脉冲充电器。方案、说明

脉冲充电器。无线电电子电气工程百科全书

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为了给起动机电池充电，驾车者使用各种各样的设备，其中大多数是使用降压网络变压器构建的。此类装置的特点是效率相对较低、尺寸和重量较大。而如果能以某种方式提高效率，那么此类设备的其他指标几乎不可能提高。如果充电器是基于脉冲电压逆变器的原理构建的，则可以显着提高充电器的性能。

国外制造的脉冲充电站（Bochsch、Telwin等）技术性能优良，但成本却超出了我们大多数驾车者的承受能力。同时，独立制造此类设备并不在每个无线电业余爱好者的能力范围内，特别是那些在脉冲电路领域和建立此类设备方面没有必要经验的人。

然而，脉冲充电器不应被认为过于复杂。因此，在[1]中描述了一种基于反激式转换器构建的业余无线电设备。

这种转换器的毫无疑问的优点是它们相对简单且尺寸小。然而，它们也有缺点。其中最严重的问题之一是变压器磁路的磁化，因此需要使用横截面比推挽式转换器大2 ... 2,5倍的磁路。

此外，反激式转换器开关元件上的电压浪涌通常会大大超过电源电压，这需要引入额外的抑制和再生电路。它们的能量损失在高输出功率时最为明显，因此单周期转换器用于功率不超过数百瓦的功率单元。

铅酸电池通常采用三种方式之一充电：恒压、恒流和所谓的安培小时规则。恒压充电实现起来相当简单，但并不能保证XNUMX%使用电池容量。根据安培小时规则（根据Woodbridge）充电可以认为是一种理想的方式，但由于电路复杂，并未得到广泛应用。

使用稳定的充电电流进行充电的方法被认为是最佳的。实现此方法的设备可以轻松配备节点，使您可以自动化充电过程。这组充电器还包括下面描述的内容。

该器件（见图）基于强大晶体管 VT4 和 VT5 上的推挽半桥脉冲转换器（逆变器），由低压侧的脉冲宽度控制器 DA1 控制。这种转换器能够抵抗电源电压的增加和负载电阻的变化，已经在现代计算机的电源中证明了自己的能力。由于 K1114EU4 [2] SHI 控制器中有两个误差放大器，因此不需要额外的微电路来控制充电电流和输出电压。

（点击放大）

高速二极管VD14、VD15保护晶体管VT4、VT5的集电极结免受变压器T2的I绕组上的反向电压的影响，并将发射能量转移回电源。二极管必须有最短导通时间。

当设备连接到网络时，热敏电阻 R1 限制电容器 C4、C5 的充电电流。电源滤波器C1C2C3L1用于抑制逆变器的干扰。电路 R19R21C12VD8 和 R20R22C13VD9 用于通过向其基极电路施加负电压来强制关闭开关晶体管。这减少了开关损耗并提高了转换器的效率。

电容器C8防止由于电容器C2和C4的电容量不等而导致变压器T5的磁路磁化。 R17C11电路有助于降低变压器T2绕组I上的电压浪涌幅度。

变压器 T1 将次级电路与网络电解耦，并将控制脉冲传输到开关晶体管的基极电路。绕组 III 提供比例电流控制。变压器隔离的使用使得设备的运行安全成为可能。

充电电流整流器采用二极管KD2997A（VD10、VD11），能够工作在转换器较高的工作频率下。

电阻R25——电流传感器。来自该电阻器的电压施加到第一控制器误差放大器DA1的非反相输入端，与由电阻器R2“充电电流”设置的反相输入端的电压进行比较。当误差信号发生变化时，控制脉冲的占空比、逆变器开关晶体管的打开时间以及传输到负载的功率都会发生变化。

来自分压器 R23R24 的电压与正在充电的电池上的电压成正比，被馈送到第二误差放大器的非反相输入端，并与施加到该放大器反相输入端的电阻器 R5 两端的电压进行比较。从而，输出电压得到调节。通过降低充电电流，可以避免充电结束时电解液剧烈沸腾。

SHI 控制器具有内置的 5 V 稳定电压源，为所有分压器供电，以设置设备输出所需的电压和充电电流。

由于电源是从设备的输出提供给DA1芯片的，因此将设备的输出电压降低到8V是不可接受的——在这种情况下，充电电流的稳定会停止，并且可能会超过最大允许值。 VT3 晶体管和 VD12 齐纳二极管上组装的节点可以排除这种情况 - 如果充电器装载有故障或高度放电的电池（EMF 低于 9 V），它会阻止充电器打开。齐纳二极管以及节点晶体管保持闭合状态，DA4 芯片的 DTC 输入（引脚 1）通过电阻器 R7 连接到内置参考电压源（引脚 14）的 Uref 输出。 DTC 输入端的电压至少为 3 V，并且禁止形成脉冲。

