电动车电源充电器毕业设计.doc

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1、基于TL494芯片的充电器电路分析摘 要近年来，电动自行车得到了日益广泛的应用。传统的直流电机一直在电动自行车驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的特性，迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。为满足对便携式电源的新要求，铅酸蓄电池因为维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛用作汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。本文首先介绍了电动车的基本知识以及分类原理，然后介绍了电动车蓄电池的作用及原理，最后介绍并深入研究电动车的重要组成部分充电器. 它是以电压驱动型脉宽调制器TL494为核心

2、，结合各个单元电路组成的一种智能充电器。为延长蓄电池的使用寿命，综合浮充和循环充电两种充电方式的优点，提出和分析了快充、慢充和涓流充电三个阶段的充电过程，并以山东GD36三阶段充电方式的充电器为模板对TL494芯片的PWM控制进行分析。关键词：充电器，TL494，铅蓄电池，三段式THE CHARGER CIRCUIT ANALYSIS BASED ON TL494 CHIPABSTRACTIn Recent years, the electrical bike has been got an increasingly widely used. Traditional BLDM has take

3、n hold of the drive system all along, but its characteristic itself forced people to explore drive motors low noise high efficiency and high capacity. To meet the new requirement of portable power supply, Lead-acid batteries with simple maintenance, low price, supply reliability and long life, have

4、been widely used as the start power of car, aircraft, steamship etc. And also act as the power supply of some electric equipment and controlling loop of all electronic equipment and portable instrumentation which need uninterrupted power supply.This paper first introduces the design of the basic kno

5、wledge of electric vehicles ,then the role of classification principle, finally, electric vehicles and in-depth study of an important part the charger. It is based on voltage-driven TL494 pulse width modulator as the core, integration of the various modules of an intelligent circuit charger.To exten

6、d the battery life cycle of the integrated charge and float charge modes of the two benefits of the rapid filling and analysis, the slow trickle charge rechargeable and a three-stage charging process, and according to the above and analysised the PWM control of the TL494 chip based on shandong GD36

7、charger.KEY WORDS: charger,TL494,lead-acid battery,Triadic目 录前言1第1章电动自行车及充电器概述21.1 电动自行车21.1.1 常见的电动自行车21.1.2 电动车各部件的主要作用21.2 充电器的分类和结构41.2.1 充电器的分类41.2.2 充电器的结构41.2.3 充电器的使用和保护5第2章 电动自行车充电器和充电方式62.1 电动车蓄电池62.2 蓄电池充电方式62.2.1 恒流充电法62.2.2 恒压充电法82.2.3 浮充法82.2.4 涓充法92.2.5 分阶段充电法102.2.6 快速充电法11第3章 充电基础知识

8、143.1 基本单元电路143.1.1 整流电路143.1.2 滤波电路153.2 辅助电路163.2.1 防浪涌电路163.2.2 防市电过压电路173.2.3 全桥和半桥式开关电源的DC/AC功率转换183.2.4 推挽式变流电路193.2.5 电池防反接电路203.2.6 半桥式充电器辅助电路213.2.7 充电状态显示电路22第4章 充电器的原理234.1 TL494脉宽调制电路芯片234.1.1 TL494简介234.1.2 工作原理简述234.2 山东GD36充电器原理与分析254.2.1 山东GD36充电器电路框图与原理图254.2.2 山东GD36充电器工作原理28结 论31参

9、考文献32致 谢33外文资料译文34前言二十一世纪是“绿色环保”的世纪，环境保护和能源节约问题己成为新世纪最为突出的两大主题。能源与环境问题成为了“绿色交通工具”研究开发和推广应用的积极因素，尤其城市汽车数量急剧上升，石油资源严重匮乏随着电子技术日新月异的发展。因此研制出无污染、能耗小的交通工具来代替那些燃油车辆成为势在必行的课题。近年来，电动自行车得到了日益广泛的应用。随着工业的发展，人们开始越来越多地使用便携式设备，电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的永磁无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点，从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电动自行车用电机

