Qual é a diferença entre um carregador e uma fonte de alimentação comutada?
Existem muitos tipos de carregadores no mercado. Alguns usam o regulador de tensão linear do transformador de frequência de energia, alguns usam a versão de controle SCR e alguns usam a fonte de alimentação comutada. Carregadores que usam fonte de alimentação alternada têm mais carga de bateria do que fontes de alimentação alternadas. O circuito de controle, como o circuito de carregamento de três estágios, os carregadores avançados também possuem carregamento de pulso ou função de dessulfurização de pulso negativo, esta função pode realizar carregamento rápido.
Como funciona o carregador de bateria?
No momento, o driver de terminação única mais usado e mais antigo que pode acionar diretamente as chaves FET do MOS é o MC3842. Enquanto estabiliza a tensão de saída, o MC3842 também tem uma função de controle de corrente de carga, por isso é freqüentemente chamado de driver de fonte de alimentação chaveado controlado por corrente. É sem dúvida uma vantagem única para o carregador. Esta função pode alcançar estabilidade constante com apenas alguns componentes externos. Saída de tensão, enquanto controla a corrente de carga. Especialmente o MC3842 pode acionar diretamente o tubo MOS FET, o que pode melhorar muito a confiabilidade do carregador. Devido à aplicação extremamente ampla do MC3842, este artigo apenas apresenta suas características.
O MC3842 é um circuito integrado de driver de fonte de alimentação de comutação excitado externamente com saída de 8 pinos e coluna dupla. Suas funções internas incluem: regulador de tensão de referência, amplificador de erro, comparador de largura de pulso, trava, oscilador, modulador de largura de pulso (PWM), estágio de driver de saída de pulso e assim por diante. O MC3842 tem muitos produtos semelhantes, entre os quais os intercambiáveis são UC3842, IR3842N, SG3842, CM3842 (doméstico), LM3842, etc. O diagrama de blocos interno do MC3842 é mostrado na Figura 1. Suas características são as seguintes:
Saída de pulso PWM de terminação única, a corrente da unidade de saída é 200mA e a corrente de pico pode chegar a 1A.
A tensão inicial é superior a 16 V e a corrente inicial é de apenas 1 mA para entrar no estado de funcionamento. Depois de entrar no estado de trabalho, a tensão de trabalho está entre 10-34 V e a corrente de carga é de 15 mA. Excedendo a tensão operacional normal, a fonte de alimentação comutada entra no estado de proteção de subtensão ou sobretensão e o circuito integrado não tem saída de pulso de transmissão neste momento.
Fonte de tensão de referência de 5 V / 50 mA embutida, dividida por 2: 1 como a tensão de referência de amostragem.
O pulso de acionamento de saída pode acionar transistores bipolares e transistores de efeito de campo MOS. Se estiver acionando um transistor bipolar, é aconselhável conectar um circuito de aceleração de corte RC à base do tubo da chave e limitar a frequência do oscilador abaixo de 40 kHz. Se estiver acionando um tubo de efeito de campo MOS, a frequência de oscilação é definida por um circuito RC externo e a frequência de operação pode atingir até 500kHz.
Entrada de proteção de sobrecorrente integrada (pino 3) e entrada de amplificação de erro (pino 1) dois terminais de controle de modulação de pulso (PWM). A entrada do amplificador de erro constitui o sistema de controle principal de modulação por largura de pulso (PWM). A entrada de detecção de sobrecorrente pode controlar os pulsos um a um, controlando diretamente a largura de pulso de cada ciclo, de forma que a taxa de ajuste da tensão de saída possa chegar a 0,01% / V. Se a tensão do pino 3 for maior que 1 V ou a tensão do pino 1 for menor que 1 V, o comparador de modulação de largura de pulso produz um nível alto para reiniciar a trava até que o próximo pulso chegue. Se a relação de nível entre os pinos 1 e 3 for usada para controlar a abertura / fechamento da trava em um circuito externo, a trava só emitirá um pulso de disparo uma vez por ciclo, o que sem dúvida aumentará a anti-interferência do circuito e o switch não estará errado. Gatilho, a confiabilidade será melhorada.
