小功率充电器的设计原理分析

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　　输出功率Po=Uoio；输入功率Pi=Po/η；占空比D=ton／T；变压器效率为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=50 kHz左右。
　　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。与相同性能的其他充电器电路相比，成本大大降低，可靠性大大提高。
　　(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。
　　按图6中的磁路工作状态，对磁芯尺寸计算公式推导如下：
　　式中：104为磁通密度单位换算系数；10-6为导通时间单位换算系数；SC为磁芯截面积，单位为cm。；△B取0．7Bs(饱和磁密)，单位为T；ton单位为μs。所选磁芯窗口面积So应能绕下初、次级绕组，所以有如下公式关系：
　　式中：Ko为铜线占空系数，一般取Ko=0．2～0．5；Kc为磁芯占空系数，铁氧体取Kc=1；j为导线中电流密度，一般取j=2～3 A／mm2；10-2为导线截面积尺寸单位换算系数。
　　变压器设计容量PT=EI，则：
　　变压器初、次级功率关系为：
　　Ps=ηPTPo=Ps-PD
　　式中：Ps为变压器次级输出功率；Pd为输出端二极管等损耗功率。若忽略PD，则：Po=ηPT；SoSC=2Poton／η△BjKoKc(Po单位为cm4)据式计算So，SC，选取磁芯尺寸、规格。
　　(3)绕组匝数的计算
　　为了满足电路要求，式中E，ton应取最大值，单端反激电路变压器原边绕组兼有电感作用。其电感Lp(单位：μH)所需量由下式计算：Lp=Eton／Ip。
　　式中：ton单位为μs。用下式核算Np绕组匝数能否满足电感量要求：Lp'=(0．4πNp2Sc×10-8)／(Lδ+Lc／μc)式中：μc为磁芯材料有效导磁率；Lc为磁芯磁路平均长度(cm)；Lδ为磁芯中空气隙长度(单位为cm)。若Lp≤Lp'，则加大Np，以达到电感量要求。变压器匝比的选取：若不考虑次级整流压降及变压器内损等因素的影响，则n=Ep／Eo，Ns=nNp／D，同理可计算NF=(Ns／Uo)Up。
　　(4)导线直径选取计算
　　若取j=2．5 A／mm2则：
　　d=0．7
　　由此计算出各绕组导线直径d(单位为mm)并选取规格值，验算磁芯窗口面积能否绕下各绕组，若绕不下，则重复上述有关设计计算。
　　(5)验算次级绕组放电常数，τs应小于toffτs=Ls／RL=(Lp'／n2)／RL=Lp'／(n2RL)toff=T／2，T=1／f，所以toff=1／(2f)，toff>τs为验算原则。若不能满足，则重复上面有关计算。
　　3 各主要元器件的选用
　　(1)功率开关管的选用。开关管耐压应大于等于E+nUo，一般取(2．5～4)Emax。开关功率管的电流由下式计算确定：
　　(2)电容C2，C3的选定，C2电压应大于1．1×220 V；C3电压根据输出电压而定。
　　C2，C3电容量的选用原则是：C2Rp=(4～5)T50；C3RL=(4～5)T。式中：T50为频率为50 Hz时对应的工作周期；
　　Rp，C2为放电等效电阻、电容；T为变压器工作频率对应的周期。由此可以推算电容量。新型充电器设计组成如图7所示。
　　4 电路调试
　　(1)变换器工作频率调整：调IC4脚的R7和C9可达到调整工作频率的目的；
　　(2)功率开关管导通时间ton的调整：调R3和R5可达到调整ton的目的；
　　(3)过流保护工作点的调整：调R12可达到调整过流保护工作点的目的。
　　5 结 语
　　用单端反激变换电路制作全自动充电器是对单端反激变换电路探讨实践的总结。用此电路已经设计制作了100 W以内的全自动充电器30多台，使用效果良好。应用所介绍的技术可省去复杂的控制电路和IC，不仅降低了成本，而且大大提高了可靠性，综合效益显著。