10、的主流。为满足对便携式电源的新要求，铅酸蓄电池因为维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛用作汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。充电电源的研究已经向高频化、集成化、智能化和绿色化方向发展。同时，电磁兼容、智能化程度和自适应性等新的要求也在不断提出。为了实现高功率密度，改善电源的动态性能，就必须提高电源系统的工作频率。提高主功率变换器件的开关速度，可明显减少磁性变压器材料和大电解电容体积、重量等，这也使得开关器件的研制工作从改进电压、电流的二维体系发展到提高频率的三维体系。本设计主要针对一款基

11、于TL494芯片的充电器，对其电路与工作原理做出分析，文中详细叙述了硬件电路的工作原理、脉宽调制控制电路、充电方式等。该充电器对充电过程进行全面管理，使充电过程按理想的充电曲线进行，充电电流可在一范围内任意设定，具有完善的声光保护装置，既能快速充电又能对蓄电池进行有效地保护。关键词：充电器、TL494、铅蓄电池、三段式第1章 电动自行车及充电器概述1.1 电动自行车1.1.1 常见的电动自行车电动自行车是集蓄电池技术、电力电子技术、电动机技术和精密传动技术于一体的新型特种自行车，因其无污染、低噪音、低能耗、占道少、方便快捷等特点而成为国际上流行和大力推广的绿色私人交通工具。电动自行车有五大部件

12、组成，即：电机、控制器、电池、充电器和车架。现在市场上的电动自行车多种多样，常见的样式很多，如图1-1所示 。图1-1 常见的电动车外形 1.1.2 电动车各部件的主要作用1、充电器充电器是给电池补充电能的装置，一般分二阶段充电模式与三阶段充电模式两种。二阶段充电模式：先恒压充电，充电电流随电池电压的上升逐渐减小，等电池电量补充到一定程度以后，电池电压会上升到充电器的设定值，此时转换为涓流充电。三阶段充电模式：充电开始时，先恒流充电，迅速给电池补充能量；等电池电压上升以后，转为恒压充电，此时电池能量缓慢补充，电池电压继续上升；达到充电器的充电终止电压值时，转为涓流充电，以保养电池和供给电池的自

13、放电电流。使用提示：充电时，保持充电器通风良好。如果在充电过程中闻到异味或充电器外壳温度过高，请立即停止充电，检查，处理。2、电池电池是提供电动车能量的随车能源，目前电动车主要采用铅酸电池组合。另外镍氢电池与锂离子电池也已在一些轻便折叠电动车上开始使用了。3、控制器控制器是控制电机转速的部件，也是电动车电气系统的核心，具有欠压、限流或过流保护功能。智能型控制器还具有多种骑行模式和整车电气部件自检功能。控制器是电动车能量管理与各种控制信号处理的核心部件。使用提示：控制器主控板为电动车主回路，具有较大工作电流，会发出较大热量。因此，电动车不要停放在阳光下曝晒，也不要长时间淋雨，以免控制器出故障。4

14、、转把、闸把、助力传感器转把、闸把、助力传感器等是控制器的信号输入部件。转把信号是电动车速度控制信号。闸把信号是当电动车刹车时，闸把内部电子电路输出给控制器的一个电信号；控制器接收到这个信号后，就会切断对电机的供电，从而实现刹车断电功能。助力传感器是当电动车处于助力状态时检测骑行脚蹬力矩或脚蹬速度信号的装置。控制器根据助力传感器信号的大小，分配给电机不同的电驱动功率，以达到人力与电力自动匹配，共同驱动电动车旋转。使用提示：使用调速转把时，要求轻旋轻放，无须用力旋转。5、电机电机是将电池电能转换成机械能，驱动电动车轮旋转的部件。在电动车上使用的电机，其机械结构、转速范围与通电形式有许多种。常见的

15、有：有刷有齿轮毂电机、有刷无齿轮毂电机、无刷无齿轮毂电机、无刷有齿轮毂电机、侧挂电机等。6、灯具、仪表灯具、仪表部分是提供照明并批示电动车状态的部件组合。仪表一般提供电池电压显示、整车速度显示、骑行状态显示、灯具状态显示等。智能型仪表还能显示整车各电气部件的故障情况18。1.2 充电器的分类和结构1.2.1 充电器的分类为确保电动自行车有足够的功率正常行驶，就必须对蓄电池消耗减少的电能进行有效地补充。因此，充电器是电动车五大核心部件之一，它的质量好坏将直接影响蓄电池的使用寿命。目前市售电动自行车充电器有正负脉冲式、二段式、三段式和全智能脉冲充电器等， 其中三段智能充电器用户较多。充电器的规格依

