專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器，可將高壓市電變換成低壓恒流，且輸出電流可連續(xù)設(shè)定在幾百毫安到幾十安培的任意工作點(diǎn)上，由于采用高頻開(kāi)關(guān)變換方式，因而效率高，體積小重量輕，可用于各種鎳鎘電池、鉛酸蓄電池等的充電。
申請(qǐng)?zhí)枮?0211814的無(wú)變壓器安全充電機(jī)，具有重量輕體積小等優(yōu)點(diǎn)，但因通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流控制，而可控硅存在誤觸發(fā)現(xiàn)象，因而可靠性不高，此外，由于充電夾與市電不隔離，因而人身安全難于保證。
申請(qǐng)?zhí)枮?2211392的開(kāi)關(guān)型自動(dòng)充電器也實(shí)現(xiàn)了恒流充電功能，但只能輸出500毫安的小電流，無(wú)法滿(mǎn)足大容量鉛酸蓄電池的充電要求。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足而研制出了一種無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器。
本實(shí)用新型通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)了無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器。
這種無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器由電流檢測(cè)電路(1)、開(kāi)關(guān)電路(2)和輸出控制電路(3)組成，其特征在于電流檢測(cè)電路(1)的電流取樣電阻R35串聯(lián)于開(kāi)關(guān)電路(2)的輸入回路中，R35的低電位端A為電流檢測(cè)電路(1)的電位參考點(diǎn)，R35的高電位端B與電感L1的一端相連，L1的另一端與電阻R34的一端相連于C點(diǎn)，在C點(diǎn)與A點(diǎn)之間接有一個(gè)電容器C15，運(yùn)算放大器IC4B的同相輸入端與A點(diǎn)相連，反相輸入端與R34的另一端相連，IC4B的輸出端與光電耦合器OPT的輸入端陰極相連，OPT的輸入端陽(yáng)極與電阻R33的一端相連，電阻R33的另一端則與IC4B的反相輸入端相連；通過(guò)改變開(kāi)關(guān)電路(2)中電位器W1滑動(dòng)頭的位置來(lái)改變流過(guò)R35的電流I1的大小。
下面以最大輸出電流為25安培，功率為400瓦的無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器為例來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的工作原理。
原理圖如

圖1所示，以變壓器B1、B2、B3的中間線(xiàn)為界，左邊為隔離低壓工作區(qū)，右邊為市電高壓工作區(qū)。市電經(jīng)橋堆BR整流后經(jīng)R44、R35到達(dá)大功率場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管T6、T7。電容C16、C17則被充電，R44用于抑制浪涌電流，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后可控硅SCR導(dǎo)通，電流主要從SCR流過(guò)。當(dāng)電流I1流過(guò)R35時(shí)，電流檢電路(1)根據(jù)R35的壓降UBA來(lái)測(cè)出I1的大小，UBA經(jīng)L1、C15濾波后送到IC4B與OPT、R33、R34組成的反相放大器，I1越大則UBA越大，光電耦合器OPT輸出電位(即IC1腳1的電位)越高。
開(kāi)關(guān)電路(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出充電電流的控制及功率變換，當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后IC1(TL494)的9腳和10腳輸出相差為180°的高頻矩形脈沖，經(jīng)變壓器B1的初級(jí)耦合到次級(jí)驅(qū)動(dòng)大功率開(kāi)關(guān)管T6、T7使其交替導(dǎo)通，于是在大功率開(kāi)關(guān)變壓器B2的次級(jí)就輸出高頻電壓或電流再由D5、D6整流經(jīng)L2、C24濾波后得到直流充電電流I2。
