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根據電動自行車鉛酸蓄電池的特點，當其為36V/12AH時，采用限壓恒流充電方式，初始充電電流最大不宜超過3A。也就是說，充電器輸出最大達到43V/3A/129W，已經可滿足。在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。以目前開關電源技術和開關管生產水平而言，單端開關穩壓器輸出功率的極限值已提高到180W，甚至更大。輸出功率為150W以下的單端它激式開關穩壓器，其可靠性已達到極高的程度。MOS FET開關管的應用，成功地解決了開關管二次擊穿的難題，使開關電源的可靠性更上一層樓。 目前，應用最廣的、也是最早的可直接驅動MOS FET開關管的單端驅動器為MC3842。MC3842在穩定輸出電壓的同時，還具有負載電流控制功能，因而常稱其為電流控制型開關電源驅動器，無疑用于充電器此功能具有獨特的優勢，只用極少的外圍元件即可實現恒壓輸出，同時還能控制充電電流。尤其是MC3842可直接驅動MOS FET管的特點，可以使充電器的可靠性大幅提高。由于MC3842的應用極廣，本文只介紹其特點。 MC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關電源驅動集成電路，其內部功能包括：基準電壓穩壓器、誤差放大器、脈沖寬度比較器、鎖存器、振蕩器、脈寬調制器(PWM)、脈沖輸出驅動級等等。MC3842的同類產品較多，其中可互換的有 UC3842、IR3842N、SG3842、CM3842(國產)、LM3842等。MC3842內部方框圖見圖1。其特點如下：
內部振蕩器的頻率由第4、8腳外接電阻和電容器設定。同時，內部基準電壓通過第4腳引入外同步。第4、8腳外接電阻、電容器構成定時電路，電容器的充/放電過程構成一個振蕩周期。當電阻的設定值大于5kΩ時，電容器的充電時間遠大于放電時間，其振蕩頻率可根據公式近似得出：f=1/Tc=1/0.55RC=1.8/RC。 由MC3842組成的輸出功率可達120W的鉛酸蓄電池充電器如圖2所示。該充電器中只有開關頻率部分為熱地，MC3842組成的驅動控制系統和開關電源輸出充電部分均為冷地，兩種接地電路由輸入、輸出變壓器進行隔離，變壓器不僅結構簡單，而且很容易實現初次級交流2000V的抗電強度。該充電器輸出端電壓設定為43V/1.8A，如有需要可將電流調定為3A，用于對容量較大的鉛酸蓄電池充電(如用于對容量為30AH的蓄電池充電)。 市電輸入經橋式整流后，形成約300V直流電壓，因而對此整流濾波電路的要求與通常有所不同。對蓄電池充電器來說，橋式整流的100Hz脈動電流沒必要濾除干凈，嚴格說100Hz的脈動電流對蓄電池充電不僅無害，反而有利，在一定程度上可起到脈沖充電的效果，使充電過程中蓄電池的化學反應有緩沖的機會，防止連續大電流充電形成的極板硫化現象。雖然1.8A的初始充電電流大于蓄電池額定容量C的1/10，間歇的大電流也使蓄電池的溫升得以緩解。因此，該濾波電路的C905選用47μF/400V 的電解電容器，其作用不足以使整流器120W的負載中紋波濾除干凈，而只降低整流電源的輸出阻抗，以減小開關電路脈沖在供電電路中的損耗。C905的容量減小，使得該整流器在滿負載時輸出電壓降低為280V左右。 U903按MC3842的典型應用電路作為單端輸出驅動器，其各引腳作用及外圍元件選擇原則如下:
充電器的脈沖變壓器T901可用市售芯柱圓形、直徑Φ12mm的磁芯(芯柱對接處已設有1mm的氣隙)。初級繞組用0.64mm高強度漆包線繞82匝，次級繞組用0.64mm高強度漆包線雙線并繞50匝。初次級之間需墊入3層聚脂薄膜。 該充電器的控制驅動系統和次級充電系統均與市電隔離，且MC3842由待充蓄電池電壓供電，無產生超壓、過流的可能，而T901次級僅有的幾只元器件，只要選擇合格，擊穿的可能性也幾乎為零，因此其可靠性極高。此部分的二極管D911可選擇共陰或共陽極，將肖特基二極管并聯應用。D908可選用額定電流5A的普通二極管。次級整流電路濾波電容器選用220μF已足夠，以使初始充電電流較大時具有一定的紋波，而起到脈沖充電的作用。 該充電器電路極為簡單，然而可靠性卻較高，其原因是：MC3842屬逐周控制振蕩器，在開關管的每個導通周期進行電壓和電流的控制，一旦負載過流，D911漏電擊穿；若蓄電池端子短路，第3腳電壓必將高于1V，驅動脈沖將立即停止輸出；若第2腳取樣電壓由于輸出電壓升高超過2.5V，則使第1腳電壓低于1V，驅動脈沖也將被關斷。多年來，MC3942被廣泛用于電腦顯示器開關電源驅動器，無論任何情況下(其本身損壞或外圍元件故障)，都不會引起輸出電壓升高，只是無輸出或輸出電壓降低，此特點使開關電源的負載電路極其安全。在該充電器中MC3842及其外電路都與市電輸入部分無關，加之用蓄電池電壓經降壓、穩壓后對其供電，使其故障率幾乎為零。 該充電器中唯一與市電輸入有關的電路是T901初級和T902次級之間的開關電路，常見開關管損壞的原因無非兩方面：一是采用雙極型開關管時，由于溫度升高導致熱擊穿。這點對Q901的負溫度系數特性來說是不存在的，場效應管的漏源極導通的電阻特性本身具有平衡其導通電流的能力。此外，由于開關管的反壓過高，當開關管截止時，反向脈沖的尖峰極易擊穿開關管。為此，該電路中通過減小C905的容量，以在開關管導通的大電流狀態下適當降低整流電壓。二是采用中心柱為圓型的鐵氧體磁芯，其漏感相對小于矩形截面磁芯，而且氣隙預留于中心柱，而不在兩側旁柱上，進一步減小了漏感。在此條件下選用VDS較高的開關管是比較安全的。圖2中Q901為2SK1539，其VDS為900V，IDS為10A，功率為150W。也可以用規格近似的其它型號MOS FET管代用。如果擔心尖峰脈沖擊穿開關管，可以在T901的初級接入通常的C、D、R吸收回路。 由于該充電器的初始充電電流、最高充電電壓設計均在較低值，且充滿電后涓流充電電流極小，基本可以認為是定時充電。如一只12A時的鉛酸蓄電池，7小時即可充滿電，且充滿電后，是否斷電對蓄電池、充電器影響均極小。試用中，晚上8點接入電源充電，第二天早7點斷電，手摸蓄電池、充電器的外殼溫度均未超過室溫。 |