16、据蓄电池的容量不同，有24V、12V；36V、12A；36V、14A；48V、17A；48V、20A和36V/48V共用型充电器。由于电动自行车生产厂家众多，其充电器的外形各异。常见的电动自行车（二轮车）和电动三轮车的充电器外形，如图1-2所示。图1-2 几种常见的电动车充电器外形 1.2.2 充电器的结构电动自行车充电器主要由整流滤波、高压开关、电压变换、恒流、恒压和充电控制等几个部分电路组成。充电器内的主要元器件有脉宽调制专用集成电路、电压比较放大器、开关管、整流二极管、驱动三极管、电阻、电容及变压器等。现代脉冲智能充电器还以高频开关电源技术为基础，嵌入先进的智能控制数字电路，采用智能检测

17、和控制技术来调节充电器的脉冲输出比例，实现的脉冲输出比例，实现可控去极化功能。充电器在充电过程中采用了自适应技术，能实时地检测蓄电器的充电情况，自动调整充电器的充电模式，实现最佳模式控制，且具有完整的保护功能，最大限度地保证了充电器工作的稳定性和可靠性。因此，充电器的电路组成正由传统的分立元件，向集成化、数字化、智能化过渡，结构越来越紧凑，体积越变越小，重量越来越轻，工作越来越精确可靠12。1.2.3 充电器的使用和保护充电器的正确使用，不仅影响到充电器自身的可靠性和使用寿命，而且还会影响到电池的寿命。使用充电器对蓄电池充电时，请先插上充电器的输出插头，后插输入插头。充电时，充电器的电源指示灯

18、显示红色，充电指示灯也显示为红色。充满后，充电指示灯为绿色。停止充电时，请先拔下充电器的输入插头，后拔充电器的输出插头。通常情况下，对电池的过度放电和过度充电是有害的。因此，要勤充电，不要过充电。电池的使用寿命与其放电深度有很大的关系。铅酸蓄电池尤其怕亏电放量。亏电电池使用过后请尽快充电。对于长期不使用的电池，应每隔15天左右对电池充电一次，以补偿电池存放时的自放电电量的损失。不得是蓄电池短路或倒置，如果发现蓄电池外壳破裂、渗漏时，必须更换蓄电池。充电器在使用过程中需防潮、防湿，并放置在通风良好的地方。充电器工作时有一定的温升，请注意散热，通常充电时间在7-8小时，视电池的使用状态而不同9。第

19、2章 电动自行车充电器和充电方式2.1 电动车蓄电池作为动力能源的蓄电池，在使用过程中其能量是被逐渐消耗减少的。能够用于电动自行车的电池主要由5种，即铅酸电池、镉镍电池、铁镍电池、氢镍电池、锂二次电池。目前市场上65%的电动自行车选择的是铅酸电池（本文所设计的充电器就是属于铅酸电池这一类 ），30%选择的是镉镍电池，5%选择的是氢镍电池或其他电池13。铅酸电池主要有正极、负极和和电解质构成。二次蓄电池工作时，在正极板上生成二氧化铅，在负极板上生成海绵状铅，在电解液作用下，正极和负极发生的反应均可为可逆反应。它可看成一个多孔的铅负极（海绵状铅）和一个二氧化铅的正极，两电极都浸入硫酸水溶液中：因此

20、，二次蓄电池使用后，可用充电器对其进行充电，使蓄电池两个电极的活性物质恢复到初态，致使蓄电池具有再次放电的能量。故二次蓄电池的重要特性是能反复充电放电。当对二次蓄电池进行充电时，是电能转变为化学能储存在蓄电池中，并伴随放热过程。二次蓄电池工作时，则化学能转变为电能，对负载进行供电，并伴随吸热过程。这就要求对蓄电池充电时要注意充电环境温度，一般温度在1530为宜，低于10或超过40，充电效果均很差。充电器的充放电时间、充放电电流大小、电压高低以及充电方法必须预先设定适宜。充电器的充电方法、充电电压和充电后蓄电池应达到的终止的电压值，均依据蓄电池的极板结构、材料而定。不同厂家生产的蓄电池；即便规格

