Actualmente, el controlador de un solo extremo más utilizado y más antiguo que puede controlar directamente tubos de conmutación MOS FET es el MC3842. Si bien el MC3842 estabiliza el voltaje de salida, también tiene una función de control de corriente de carga. Por lo tanto, a menudo se le llama controlador de fuente de alimentación conmutada controlada por corriente. Esta función sin duda tiene ventajas únicas cuando se usa en cargadores. Puede lograr una corriente de carga constante con solo. Algunos componentes periféricos tienen salida de voltaje y también pueden controlar la corriente de carga. En particular, el MC3842 puede controlar directamente tubos MOS FET, lo que puede mejorar en gran medida la confiabilidad del cargador. Dado que MC3842 tiene una amplia gama de aplicaciones, este artículo solo presenta sus características.
MC3842 es un circuito integrado de controlador de fuente de alimentación conmutada autoexcitado de salida de un solo extremo de 8 pines de doble fila. Sus funciones internas incluyen: regulador de voltaje de referencia, amplificador de error, comparador de ancho de pulso, pestillo y convertidor de oscilador. , modulador de ancho de pulso (PWM), etapa de controlador de salida de pulso, etc. Hay muchos productos similares de MC3842, entre los cuales los intercambiables incluyen UC3842, IR3842N, SG3842, CM3842 (nacional), 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 salida es de 200 mA y la corriente máxima puede alcanzar 1 A.
El voltaje de arranque es superior a 16 V y la corriente de arranque es de solo 1 mA para entrar en el estado de funcionamiento. Después de entrar en estado de funcionamiento, el voltaje de funcionamiento está entre 10 y 34 V y la corriente de carga es de 15 mA. Cuando se excede el voltaje de funcionamiento normal, la fuente de alimentación conmutada entra en un estado de protección de bajo voltaje o sobrevoltaje. En este momento, el circuito integrado no tiene salida de pulso de accionamiento.
Fuente de voltaje de referencia incorporada de 5V/50mA, dividida por 2:1 como voltaje de referencia de muestreo.
El pulso de excitación de salida puede accionar tanto transistores bipolares como transistores de efecto de campo MOS. Si se utiliza un transistor bipolar, es aconsejable 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 acciona 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.
Dos terminales de control de modulación de pulso (PWM) incorporados: entrada de protección contra sobrecorriente (pin 3) y entrada de amplificación de error (pin 1). El terminal de entrada del amplificador de error forma 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 y controlar directamente el ancho de pulso de cada ciclo, de modo que la tasa de ajuste del voltaje de salida alcance 0,01/. v. Si el voltaje del pin 3 es mayor que 1 V o el voltaje del pin 1 es menor que 1 V, el comparador de modulación de ancho de pulso genera un nivel alto para restablecer el pestillo y no se reinicia hasta que llega el siguiente pulso. Si la relación de nivel entre los pines 1 y 3 se utiliza para controlar la apertura/cierre del pestillo en un circuito externo, de modo que el pestillo solo emita un pulso de disparo una vez por ciclo, sin duda mejorará el rendimiento antiinterferencias del circuito. y el tubo del interruptor no funcionará mal, se mejorará la confiabilidad.
La frecuencia del oscilador interno la establecen las resistencias y condensadores externos conectados a los pines 4 y 8. Al mismo tiempo, la tensión de referencia interna introduce una sincronización externa a través del pin 4. Los pines 4 y 8 están conectados a resistencias y condensadores externos para formar un circuito de temporización, y el proceso de carga/descarga del condensador constituye un ciclo de oscilación. Cuando el valor de ajuste de resistencia es superior a 5 kΩ, el tiempo de carga del condensador es mucho mayor que el tiempo de descarga y su frecuencia de oscilación se puede aproximar según la fórmula: f=1/Tc=1/0.55RC=1.8/RC .
El cargador de batería de plomo-ácido compuesto por MC3842 con una potencia de salida de hasta 120W se muestra en la Figura 2. En este cargador, solo la parte de frecuencia de conmutación es tierra caliente. El sistema de control del variador y la parte de carga de salida de la fuente de alimentación conmutada compuesta por MC3842 son tierra fría. Los dos circuitos de tierra están aislados por transformadores de entrada y salida. De estructura simple, pero también fácil de implementar. Resistencia eléctrica de CA primaria y secundaria de 2000 V. El voltaje de salida del cargador se establece en 43 V/1,8 A. Si es necesario, la corriente se puede configurar en 3 A para cargar baterías de plomo-ácido de mayor capacidad (por ejemplo, para cargar baterías con una capacidad de 30 AH).
