家用穩(wěn)壓充電器設(shè)計(jì)

充電器設(shè)計(jì)思路

充電器設(shè)計(jì)分為兩個(gè)模塊變壓整流模塊和充電管理模塊，其中變壓整流模塊中以模仿家庭用電高峰期不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，假設(shè)取電電壓為180V到220V之間的交流高頻諧波電壓，將其電壓通過SVPWM整流器進(jìn)行AC-DC及降壓轉(zhuǎn)換，得到22V左右的直流電壓，由于受到高低次諧波影響的原因，實(shí)際的電壓在22V以上，為了得到穩(wěn)定的直流電壓，需再經(jīng)過濾波器和穩(wěn)壓器使其電壓穩(wěn)定在18V到22V之間。然后穩(wěn)定的電壓進(jìn)入充電管理模塊，電壓接入U(xiǎn)C3906芯片，利用UC3906的智能調(diào)節(jié)功能給予蓄電池穩(wěn)定的充電模式。

元器件介紹

LDC線性穩(wěn)壓器

LDC線性穩(wěn)壓器是一種步降式DC-DC變換器LDO線性穩(wěn)壓器的精度受誤差放大器提供參考電壓VREF帶隙基準(zhǔn)電壓源的精度的直接影響，為了使VOUT穩(wěn)定輸出，需要用放大器EA通過VBF與VREF的比較值得出功率管柵極的誤差電壓值而對功率管的導(dǎo)通電流值進(jìn)行調(diào)整而確定。反饋網(wǎng)絡(luò)的功能的原理是獲取LDO線性穩(wěn)壓器的輸出電壓樣本。此時(shí)，誤差放大器的參考電壓與輸入端的反饋電壓比較，其結(jié)構(gòu)是由RF1，RF2組成；功率管的主要作用是輸入向負(fù)載提供大電流的通道。

在圖1中，反饋網(wǎng)絡(luò)RF2的分壓與輸出電壓VOUT同步，其分壓VBF與誤差放大器同相輸入端相連，其中輸出電壓VOUT的調(diào)整由穩(wěn)壓器的智能化完成，當(dāng)VOUT降低時(shí)，與其同相連接的RF2分壓反饋到誤差放大器進(jìn)行比較，差值減小，則調(diào)整功率管，使輸出電流增加并對CL充電，使VOUT升高，反之如此。所以LDO線性穩(wěn)壓器總是處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，具有連續(xù)校正功能，總能得到穩(wěn)定的輸出電壓。

圖1 LDC線性穩(wěn)壓器

UC3906

美國公司TI生產(chǎn)的UC3906芯片，專用于蓄電池充電管理，它的電流為1.7mA，可以提供三種充電狀態(tài)，分別為大電流恒流充電狀態(tài)，高電壓過充電狀態(tài)和低電壓浮充電狀態(tài)。

其整體的結(jié)構(gòu)是電路，其中限流模塊，電流檢測模塊，參考電壓具有溫度補(bǔ)償?shù)哪K，電壓檢測模塊為模擬電路，RS觸發(fā)器，補(bǔ)償元件，充電電流檢測放大器為數(shù)字電路等等。電池的充電狀態(tài)是由電流電壓檢測比較器來完成，同時(shí)在狀態(tài)邏輯電路中，控制輸入信號，25mA輸出可使驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)的調(diào)整管，從而使電壓和電流的輸出得以控制，而驅(qū)動(dòng)器的調(diào)整則是由獨(dú)立電壓控制回路和限電流放大器來完成。UC3906其內(nèi)部的精確基準(zhǔn)電壓與溫度變化保持一致，其溫度與蓄電池電壓的溫度同步。

圖2 為UC3906的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 整流濾波電路

圖4 整流器矢量圖

圖5 充電器UC3906外圍電路

充電器電路設(shè)計(jì)

整流濾波電路

如圖電路3所示，其中T1到T6為整流器SVPWM整流器的功率開關(guān)，交流側(cè)電感L主要作用是限制開關(guān)器件所產(chǎn)生的高次諧波，控制大小幅度目的是以適應(yīng)用電要求，其中過大則影響電源電流跟蹤指令的速度和系統(tǒng)的負(fù)載能力，過小則會(huì)增加在電源電流中高次諧波的含量，濾波電路具有每10倍頻程-60dB的衰減速度，同時(shí)對不穩(wěn)定的頻率諧波有抑制作用。

比較“等量”變換的定則，原理是坐標(biāo)變換，是通過在abc坐標(biāo)系中的矢量與變換后的dq坐標(biāo)系的矢量相等的條件。關(guān)于三相電路，有功分量是軸分量，而無功分量則用q軸以表示。其中，S在dq坐標(biāo)系上的有功分量和無功分量用開關(guān)函數(shù)Sd和Sq表示。在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下關(guān)于三相電壓型全控整流器的模型下，通過計(jì)算可得數(shù)學(xué)模型如下：

同時(shí)，此電路具有雙向?qū)芰?，具有功率因?shù)為1和-1的兩種運(yùn)行狀態(tài)，功率因數(shù)為1時(shí)為正電阻特性，吸收能量，為-1時(shí)，則是負(fù)電阻特性，釋放能量，這就是電路的顯著特點(diǎn)，能量的雙向傳輸。

UC3906外圍設(shè)計(jì)

根據(jù)前面介紹的UC3906的工作原理，通過證明可行性，設(shè)計(jì)鉛酸蓄電池12V、25AH實(shí)例，關(guān)于電路示意圖為圖5。輸入、過充、浮充、過充轉(zhuǎn)換、浮充轉(zhuǎn)換電壓和最大電流，過充終止電流分別為UIN=18V，UOC=15V，UF=14.5V，U12=14.25V， U13=11.7V，Imax=2.5A，IOC=0.25A。

正常一般都在蓄電池上接充電器，將一個(gè)二極管串聯(lián)在輸出端和調(diào)整管之間，其目的是控制蓄電池電流會(huì)流入充電器。同樣的，包括避免中斷輸入電源后， R1、R2、R3會(huì)在外電路會(huì)使蓄電池進(jìn)行放電，此時(shí)通過電源指示晶體管的腳7與R3串聯(lián)接地，警示放電情況。接入電壓使Q1閉合，此時(shí)電池兩端電壓升高，電流固定為2.5A。當(dāng)電壓升至到14.25V時(shí)，電流將從2.5A開始下降。電池此時(shí)的狀態(tài)叫過充。當(dāng)過充電終止電流IOCT高于充電電流時(shí)，芯片的腳10輸出高電平，但比較器LM339會(huì)輸出低電平， 浮充狀態(tài)將會(huì)自行進(jìn)入蓄電池進(jìn)行充電。檢測蓄電池的電充滿了，發(fā)光管指示會(huì)亮。

總結(jié)

本設(shè)計(jì)是為了解決家庭用電不穩(wěn)定性導(dǎo)致蓄電池壽命的影響，本設(shè)計(jì)為此制造的充電器，其功能未解決電壓過低及諧波頻率不同等電能質(zhì)量問題，優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定的輸出電流，不足在于造價(jià)過高。此充電器用于高精度的充電儀器，蓄電池等。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.004