電動(dòng)自行車充電器

　　給電動(dòng)車輛的鉛酸電瓶、鎳鎘電瓶補(bǔ)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(yùn)電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)該電路的特點(diǎn)是自激啟動(dòng)，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(dòng)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(gè)十分強(qiáng)烈的正反饋過程，Q1迅速飽和導(dǎo)通。與此同時(shí)，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(qiáng)度隨時(shí)間線性增加。但當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到飽和點(diǎn)Bm時(shí)，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(dòng)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(gè)強(qiáng)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(dòng)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(jī)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(shí)質(zhì)也是控制輸出電壓。

　　推挽驅(qū)動(dòng)：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(yùn)放LM358、LED1、LED2等元件組成。當(dāng)充電電流較大時(shí)，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(diǎn)亮；當(dāng)充電電流較小（小于200mA）時(shí)，+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(diǎn)亮。充電過程中的某一期間存在LEDl、LED2同時(shí)點(diǎn)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(shí)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(shí)，蓄電池充滿指示燈LED2應(yīng)開始點(diǎn)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(yùn)放等基本單元電路，穩(wěn)壓和限流反饋都加到運(yùn)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(dòng)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。空載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(xiǎn)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(shí)，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(jī)時(shí)，白熾燈泡閃亮一下變暗，同時(shí)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(xiàng)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(shí)，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(shí)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。或者反過來，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(shí)十分重要。這是因?yàn)槌潆娖麟娏鳈z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(dòng)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(dòng)車充電器等電源類產(chǎn)品。

　　UC38xx和TL494類似，內(nèi)部含有振蕩器（OSC），誤差放大器、脈寬調(diào)制（PWM），參考電壓產(chǎn)生等PWM專用芯片必備的內(nèi)電路。還具有三個(gè)特點(diǎn)，圖騰柱式輸出電路，輸出電流可達(dá)1A，可直接驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)VDMOS管：具有內(nèi)部可調(diào)整的參考電源。可以進(jìn)行欠壓鎖定；這個(gè)帶鎖定的PWM，可以進(jìn)行逐個(gè)脈沖的電流限制，也叫逐周（期）限制。

　　圖13中R18、D5、N5等組成啟動(dòng)和供電電路。加電瞬間。市電整流濾波后的平滑直流電通過R18給UC3845⑦腳以啟動(dòng)供電，此時(shí)D5反偏截止。UC3845工作后，開關(guān)變壓器各繞組有感應(yīng)電壓，副繞組電壓經(jīng)D4整流供N5進(jìn)行穩(wěn)壓，D5導(dǎo)通，給UC3845提供穩(wěn)定的工作電壓，完成啟動(dòng)和供電。圖中LM393是一個(gè)變形的施密特電壓比較器，用作市電過壓保護(hù)，當(dāng)市電過壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，①腳呈低電平，D3導(dǎo)通將UC3845關(guān)閉。輸出穩(wěn)壓的負(fù)反饋系統(tǒng)由光電耦合器、基準(zhǔn)電源N6、RV1、R27、R26、R23等組成。穩(wěn)壓過程：輸出電壓由于某原因上升時(shí)，流經(jīng)光電耦合器發(fā)光二極管電流增加，光強(qiáng)增加，光電耦合器光電三極管加劇導(dǎo)通。內(nèi)阻減小，使UC3845的②腳電壓升高，減小PWM占空比，拉低輸出電壓。反之，增大PWM占空比，使輸出電壓拉高，起到自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓的作用。

　　1）過流（過載）保護(hù)

　　開關(guān)管過流信號取自電阻R3、R4。一旦開關(guān)管過流，UC3845的③腳電壓超過1V，內(nèi)部電路就會關(guān)閉輸出，實(shí)現(xiàn)過流（也叫過載）保護(hù)。增大取樣電阻，就是降低了起控電流的動(dòng)作點(diǎn)，電源輸出功率也相應(yīng)減小。

　　2）過壓保護(hù)

