Şarj cihazı ile anahtarlamalı güç kaynağı arasındaki fark nedir?
Piyasada pek çok şarj cihazı türü bulunmaktadır. Bazıları güç frekansı transformatörü doğrusal voltaj regülatörü kullanır, bazıları SCR kontrol sürümünü kullanır ve bazıları anahtarlamalı güç kaynağı kullanır. Anahtarlamalı güç kaynağı kullanan şarj cihazları, güç kaynaklarını değiştirmekten daha fazla pil şarjına sahiptir. Üç aşamalı şarj devresi gibi kontrol devresi, gelişmiş şarj cihazları ayrıca darbeli şarj veya negatif darbeli kükürt giderme işlevine sahiptir, bu işlev hızlı şarj gerçekleştirebilir.
Pil şarj cihazı nasıl çalışır?
Şu anda, MOS FET anahtarlarını doğrudan çalıştırabilen en yaygın ve en eski tek uçlu sürücü MC3842'dir. Çıkış voltajını stabilize ederken, MC3842 ayrıca bir yük akımı kontrol fonksiyonuna sahiptir, bu nedenle genellikle akım kontrollü anahtarlamalı güç kaynağı sürücüsü olarak adlandırılır. Şüphesiz şarj cihazı için benzersiz bir avantajdır. Bu işlev, yalnızca birkaç harici bileşenle sabit stabiliteye ulaşabilir. Şarj akımını kontrol ederken voltaj çıkışı. Özellikle MC3842, şarj cihazının güvenilirliğini büyük ölçüde artırabilen MOS FET tüpünü doğrudan çalıştırabilir. MC3842'nin son derece geniş uygulaması nedeniyle, bu makale yalnızca özelliklerini tanıtmaktadır.
MC3842, çift sütunlu, 8 pimli, tek uçlu bir çıkış, harici olarak uyarılmış anahtarlama güç kaynağı sürücüsü entegre devresidir. Dahili işlevleri şunları içerir: referans voltaj regülatörü, hata yükseltici, darbe genişliği karşılaştırıcı, mandal, osilatör, darbe genişlik modülatörü (PWM), darbe çıkış sürücü aşaması vb. MC3842, aralarında UC3842, IR3842N, SG3842, CM3842 (yerel), LM3842, vb. Bulunan birçok benzer ürüne sahiptir. MC3842'nin dahili blok diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir. Özellikleri aşağıdaki gibidir:
Tek uçlu PWM darbe çıkışı, çıkış sürücü akımı 200mA'dır ve tepe akımı 1A'ya ulaşabilir.
Başlangıç voltajı 16V'den büyüktür ve başlangıç akımı çalışma durumuna girmek için sadece 1mA'dır. Çalışma durumuna girdikten sonra çalışma voltajı 10-34V arasında ve yük akımı 15mA'dır. Normal çalışma voltajını aşan anahtarlama güç kaynağı, düşük voltaj veya aşırı voltaj koruma durumuna girer ve entegre devrede şu anda sürücü puls çıkışı yoktur.
Dahili 5V / 50mA referans voltaj kaynağı, örnekleme referans voltajı olarak 2: 1'e bölünür.
Çıkış sürüş darbesi hem bipolar transistörleri hem de MOS alan etkili transistörleri çalıştırabilir. İki kutuplu bir transistör kullanılıyorsa, anahtar borusunun tabanına bir RC kesme hızlandırma devresinin bağlanması ve osilatörün frekansının 40 kHz'in altında sınırlandırılması önerilir. Bir MOS alan etkili tüp kullanılıyorsa, salınım frekansı harici bir RC devresi tarafından ayarlanır ve çalışma frekansı 500 kHz'e kadar ulaşabilir.
