¿Cuál es la diferencia entre un cargador y una fuente de alimentación conmutada?
Hay muchos tipos de cargadores en el mercado. Algunos usan un regulador de voltaje lineal de transformador de frecuencia de potencia, algunos usan la versión de control SCR y algunos usan una fuente de alimentación conmutada. Los cargadores que utilizan una fuente de alimentación conmutada tienen más carga de batería que las fuentes de alimentación conmutadas. El circuito de control, como el circuito de carga de tres etapas, los cargadores avanzados también tienen función de carga por pulsos o desulfuración por pulsos negativos, esta función puede realizar una carga rápida.
¿Cómo funciona el cargador de batería?
En la actualidad, el controlador de un solo extremo más utilizado y más antiguo que puede controlar directamente los interruptores MOS FET es el MC3842. Mientras estabiliza el voltaje de salida, el MC3842 también tiene una función de control de corriente de carga, por lo que a menudo se le llama controlador de fuente de alimentación de conmutación controlada por corriente. Sin duda, es una ventaja única para el cargador. Esta función puede lograr una estabilidad constante con solo unos pocos componentes externos. Salida de voltaje, mientras se controla la corriente de carga. Especialmente el MC3842 puede conducir directamente el tubo MOS FET, lo que puede mejorar en gran medida la confiabilidad del cargador. Debido a la aplicación extremadamente amplia de MC3842, este artículo solo presenta sus características.
MC3842 es un circuito integrado de controlador de fuente de alimentación de conmutación de salida excitada externamente de doble columna de 8 pines. Sus funciones internas incluyen: regulador de voltaje de referencia, amplificador de error, comparador de ancho de pulso, pestillo, oscilador, modulador de ancho de pulso (PWM), etapa del controlador de salida de pulso, etc. El MC3842 tiene muchos productos similares, entre los que se encuentran los intercambiables UC3842, IR3842N, SG3842, CM3842 (doméstico), LM3842, etc. El diagrama de bloques interno del MC3842 se muestra en la Figura 1. Sus características son las siguientes:
Salida de pulso PWM de un solo extremo, la corriente de accionamiento de salida es de 200 mA y la corriente máxima puede alcanzar 1 A.
El voltaje de inicio es superior a 16 V y la corriente de inicio es de solo 1 mA para ingresar al estado de funcionamiento. Después de ingresar al estado de trabajo, el voltaje de trabajo está entre 10-34 V y la corriente de carga es de 15 mA. Superando el voltaje de funcionamiento normal, la fuente de alimentación conmutada entra en el estado de protección de sobrevoltaje o bajo voltaje, y el circuito integrado no tiene salida de impulsos de excitación en este momento.
Fuente de voltaje de referencia de 5V / 50mA incorporada, dividida por 2: 1 como voltaje de referencia de muestreo.
El pulso de conducción de salida puede conducir tanto transistores bipolares como transistores de efecto de campo MOS. Si maneja un transistor bipolar, es recomendable conectar un circuito de aceleración de corte RC a la base del tubo del interruptor y limitar la frecuencia del oscilador por debajo de 40 kHz. Si se activa un tubo de efecto de campo MOS, la frecuencia de oscilación se establece mediante un circuito RC externo y la frecuencia de funcionamiento puede alcanzar hasta 500 kHz.
Entrada de protección de sobrecorriente incorporada (pin 3) y entrada de amplificación de error (pin 1) dos terminales de control de modulación de pulso (PWM). La entrada del amplificador de error constituye el sistema de control principal de modulación de ancho de pulso (PWM). La entrada de detección de sobrecorriente puede controlar los pulsos uno por uno, controlando directamente el ancho de pulso de cada ciclo, de modo que la tasa de ajuste del voltaje de salida puede alcanzar 0.01% / V. Si el voltaje del pin 3 es mayor que 1V o el voltaje del pin 1 es menor que 1V, el comparador de modulación de ancho de pulso genera un nivel alto para restablecer el pestillo hasta que llegue el siguiente pulso. Si la relación de nivel entre los pines 1 y 3 se usa para controlar la apertura / cierre del pestillo en un circuito externo, el pestillo solo emitirá un pulso de disparo una vez por ciclo, lo que sin duda mejorará la antiinterferencia del circuito y el El interruptor no estará mal. Gatillo, se mejorará la confiabilidad.
