基于uc3843控制的充电器电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于uc3843控制的充电器电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

较多地表现在输出端。 调高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应问题也能得到改善。 负载变化瞬态响应主要由输出端 LC 滤波器特性决定，所以可以利用调高开关频率、降低输出滤波器 LC 体积的方法来改善瞬态响应特性。 12 图 23 开关电源的基本构成方框图 13 3 充电器的总体设计 充电器实现的功能及技术指标 (1) 充 电保护：在充电过程中，能够自行调节输出电流及电压，保证充电电压在44V 左右； (2) 充电显示：通过 LED 灯的闪烁，能够显示当前的充电状态； (3) 技术指标：输入电压是 90264V （ AC）；输出电压是 44V/；效率是 86%；输出特性是恒压、恒流输出，近似于矩形输出特性。 充电器控制电路设计 根据要求和技术指标， 本设计研究的充电器主要是为了实现对充电过程的保护，充电状态显示， 本充电器的设计包含五部分，即电源电路、输出整流滤波与隔离电路、检测控制电路及充电状态指示电路。 充电器 控制原理方框图如图 31所 示 图 31 充电器控制原理方框图 电源电路 检测控制电路 充电状态指示电路 输出整流滤波与隔离电路 电池 14 硬件电路的设计 电源电路 电源电路是由 EMI 抑制电路、桥式整流及滤波电路组成（图 31）。 整流电路的任务是将交流电变换成直流电。 完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。 在小功率整流电路中，常见的整流电路有单相半波、全波、桥式整流电路等。 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器 C，或与负载串联电感器 L，以及 由电感、电容组合而成的各种复式滤波电路。 该电路是将市电 220V由输入端输入，经 D1D4 桥式整流变成脉动直流，再经 C2滤波将脉动直流转换成直流电压。 图 31 电源电路图 EMI 抑制电路 我们知道之所以会产生 EMI 干扰，是因为在开关电源中，电压和电流的突变。 即高 dv/dt 和 di/dt、是其 EMI 产生的主要原因。 实现开关电源的 EMC 设计技术措施主要基于两点： (1)尽量减小电源本身所产生的干扰源，利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路，并进行合理布局。 15 (2)通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的 EMI 以及提高电源的 EMS。 开关电源的 EMI 干扰源集少体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 (1)功率开关管。 功率开关管工作在 OnOff 快速循环转换的状态， dv/dt 和di/dt 都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。 (2)高频变压器。 高频变压器的 EMI 来源集中体现在漏感对应的 di/dt 快速循环变换，因此高频变压器是磁场 耦合的重要干扰源。 (3)整流二极管。 整流二极管的 EMI 来源集个体现在反向恢复特性上。 反向恢复电流的断续点会在电感 (引线电感、杂散电感等 )产生高 dv/dt．从而导致强电磁干扰。 (4)PCB 布线。 准确的说， PCB 是上述干扰源的耦合通道， PCB 布线的优劣直接对应着对上述 EMI 源抑制的好坏。 从 EMl 产生的机理来分析，仅仅是简单地将电容从电路个移除或减小其数值一般情况不太可行，因为这样做会显著增加 EMI。 而在电路中增加共模扼流圈或其他滤波元件又会增加成本。 因此，我们必须将注意力集中到如何降低 EMI电流上。 目前已有一些减小共模 EMI 电流的方法。 尽管在变压器绕线层之间使用带状物增加线层间距离可以减小层间电容，但单独使用这一方法只能很有限地减小EMI 电流。 长期以来也在工频变压器中一直应用屏蔽绕组来降低噪声与耦合，在开关变压器中这一方法同样有效。 在开关变压器中使用屏蔽绕组是降低共模 EMI电流最合效的方法，而且对电源总体成本的影响最小。 在这里我们采用交流输入，而交流输入分为低频段差模骚扰和高频段共模骚扰。 所以在交流输入端采用适当的滤波器，可以很有效的抑制干扰。 本设计由C CY CY R R2 和 L1 组成输入回路 EMI 抑制电路 (图 34111)。 差模电容用来短路差模噪声电流，而接地的电容是用来短路共模噪声电流。 R1， R2是泄放电阻。 16 图 32 EMI 抑制电路图 单相整流电路 (1) 单相桥式整流电路 1) 工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图 33（ a）所示。 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。 根据图 33（ a）的电路图可知： 当正半周时，二极管 D D3 导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时，二极管 D D4 导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。 单相桥式整流电路的波形图见图 33（ b）。 2) 参数计算 根据图 33（ b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。 