当健康的电池连接到设备的输出时，VD12 齐纳二极管打开，随后 VT3 晶体管打开，将控制器的 DTC 输入闭合到公共线，从而允许在输出 C1、C2 处形成脉冲（集电极开路）。脉冲重复率约为60 kHz。电流经晶体管VT1、VT2放大后，通过变压器T1传输至开关晶体管VT4、VT5的基极。脉冲重复频率由元件R10和C9决定。由公式F=1,1/R10·C9计算。

二极管KD257B可以用RL205、KD2997A-用其他二极管代替，包括反向电压大于50V、整流电流大于20A的肖特基二极管、FR155-用高速脉冲二极管FR205、FR305以及UF4005 。 SHI 控制器 K1114EU4 有许多国外类似产品 - TL494IN [3]、DBL494、GLRS494、IR2M02、KA7500。晶体管 KT886A、KT1B 或 KT858B-858 适合代替 KT886A-1。

变压器是任何脉冲转换器中最关键和最劳动密集型的元件。不仅设备的特性，而且其整体性能也取决于其制造质量。

变压器T1缠绕在由M20NM铁氧体制成的尺寸为K12x6x2000的环形磁路上。绕组 I 用 PEV-2 0,4 电线均匀地缠绕在整个环上，包含 2x28 匝；绕组 II 和 IV - 9 匝电线 PEV-2 0,5 各。绕组 III - 两匝 MGTF-0,8 线。绕组通过两层薄 PTFE 胶带相互隔离并与磁路隔离。

T2变压器缠绕在由铁氧体M10NM（或者更好的是M10HMC）制成的铠装磁路Ш2000х2500上；类似横截面的环形磁路也是合适的。绕组 I 包含 35 匝 PEV-2 0,8 电线，绕组 II - 由多根 PEV-2 或 PEL 电线组成的 4x4 匝横截面至少为 2 mm2 的线束。如果强制冷却变压器，则可以减小线束的横截面。

应该指出的是，不仅设备的可靠性，而且其运行的安全性也取决于变压器绕组间绝缘的质量，因为正是这种绝缘将次级电路与电源电压隔离。因此，您不应该使用临时材料（包装纸、文具胶带等）来制作它，更不要像缺乏经验的无线电爱好者有时那样忽视它。最好使用薄的氟塑料胶带或高压电容器的电容器纸，敷设2-3层。

将设备组装在尺寸合适的金属盒中。晶体管VT4和VT5安装在表面积至少为100cm2的散热器上。二极管VD10、VD11还提供表面积至少为200cm2的通用散热器。出于充电器安全操作的原因，不应使用作为散热器的设备盒的壁以及二极管和晶体管的公共散热器。通过风扇强制冷却，可以大幅减小散热器的尺寸。

要建立转换器，您需要一台 LATR、一台示波器、一块工作电池和两个仪表 - 一个电压表和一个电流表（最高 20 A）。如果业余无线电爱好者有一个220 V x 220 V的隔离变压器，功率至少为300 W，则应该通过它来打开设备 - 这样工作起来会更安全。

首先，通过一个阻值1欧姆、功率至少75W的临时限流电阻（或者功率40-60W的车灯），将电池连接到设备的输出端，使确保 SHI 控制器的 Uret 输出（引脚 5）处有 14 V 正电压。将示波器连接到控制器的输出 C1 和 C2（引脚 8 和 11）并观察控制脉冲。根据方案将电阻R2的引擎设置到最低位置（最小充电电流），并从LATR向器件的网络输入提供36.. .48 V的电压。晶体管VT4和VT5不应变得很热。示波器控制这些晶体管的发射极和集电极之间的电压。如果脉冲前端有浪涌，则应使用更快的二极管VD14、VD15，或者更准确地选择阻尼电路的元件R17和C11。

必须记住，并非所有示波器都允许在电流连接到网络的电路中进行测量。此外，请记住，设备的某些元件处于电源电压下 - 这并不安全！

如果一切正常，电源输入端的电压通过 LATR 平稳升高至 220 V，并通过示波器监视晶体管 VT4、VT5 的工作情况。此时的输出电流不应超过3A。旋转电阻R2的滑块，确保设备输出端的电流变化平稳。

接下来，从输出电路中移除临时限流电阻（或灯），并将电池直接连接到设备的输出。选择电阻器 R4、R6，使调节器 R2 改变充电电流的限制为 0,5 和 25 A。通过选择电阻器 R15 将最大输出电压设置为 5V。

调节旋钮R2设有以充电电流值校准的刻度。您可以为设备配备电流表。充电器在使用过程中，箱体及所有金属不带电部件必须可靠接地。不建议让正在工作的充电器长时间无人看管。

文学

Kosenko S. VIPER-100A 和基于它的“袖珍”充电器。 - 广播，2002 年，第 11 期，第 30 页32-XNUMX。
开关电源微电路及其应用。目录。 - M.：DODEKA，1997。
TL493、TL494、TL495 脉宽调制控制电路。数据表 - 德州仪器 (TI)，1988 年。ti.com。

作者：V.Sorokoumov, Sergiev Posad

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