La frecuencia del oscilador interno se establece mediante resistencias y condensadores externos en los pines 4 y 8. Al mismo tiempo, el voltaje de referencia interno introduce una sincronización externa a través del pin 4. Los pines 4 y 8 están conectados con resistencias y condensadores externos para formar una circuito de temporización, y el proceso de carga / descarga del condensador forma un ciclo de oscilación. Cuando el valor establecido de la resistencia es superior a 5 kΩ, el tiempo de carga del condensador es mucho más largo que el tiempo de descarga, y su frecuencia de oscilación se puede aproximar de acuerdo con la fórmula: f=1 / Tc=1 / 0.55RC=1.8 / RC.
El cargador de batería de plomo-ácido con una potencia de salida de hasta 120 W compuesto por MC3842 se muestra en la Figura 2. Solo la parte de frecuencia de conmutación del cargador es tierra caliente. El sistema de control de la unidad compuesto por MC3842 y la parte de carga de salida de la fuente de alimentación conmutada son ambos a tierra fría. Los dos circuitos de puesta a tierra están aislados por transformadores de entrada y salida. El transformador no solo tiene una estructura simple, sino que también es fácil de implementar. La resistencia de CA primaria y secundaria es de 2000 V. El voltaje del terminal de salida del cargador se establece en 43V / 1.8A, y la corriente se puede ajustar a 3A si es necesario para cargar una batería de plomo-ácido con una capacidad mayor (por ejemplo, para una batería con una capacidad de 30AH).
Después de rectificar en puente la entrada de la red, una tensión CC de aproximadamente
Se forman 300 V, por lo que los requisitos para este circuito de filtro rectificador son diferentes de los habituales. En el caso de los cargadores de batería, no es necesario filtrar la corriente pulsante de 100 Hz del puente rectificador. Estrictamente hablando, la corriente pulsante de 100 Hz no solo es inofensiva para la carga de la batería, sino que también es beneficiosa. Hasta cierto punto, puede tener un efecto de carga por pulsos y realizar la carga. Durante el proceso, la reacción química de la batería tiene la oportunidad de amortiguar y prevenir el fenómeno de vulcanización de la placa formado por la carga continua de alta corriente. Aunque la corriente de carga inicial de 1.8A es mayor que 1/10 de la capacidad nominal de la batería C, la alta corriente intermitente también alivia el aumento de temperatura de la batería. Por lo tanto, el C905 del circuito de filtro utiliza un condensador electrolítico de 47μF / 400V, que no es suficiente para filtrar la ondulación en la carga de 120W del rectificador, sino que solo reduce la impedancia de salida de la fuente de alimentación del rectificador para reducir el pulso del circuito de conmutación en el circuito de suministro de energía La pérdida. La capacidad del C905 se reduce, de modo que el voltaje de salida del rectificador se reduce a aproximadamente 280 V a plena carga.
U903 actúa como un controlador de salida de un solo extremo según el circuito de aplicación típico del MC3842. La función de cada pin y el principio de selección de los componentes periféricos son los siguientes (ver Figura 1, Figura 2).
El pin 1 es la salida del amplificador de error interno. El voltaje de error es cambiado de nivel por D1 y D2 dentro del IC, y después de dividir R1 y R2, se envía al extremo de entrada inverso del comparador de control de corriente para controlar el pestillo PWM. Cuando el pin 1 está bajo, el pestillo se restablece y la salida de pulso del variador se apaga. No se reiniciará hasta que comience el siguiente ciclo de oscilación para restaurar la salida de pulsos. El circuito externo está conectado a R913 (10kΩ) y C913 (0.1μF) para corregir la frecuencia del amplificador y las características de fase.
La entrada inversora del amplificador de error interno en el pin 2. Cuando el cargador se carga normalmente, el voltaje de salida máximo es 43V.
