運(yùn)用了反激式開關(guān)電源技術(shù)，對(duì)電動(dòng)車用鋰電池充電器做了具體設(shè)計(jì)。電路主要包括整流濾波電路、功率變換電路、穩(wěn)壓電路、恒流電路，充電指示電路，充電過程分微弱電流調(diào)節(jié)充電階段，恒流充。電階段，恒壓充電。主電源部分采用線性光耦改變電流型PWM控制集成芯片UC3842中。誤差放大器的輸入誤差電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓充電。計(jì)滿足客戶要求，成本低廉。

　　

【正文】 穩(wěn)壓效果。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 4 總體設(shè)計(jì) 電路組成 本設(shè)計(jì)共分為 兩部分：主電源部分、控制電路部分。其中主電源采用單端反激式開關(guān)電源技術(shù)。控制電路部分 包括低電流調(diào)節(jié)控制電路部分、恒流電路部分、充電指示電路部分。總電路框圖如圖 41所示。 本設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于主電源設(shè)計(jì)部分。包括 輸入電路，濾波電路， 脈沖 變壓器制作，開關(guān)管選擇， UC3842 外圍電路設(shè)計(jì)、反饋穩(wěn)壓電路。 本電路最大功率發(fā)生在恒流充電階段二結(jié)束恒壓充電開始時(shí)。最大輸出功率為 86W。設(shè)計(jì)主電源時(shí)就是要找到最苛刻的條件，即輸入最低，輸出功率最大的條件下來設(shè)計(jì)脈沖變壓器的。輸入電路要抑制 浪涌電流和尖峰電壓。 為減小電源尖峰干擾需要在電源進(jìn)線端和電源輸出線端分別加入濾波電路 。脈沖電壓器設(shè)計(jì)的重要性不言而喻，設(shè)計(jì)的合理與否直接影響電路效率和帶載能力。UC3842 外圍電路包括振蕩電路，誤差放大器輸入和補(bǔ)償電路， 電源 啟動(dòng)電路 ，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管電 路，軟啟動(dòng)電路 。 反饋穩(wěn)壓電路 采用 上面介紹的 線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓。 控制電路部分 包括低電流調(diào)節(jié)控制電路部分、恒流電路部分、充電指示電路部分。其中 低電流調(diào)節(jié)控制電路部分 是當(dāng)鋰電池本身電壓小于 時(shí)， 充電器要以微弱的電流 將鋰電池 充電到 。恒流電路部分 是當(dāng)鋰電池本身電壓達(dá)到 以上 充電器對(duì)其進(jìn)行恒流充電。 充電指示電路部分 就是要指示電路狀態(tài)，便于用戶知道充電情況。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 市面上一些鋰電池充電器充電過程分為 預(yù)充電 ,恒流充電 ,恒壓充電 ,溫度監(jiān)控 。 本充電器電路輸出端接上的鋰電池電壓低于 時(shí)，首先充電器要以微弱的電流充電到 。達(dá)到 后開始以 400mA 的小電流充電到 5V。然后就以 的電流恒流充電。當(dāng)鋰電池兩端電壓的升高逐漸接近開關(guān)電源的輸出電壓，恒流電路被破壞，電壓反饋穩(wěn)壓階段開始。當(dāng)充電電流在 155mA 以上就意味著在充電，指示燈為紅色。反之即認(rèn)為充電完畢，指示燈變?yōu)榫G色。最后本充電器電路的截止充電電壓是 21V。 主電源電路 低電流調(diào)節(jié)電路 恒流電路 指示燈電路 圖 41 電路框圖 主電源 控制電路 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 5 主電源 部分設(shè)計(jì) 主電源電路圖如圖 51所示。 其中包 括輸入電路，濾波電路，脈沖變壓器制作，開關(guān)管選擇， UC3842 外圍電路設(shè)計(jì)、反饋穩(wěn)壓電路。本電路最大功率發(fā)生在恒流充電階段二結(jié)束恒壓充電開始時(shí)。最大輸出功率為 86W。設(shè)計(jì)主電源時(shí)就是要找到最苛刻的條件，即輸入最低，輸出功率最大的條件下來設(shè)計(jì)脈沖變壓器的。輸入電路要抑制浪涌電流和尖峰電壓。 為減小電源尖峰干擾需要在電源進(jìn)線端和電源輸出線端分別加入濾波電路 。脈沖電壓器設(shè)計(jì)的重要性不言而喻，設(shè)計(jì)的合理與否直接影響電路效率和帶載能力。UC3842 外圍電路包括振蕩電路，誤差放大器輸入和補(bǔ)償電路，電源啟動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管 電路，軟啟動(dòng)電路。反饋穩(wěn)壓電路上面介紹的 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓。 R125 0V / 2 AC110 4/ 63 0V + C382 uf / 40 0vC210 3/ 1K VR346K/3WQ1M O S F E T ND11N 4 00 7T1T R A N S 1R9R 10R8R6 R 111歐*5C Y 32. 3n fC Y 42. 