小功率蓄电池充电电源的设计

张建雷

【摘 要】论文介绍了铅酸蓄电池的充放电原理与特征，学习了铅酸蓄电池的充电方法，设计了一台小功率的铅酸蓄电池充电电源，电路采用反激拓扑结构，重点计算了主电路高频变压器的选择和反馈环路的设计。

【Abstract】This paper introduces the charging and discharging principle and characteristics of lead-acid battery，studies the charging method for lead-acid batteries，a lead-acid battery charging power supply for small power battery is designed， the circuit adopts fly-back topology. Paper mainly introduces the the selection of high frequency transformer of the main circuit and the design of the feedback loop.

【关键词】铅酸蓄电池；反激变换器；高频变压器

【Keywords】lead-acid battery； fly-back converter； high frequency transformer

【中图分类号】TN86 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0119-02

1 引言

开关电源主电路拓扑结构对于车载充电电源的设计有着至关重要的作用。我们根据需要分析电路的功率、效率、成本等方面内容，再分析各个主电路的拓扑结构，选择合适的电路。在隔离型的DC/DC变换器电路中有很多种拓扑电路，如正激电路、反激电路、全桥电路、半桥电路和推挽电路。这里设计的电路是小功率的，全桥电路结构比较复杂，成本高，半桥电路因有直通危险的可能性，且该电路适用于大功率的场合范围，故不选。我们选用反激式DC/DC变换器，因为反激式DC/DC变换器与正激变换器相比的优点是电路简单，少一个输出滤波电感及续流二极管，降低了电路成本，减少了体积和重量，增加了电路可靠性，非常适用于小功率的车载充电电源，故论文设计了72W铅酸蓄电池充电电源，电路采用单管反激式DC/DC变换器拓扑结构。

2 反激变换器主电路参数的选择

论文设计一台小功率铅酸蓄电池充电器。充电器主要技术指标如下：

输入电源：单相交流工频电源170～260V；

输出电压：48V；

最大充电电流：1.5A；

工作频率：100kHz；

2.1 整流滤波直流电压范围

最大直流电压纹波由下式计算：

ΔVDCmax=

其中，Dto为输入端整流滤波的导通占空比，可以令Dto=0.2；Cin为输入端的滤波电容；将各个参数带入计算，我们可以计算出最大纹波电压为26V。

2.2 变压器设计

反激电路中主电路的参数设计中，最值得我们重点对待的是高频变压器的设计，它是反激电路的核心部分。为了提高高频变压器的利用率，高频变压器的原副边变比应可能大一些。

2.2.1 开关管峰值计算

实际变压器原边匝数取42匝，则变压器副边匝数N2=42/2.5=16.8，取17匝。

3 反激电路反馈环路设计

输出隔离反馈电路如图1所示，采用光电耦合器PC817和可控精密稳压源TL431组成了反馈回路的设计。PC817和TL431构成隔离反馈时，其作用相当于误差放大器。TL431是动态响应速度快，设置外围两个电阻就可以得到TL431二极管阴极到阳极电压为2.5～36V，输出电压纹波低，因此可以得到很好的稳定性能，稳压精度高，并且可以通过与PC817将变压器两边的地相隔离，最终使负载端地和输入端地相隔离。

该电路中，Uo为电路输出电压，通过电阻R15和R16的分压到TL431的可调到范围内，再由电阻R26和R29分压后连接到TL431的REF端，其正常工作电压等于其内部基准电压UREF，则输出电压由电阻R30和R31分压比决定。输出电压的计算公式：

Uo=UREF（1+R25/R29）

通过调压电阻R26和R29的分压比就能够改变输出电压。当电网电压或者输出负载变化引起输出电压Uo升高时，TL431的REF端电压将会随之改变，进而使线性光藕PC817的二极管的工作电流IF变大，从而使线性光耦PC817的三极管的集电极电流Ic变大，最后通过线性光耦PC817的集电极连接的PWM控制电路来调节占空比D，使占空比D减小，进而使Uo减小，最终保持Uo不变。电路中R33是线性光耦PC817的二极管的限流电阻，R34为TL431的偏置电阻，使TL431流过合适的工作电流，改善其稳定性能。C27、R28和C19为环路补偿网络，可防止稳定环路产生振荡。

4 结语

论文从主电路的选择到小功率铅酸蓄电池充电电源主电路参数的设计，通过理论的计算到实际电路的取值，对电路进行了优化，提高了变换器的效率。

【参考文献】

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