电动车充电器的设计原理图及电动车充电器原理图

电动车充电器的原理图及电动车充电器原理图 电动车充电器36V/48V 一、CD-L-36型电动自行车电池充电器 这是一种脉冲调制(PWM)式开关电源充电器，具有恒流充电、充电电压监测防过充和涓流充电等 功能。 1．主要技术参数： (1)输入电源电压为175～266V(50Hz～60Hz)。(2)输出电压：44.3V?0.3V。输出电流(视电池容量不同)：1.8—2A。若被充电池容量为12Ah，则充电时间约为9小时．充电效率约为88%。 2．电路原理 测绘电路原理图见附图1所示。 市电经C1、L共轭抗干扰电路、D1～D4整流、BT扼流、C3滤波后形成310V左右直流电压，经启动电阻R1、R2加至脉宽调制IC1(TL3842F)?脚，IC1起振，从?脚输出激励脉冲，激励V1(ZRFP750)场效应管，T初级线圈N1有脉冲电流，N2产生感应电流经D5、R4回授给IC1?脚供电，使IC1建立稳 定的振荡脉冲输出。同时，在N3感生的电流经D7(BYW29)整流、C16滤波后输出44V?0.3V充电电压。 当输出端接上被充电池(残余电压为32V左右)时，将输出1.8A～2A的充电电流，在充电限流/恒流取样电阻R8(1.5Ω)上的压降大于(TC431)中2.5V基准比较电压，使V3 K极电位降低，LED2(红)发光，示正在充电。 V5、R28、R26、R18等构成电压监测电路，以保证不过充。由于开始充电时，被充电池电压较 低，而且在R18上的恒流充电电压降较大，所以V5(TC431)的R端电压远低于2.5V，V5 K极电位较高，LED2(绿)不亮，IC2?、?脚间电压很小，其?、?脚间内阻呈高阻抗，使IC1?脚(误差放大器反相输入端)的电位较低；?脚电位保持不变，所以?脚保持输出脉宽较宽且较稳定的激励脉冲，使T次级持续输出额定充电电流。随着充电电压上升，当将要达到额定电压(44V)时，由于V5的反馈作用．充电电流也 有所下降，V5 R极取样电压高于2.5V，V5 K极电压立即下降，使IC2?、?脚间电压升高，?、?脚间内阻下降，IC1?、?脚电压均上升，使?脚输出脉冲宽度变窄，T次级输出电流大大减小。此时．因R18上的电流减小，压降变低，V3 K极电位升高，LED1熄灭；与此同时LED2因V5 K极电位降低而点亮，表示电池已充足，恒流充电阶段结束，进入浮充(涓流)阶段。此时，在浮充阶段(约2小时)内随时都可取用电池。 3．故障检修 (1)故障现象：无充电电压输出。 首先查C3上有无310V直流电压，若无且BX未熔断，多数是电源电路(如L、D1～D4、RT等)有开路故障。而BX熔断，可能为电源电路有短路情况或V1击穿所致。 如果有310V电压，故障原因就较多，如IC1未起振等．应查IC1的工作状态。先查IC1?脚有无20V左右的电压、?脚有无5V基准电压；然后查其余各脚在空载情况下的电压，正常时?脚为0V、?脚为2V、?脚为0.5V。而?、?脚受控于IC2?脚电压，在空载时?脚为3.8V、?脚为1V左右。若上述相符．则IC1等基本正常。应查T次级N3、D7有无开路等。 (2)故障现象：电池长时间充不满。 此时两个指示灯之一亮，应查电池本身及输出插头接触是否良好。若指示灯部不亮，而输出电压 较低，可能是IC1工作不正常或V1不良，可在空载情况下测IC1各脚电压，若正常查输出部分。如R26虚焊(似通非通)，使V5取样电压时高时低，IC2?、?脚电压时高时低．此时脉宽也时宽时窄，导致输出 电流不恒定，因而电池久充不满。 