1 工作原理
    原理圖如圖1所示，它由如下元件構(gòu)成：C1，V1～V4，C2組成濾波整流電路，變壓器T為高頻變壓器，V5，R2，C11組成功率開關(guān)管V7的保護(hù)電路，NF為供給IC電源的繞組。單端輸出IC為UC3842，其8腳輸出5 V基準(zhǔn)電壓，2腳為反相輸入，1腳為放大器輸出，4腳為振蕩電容C9，電阻R7輸入端，5腳為接地端，3腳為過(guò)流保護(hù)端，6腳為調(diào)寬單脈沖輸出端，7腳為電源輸入端。R6、C7組成負(fù)反饋，IC啟動(dòng)瞬間由R1供給啟動(dòng)電壓，電路啟動(dòng)后由NF產(chǎn)生電勢(shì)經(jīng)V6，C4，C5整流濾波后供給IC工作電壓。R12為過(guò)流保護(hù)取樣電阻，V8，C3組成反激整流濾波輸出電路。R13為內(nèi)負(fù)載，V9～V12及R14～R19組成發(fā)光管顯示電路。V5，V6選用FR107，V8選用FR154，V7選用K792，當(dāng)V7導(dǎo)通時(shí)，整流電壓加在變壓器T初級(jí)繞組Np上的電能變成磁能儲(chǔ)存在變壓器中，在V7導(dǎo)通結(jié)束時(shí)，Np繞組中電流達(dá)到最大值：Ipmax：Ipmax=(E／Lp)ton式中：E為整流電壓；Lp為變壓器初級(jí)繞組電感；ton為V7導(dǎo)通時(shí)間。在V7關(guān)閉瞬間，變壓器次級(jí)繞組放電電流為最大值Ismax，若忽略各種損耗應(yīng)為：Ismax=nIpmax=n(E／Lp)ton。式中：n為變壓器變比，n=Np／Ns，Np，Ns為變壓器初、次級(jí)繞組匝數(shù)。

    高頻變壓器在V7導(dǎo)通期間初級(jí)繞組儲(chǔ)存能量與V7關(guān)閉期間次級(jí)繞組釋放能量應(yīng)相等：n(E／Lp)ton=(Uo／Ls)toff，式中：Ls為變壓器次級(jí)繞組電感；Uo為輸出電壓；toff為V7關(guān)閉時(shí)間。
因?yàn)長(zhǎng)p=n2Ls，則：(E／nLs)ton=(Uo／Ls)toffEton=nUotoffUo=(ton／ntoff)E，上式說(shuō)明輸出電壓Uo與ton成正比，與匝比n及toff成反比。
    變壓器在導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的能量WLp為：

   
    變壓器Lp愈大儲(chǔ)能愈多。變壓器儲(chǔ)存的能量能否在toff期間釋放完，不僅與變壓器的工作頻率f有關(guān)，而且與次級(jí)繞組電感量Ls有關(guān)，更與負(fù)載的大小有關(guān)。
    儲(chǔ)能釋放時(shí)間常數(shù)τ和V7關(guān)閉時(shí)間toff之間的差異形成變換器三種工作狀態(tài)，下面分開介紹：
    (1)toff=τ這種狀態(tài)為臨界狀態(tài)。各參數(shù)波形如圖1所示。
    圖2為toff=τ的波形圖；圖2中ub為Vp的控制電壓波形；up為變壓器初級(jí)Np電勢(shì)波形；φ為變壓器磁通變化波形；uces為V7集電極電壓波形；ip，is為初、次級(jí)電流波形。

    (2)toff>τ各參數(shù)波形如圖3所示。
    從圖3中可以看出磁通φ復(fù)位時(shí)V7關(guān)閉還持續(xù)一段時(shí)間，ip呈線性上升，is線性下降。
    變壓器儲(chǔ)存的能量等于電路輸出能量。(1／2)LPIpmax2f=Uo2／RL，Uo2=(1／2)LpIpmax2RLf將Ipmax=(E／Lp)ton代入上式，則式中：RL為電路負(fù)載電阻；T=1／f為變壓器工作周期。式中E，ton，T，Lp為定值，所以輸出電壓Uo隨負(fù)載電阻RL的大小而變化，若忽略整流器件壓降，則輸出電壓最大值應(yīng)為：Uomax=(1／n)Up=(1／n)EV7承受的反壓應(yīng)為：Ucc=E+ Up=E+nUo。
    (3)toff<τ各參數(shù)波形如圖4所示。