21、相同、型号相同，由于工艺上的差别，其性能也有差异。因此，充电器对所有的蓄电池的充电不能通用，必须相配套。2.2 蓄电池充电方式二次蓄电池的充电方式有许多种，应根据二次蓄电池的使用频率、放电倍率及用途等因素，选择最适宜的充电方法。不同的充电方法概述如下。2.2.1 恒流充电法顾名思义，恒流充电方法就是对蓄电池进行充电时，自始至终保持充电电流恒定不变。恒流电源电路如2-1图示图2-1 恒流电源充电器 恒流充电虽然具有较高的充电效率，能方便地根据充电时间来决定充电是否停止，也可以改变被充蓄电池的数目，但在开始时充电电流过小，而充电后期充电电流过大，不仅充电时间长，而且耗气量大，能量高，充电效率在65

22、%以下。恒流的电流在充电后期会电解水，产生气体，使蓄电池内部压力上升。如不加控制极易使蓄电池因失水而干枯，最终将造成蓄电池容量急剧下降。图2-2 阀控铅酸蓄电池的充电特性曲线 如图2-2所示阀控铅酸电池的充电特性曲线I，可以清楚的看到充电过程中蓄电池在不同时刻接受电流的能力是不一样的。I是一条变化很大的非线性曲线，在该曲线上哪一时刻的电流作为蓄电池充电恒定电流，能使蓄电池既安全又能在可接受的有限时间上把蓄电池充满，这是无法确定的。蓄电池每次使用的放电深度、环境温度及新旧程度均不一样，若每次都用同样的恒定电流和时间去充电，势必造成蓄电池放生不可逆转的损坏。因此，密封免维护蓄电池不宜采用恒流充电法

23、。2.2.2 恒压充电法恒压充电法是充电电源的电压在充电的整个过程中保持恒定不变。恒压充电电路如图2-3所示。图2-3 恒压充电电路 这种充电方法充电初期充电电流很大，随着蓄电池端电压的逐渐升高，充电电流逐渐减小，充电过程不必调整电流。这种方法在充电过程中析气量也很小，充电时间短，能耗低，充电效率高，一般8小时即可充满。在阀控铅酸蓄电池的充电特性曲线V（图2-2）上,充电器的输出电压始终是在充电器设计人认为蓄电池安全受电的最高允许电压上。低于这个电压，蓄电池则无法充满，在充电过程中，单体蓄电池的充电电压比蓄电池本身的实际电压高；通过蓄电池的充电电流，则比蓄电池的最大安全接受电流大10倍以上。蓄

24、电池在充电前大多已经放完电，其电压处在最低电压上。若在采用恒压充电，通过蓄电池的充电电流将是蓄电池的安全接受电流的几十倍，当充电器的容量不够大时，则充电器因过载而烧毁。因此，恒压充电法不适合放电较深的蓄电池充电，不适合数量多的蓄电池充电，因不能使所有的电池均衡。故电动自行车蓄电池也不适用于恒压充电。2.2.3 浮充法浮充法是充电器以很小的充电电流（C/30C/20，C是电池容量）对蓄电池进行充电，以确保蓄电池始终处于充满电的状态。浮充法广泛用于蓄电池作为备用电源或应急电源的电器设备中，是一种有备而无患的充电方式。浮充法电源的原理示意图如图2-4所示。图2-4 浮充法电源原理示意图2.2.4 涓

25、充法涓流充电是指蓄电池与负载并联后，与直流电源（充电器）相连。在正常情况下，直流电源是负载的工作电源并以涓流方式为负载充电，此时主要为负载提供工作电流。只有当负载变得很大，直流电源的端电压低于蓄电池的端电压或电源停止供电时，为保证负载正常工作，蓄电池才对负载进行放电。涓流充电的原理图如图2-5所示：图2-5 涓流充电的原理示意图 涓流充电电流的大小是由使用模式决定的。这种充电方法多用于应急的电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。2.2.5 分阶段充电法分阶段充电法是在对蓄电池充电的最初阶段采用较大的充电电流，当蓄电池电压达到控制点时，则将较大的充电电流转为涓流充电。分阶段充电的原理示意图如

