一款高功率密度充電器的設計與實現

吳 坡

(鹽城工業職業技術學院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

隨著動力鋰電池技術的發展，生活中更多時候要求電池組能夠快速充電，比如電動滑板車、電動自行車的電池組都要在很短時間內能充滿電，才能滿足消費者的需求。市場上需要一款體積小、功率大的恒流充電器。

1 充電器的設計

1.1 設計目標

設計一款小于100W的充電器，要求使充電寶能夠在45分鐘內充滿，具體參數如下。輸入電壓：90～250Vac，50Hz全電壓輸入；輸出電流：1.9A恒流；輸出電壓范圍：25～50V；空載輸出電壓：75V。

1.2 電源選擇

目前絕大多數的電源都是開關電源，開關電源是使用晶體管作為開關管，通過控制開關管導通與截止時間和開關頻率來控制負載電流的一種電源。按照是否可用變壓器進行功率傳遞可將DC/DC變換器分為隔離型和非隔離型兩大類。

隔離型DC/DC變換器有兩個缺點：第一，結構相對來說比較復雜，使得產品體積較大；第二，功率的轉換效率較低。它的優點是可以實現輸入與輸出電路的電氣隔離，使用更安全；變換器輸入端不受負載波動的影響；非隔離電源輸入與輸出沒有電器隔離，有一定的觸電危險，特別是用戶要經常觸碰充電器，在使用方面存在不安全因素，所以從用戶安全角度考慮，選用隔離型開關電源。

1.3 電路拓撲結構選擇

電路拓撲結構選用反激式結構，該結構的開關電源硬件較為簡單，成本較低，適用于輸出功率在200W以下的開關電路。另外一方面該結構不需要次級濾波輸出電感，既是變壓器，又是電感；相對其他結構而言，該結構可用較少的線圈匝數獲得較高的電壓，因此選用反激變換電路。

1.4 其他

選用BP3105恒流控制芯片；用250V、1A的保險絲；選擇TENTA品牌的X2級別275Vac、0.1uF的安規電容；選用2A、600V的整流橋。

1.5 PFC電路設計

選用無源PFC電路，電路圖如下圖所示。該電路由三只二極管和兩只電容組成，Vac由0向峰值Vm變化的1/4周期內，電流對C1并經過D2對C2充電；到達Vm時，因為C1=C2，所以Vc1=Vc2=0.5Vm；當Vac由Vm下降時，電容C1通過負載和D3迅速放電，直到Vac=0.5Vm，然后C2通過D1和負載放電；負半周的變化與正半周類似，AC輸入電流將變得更平滑。

圖1 無源PFC電路

綜上，該款充電器的電路總圖如下：

圖2 100W恒流源電路原理圖

2 結束語

最后該款充電器的實物如右圖所示，尺寸為：30×28×110mm，和市場上同功率的隔離型恒流源相比，體積小很多，滿足設計要求。

圖3 100W充電器實物圖