其恒流過(guò)程為如果I1、I2增大，則IC1腳1的電位升高，于是IC1輸出矩形脈沖寬度變窄，其結(jié)果使T6、T7的導(dǎo)通時(shí)間變短，其結(jié)果使輸出電流I2變小。
根據(jù)變壓器工作原理有I2I1=N1N2]]>式中N1、N2分別為變壓器B2初、次級(jí)的匝數(shù)。
顯然I2與I1成正比，調(diào)整I1的大小就可以調(diào)整I2的大小。電位器W1用來(lái)完成此功能，當(dāng)W1的滑動(dòng)頭往上滑時(shí)IC2A的輸出電位升高也即IC1的比較器輸入端的參考電位增高，于是輸出充電電流增大，當(dāng)W1的滑動(dòng)頭從最下端滑到最上端時(shí)輸出充電電流I2可從300mA變化到25A。W2則用于設(shè)定充電電壓的最大值，當(dāng)W2值調(diào)小時(shí)充電電壓設(shè)大，當(dāng)電池充電電壓達(dá)到設(shè)定值后則處于小電流懸浮充電狀態(tài)。
IC1輸出頻率由C9、R9決定，即f=1R9C9]]>對(duì)于圖1的參數(shù)f≈100KHzB3、T10及其附屬元件組成了一個(gè)小功率的反激型開(kāi)關(guān)電源，輸出兩組獨(dú)立的12v左右的電壓，一路給低壓電路供電，另一路則給12v風(fēng)扇FAN和電流檢測(cè)電路供電，當(dāng)電阻R27、R28減小時(shí)可以使兩12v輸出電壓增大。
IC4A及其附屬元件組成單雙電源變換，即把C22上的12v電壓變換成±6v給IC4B供電，同時(shí)又給可控硅SCR提供觸發(fā)導(dǎo)通電流。
輸出控制電路(3)由IC3及其附屬元件組成，其作用是當(dāng)被充電電池BATT的正極接X(jué)點(diǎn)，負(fù)極接Y點(diǎn)時(shí)(X、Y即是充電夾子)繼電器J的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，于是正常充電，如果極性接反則繼電器不動(dòng)作，圖1所示的參數(shù)適用于被充電電池電壓大于6v以上的場(chǎng)合才能使得電池接入時(shí)IC2C的反向輸入端有5v以上的電位，而IC2C的同相端接IC1的14腳(即5v基準(zhǔn)電壓)于是電池BATT正確接入后IC2C輸出變成低電平，經(jīng)C4后形成低電平觸發(fā)脈沖送到IC3的2腳，于是IC3的3腳輸出高電平使繼電器J動(dòng)作，觸點(diǎn)吸合，當(dāng)電池BATT移走后，充電電流消失，ICB的反相輸入端電位低于同相輸入端電位，于是輸出變成高電平，經(jīng)C5后形成高電平觸發(fā)脈沖送到IC3的6腳，于是IC3的3腳輸出低電平使繼電器J觸點(diǎn)斷開(kāi)，正常充電時(shí)發(fā)光二極管LED1發(fā)光，而LED2則不充電時(shí)發(fā)光。
元件選取電感L1為1mH-2mH的小功率電感，IC4可選用CA4558、LF353、NE5532等雙運(yùn)放，電阻R35的功率為3W-5W，要加散熱器。
T6、T7可選用耐壓為500v左右，電流達(dá)20A的N溝場(chǎng)效應(yīng)管，要固定在足夠大的散熱器上，電容器C16、C17的耐壓要在200v以上，SCR用電流6A以上耐壓400v以上的可控硅且要加散熱器，整流橋堆BR的電流為6A以上，耐壓400v以上，也要加散熱器，二極管D5、D6都采用30A以上的快恢復(fù)二極管，如MUR3060，且要固定在足夠大的散熱器上，此外開(kāi)關(guān)管T10也要加散熱器，電阻R25的功率為8W-10W，C13、C18的耐壓為1KV以上。圖1中未注明型號(hào)的二極管均為快恢復(fù)二極管。
變壓器B1可用中心柱面面積為36mm2的EI型鐵氧體鐵芯，初級(jí)繞25匝左右，次級(jí)兩個(gè)繞組為20匝-25匝，其同名端如圖1所示，不可接錯(cuò)，繞組的線(xiàn)徑為0.21mm左右，變壓器B3也用同樣的磁芯同樣線(xiàn)徑的漆包線(xiàn)，繞組參考匝數(shù)如下NP為86匝，NS為12匝，N3為16匝，N4為14匝。