Después de rectificar en puente la entrada de red, se forma un voltaje de CC de aproximadamente 300 V, por lo que los requisitos para este circuito rectificador y filtro son diferentes de los habituales. Para los cargadores de baterías, no es necesario filtrar la corriente pulsante de 100 Hz de rectificación de puente. Estrictamente hablando, la corriente pulsante de 100 Hz no solo es inofensiva para la carga de la batería, sino que, hasta cierto punto, puede lograr el efecto de la carga por impulsos. , al realizar la carga Durante el proceso, la reacción química de la batería tiene la oportunidad de amortiguar, evitando la vulcanización de la placa causada por la carga continua de alta corriente. Aunque la corriente de carga inicial de 1,8 A es superior a 1/10 de la capacidad nominal C de la batería, la gran corriente intermitente también alivia el aumento de temperatura de la batería. Por lo tanto, el C905 de este circuito de filtro utiliza un condensador electrolítico de 47 μF/400 V, que no es suficiente para filtrar las ondulaciones en la carga de 120 W 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 alimentación. La capacidad reducida del C905 reduce el voltaje de salida del rectificador a aproximadamente 280 V a plena carga.
U903 se utiliza como controlador de salida de un solo extremo de acuerdo con el circuito de aplicación típico de MC3842. Sus funciones de pines y principios de selección de componentes periféricos son los siguientes (consulte la Figura 1 y la Figura 2).
El pin 1 es la salida del amplificador de error interno. El voltaje de error cambia de nivel mediante D1 y D2 dentro del IC y, después de dividirlo entre R1 y R2, se envía al extremo de entrada inversa 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 impulsos de accionamiento se desactiva. No se restablece hasta que el siguiente ciclo de oscilación comienza a reanudar la salida de impulsos. El circuito externo está conectado a R913 (10kΩ) y C913 (0,1μF) para corregir las características de frecuencia y fase del amplificador.
El pin 2 es el terminal de entrada inversor del amplificador de error interno. Cuando el cargador se carga normalmente, el voltaje de salida máximo es 43V. Después de dividir el circuito externo por R934 (16 kΩ), VR902 (470 Ω) y R904 (1 kΩ), se obtiene un voltaje de muestreo de 2,5 V, que se compara con el voltaje de referencia de 2,5 V en el terminal de entrada no inversor del error. amplificador para detectar la diferencia y pasar el ciclo de trabajo del pulso de salida. El control limita el voltaje de salida a 43V. Al ajustar este voltaje, el cargador se puede dejar descargado. Ajuste VR902 para que el voltaje en los terminales de salida positivo y negativo sea de 43 V.
El pin 3 es el terminal de control de la corriente de carga. Dentro del rango de voltaje de salida establecido por el pin 2, la corriente de carga se controla a través de R902. El umbral de acción del pin 3 es 1 V. Dentro de la caída de voltaje de R902 dentro de 1 V, el comparador interno controla el cambio del voltaje de salida para lograr una corriente constante. cargando. El valor de corriente constante es 1,8 A y R902 utiliza 0,56 Ω/3 W. Cuando el voltaje de carga se limita 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 ≥43 V, el diodo de aislamiento D908 está cortado, no hay corriente en R902, el voltaje del pin 3 es 0 V, el control de corriente constante no es válido y el voltaje de carga está controlado por el voltaje de muestreo del pin 2 no debe exceder los 43 V. Si está completamente cargada en este momento, se formará una carga lenta de 43 V sin corte de energía, manteniendo el voltaje de la batería en 43 V. Para evitar la sobrecarga, el límite superior de voltaje de las baterías de plomo-ácido de 36 V no debe hacer que el voltaje de la celda de la batería supere los 2,38 V. Aunque este circuito toma muestras de 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 se enviará al circuito de muestreo de voltaje para reducirlo.
El pin 4 está conectado al componente de sincronización del oscilador externo, 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 usa para sincronización externa y no se puede usar en este circuito.
El quinto pie es el suelo.
El pin 6 es el terminal de salida de impulsos del variador. Para lograr el aislamiento de la red eléctrica, el tubo de conmutación es accionado por T902.
T902 puede usar un núcleo magnético de 5×5 mm, los devanados primario y secundario están enrollados cada uno con 20 vueltas de alambre esmaltado de 0,21 mm y los devanados están aislados con una película de poliéster de 2×0,05 mm. R909 es de 100 Ω y R907 es de 10 kΩ. Si no hay un diodo de protección para la puerta interna y la fuente de Q901, se puede incorporar un tubo regulador de voltaje de 10~15V al circuito externo.
El pin 7 es el terminal de alimentación. Para eliminar la necesidad de un circuito de suministro de energía independiente, el circuito se alimenta mediante el reductor de voltaje del terminal de la batería y el voltaje de suministro es de 18 V. Cuando la batería a cargar está conectada, el voltaje más bajo está entre 32,4 V y 35 V. Se puede obtener un voltaje estable de 18 V conectando un tubo regulador de voltaje de 18 V. El condensador de filtro C909 es de 100 μF.
