一款高功率密度充电器的设计与实现

吴 坡

(盐城工业职业技术学院，江苏 盐城 224000)

0 引言

随着动力锂电池技术的发展，生活中更多时候要求电池组能够快速充电，比如电动滑板车、电动自行车的电池组都要在很短时间内能充满电，才能满足消费者的需求。市场上需要一款体积小、功率大的恒流充电器。

1 充电器的设计

1.1 设计目标

设计一款小于100W的充电器，要求使充电宝能够在45分钟内充满，具体参数如下。输入电压：90～250Vac，50Hz全电压输入；输出电流：1.9A恒流；输出电压范围：25～50V；空载输出电压：75V。

1.2 电源选择

目前绝大多数的电源都是开关电源，开关电源是使用晶体管作为开关管，通过控制开关管导通与截止时间和开关频率来控制负载电流的一种电源。按照是否可用变压器进行功率传递可将DC/DC变换器分为隔离型和非隔离型两大类。

隔离型DC/DC变换器有两个缺点：第一，结构相对来说比较复杂，使得产品体积较大；第二，功率的转换效率较低。它的优点是可以实现输入与输出电路的电气隔离，使用更安全；变换器输入端不受负载波动的影响；非隔离电源输入与输出没有电器隔离，有一定的触电危险，特别是用户要经常触碰充电器，在使用方面存在不安全因素，所以从用户安全角度考虑，选用隔离型开关电源。

1.3 电路拓扑结构选择

电路拓扑结构选用反激式结构，该结构的开关电源硬件较为简单，成本较低，适用于输出功率在200W以下的开关电路。另外一方面该结构不需要次级滤波输出电感，既是变压器，又是电感；相对其他结构而言，该结构可用较少的线圈匝数获得较高的电压，因此选用反激变换电路。

1.4 其他

选用BP3105恒流控制芯片；用250V、1A的保险丝；选择TENTA品牌的X2级别275Vac、0.1uF的安规电容；选用2A、600V的整流桥。

1.5 PFC电路设计

选用无源PFC电路，电路图如下图所示。该电路由三只二极管和两只电容组成，Vac由0向峰值Vm变化的1/4周期内，电流对C1并经过D2对C2充电；到达Vm时，因为C1=C2，所以Vc1=Vc2=0.5Vm；当Vac由Vm下降时，电容C1通过负载和D3迅速放电，直到Vac=0.5Vm，然后C2通过D1和负载放电；负半周的变化与正半周类似，AC输入电流将变得更平滑。

图1 无源PFC电路

综上，该款充电器的电路总图如下：

图2 100W恒流源电路原理图

2 结束语

最后该款充电器的实物如右图所示，尺寸为：30×28×110mm，和市场上同功率的隔离型恒流源相比，体积小很多，满足设计要求。

图3 100W充电器实物图