26、图2-6所示。图2-6 分阶段充电的原理示意图 常用的分阶段充电法有二阶段充电法和三阶段充电法。二阶段充电法是采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法。它首先以恒电流将蓄电池充至预定的电压值，之后改为恒电压完成蓄电池的剩余充电。通常两阶段之间的转换电压，就是第二阶段充电的恒电压。三阶段充电法是在对蓄电池充电开始和结束阶段采用恒电流充电，而中间阶段则采用恒电压充电。目前，电动自行车所配置的充电器多是传统的三段式充电器。三段式充电器的充电模式是把充电过程分为恒流、恒压、浮充三个充电阶段。以我国电动自行车采用较多的36V、12Ah铅酸蓄电池为例，当蓄电池放完电后，其充电参数为：第一阶段采用恒流充电，充

27、电电流为（1.80.2）A,充电电压逐渐上升至43.2V,充电时间为4-6h。第二阶段采用恒压充电，充电电压为43.2V逐渐上升至（44.50.1）V,充电电流逐渐降至（0.350.1）A,充电时间在2-4 h。第三阶段采用浮充充电,恒压为（41.40.2）V,浮充电流为（0.350.1）A4。铅酸电池的充电方式曲线，如下页图 2-7所示分阶段充电方式,虽是蓄电池充电的最理想方式,但充电器电路复杂,成本高,还需要有蓄电池电压监测控制电路。充电器对蓄电池产生影响的是充电电压、充电电流和充电波形及频率。其中,充电电压与蓄电池是否充满电有关，充电电流与蓄电池充得快或慢有关，而充电的波形与频率则与蓄电

28、池的容量与寿命(即充得好坏)有关。充电时三者各有侧重，是相辅相成的关系。而三段式电动自行车充电器的充电模图2-7 铅酸电池的充电方式曲线 式，侧重于充电电压和充电电流，缺少充电波形和频率方面的实施技术。这样，就不能在充电过程中有效地去除蓄电池电解液浓度极差、板栅硫酸盐化和极化现象。因此，理想的电动自行车充电器应具有脉冲充电、负脉冲激活，高频充电和变频充电等多种充电模式与充电技术，使电动自行车充电器既有常规充电功能，又有修补性充电功能，成为多功能充电器。2.2.6 快速充电法常规充电是采用小电流慢充方式，对新的铅酸蓄电池而言，初充电需70h以上，进行普通充电也需10h以上。充电时间也不能过长，充

29、电时间过长，不仅拉长充电监测时间，浪费电能，而且也限制了蓄电池的循环使用次数，增大了维护工作量。快速充电法是用大电流在短时间内对蓄电池进行充电。为了保证蓄电池不过充和不因大电流短时内充满而损坏，需加有控制电路。此电路能在充电末期实时地检测蓄电池的充电电压、端电压的温度，并根据随时检测到的相关参数来控制充电过程。1、检测蓄电池电压在大电流充电末期，通过辅助电路检测蓄电池电压，当蓄电池电压达到设定值时，即将大电流转变成小电流充电，这是为了保证蓄电池的充电容量。为此，控制电路预设的充电截止电压必须比充电峰值电压低。（a） 系统框图 （b）充电特性曲线图2-8 -V检测控制系统框图和充电特性曲线 2、

30、检测蓄电池端电压降（-V）充电时通过蓄电池的充电电流，是由辅助电路在大电流充电末期，检测到的蓄电池端电压降（-V）进行控制的，-V检测控制系统框图和充电特性曲线如图2-8所示。-V检测方式为电压检测系统，当充电器的充电峰值电压确定后，若-V检测电路检测到蓄电池的端电压达到设定值时，由控制电路自动改变充电器的充电方式。3、检测蓄电池温度蓄电池在充电末期，会因其负极发生氧复合反应产生热量，使蓄电池温度升高。蓄电池温度的升高最终将导致充电电流增大，为控制因温度升高所增大的电流，应在蓄电池外壳上设置温度传感器或热敏电阻等温度检测元件，实时地将蓄电池温度信息传递给控制电路。当蓄电池温度升至设定值时，控制

