小功率充电器的设计

文章摘要：T=1/f——变压器工作周期。式（5）中E、ton、T、Lp为定值，所以输出电压Uo随负载电阻RL的大小而变化，若忽略整流器件压降，则输出电压最大值应为： Uomax=(1/n)Up=(1/n)E （6） V7承受的反压应为： Ucc=E＋Up=E＋nUo （7） 3）toff<τ 各参数波形如图4所示。从图4中可以看出磁通?荚趖off期间不能复位，ip也不是从0开始线性增加，is下降不到0，这种工作状态输出电压Uo应满足如下关系： Eton=(Np/Ns)Uot Uo=(ton/toff)(Ns/Np)E 图4 toff <τ 的 波 形

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T=1/f——变压器工作周期。

式（5）中E、ton、T、Lp为定值，所以输出电压Uo随负载电阻RL的大小而变化，若忽略整流器件压降，则输出电压最大值应为：

Uomax=(1/n)Up=(1/n)E （6）

V7承受的反压应为：

Ucc=E＋Up=E＋nUo （7）

3）toff<τ

各参数波形如图4所示。从图4中可以看出磁通?荚趖off期间不能复位，ip也不是从0开始线性增加，is下降不到0，这种工作状态输出电压Uo应满足如下关系：

Eton=(Np/Ns)Uot

Uo=(ton/toff)(Ns/Np)E

图4 toff <τ 的 波 形 图

上式说明在Lp较大的情况下，Uo只决定于变压器匝数、导通截止脉宽和电源电压E，而与负载电阻

RL无关。

上述三种工作状态中，第二种工作状态输出电压Uo随负载电阻大小而变化，我们正好利用这个特点，满足充电器的充电特性。

从电路中可知，电路的负载电阻RL实际上是被充电电池的等效内阻，当电池电量放空时，等效内阻RL很小，随着充电量增大，其等效内阻升高，而电路输出电压 Uo就是充电电压，其变化是随RL增大而升高，所以有如图5所示的充电特性曲线。从图5可以看出充电电流是随着RL增大而下降。io=uo/RL

充电电压uo、充电电流io都是随RL而变化，RL的变化曲线是电池的充电特性决定的，所以用单端反激电路作成的充电器其充电电压、电流有很好的跟随性。

图5 充 电 特 性 曲 线

当电池充满后，RL也就大到一定限度，充电电压也就进入饱和状态，充电电流自动进入浮充状态。

这样便大大简化了自动充电的控制电路。与相同性能的其它充电器电路相比，成本大大降低，可靠性大大提高。

2 、电路设计计算
为了简便，现只介绍单端反激变换电路中变压器的设计及主要元器件的选用方法。

2.1 高频变压器的设计

变压器是变换器的主要部件，其设计内容主要是磁芯选定，绕组匝数和导线直径的选定。

1）变压器主要参数计算公式

输出功率Po=UoIo

输入功率PI=Po/η

占空比D=ton/T

变压器效率η=Po/PI

负载电阻RL=Uo/Io

变压器输入电流最大值Ipmax=2Uo2/DηEminRL

变压器输入电流有效值Ipeff=DIp

变压器工作频率f的确定：

f高虽然体积、重量可减小，但V7开关损耗增大，f低则变压器体积变大重量加大，综合考虑，一般选f=50kHz左右。

2）磁芯尺寸选取

因电路为单端反激电路，所以励磁电流是单方向的，变压器磁芯中产生的磁通只沿着磁滞回线在第一象限上下移动，如图6所示。

[a] 励磁电流 (b) 磁滞回线

图6 励磁电流及磁滞回线

按图6中的磁路工作状态，对磁芯尺寸计算公式推导如下：

据电磁感应定律

e=－Np(dφ/dt) e=E－Uces

若忽略V7饱和压降Uces，则

Npdφ=Edt

NpΔφ=Eton

Δφ=ΔBSC

Np=(E×104ton×10－6/Δ BSC)=Eton/100ΔBSC （8）

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