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手工也能脑洞大开 做一枚UC3842充电器

现在已经提到了重视环保的议程。电动自行车由铅酸电池供电,规格为36V/12AH限压恒流的充电方式再合适不过了。初始电流最大不得超过3A,也可以说,充电器的最大输出是43V/3A/129W,足够供电。在充电过程中,电流逐渐下降。就目前的电源技术而言,单端开关稳压器输出功率的极限值高达180W,甚至更大,输出功率150W其可靠性非常稳定。MOSFET开关管的应用有效地解决了开关管二次击穿的问题,使开关电源的稳定性和可靠性更加可靠。

目前,直接驱动是应用最广泛、最早的MOSFET开关管的单端驱动器是UC3842。UC3842在稳定输出电压的同时,还具有负载电流控制功能。因此,它通常被称为电流控制开关电源驱动器。毫无疑问,充电器具有独特的优势。恒压输出只能用很少的外围元件来实现,充电电流也可以控制。UC3842可直接驱动MOSFET管道的特点可以大大提高充电器的可靠性。UC3842应用广泛,本文仅介绍其特点。

UC3842是一个由双列8脚单端输出的激式开关电源驱动的集成电路:基准电压稳压器、误差放大器、脉冲宽度比较器、锁定器、振荡器、脉冲宽度调节器(PWM)、脉冲输出驱动级等。UC3842有很多类似的产品,包括可互换的产品MC3842、IR3842N、SG3842、CM3842(国产)、LM3842等。UC3842内部方框图见图1。

UC3842-1

图1

其特点如下:

单端PWM脉冲输出,输出驱动电流200mA,峰值电流可达1A。

启动电压大于16V,启动电流仅1mA进入工作状态后,工作电压为10~34V之间,负载电流为15mA。当集成电路无驱动脉冲输出时,超过正常工作电压,开关电源进入欠电压或过电压保护状态。

内设5V/50mA基准电压源以2:1分压作为取样基准电压。

输出的驱动脉冲可以驱动双极晶体管或驱动MOS现场效应管。如果驱动双极晶体管,应在开关管的基底接入RC振荡器的频率限制在40kHz下面。如果驱动MOS场效应管,振荡频率由外部连接RC电路设置,最高工作频率可达500kHz。

内置过流保护输入(第3脚)和误差放大输入(第1脚)(PWM)控制端。误差放大器输入端构成主脉宽调制(PWM)过流检测输入可逐个控制脉冲,直接控制每个周期的脉宽,使输出电压调节率达到0.01%/V。如果第三脚电压大于1V或者第一脚电压小于1V,脉宽调制比较器输出高电平,使锁定器复位,直到下一个脉冲到达。如果使用第1、3脚的电平关系,在外电路中控制锁定器的开闭,使锁定器每周期只输出一次触发脉冲,无疑会增强电路的抗干扰性,开关管不会误触发,提高可靠性。

内部振荡器的频率由第4、8脚外接电阻和电容器设定。同时,内部基准电压通过第4脚引入外同步。第4、8脚外接电阻、电容器构成定时电路,电容器的充/放电过程构成一个振荡周期。当电阻的设定值大于5kΩ电容器的充电时间远大于放电时间,其振荡频率可根据公式近似得出:f=1/Tc=1/0.55RC=1.8/RC。

由UC3842组成的输出功率可达120W铅酸蓄电池充电器如图2所示。充电器中只有热地的开关频率,UC3842组成的驱动控制系统和开关电源输出充电部分均为冷地,两种接地电路由输入、输出变压器进行隔离,变压器不仅结构简单,而且很容易实现初次级交流2000V抗电强度。充电器输出端电压设定为43V/1.8A,如有必要,可将电流调整为3A,用于充电大容量铅酸电池(如30容量)AH电池充电)。

市电输入桥式整流后形成约300V直流电压因此对整流滤波电路的要求与通常不同。对于电池充电器,桥式整流100Hz没有必要过滤脉动电流,严格说1000Hz脉动电流不仅对电池充电无害,而且有益,在一定程度上可以发挥脉冲充电的作用,使电池在充电过程中有机会缓冲化学反应,防止连续大电流充电形成的极板硫化。.8A电池额定容量大于初始充电电流C间歇性大电流也能缓解电池的温升。因此,滤波电路C905选用47μF/400V电解电容器的作用不足以使整流器120W除去负载中的纹波,只减少整流电源的输出阻抗,减少开关电路脉冲在供电电路中的损失。C905的容量减小,使得该整流器在满负载时输出电压降低为280V左右。


U903按UC典型的3842应用电路作为单端输出驱动器,其引脚和外围元件的选择原理如下(见图1、图2)。

UC3842-2

图2

第一脚是内部误差放大器的输出端。误差电压在IC内部经D1、D2电平移位,R1、R2分压后,输入电流控制比较器的反向输入端PWM锁存器。当1脚为低电平时,锁存器复位,关闭驱动脉冲输出,直到下一个振荡周期开始才重新置位,恢复脉冲输出。外电路接入R913(10kΩ)、C913(0.1μF),用于校正放大器的频率和相位特性。