El circuito externo se divide por R934 (16kΩ), VR902 (470Ω) y R904 (1kΩ) para obtener un voltaje de muestreo de 2.5V, que se compara con el voltaje de referencia de 2.5V en la entrada no inversora del amplificador de error para detecta la diferencia y emite el ciclo de trabajo del pulso El control hace que el voltaje de salida se limite a 43V. Al ajustar este voltaje, el cargador puede dejarse descargado. Ajuste VR902 para hacer que el voltaje de los terminales de salida positivo y negativo sea de 43 V.
El tercer pin es el terminal de control de corriente de carga. En el rango de voltaje de salida establecido por el segundo pin, la corriente de carga es controlada por R902. El umbral de acción del tercer pin es 1V. Dentro de la caída de voltaje de R902, el cambio de voltaje de salida es controlado por el comparador interno para realizar una carga de corriente constante. El valor de corriente constante es 1.8A y R902 selecciona 0.56Ω / 3W. Cuando el voltaje de carga está limitado a 43 V, la corriente de carga se puede ajustar a una constante de 1,75 A ～ 1,8 A a través del voltaje de salida. La batería está completamente cargada, el voltaje del terminal es ≥43V, el diodo de aislamiento D908 está cortado, no hay corriente en R902, el voltaje en el pin 3 es 0V y el control de corriente constante no es válido. El voltaje de carga está controlado por el voltaje de muestreo del pin 2 para que no exceda los 43V. Si está completamente cargada en este momento, si no se corta la energía, se formará una carga lenta de voltaje de 43V para mantener el voltaje de la batería en 43V. Para evitar la sobrecarga, el límite superior del voltaje de la batería de plomo-ácido de 36 V no debe hacer que el voltaje de la celda de la batería exceda los 2,38 V. Aunque este circuito se utiliza para muestrear la batería, en realidad limita el voltaje de salida. Si el voltaje de salida excede el voltaje de la batería en 0,6 V, el voltaje de la batería también aumentará y lo enviará al circuito de muestreo de voltaje para disminuirlo.
Un componente de temporización del oscilador externo está conectado al pin 4, CT es 2200pF, RT es 27kΩ y R911 es 10Ω. En este ejemplo, considerando la dificultad de comprar núcleos magnéticos de alta frecuencia, la frecuencia se establece en aproximadamente 30 kHz. R911 se utiliza para sincronización externa, que no es necesaria en este circuito.
El quinto pie es el terreno común.
El sexto pie es el terminal de salida de impulsos de conducción. Para lograr el aislamiento de la red, el tubo del interruptor es accionado por T902. El T902 puede usar un núcleo magnético de 5 × 5 mm, los devanados primario y secundario están enrollados con alambre esmaltado de 0,21 mm con 20 vueltas y los devanados están aislados con una película de poliéster de 2 × 0,05 mm. R909 es 100Ω y R907 es 10kΩ. Si no hay un diodo protector para la puerta interna y la fuente de Q901, se puede incorporar un tubo regulador de voltaje de 10-15 V en el circuito externo.
El pin 7 es el terminal de la fuente de alimentación. Para salvar el circuito de suministro de energía independiente, el voltaje del terminal de la batería se reduce en este circuito y el voltaje de la fuente de alimentación es de 18 V. Cuando la batería a cargar está conectada, el voltaje más bajo está entre 32.4V y 35V, y se puede obtener un voltaje estable de 18V cuando el tubo regulador de 18V está conectado. El condensador de filtro C909 es 100μF.
El octavo pin es el terminal de salida de voltaje de referencia de 5 V y, al mismo tiempo, está dividido en 2,5 V por R3 y R4 dentro del IC como voltaje de referencia de detección de error.
El transformador de impulsos T901 del cargador se puede utilizar con un núcleo circular núcleo-poste disponible comercialmente con un diámetro de 12 mm (la junta a tope núcleo-poste tiene un espacio de aire de 1 mm). El devanado primario utiliza alambre esmaltado de alta resistencia de 0,64 mm con 82 vueltas, y el devanado secundario utiliza alambre esmaltado de alta resistencia de 0,64 mm con alambres dobles y 50 vueltas. Se deben insertar tres capas de película de poliéster entre la primaria y la secundaria.