3n f+ C 1210 00 U F / 3 5VR 4710 02D7E S 1MV O U T +Q5Q 42R 25歐R 2715 02R 1956 22 z h on gj i a n次級(jí)1D2 D I O D ER7 0+C7 10 ufV O U T R 3323 21R 3439 00C 1710 4U2O P T O I S O 1R 3018 3R 2937 1C947 4+C82.2ufR 2847 1R 13P O T 2D4 插件次級(jí)2K1R E L A Y S P S T常開繼電器2K R E S 2GDGDQ6t l 4 31這里的電阻比決定了最后的輸出21VD i a n l i u qu y a ng當(dāng)接入鋰電池達(dá)到導(dǎo)通次級(jí)0接電池L1共模電感 C210 4/ 63 0VD1 1N 5 40 8D2 1N 5 40 8D3 1N 5 40 8D4 1N 5 40 81 2 3D5ER1004FCT肖特基二極管+ C410 00 U F / 3 5VL210 0m HR 12625歐U C 3 84 2 2U C 3 84 2 2V r e f8V c c7Rc4O ut6V t h2G nd5C om p1Cs3U1U C 3 84 2R2 15 KC5 10 2R451 K / 2WD684 C 1 5R510 0K C610 2C?C A P13 V16 VR?R E S 2A C 1A C 2V O U T +V O U T 圖 51 主電源電路 輸入電路 輸入浪涌電流保護(hù) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 隔離式開關(guān)電源在加電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極高的浪涌電流 ，需 在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對(duì)交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的 ESR值。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流可接近幾百安培。 通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是利用電阻一雙向可控 硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一種方法是采用負(fù)溫度系數(shù) (NTc)的熱敏電阻。用以增加對(duì)交流線路的阻抗，把浪捅電流減小到安全值。 電阻 — 雙向可控硅技術(shù)：采用此項(xiàng)浪涌電流限制技術(shù)時(shí)，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。當(dāng)輸入濾波電容充滿電后．由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對(duì)其進(jìn)行分流。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個(gè)觸發(fā)電路，當(dāng)某些預(yù)定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因?yàn)樵谒鼘?dǎo)通時(shí)，要流過全部的輸入電流。熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端 或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。當(dāng)開關(guān)電源接通時(shí)，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標(biāo)稱值。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。當(dāng)電容開始充電時(shí)，充電電流流過熱敏電阻，開始對(duì)其加熱。由于熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負(fù)載電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其阻值應(yīng)該是最小。這樣，就不會(huì)影響整個(gè)開關(guān)電源的效率。 輸入 尖峰電壓保護(hù) 在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為 115v 或 230v 左右，但有時(shí)也會(huì)有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(guān)，暴風(fēng)雨天氣時(shí)的雷電現(xiàn) 象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴(yán)重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達(dá) 5kV。 另一方面，電感性開關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰的能量滿足下面的公式： 221 ILW ?? （ 51） 公式中． L是電感器的漏感， I是通過線圈的電流 。 由此可見，雖然電壓尖峰持續(xù)的時(shí)間很短，但是它確有足夠的能量使開關(guān)電源的輸入濾波器、開關(guān)晶體管等造成致命的損壞。所以 需 要采取措施加以避免。 用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻瞬態(tài)電壓抑制器。把壓敏 電阻連在交流電壓的輸入端。壓敏電阻起到一個(gè)可變阻抗的作用。也就是說，當(dāng)高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時(shí)．它的阻抗急劇減小到一個(gè)低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達(dá)到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時(shí)應(yīng)按下述步驟河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 進(jìn)行。 ⑴ 選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大 10％一 20％；⑵ 計(jì)算或估計(jì)出電路所要承受的最大瞬間能量的焦?fàn)枖?shù) ； ⑶ 查明器件所需要承受的最大尖峰電流；上述幾步完成后，就可以根據(jù)生產(chǎn)廠家 的壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。 輸入濾波電路 差模干擾和共模干擾概念 電壓電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時(shí)有二種形態(tài) ,我們將此稱做 共模 和 差模 .