小功率充电器的设计文献翻译

单位代码01

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文献翻译

小功率充电器的设计

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2010年月6日

黄河科技学院毕业设计（文献翻译）第1页1 引言

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。

2 工作原理

图1充电器的原理图

原理图如图1所示，它由如下元件构成：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5 V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

黄河科技学院毕业设计（文献翻译）第2页由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。V5，V6选用FR107，V8选用FR154，V7选用K792，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式中：E为整流电压；Lp为变压器初级绕组电感；ton为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。式中：n为变压器变比，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：n(E／Lp)ton=(Uo／Ls)toff，式中：Ls为变压器次级绕组电感；Uo为输出电压；toff为V7关闭时间。

因为Lp=n2Ls，则：(E／nLs)ton=(Uo／Ls)toffEton=nUotoffUo=(ton／ntoff)E，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

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φ复位时V7关闭还持续一段时间，ip呈线性上升，is线性下降。

黄河科技学院毕业设计（文献翻译）第3页

图2 t off=的波形图

图3t off>的波形图

变压器储存的能量等于电路输出能量:(1／2)LPIpmax2f=Uo2／RL

Uo2=(1／2)LpIpmax2RLf将Ipmax=(E／Lp)ton代入上式，则式中：RL为电路负载电阻；T=1／f为变压器工作周期。式中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)EV7

承受的反压应为：Ucc=E+ Up=E+nUo。

（3）toff<τ各参数波形如图4所示。从图4中可以看出磁通φ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

黄河科技学院毕业设计（文献翻译）第4页系：Etou=(Np/Ns)Uot

Uo=(ton/toff)(Ns/Np)E

上式说明在Lp较大的情况下，Uo只决定于变压器匝数、导通截止脉宽和电源电压E，而与负载电阻RL无关。

图4 t off<的波形图

图5充电特性曲线

上述三种工作状态中，第二种工作状态输出电压Uo随负载电阻大小而变化，我们正好利用这个特点，满足充电器的充电特性。从电路中可知，电路的负载电阻RL实际上是被充电电池的等效内阻，当电池电量放空时，等效内阻RL很小，随着充电量增大，其等效内阻升高，而电路输出电压Uo就是充电电压，其变化是随RL增大而升高，所以有如图5所示的充电特性曲线。从图5可以看出充电电流是随着RL增大而下降。

黄河科技学院毕业设计（文献翻译）第5页IO=UO／RL充电电压UO、充电电流IO都是随RL而变化，RL的变化曲线是电池的充电特性决定的，所以用单端反激电路作成的充电器其充电电压、电流有很好的跟随性当电池充满后，RL也就大到一定限度，充电电压也就进入饱和状态，充电电流自动进入浮充状态。这样便大大简化了自动充电的控制电路。与相同性能的其他充电器电路相比，成本大大降低，可靠性大大提高。

图6磁滞回线图

3 电路设计计算

(1)高频变压器的设计

变压器是变换器的主要部件，其设计内容主要是磁芯选定，绕组匝数和导线直径的选定。

变压器主要参数计算公式：

输出功率PO=UOIO；输入功率PI=PO/Η；占空比D=TON／T；变压器效率为Η=PO ／PI；负载电阻RL=UO/IO。

变压器输入电流最大值IPMAX=2UO2／DΗEMINRL；变压器输入电流有效值IPEFF=DIP；变压器工作频率F的确定：

F高虽然体积、重量可减小，但V7开关损耗增大，F低则变压器体积变大重量加大，综合考虑，一般选F=50 KHZ左右。

当电池充满后，RL也就大到一定限度，充电电压也就进入饱和状态，充电电流自动进入浮充状态。这样便大大简化了自动充电的控制电路。与相同性能的其他充电器电路相比，成本大大降低，可靠性大大提高。

(2)磁芯尺寸选取