二、快达DZ-2-48型智能全自动充电器 这款自激/他激式半桥驱动脉宽调制充电器，适用于电摩和电三轮。采用恒压、限流和在浮充时 采取变压、变流保持的方式，提高充电效率。具有过充、过流、短路保护等功能，电池充满后自动转入浮 充状态。 1．主要技术参数： (1)输入电压：AC220V?10%。(2)输出电压：DC59V?0.2V。(2)输出电流：?2.5A。 2．电路原理 测绘电路原理图如图2所示。 220V市电经L1、C11、C10高频抑制，D13-D16整流、C12滤波，建立约310V直流电压。V3、 V4、T1等组成半桥式变换器，开始通电即形成较弱的自激振荡，V3、V4交替导通和截止。这样，T1的N3和T2的N1，经隔直电容C9，在V3、V4交替导通和截止的过程中感生电磁势，一方面通过T1N3的回授维持变换器的振荡；另一方面经T2N1将电磁能耦合至T2的N2和N3，经D9、D10全波整流得到20V电压。此电压给IC1(TL494CN)12脚Vcc端供电；同时，LED1(红色)亮；12V风扇电机旋转，给机内风冷。并在IC1内部建立起5V基准电压，此电压经C3给IC1?脚以高电平，当C3充电结束，使?脚复位为低电平时，由IC1?、?脚和C1、R29组成的振荡电路起振。从?、11脚分别输出相位相差180?的激励脉冲，分别激励V1、V2导通和截止，经T1的N4、N5中建立的高频电磁势，耦合到T1的N1、N2进一步增强了对V3、V4的激励，形成强烈的他激振荡。进而经T1的N3、T2的N1形成强电磁势，在T2的N2、N1感应稳定的电压，T2的N4、N5输出的电压经高频对管V5全波整流，经L2高频扼流、二极管(6A10)输出。此时，对在X2输出插接件上的被充电电池组(48V)进行恒流充电。电路中R20(100kΩ)和R28(10kΩ)分压，加至IC1?脚，设置了一个死区控制电位，以设定占空比。也可以说使?脚、11脚输出的激励脉冲之间形成一段静止区，以使V1、V2在导通/截止的交越瞬间不致发生同时导通。图中D1、D2用以抬高V1、V2射极的电位，以使其截止可靠。 (1)充电指示和过流保护在恒流充电期间，充电电流在取样电阻R37上形成负极性电流取样电压 (视电池容量不同约-2V——3V)，此负电压一路经R30加至IC2?脚，使?脚输出高电平，使双色LED2的红色指示灯亮，表示正在恒流充电；另一路经R16传输至IC1 15脚(控制放大器反相输入端)。一旦过流(甚至发生短路)，在R37上产生较大的负电压，将使IC1输出的激励脉冲宽度大大减小，使输出电压大 大降低(甚至无输出)而保护充电器和被充电池。 (2)过压保护 当充电电池电压逐渐升高到接近设定的59V额定电压时，在R25(2kΩ)上的取样电压，使IC1?脚电压超过由IC1 14脚输出的5V基准电压，并经R19、R27分压设定的?脚电压(3V)时，将使IC1输出的脉冲宽度大大减小。这时，T2的N4、N5输出电流转为涓流，维持浮充电，在R37上的压降(负电压)减小，IC1的基准电压使IC2?脚呈正电位，使?脚输出低电平(LED2熄灭)，并使?脚输出高电平，LED2亮，表示恒流充电阶段结束．进行浮充电阶段。在2小时内随时都可取用电池。 应注意，取下已充满的电池前应先切断充电器输入端的市电；而充电时应先接上被充池再接通市 电。 3．常见故障检修 (1)故障现象：无充电电压输出，连空载时也无输出。 此故障的检修重点在电源输入和变换部分。首先测C12上有无310V直流电压，如有，多数为 V3、V4变换部分未起振。若用数字万用表测V3、V4基极对发射极之间应有-0.3V左右的电压，否则未起振。