小功率蓄电池充电电源的设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｐｏｗｅｒ Ｂａｔｔｅｒｙ 张建雷 ，： （１．盐城工学院电气工程学院，江苏盐城２２４０５１；２．安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南２３２００１；） ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ．１ｅｉ１，２ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｃｈｅｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ２２４０５１，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅＡｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉ’ａｎ２３２００１，Ｃｈｉｎａ） 【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］Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｈａｒｉｇｎｇａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｅａｄ—ａｃｉｄｂａｔｔｅｒｙ，ｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｃｈａｒｉｇｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒ ｌｅａｄ・ｃａｉｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ａ ｌｅａｄ－ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｄｏｐｔｓ ｌｆｙ－ｂａｃｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ．Ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｎｓｆｏｒｒｎｅｒｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｎｇｏｆｔｈｅｆｅｅｄｂａｃｋｌｏｏｐ． 【关键词】铅酸蓄电池；反激变换器；高频变压器 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｌｅａｄ－ａｃｉｄｂａｔｔｅｒｙ；ｌｆｙ－ｂａｃｋｃｏｎｖｅｒｔｒｅ；ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ 【中图分类号］ＴＮ８６ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１６７３—１０６９（２Ｏｌ ７）０４．０１ １９．０２ １引言 ２反激变换器主电路参数的选择 开关电源主电路拓扑结构对于车载充电电源的设计有着 论文设计一台小功率铅酸蓄电池充电器。充电器主要技 至关重要的作用。我们根据需要分析电路的功率、效率、成本 术指标如下： 等方面内容，再分析各个主电路的拓扑结构，选择合适的电 输入电源：单相交流工频电源１７０－２６０Ｖ； 路。在隔离型的ＤＣ／ＤＣ变换器电路中有很多种拓扑电路，如 输出电压：４８Ｖ； 正激电路、反激电路、全桥电路、半桥电路和推挽电路。这里设 最大充电电流：１．５Ａ； 计的电路是小功率的，全桥电路结构比较复杂，成本高，半桥 工作频率：ｌＯＯｋＨｚ； 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 ２．１整流滤波直流电压范围 范围，故不选。我们选用反激式ＤＣ／ＤＣ变换器，因为反激式 最大直流电压纹波由下式计算： ＤＣ／ＤＣ变换器与正激变换器相比的优点是电路简单，少一个 △ 戤：＿ Ｌ 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 Ｖ ２ ×２ｆ，ｘＣ￣， 重量，增加了电路可靠性，非常适用于小功率的车载充电电 其中， 为输入端整流滤波的导通占空比，可以令 ＝ 源，故论文设计了７２Ｗ铅酸蓄电池充电电源，电路采用单管 ０．２； 为输入端的滤波电容；将各个参数带入计算，我们可以 反激式ＤＣＩＤＣ变换器拓扑结构。 计算出最大纹波电压为２６Ｖ。 【作者简介】张建雷（１９９２一），男，江苏盐城人，从事电力电子及电力 ２．２变压器设计 传动与研究。 反激电路中主电路的参数设计中，最值得我们重点对待 １１９ ｌ中小企业管理与科技 ｌＭａｎａ￣ｍｅｍ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳＭＥ 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 磁芯选用Ｒ２ＫＢ软磁铁氧体ＥＸ型磁芯，工作磁密Ｂｍ＝ Ｏ．５ｍＴ，ＡＢ＝Ｏ．２３ｍＴ，磁芯的有效截面积Ａ ｅ＝１２５ｍｍ２。变压器的 二次侧电压为： ２＝ 。“‘＋ ｄ 出＋ ｃ＝４８＋Ｏ．６＋０．０５＝４８．６５Ｖ 变压器输出功率 ＝Ｖ２ｘｌ￣，＝７２．９８Ｗ 忙 ” ：垒丝 ：１×Ｄ ２４０ｘ０．５ ．‘ ２２Ａ ２．２．２变压器的变比 变压器原边电压最小值 ｌ为： 。蛐＝ Ｋ［ｍ）＝ 历㈣一Ｖ￣）＝２４０—２—１＝２３７＂９ 其中， 输入直流电压， 为漏源极电压， 为采样电 阻最高压降。 血 ）＝ ０ 一 蛐一 ｊ＝４８—０．６—０．０５＝４７．３５Ｖ 其中， 是输出电压， 鼬是输出整流二极管的通态压 降，Ｖ 是输出导线压降。 变压器的原副边匝数比： ： ５ ２．２．３变压器原边和副边匝数 一 １ ｒ ２４０ｘ０＂５ｘ１０ｘ１０￣：＝９８４１＆Ｈ…变压器原边匝数Ⅳ１可由下式决定： Ｎｌ＝ －－４１．２ 实际变压器原边匝数取４２匝，则变压器副边匝数Ｎ￣＝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ＴＩＡ３ １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 １２０ 压器两边的地相隔离，最终使负载端地和输入端地相隔离。 Ｒ１５ Ｒ１６ 图１反馈环路 该电路中， 为电路输出电压，通过电阻Ｒ１５和Ｒ１６的 分压到ｑ３Ａ３１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－ Ｉ＋Ｒ￣ｄＲ西） 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 升高时， ＴＩＡ３１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 变大，从而使线性光耦ＰＣ８１７的三极 管的集电极电流，ｃ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 减小，最终保持踟不变。电路中Ｒ３３是线性光耦 ＰＣ８１７的二极管的限流电阻，Ｒ３４为ＴＩＡ３１的偏置电阻，使 ＴＩＡ３１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】 【１】张建，王建冈．电动汽车用高效率ＤＣＡ３Ｃ电源变换器设计们．现代 仪器，２０１２，１８（６）：５１—５４． 【２１廖金华，李建黎．铅蓄电池充电技术综述【Ｊ】－蓄电池，２０１０，４７（３）： １３２一ｌ３５． 【３】桂长清，蔡正英，马军，等．动力电池【Ｍ】．北京：机械工业出版社， ２００Ｒ