電源工程師設計全攻略(一)--充電電路設計

　　三、經(jīng)典充電電路設計(一)

　　1、簡(jiǎn)易充電電路

　　220V經(jīng)變壓器T輸出為12V。變壓器T次級中心抽頭分為兩個(gè)6V，為相互獨立的單元。各單元經(jīng)半波整流變?yōu)?V直流電供電池充電。圖中R1取6Ω、1W，R2取24Ω、1/2W，R3取47Ω、1/8W。此電路有快、慢兩種充法可供選擇?？斐潆娏鳛?00mA、慢充電流為50mA。

　　現在家用可調穩壓電源已經(jīng)很普及了，如果照圖(2)做一個(gè)附加器，便可增加充電功能。此充電器可以在不影響調壓電源工作的情況下進(jìn)行充電。VD1可防止外接輸入電壓反相。VD2為電源指示，如果插上3V電源，發(fā)光二極管不亮，則輸入+、-極反相，變換一下即可。燈亮即可充電。R1取5Ω、1W、R2取20Ω、0.5W，R3取470Ω、0.125W。

　　圖三是以上兩種電路的充電附加器，可以克服以上兩電路不能單個(gè)電池充電的缺點(diǎn)。它利用硅管的管壓降為0.7V的特點(diǎn)。用兩只二極管相串，壓降正好為1.4V。二極管可用額定電壓大于10V，額定電流大于200mA的。

　　2、電動(dòng)自行車(chē)電池快速充電器

　　這里介紹的電動(dòng)自行車(chē)的蓄電池快速充電器，其充電量可達普通充電電池容量的95%，充電時(shí)間僅用5h即可。

　　工作原理：電路如圖所示。T為隔離變壓器。L1、L2各輸6V的交流電壓，L2輸出36V的交流電壓。當交流電第一個(gè)正半周到來(lái)時(shí)，V1經(jīng)VD1半波整流后取得同步電壓觸發(fā)VS1導通。V2經(jīng)橋式整流器VD3~VD6，通過(guò)VS1對電動(dòng)自行車(chē)蓄電池GB充電，當交流電過(guò)零時(shí)，VS1自動(dòng)關(guān)斷;在過(guò)零后的第一個(gè)負半周到來(lái)時(shí)，V3經(jīng)VD7半波整流，取得觸發(fā)電壓使VS2導通，于是GB便通過(guò)VS2對電容C1充電，當C1兩端電壓上升到與電池GB兩端電壓接近，且L3交流電壓過(guò)零時(shí)，VS2自動(dòng)關(guān)斷，停止放電。此時(shí)電容C1便通過(guò)電位器RP、電阻R3泄放，為下一期充電作準備。當電源第二個(gè)正半周到來(lái)時(shí)，VS1又被觸發(fā)導通對GB進(jìn)行充電。如此周而復始，短暫的放電消除大電流充電引起的極板極化，是充電能順利進(jìn)行，并使充電溫升也得到控制。

　　為使GB充電量達到80~85%時(shí)減少充電電流，以便保護蓄電池，電路中采用了三極管VT和電位器RP構成電壓檢測電路，檢測電壓取樣于C1的兩端，這樣可避免大電流充電時(shí)電池端電壓升高的現象。制作過(guò)程中要注意電源變壓器接頭的同名端。

　　四、經(jīng)典充電電路設計(二)

　　1、 手機萬(wàn)能充電器電路圖

　　該充電器具有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉換開(kāi)關(guān)，并具有放電功能。在150～250V、40mA的交流市電輸入時(shí)，可輸出300±50mA的直流電流。

　　該充電器采用了RCC型開(kāi)關(guān)電源，即振蕩抑制型變換器，它與PWM型開(kāi)關(guān)電源有一定的區別。PWM型開(kāi)關(guān)電源由獨立的取樣誤差放大器和直流放大器組 成脈寬調制系統;而RCC型開(kāi)關(guān)電源只是由穩壓器組成電平開(kāi)關(guān)，控制過(guò)程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)。由于PWM型開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管總是周期性的通斷，系統控 制只是改變每個(gè)周期的脈沖寬度，而RCC型開(kāi)關(guān)電源的控制過(guò)程并非線(xiàn)性連續變化，它只有兩個(gè)狀態(tài)：當開(kāi)關(guān)電源輸出電壓超過(guò)額定值時(shí)，脈沖控制器輸出低電 平，開(kāi)關(guān)管截止;當開(kāi)關(guān)電源輸出電壓低于額定值時(shí)，脈沖控制器輸出高電平，開(kāi)關(guān)管導通。當負載電流減小時(shí)，濾波電容放電時(shí)間延長(cháng)，輸出電壓不會(huì )很快降低， 開(kāi)關(guān)管處于截止狀態(tài)，直到輸出電壓降低到額定值以下，開(kāi)關(guān)管才會(huì )再次導通。開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間取決于負載電流的大小。開(kāi)關(guān)管的導通/截止由電平開(kāi)關(guān)從輸出電 壓取樣進(jìn)行控制。因此這種電源也稱(chēng)非周期性開(kāi)關(guān)電源。

