新型492V/3A充電器的實現(xiàn)
引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178720.htm 早期的充電器采用單相市電整流,然后BUCK電路降壓輸出的形式,所以在對492V電池組充電時,需要兩個充電器單元串聯(lián)工作。這種充電器結(jié)構(gòu)輸入要采用變壓器隔離,所以體積龐大;采用串聯(lián)形式故障率高;在實際生產(chǎn)中,組裝也不太方便。在這種情況下,我們設(shè)計了本文所提到的新型的充電器。
1 電路原理圖
整個系統(tǒng)由輸入單元、直流變換單元、控制單元和輸出單元組成。輸入單元是三相無零線市電;直流變換單元采用雙管BUCK-BOOST。電路,它可以適應(yīng)市電304~456V的大范圍變動??刂茊卧捎秒娫磳S秒娏餍蚉WM芯片UC3843,它通過檢測輸出的電壓和電流信號來控制開關(guān)管的通斷和調(diào)整輸出電壓;輸出單元由功率二極管和濾波電容組成。其系統(tǒng)方框簡圖如圖1所示。
圖2是充電器的主電路原理簡圖。三相市電經(jīng)不控整流濾波后輸出平穩(wěn)的直流電,DC/DC變換部分的BUCK-BOOST電路采用的是未簡化的雙管電路,與單管的拓撲結(jié)構(gòu)相比,一是使管子承受的電壓降低一半,二是使短路保護和過流保護的電路設(shè)計更加容易。R1和R2為采樣電阻,它們可以根據(jù)電感上的峰值電流來選定,保證其上的電壓低于1V。S1和S2選擇800V/27A的MOS場效應(yīng)管,D1和D2選擇1200V/15A的軟恢復(fù)功率整流二極管。電感L根據(jù)系統(tǒng)的輸出功率來定。
1.1 驅(qū)動電路
UC3843是高性能固定頻率電流模式控制器,腳1是輸出補償端,當其電壓低于1V時,UC3843的腳6關(guān)閉輸出,電路設(shè)計時,利用它實現(xiàn)輸入過欠壓、輸出過欠壓、缺相和限流保護等功能,各種保護通過“與”的形式接至腳1。腳3是電流采樣端,當其電壓高于1V時,控制器的腳6也鎖閉輸出,利用它實現(xiàn)過流保護功能。腳4是定時元件輸入端,由它來產(chǎn)生UC3843工作時的振蕩頻率。在設(shè)計電路時,由于整個系統(tǒng)工作在較高功率和頻率下,MOS管在關(guān)斷時控制器腳6被外部器件拉得低于地電位產(chǎn)生尖峰噪聲,它干擾內(nèi)部振蕩器的正常工作,造成電路工作不穩(wěn)定,所以腳4改用外部振蕩電路。選用555時基電路產(chǎn)生。
一個頻率為40kHz,占空比為80%的振蕩波,直接連到腳4作為UC3843的外部同步時鐘輸人。功率電路上的兩個MOS場效應(yīng)管,S1為浮地驅(qū)動,而S2為共地驅(qū)動,腳6輸出PWM驅(qū)動信號。圖3是驅(qū)動電路原理圖,為求簡化,圖3中只畫出了一路驅(qū)動。腳6輸出的驅(qū)動信號經(jīng)光藕隔離后,再運用集成電路芯片MC34151對信號放大。驅(qū)動電阻的大小選擇非常關(guān)鍵,太小會使驅(qū)動波形上升沿過陡,開通過程過快,容易產(chǎn)生振蕩使電路不穩(wěn);電阻太大會減慢開通過程,很容易使MOS管經(jīng)過放大狀態(tài)后再進入飽和狀態(tài),增加了管子的開關(guān)損耗,這也是我們所不希望的,所以折中考慮,取驅(qū)動電阻的大小為15Ω。圖3中與驅(qū)動電阻并聯(lián)的二極管是MOS管關(guān)斷時放電通道,加快關(guān)斷過程。
1.2 限流電路
充電器對鉛酸蓄電池組充電時,起初電池電壓較低,如果不采取任何措施,充電電流很大,這對電池極為不利,影響電池的使用壽命,所以必須加限流保護電路。圖4為限流保護電路的原理圖。它有兩部分組成:取樣電路和PI調(diào)節(jié)電路。從電阻R1(見圖2)取樣回來的電流電壓值經(jīng)放大處理后,與閾值電壓作比較。閾值電壓由圖4中VREF經(jīng)電位器調(diào)節(jié)獲得,不同的閾值電壓對應(yīng)不同的限流保護值。本設(shè)計取3A作為限流保護值,當充電電流大于小于3A時,比較器輸出高電平信號,此時二極管不通;當充電電流大于3A時,比較器反轉(zhuǎn),輸出的低電平信號通過二極管拉低UC3843的腳1電位,從而實現(xiàn)了限流功能,此時充電器對外表現(xiàn)為恒流特性。
1.3 均流電路
充電器并聯(lián)運行時,必須有均流措施,保證負載電流平均分配,增強系統(tǒng)的運行可靠性。均流措施很多,有外特性下垂法、主從電源設(shè)置法、外部電路控制法、平均電流法、最大電流法等。圖5為本設(shè)計所采用的平均電流法電路原理圖,其基本原理是充電器系統(tǒng)各單元的電流值通過均流電阻送到均流母線上求平均值,然后各單元電流值與之比較,形成偏差信號去控制UC3843的腳2。在圖5中R18=R21=Ra,R19=R20=Rb,運放腳7的輸出為
式中:Uav為母線平均電壓;Ui為一個單元的電流所對應(yīng)的電壓值(見圖4)。
2.5V為基準電壓,它保證充電器模塊有個靜態(tài)輸出,為誤差調(diào)節(jié)電壓,它保證充電器系統(tǒng)在均流時的動態(tài)輸出。它是通過誤差信號調(diào)整輸出電壓的方法來調(diào)整輸出電流,當某單元Ui小于Uav時,誤差調(diào)節(jié)電壓為負,Uout2.5V,控制器輸出PWM的占空比增大使單元輸出電流增大;反之,控制器輸出占空比減小,輸出電流減小。
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