17 （ a） 桥式整流电路 （ b）波形图 图 33 单相桥式整流电路图及波形图 流过负载的平均电流为 : 式（ 31） 流过二极管的平均电流为 : 式（ 32） 二极管所承受的最大反向电压 : 式（ 33） 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。 脉动系数 S 定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。 式（ 34） 式（ 35） 3) 单相桥式整流电路的负载特性曲线 18 单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系 该曲线如图 34 所示，曲线的斜率代表了整流电路的内阻。 图 34 单相桥式整流电路的负载特性曲线图 (2) 单相半波整流电路 单相整流电路除桥式整流电路外还有单相半波和单相全波两种形式。 单相半波整流电路如图 35(a)所示，波形图如图 35(b)所示。 根据图 35 可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。 负载上输出平均电压为 : 式（ 36） 流过负载和二极管的平均电流为 : 式（ 37） (a)电路图 (b)波形图 图 35 单相半波整流电路图 二极管所承受的最大反向电压 (3) 单相全波整流电路 单相全波整流电路如图 36(a)所示，波形图如图 36(b)所示。 19 (a)电路图 (b)波形图 图 36 单相全波整流电路图 根据图 36（ b）可知，全波整流电路的输出电压与桥式整流电路的输出相同。 输出平均电压为 : 式（ 38） 流过负载的平均电流为 : 式（ 39） 二极管所承受的最大反向电压： 式（ 310） 单相全波整流电路的脉动系数 S 与单相桥式整流电路相同。 式（ 311） 通过对比可知， 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。 所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。 单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。 因此，设计中采用单向桥式整流电路对交流电压进行整流，从而得到脉动直流。 20 滤波电路 滤波电路中整流 电路输出的直流电压脉动大，仅适用于对直流电压要求不高的场合，如电镀、电解等设备。 而在有些设备中，如电子仪、自动控制装备等，则要求直流电压非常稳定。 为了获得平滑的直流电压，可采用滤波电路，滤除脉动直流 电流中 的交流部分，滤波电路常由电容和电感组成。 (1) 容滤波电路 1) 电路的组成 现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。 电容滤波电路如图 37 所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容 C。 图 37 电容滤波电路图 2) 电容滤波电路工作 原理 若 v2 处于正半周，二极管 D D3 导通，变压器次端电压 v2 给电容器 C 充电。 此时 C 相当于并联在 v2 上，所以输出波形同 v2 ，是正弦波。 当 v2 到达 时，开始下降。 先假设二极管关断，电容 C 就要以指数规律向负载 Ｒ L 放电。 指数放电起始点的放电速率很大。 在刚过 时，正弦曲线下降的速率很慢。 所以刚过 时二极管仍然导通。 在超过后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。 所以在 t2 到 t3 时刻，二极管导电， Ｃ 充电， Vi=Vo 按正弦规律变化；t1 到 t2 时刻二极管关断， Vi=Vo 按指数曲线下降，放电时间常数为 RLC。 电容滤波过程见图 38。 21 图 38 电容 滤波电路波形图 需要指出的是，当放电时间常数 RLC 增加时， t1 点要右移， t2 点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之， RLC 减少时，导通角增加。 显然。 当 ＲL 很小，即 IL 很大时，电容滤波的效果不好，见图 39 滤波曲线中的 2。 反之，当 Ｒ L 很大，即 IL 很小时，尽管 C 较小 , RLC 仍很大 ,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的 3。 所以电容滤波适合输出电流较小的场合。 图 39 电容滤波的效果图 3) 电容滤波电路参数的计算 滤波电容 C 的大小取决于放电回路的时间常数， RLC 愈大，输出电压脉动就愈小，通常取 RLC 为脉动电压中最低次谐波周期的 35 倍，即 式（ 312） 式中 T 为交流电源电压的周期。 电容滤波电路的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。 工程上有详细的曲线可供查阅，一般常采用以下近似估算法： 一种是用锯齿波近似表示，即： 22 式（ 313） 另一种是在 RLC=（ ）的条件下，近似认为 VO=。 式（ 314） 4) 电容滤波电路的 外特性 图 310 电容滤波外特性曲线图 整流 滤波电路中，输出直流电压 VO 随负载电流 IO 的变化关系曲线如图 310所示。 此外，对 滤波电容器的选择除电容量外，还有耐压值。 一般耐压值取（ ）V2.。 (2) 滤波电路 利用储能元件电感器 Ｌ 的电流不能突变的性质，把电感 Ｌ 与整流电路的负载Ｒ L 相串联，也可以起到滤波的作用。 桥式整流电感滤波电路如图 311 所示。 电感滤波的波形图如图 312 所示。 当 v2 正半周时， D D3 导电，电感中的电流将滞后 v2。 当负半周时，电感中的电流将更换经由 D D4 提供。 因桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，四个二极管 D D3； D D4 的导电角都是 180176。