根據(jù)電動自行車鉛酸蓄電池的特點，當(dāng)其為36V/12AH時,，采用限壓恒流充電方式,，初始充電電流最大不宜超過3A。也就是說,，充電器輸出最大達到43V/3A/129W,，已經(jīng)可滿足。在充電過程中,，充電電流還將逐漸降低,。以目前開關(guān)電源技術(shù)和開關(guān)管生產(chǎn)水平而言，單端開關(guān)穩(wěn)壓器輸出功率的極限值已提高到180W,，甚至更大,。輸出功率為150W以下的單端它激式開關(guān)穩(wěn)壓器,，其可靠性已達到極高的程度,。MOS FET開關(guān)管的應(yīng)用，成功地解決了開關(guān)管二次擊穿的難題,，使開關(guān)電源的可靠性更上一層樓,。
目前，應(yīng)用最廣的,、也是最早的可直接驅(qū)動MOS FET開關(guān)管的單端驅(qū)動器為MC3842,。MC3842在穩(wěn)定輸出電壓的同時，還具有負載電流控制功能，因而常稱其為電流控制型開關(guān)電源驅(qū)動器,，無疑用于充電器此功能具有獨特的優(yōu)勢,，只用極少的外圍元件即可實現(xiàn)恒壓輸出，同時還能控制充電電流,。尤其是MC3842可直接驅(qū)動MOS FET管的特點,，可以使充電器的可靠性大幅提高。由于MC3842的應(yīng)用極廣,，本文只介紹其特點,。
MC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動集成電路，其內(nèi)部功能包括：基準電壓穩(wěn)壓器,、誤差放大器,、脈沖寬度比較器、鎖存器,、振蕩器,、脈寬調(diào)制器(PWM)、脈沖輸出驅(qū)動級等等,。MC3842的同類產(chǎn)品較多,，其中可互換的有UC3842、IR3842N,、SG3842,、CM3842(國產(chǎn))、LM3842等,。MC3842內(nèi)部方框圖見圖1,。其特點如下：
單端PWM脈沖輸出，輸出驅(qū)動電流為200mA,，峰值電流可達1A,。
啟動電壓大于16V，啟動電流僅1mA即可進入工作狀態(tài),。進入工作狀態(tài)后,，工作電壓在10～34V之間，負載電流為15mA,。超過正常工作電壓,，開關(guān)電源進入欠電壓或過電壓保護狀態(tài)，此時集成電路無驅(qū)動脈沖輸出,。
內(nèi)設(shè)5V/50mA基準電壓源,，經(jīng)2:1分壓作為取樣基準電壓。
輸出的驅(qū)動脈沖既可驅(qū)動雙極型晶體管,，也可驅(qū)動MOS場效應(yīng)管,。若驅(qū)動雙極型晶體管,，宜在開關(guān)管的基極接入RC截止加速電路，同時將振蕩器的頻率限制在40kHz以下,。若驅(qū)動MOS場效應(yīng)管,，振蕩頻率由外接RC電路設(shè)定，工作頻率最高可達500kHz,。
內(nèi)設(shè)過流保護輸入(第3腳)和誤差放大輸入(第1腳)兩個脈沖調(diào)制(PWM)控制端,。誤差放大器輸入端構(gòu)成主脈寬調(diào)制(PWM)控制系統(tǒng)，過流檢測輸入可對脈沖進行逐個控制,，直接控制每個周期的脈寬,，使輸出電壓調(diào)整率達到0.01%/V。如果第3腳電壓大于1V或第1腳電壓小于1V,，脈寬調(diào)制比較器輸出高電平使鎖存器復(fù)位,，直到下一個脈沖到來時才重新置位。如果利用第1,、3腳的電平關(guān)系,，在外電路控制鎖存器的開/閉，使鎖存器每個周期只輸出一次觸發(fā)脈沖,，無疑使電路的抗干擾性增強,，開關(guān)管不會誤觸發(fā)，可靠性將得以提高,。