此时，应查T1的N1、N2及偏置电路元件有无虚焊、脱焊、失效等；若已起振，则为T1的N3、T2的N1、C9回路开路。 若无310V电压、且FVl熔断，多数为V3、V4、C12或D13-D16之一短路。而FV1未熔断，多为电源回路的L1、D13-D16开路。 (2)故障现象：充电无电压(或很低)，但空载有电压输出。 此现象表明电源输入和变换部分正常，故障在他激部分。此时测C5有无20V电压，若无是D10、D9及N2、N3回路不通，或D10、D9之一短路。如有20V电压，可能为IC1不良不起振；过流、过压 取样电路失去取样电压；C3漏电严重等导致他激脉冲很窄甚至无他激脉冲。 这是一种脉冲调制(PWM)式开关电源充电器，具有恒流充电、充电电压监测防过充和涓流充电等 功能。 1．主要技术参数： (1)输入电源电压为175～266V(50Hz～60Hz)。(2)输出电压：44.3V?0.3V。输出电流(视电池容量不同)：1.8—2A。若被充电池容量为12Ah，则充电时间约为9小时．充电效率约为88%。 2．电路原理 测绘电路原理图见附图1所示。市电经C1、L共轭抗干扰电路、D1～D4整流、BT扼流、C3滤波后形成310V左右直流电压，经启动电阻R1、R2加至脉宽调制IC1(TL3842F)?脚，IC1起振，从?脚输出激励脉冲，激励V1(ZRFP750)场效应管，T初级线圈N1有脉冲电流，N2产生感应电流经D5、R4回授给IC1?脚供电，使IC1建立稳定的振荡脉冲输出。同时，在N3感生的电流经D7(BYW29)整流、C16滤波后输出44V?0.3V充电电压。 当输出端接上被充电池(残余电压为32V左右)时，将输出1.8A～2A的充电电流，在充电限流/恒流取样电阻R8(1.5Ω)上的压降大于(TC431)中2.5V基准比较电压，使V3 K极电位降低，LED2(红)发光，表示正在充电。 V5、R28、R26、R18等构成电压监测电路，以保证不过充。由于开始充电时，被充电池电压较 低，而且在R18上的恒流充电电压降较大，所以V5(TC431)的R端电压远低于2.5V，V5 K极电位较高，LED2(绿)不亮，IC2?、?脚间电压很小，其?、?脚间内阻呈高阻抗，使IC1?脚(误差放大器反相输入端)的电位较低；?脚电位保持不变，所以?脚保持输出脉宽较宽且较稳定的激励脉冲，使T次级持续输出额定充电电流。随着充电电压上升，当将要达到额定电压(44V)时，由于V5的反馈作用．充电电流也有所下降，V5 R极取样电压高于2.5V，V5 K极电压立即下降，使IC2?、?脚间电压升高，?、?脚间内阻下降，IC1?、?脚电压均上升，使?脚输出脉冲宽度变窄，T次级输出电流大大减小。此时．因R18上的电流减小，压降变低，V3 K极电位升高，LED1熄灭；与此同时LED2因V5 K极电位降低而点亮，表示电池已充足，恒流充电阶段结束，进入浮充(涓流)阶段。此时，在浮充阶段(约2小时)内随时都可取用电池。 3．故障检修 (1)故障现象：无充电电压输出。 首先查C3上有无310V直流电压，若无且BX未熔断，多数是电源电路(如L、D1～D4、RT等)有开路故障。而BX熔断，可能为电源电路有短路情况或V1击穿所致。 如果有310V电压，故障原因就较多，如IC1未起振等．应查IC1的工作状态。先查IC1?脚有无20V左右的电压、?脚有无5V基准电压；然后查其余各脚在空载情况下的电压，正常时?脚为0V、?脚为2V、?脚为0.5V。而?、?脚受控于IC2?脚电压，在空载时?脚为3.8V、?脚为1V左右。若上述相符．则IC1等基本正常。应查T次级N3、D7有无开路等。 (2)故障现象：电池长时间充不满。 此时两个指示灯之一亮，应查电池本身及输出插头接触是否良好。若指示灯部不亮，而输出电压 较低，可能是IC1工作不正常或V1不良，可在空载情况下测IC1各脚电压，若正常查输出部分。如R26虚焊(似通非通)，使V5取样电压时高时低，IC2?、?脚电压时高时低．此时脉宽也时宽时窄，导致输出 电流不恒定，因而电池久充不满。 二、快达DZ-2-48型智能全自动充电器 这款自激/他激式半桥驱动脉宽调制充电器，适用于电摩和电三轮。采用恒压、限流和在浮充时 采取变压、变流保持的方式，提高充电效率。具有过充、过流、短路保护等功能，电池充满后自动转入浮 充状态。 1．主要技术参数： (1)输入电压：AC220V?10%。(2)输出电压：DC59V?0.2V。(2)输出电流：?2.5A。 2．电路原理 测绘电路原理图如图2所示。220V市电经L1、C11、C10高频抑制，D13-D16整流、C12滤波，建立约310V直流电压。V3、V4、T1等组成半桥式变换器，开始通电即形成较弱的自激振荡，V3、V4交替导通和截止。这样，T1的N3和T2的N1，经隔直电容C9，在V3、V4交替导通和截止的过程中感生电磁势，一方面通过T1N3的回授维持变换器的振荡；另一方面经T2N1将电磁能耦合至T2的N2和N3，经D9、D10全波整流得到20V电压。此电压给IC1(TL494CN)12脚Vcc端供电；同时，LED1(红色)亮；12V风扇电机旋转，给机内风冷。并在IC1内部建立起5V基准电压，此电压经C3给IC1?脚以高电平，当C3充电结束，使?脚复位为低电平时，由IC1?、?脚和C1、R29组成的振荡电路起振。从?、11脚分别输出相位相差180?的激励脉冲，分别激励V1、V2导通和截止，经T1的N4、N5中建立的高频电磁势，耦合到T1的N1、N2进一步增强了对V3、V4的激励，形成强烈的他激振荡。进而经 T1的N3、T2的N1形成强电磁势，在T2的N2、N1感应稳定的电压，T2的N4、N5输出的电压经高频对管V5全波整流，经L2高频扼流、二极管(6A10)输出。此时，对在X2输出插接件上的被充电电池组 (48V)进行恒流充电。电路中R20(100kΩ)和R28(10kΩ)分压，加至IC1?脚，设置了一个死区控制电位， 以设定占空比。也可以说使?脚、11脚输出的激励脉冲之间形成一段静止区，以使V1、V2在导通/截止的交越瞬间不致发生同时导通。图中D1、D2用以抬高V1、V2射极的电位，以使其截止可靠。 (1)充电指示和过流保护在恒流充电期间，充电电流在取样电阻R37上形成负极性电流取样电压 (视电池容量不同约-2V——3V)，此负电压一路经R30加至IC2?脚，使?脚输出高电平，使双色LED2的红色指示灯亮，表示正在恒流充电；另一路经R16传输至IC1 15脚(控制放大器反相输入端)。一旦过流(甚至发生短路)，在R37上产生较大的负电压，将使IC1输出的激励脉冲宽度大大减小，使输出电压大 大降低(甚至无输出)而保护充电器和被充电池。 (2)过压保护 当充电电池电压逐渐升高到接近设定的59V额定电压时，在R25(2kΩ)上的取样电压，使IC1?脚电压超过由IC1 14脚输出的5V基准电压，并经R19、R27分压设定的?脚电压(3V)时，将使IC1输出的脉冲宽度大大减小。这时，T2的N4、N5输出电流转为涓流，维持浮充电，在R37上的压降(负电压)减小，IC1的基准电压使IC2?脚呈正电位，使?脚输出低电平(LED2熄灭)，并使?脚输出 高电平，LED2亮，表示恒流充电阶段结束．进行浮充电阶段。