A frequência do oscilador interno é definida por resistores externos e capacitores nos pinos 4 e 8. Ao mesmo tempo, a tensão de referência interna introduz sincronização externa através do pino 4. O 4º e 8º pinos são conectados com resistores e capacitores externos para formar um circuito de temporização e o processo de carga / descarga do capacitor forma um ciclo de oscilação. Quando o valor definido da resistência é maior que 5kΩ, o tempo de carga do capacitor é muito maior do que o tempo de descarga, e sua frequência de oscilação pode ser aproximada de acordo com a fórmula: f=1 / Tc=1 / 0,55RC=1,8 / RC.
O carregador de bateria de chumbo-ácido com potência de saída de até 120 W composto de MC3842 é mostrado na Figura 2. Apenas a parte da frequência de chaveamento do carregador é aterrada. O sistema de controle do inversor composto de MC3842 e a parte de carregamento de saída da fonte de alimentação chaveada são ambos aterrados. Os dois circuitos de aterramento são isolados por transformadores de entrada e saída. O transformador não é apenas simples na estrutura, mas também fácil de implementar. A resistência CA primária e secundária é de 2000V. A tensão do terminal de saída do carregador é definida para 43 V / 1,8 A e a corrente pode ser ajustada para 3 A, se necessário, para carregar uma bateria de chumbo-ácido com uma capacidade maior (por exemplo, para uma bateria com capacidade de 30 AH).
Depois que a entrada da rede é retificada em ponte, uma tensão DC de cerca de
300 V é formado, então os requisitos para este circuito de filtro retificador são diferentes do normal. Para carregadores de bateria, a corrente pulsante de 100 Hz da ponte retificadora não precisa ser filtrada. A rigor, a corrente pulsante de 100 Hz não é apenas inofensiva para o carregamento da bateria, mas também benéfica. Até certo ponto, pode exercer um efeito de carga de pulso e fazer o carregamento. Durante o processo, a reação química da bateria tem a oportunidade de tamponar e prevenir o fenômeno de vulcanização da placa formado pelo carregamento contínuo de alta corrente. Embora a corrente de carga inicial de 1,8 A seja maior do que 1/10 da capacidade nominal da bateria C, a alta corrente intermitente também facilita o aumento da temperatura da bateria. Portanto, o C905 do circuito de filtro usa um capacitor eletrolítico de 47μF / 400V, que não é suficiente para filtrar a ondulação na carga de 120W do retificador, mas apenas reduz a impedância de saída da fonte de alimentação do retificador para reduzir o pulso do circuito de comutação em o circuito de alimentação A perda. A capacidade do C905 é reduzida, de modo que a tensão de saída do retificador é reduzida para cerca de 280 V em plena carga.
O U903 atua como um driver de saída de terminação única de acordo com o circuito de aplicação típico do MC3842. A função de cada pino e o princípio de seleção dos componentes periféricos são os seguintes (ver Figura 1, Figura 2).
O pino 1 é a saída do amplificador de erro interno. A tensão de erro é deslocada de nível por D1 e D2 dentro do IC, e depois que R1 e R2 são divididos, ela é enviada para a extremidade de entrada reversa do comparador de controle de corrente para controlar o latch PWM. Quando o pino 1 está baixo, a trava é reinicializada e a saída de pulso de transmissão é desligada. Não será reiniciado até que o próximo ciclo de oscilação comece para restaurar a saída de pulso. O circuito externo é conectado a R913 (10kΩ) e C913 (0,1μF) para corrigir a frequência do amplificador e as características de fase.
A entrada inversora do amplificador de erro interno no pino 2. Quando o carregador está carregando normalmente, a tensão de saída máxima é 43V.
O circuito externo é dividido por R934 (16kΩ), VR902 (470Ω) e R904 (1kΩ) para obter uma tensão de amostragem de 2,5 V, que é comparada com a tensão de referência de 2,5 V na entrada não inversora do amplificador de erro para detectar a diferença e dar saída ao ciclo de trabalho de pulso. O controle torna a tensão de saída limitada a 43V. Ao ajustar esta tensão, o carregador pode ser deixado sem carga. Ajuste VR902 para tornar a tensão dos terminais de saída positivo e negativo 43V.