內(nèi)部振蕩器的頻率由第4,、8腳外接電阻和電容器設(shè)定。同時,，內(nèi)部基準電壓通過第4腳引入外同步,。第4、8腳外接電阻,、電容器構(gòu)成定時電路,，電容器的充/放電過程構(gòu)成一個振蕩周期。當(dāng)電阻的設(shè)定值大于5kΩ時,，電容器的充電時間遠大于放電時間,，其振蕩頻率可根據(jù)公式近似得出：ｆ＝1/Tc＝1/0.55RC＝1.8/RC。由MC3842組成的輸出功率可達120W的鉛酸蓄電池充電器如圖2所示,。該充電器中只有開關(guān)頻率部分為熱地,，MC3842組成的驅(qū)動控制系統(tǒng)和開關(guān)電源輸出充電部分均為冷地，兩種接地電路由輸入,、輸出變壓器進行隔離,，變壓器不僅結(jié)構(gòu)簡單,，而且很容易實現(xiàn)初次級交流2000V的抗電強度,。該充電器輸出端電壓設(shè)定為43V/1.8A,，如有需要可將電流調(diào)定為3A，用于對容量較大的鉛酸蓄電池充電(如用于對容量為30AH的蓄電池充電),。
市電輸入經(jīng)橋式整流后,，形成約300V直流電壓，因而對此整流濾波電路的要求與通常有所不同,。對蓄電池充電器來說,，橋式整流的100Hz脈動電流沒必要濾除干凈，嚴格說100Hz的脈動電流對蓄電池充電不僅無害,，反而有利,，在一定程度上可起到脈沖充電的效果，使充電過程中蓄電池的化學(xué)反應(yīng)有緩沖的機會,，防止連續(xù)大電流充電形成的極板硫化現(xiàn)象,。雖然1.8A的初始充電電流大于蓄電池額定容量C的1/10，間歇的大電流也使蓄電池的溫升得以緩解,。因此,，該濾波電路的C905選用47μF/400V的電解電容器，其作用不足以使整流器120W的負載中紋波濾除干凈,，而只降低整流電源的輸出阻抗,，以減小開關(guān)電路脈沖在供電電路中的損耗。C905的容量減小,，使得該整流器在滿負載時輸出電壓降低為280V左右,。
U903按MC3842的典型應(yīng)用電路作為單端輸出驅(qū)動器，其各引腳作用及外圍元件選擇原則如下(參見圖1,、圖2),。
第1腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端,。誤差電壓在IC內(nèi)部經(jīng)D1、D2電平移位,，R1,、R2分壓后，送入電流控制比較器的反向輸入端,，控制PWM鎖存器,。當(dāng)1腳為低電平時，鎖存器復(fù)位,，關(guān)閉驅(qū)動脈沖輸出,，直到下一個振蕩周期開始才重新置位，恢復(fù)脈沖輸出,。外電路接入R913(10kΩ),、C913(0.1μF),，用以校正放大器頻率和相位特性。
第2腳內(nèi)部誤差放大器反相輸入端,。充電器正常充電時,，最高輸出電壓為43V。外電路由R934(16kΩ),、VR902(470Ω),、R904(1kΩ)分壓后，得到2.5V的取樣電壓,，與誤差放大器同相輸入端的2.5V基準電壓比較,，檢出差值，通過輸出脈沖占空比的控制使輸出電壓限定在43V,。在調(diào)整此電壓時,，可使充電器空載。調(diào)整VR902,，可使正負輸出端電壓為43V,。
第3腳為充電電流控制端。在第2腳設(shè)定的輸出電壓范圍內(nèi),，通過R902對充電電流進行控制,，第3腳的動作閾值為1V，在R902壓降1V以內(nèi),，通過內(nèi)部比較器控制輸出電壓變化,，實現(xiàn)恒流充電。恒流值為1.8A,，R902選用0.56Ω/3W,。在充電電壓被限定為43V時，可通過輸出電壓調(diào)整充電電流為恒定的1.75A～1.8A,。蓄電池充滿電,，端電壓≥43V，隔離二極管D908截止,，R902中無電流,，第3腳電壓為0V，恒流控制無效,，由第2腳取樣電壓控制充電電壓不超過43V,。此時若充滿電，在未斷電的情況下,，將形成43V電壓的涓流充電,，使蓄電池電壓保持在43V。為了防止過充電，36V鉛酸蓄電池的此電壓上限不宜使電池單元電壓超過2.38V,。該電路雖為蓄電池取樣,，實際上也限制了輸出電壓，如輸出電壓超過蓄電池電壓0.6V,，蓄電池電壓也隨之升高，送入電壓取樣電路使之降低,。
第4腳外接振蕩器定時元件,，CT為2200pF，RT為27kΩ,，R911為10Ω,。該例中考慮到高頻磁芯購買困難，將頻率設(shè)定為30kHz左右,。R911用于外同步,，該電路中可不用。
第5腳為共地端,。
