部分電動自行車充電器電路解析

　　電動自行車充電器

　　給電動車輛的鉛酸電瓶、鎳鎘電瓶補充能源，要通過充電器進(jìn)行。充電器的種類很多。一般以有無工頻變壓器區(qū)分可分為分兩大類。大功率的普遍采用環(huán)牛工頻變壓器。雖然效率低，但是電流大（可到30A）、可靠。貨運電動三輪無一例外地使用它，而30Ah以下的電瓶則大多采用開關(guān)電源技術(shù)，這樣便提高了效率，甩掉了笨重的工頻變壓器。電動自行車充電器最大充電電流大多在2A左右。

　　1.采用開關(guān)電源技術(shù)的電動自行車充電器

　　（1）山東GD36充電器

　　電路原理圖見圖12所示。該充電器為半橋式充電器。主要性能指標(biāo)為：輸入電壓：170-260V；輸出電壓：44 V（可調(diào)）；最大充電電流：1.8A；浮充充電電流：200～100mA。

　　1）電路原理

　　本充電器電路主要由市電整流濾波、自激加他激半橋轉(zhuǎn)換、PWM控制、電壓控制、電流控制、輸出整流濾波六部分組成。

　　整流濾波 市電220V/50Hz經(jīng)二極管D1～D4橋式整流、電容C5～C7濾波，得到310V左右的直流電壓，作為開關(guān)變換器的電源。

　　自激加他激半橋輸出電路主要由Q1、Q2、B2、B3等元件組成。

　　自激啟動該電路的特點是自激啟動，控制電路所需輔助電源由其本身提供，無需另設(shè)。自激振蕩是利用磁心飽和特性產(chǎn)生的，具體過程為：接通電源，C5、C6上的150V電壓經(jīng)R5、R7、R9、R10給開關(guān)管Q1、Q2提供基極偏壓。設(shè)Q1由TR5偏壓而微導(dǎo)通，則推動變壓器B2的②-④繞組感應(yīng)出極性是②腳正、④腳負(fù)的電壓，于是①-②繞組感應(yīng)出①腳正、②腳負(fù)電壓加到Q1的發(fā)射極，加速Q(mào)1的導(dǎo)通。這是一個十分強烈的正反饋過程，Q1迅速飽和導(dǎo)通。與此同時，③-⑤繞組感應(yīng)出③腳正、⑤腳負(fù)的電壓，使Q2截止。

　　Q1飽和導(dǎo)通后，150電壓給B3①-②主繞組充電儲能，線圈中的電流和由它產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度隨時間線性增加。但當(dāng)磁感應(yīng)強度增大到飽和點Bm時，電感量迅速減小，Q1的集電極電流急劇增加，增加的速率遠(yuǎn)大于其基極電流的增加，Vce升高，于是Q1退出飽和進(jìn)入放大區(qū)，推動變壓器B2的②-④、①-②、③-⑤繞組感應(yīng)電壓將反向。這又是一個強烈的正反饋過程，結(jié)果是Q1截止、Q2飽和導(dǎo)通。此后，這種過程重復(fù)進(jìn)行而形成振蕩。

　　工作原理如下：

　　他激振蕩：自激振蕩過程中，B3的次級輸出電壓經(jīng)D9、D10全波整流、C19濾波，建立起PWM控制電路芯片TL494所需的工作電源。TL494開始工作，由Q3、Q4輸出相位差為180°的PWM脈沖，經(jīng)B2⑥-⑦、⑦-⑧繞組感應(yīng)至①-②或③-⑤繞組。于是Q1、Q2便由自激轉(zhuǎn)為在他激PWM脈沖驅(qū)動下輪流導(dǎo)通。B3的次級⑨-⑦、⑨-⑧繞組輸出電壓經(jīng)D15全波整流、C21濾波得到+44V電壓給蓄電池充電。

　　D6、D7是兩只鉗位二極管。保護(hù)開關(guān)管Q1、Q2。保護(hù)機理是泄放B3初級的反激能量和漏感儲能，消除反峰電壓。當(dāng)Q1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟鳴2又尚未導(dǎo)通時，D7導(dǎo)通，把反激能量再生給C6充電；當(dāng)Q2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟鳴1又尚未導(dǎo)通時，D6導(dǎo)通，把反激能量再生給C5充電。這樣，一方面消除了反峰電壓，另一方面因反激能量回送電源而極大地提高了電源的效率。

　　PWM控制以TL494為核心組成。C12、R19與內(nèi)部電路形成振蕩，當(dāng)這兩只阻容元件參數(shù)為圖標(biāo)數(shù)值時，振蕩頻率約為50kHz。（13）腳接+5V，脈沖輸出方式被設(shè)置為推挽輸出。⑧、（11）腳輸出的推挽調(diào)寬脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大后送半橋輸出級，控制Q1、Q2輪流導(dǎo)通。

　　R20、R24分壓值設(shè)定死區(qū)控制端④腳的電位，限定最大導(dǎo)通占空比小于45％。C18是緩啟動電容，接通電源后，C18兩端電壓為零，④腳的電位近似為+5V，輸出脈沖占空比為零。隨著C18的充電，④腳電壓逐漸降低，導(dǎo)通占空比逐漸增大，輸出電壓逐漸受控。

　　電壓、電流控制：R26和R27是電壓負(fù)反饋取樣電阻，R26與R27分壓，對輸出電壓進(jìn)行取樣，加到TL494的①腳進(jìn)行電壓控制。R3是電流取樣電阻，取樣電壓經(jīng)R13加到TL494的（15）腳進(jìn)行電流控制。電流控制的實質(zhì)也是控制輸出電壓。