在2小时内随时都可取用电池。 应注意，取下已充满的电池前应先切断充电器输入端的市电；而充电时应先接上被充池再接通市 电。 3．常见故障检修 (1)故障现象：无充电电压输出，连空载时也无输出。 此故障的检修重点在电源输入和变换部分。首先测C12上有无310V直流电压，如有，多数为V3、V4变换部分未起振。若用数字万用表测V3、V4基极对发射极之间应有-0.3V左右的电压，否则未起振。此时，应查T1的N1、N2及偏置电路元件有无虚焊、脱焊、失效等；若已起振，则为T1的N3、 T2的N1、C9回路开路。 若无310V电压、且FVl熔断，多数为V3、V4、C12或D13-D16之一短路。而FV1未熔断，多为电源回路的L1、D13-D16开路。 (2)故障现象：充电无电压(或很低)，但空载有电压输出。 此现象表明电源输入和变换部分正常，故障在他激部分。此时测C5有无20V电压，若无是D10、 D9及N2、N3回路不通，或D10、D9之一短路。如有20V电压，可能为IC1不良不起振；过流、过压取样电路失去取样电压；C3漏电严重等导致他激脉冲很窄甚至无他激脉冲。 电动车充电器的设计 一、密封铅酸蓄电池的充电特性 电池充电通常要完成两个任务，首先是尽可能快地使电池恢复额定容量，另一是使用小 电流充电，补充电池因自放电而损失的能量，以维持电池的额定容量。在充电过程中，铅酸 电池负极板上的硫酸铅逐渐析出铅，正极板上的硫酸铅逐渐生成二氧化铅。当正负极板上的 硫酸铅完全生成铅和二氧化铅后，电池开始发生过充电反应，产生氢气和氧气。这样，在非 密封电池中，电解液中的水将逐渐减少。在密封铅酸蓄电池中，采用中等充电速率时，氢气 和氧气能够重新化合为水。过充电开始的时间与充电的速率有关。当充电速率大于Ｃ／５时， 电池容量恢复到额定容量的８０％以前，即开始发生过充电反应。只有充电速率小于Ｃ／１ ００，才能使电池在容量恢复到１００％后，出现过充电反应。为了使电池容量恢复到１０ ０％，必须允许一定的过充电反应。过充电反应发生后，单格电池的电压迅速上升，达到一 定数值后，上升速率减小，然后电池电压开始缓慢下降。由此可知，电池充足电后，维持电 容容量的最佳方法就是在电池组两端加入恒定的电压。浮充电压下，充入的电流应能补充电 池因自放电而失去的能量。浮充电压不能过高，以免因严重的过充电而缩短电池寿命。采用 适当的浮充电压，密封铅酸蓄电池的寿命可达１０年以上。实践证明，实际的浮充电压与规 定的浮充电压相差５％时，免维护蓄电池的寿命将缩短一半。铅酸电池的电压具有负温度系 数，其单格值为－４ｍＶ／?。在环境温度为２５?时工作很理想的普通（无温度补偿）充 电器，当环境温度降到０?时，电池就不能充足电，当环境温度上升到５０?时，电池将因 严重的过充电而缩短寿命。因此，为了保证在很宽的温度范围内，都能使电池刚好充足电， 充电器的各种转换电压必须随电池电压的温度系数而变。 常见的几种充电模式为： １． 限流恒压充电模式，其充电曲线和转换电压如图１所示。 ２． 两阶段恒流充电模式，其充电曲线和转换电压如图２所示。 ３． 恒流脉冲充电模式，其充电曲线和转换电压如图３所示。 此三种充电模式均为业界推荐采用，其各阶段充电电流间的转换，都分别受有温度补偿的转 换电压Ｖｍｉｎ（快充最低允许电压）、Ｖｂｉｋ（快充终止电压）和Ｖｆｌｔ（浮充电压） 控制。国外已开发出多款具有上述功能的专用充电集成电路，如ＵＣ３９０６，ｂｑ２０３ １等。 二、ＤＢ３６１６Ｃ电动自行车充电器的制作实例 目前国内市场上的电动自行车大多采用３６Ｖ或２４Ｖ密封铅酸蓄电池组，为了降低 成本，与其相配套的充电器大多采用简化的恒流恒压模式，充电曲线见图４。