El pin 8 es el terminal de salida de voltaje de referencia de 5 V. Al mismo tiempo, se divide en 2,5 V por R3 y R4 dentro del IC, que se utiliza como voltaje de referencia de detección de errores.
El transformador de impulsos T901 del cargador puede utilizar un núcleo magnético disponible comercialmente con una columna de núcleo redondo y un diámetro de 12 mm (la columna de núcleo tiene un espacio de aire de 1 mm en la junta a tope). El devanado primario está enrollado con 82 vueltas de alambre esmaltado de alta resistencia de 0,64 mm y el devanado secundario está enrollado con 50 vueltas de alambre esmaltado de alta resistencia de 0,64 mm. Es necesario rellenar tres capas de película de poliéster entre los niveles primario y secundario.
El sistema de control de accionamiento y el sistema de carga secundario del cargador están aislados de la red eléctrica, y el MC3842 se alimenta del voltaje de la batería a cargar, por lo que no hay posibilidad de sobretensión o sobrecorriente, mientras que el secundario T901 Sólo mientras los componentes seleccionados estén calificados, la posibilidad de avería es casi nula, por lo que su confiabilidad es extremadamente alta. El diodo D911 en esta parte puede elegir el cátodo positivo o el ánodo positivo, y el diodo Schottky se aplica en paralelo. D908 puede utilizar diodos ordinarios con una corriente nominal de 5A. Es suficiente elegir 220 μF como condensador de filtro del circuito rectificador secundario, de modo que cuando la corriente de carga inicial sea grande, tendrá una cierta ondulación y desempeñará el papel de carga por impulsos.
El circuito del cargador es extremadamente simple, pero su confiabilidad es alta. La razón es: MC3842 es un oscilador de control ciclo por ciclo, que controla el voltaje y la corriente en cada ciclo de conducción del tubo del interruptor. Una vez que la carga tiene sobrecorriente y D911 tiene fugas y se avería, si el terminal de la batería está en cortocircuito, el voltaje del pin 3 será superior a 1 V y el pulso de conducción detendrá la salida inmediatamente si el voltaje de muestreo del pin 2 excede; 2,5 V debido al aumento en el voltaje de salida, el voltaje del pin 1 será Si el voltaje del pin es inferior a 1 V, el pulso de conducción también se apagará. Durante muchos años, el MC3942 se ha utilizado ampliamente en controladores de fuentes de alimentación conmutadas para monitores de computadoras. Independientemente de las circunstancias (está dañado o fallan los componentes periféricos), no provocará que aumente el voltaje de salida, sino que solo no aumentará el voltaje de salida. disminuirá. Esta característica hace que la fuente de alimentación conmutada. El circuito de carga sea extremadamente seguro. En este cargador, el MC3842 y su circuito externo no tienen nada que ver con la parte de entrada de la red eléctrica. Además, el voltaje de la batería se utiliza para suministrar energía después de reducirse y estabilizarse, por lo que la tasa de falla es casi nula.
El único circuito de este cargador relacionado con la entrada de red es el circuito de conmutación entre el primario T901 y el secundario T902. Las razones comunes por las que se daña el tubo del interruptor no son más que dos razones: Primero, el uso de bipolar. cambiar los tubos Cuando la temperatura aumenta, se produce una ruptura térmica. Esto no existe para las características del coeficiente de temperatura negativo de Q901. Las características de resistencia de la conducción drenaje-fuente del propio transistor de efecto de campo tienen 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 está apagado, el pico del pulso inverso puede romper fácilmente el tubo del interruptor. Con este fin, en este circuito, la capacidad de C905 se reduce para reducir adecuadamente el voltaje rectificado en el estado de alta corriente cuando se enciende el tubo del interruptor. El segundo es utilizar un núcleo de ferrita con una columna central circular, 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 de ambos lados. reduciendo aún más la inductancia de fuga. En esta condición, es más seguro elegir un tubo de interruptor con VDS más alto. Q901 en la Figura 2 es 2SK1539, su VDS es 900 V, IDS es 10 A y la potencia es 150 W. También puedes utilizar otros tipos de tubos MOS FET con especificaciones similares. Si le preocupa la ruptura del pulso de pico del tubo del interruptor, puede conectar el bucle de absorción C, D, R habitual al lado primario del T901.
Dado que la corriente de carga inicial y el voltaje de carga máximo de este cargador están diseñados para ser de valores bajos, y la corriente de carga lenta después de la carga completa es extremadamente pequeña, básicamente se puede considerar como carga programada. Por ejemplo, una batería de plomo-ácido de 12 A se puede cargar completamente en 7 horas y, después de la carga completa, 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 energía para cargarla a las 8 p.m. y la energía se cortó a las 7 a.m. de la mañana siguiente. Cuando se tocó, la temperatura de la batería y del cargador no excedió la temperatura ambiente.