第6腳為驅(qū)動脈沖輸出端,。為了實現(xiàn)與市電隔離，由T902驅(qū)動開關(guān)管,。T902可用5×5mm磁芯,，初次級繞組各用0.21mm漆包線繞20匝，繞組間用2×0.05mm聚脂薄膜絕緣,。R909為100Ω,，R907為10kΩ。如果Q901內(nèi)部柵源極無保護二極管,，可在外電路并入一只10～15V穩(wěn)壓管,。
第7腳為供電端。為了省去獨立供電電路,，該電路中由蓄電池端電壓降壓供電,，供電電壓為18V。當(dāng)待充蓄電池接入時,，最低電壓在32.4V～35V之間,，接入18V穩(wěn)壓管均可得到18V的穩(wěn)定電壓。濾波電容器C909為100μF,。
第8腳為5V基準電壓輸出端,，同時在IC內(nèi)部經(jīng)R3、R4分壓為2.5V,，作為誤差檢測基準電壓,。
充電器的脈沖變壓器T901可用市售芯柱圓形、直徑12mm的磁芯(芯柱對接處已設(shè)有1mm的氣隙),。初級繞組用0.64mm高強度漆包線繞82匝,，次級繞組用0.64mm高強度漆包線雙線并繞50匝,。初次級之間需墊入3層聚脂薄膜。
該充電器的控制驅(qū)動系統(tǒng)和次級充電系統(tǒng)均與市電隔離,，且MC3842由待充蓄電池電壓供電,，無產(chǎn)生超壓、過流的可能,，而T901次級僅有的幾只元器件,，只要選擇合格，擊穿的可能性也幾乎為零,，因此其可靠性極高,。此部分的二極管D911可選擇共陰或共陽極，將肖特基二極管并聯(lián)應(yīng)用,。D908可選用額定電流5A的普通二極管,。次級整流電路濾波電容器選用220μF已足夠，以使初始充電電流較大時具有一定的紋波,，而起到脈沖充電的作用,。
該充電器電路極為簡單，然而可靠性卻較高,，其原因是：MC3842屬逐周控制振蕩器,，在開關(guān)管的每個導(dǎo)通周期進行電壓和電流的控制，一旦負載過流,，D911漏電擊穿,；若蓄電池端子短路，第3腳電壓必將高于1V,，驅(qū)動脈沖將立即停止輸出,；若第2腳取樣電壓由于輸出電壓升高超過2.5V，則使第1腳電壓低于1V,，驅(qū)動脈沖也將被關(guān)斷,。多年來，MC3942被廣泛用于電腦顯示器開關(guān)電源驅(qū)動器,，無論任何情況下(其本身損壞或外圍元件故障),，都不會引起輸出電壓升高，只是無輸出或輸出電壓降低,，此特點使開關(guān)電源的負載電路極其安全,。在該充電器中MC3842及其外電路都與市電輸入部分無關(guān)，加之用蓄電池電壓經(jīng)降壓,、穩(wěn)壓后對其供電,，使其故障率幾乎為零。
該充電器中唯一與市電輸入有關(guān)的電路是T901初級和T902次級之間的開關(guān)電路，常見開關(guān)管損壞的原因無非兩方面：一是采用雙極型開關(guān)管時,，由于溫度升高導(dǎo)致熱擊穿,。這點對Q901的負溫度系數(shù)特性來說是不存在的，場效應(yīng)管的漏源極導(dǎo)通的電阻特性本身具有平衡其導(dǎo)通電流的能力,。此外,，由于開關(guān)管的反壓過高，當(dāng)開關(guān)管截止時,，反向脈沖的尖峰極易擊穿開關(guān)管,。為此，該電路中通過減小C905的容量,，以在開關(guān)管導(dǎo)通的大電流狀態(tài)下適當(dāng)降低整流電壓,。二是采用中心柱為圓型的鐵氧體磁芯,，其漏感相對小于矩形截面磁芯，而且氣隙預(yù)留于中心柱,，而不在兩側(cè)旁柱上,，進一步減小了漏感。在此條件下選用VDS較高的開關(guān)管是比較安全的,。圖2中Q901為2SK1539,，其VDS為900V，IDS為10A,，功率為150W,。也可以用規(guī)格近似的其它型號MOS FET管代用。如果擔(dān)心尖峰脈沖擊穿開關(guān)管,，可以在T901的初級接入通常的C,、D、R吸收回路,。由于該充電器的初始充電電流,、最高充電電壓設(shè)計均在較低值，且充滿電后涓流充電電流極小,，基本可以認為是定時充電,。如一只12A時的鉛酸蓄電池，7小時即可充滿電,，且充滿電后,，是否斷電對蓄電池、充電器影響均極小,。試用中,，晚上8點接入電源充電，第二天早7點斷電，手摸蓄電池,、充電器的外殼溫度均未超過室溫