此与图１ 相比，由于省却了补足充电阶段（即Ｖｌｋ高电压恒压过充电阶段），故电池的容量只能恢 复到额定容量的８０％～９０％，同时，其充电转换电压也没有温度补偿。在冬夏两季易出 现充电不足或过充电现象。再者，由于串联电池组中各个电池的自放电率亦不尽相同，如果 采用恒定的浮充电压，那么将影响单体电池的充电状态。 本充电机实例采用图３充电模式，原理图见图５。本机选用ＡＣ／ＤＣ谐振式高效变 换器组件ＤＢＸ６００１，作为前级隔离降压。此组件效率高达９２％以上。组件输出的６ ０Ｖ直流电，由ｃ、ｄ端进入后级充电电路。后级功率元件采用低导通压降器件，考虑到便 携性，本机采用小型化设计，内置自动小型风扇，整机体积为７５ｍｍ×１３０ｍｍ×５０ ｍｍ。ＩＣ和Ｑ１、Ｌ、Ｄ１等组成快速恒流充电系统。ＩＣ采用ＳＧ３８４２，Ｒ１、Ｄ Ｚ１、Ｃ３、Ｃ４为ＩＣ的供电电路，Ｒ４、Ｃ６决定ＩＣ的振荡频率，Ｃ５、Ｒ３为补偿 元件。刚开始充电时，电池电压较低，ＰＣ不导通（原理后述）。ＩＣ?脚被Ｒ３、Ｒ４拉 到地电位，?脚输出约１００ｋＨｚ脉冲，通过Ｒ８加到Ｑ１栅极，控制Ｑ１通断。Ｑ１导 通期间，ＤＢＸ６００１?脚输出的充电电流，经储能电感Ｌ、外接电池Ｅ、Ｑ１、Ｒ６到 ?脚。在给电池充电的同时，电感Ｌ也存储着能量，充电电流呈线性增大，并在Ｒ６上产生 检测压降，经Ｒ５、Ｃ７传递到ＩＣ?脚。当?脚上的电压达到１．１Ｖ时，?脚关闭脉冲， Ｑ１截止。此时电感Ｌ中的磁场能释放，所产生的电流继续向电池供电。Ｄ１为Ｌ提供续流 通道。平均充电电流的大小由Ｒ６决定。电池充满后，ＰＣ导通，?脚输出的５Ｖ电压经Ｐ Ｃ加到Ｒ２上，?脚的电位高于２．５Ｖ时，?脚关闭输出，充电器停止充电。 ＤＢＭ３６为３６Ｖ铅酸电池组专用充电检测与控制模块，内部有两种充电模式。 ＤＢＭ３６的工作原理是： 当电池电压接入ＤＢＭ３６?端时，工作于恒流脉冲充电模式，即?脚电位小于４５Ｖ 时，?脚输出高电位，光耦ＰＣ不导通，ＩＣ组成的充电电路开始工作，同时Ｑ２导通，风 扇ＦＳ得电工作。当电池电压逐渐升高，?脚电位达到４５Ｖ时，触发器ａ翻转，?脚输出 低电平，光耦ＰＣ初级流过电流，次级导通，ＩＣ?脚高于２．５Ｖ，?脚停止输出脉冲， Ｑ２截止，充电器停止充电。同时风扇停转。随后电池电压逐渐下降，当电压下降到４１．５ Ｖ时，触发器ａ复位，?脚输出高电平，光耦ＰＣ截止，解除对ＩＣ的封锁，充电器重新输 出电流。周而复始，充电的时间越来越短，电池电压由４５Ｖ下降到４１．５Ｖ的自放电时 间越来越长，电量逐步恢复到１００％。此种状态由充电指示灯ＬＥＤ充电时灭、停充时亮 表现出来，而风扇的工作状态刚好与ＬＥＤ相反：充电时转动，停充时停转。Ｒ９、Ｃ１０、 ＤＺ２组成ＤＢＭ３６的供电电路。 当电池电压接入?端时，ＤＢＭ３６工作于恒流恒压充电模式，开始时，充电器输出１．６Ａ恒流连续对电池充电，当电池电压上升到４５Ｖ时，ＤＢＭ３６?脚检测基准电压 由４５Ｖ自动切换到４１．５Ｖ并保持不变，通过光耦ＰＣ的反馈，充电器则由恒流充电转 换为恒压浮充充电状态。应当注意，如充电电流过大，使电池的温度显著增加，那么自放电 电流可能会超过充电电流，温度的继续升高，使Ｖｂｌｋ不断下降，将出现严重的过充电反 应，影响电池的寿命。 另外，当工作于恒流恒压充电方式时，充电器应先接入电池，然后再接入２２０Ｖ市电。否 则，充电器输出的４５Ｖ电压会使ＤＢＭ３６误判，而直接切换到41.5恒压浮充状态，造 成电池充电不足。用于对２４Ｖ蓄电池组的充电测控，需用ＤＢＭ２４模块。