電動自行車作為一種輕便，無污染的新型交通工具越來越普及，其動力部分市場上大多采用閥控式全密封免維修的鉛酸蓄電池。該蓄電池在正常充電時，比較好的充電方式是恒壓限流充電方式，即充電電源的電壓在整個充電過程中是恒定的，同時對初充電流加以限制。
  本文所設計的充電器其充電對象為兩節12V/100Ah鉛酸蓄電池，輸入電壓范圍是130~240V，28V輸出時額定電流是15A,該電動車充電器主要有兩部分組成:主電路和控制電路。
1 充電器電路組成部分及原理分析
1 .1 主電(dian)路拓撲結構

圖1 雙管正激式變換器
   如圖1所示，該充電器主電路采用雙管正激式變換器.其工作過程基本分成三個過程：能量轉移階段、變壓器磁復位階段和死區階段。在能量轉移階段，原邊的兩個MOSFET管Q1、Q2都導通，能量從輸入端向輸出端轉移。在變壓器磁復位階段，原邊的兩個快恢復二極管D1、D2都導通，使變壓器繞組承受反相輸入電壓，從而實現變壓器的磁復位。當變壓器完全復位后，變換器工作在死區階段，即原邊無電流，副邊通過D5、L3續流。
   MOSFET的驅動部分采用帶有隔離變壓器的互補驅動電路，依靠隔直電容C6和變壓器T2使MOSFET可靠導通和關斷，抗干擾能力強。
MOSFET的驅動控制主要采用電流型脈寬調制控制器UC3844, 如圖1所示，控制電路的V端連接到3844的電源腳。當充電器工作開始時，整流輸出側通過R1、C5給UC3844提供電源，使其啟動，變壓器T1開始工作，此時由副邊繞組N3,穩壓二極管W1、W2，晶體管Q3,R7及D3構成了串聯反饋型晶體管穩壓電路開始給3844提供穩定工作電源。其具體工作原理分析如下：當T1的副邊供電繞組N3輸出電壓變大時，Q3的E端輸出電壓相應變大，由于B端的基準電壓被W2穩住不變，故晶體管的基極電位Ub也不變，那么基－射極電壓Ube將減少，從而Ib減少，管壓降Uce增大，又讓Q3的E端輸出電壓相應減小，故E端的輸出電壓保持不變。如果N3輸出電壓變小時，調節過程與上述正好相反。
1.2控制電路組成
控制電路主要由電流型脈寬調制控制器UC3844和可調基準電壓源TL431組成。
UC3844具有電(dian)(dian)壓(ya)環(huan)和電(dian)(dian)流(liu)環(huan)雙閉環(huan)控制性能，其內部方框圖如圖2所示(shi)，其引腳共有8個，第(di)2腳是電(dian)(dian)壓(ya)反(fan)(fan)饋端，將取樣(yang)電(dian)(dian)壓(ya)加至E/A誤(wu)差(cha)放大(da)(da)器(qi)的反(fan)(fan)相輸入(ru)端，與同(tong)相放大(da)(da)器(qi)的2.5V基準電(dian)(dian)壓(ya)進行比較，產(chan)生誤(wu)差(cha)電(dian)(dian)壓(ya)。利用內部E/A誤(wu)差(cha)放大(da)(da)器(qi)可以(yi)構成電(dian)(dian)壓(ya)環(huan)。第(di)3腳是電(dian)(dian)流(liu)反(fan)(fan)饋端，電(dian)(dian)流(liu)取樣(yang)電(dian)(dian)壓(ya)由(you)第(di)3腳輸入(ru)到電(dian)(dian)流(liu)比較器(qi)。利用第(di)3腳和電(dian)(dian)流(liu)比較器(qi)可以(yi)構成電(dian)(dian)流(liu)環(huan)。第(di)1腳是補(bu)償(chang)(chang)端，外(wai)接阻(zu)容元件以(yi)補(bu)償(chang)(chang)誤(wu)差(cha)放大(da)(da)器(qi)的頻(pin)率(lv)特性.UC3844的振蕩工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)由(you)4腳和8腳之間(jian)(jian)的所接定(ding)時電(dian)(dian)阻(zu)Rt以(yi)及4腳和地之間(jian)(jian)所接的定(ding)時電(dian)(dian)容Ct設定(ding)。