　　電源輸出端的LM339四個(gè)電壓比較器A、B、C、D反相端電位均固定在+5V。A和B檢測輸出電壓，當(dāng)輸出端電壓較低時(shí)即充電初始階段，A的②腳為低電平，低壓燈LOW亮，B的①腳也為低電平，高壓燈HI也亮；當(dāng)充電電壓升高時(shí)。A翻轉(zhuǎn)，低壓燈LOW熄滅，高壓燈HI繼續(xù)亮，當(dāng)電池將充滿時(shí)，電池電壓升高，B翻轉(zhuǎn)，①腳為高電平，高壓燈HI熄滅。同時(shí)，C的（13）腳為高電平，D的（14）腳也為高電平，N7導(dǎo)通，J1吸合，J1-1（常閉）斷開將取樣電阻R4接入，增大了電流取樣電阻，開始起控使輸出電流下降，進(jìn)人浮充電階段。N4、W1、R8、R7構(gòu)成12V穩(wěn)壓電源，為12V的繼電器提供電源。

　　（3）天能TN-1智能負(fù)脈沖充電器

　　圖14是天能TN-1智能負(fù)脈沖充電器電路圖。這個(gè)充電器主要部分是典型的半橋式兩段充電器，和前面介紹的圖12充電器基本一樣。這里主要介紹負(fù)脈沖充電部分的工作原理。這部分電路由放電開關(guān)、負(fù)脈沖加載控制、脈沖振蕩器三部分組成。

　　放電開關(guān)是三極管Q6、Q6導(dǎo)通，其集電極和發(fā)射極將電瓶短路，電瓶放電。Q6截止，電瓶恢復(fù)充電。Q5和Q6是直接耦合，俗稱達(dá)林頓管。Q6受加載負(fù)脈沖控制和振蕩器聯(lián)合控制。加載負(fù)脈沖控制由IC3的C和D構(gòu)成。D接成反相器（電路中，與非門兩個(gè)輸入并聯(lián)看作一個(gè)非門），只有C的兩個(gè)輸入都為高電平時(shí)，③腳為低電平，經(jīng)D反相使Q6導(dǎo)通，給電瓶放電。C的②腳來自多諧振蕩器的每秒1個(gè)（脈寬3ms）正脈沖，C的①腳來自兩階段電流檢測電路IC2的①腳，恒流充電時(shí)①腳為高電平。此時(shí)，負(fù)脈沖才起作用。

　　脈沖振蕩器由IC3的A和B以及C24、C25、兩只100kΩ電阻構(gòu)成典型的多諧波振蕩器，其充放電時(shí)間常數(shù)不同，高電平3ms，低電平1250ms。負(fù)脈沖充電，可提高充電接受能力，降低充電溫度；國內(nèi)還有可以消除硫化延長電瓶壽命的講法。上述充電器在放電時(shí)，并沒有斷開充電電路。

　　2.具有工頻變壓器的電動(dòng)自行車充電器

　　（1）快樂牌KLG智能充電機(jī)

　　快樂牌KLG智能充電機(jī)是一款貨運(yùn)三輪常用的大功率帶環(huán)牛變壓器的充電機(jī)。電路原理圖見圖15所示。

　　變壓器T初級有一個(gè)抽頭。次級有兩個(gè)獨(dú)立繞組。下邊14V是輔助電源繞組。給控制電路供電；上邊充電繞組有個(gè)抽頭，供36V電瓶充電使用。上邊是供48V電瓶（未用）。市電通過繼電器常閉觸點(diǎn)J-1接在初級抽頭A上時(shí)，是恒流充電位置，輸出43.2V；通過繼電器常開觸點(diǎn)接在初級上端B時(shí)，是涓流充電位置，輸出37.5V～43.2V。

　　U3、G2組成滯后型電瓶電壓檢測電路，電瓶電壓通過電壓取樣電阻W2、R2和R3加到U3B的⑤腳，當(dāng)電瓶電壓升到43.2v時(shí)，U3B翻轉(zhuǎn)，⑦腳輸出高電平，U3A翻轉(zhuǎn)，其①腳輸出高電平，導(dǎo)致G2導(dǎo)通，使U3基準(zhǔn)電位下降，產(chǎn)生滯遲閉鎖效應(yīng)。此時(shí)由于U3A的①腳輸出高電平，G1導(dǎo)通，繼電器J得電，繼電器常開觸點(diǎn)接在B點(diǎn)上，進(jìn)入涓流充電位置，輸出37.5V～43.2V。調(diào)整W2可以改變切換電壓。R6、C6是積分電路，延時(shí)一分鐘左右。