    從圖4中可以看出磁通φ在toff期間不能復(fù)位，ip也不是從0開始線性增加，is下降不到0，這種工作狀態(tài)輸出電壓Uo應(yīng)滿足如下關(guān)系：
   
    上式說(shuō)明在Lp較大的情況下，Uo只決定于變壓器匝數(shù)、導(dǎo)通截止脈寬和電源電壓E，而與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān)。
    上述三種工作狀態(tài)中，第二種工作狀態(tài)輸出電壓Uo隨負(fù)載電阻大小而變化，我們正好利用這個(gè)特點(diǎn)，滿足充電器的充電特性。從電路中可知，電路的負(fù)載電阻RL實(shí)際上是被充電電池的等效內(nèi)阻，當(dāng)電池電量放空時(shí)，等效內(nèi)阻RL很小，隨著充電量增大，其等效內(nèi)阻升高，而電路輸出電壓Uo就是充電電壓，其變化是隨RL增大而升高，所以有如圖5所示的充電特性曲線。
    從圖5可以看出充電電流是隨著RL增大而下降。 io=uo／RL充電電壓uo、充電電流io都是隨RL而變化，RL的變化曲線是電池的充電特性決定的，所以用單端反激電路作成的充電器其充電電壓、電流有很好的跟隨性當(dāng)電池充滿后，RL也就大到一定限度，充電電壓也就進(jìn)入飽和狀態(tài)，充電電流自動(dòng)進(jìn)入浮充狀態(tài)。這樣便大大簡(jiǎn)化了自動(dòng)充電的控制電路。與相同性能的其他充電器電路相比，成本大大降低，可靠性大大提高。

2 電路設(shè)計(jì)計(jì)算
    (1)高頻變壓器的設(shè)計(jì)
    變壓器是變換器的主要部件，其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是磁芯選定，繞組匝數(shù)和導(dǎo)線直徑的選定。
    變壓器主要參數(shù)計(jì)算公式：
    輸出功率Po=Uoio；輸入功率Pi=Po/η；占空比D=ton／T；變壓器效率為η=Po／Pi；負(fù)載電阻RL=Uo/io。
    變壓器輸入電流最大值Ipmax=2Uo2／DηEminRL；變壓器輸入電流有效值Ipeff=Dip；變壓器工作頻率f的確定：
    f高雖然體積、重量可減小，但V7開關(guān)損耗增大，f低則變壓器體積變大重量加大，綜合考慮，一般選f=50 kHz左右。
    當(dāng)電池充滿后，RL也就大到一定限度，充電電壓也就進(jìn)入飽和狀態(tài)，充電電流自動(dòng)進(jìn)入浮充狀態(tài)。這樣便大大簡(jiǎn)化了自動(dòng)充電的控制電路。與相同性能的其他充電器電路相比，成本大大降低，可靠性大大提高。
    (2)磁芯尺寸選取
    因電路為單端反激電路，所以勵(lì)磁電流是單方向的，變壓器磁芯中產(chǎn)生的磁通只沿著磁滯回線在第一象限上下移動(dòng)，如圖6所示。
    按圖6中的磁路工作狀態(tài)，對(duì)磁芯尺寸計(jì)算公式推導(dǎo)如下：
   

式中：104為磁通密度單位換算系數(shù)；10-6為導(dǎo)通時(shí)間單位換算系數(shù)；SC為磁芯截面積，單位為cm。；△B取0．7Bs(飽和磁密)，單位為T；ton單位為μs。所選磁芯窗口面積So應(yīng)能繞下初、次級(jí)繞組，所以有如下公式關(guān)系：