　　推挽驅(qū)動：由Q3、Q4、B2等元件組成。這是一種典型的變壓器推挽式功率放大電路。D11、D14的作用與D5、D7相似，保護(hù)Q3、Q4，把B2初級的反激能量回送電源。

　　充電狀態(tài)指示主要由運放LM358、LED1、LED2等元件組成。當(dāng)充電電流較大時，電流取樣電阻R3上端電壓大大低于地電位，LM358的②腳電位低于③腳電位，①腳輸出高電平，電池充電指示燈LED1點亮；當(dāng)充電電流較?。ㄐ∮?00mA）時，+5V經(jīng)R36、R30、R3分壓，R3上端電壓略高于地電位，LM358②腳電位高于③腳，①腳輸出低電平，電池充電指示燈LEDl熄滅，⑦腳輸出高電平。在充滿后指示燈LED2點亮。充電過程中的某一期間存在LEDl、LED2同時點亮的過渡狀態(tài)。

　　2）調(diào)試

　　輸出電壓開路輸出電壓為44V，改變R26或R27可校準(zhǔn)此值。夏天電壓應(yīng)比44V低1V，如果是膠體電池電壓還要低，否則可能會充鼓包。

　　輸出電流短路時輸出電流為1.8A，改變R13可校準(zhǔn)此值。

　　狀態(tài)指示調(diào)試當(dāng)充電電流為200mA時，蓄電池充滿指示燈LED2應(yīng)開始點亮。改變R30可校準(zhǔn)該狀態(tài)。

　　3）小結(jié)

　　很多半橋式充電器，以TL494為核心，結(jié)構(gòu)十分類似，TL494內(nèi)部包含了振蕩、鋸齒波形成、PWM、運放等基本單元電路，穩(wěn)壓和限流反饋都加到運放端。另以一塊比較器集成電路為輔助，進(jìn)行電流分段控制，這些集成電路工作需要電源、通電起始、啟動電路工作為它們供電，然后由輔助電源逐步建立穩(wěn)定的電源，為這些集成電路工作提供能量。

　　這些充電器有些故障類同，例如空載有較低輸出電壓，帶負(fù)載輸出消失。多數(shù)是TL494損壞，或者供電電路有故障?？蛰d有輸出說明自激正常，但是沒有建立起正常的控制系統(tǒng)，帶負(fù)載自激條件被破壞停振，輸出電壓消失。

　　對于空載無任何輸出的半橋式充電器，在保險管損壞的情況下，首先懷疑兩只開關(guān)管是否擊穿，在更換NPN管的同時，檢查2.2Ω等周邊元件是否損壞。更換零件后通電檢查，仍然空載，但要在市電輸入端串聯(lián)一只普通的100W白熾燈泡，當(dāng)開機時，白熾燈泡閃亮一下變暗，同時半橋式充電器各種發(fā)光管正常發(fā)光，說明基本修好了，可以進(jìn)行其他項目了；如果白熾燈泡常亮不變暗，說明充電器有其他故障。

　　有一類開關(guān)管的損壞原因是TL494完好，正向通道往后直到開關(guān)管正常。但是穩(wěn)壓反饋系統(tǒng)有問題。TL494輸出到開關(guān)管的脈沖占空比失控（增加），造成開關(guān)管的損壞。因此，最好在換開關(guān)管后，用穩(wěn)壓電源給集成電路供電，模擬改變穩(wěn)壓反饋系統(tǒng)反饋電壓，用示波器觀察占空比是否相應(yīng)變化。

　　維修充電器安全問題很重要，一定要搞清楚電路中哪里帶市電，哪里不帶市電再下手，不要帶電觸摸內(nèi)部線路和零件。用萬用表測試時，要拔掉蓄電池和市電插頭，對電容放電后再進(jìn)行，對濾波電容放電可用普通白熾燈泡進(jìn)行。

　　充電器的調(diào)整很重要，直接影響電池使用壽命。以12V電池為例，浮充電壓13.5V~13.9V可長期進(jìn)行，一般輸出電壓不要超過14.2V，否則易使電池失水。需要提醒的是：在控制充電壓時膠體電池電壓應(yīng)低一些；夏天電壓應(yīng)低一些，降低幅度為每格（12V電池為6格）每℃4mV。維修充電器，關(guān)鍵是找到電壓負(fù)反饋的電壓取樣電阻。熟練掌握減小取樣電阻上半部分電阻值，輸出電壓降低；增大取樣電阻上半部分電阻值，輸出電壓升高?；蛘叻催^來，減小取樣電阻下半部分電阻值，輸出電壓升高；增大取樣電阻下半部分電阻值，輸出電壓降低的方法。其次是找到充電電流取樣電阻，以及電流檢測比較器，掌握改變各階段充電電流的方法。

　　參考地電位，在分析電流檢測比較器電路時十分重要。這是因為充電器電流檢測比較器的集成電路是單電源供電，比較器的一端接地，比較器的另一端接取樣電阻，而取樣電阻上的電壓一般為負(fù)電壓。

　　（2）石家莊某公司單激式充電器

　　充電器的原理圖見圖13。單激式充電器啟動電路和半橋式不同，一般直接取自市電整流濾波后的平滑直流電，集成電路也以UC3842、UC3845和UC3844N為主，也有采用電路更加簡潔的三端開關(guān)式TOP226集成塊，UC38xx是電流控制PWM單輸出專用芯片。廣泛用于電腦顯示器電源、電動車充電器等電源類產(chǎn)品。