小功率蓄電池充電電源的設(shè)計(jì)

張建雷

【摘 要】論文介紹了鉛酸蓄電池的充放電原理與特征，學(xué)習(xí)了鉛酸蓄電池的充電方法，設(shè)計(jì)了一臺(tái)小功率的鉛酸蓄電池充電電源，電路采用反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重點(diǎn)計(jì)算了主電路高頻變壓器的選擇和反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)。

【Abstract】This paper introduces the charging and discharging principle and characteristics of lead-acid battery，studies the charging method for lead-acid batteries，a lead-acid battery charging power supply for small power battery is designed， the circuit adopts fly-back topology. Paper mainly introduces the the selection of high frequency transformer of the main circuit and the design of the feedback loop.

【關(guān)鍵詞】鉛酸蓄電池；反激變換器；高頻變壓器

【Keywords】lead-acid battery； fly-back converter； high frequency transformer

【中圖分類號(hào)】TN86 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）04-0119-02

1 引言

開(kāi)關(guān)電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于車載充電電源的設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用。我們根據(jù)需要分析電路的功率、效率、成本等方面內(nèi)容，再分析各個(gè)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇合適的電路。在隔離型的DC/DC變換器電路中有很多種拓?fù)潆娐?，如正激電路、反激電路、全橋電路、半橋電路和推挽電路。這里設(shè)計(jì)的電路是小功率的，全橋電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本高，半橋電路因有直通危險(xiǎn)的可能性，且該電路適用于大功率的場(chǎng)合范圍，故不選。我們選用反激式DC/DC變換器，因?yàn)榉醇な紻C/DC變換器與正激變換器相比的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，少一個(gè)輸出濾波電感及續(xù)流二極管，降低了電路成本，減少了體積和重量，增加了電路可靠性，非常適用于小功率的車載充電電源，故論文設(shè)計(jì)了72W鉛酸蓄電池充電電源，電路采用單管反激式DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2 反激變換器主電路參數(shù)的選擇

論文設(shè)計(jì)一臺(tái)小功率鉛酸蓄電池充電器。充電器主要技術(shù)指標(biāo)如下：

輸入電源：?jiǎn)蜗嘟涣鞴ゎl電源170～260V；

輸出電壓：48V；

最大充電電流：1.5A；

工作頻率：100kHz；

2.1 整流濾波直流電壓范圍

最大直流電壓紋波由下式計(jì)算：

ΔVDCmax=

其中，Dto為輸入端整流濾波的導(dǎo)通占空比，可以令Dto=0.2；Cin為輸入端的濾波電容；將各個(gè)參數(shù)帶入計(jì)算，我們可以計(jì)算出最大紋波電壓為26V。

2.2 變壓器設(shè)計(jì)

反激電路中主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)中，最值得我們重點(diǎn)對(duì)待的是高頻變壓器的設(shè)計(jì)，它是反激電路的核心部分。為了提高高頻變壓器的利用率，高頻變壓器的原副邊變比應(yīng)可能大一些。

2.2.1 開(kāi)關(guān)管峰值計(jì)算

實(shí)際變壓器原邊匝數(shù)取42匝，則變壓器副邊匝數(shù)N2=42/2.5=16.8，取17匝。

3 反激電路反饋環(huán)路設(shè)計(jì)

輸出隔離反饋電路如圖1所示，采用光電耦合器PC817和可控精密穩(wěn)壓源TL431組成了反饋回路的設(shè)計(jì)。PC817和TL431構(gòu)成隔離反饋時(shí)，其作用相當(dāng)于誤差放大器。TL431是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，設(shè)置外圍兩個(gè)電阻就可以得到TL431二極管陰極到陽(yáng)極電壓為2.5～36V，輸出電壓紋波低，因此可以得到很好的穩(wěn)定性能，穩(wěn)壓精度高，并且可以通過(guò)與PC817將變壓器兩邊的地相隔離，最終使負(fù)載端地和輸入端地相隔離。

該電路中，Uo為電路輸出電壓，通過(guò)電阻R15和R16的分壓到TL431的可調(diào)到范圍內(nèi)，再由電阻R26和R29分壓后連接到TL431的REF端，其正常工作電壓等于其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓UREF，則輸出電壓由電阻R30和R31分壓比決定。輸出電壓的計(jì)算公式：

Uo=UREF（1+R25/R29）

通過(guò)調(diào)壓電阻R26和R29的分壓比就能夠改變輸出電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓或者輸出負(fù)載變化引起輸出電壓Uo升高時(shí)，TL431的REF端電壓將會(huì)隨之改變，進(jìn)而使線性光藕PC817的二極管的工作電流IF變大，從而使線性光耦PC817的三極管的集電極電流Ic變大，最后通過(guò)線性光耦PC817的集電極連接的PWM控制電路來(lái)調(diào)節(jié)占空比D，使占空比D減小，進(jìn)而使Uo減小，最終保持Uo不變。電路中R33是線性光耦PC817的二極管的限流電阻，R34為TL431的偏置電阻，使TL431流過(guò)合適的工作電流，改善其穩(wěn)定性能。C27、R28和C19為環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可防止穩(wěn)定環(huán)路產(chǎn)生振蕩。

4 結(jié)語(yǔ)

論文從主電路的選擇到小功率鉛酸蓄電池充電電源主電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，通過(guò)理論的計(jì)算到實(shí)際電路的取值，對(duì)電路進(jìn)行了優(yōu)化，提高了變換器的效率。

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