无工频变压器的大功率恒流充电器的制作方法

文档序号:7306801阅读:325来源:国知局
专利名称:无工频变压器的大功率恒流充电器的制作方法
技术领域
本实用新型是一种无工频变压器的大功率恒流充电器,可将高压市电变换成低压恒流,且输出电流可连续设定在几百毫安到几十安培的任意工作点上,由于采用高频开关变换方式,因而效率高,体积小重量轻,可用于各种镍镉电池、铅酸蓄电池等的充电。
申请号为90211814的无变压器安全充电机,具有重量轻体积小等优点,但因通过控制可控硅导通角来实现恒流控制,而可控硅存在误触发现象,因而可靠性不高,此外,由于充电夹与市电不隔离,因而人身安全难于保证。
申请号为92211392的开关型自动充电器也实现了恒流充电功能,但只能输出500毫安的小电流,无法满足大容量铅酸蓄电池的充电要求。
本实用新型的目的在于克服上述技术的不足而研制出了一种无工频变压器的大功率恒流充电器。
本实用新型通过如下方式实现了无工频变压器的大功率恒流充电器。
这种无工频变压器的大功率恒流充电器由电流检测电路(1)、开关电路(2)和输出控制电路(3)组成,其特征在于电流检测电路(1)的电流取样电阻R35串联于开关电路(2)的输入回路中,R35的低电位端A为电流检测电路(1)的电位参考点,R35的高电位端B与电感L1的一端相连,L1的另一端与电阻R34的一端相连于C点,在C点与A点之间接有一个电容器C15,运算放大器IC4B的同相输入端与A点相连,反相输入端与R34的另一端相连,IC4B的输出端与光电耦合器OPT的输入端阴极相连,OPT的输入端阳极与电阻R33的一端相连,电阻R33的另一端则与IC4B的反相输入端相连;通过改变开关电路(2)中电位器W1滑动头的位置来改变流过R35的电流I1的大小。
下面以最大输出电流为25安培,功率为400瓦的无工频变压器的大功率恒流充电器为例来说明本实用新型的工作原理。
原理图如

图1所示,以变压器B1、B2、B3的中间线为界,左边为隔离低压工作区,右边为市电高压工作区。市电经桥堆BR整流后经R44、R35到达大功率场效应开关管T6、T7。电容C16、C17则被充电,R44用于抑制浪涌电流,经过一段时间后可控硅SCR导通,电流主要从SCR流过。当电流I1流过R35时,电流检电路(1)根据R35的压降UBA来测出I1的大小,UBA经L1、C15滤波后送到IC4B与OPT、R33、R34组成的反相放大器,I1越大则UBA越大,光电耦合器OPT输出电位(即IC1脚1的电位)越高。
开关电路(2)实现对输出充电电流的控制及功率变换,当电路进入稳态后IC1(TL494)的9脚和10脚输出相差为180°的高频矩形脉冲,经变压器B1的初级耦合到次级驱动大功率开关管T6、T7使其交替导通,于是在大功率开关变压器B2的次级就输出高频电压或电流再由D5、D6整流经L2、C24滤波后得到直流充电电流I2。
其恒流过程为如果I1、I2增大,则IC1脚1的电位升高,于是IC1输出矩形脉冲宽度变窄,其结果使T6、T7的导通时间变短,其结果使输出电流I2变小。
根据变压器工作原理有I2I1=N1N2]]>式中N1、N2分别为变压器B2初、次级的匝数。
显然I2与I1成正比,调整I1的大小就可以调整I2的大小。电位器W1用来完成此功能,当W1的滑动头往上滑时IC2A的输出电位升高也即IC1的比较器输入端的参考电位增高,于是输出充电电流增大,当W1的滑动头从最下端滑到最上端时输出充电电流I2可从300mA变化到25A。W2则用于设定充电电压的最大值,当W2值调小时充电电压设大,当电池充电电压达到设定值后则处于小电流悬浮充电状态。
IC1输出频率由C9、R9决定,即f=1R9C9]]>对于图1的参数f≈100KHzB3、T10及其附属元件组成了一个小功率的反激型开关电源,输出两组独立的12v左右的电压,一路给低压电路供电,另一路则给12v风扇FAN和电流检测电路供电,当电阻R27、R28减小时可以使两12v输出电压增大。
IC4A及其附属元件组成单双电源变换,即把C22上的12v电压变换成±6v给IC4B供电,同时又给可控硅SCR提供触发导通电流。
输出控制电路(3)由IC3及其附属元件组成,其作用是当被充电电池BATT的正极接X点,负极接Y点时(X、Y即是充电夹子)继电器J的常开触点闭合,于是正常充电,如果极性接反则继电器不动作,图1所示的参数适用于被充电电池电压大于6v以上的场合才能使得电池接入时IC2C的反向输入端有5v以上的电位,而IC2C的同相端接IC1的14脚(即5v基准电压)于是电池BATT正确接入后IC2C输出变成低电平,经C4后形成低电平触发脉冲送到IC3的2脚,于是IC3的3脚输出高电平使继电器J动作,触点吸合,当电池BATT移走后,充电电流消失,ICB的反相输入端电位低于同相输入端电位,于是输出变成高电平,经C5后形成高电平触发脉冲送到IC3的6脚,于是IC3的3脚输出低电平使继电器J触点断开,正常充电时发光二极管LED1发光,而LED2则不充电时发光。