31、电路即改变充电器的充电方式，或切断蓄电池的充电电路。蓄电池温度检测框图和特性曲线如下页图 2-9所示（a） 框图 （b）特性曲线 图2-9 蓄电池温度检测框图和特性曲线 第3章 充电基础知识3.1 基本单元电路3.1.1 整流电路在充电器中，必须把交流电变为直流电，这需要通过整流电路完成转换，英文缩写交流为AC,直流为DC,交流变直流为AC/DC。1、单相全波整流电路图3-1（a）是单相全波整流电路，波形如3-1(b)所示1。 （a）单相全波整流电路 （b）单相全波整流电路波形图 图3-1 单相全波整流电路 2、桥式整流电路图3-2(a）所示为基于变压器中心抽头的单相全波整流电路，而在实际应用

32、 （a）桥式整流电路 （b）桥式整流电路波形图图3-2 桥式整流电路 中，通常采用图3-2（a）所示的另一种单相全波整流电路，叫桥式全波整流电路。波形见图3-2（b）所示。 在开关电源式充电器中，这两种整流电路都得到了应用。大家都比较熟悉我们这里就不再赘述。3.1.2 滤波电路由电路知识可知：理想电容的容抗对直流电(f=0)是无穷大，而对交流成分，频率越高容抗越小。理想电感的感抗对直流电（f=0）是0，近似直通短路，而对交流成分，频率越高越高16。利用电容和电感的电抗特点，可以组成形式多样的滤波器。在波器电路中，通常，将电感串联在电路中，利用的是电感对交流感抗对交流感抗大，阻挡交流成分；而将电

33、容并联在电路中，利用的就是电容对交流容抗小，短路、旁路交流成分。一般最常见的就是电源滤波电路和电源噪声滤波电路。上节的整流电路之后输出的是脉动直流电。理论和实践都表明，它是直流电和许多频率不同的交流电的混合物。电源滤波电路的工作原理，也可解释为：将交流成分堵挡或旁路（短路），保留直流成分。这里堵挡就是利用电感对交流感抗大，串联在电路中堵挡交流成分；旁路就是利用电容对直流电容抗是无穷大，而对交流成分容抗小，并联在电路中将交流成分短路入地。 （a）电容电源滤波电路 （b）RC电源滤波电路 （c）噪声滤波电路 图3-3 滤波电路 图3-3（a）所示电路就是已经介绍过的电容滤波电路。接在整流电路之后，

34、输入脉动直流电，输出较平滑的直流电。图3-3（b）所示电路由电容和电阻组合，叫RC滤波电路。图中C1是容量大的分解电容，具有一定的寄生电感，其感抗的存在造成对高频成分旁路效果差些。因此，一般并联一只容量不大但寄生电感很小的高频电容C2，可以明显改善对高频滤波的效果，弥补电解电容的不足。常用50HZ交流市电，本来是光滑的正弦波，但是工农业生产和生活中使用的各种电器，在使用中对它造成污染，可以看作在50HZ正弦波交流市电中，掺进了许多高频电流干扰。图3-3（c）所示电路就是开关电源是充电器所特有的电源噪声滤波电路。串联在市电和桥式整流电路之间。一方面，它阻挡了市电中的干扰窜进充电器，另一方面，它也

35、阻挡了开关电源产生的干扰反窜回市电电网中造成电磁污染。图3-3（c）中左边图的L是双线并联绕在同一个磁芯上的滤波电感。电感L串联在电路中，利用其交流共模感抗大，阻挡共模高频干扰成分。图3-3（c）中右边图是左边图的改进，电容变成了四只C1、C2、C3、C4。它们的其中一端都接地，可将差模和共模的高频干扰通过电源插头的保护地，引入地。这几只电容容量不大，但关系的人身安全，要求不能漏电，耐压高。3.2 辅助电路3.2.1 防浪涌电路关电源式充电器中，在市电桥式整流电路后面，几乎所有电容滤波电路，滤波电路端的电压通电前为0V，加电瞬间，电容两端的电压不能跳变，相当于短路，电流极大，这个冲击电流，叫做