第二脚内部误差放大器反向输入端。充电器正常充电时,最大输出电压为43V。外电路由R934(16kΩ)、VR902(470Ω)、R904(1kΩ)分压后,得到2.5V取样电压与误差放大器相同.5V通过控制输出脉冲占空比,检测差值,将输出电压限制在43V。调整此电压时,充电器可空载。VR902可使正负输出端电压为43V。

第三脚是充电电流控制端。在第二脚设定的输出电压范围内,通过R902控制充电电流,第三脚的动作阈值为1V,在R902压降1V输出电压变化由内部比较器控制,实现恒流充电。恒流值为1.8A,R902选用0.56Ω/3W。充电电压仅限于43V充电电流可通过输出电压调节为恒定1.75A~1.8A。电池充满电,端电压≥43V,隔离二极管D908截止,R902中无电流,第3脚电压为0V,恒流控制无效,第二脚取样电压控制充电电压不超过43V。此时,如果充满电,43将在未断电的情况下形成V涓流充电电压使电池电压保持在43V。为防止过充,36V铅酸蓄电池的电压上限不使电池单元电压超过2.38V。虽然电路是电池取样,但实际上限制了输出电压,如果输出电压超过电池电压0.6V,电池电压也随之升高,输入电压取样电路降低。

第四脚外部振荡器定时元件,CT为2200pF,RT为27kΩ,R911为10Ω。在这种情况下,考虑到购买高频磁芯的困难,0kHz左右。R911用于外同步,不能在电路中使用。

第五脚是共地端。

第6脚是驱动脉冲输出端。为了与市电隔离,由T902驱动开关管。T902可用5×5mm磁芯,初级绕组各用0.21mm漆包线绕20匝,绕组间0匝×0.05mm聚脂膜绝缘。R909为100Ω,R907为10kΩ。如果Q901内部门源极无保护二极管,外部电路可合并10~15V稳压管。

第7脚是供电端。为节省独立供电电路,电路由电池端电压降压,供电电压为18V。当充电池接入时,最低电压为32.4V~35V之间,接入18V稳压管得18个稳压管V稳定电压。滤波电容器C909为100μF。

第8脚为5V同时在基准电压输出端IC内部经R3、R4分压为2.5V,作为误差检测的基准电压。

充电器脉冲变压器T901可用于市售芯柱圆形、直径12mm磁芯(芯柱对接处有1mm气隙)。初级绕组0.64mm高强度漆包线绕82匝,次级绕组0.64mm双线高强度漆包线,绕50匝。三层聚脂膜应垫在初级和次级之间。


充电器的控制驱动系统和二次充电系统与市电隔离,MC3842由待充电电池电压供电,无过压、过流的可能性,但T901次级只有几个部件,只要合格,击穿的可能性几乎为零,所以可靠性极高。这部分二极管D可选择共阴或共阳极,并联应用肖特基二极管。D可选择额定电流5908A普通二极管。μF足以使初始充电电流具有一定的纹波,并发挥脉冲充电的作用。

充电器电路极其简单,但可靠性较高,原因如下:MC3842是一个逐周控制振荡器,在开关管的每个导通周期中控制电压和电流,D911漏电击穿;如果电池端子短路,第三脚电压将高于1V,驱动脉冲将立即停止输出;如果第二脚取样电压因输出电压升高超过2.5V,第一脚电压低于1V,驱动脉冲也将被关闭。多年来,MC3942广泛应用于计算机显示器开关电源驱动器,无论任何情况(其损坏或外围元件故障),都不会导致输出电压升高,但没有输出或输出电压降低,使开关电源的负载电路极其安全。在充电器中MC3842及其外部电路与市电输入无关。此外,电池电压降压稳压后,故障率几乎为零。

唯一与市电输入有关的充电器电路是T901初级和T开关管损坏的常见原因有两个:

首先,当使用双极开关管时,由于温度升高,热击穿。这是正确的Q901的负温度系数特性不存在,场效应管的泄漏极导电阻特性本身具有平衡其导电流的能力。此外,由于开关管的反压过高,当开关管结束时,反向脉冲的峰值很容易穿过开关管。为此,通过减少电路C在开关管导通的大电流状态下,适当降低905的容量。

二是中心柱为圆形铁氧体磁芯,泄漏感相对小于矩形截面磁芯,气隙预留在中心柱,而不是两侧侧柱,进一步减少泄漏感。在此条件下选择VDS较高的开关管更安全。Q901为2SK1539,其VDS为900V,IDS为10A,功率为150W。也可以使用规格相似的其他型号MOS FET替换管道。如果担心尖峰脉冲击穿过开关管,可以使用T901初级接入通常是C、D、R吸收回路。

初始充电电流和最高充电电压设计较低。充电后,涓流充电电流也很小,可以理解为定期充电。例如,一个12A/h铅酸电池可以在7小时内充满,充满后是否断电对电池几乎没有影响。实验证明,充电期为20:00~7:00,断电后测量蓄电池、的外壳温度均未超过室内温度,证明该UC3842充电系统可靠性极强。

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