Dahili aşırı akım koruma girişi (pin 3) ve hata yükseltme girişi (pin 1) iki darbe modülasyonu (PWM) kontrol terminali. Hata amplifikatörü girişi, ana darbe genişlik modülasyonu (PWM) kontrol sistemini oluşturur. Aşırı akım algılama girişi darbeleri tek tek kontrol edebilir, her döngünün darbe genişliğini doğrudan kontrol edebilir, böylece çıkış voltajı ayarlama oranı% 0.01 / V'ye ulaşabilir. Pin 3'ün voltajı 1V'den büyükse veya pim 1'in voltajı 1V'den azsa, darbe genişliği modülasyon karşılaştırıcısı, bir sonraki darbe gelene kadar mandalı sıfırlamak için yüksek bir seviye çıkarır. 1 ve 3 pinleri arasındaki seviye ilişkisi, harici bir devrede mandalın açılmasını / kapanmasını kontrol etmek için kullanılırsa, mandal döngü başına yalnızca bir tetikleme darbesi çıkarır ve bu da şüphesiz devrenin anti-parazitini artıracaktır. anahtarı yanlış olmayacak. Tetik, güvenilirlik artırılacaktır.
Dahili osilatörün frekansı, harici dirençler ve pimler 4 ve 8'deki kapasitörler tarafından ayarlanır. Aynı zamanda, dahili referans voltajı, pim 4 aracılığıyla harici senkronizasyonu sağlar. 4. ve 8. pimler, harici dirençler ve kapasitörler ile bağlanarak bir zamanlama devresi ve kapasitörün şarj / deşarj süreci bir salınım döngüsü oluşturur. Direncin ayarlanan değeri 5kΩ'dan büyük olduğunda, kondansatörün şarj süresi boşaltma süresinden çok daha uzundur ve salınım frekansı aşağıdaki formüle göre yaklaşık olarak hesaplanabilir: f=1 / Tc=1 / 0.55RC=1.8 / RC.
MC3842'den oluşan 120W'a kadar çıkış gücüne sahip kurşun-asit akü şarj cihazı Şekil 2'de gösterilmektedir. Şarj cihazının yalnızca anahtarlama frekansı kısmı sıcak topraktır. MC3842'den oluşan sürücü kontrol sistemi ve anahtarlama güç kaynağının çıkış yükleme kısmının her ikisi de soğuk topraktır. İki topraklama devresi giriş ve çıkış transformatörleri ile izole edilmiştir. Transformatör sadece yapı olarak basit değil, aynı zamanda uygulaması da kolaydır. Birincil ve ikincil AC direnci 2000V'dir. Şarj cihazının çıkış terminal voltajı 43V / 1.8A olarak ayarlanmıştır ve gerekirse daha büyük kapasiteli bir kurşun-asit aküyü şarj etmek için akım 3A'ya ayarlanabilir (örneğin, 30AH kapasiteli bir akü için).
Şebeke girişi köprü doğrultulduktan sonra, yaklaşık DC voltajı
300V oluşturulur, bu nedenle bu doğrultucu filtre devresinin gereksinimleri normalden farklıdır. Akü şarj cihazları için, köprü doğrultucunun 100 Hz atımlı akımının filtrelenmesine gerek yoktur. Kesin olarak konuşursak, 100Hz atımlı akım yalnızca pil şarjı için zararsız değil, aynı zamanda faydalıdır. Belirli bir dereceye kadar darbeli şarj etkisi oynayabilir ve şarj yapabilir. İşlem sırasında pilin kimyasal reaksiyonu, sürekli yüksek akım yüklemesi ile oluşan plaka vulkanizasyon olgusunu tamponlama ve önleme imkanına sahiptir. 1.8A'lık ilk şarj akımı, pilin nominal kapasitesinin C 1 / 10'undan daha büyük olmasına rağmen, kesintili yüksek akım aynı zamanda pilin sıcaklık artışını da kolaylaştırır. Bu nedenle, filtre devresinin C905'i 47μF / 400V elektrolitik kapasitör kullanır; bu, doğrultucunun 120W yükündeki dalgalanmayı filtrelemek için yeterli değildir, ancak anahtarlama devresi darbesini azaltmak için yalnızca doğrultucu güç kaynağının çıkış empedansını azaltır güç kaynağı devresi Kayıp. C905'in kapasitesi azaltılır, böylece redresörün çıkış voltajı tam yükte yaklaşık 280V'a düşürülür.