36、浪涌电流，极易损坏整流管等元件，为了保护它们，在电路里串联一只负温度系数的热敏电阻。见图3-4（b）所示（a）负温度系数电阻NTC特性曲线（b）使用负温系热敏电阻的放浪涌电路图3-4使用负温系热敏电阻的放浪涌电路 大多数导电材料的电阻具有正温度系数，也就是随温度上升，电阻值上升，但是这种变化微不足道。这里讲的热敏电阻是有明显正温度系数（PTC）或负温度系数的（NTC）的电阻1。在充电器里广泛使用的是负温度系数电阻其特性见3-4（a）所示。在室温下，通电前，它仅有5-10电阻值，当有电流通过时，温度会上升，其电阻会减小，这种负温度系数电阻串联在充电器的市电输入电路里，加电瞬间，室温下5-10电阻

37、的串联大大降低了浪涌电流，随通电时间增加，NTC温度升高，其电阻值下降接近0，但为了维持电阻发热，需要保持一个非常小的电阻，这种小电阻对电路功率影响很小，因此，这种简单有效的防浪涌电路被广泛应用在开关电源式的充电器中。热敏电阻在原理图中的代号是Rt，在实际使用中无正负极之分。在桥式整流电路的二极管上并联小电容，对二极管也有抗浪涌保护作用。3.2.2 防市电过压电路充电器还使用一种压敏电阻作市电输入过压保护。这种电阻两端电压没有超过保护值时，阻值呈现无穷大。但是当两端电压超过保护启动电压时，其电阻值急剧下降，接近短路。压敏电阻并联在充电器的市电输入短路中，在市电低于240-250V时，它的阻值接

38、近无穷大，当市电高于保护值时，其电阻值接近0，将市电输入短路，造成保险管熔断，从而切断电源，起到过压保护作用。压敏电阻在原理图中的代号是Rv，在实际使用中无正负极之分，特性和应用见下页图3-5所示2。压敏电阻启动电压的测量可用摇表和电压表配合进行，我们再此不作介绍。(a) 压敏电阻特性曲线（b）使用压敏电阻的防过压电路图 3-5压敏电阻特性线与使用压敏电阻的防过压电路 3.2.3 全桥和半桥式开关电源的DC/AC功率转换开关电源的优点是：比串联式稳压器效率高省电；PWM频率高过几十千赫；变压电感的体积重量可以做得最小；节省钢材铜材；保护电路动作时间可以做到小于半导体的（也叫焦尔）损坏时间。功率

39、转换部分由变压器进行能量转换和传递，是个关键部位，由于变压器能对交流进行电能传递，对直流电需要通过开关将通过初级绕阻的电流大小和方向进行不断交换，这就是开关电源名字的来历。图3-6给出了常用的全桥式和半桥式开关电源的工作过程，图中V为直流电源；L1为变压器的初级绕组，L2为次级绕组；K是开关，实际电路中K是功率开关管；箭头是电流方向。图3-6（a）是全桥式的，成本高，市场上不多见。图 3-6（b）是充电器中半桥式开关电源主流电路，我们介绍的半桥式充电器就是属于这类。开关电源中开关导通时间长，传输电能多，次级绕组的输出电压高，电流就相应大。用PWM控制功率开关管，就可以改变次级绕组输出的电压和电

40、流。加上闭环反馈就可以稳定电压、电流或限制功率5。（a）全桥式结构 K1、K2导通 K2、K3导通 （b）半桥式结构 K1导通 K2导通图 3-6全桥和半桥式开关电源的DC/AC功率转换 3.2.4 推挽式变流电路这是一种适合中容量至大容量的方式，其基本电路和波形如图3-7和图3-8所示。跟单管传输型变流电路不同是采用双管用中心引线连接，V1和V2两管交替导通和关断来产生交流电压，由对变压器TR的二次电压进行全波整流获得直流电压。推挽式变流电路由于变压器上加上正负电压，提高了变压器的利用率。输出滤波器采用全波整流，降低了对滤波器的要求，因而可实现小型化。图 3-7 推挽变流电路 图3-8 推挽