圖2    UC3844脈寬調制器內部方框圖
  TL431是一種可調式精密并聯穩壓器，其等效內部電路如圖3所示，主要由四部分組成：①誤差放大器A，其同相輸入端接取樣電壓UREF,反相輸入端則接內部2.5V基準電壓
Uref,并且設計為UREF=Uref ;②內部2.50V基準電壓源 UREF ;③NPN型晶體管VT，在電路中起調節負載電流的作用；④保護二極管VD,能防止因K－A間電源極性接反而損壞芯片。通常在R-K端加入R、C構成誤差放大器的反饋網絡.TL431作為可調電壓源時，外部接線圖如圖4所示，其輸出電壓由外部電阻R1和R2來設定，有公式U0=UKA=（1+R1/R2）*UREF
 
圖3  TL431內部等效電路  
        

圖4 可調電壓源外部接線(xian)

基于上面的分析，本文采用了電壓環和電流環雙環控制的思想，控制電路如圖5所示。其中利用TL431穩壓的性能代替UC3844中的E/A誤差放大器的功能，實現電壓閉環控制，這樣可以提高系統的動態響應，同時采用了光耦隔離技術，使整個反饋系統更安全可靠。內環依然通過UC3844的電流測量腳和內部電流測定比較器構成電流環.考慮到過流對系統的影響，在電壓環（外環）調節的輸出端，即電流環（內環）調節的給定端，進行幅值限定，
    如圖5所示，R15就是分流限幅作用.控制電路的工作原理分析如下:當F端電壓升高時，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF> Uref,比較器輸出高電平，使VT導通，TL431分流增加，從而使F端電壓回落。同時電流環也在起作用，TL431分流增加，即光耦發光加強，感光端得到的反饋信號就越大,UC3844根據這個反饋信號，調節驅動信號的占空比，使F端電壓回落。當F端電壓減少時，調節方式正好相反。這樣循環下去，從動態平衡的角度來看，系統輸出電壓趨于穩定，達到穩壓的目的。  
 
圖5   控制電路
2實驗結果
 串聯反饋型晶體管穩壓電路輸出電壓大約20V左右，波形穩定如圖6所示。故開關管的驅動波形幅值為20V左右，保證MOSFET的可靠導通。由于主電路變壓器T1副邊的續流電感的作用，當輸出端V0接入輕載時，變換器工作在電感電流不連續模式下，UC3844的3腳電流采樣信號如圖8所示，當接入重載時，變換器工作在電感電流連續模式下，圖9顯示的是15A時電流采樣波形。
 
圖(tu)6 UC3844供(gong)電(dian)電(dian)源                         

 圖7  MOSFET驅動波形

圖8  輕載時電流采樣波形                       圖9 滿載時電流采樣波形
    實驗中，對兩節12V/100Ah鉛酸蓄電池進行充電，充電前蓄電池的容量大約已有20％，充電過程記錄如表1所示。9小時后蓄電池容量達到90％，9小時40分鐘達到飽和狀態.整個充電過程基本保持恒壓狀態。
 表1 蓄電池充電過程
時間充電電壓充電電流
開始28V12.1A
1小時28v10.5A
3小時28V8.4A
5小時28V7.6A
9 小時27.9V5A
9小時40分27.9V4.4A

3結語
實驗結果表明，本文設計的雙管正激式開關電源，具有良好的性能指標。它具有動態相應快，頻率相應特性好；負載調整率明顯；電壓調整范圍寬，紋波電壓小等優點。該系統的穩定性好，輕載重載時均可靠運行。因此，作為鉛酸蓄電池充電器的電源，能夠很好地達到(dao)充電(dian)效(xiao)果。