式中：Ko為銅線占空系數(shù)，一般取Ko=0．2～0．5；Kc為磁芯占空系數(shù)，鐵氧體取Kc=1；j為導(dǎo)線中電流密度，一般取j=2～3 A／mm2；10-2為導(dǎo)線截面積尺寸單位換算系數(shù)。
    變壓器設(shè)計(jì)容量PT=EI，則：

   
    變壓器初、次級(jí)功率關(guān)系為：
    Ps=ηPTPo=Ps-PD
    式中：Ps為變壓器次級(jí)輸出功率；Pd為輸出端二極管等損耗功率。若忽略PD，則：Po=ηPT；SoSC=2Poton／η△BjKoKc(Po單位為cm4)據(jù)式計(jì)算So，SC，選取磁芯尺寸、規(guī)格。
    (3)繞組匝數(shù)的計(jì)算

   
    為了滿足電路要求，式中E，ton應(yīng)取最大值，單端反激電路變壓器原邊繞組兼有電感作用。其電感Lp(單位：μH)所需量由下式計(jì)算：Lp=Eton／Ip。
    式中：ton單位為μs。用下式核算Np繞組匝數(shù)能否滿足電感量要求：Lp'=(0．4πNp2Sc×10-8)／(Lδ+Lc／μc)式中：μc為磁芯材料有效導(dǎo)磁率；Lc為磁芯磁路平均長(zhǎng)度(cm)；Lδ為磁芯中空氣隙長(zhǎng)度(單位為cm)。若Lp≤Lp'，則加大Np，以達(dá)到電感量要求。變壓器匝比的選?。喝舨豢紤]次級(jí)整流壓降及變壓器內(nèi)損等因素的影響，則n=Ep／Eo，Ns=nNp／D，同理可計(jì)算NF=(Ns／Uo)Up。
    (4)導(dǎo)線直徑選取計(jì)算
    若取j=2．5 A／mm2則：
    d=0．7
    由此計(jì)算出各繞組導(dǎo)線直徑d(單位為mm)并選取規(guī)格值，驗(yàn)算磁芯窗口面積能否繞下各繞組，若繞不下，則重復(fù)上述有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。
    (5)驗(yàn)算次級(jí)繞組放電常數(shù)，τs應(yīng)小于toffτs=Ls／RL=(Lp'／n2)／RL=Lp'／(n2RL)toff=T／2，T=1／f，所以toff=1／(2f)，toff>τs為驗(yàn)算原則。若不能滿足，則重復(fù)上面有關(guān)計(jì)算。

3 各主要元器件的選用
    (1)功率開關(guān)管的選用。開關(guān)管耐壓應(yīng)大于等于E+nUo，一般取(2．5～4)Emax。開關(guān)功率管的電流由下式計(jì)算確定：

   
    (2)電容C2，C3的選定，C2電壓應(yīng)大于1．1×220 V；C3電壓根據(jù)輸出電壓而定。
    C2，C3電容量的選用原則是：C2Rp=(4～5)T50；C3RL=(4～5)T。式中：T50為頻率為50 Hz時(shí)對(duì)應(yīng)的工作周期；
    Rp，C2為放電等效電阻、電容；T為變壓器工作頻率對(duì)應(yīng)的周期。由此可以推算電容量。新型充電器設(shè)計(jì)組成如圖7所示。

4 電路調(diào)試
    (1)變換器工作頻率調(diào)整：調(diào)IC4腳的R7和C9可達(dá)到調(diào)整工作頻率的目的；
    (2)功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間ton的調(diào)整：調(diào)R3和R5可達(dá)到調(diào)整ton的目的；
    (3)過(guò)流保護(hù)工作點(diǎn)的調(diào)整：調(diào)R12可達(dá)到調(diào)整過(guò)流保護(hù)工作點(diǎn)的目的。

5 結(jié) 語(yǔ)
    用單端反激變換電路制作全自動(dòng)充電器是對(duì)單端反激變換電路探討實(shí)踐的總結(jié)。用此電路已經(jīng)設(shè)計(jì)制作了100 W以內(nèi)的全自動(dòng)充電器30多臺(tái)，使用效果良好。應(yīng)用所介紹的技術(shù)可省去復(fù)雜的控制電路和IC，不僅降低了成本，而且大大提高了可靠性，綜合效益顯著。