O terceiro pino é o terminal de controle da corrente de carga. Na faixa de tensão de saída definida pelo segundo pino, a corrente de carga é controlada por R902. O limite de ação do terceiro pino é 1V. Dentro da queda de tensão de R902, a mudança de tensão de saída é controlada pelo comparador interno para realizar o carregamento de corrente constante. O valor da corrente constante é 1.8A e R902 seleciona 0.56Ω / 3W. Quando a tensão de carga é limitada a 43 V, a corrente de carga pode ser ajustada para uma constante 1,75 A ～ 1,8 A através da tensão de saída. A bateria está totalmente carregada, a tensão do terminal é ≥43 V, o diodo de isolamento D908 é cortado, não há corrente no R902, a tensão no pino 3 é 0 V e o controle de corrente constante é inválido. A tensão de carga é controlada pela tensão de amostragem do pino 2 para não exceder 43V. Se estiver totalmente carregada neste momento, se a energia não for cortada, uma carga lenta de tensão de 43 V será formada para manter a tensão da bateria em 43 V. Para evitar sobrecarga, o limite superior da tensão da bateria de chumbo-ácido de 36 V não deve fazer com que a tensão da célula da bateria exceda 2,38 V. Embora este circuito seja usado para amostrar a bateria, ele realmente limita a tensão de saída. Se a tensão de saída exceder a tensão da bateria em 0,6 V, a tensão da bateria também aumentará e a enviará ao circuito de amostragem de tensão para diminuí-la.
Um componente de temporização do oscilador externo é conectado ao pino 4, CT é 2200pF, RT é 27kΩ e R911 é 10Ω. Neste exemplo, considerando a dificuldade de adquirir núcleos magnéticos de alta frequência, a frequência é definida para cerca de 30 kHz. R911 é usado para sincronização externa, o que não é necessário neste circuito.
O quinto pé é o terreno comum.
O 6º pé é o terminal de saída de pulso de acionamento. Para obter o isolamento da rede elétrica, o tubo da chave é acionado por T902. O T902 pode usar núcleo magnético de 5 × 5 mm, os enrolamentos primário e secundário são cada um enrolado com fio esmaltado de 0,21 mm com 20 voltas e os enrolamentos são isolados com filme de poliéster 2 × 0,05 mm. R909 é 100Ω e R907 é 10kΩ. Se não houver diodo de proteção para a porta interna e fonte de Q901, um tubo regulador de tensão de 10-15 V pode ser incorporado no circuito externo.
O pino 7 é o terminal da fonte de alimentação. Para salvar o circuito de alimentação independente, a tensão do terminal da bateria é reduzida neste circuito e a tensão de alimentação é de 18V. Quando a bateria a ser carregada está conectada, a tensão mais baixa fica entre 32,4 V e 35 V, e uma tensão estável de 18 V pode ser obtida quando o tubo regulador de 18 V é conectado. O capacitor de filtro C909 é 100μF.
O 8º pino é o terminal de saída da tensão de referência de 5 V e, ao mesmo tempo, é dividido em 2,5 V por R3 e R4 dentro do IC como a tensão de referência de detecção de erro.
O transformador de pulso T901 do carregador pode ser usado com um núcleo circular núcleo-espigão disponível comercialmente com um diâmetro de 12 mm (a junta núcleo-espigão de topo tem um espaço de ar de 1 mm). O enrolamento primário usa fio esmaltado de alta resistência de 0,64 mm com 82 voltas, e o enrolamento secundário usa fio esmaltado de alta resistência de 0,64 mm com fios duplos e 50 voltas. Três camadas de filme de poliéster devem ser inseridas entre o primário e o secundário.