El sistema de accionamiento de control y el sistema de carga secundario del cargador están aislados de la red, y el MC3842 se alimenta con el voltaje de la batería que se va a cargar, y no hay posibilidad de sobretensión o sobrecorriente. Los únicos componentes del secundario T901 son solo Si la selección está calificada, la posibilidad de avería es casi nula, por lo que su confiabilidad es extremadamente alta. El diodo D911 en esta parte puede elegir cátodo común o ánodo común y conectar diodos Schottky en paralelo. D908 puede elegir un diodo ordinario con una corriente nominal de 5A. 220μF es suficiente para el condensador de filtro del circuito rectificador secundario, de modo que hay una cierta ondulación cuando la corriente de carga inicial es grande y se reproduce la función de carga por pulsos.
El circuito del cargador es extremadamente simple, pero la confiabilidad es alta. La razón es: MC3842 es un oscilador de control ciclo por ciclo, que controla el voltaje y la corriente durante cada ciclo de encendido del tubo del interruptor. Una vez que la carga es sobrecorriente, D911 tendrá una fuga. Si el terminal de la batería está en cortocircuito, el voltaje del pin 3 debe ser superior a 1 V y el pulso de la unidad dejará de emitirse inmediatamente; Si el voltaje de muestreo del pin 2 aumenta en más de 2.5V debido al voltaje de salida, el voltaje del pin 1 será menor que 1V, conduzca El pulso también se apagará. Durante muchos años, MC3942 se ha utilizado ampliamente en controladores de fuente de alimentación de conmutación de monitores de computadora, sin importar cuál sea la situación (su daño o falla de componente externo), no hará que aumente el voltaje de salida, pero no se reducirá el voltaje de salida o salida, esta característica hace que la fuente de alimentación de conmutación El circuito de carga es extremadamente seguro. En este cargador, el MC3842 y su circuito externo no tienen nada que ver con la parte de entrada de la red. Además, el voltaje de la batería se utiliza para suministrar energía después de que el voltaje de la batería se reduce y se estabiliza, de modo que la tasa de falla es casi cero.
El único circuito en el cargador relacionado con la entrada de la red es el circuito de conmutación entre el primario T901 y el secundario T902. Las causas comunes de daño al tubo de conmutación no son más que dos aspectos: primero, cuando se usa el tubo de conmutación bipolar, es causado por el aumento de temperatura. Desglose térmico. Este punto no existe para el coeficiente de temperatura negativo característico de Q901. La característica de resistencia de la conducción de drenaje-fuente del propio tubo de efecto de campo tiene la capacidad de equilibrar su corriente de conducción. Además, debido a que la contrapresión del tubo del interruptor es demasiado alta, cuando el tubo del interruptor se apaga, el pico del pulso inverso puede romper fácilmente el tubo del interruptor. Por esta razón, en este circuito, la capacidad de C905 se reduce para reducir apropiadamente el voltaje rectificado bajo el estado de corriente grande del tubo del interruptor. El segundo es utilizar un núcleo de ferrita con una columna central redonda, cuya inductancia de fuga es relativamente menor que la de un núcleo de sección transversal rectangular, y el espacio de aire se reserva en la columna central en lugar de en las columnas laterales en ambos lados. lo que reduce aún más la inductancia de fuga. Es más seguro elegir un tubo de conmutación con un VDS más alto en esta condición. En la Figura 2, Q901 es 2SK1539, su VDS es 900V, IDS es 10A y su potencia es 150W. También se pueden sustituir otros tipos de tubos MOS FET con especificaciones similares. Si le preocupa que los picos rompan el tubo del interruptor, puede conectar los bucles de absorción habituales C, D y R al primario del T901. Dado que la corriente de carga inicial y el voltaje de carga más alto del cargador están diseñados para ser bajos, y la corriente de carga lenta es muy pequeña después de la carga completa, básicamente se puede considerar como una carga regular. Por ejemplo, una batería de plomo-ácido de 12 A se puede cargar por completo en 7 horas y, una vez cargada por completo, si se corta la energía tendrá un impacto mínimo en la batería y el cargador. Durante la prueba, la batería se conectó a la fuente de alimentación para cargar a las 8 o' reloj de la noche, y se cortó la energía a las 7 o' reloj de la mañana siguiente. La temperatura de la batería y la carcasa del cargador no excedió la temperatura ambiente.
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