電動(dòng)自行車(chē)作為一種輕便，無(wú)污染的新型交通工具越來(lái)越普及，其動(dòng)力部分市場(chǎng)上大多采用閥控式全密封免維修的鉛酸蓄電池。該蓄電池在正常充電時(shí)，比較好的充電方式是恒壓限流充電方式，即充電電源的電壓在整個(gè)充電過(guò)程中是恒定的，同時(shí)對(duì)初充電流加以限制。
  本文所設(shè)計(jì)的充電器其充電對(duì)象為兩節(jié)12V/100Ah鉛酸蓄電池，輸入電壓范圍是130~240V，28V輸出時(shí)額定電流是15A,該電動(dòng)車(chē)充電器主要有兩部分組成:主電路和控制電路。
1 充電器電路組成部分及原理分析
1 .1 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1 雙管正激式變換器
   如圖1所示，該充電器主電路采用雙管正激式變換器.其工作過(guò)程基本分成三個(gè)過(guò)程：能量轉(zhuǎn)移階段、變壓器磁復(fù)位階段和死區(qū)階段。在能量轉(zhuǎn)移階段，原邊的兩個(gè)MOSFET管Q1、Q2都導(dǎo)通，能量從輸入端向輸出端轉(zhuǎn)移。在變壓器磁復(fù)位階段，原邊的兩個(gè)快恢復(fù)二極管D1、D2都導(dǎo)通，使變壓器繞組承受反相輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)變壓器的磁復(fù)位。當(dāng)變壓器完全復(fù)位后，變換器工作在死區(qū)階段，即原邊無(wú)電流，副邊通過(guò)D5、L3續(xù)流。
   MOSFET的驅(qū)動(dòng)部分采用帶有隔離變壓器的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路，依靠隔直電容C6和變壓器T2使MOSFET可靠導(dǎo)通和關(guān)斷，抗干擾能力強(qiáng)。
MOSFET的驅(qū)動(dòng)控制主要采用電流型脈寬調(diào)制控制器UC3844, 如圖1所示，控制電路的V端連接到3844的電源腳。當(dāng)充電器工作開(kāi)始時(shí)，整流輸出側(cè)通過(guò)R1、C5給UC3844提供電源，使其啟動(dòng)，變壓器T1開(kāi)始工作，此時(shí)由副邊繞組N3,穩(wěn)壓二極管W1、W2，晶體管Q3,R7及D3構(gòu)成了串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路開(kāi)始給3844提供穩(wěn)定工作電源。其具體工作原理分析如下：當(dāng)T1的副邊供電繞組N3輸出電壓變大時(shí)，Q3的E端輸出電壓相應(yīng)變大，由于B端的基準(zhǔn)電壓被W2穩(wěn)住不變，故晶體管的基極電位Ub也不變，那么基－射極電壓Ube將減少，從而Ib減少，管壓降Uce增大，又讓Q3的E端輸出電壓相應(yīng)減小，故E端的輸出電壓保持不變。如果N3輸出電壓變小時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程與上述正好相反。
1.2控制電路組成
控制電路主要由電流型脈寬調(diào)制控制器UC3844和可調(diào)基準(zhǔn)電壓源TL431組成。
UC3844具有電壓環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制性能，其內(nèi)部方框圖如圖2所示，其引腳共有8個(gè)，第2腳是電壓反饋端，將取樣電壓加至E/A誤差放大器的反相輸入端，與同相放大器的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓。利用內(nèi)部E/A誤差放大器可以構(gòu)成電壓環(huán)。第3腳是電流反饋端，電流取樣電壓由第3腳輸入到電流比較器。利用第3腳和電流比較器可以構(gòu)成電流環(huán)。第1腳是補(bǔ)償端，外接阻容元件以補(bǔ)償誤差放大器的頻率特性.UC3844的振蕩工作頻率由4腳和8腳之間的所接定時(shí)電阻Rt以及4腳和地之間所接的定時(shí)電容Ct設(shè)定。