　　220V市電經(jīng)VD1～VD4橋式整流后在V2的集電極上形成一個(gè)300V左右的直流電壓。由 V2和開(kāi)關(guān)變壓器組成間歇振蕩器。開(kāi)機后，300V直流電壓經(jīng)過(guò)變壓器初級加到V2的集電極，同時(shí)該電壓還經(jīng)啟動(dòng)電阻R2為V2的基極提供一個(gè)偏置電壓。 由于正反饋作用，V2 Ic 迅速上升而飽和，在V2進(jìn)入截止期間，開(kāi)關(guān)變壓器次級繞組產(chǎn)生的感應電壓使VD7導通，向負載輸出一個(gè)9V左右的直流電壓。開(kāi)關(guān)變壓器的反饋繞組產(chǎn)生的感 應脈沖經(jīng)VD5整流、C1濾波后產(chǎn)生一個(gè)與振蕩脈沖個(gè)數呈正比的直流電壓。此電壓若超過(guò)穩壓管VD17的穩壓值，VD17便導通，此負極性整流電壓便加在 V2的基極，使其迅速截止。V2的截止時(shí)間與其輸出電壓呈反比。VD17的導通/截止直接受電網(wǎng)電壓和負載的影響。電網(wǎng)電壓越低或負載電流越大，VD17 的導通時(shí)間越短，V2的導通時(shí)間越長(cháng)，反之，電網(wǎng)電壓越高或負載電流越小，VD5的整流電壓越高，VD17的導通時(shí)間越長(cháng)，V2的導通時(shí)間越短。V1是過(guò) 流保護管，R5是V2Ie的取樣電阻。當V2Ie過(guò)大時(shí)，R5上的電壓降使V1導通，V2截止，可有效消除開(kāi)機瞬間的沖擊電流，同時(shí)對VD17的控制功能 也是一種補償。VD17以電壓取樣來(lái)控制V2的振蕩時(shí)間，而V1是以電流取樣來(lái)控制V2振蕩時(shí)間的。

　　2、智能型太陽(yáng)能充電電路

　　本文設計中采用16個(gè)光伏電池串聯(lián)，組成電壓約為1218V 的太陽(yáng)能組件，通過(guò)采集較高多的光能，保證日照能夠使鋰電池完全充滿(mǎn)電，具體電路如圖所示。

　　智能型太陽(yáng)能充電電路設計主電路

　　太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的電能，一路經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器T1 的122繞組加至開(kāi)關(guān)管Q1 的集電極( c) ，另一路經(jīng)過(guò)R1 為Q1 提供基極電壓。 當基極( b)的電壓為高電平時(shí)， Q1 開(kāi)始導通，變壓器T1 的122繞組中產(chǎn)生1正2 負的電動(dòng)勢，經(jīng)T1 耦合，在T1 的324繞組中產(chǎn)生3正4負的感應電動(dòng)勢，此電動(dòng)勢經(jīng)R5 ， C2 疊加到Q1的基極( b) ，使Q1 迅速飽和導通。 由于變壓器T1 的122間的電流不能突變，在此過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生1負2正的電動(dòng)勢。 變壓器T1 的324繞組中感應出3負4正的電動(dòng)勢，通過(guò)R5 ， C2 ，使Q1 迅速進(jìn)入截止狀態(tài)。 經(jīng)R1 對C2 的不斷充電， Q1 又開(kāi)始導通，進(jìn)入下一輪的開(kāi)關(guān)振蕩狀態(tài)。 在導通期間， T1 變壓器的副邊繞組526，經(jīng)整流二極管D4 向外輸送能量。

　　穩壓電路由穩壓管D0、三極管Q2 等元件組成。 當負載減輕或太陽(yáng)能組件輸出電壓升高時(shí)， A 點(diǎn)電壓上升。 當該電壓大于511V 時(shí)， D0 擊穿， Q2 因b2e結正向偏置而迅速導通，使Q1 提前截止，從而使輸出電壓趨于下降;反之，則控制過(guò)程相反，從而使變壓器T1 副邊輸出電壓基本穩定。 當負載過(guò)重時(shí)， Q1 的c2e電流增大， R4 上的壓降也隨之增大。 當該電壓大于017V 時(shí)， Q2 導通， Q1 截止，達到過(guò)流保護的目的。 為避免截止期間變壓器T1 的122 繞組感應出的尖峰脈沖擊穿開(kāi)關(guān)管Q1 ，并聯(lián)了尖峰脈沖吸收電路。