【正文】 常用的 4N系列光耦屬于非線(xiàn)性光耦；線(xiàn)性光耦的電流傳輸特性曲線(xiàn)接近直線(xiàn)，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線(xiàn)性特性進(jìn)行隔離控制。 光電耦合器分為兩種：一種為非線(xiàn)性光耦，另一種為線(xiàn)性光耦。但光電耦合器的體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、開(kāi)關(guān)速度比繼電器快，且無(wú)觸點(diǎn)、耗能少。光電耦合器一般制成管式或雙列直插式結(jié)構(gòu)，由于發(fā)光器件和光敏器被相互絕緣地分置于輸入和輸出回路，故可實(shí)現(xiàn)兩路間的電氣隔離。 (1) 光電耦合器 把發(fā)光器件和光敏器件按適當(dāng)方式組合，就可以實(shí)現(xiàn)以光信號(hào)為媒介的電信號(hào)變換。在輸出短路時(shí)，輔助繞組電壓將會(huì)跌落， UC3843 將會(huì)周期性進(jìn)入啟動(dòng)模式。傳統(tǒng) Ucc 電路的啟動(dòng)電阻連接在直流母線(xiàn) 24 上，而本設(shè)計(jì)將啟動(dòng)電阻 R R4 直接連接到交流輸入端。 圖 313 單相橋式整流電路及濾波電路圖 輸出電壓電流檢測(cè)控制電路 輸出電壓電流檢測(cè)控制電路是以 UC3843 為核心的電路（圖 314）。而本次設(shè)計(jì)恰是將整流橋送出的脈動(dòng)直流經(jīng)電容濾波轉(zhuǎn)換成近似直流電壓，故選用電容濾波電路。 圖 311 電感濾波電路圖 23 圖 312 電感濾波電路波形圖 通過(guò)對(duì)比可知，電容濾波的特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、輸出電壓高、脈動(dòng)小。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，電感中的電流將更換經(jīng)由 D D4 提供。電感濾波的波形圖如圖 312 所示。 (2) 濾波電路 利用儲(chǔ)能元件電感器 Ｌ 的電流不能突變的性質(zhì)，把電感 Ｌ 與整流電路的負(fù)載Ｒ L 相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。 此外，對(duì) 濾波電容器的選擇除電容量外，還有耐壓值。工程上有詳細(xì)的曲線(xiàn)可供查閱，一般常采用以下近似估算法： 一種是用鋸齒波近似表示，即： 22 式（ 313） 另一種是在 RLC=（ ）的條件下，近似認(rèn)為 VO=。 圖 39 電容濾波的效果圖 3) 電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算 濾波電容 C 的大小取決于放電回路的時(shí)間常數(shù)， RLC 愈大，輸出電壓脈動(dòng)就愈小，通常取 RLC 為脈動(dòng)電壓中最低次諧波周期的 35 倍，即 式（ 312） 式中 T 為交流電源電壓的周期。反之，當(dāng) Ｒ L 很大，即 IL 很小時(shí)，盡管 C 較小 , RLC 仍很大 ,電容濾波的效果也很好，見(jiàn)濾波曲線(xiàn)中的 3。顯然。電容濾波過(guò)程見(jiàn)圖 38。 在超過(guò)后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線(xiàn)下降的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線(xiàn)起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。在剛過(guò) 時(shí)，正弦曲線(xiàn)下降的速率很慢。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容 C 就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載 Ｒ L 放電。此時(shí) C 相當(dāng)于并聯(lián)在 v2 上，所以輸出波形同 v2 ，是正弦波。電容濾波電路如圖 37 所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容 C。為了獲得平滑的直流電壓，可采用濾波電路，濾除脈動(dòng)直流 電流中 的交流部分，濾波電路常由電容和電感組成。 20 濾波電路 濾波電路中整流 電路輸出的直流電壓脈動(dòng)大，僅適用于對(duì)直流電壓要求不高的場(chǎng)合，如電鍍、電解等設(shè)備。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。 式（ 311） 通過(guò)對(duì)比可知， 單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過(guò)，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過(guò)。 19 (a)電路圖 (b)波形圖 圖 36 單相全波整流電路圖 根據(jù)圖 36（ b）可知，全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。 根據(jù)圖 35 可知，輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。 圖 34 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線(xiàn)圖 (2) 單相半波整流電路 單相整流電路除橋式整流電路外還有單相半波和單相全波兩種形式。脈動(dòng)系數(shù) S 定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。 2) 參數(shù)計(jì)算 根據(jù)圖 33（ b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。根據(jù)圖 33（ a）的電路圖可知： 當(dāng)正半周時(shí)，二極管 D D3 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。 16 圖 32 EMI 抑制電路圖 單相整流電路 (1) 單相橋式整流電路 1) 工作原理 單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖 33（ a）所示。