U903, MC3842'nin tipik uygulama devresine göre tek uçlu bir çıkış sürücüsü görevi görür. Her bir pimin işlevi ve çevresel bileşenlerin seçim ilkesi aşağıdaki gibidir (bkz. Şekil 1, Şekil 2).
Pin 1, dahili hata amplifikatörünün çıkışıdır. Hata voltajı, IC içinde D1 ve D2 tarafından seviye kaydırılır ve R1 ve R2 bölündükten sonra, PWM mandalını kontrol etmek için akım kontrol karşılaştırıcısının ters giriş ucuna gönderilir. Pim 1 düşük olduğunda, mandal sıfırlanır ve sürücü darbe çıkışı kapatılır. Darbe çıkışını geri yüklemeye bir sonraki salınım döngüsü başlayana kadar sıfırlanmayacaktır. Harici devre, amplifikatör frekansını ve faz özelliklerini düzeltmek için R913 (10kΩ) ve C913'e (0.1μF) bağlanır.
Pim 2'deki dahili hata amplifikatörünün ters çevirme girişi. Şarj cihazı normal olarak şarj edildiğinde, maksimum çıkış voltajı 43V'dur.
Harici devre, 2.5V'luk bir örnekleme voltajı elde etmek için R934 (16kΩ), VR902 (470Ω) ve R904 (1kΩ) ile bölünür ve bu, hata amplifikatörünün ters çevirmeyen girişindeki 2.5V referans voltajıyla karşılaştırılır. farkı tespit edin ve darbe görev döngüsünü çıkarın Kontrol, çıkış voltajını 43V ile sınırlandırır. Bu voltajı ayarlarken, şarj cihazı yüksüz bırakılabilir. Pozitif ve negatif çıkış terminallerinin voltajını 43V yapmak için VR902'yi ayarlayın.
Üçüncü pim, şarj akımı kontrol terminalidir. İkinci pim tarafından ayarlanan çıkış voltajı aralığında şarj akımı R902 tarafından kontrol edilir. Üçüncü pinin eylem eşiği 1V'dir. R902'nin voltaj düşüşü dahilinde, çıkış voltajı değişimi, sabit akım şarjını gerçekleştirmek için dahili karşılaştırıcı tarafından kontrol edilir. Sabit akım değeri 1.8A'dır ve R902 0.56Ω / 3W'ı seçer. Şarj voltajı 43V ile sınırlandırıldığında, şarj akımı çıkış voltajı üzerinden sabit 1,75A ～ 1,8A'ya ayarlanabilir. Akü tam dolu, terminal voltajı ≥43V, izolasyon diyotu D908 kesilmiş, R902'de akım yok, pim 3'teki voltaj 0V ve sabit akım kontrolü geçersiz. Şarj voltajı, 43V'u geçmeyecek şekilde pim 2'nin örnekleme voltajı tarafından kontrol edilir. Bu sırada tam olarak şarj edilmişse, güç kesilmezse, akü voltajını 43V'da tutmak için 43V'luk bir damlama şarjı oluşacaktır. Aşırı şarjı önlemek için, 36V kurşun-asit akünün voltajının üst sınırı akü hücresi voltajını 2,38V'u aşmamalıdır. Bu devre pili örneklemek için kullanılsa da, aslında çıkış voltajını sınırlar. Çıkış voltajı pil voltajını 0,6V aşarsa, pil voltajı da artar ve onu azaltmak için voltaj örnekleme devresine gönderir.
Pin 4'e harici bir osilatör zamanlama bileşeni bağlanır, CT 2200pF, RT 27kΩ ve R911 10Ω'dir. Bu örnekte, yüksek frekanslı manyetik çekirdekler satın almanın zorluğu göz önüne alındığında, frekans yaklaşık 30kHz olarak ayarlanmıştır. R911, bu devrede gerekli olmayan harici senkronizasyon için kullanılır.
