电动自行车充电器电路原理分析

电动自行车充电器 给电动车辆的铅酸电瓶、镍镉电瓶补充能源，要通过充电器进行。充电器的种类很多.一般以有无工频变压器区分可分为分两大类。大功率的普遍采用环牛工频变压器虽然效率低，但是电流大（可到30A）、可靠。货运电动三轮无一例外地使用它，而30Ah以下的电瓶则大多采用开关电源技术，这样便提高了效率，甩掉了笨重的工频变压器，电动自行车充电器最大充电电流大多在2A左右。 1.采用开关电源技术的电动自行车充电器 （1）山东GD36充电器 电路原理图见图12所示，该充电器为半桥式充电器、主要性能指标为：输入电压：170-260V；输出电压： 44 V（可调）；最大充电电流：1.8A；浮充充电电流：200~100mA. 1）电路原理 本充电器电路主要由市电整流滤波、自激加他激半桥转换、PWM控制、电压控制、电流控制、输出整流滤波六部分组成。 整流滤波 市电220V/50Hz经二极管D1~D4桥式整流、电容C5~C7滤波，得到310V左右的直流电压，作为开关变换器的电源。 自激加他激半桥输出电路主要由Q1、Q2、B2、B3等元件组成。 自激启动该电路的特点是自激启动，控制电路所需辅助电源由其本身提供，无需另设，自激振荡是利用磁心饱和特性产生的，具体过程为：接通电源，C5、C6上的150V电压经R5、R7、R9、R10给开关管Q1、Q2提供基极偏压。设Q1由TR5偏压而微导通，则推动变压器B2的②-④绕组感应出极性是②脚正、④脚负的电压，于是 ①-②绕组感应出①脚正、②脚负电压加到Q1的发射极，加速Q1的导通。这是一个十分强烈的正反馈过程，Q1迅速饱和导通，与此同时，③-⑤绕组感应出③脚正、⑤脚负的电压，使Q2截止，Q1饱和导通后，150电压给B30-2主绕组充电储能，线圈中的电流和由它产生的磁感应强度随时间线性增加。但当磁感应强度增大到饱和点Bm时，电感量迅速减小，Q1的集电极电流急剧增加，增加的速率远大于其基极电流的增加，Vce升高，于是Q1退出饱和进入放大区，推动变压器B2的2-④、①-2、③-⑤绕组感应电压将反向，这又是一个强烈的正反馈过程，结果是Q1截止、Q2饱和导通。此后，这种过程重复进行而形成振荡。 工作原理如下： 他激振荡：自激振荡过程中，B3的次级输出电压经D9、D10全波整流、C19滤波，建立起PWM控制电路芯片TL494所需的工作电源。TL494开始工作，由Q3、Q4输出相位差为180°的PWM脉冲，经B2⑥-⑦、⑦-⑧ 绕组感应至①-②或③-⑤绕组。于是Q1、Q2便由自激转为在他激PWM脉冲驱动下轮流导通。B3的次级⑨-⑦、 ⑨-③绕组输出电压经D15全波整流、C21滤波得到+44V电压给蓄电池充电。 D6，D7是两只钳位二极管.保护开关管Q1、Q2。保护机理是泄放B3初级的反激能量和漏感储能，消除反峰电压。当Q1由导通变为截止而Q2又尚未导通时，D7导通，把反激能量再生给C6充电；当Q2由导通变为截止而Q1又尚未导通时，D6导通，把反激能量再生给C5充电。这样，一方面消除了反峰电压，另一方面因反激能量回送电源而极大地提高了电源的效率。 PWM控制以TL494为核心组成。C12，R19与内部电路形成振荡，当这两只阻容元件参数为图标数值时，振荡频率约为50kHz。（13）脚接+5V，脉冲输出方式被设置为推挽输出。8.（11）脚输出的推挽调宽脉冲，经驱动电路放大后送半桥输出级，控制Q1、Q2轮流导通。 R20、R24分压值设定死区控制端④脚的电位，限定最大导通占空比小于45%，C18是缓启动电容，接通电源后，C18两端电压为零，④脚的电位近似为+5V，输出脉冲占空比为零。随着C18的充电，④脚电压逐渐降低，导通占空比逐渐增大，输出电压逐渐受控。 电压、电流控制：R26和R27是电压负反馈取样电阻，R26与R27分压，对输出电压进行取样，加到TL494的 ①脚进行电压控制。R3是电流取样电阻，取样电压经R13加到TL494的（15）脚进行电流控制。电流控制的实质也是控制输出电压。 推挽驱动：由Q3、Q4、B2等元件组成。这是一种典型的变压器推挽式功率放大电路。D11、D14的作用与D5、D7相似，保护Q3、Q4，把B2初级的反激能量回送电源。 对于空载无任何输出的半桥式充电器，在保险管损坏的情况下，首先怀疑两只开关管是否击穿，在更换NPN管的同时，检查2.20等周边元件是否损坏。更换零件后通电检查，仍然空载，但要在市电输入端串联一只普通的100w白炽灯泡，当开机时，白炽灯泡闪亮一下变暗，同时半桥式充电器各种发光管正常发光，说明基本修好了，可以进行其他项目了；如果白炽灯泡常亮不变暗，说明充电器有其他故障。 有一类开关管的损坏原因是TL494完好，正向通道往后直到开关管正常。但是稳压反馈系统有问题。TL494输出到开关管的脉冲占空比失控（增加），造成开关管的损坏。因此，最好在换开关管后，用稳压电源给集成电路供电，模拟改变稳压反馈系统反馈电压，用示波器观察占空比是否相应变化。 维修充电器安全问题很軍要，一定要搞清楚电路中哪里带市电，哪里不带市电再下手，不要带电触摸内部线路和零件。用万用表测试时，要拔掉蓄电池和市电插头，对电容放电后再进行，对滤波电容放电可用普通白炽灯泡进行。 充电器的调整很重要，直接影响电池使用寿命。以12V电池为例，浮充电压13.5V~13.9V可长期进行，一般输出电压不要超过14.2V，否则易使电池失水。需要提醒的是：在控制充电压时胶体电池电压应低一些；夏天电压应低一些，降低幅度为每格（12V电池为6格）每℃4mV。维修充电器，关键是找到电压负反馈的电压取样电阻。熟练掌握减小取样电阻上半部分电阻值，输出电压降低；增大取样电阻上半部分电阻值，输出电压升高。或者反过来，减小取样电阻下半部分电阻值，输出电压升高；增大取样电阻下半部分电阻值，输出电压降低的方法，其次是找到充电电流取样电阻，以及电流检测比较器，掌握改变各阶段充电电流的方法。 参考地电位，在分析电流检测比较器电路时十分重要。这是因为充电器电流检测比较器的集成电路是单电源供电，比较器的一端接地，比较器的另一端接取样电阻，而取样电阻上的电压一般为负电压。