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Datron 4910固态电压基准的电源原理与锂电替换

时间:2012-10-09  来源:38hot  作者:lymex

二、原理分析


可以分成三个主要部分:电池充电部分、电压监测和开关部分、12V稳压部分,框图如下


整流滤波后得到的+28V电源,加到充电电路,提供限流的、可微调的20V电源,通过一个防反二极管接到一组标称18V的铅酸电池上。
检测部分若判断电压低于16V则断开电池,以免过放或发生危险。最后由LDO稳压成+12V。


电池充电部分


很巧妙、很简单的采用了ST公司的5脚可调电压、可调电流IC:L200。
这IC的2脚为输出,经过R403和R405等分压后,反馈到4脚做调整,其中4脚(到地的3脚)是一个2.77V门限的比较输入,高于这个电压将把输出2脚拉低,而低于时则输出更多的电流把2脚抬高,这样就保证了稳定。
这IC的特别之处,在于可以限流。全部输出电流其实均流出5脚、通过外部电阻接到2脚。当2、5脚电压超过0.45V时,输出就被限制。因此限制电流为
0.45/R402=0.45/2=230mA。
由于3、4脚电阻最小为3k,因此其电流就是2.77/3=0.92mA,此时R403的压降是0.92*22.6k=20.87V,因此最高可输出电压为2.77+20.87=23.6V
由于3、4脚电阻最大为4k,因此其电流就是2.77/4=0.69mA,此时R403的压降是0.92*22.6k=15.65V,因此最高可输出电压为2.77+15.65=18.4V
实际上,由于2.77V电压有4%的离散,因此可调范围可能要更大,但能够保证19.2V到22.5V之间可调。加上后面的防反二极管,可以保证输出在18.5V到21.8V之间可调。
我们知道,单节铅酸电池在standby用途下,单节充电电压是2.3V,6节就是13.8V,而4910用了9节,浮充电电压标称值为20.7V,因此,该充电电路可以充分满足铅酸电池组的需要。实际上,4910规定了在不同温度下的充电电压上下限,比上述的电压要低一些。比如在25度下,充电电压为20.0到20.5V。




电压监测和开关部分


开关管用的是P沟道的ZVP2106,-60V、-0.28A、Ron=5欧、TO92封装。好像感觉小了点,不过一个是工作在开关状态,另一个是后面用电电流比较小,因此也没问题。
R426和D403、D406 给U403的正输入提供了一个2.44V的稳定的基准
R412和R413等对电池电压进行分压,R413等下电阻合计为17.83k,当该电阻的电流大于2.44V/17.84k=0.137mA时(算上LP339的Ib为0.145mA),U403的10脚电位比11脚高,因此输出13脚为近地电位,Q401导通。这一电流在R412上的压降为0.145*82.5k=11.96V,因此当电池电压低于2.44+11.96=14.4V时,U403的13脚就输出高电位,Q401就截止。
这个14.4V电压的确太低了些,分配给9节串联电池每节才1.6V,与说明书上的最低16V也有矛盾。



这部分的自耗电也很小,R412有0.18mA最大,R426也为0.18mA最大,U403为0.1mA最大,合计不到0.5mA。


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