Beşinci ayak ortak zemindir.
6. ayak, sürüş darbe çıkış terminalidir. Şebekeden izolasyon elde etmek için anahtar tüpü T902 tarafından çalıştırılır. T902 5 × 5 mm manyetik çekirdek kullanabilir, birincil ve ikincil sargıların her biri 0,21 mm emaye tel ile 20 tur sarılır ve sargılar 2 × 0,05 mm polyester film ile yalıtılmıştır. R909 100Ω ve R907 10kΩ'dur. Q901'in dahili kapısı ve kaynağı için koruyucu diyot yoksa, harici devreye 10-15V voltaj regülatör tüpü dahil edilebilir.
Pin 7, güç kaynağı terminalidir. Bağımsız güç kaynağı devresini kurtarmak için bu devrede akü terminal voltajı düşürülür ve güç kaynağı voltajı 18V'dur. Şarj edilecek akü bağlandığında en düşük voltaj 32.4V ile 35V arasındadır ve 18V regülatör tüpü bağlandığında 18V'luk sabit bir voltaj elde edilebilir. Filtre kondansatörü C909 100μF'dir.
8. pin, 5V referans voltaj çıkış terminalidir ve aynı zamanda, hata algılama referans voltajı olarak IC içinde R3 ve R4 tarafından 2.5V'ye bölünmüştür.
Şarj cihazının darbe transformatörü T901, 12 mm çapında ticari olarak temin edilebilen bir göbek-direk yuvarlak göbek ile kullanılabilir (göbek-direk alın bağlantısının hava boşluğu 1 mm'dir). Birincil sargı, 0,64 mm yüksek mukavemetli, 82 dönüşlü emaye tel kullanır ve ikincil sargı, çift telli ve 50 turlu 0,64 mm yüksek mukavemetli emaye tel kullanır. Birincil ve ikincil arasına üç kat polyester film yerleştirilmelidir.
Şarj cihazının kontrol sürücü sistemi ve ikincil şarj sistemi şebekeden izole edilmiştir ve MC3842, şarj edilecek akü voltajıyla çalıştırılır ve aşırı gerilim veya aşırı akım olasılığı yoktur. T901 sekonderinin tek bileşenleri yalnızca seçim nitelikli ise, arıza olasılığı neredeyse sıfırdır, bu nedenle güvenilirliği son derece yüksektir. Bu bölümdeki diyot D911, ortak katot veya ortak anot seçebilir ve Schottky diyotlarını paralel olarak bağlayabilir. D908, anma akımı 5A olan sıradan bir diyot seçebilir. İkincil redresör devresinin filtre kondansatörü için 220μF yeterlidir, böylece ilk şarj akımı büyük olduğunda belirli bir dalgalanma olur ve darbeli şarj işlevi çalıştırılır.
Şarj cihazı devresi son derece basittir, ancak güvenilirliği yüksektir. Bunun nedeni şudur: MC3842, anahtar borusunun her bir çevrimi sırasında voltajı ve akımı kontrol eden bir döngüsel kontrol osilatörüdür. Yük aşırı akım olduğunda, D911 sızıntı yapacaktır. Akü terminali kısa devre yaparsa, pim 3'ün voltajı 1V'den yüksek olmalıdır ve sürücü darbesi hemen çıkmayı durdurur; pim 2'nin örnekleme voltajı çıkış voltajı nedeniyle 2,5V'den fazla yükselirse pim 1'in voltajı 1V'den daha düşük olacaktır, sürücü Darbe de kapatılacaktır. Yıllardır, MC3942, durum ne olursa olsun (hasarı veya harici bileşen arızası), bilgisayar monitörü anahtarlama güç kaynağı sürücülerinde yaygın olarak kullanılmaktadır, çıkış voltajının yükselmesine neden olmaz, ancak çıkış veya çıkış voltajında azalma olmaz, bu özellik anahtarlama güç kaynağını yapar Yük devresi son derece güvenlidir. Bu şarj cihazında, MC3842 ve harici devresinin şebeke giriş kısmı ile hiçbir ilgisi yoktur. Ek olarak, pil voltajı, pil voltajı düşürüldükten ve dengelendikten sonra güç sağlamak için kullanılır, böylece arıza oranı neredeyse sıfır olur.