圖2    UC3844脈寬調(diào)制器內(nèi)部方框圖
  TL431是一種可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，其等效內(nèi)部電路如圖3所示，主要由四部分組成：①誤差放大器A，其同相輸入端接取樣電壓UREF,反相輸入端則接內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓
Uref,并且設(shè)計(jì)為UREF=Uref ;②內(nèi)部2.50V基準(zhǔn)電壓源 UREF ;③NPN型晶體管VT，在電路中起調(diào)節(jié)負(fù)載電流的作用；④保護(hù)二極管VD,能防止因K－A間電源極性接反而損壞芯片。通常在R-K端加入R、C構(gòu)成誤差放大器的反饋網(wǎng)絡(luò).TL431作為可調(diào)電壓源時(shí)，外部接線(xiàn)圖如圖4所示，其輸出電壓由外部電阻R1和R2來(lái)設(shè)定，有公式U0=UKA=（1+R1/R2）*UREF
 
圖3  TL431內(nèi)部等效電路  
        

圖4 可調(diào)電壓源外部接線(xiàn)

基于上面的分析，本文采用了電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)控制的思想，控制電路如圖5所示。其中利用TL431穩(wěn)壓的性能代替UC3844中的E/A誤差放大器的功能，實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)控制，這樣可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，同時(shí)采用了光耦隔離技術(shù)，使整個(gè)反饋系統(tǒng)更安全可靠。內(nèi)環(huán)依然通過(guò)UC3844的電流測(cè)量腳和內(nèi)部電流測(cè)定比較器構(gòu)成電流環(huán).考慮到過(guò)流對(duì)系統(tǒng)的影響，在電壓環(huán)（外環(huán)）調(diào)節(jié)的輸出端，即電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）調(diào)節(jié)的給定端，進(jìn)行幅值限定，
    如圖5所示，R15就是分流限幅作用.控制電路的工作原理分析如下:當(dāng)F端電壓升高時(shí)，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF> Uref,比較器輸出高電平，使VT導(dǎo)通，TL431分流增加，從而使F端電壓回落。同時(shí)電流環(huán)也在起作用，TL431分流增加，即光耦發(fā)光加強(qiáng)，感光端得到的反饋信號(hào)就越大,UC3844根據(jù)這個(gè)反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，使F端電壓回落。當(dāng)F端電壓減少時(shí)，調(diào)節(jié)方式正好相反。這樣循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度來(lái)看，系統(tǒng)輸出電壓趨于穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。  
 
圖5   控制電路
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路輸出電壓大約20V左右，波形穩(wěn)定如圖6所示。故開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形幅值為20V左右，保證MOSFET的可靠導(dǎo)通。由于主電路變壓器T1副邊的續(xù)流電感的作用，當(dāng)輸出端V0接入輕載時(shí)，變換器工作在電感電流不連續(xù)模式下，UC3844的3腳電流采樣信號(hào)如圖8所示，當(dāng)接入重載時(shí)，變換器工作在電感電流連續(xù)模式下，圖9顯示的是15A時(shí)電流采樣波形。
 
圖6 UC3844供電電源                         

 圖7  MOSFET驅(qū)動(dòng)波形

圖8  輕載時(shí)電流采樣波形                       圖9 滿(mǎn)載時(shí)電流采樣波形
    實(shí)驗(yàn)中，對(duì)兩節(jié)12V/100Ah鉛酸蓄電池進(jìn)行充電，充電前蓄電池的容量大約已有20％，充電過(guò)程記錄如表1所示。9小時(shí)后蓄電池容量達(dá)到90％，9小時(shí)40分鐘達(dá)到飽和狀態(tài).整個(gè)充電過(guò)程基本保持恒壓狀態(tài)。
 表1 蓄電池充電過(guò)程
時(shí)間充電電壓充電電流
開(kāi)始28V12.1A
1小時(shí)28v10.5A
3小時(shí)28V8.4A
5小時(shí)28V7.6A
9 小時(shí)27.9V5A
9小時(shí)40分27.9V4.4A

3結(jié)語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的雙管正激式開(kāi)關(guān)電源，具有良好的性能指標(biāo)。它具有動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，頻率相應(yīng)特性好；負(fù)載調(diào)整率明顯；電壓調(diào)整范圍寬，紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，輕載重載時(shí)均可靠運(yùn)行。因此，作為鉛酸蓄電池充電器的電源，能夠很好地達(dá)到充電效果。