差模電容用來(lái)短路差模噪聲電流，而接地的電容是用來(lái)短路共模噪聲電流。所以在交流輸入端采用適當(dāng)?shù)臑V波器，可以很有效的抑制干擾。在開(kāi)關(guān)變壓器中使用屏蔽繞組是降低共模 EMI電流最合效的方法，而且對(duì)電源總體成本的影響最小。盡管在變壓器繞線(xiàn)層之間使用帶狀物增加線(xiàn)層間距離可以減小層間電容，但單獨(dú)使用這一方法只能很有限地減小EMI 電流。因此，我們必須將注意力集中到如何降低 EMI電流上。 從 EMl 產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)分析，僅僅是簡(jiǎn)單地將電容從電路個(gè)移除或減小其數(shù)值一般情況不太可行，因?yàn)檫@樣做會(huì)顯著增加 EMI。 (4)PCB 布線(xiàn)。整流二極管的 EMI 來(lái)源集個(gè)體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上。高頻變壓器的 EMI 來(lái)源集中體現(xiàn)在漏感對(duì)應(yīng)的 di/dt 快速循環(huán)變換，因此高頻變壓器是磁場(chǎng) 耦合的重要干擾源。功率開(kāi)關(guān)管工作在 OnOff 快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)， dv/dt 和di/dt 都在急劇變換，因此，功率開(kāi)關(guān)管既是電場(chǎng)耦合的主要干擾源，也是磁場(chǎng)耦合的主要干擾源。 開(kāi)關(guān)電源的 EMI 干擾源集少體現(xiàn)在功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環(huán)境對(duì)開(kāi)關(guān)電源的干擾主要來(lái)自電網(wǎng)的抖動(dòng)、雷擊、外界輻射等。實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的 EMC 設(shè)計(jì)技術(shù)措施主要基于兩點(diǎn)： (1)盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路，并進(jìn)行合理布局。 圖 31 電源電路圖 EMI 抑制電路 我們知道之所以會(huì)產(chǎn)生 EMI 干擾，是因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)電源中，電壓和電流的突變。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器 C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器 L，以及 由電感、電容組合而成的各種復(fù)式濾波電路。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫虼硕O管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。充電器 控制原理方框圖如圖 31所 示 圖 31 充電器控制原理方框圖 電源電路 檢測(cè)控制電路 充電狀態(tài)指示電路 輸出整流濾波與隔離電路 電池 14 硬件電路的設(shè)計(jì) 電源電路 電源電路是由 EMI 抑制電路、橋式整流及濾波電路組成（圖 31）。 12 圖 23 開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成方框圖 13 3 充電器的總體設(shè)計(jì) 充電器實(shí)現(xiàn)的功能及技術(shù)指標(biāo) (1) 充 電保護(hù)：在充電過(guò)程中，能夠自行調(diào)節(jié)輸出電流及電壓，保證充電電壓在44V 左右； (2) 充電顯示：通過(guò) LED 燈的閃爍，能夠顯示當(dāng)前的充電狀態(tài)； (3) 技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓是 90264V （ AC）；輸出電壓是 44V/；效率是 86%；輸出特性是恒壓、恒流輸出，近似于矩形輸出特性。調(diào)高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)問(wèn)題也能得到改善。 對(duì)于串聯(lián)性穩(wěn)壓源，輸出對(duì)輸入的瞬態(tài)響應(yīng)特性主要由調(diào)整管的頻率特性決定。輸出采樣電路（ R R2）檢測(cè)輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓Ur 比較，誤差電壓放大及脈寬調(diào)制（ PWM），再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。 開(kāi)關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)周期性間斷工作，控制開(kāi)關(guān)器件的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓。第一個(gè)方向是對(duì)開(kāi)關(guān)電源的核心單元 —— 控制電路實(shí)現(xiàn)集成化；第二個(gè)方向則是對(duì)中、小功率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化。 11 圖 22 理想的矩形充電電池特性 開(kāi)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已以為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。理想的電池充電特件最好具有矩形特性，如圖 22 所示。 a b c 圖 21 充電電池的典型輸出特性曲線(xiàn)圖 （ a） 恒壓源；（ b）恒流源；（ c）恒功率源 充電電池最好的輸出特性似乎是結(jié)合了恒壓源和恒流源的特性。輸出特性關(guān)系如圖 21(b)所示： 恒功率源往往沒(méi)有類(lèi)似的缺點(diǎn)，它即可看作恒壓源的電流，又可看作恒流源的電壓。輸出特性關(guān)系如圖 21(a)所示。能為充電電池充電的電源有許多種。 10 2 充電器的概述 充電電池的特性 最近的十年、可充電式電池的性能在某些方面有所提高。