家用穩壓充電器設計

家用穩壓充電器設計

充電器設計思路

充電器設計分為兩個模塊變壓整流模塊和充電管理模塊，其中變壓整流模塊中以模仿家庭用電高峰期不穩定性的特點，假設取電電壓為180V到220V之間的交流高頻諧波電壓，將其電壓通過SVPWM整流器進行AC-DC及降壓轉換，得到22V左右的直流電壓，由于受到高低次諧波影響的原因，實際的電壓在22V以上，為了得到穩定的直流電壓，需再經過濾波器和穩壓器使其電壓穩定在18V到22V之間。然后穩定的電壓進入充電管理模塊，電壓接入UC3906芯片，利用UC3906的智能調節功能給予蓄電池穩定的充電模式。

元器件介紹

LDC線性穩壓器

LDC線性穩壓器是一種步降式DC-DC變換器LDO線性穩壓器的精度受誤差放大器提供參考電壓VREF帶隙基準電壓源的精度的直接影響，為了使VOUT穩定輸出，需要用放大器EA通過VBF與VREF的比較值得出功率管柵極的誤差電壓值而對功率管的導通電流值進行調整而確定。反饋網絡的功能的原理是獲取LDO線性穩壓器的輸出電壓樣本。此時，誤差放大器的參考電壓與輸入端的反饋電壓比較，其結構是由RF1，RF2組成；功率管的主要作用是輸入向負載提供大電流的通道。

在圖1中，反饋網絡RF2的分壓與輸出電壓VOUT同步，其分壓VBF與誤差放大器同相輸入端相連，其中輸出電壓VOUT的調整由穩壓器的智能化完成，當VOUT降低時，與其同相連接的RF2分壓反饋到誤差放大器進行比較，差值減小，則調整功率管，使輸出電流增加并對CL充電，使VOUT升高，反之如此。所以LDO線性穩壓器總是處于深度負反饋狀態，具有連續校正功能，總能得到穩定的輸出電壓。

圖1 LDC線性穩壓器

UC3906

美國公司TI生產的UC3906芯片，專用于蓄電池充電管理，它的電流為1.7mA，可以提供三種充電狀態，分別為大電流恒流充電狀態，高電壓過充電狀態和低電壓浮充電狀態。

其整體的結構是電路，其中限流模塊，電流檢測模塊，參考電壓具有溫度補償的模塊，電壓檢測模塊為模擬電路，RS觸發器，補償元件，充電電流檢測放大器為數字電路等等。電池的充電狀態是由電流電壓檢測比較器來完成，同時在狀態邏輯電路中，控制輸入信號，25mA輸出可使驅動器直接驅動外部串聯的調整管，從而使電壓和電流的輸出得以控制，而驅動器的調整則是由獨立電壓控制回路和限電流放大器來完成。UC3906其內部的精確基準電壓與溫度變化保持一致，其溫度與蓄電池電壓的溫度同步。

圖2 為UC3906的內部結構圖

圖3 整流濾波電路

圖4 整流器矢量圖

圖5 充電器UC3906外圍電路

充電器電路設計

整流濾波電路

如圖電路3所示，其中T1到T6為整流器SVPWM整流器的功率開關，交流側電感L主要作用是限制開關器件所產生的高次諧波，控制大小幅度目的是以適應用電要求，其中過大則影響電源電流跟蹤指令的速度和系統的負載能力，過小則會增加在電源電流中高次諧波的含量，濾波電路具有每10倍頻程-60dB的衰減速度，同時對不穩定的頻率諧波有抑制作用。

比較“等量”變換的定則，原理是坐標變換，是通過在abc坐標系中的矢量與變換后的dq坐標系的矢量相等的條件。關于三相電路，有功分量是軸分量，而無功分量則用q軸以表示。其中，S在dq坐標系上的有功分量和無功分量用開關函數Sd和Sq表示。在兩相同步旋轉坐標系下關于三相電壓型全控整流器的模型下，通過計算可得數學模型如下：

同時，此電路具有雙向導通能力，具有功率因數為1和-1的兩種運行狀態，功率因數為1時為正電阻特性，吸收能量，為-1時，則是負電阻特性，釋放能量，這就是電路的顯著特點，能量的雙向傳輸。

UC3906外圍設計

根據前面介紹的UC3906的工作原理，通過證明可行性，設計鉛酸蓄電池12V、25AH實例，關于電路示意圖為圖5。輸入、過充、浮充、過充轉換、浮充轉換電壓和最大電流，過充終止電流分別為UIN=18V，UOC=15V，UF=14.5V，U12=14.25V， U13=11.7V，Imax=2.5A，IOC=0.25A。

正常一般都在蓄電池上接充電器，將一個二極管串聯在輸出端和調整管之間，其目的是控制蓄電池電流會流入充電器。同樣的，包括避免中斷輸入電源后， R1、R2、R3會在外電路會使蓄電池進行放電，此時通過電源指示晶體管的腳7與R3串聯接地，警示放電情況。接入電壓使Q1閉合，此時電池兩端電壓升高，電流固定為2.5A。當電壓升至到14.25V時，電流將從2.5A開始下降。電池此時的狀態叫過充。當過充電終止電流IOCT高于充電電流時，芯片的腳10輸出高電平，但比較器LM339會輸出低電平， 浮充狀態將會自行進入蓄電池進行充電。檢測蓄電池的電充滿了，發光管指示會亮。

總結

本設計是為了解決家庭用電不穩定性導致蓄電池壽命的影響，本設計為此制造的充電器，其功能未解決電壓過低及諧波頻率不同等電能質量問題，優點在于穩定的輸出電流，不足在于造價過高。此充電器用于高精度的充電儀器，蓄電池等。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.004