O sistema de acionamento de controle e o sistema de carregamento secundário do carregador são isolados da rede elétrica e o MC3842 é alimentado pela tensão da bateria a ser carregada e não há possibilidade de sobretensão ou sobrecorrente. Os únicos componentes do secundário T901 são somente Se a seleção for qualificada, a possibilidade de avaria é quase zero, portanto sua confiabilidade é extremamente alta. O diodo D911 nesta parte pode escolher cátodo comum ou ânodo comum e conectar diodos Schottky em paralelo. O D908 pode escolher um diodo comum com corrente nominal de 5A. 220μF é suficiente para o capacitor de filtro do circuito retificador secundário, de modo que há uma certa ondulação quando a corrente de carga inicial é grande e a função de carga de pulso é executada.
O circuito do carregador é extremamente simples, mas a confiabilidade é alta. O motivo é: o MC3842 é um oscilador de controle ciclo a ciclo, que controla a tensão e a corrente durante cada ciclo ligado do tubo da chave. Assim que a carga for de sobrecorrente, o D911 vazará. Se o terminal da bateria estiver em curto-circuito, a tensão do pino 3 deve ser superior a 1 V e o pulso de transmissão irá parar de produzir imediatamente; se a tensão de amostragem do pino 2 aumentar em mais de 2,5 V devido à tensão de saída, a tensão do pino 1 será inferior a 1 V, o inversor O pulso também será desligado. Por muitos anos, MC3942 tem sido amplamente utilizado em monitores de computador comutando drivers de fonte de alimentação, não importa qual seja a situação (seu dano ou falha de componente externo), não fará com que a tensão de saída aumente, mas nenhuma saída ou redução de tensão de saída, este recurso faz a comutação da fonte de alimentação O circuito de carga é extremamente seguro. Neste carregador, o MC3842 e seu circuito externo não têm nenhuma relação com a parte de entrada da rede elétrica. Além disso, a tensão da bateria é usada para fornecer energia depois que a tensão da bateria é reduzida e estabilizada, de forma que a taxa de falha seja quase zero.
O único circuito no carregador relacionado à entrada da rede elétrica é o circuito de comutação entre o primário T901 e o secundário T902. As causas comuns de danos ao tubo de comutação nada mais são do que dois aspectos: Primeiro, quando o tubo de comutação bipolar é usado, é causado pelo aumento da temperatura. Colapso térmico. Este ponto não existe para a característica de coeficiente de temperatura negativa de Q901. A característica de resistência da condução dreno-fonte do próprio tubo de efeito de campo tem a capacidade de equilibrar sua corrente de condução. Além disso, como a contrapressão do tubo do interruptor é muito alta, quando o tubo do interruptor é desligado, o pico do pulso reverso pode facilmente quebrar o tubo do interruptor. Por esta razão, neste circuito, a capacidade do C905 é reduzida para reduzir apropriadamente a tensão retificada sob o grande estado de corrente do tubo da chave. A segunda é usar um núcleo de ferrite com uma coluna central redonda, cuja indutância de vazamento é relativamente menor do que a de um núcleo de seção transversal retangular, e o entreferro é reservado na coluna central em vez de nas colunas laterais em ambos os lados, o que reduz ainda mais a indutância de vazamento. É mais seguro escolher um tubo de comutação com um VDS mais alto sob esta condição. Na Figura 2, Q901 é 2SK1539, seu VDS é 900V, IDS é 10A e sua potência é 150W. Outros tipos de tubos MOS FET com especificações semelhantes também podem ser substituídos. Se você está preocupado com os picos quebrando o tubo da chave, pode conectar os loops de absorção usuais C, D e R ao primário do T901. Como a corrente de carga inicial e a tensão de carga mais alta do carregador são projetadas para serem baixas, e a corrente de carga lenta é muito pequena depois de totalmente carregada, ela pode ser considerada basicamente como uma carga normal. Por exemplo, uma bateria de chumbo-ácido de 12A pode ser totalmente carregada em 7 horas e, depois de totalmente carregada, se a energia for cortada terá um impacto mínimo na bateria e no carregador. Durante o teste, a bateria foi conectada à fonte de alimentação para carregar às 8h' relógio da noite, e a energia foi cortada às 7h' na manhã seguinte. A temperatura da bateria e do carregador não excedeu a temperatura ambiente.
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