而智能充電器具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高和通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是充電器家族中一個(gè)重要的組成部分，也是未來(lái)充電器發(fā)展的主要方向。 所以針對(duì)這些電池的特點(diǎn)，以單片機(jī)為控制芯片，結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的各種充電技術(shù)和充電器設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)控制的充電器，以達(dá)到最佳的充電效果，使充電器具有良好的性能指標(biāo)，電路簡(jiǎn)單可靠。而可以反復(fù)使用的電池，它又稱(chēng)為可充電電池或蓄電池。同時(shí)，對(duì)充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求要實(shí)現(xiàn)快速安全的充電。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外人士正致力于充電器的智能化研究，智能化程度較高的充電器解決了動(dòng)態(tài)跟蹤電池可接受充電電流曲線(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵，使充電電流始終與可接受充電電流保持良好的匹配關(guān)系，使充電過(guò)程始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，比常規(guī)充電模式可節(jié)約電能 30%50%左右，提高了充 電質(zhì)量和效率。 而國(guó)外市場(chǎng)大部分充電器均采用 Wa、 WaWo、 Uamp。充電系統(tǒng)由單片機(jī)控制，不斷檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)，按模糊推理算法不斷調(diào)整充電參數(shù)，同一充電器可適應(yīng)不同種類(lèi)電池的充電，充電器自適應(yīng)調(diào)整自己的輸出電流，無(wú)需人工選擇，避免操作失誤。自適應(yīng)充電器遵循各類(lèi)電池的充、放電規(guī)律進(jìn)行充、放電。這種充電器充電電流總是低于電池的可接受能力，造成充電效率低，大大降低了電池的壽命。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。 充電器的發(fā)展趨勢(shì) 充電器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段 : （ 1）限流限壓式充電器 最原始的就是限壓式充電，然后過(guò)渡到限流限壓式充電，它使用的方式就是 8 淺充淺放，壽命較短。因此從涓流充電開(kāi)始定時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間后停止涓流充電，以在保證電池充滿(mǎn)的前提下，從根本上杜絕電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生。因此， 在設(shè)計(jì)恒壓充電電壓時(shí)，同時(shí)要考慮抑制失水和抑制硫酸鹽化兩個(gè)問(wèn)題。 恒壓充電電壓：它是比恒流充電電流重要得多的參數(shù)，因?yàn)樗荒芟窈懔鞒潆婋娏髂菢?，在較寬范圍內(nèi)調(diào)整，確定這個(gè)參數(shù)首先需要兼顧被充電池的以下情況：電池在充電時(shí)，正極上的析氧速率與施加的充電電壓成正比，當(dāng)氧的析出大于還原時(shí)，產(chǎn)生水化；當(dāng)用戶(hù)使用中不能及時(shí)充電，會(huì)導(dǎo)致電池硫酸鹽化。 充電器模式選擇 恒流充電電流：要考慮電池的實(shí)際容量、內(nèi)阻、以及對(duì)充電時(shí)間的要求等多項(xiàng)因素，電流的大小決定著充電時(shí)間的長(zhǎng)短，使用小電流充電的好處是：有利于電池在使用較長(zhǎng)時(shí)間 后，保證充電質(zhì)量，以及夏天充電時(shí)，使單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量降低，減少熱失控，有利于降低輸出功率，減少充電器的制造成本。當(dāng)對(duì)充電電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，實(shí)現(xiàn)向負(fù)荷供電，伴隨吸熱過(guò)程。 然而電池是一種化學(xué)電源，是通過(guò)能量轉(zhuǎn)換而獲 得電能的器件。同時(shí)，對(duì)充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求要實(shí)現(xiàn)快速安全的充電。根據(jù)調(diào)查研究，在我國(guó)的充電器市場(chǎng)上手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記 本電腦、電動(dòng)自行車(chē)這四種產(chǎn)品的充電器已經(jīng)占據(jù)了整個(gè)充電器市場(chǎng)份額的 90%以上。 充電器的用途十分廣泛，許多數(shù)碼產(chǎn)品如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等都配有充電器，除了數(shù)碼產(chǎn)品以外，在我國(guó)普遍使用的 一些交通工具 也配有充電器。在以蓄電池為工作電源或備 用電源的用電場(chǎng)合，充電器具有廣泛的應(yīng)用前景。充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛，特別是生活領(lǐng)域被廣泛用于手機(jī)，相機(jī)等常見(jiàn)電器。 本課題是設(shè)計(jì)基于 UC3843 構(gòu)成的 80W 充電器 ，主要由開(kāi)關(guān)電源電路、 EMI抑制電路、反激式直流轉(zhuǎn)換電路、輸出整流濾波與隔離電路和電池電壓狀態(tài)顯示電路等組成，能達(dá)到的技術(shù)性能如下：輸入電壓為 90~264V，輸出電壓為44V/，具有恒壓恒流特性，同時(shí)具有體積小、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。只有正確的維護(hù)好電池的特性，才 能充分發(fā)揮充電電池的優(yōu)勢(shì)。 涉密論文按學(xué)校規(guī)