3.5 Расчёт схемы управления

В зарядных устройствах первоначальный запуск схемы управления часто производится от подключенной аккумуляторной батареи. Датчиком тока служит низкоомный резистор, а в качестве датчика напряжения используется резистивный делитель.

Схему управления целесообразно выполнить на специализированной микросхеме вместо применения дискретных элементов. Это даёт много преимуществ:

1. требуется один источник питания для схемы управления;

2. сокращается общее количество элементов схемы, следовательно, повышается надежность;

3. сокращается время разработки устройства, т. к. требуется рассчитать весьма небольшое количество навесных элементов.

4. как правило, не требуется стабилизация напряжения, что также упрощает схему.

С учётом параметров управляющих сигналов ( , ) выбирается микросхема UC3875N, мостовой фазосдвигающий контроллер [9]. Она содержит в себе все необходимые узлы для построения импульсного стабилизатора напряжения: генератор линейно изменяющегося напряжения, источник опорного напряжения (ИОН), усилитель сигнала ошибки, компаратор, два триггера, выходные усилители с максимальным током до 2А. Помимо этого предусмотрена регулировка коммутационной паузы для исключения сквозных токов. Также предусмотрена схема защиты от перегрузки (рис. 3.2). ИС выполнена в 20-выводном корпусе типа DIP. Параметры ИС, требуемые для последующих расчётов, приведены в табл. 3.1.

Поскольку схема управления выполнена на интегральной микросхеме, её расчёт сводится к выбору резисторов делителей, и элементов обратной связи.

Элементы R8 и C4 являются времязадающей цепью для ГЛИН, при этом на C4 формируется пилообразное напряжение амплитудой около 5 В.

Номиналы времязадающих элементов выбираются по номограмме, , [9].

Рисунок 3.2 – Структурная схема ИС UC3875N

К выходу ИОН микросхемы и в цепь питания подключаются конденсаторы C5 и C7 ёмкостью 0,1 мкФ [9].

Таблица 3.1 – Характеристики ИС UC3875N

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	11 ÷ 20
Потребляемый ток, мА	40
Опорное напряжение, В	5
Выходной ток драйверов, А	2
Рабочая частота, кГц	< 1000
Уровень срабатывания токовой защиты, В	2,5
Амплитуда напряжения ГЛИН, В	5

Резисторы R9 и R10 задают коммутационную паузу для защиты от сквозных токов. Сопротивления резисторов [9]:

;

.

Из ряда E24 выбираются резисторы номиналом 3,9 кОм.

В качестве датчика тока выбирается низкоомный резистор С5-16 номиналом 0,1 Ом. Падение напряжения при номинальном токе составляет:

.

Мощность, рассеиваемая на резисторе:

.

С учётом рассеиваемой мощности выбирается резистор С5-16-2-0,1Ом.

Делитель R12-R13 задаёт уровень зарядного тока, напряжение на его выходе равно напряжению на датчике тока при номинальном зарядном токе, т. е. .

Опорное напряжение на выходе микросхемы , сопротивление резисторов делителя:

;

,

где – ток делителя.

Из ряда E24 выбираются резисторы номиналом 330 Ом и 4,7 кОм соответственно.

Поскольку разрабатываемое устройство является стабилизатором тока, защита от короткого замыкания выхода не требуется. Вход токовой защиты микросхемы можно использовать для автоматического отключения устройства по окончании заряда АБ.

Делитель напряжения R6-R7 – это датчик выходного напряжения. Сопротивление резисторов делителя:

;

,

где – уровень срабатывания токовой защиты микросхемы [9].

Из ряда E24 выбираются резисторы номиналами 2,4 кОм и 82 кОм.

Структурная схема ЗУ с обратной связью по току представлена на рис. 3.3.

Рисунок 3.3 – Структурная схема ЗУ с обратной связью по току

В схеме рис. 3.3 входным параметром является напряжение задатчика тока , а выходным параметром – ток зарядки . Коэффициент обратной связи по току равен их отношению, т. е. имеет размерность сопротивления и численно равен сопротивлению датчика тока:

.

Статический режим работы зарядного устройства при замыкании ОС по току (рис. 3.3) описывается выражением:

,

где – Амплитуда развертывающего напряжения [9];

– внутреннее сопротивление, равное

;

– внутреннее сопротивление АБ, равное 0,02 Ом/В для кислотных батарей [1].

Согласно ТЗ, нестабильность зарядного тока .

Нестабильность выходного тока, вызванная изменением напряжения сети и напряжения АБ, имеет вид:

,

или, в числовых значениях:

.

Результат численного решения уравнения: .

Коэффициент усиления усилителя сигнала ошибки задаётся резистором R11. Сопротивление резистора:

.

Из ряда E24 выбирается резистор номиналом 51 кОм.

Полученный коэффициент усиления довольно велик, что может сделать замкнутую систему неустойчивой. Приблизительный вид ЛАЧХ разомкнутой цепи приведён на рис. 3.4, а.

Здесь – наибольшая постоянная времени, в данном случае постоянная времени вторичной цепи.

Обеспечить устойчивость замкнутой системы можно, введя инерционной звено таким образом, чтобы коэффициент передачи на частоте, соответствующей наибольшей постоянной времени, равнялся единице (рис. 3.4, б).

Коэффициент передачи разомкнутой цепи:

.

Рисунок 3.4 – ЛАЧХ разомкнутой цепи

Постоянная времени вторичной цепи:

.

Постоянная времени корректирующего звена:

.

Ёмкость конденсатора частотной коррекции:

.

Из ряда E24 конденсатор номиналом 0,47 мкФ.