元件选取电感L1为1mH-2mH的小功率电感,IC4可选用CA4558、LF353、NE5532等双运放,电阻R35的功率为3W-5W,要加散热器。
T6、T7可选用耐压为500v左右,电流达20A的N沟场效应管,要固定在足够大的散热器上,电容器C16、C17的耐压要在200v以上,SCR用电流6A以上耐压400v以上的可控硅且要加散热器,整流桥堆BR的电流为6A以上,耐压400v以上,也要加散热器,二极管D5、D6都采用30A以上的快恢复二极管,如MUR3060,且要固定在足够大的散热器上,此外开关管T10也要加散热器,电阻R25的功率为8W-10W,C13、C18的耐压为1KV以上。图1中未注明型号的二极管均为快恢复二极管。
变压器B1可用中心柱面面积为36mm2的EI型铁氧体铁芯,初级绕25匝左右,次级两个绕组为20匝-25匝,其同名端如图1所示,不可接错,绕组的线径为0.21mm左右,变压器B3也用同样的磁芯同样线径的漆包线,绕组参考匝数如下NP为86匝,NS为12匝,N3为16匝,N4为14匝。
变压器B2决定了充电器的输出功率,其铁芯尺寸由下式决定ScSo=PT×105f B]]>式中Sc为铁芯截面积(cm2)Sc为窗口面积(cm2)PT为变压器计算功率(W)f为变压器的工作频率(Hz)B为工作磁感应强度(高斯),取饱和磁感应强度的 当PT=400W,f=100kHz时,对于铁氧体取B=1500高斯代入上式得ScSo=2.67cm4,取EE15型磁芯,其Sc=2.25cm2,So=3.92cm2,则ScSo=8.8cm4>5.3cm4,可以满足要求绕组匝数由下式决定初级匝数NP=E×1084fBSc]]>式中E为整流桥堆的最大输出电压,可取为270v,对于图1有 为了使输入为200v时输出仍有16v的电压则次级匝数N2为 绕组线径由下式决定初级线径d1=0.8I(mm)]]>式中I为流过绕组的最大平均电流,对于400W其线径为d1=0.84=1.6(mm)]]>同理次级绕组线径d2=0.812.5=2.8(mm)]]>为了减小趋肤效应,要求初、次级均用多根细漆包线合成一股,使每股的等效线径为计算值后再进行绕制。
滤波电感L2的值约为0.3mH,可用中心柱面为1.44cm2的EI型铁氧体为磁芯绕10匝-15匝,要求绕组线径约4mm。
考滤到充电器的长时间工作,为了更好地散热,增加了12v风扇FAN,整流二极管D5、D6及开关管T6、T7是发热最大的元件,这些元件及其散热器应尽可能靠近风扇安装。
本实用新型和现有技术相比有如下优点抛弃了传统的工频变压器,因而体积和重量大大减小,非常适合作为电动汽车的便携式充电器;另一方面,由于充电器的充电夹子X、Y与市电完全隔离,因而为操作人员的安全提供了保障。
权利要求1.无工频变压器的大功率恒流充电器,由电流检测电路(1)、开关电路(2)和输出控制电路(3)组成,其特征在于电流检测电路(1)的电流取样电阻R35串联于开关电路(2)的输入回路中,R35的低电位端A为电流检测电路(1)的电位参考点,R35的高电位端B与电感L1的一端相连,L1的另一端与电阻R34的一端相连于C点,在C点与A点之间接有一个电容器C15,运算放大器IC4B的同相输入端与A点相连,反相输入端与R34的另一端相连,IC4B的输出端与光电耦合器OPT的输入端阴极相连,OPT的输入端阳极与电阻R33的一端相连,电阻R33的另一端则与IC4B的反相输入端相连。
2.按照权利要求1所述的无工频变压器的大功率恒流充电器,其特征在于通过改变开关电路(2)中电位器W1滑动头的位置来改变流过R35的电流I1的大小。
专利摘要本实用新型为无工频变压器的大功率恒流充电器,由电流检测电路(1)、开关电路(2)和输出控制电路(3)组成;电流检测电路(1)有一个电组R35串联于开关电路(2)的高压输入回路中,运算放大器IC4B和光电耦合器OPT等组成反相放大器,将R35两端电压放大后去控制开关电路(2)中IC1输出矩形脉冲的宽度,从而实现输出充电电流的恒定。它的充电效率高,安全可靠,输出电流范围广,可用于镍镉电池、铅酸蓄电池的充电,特别可作为电动汽车的便携式充电器。
文档编号H02J7/10GK2245294SQ9521256
公开日1997年1月15日 申请日期1995年7月17日 优先权日1995年7月17日
发明者粟桂息 申请人:粟桂息
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