變壓器B2決定了充電器的輸出功率，其鐵芯尺寸由下式?jīng)Q定ScSo=PT×105f B]]>式中Sc為鐵芯截面積(cm2)Sc為窗口面積(cm2)PT為變壓器計(jì)算功率(W)f為變壓器的工作頻率(Hz)B為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度(高斯)，取飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的 當(dāng)PT＝400W，f＝100kHz時(shí)，對(duì)于鐵氧體取B＝1500高斯代入上式得ScSo＝2.67cm4，取EE15型磁芯，其Sc＝2.25cm2，So＝3.92cm2，則ScSo＝8.8cm4＞5.3cm4，可以滿(mǎn)足要求繞組匝數(shù)由下式?jīng)Q定初級(jí)匝數(shù)NP=E×1084fBSc]]>式中E為整流橋堆的最大輸出電壓，可取為270v，對(duì)于圖1有 為了使輸入為200v時(shí)輸出仍有16v的電壓則次級(jí)匝數(shù)N2為 繞組線(xiàn)徑由下式?jīng)Q定初級(jí)線(xiàn)徑d1=0.8I(mm)]]>式中I為流過(guò)繞組的最大平均電流，對(duì)于400W其線(xiàn)徑為d1=0.84=1.6(mm)]]>同理次級(jí)繞組線(xiàn)徑d2=0.812.5=2.8(mm)]]>為了減小趨膚效應(yīng)，要求初、次級(jí)均用多根細(xì)漆包線(xiàn)合成一股，使每股的等效線(xiàn)徑為計(jì)算值后再進(jìn)行繞制。
濾波電感L2的值約為0.3mH，可用中心柱面為1.44cm2的EI型鐵氧體為磁芯繞10匝-15匝，要求繞組線(xiàn)徑約4mm。
考濾到充電器的長(zhǎng)時(shí)間工作，為了更好地散熱，增加了12v風(fēng)扇FAN，整流二極管D5、D6及開(kāi)關(guān)管T6、T7是發(fā)熱最大的元件，這些元件及其散熱器應(yīng)盡可能靠近風(fēng)扇安裝。
本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)拋棄了傳統(tǒng)的工頻變壓器，因而體積和重量大大減小，非常適合作為電動(dòng)汽車(chē)的便攜式充電器；另一方面，由于充電器的充電夾子X(jué)、Y與市電完全隔離，因而為操作人員的安全提供了保障。
權(quán)利要求1.無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器，由電流檢測(cè)電路(1)、開(kāi)關(guān)電路(2)和輸出控制電路(3)組成，其特征在于電流檢測(cè)電路(1)的電流取樣電阻R35串聯(lián)于開(kāi)關(guān)電路(2)的輸入回路中，R35的低電位端A為電流檢測(cè)電路(1)的電位參考點(diǎn)，R35的高電位端B與電感L1的一端相連，L1的另一端與電阻R34的一端相連于C點(diǎn)，在C點(diǎn)與A點(diǎn)之間接有一個(gè)電容器C15，運(yùn)算放大器IC4B的同相輸入端與A點(diǎn)相連，反相輸入端與R34的另一端相連，IC4B的輸出端與光電耦合器OPT的輸入端陰極相連，OPT的輸入端陽(yáng)極與電阻R33的一端相連，電阻R33的另一端則與IC4B的反相輸入端相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器，其特征在于通過(guò)改變開(kāi)關(guān)電路(2)中電位器W1滑動(dòng)頭的位置來(lái)改變流過(guò)R35的電流I1的大小。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為無(wú)工頻變壓器的大功率恒流充電器，由電流檢測(cè)電路(1)、開(kāi)關(guān)電路(2)和輸出控制電路(3)組成；電流檢測(cè)電路(1)有一個(gè)電組R35串聯(lián)于開(kāi)關(guān)電路(2)的高壓輸入回路中，運(yùn)算放大器IC4B和光電耦合器OPT等組成反相放大器，將R35兩端電壓放大后去控制開(kāi)關(guān)電路(2)中IC1輸出矩形脈沖的寬度，從而實(shí)現(xiàn)輸出充電電流的恒定。它的充電效率高，安全可靠，輸出電流范圍廣，可用于鎳鎘電池、鉛酸蓄電池的充電，特別可作為電動(dòng)汽車(chē)的便攜式充電器。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2245294SQ9521256
公開(kāi)日1997年1月15日 申請(qǐng)日期1995年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月17日
發(fā)明者粟桂息 申請(qǐng)人:粟桂息