小功率充电器的设计
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小功率充电器的设计
为了使手机,电动自行车等所使用的充电器实现自动充电的功能,大都采用各种各样的专用IC充 电器集成电路和各种采样电路.本文介绍一种既能省去复杂的IC电路及其外围电路,又能够实现 自动充电功能的电路. 1 工作原理 图1中C1,V1～V4,C2组成滤波整流电路,变压器T为高频变压器,V5,R2,C11组成功率开关管V7 的保护电路,NF为供给IC电源的绕组.单端输出IC为UC3842,其8脚输出5V基准电压,2脚为反相 输入,1脚为放大器输出,4脚为振荡电容C9,电阻R7输入端,5脚为接地端,3脚为过流保护端,6 脚为调宽单脉冲输出端,7脚为电源输入端.R6,C7组成负反馈,IC启动瞬间由R1供给启动电压, 电路启动后由NF产生电势经V6,C4,C5整流滤波后供给IC工作电压.R12为过流保护取样电阻, V8,C3组成反激整流滤波输出电路.R13为内负载,V9～V12及R14～R19组成发光管显示电路.图1 中V5,V6选用FR107,V8选用FR154,V7选用K792.
图1 电 路 原 理 图 现对变换环节作如下介绍: 从图1中可知,当V7导通时,整流电压加在变压器T初级绕组Np上的电能变成磁能储存在变压器 中,在V7导通结束时,Np绕组中电流达到最大值Ipmax: Ipmax=(E/Lp)ton (1) 式中:E——整流电压; Lp——变压器初级绕组电感; ton——V7导通时间. 在V7关闭瞬间,变压器次级绕组放电电流为最大值Ismax,若忽略各种损耗应为: Ismax=nIpmax=n(E/Lp)ton (2) 式中:n——变压器变比,n=Np/Ns,Np,Ns为变压器初,次级绕组匝数. 高频变压器在V7导通期间初级绕组储存能量与V7关闭期间次级绕组释放能量应相等:
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n(E/Lp)ton=(Uo/Ls)toff 式中:Ls——变压器次级绕组电感; Uo——输出电压; toff——V7关闭时间. 因为Lp=n2Ls,则: (E/nLs)ton=(Uo/Ls)toff Eton=nUotoff Uo=(ton/ntoff)E (3) 上式说明输出电压Uo与ton成正比,与匝比n及toff成反比. 变压器在导通期间储存的能量WLp为: WLp=(1/2)LpI2pmax (4) 变压器Lp愈大储能愈多. 变压器储存的能量能否在toff期间释放完,不仅与变压器的工作频率f有关,而且与次级绕组电感 量Ls有关,更与负载的大小有关. 储能释放时间常数τ和V7关闭时间toff之间的差异形成变换器三种工作状态,下面分开介绍: 1)toff=τ这种状态为临界状态,各参数波形如图2所示.
图1 toff=τ的 波 形 图 图2中ub为Vp的控制电压波形;up为变压器初级Np电势波形;φ为变压器磁通变化波形;uces为V7 集电极电压波形;ip,is为初,次级电流波形. 2)toff>τ各参数波形如图3所示.从图3中可以看出磁通 复位时V7关闭还持续一段时间,ip呈 线性上升,is线性下降.
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图3 toff >τ的 波 形 图 变压器储存的能量等于电路输出能量. (1/2)LpI2pmaxf=Uo2/RL Uo2=(1/2)LpI2pmaxRLf 将Ipmax=(E/Lp)ton代入上式,则
式中:RL——电路负载电阻; T=1/f——变压器工作周期. 式(5)中E,ton,T,Lp为定值,所以输出电压Uo随负载电阻RL的大小而变化,若忽略整流器件 压 降,则输出电压最大值应为: Uomax=(1/n)Up=(1/n)E (6) V7承受的反压应为: Ucc=E+Up=E+nUo (7) 3)toff<τ 各参数波形如图4所示.从图4中可以看出磁通 在toff期间不能复位,ip也不是从0开始线性增 加,is下降不到0,这种工作状态输出电压Uo应满足如下关系: Eton=(Np/Ns)Uot Uo=(ton/toff)(Ns/Np)E

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