41、变流电路波形 特别需要注意的是避免发生两个管子V1和V2同时导通的状态3。3.2.5 电池防反接电路有些产品不按国标规范化生产，往往因充电插口接线相反造成充电器损坏。天津冠宇充电器采用了图3-9所示的防电池反接装置。电池防反接电路由图中细虚线部分D07、W1、R66、BG3、J1组成。工作过程：电池和充电主电源之间串联继电器J1的常开触点J-1，它闭合才能接通充电通路。当电池反接时，D07反偏截止，BG3因没有基极电流截止，继电器不动作，常开触点J-1切断充电通路；当电池连接正确并且电池残余电压达到一定值时，W1齐纳击穿，电池正极电压经D07、W1、R66给BG3图 3-9 天津冠宇充电器防电

42、池反接电路 提供足够的基极电流，BG3导通，继电器J1吸合线圈得电动作，常开触点J-1闭合，接通电池充电通路，进入充电状态。图中D66是J1吸合线圈的续流二极管，保护BG3不被击穿4。显然，不仅电池反接不能充电，电池因故障达不到基本（W1齐纳击穿）值也不能充电。上页图中BG9、D05、R67、D03组成+12V辅助电源，属于典型的稳压二极管D05的扩流电路，还担负着其他低压控制电路的供电。3.2.6 半桥式充电器辅助电路 一般把充电器为电池充电的那路直流电流叫充电主电源，以后简称主电源；把其他控制电路的直流电源叫做辅助电源。一般把供给电源PWM专用芯片的叫高压侧辅助电源，供主电源的电压，电流负

43、反馈和充电模式转换电路的叫低压侧辅助电源。半桥式充电器PWM芯片和控制电路都与市电隔离，因此辅助电源可能简化为一个，而且可取自主电源，或者由功率输出变压器的独立绕组供电，辅助电源地和主电源地相连。无论何种电动车充电器，主电源都连接电池，为了人身安全，与市电应该是隔离的。大多数半桥式充电器的辅助电源是采用功率输出变压器的独立绕组经全波整流供电。目前半桥式充电器采用的PWM芯片基本是TL494，加市电瞬间芯片无电并不工作，功率开关管和推动变压器及其外围元件形成自激振荡，串联在功率开关管中点和310V之间T2初级绕阻有电流通过，在T2的初级独立绕组产生电压，续电压由D17，D18全波整流，C22电容

44、滤波，供给PWM芯片，TL494开始工作，很快进入正常。这一过程叫启动。使电源PWM芯片开始工作的电压叫做启动电压，启动阶段主电源电压不稳定，TL494正常工作后，主电源输出电压和电流才开始受控制，辅助电源绕组输出电压与功率开关管的占空比有关，充电时约25V左右，空载时约17V左右，有些充电器将这个不稳定的电压经正三端稳压器稳压后再供应TL494。但是相当多的不经稳压直接供应TL494。使用中，忌讳充电电流大时先拔电池充电插头，后切断市电，这样操作容易损坏TL494。大部分半桥式充电器的电源PWM芯片的启动电压，靠前面讲的功率经自激振荡提供，启动后工作电压靠辅助电源提供。也有例外的，CDJ-2

45、4-36C天津冠宇充电器及河北充电器厂的KGC35018充电器，启动电压来自被充电的电池，这类充电器不接电池或电池损坏是不工作的，并不是故障6。3.2.7 充电状态显示电路 充电状态显示电路如下页图3-10所示.图3-10 充电状态显示电路 利用发光二极管显示充电状态：* 接上电源而充电电路尚未接入被充电电时，发光二极管LED1点亮。* 充电电路接入被充电池时，发光二极管LED2点亮，表示充电进行中。* 发光二极管LED3点亮时，表明电池已经充满电应切断电源停止充电。第4章 充电器的原理4.1 TL494脉宽调制电路芯片4.1.1 TL494简介TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开

46、关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。1、 集成了全部的脉宽调制电路。2、 片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。3、 内置误差放大器。4、 内置5V参考基准电压源。5、 可调整死区时间。6、 内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力推或拉两种输出方式。4.1.2 工作原理简述TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下16：图4-1 TL494内部结构框图 输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。TL494为脉宽调制集成电路芯片，也就是开关电源脉宽调制集成电路，是PWM脉宽控制的但开关驱动电路，被广泛用于当前电动自行车充电器电路中。表 4-1 TL494芯片的引脚功能引脚符号功能1