設(shè)備的電源線 ,電話等的通信線 ,與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路 ,至少有兩根導(dǎo)線 ,這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號(hào) .但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體 ,這就是 地線 .干擾電壓和電流分為兩種 :一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸 。另一種是兩根導(dǎo)線做去路 ,地線做返回路傳輸 .前者叫 差模 ,后者叫 共模 。 濾除 干擾信號(hào) 為 了 減小 差模干擾和共模干擾 需要在電源進(jìn)線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。在電源進(jìn)線端通常采用如圖 52所示電路。該電路對(duì)共模和差模紋波干擾均有較好抑制作用。 ⑴ 濾除 差模干擾信號(hào) 。 L1,L2,C1 用于濾除差模干擾信號(hào)。 L1,L2 磁芯面積不宜太小，以免飽和。電感量幾毫亨至幾十毫亨。 C1 為電源跨接電容，又稱 X電容。用陶瓷電容或聚脂薄膜電容效果更好。電容量取 ～ 。 ⑵ 濾除共模干擾信號(hào) L3， L4， C21， C22用于濾除共模干擾 信號(hào)。 L3， L4要求圈數(shù)相同，一般取 10，電感量 2mH 左右 。 C21， C22為旁路電容，又稱 Y 電容。電容量要求 2200pF 左右。電容量過大，影響設(shè)備的絕緣性能。 C10.47uF/630VL 4 / 1 0 m HL 3 / 1 0 m HC 2 12200pF/630VA C 1A C 2L12 0 m HL22 0 m HC 2 2 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 圖 52 電源進(jìn)線端濾波電路 變壓器設(shè)計(jì) 變壓器功能 高頻電源變壓器完成功能有三個(gè)：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。 功率傳送有兩種方式。第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和磁通雙方向變化兩種工作模 式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm變化到剩余磁通密度 Br，或者從 Br變化到 Bm。磁通密度變化值 △ B=BmBr。為了提高 △ B，希望 Bm 大， Br 小。雙方向變化工作模式磁通度從 + Bm變化到 Bm，或者從 Bm變化到 +Bm。磁通密度變化值 △ B=2Bm，為了提高 △ B，希望 Bm大，但不要求 Br 小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來，然后通過去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放 給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲(chǔ)能，而儲(chǔ)能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲(chǔ)能多。而不直接與磁通密度有關(guān)。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源 變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。 電壓變換通過原邊和副邊繞組匝數(shù)比來完成。不管功率傳送是那一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原和副繞組匝數(shù)比。繞組匝數(shù)設(shè)計(jì)成多少，只要不改變?cè)褦?shù)比，就不影響電壓變換。但是繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器的漏感有關(guān)。漏感大小與原繞組匝數(shù)的平方成正比。漏感值大，儲(chǔ) 存的能量也大，在電源開關(guān)過程中突然釋放，會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，增加開關(guān)器件承受的電壓峰值，也對(duì)絕緣不利，產(chǎn)生附加損耗和電磁干擾。 絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來完成。為了保證繞組之間的絕緣，必須增加兩個(gè)繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會(huì)引起局部短路。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限?？傊?，在高頻電源變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要統(tǒng)籌考慮漏感和絕緣強(qiáng)度問題。 磁芯飽和問題 對(duì)一般變壓器而言，原邊繞組 的電流由兩部分組成，一部分是負(fù)載電流分量，它的大小與副邊負(fù)載有關(guān)；當(dāng)副邊電流加大時(shí)，原邊負(fù)載電流分量也增加，以抵消副邊電河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 流的作用。另一部分是勵(lì)磁電流分量，主要產(chǎn)生主磁通，在空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行時(shí)，該勵(lì)磁分量均不變化。勵(lì)磁電流在變壓器中必須存在，并且在整個(gè)工作過程中保持恒定。 正激式變壓器和上述基本一樣，初級(jí)繞組的電流也由勵(lì)磁電流和負(fù)載電流兩部分組成；在初級(jí)繞組有電流的同時(shí)，次級(jí)繞組也有電流，初級(jí)負(fù)載電