Şarj cihazındaki şebeke girişiyle ilgili tek devre, T901 birincil ve T902 sekonder arasındaki anahtarlama devresidir. Anahtarlama tüpünün hasar görmesinin ortak nedenleri iki durumdan başka bir şey değildir: Birincisi, bipolar anahtarlama tüpü kullanıldığında, buna sıcaklıktaki artış neden olur. Termal arıza. Bu nokta, Q901'in negatif sıcaklık katsayısı karakteristiği için mevcut değildir. Alan etkili tüpün drenaj kaynağı iletiminin direnç özelliği, iletim akımını dengeleme yeteneğine sahiptir. Ek olarak, anahtar borusunun geri basıncı çok yüksek olduğundan, anahtar borusu kapatıldığında, ters darbenin sivri ucu anahtar borusunu kolayca kırabilir. Bu nedenle, bu devrede, anahtar borusunun büyük akım durumu altında doğrultulmuş gerilimi uygun şekilde azaltmak için C905'in kapasitesi azaltılır. İkincisi, sızıntı endüktansı dikdörtgen kesitli bir göbeğe göre nispeten daha küçük olan ve hava boşluğu her iki taraftaki yan sütunlar yerine orta sütunda ayrılan yuvarlak bir merkez sütuna sahip bir ferrit çekirdek kullanmaktır. bu da kaçak endüktansı daha da azaltır. Bu koşul altında daha yüksek VDS'ye sahip bir anahtar tüpü seçmek daha güvenlidir. Şekil 2'de Q901, 2SK1539'dur, VDS'si 900V, IDS'si 10A ve gücü 150W'dir. Benzer özelliklere sahip diğer MOS FET tüpleri de ikame edilebilir. Sivri uçların anahtar tüpünü kırmasından endişe ediyorsanız, normal C, D ve R absorpsiyon döngülerini T901'in birinciline bağlayabilirsiniz. Şarj cihazının ilk şarj akımı ve en yüksek şarj voltajı düşük olacak şekilde tasarlandığından ve tam şarj olduktan sonra yavaş şarj akımı çok küçük olduğundan, temelde düzenli bir şarj olarak düşünülebilir. Örneğin, 12A kurşun-asit batarya 7 saat içinde tam olarak şarj edilebilir ve tam olarak şarj edildikten sonra, gücün kesilip kesilmemesi batarya ve şarj cihazı üzerinde minimum etkiye sahip olacaktır. Deneme sırasında batarya, akşam saat 8 o&# 39'da şarj etmek için güç kaynağına bağlandı ve ertesi sabah saat 7 o&# 39'da elektrik kesildi. Pilin ve şarj cihazı kabuğunun sıcaklığı oda sıcaklığını aşmadı.
20 yıllık&# 39 ile Dissmann Sigorta üreticisi; daha fazla bilgi için deneyim. bize E-posta ile ulaşın: anna@delfuse.com veya WhatsApp: +86 18813915908
Dissmann Sigortaları, Elektrikli araçlarda, hibrit benzinli ve yakıt hücreli araçlarda ve anahtar parçalarında (PACK / PDU / BDU / MSD / Elektrikli / Yüksek basınç konektörü, vb.), EV şarj cihazı / EV şarj sistemi / Modül, güç üretim sistemi, 5G iletişim güç kaynağı, bulut sunucusu güç kaynağı, enerji depolama, AGV (insansız araçlar göndermek için hareket edin), manzaralı alan turist arabası, golf arabası, sağlık hizmetleri, yürüyüş, ekipman ve inşaat makineleri, yerden ısıtma sistemi, PV Güneş birleştirici kutusu, DC Voltaj güç kaynağı kontrolü, endüstri makine ve ekipmanı ve DC yüksek voltaj uygulama alanlarının diğer alanları.