　　該充電器用于48V電瓶充電時(shí)，只需做兩處改動(dòng)：充電主繞組由抽頭改接到上端；增大電壓取樣電阻上半部分。如有必要?jiǎng)t更換電壓表頭。

　　（2）千鶴100Hz脈沖充電器

　　電路原理圖見圖16。工頻變壓器T1是降壓變壓器，D5～D8組成橋式整流，輸出的脈動(dòng)直流不經(jīng)濾波供電瓶充電。

　　上述脈動(dòng)直流經(jīng)D1、R9、DW2為控制電路供電。 充電開關(guān)SCRl是單向可控硅，它導(dǎo)通時(shí)為電瓶充電，由于供電電源是饅頭形的100Hz脈動(dòng)直流電，過零時(shí)關(guān)斷，所以這個(gè)充電器為100Hz脈沖充電器，充電電流波形如圖16中所示。

　　充電開關(guān)控制由DW3、T1、T2組成。在饅頭形的100Hz脈動(dòng)直流電的每個(gè)周期，V+電位上升到DW3反向擊穿時(shí)，V+經(jīng)D4、R20、R21、DW3使T2導(dǎo)通，進(jìn)而使T1導(dǎo)通，V+經(jīng)T1、D2使SCR1導(dǎo)通，在V+電位高于電瓶電壓時(shí)，V+對電瓶充電。但是，如果將R20和R21分壓點(diǎn)接地，V+電位再高，DW3、T2、T1、SCR1也不會導(dǎo)通。保護(hù)電路和充電停止就是利用將R20和R21分壓點(diǎn)電位拉低實(shí)現(xiàn)關(guān)閉充電輸出。

　　電瓶電壓限壓檢測由U1A、R1、W1、R2組成。當(dāng)電瓶電壓上升到43.5V時(shí)，U1A翻轉(zhuǎn)，它的②腳對地導(dǎo)通，通過R17將R20和R21分壓點(diǎn)電位拉低實(shí)現(xiàn)關(guān)閉充電輸出。

　　充電電流限流檢測由U1C、R12、R13組成，當(dāng)充電電流超過限定值時(shí)，電流取樣電阻R11左端電位降低到使U1C翻轉(zhuǎn)，它的（14）腳對地導(dǎo)通，同樣將R20和R21分壓點(diǎn)電位拉低實(shí)現(xiàn)關(guān)閉充電輸出。

　　充電狀態(tài)檢測由U1B、R10、R13組成，當(dāng)充電電流超過規(guī)定值時(shí)，電流取樣電阻R11左端電位降低到U1B翻轉(zhuǎn)，它的①腳變?yōu)楦唠娢唬偈钩潆姞顟B(tài)顯示驅(qū)動(dòng)U1D翻轉(zhuǎn)，其（13）腳電位變高，充電燈LED2熄滅。在U1B的①腳電位變高時(shí)，也升高了U1A的基準(zhǔn)電壓，即升高了電瓶限壓的門檻電壓值，充電脈沖電流波形左邊變窄，即使充電電流下降。

　　3.其他類型充電器簡述

　　有一種半橋式充電器，也是以TLA94為核心，不同之處：

　　1.功率開關(guān)管不是NPN管而是VDMOS管；

　　2.沒有自激啟動(dòng)電路，靠被充電電瓶啟動(dòng)脈寬調(diào)制芯片TL494。

　　顯然，被充電電瓶沒電或有故障時(shí)，充電器沒法啟動(dòng)，并不是充電器本身有故障。

　　采用TOP226之類的充電器，電路雖然簡潔，但TOP226本身和TVS配件目前較貴。

　　高頻脈沖充電器，控制核心為單片機(jī)。這種充電器對已硫化電瓶有修復(fù)作用，還具有溫度補(bǔ)償功能，這種充電器價(jià)格比較貴。具有代表性的是36121充電器，內(nèi)部有一塊ABT6502芯片，由它測量電瓶電壓和充電電流，控制充放電。充電主體部分是典型的半橋式充電器，充電的周期約513ms。所有的充電電流都是限流（2A）的。第一階段是500ms充電，間隔1ms，放電3ms，10ms測量。在達(dá)到電池規(guī)定的開路電壓以后，進(jìn)入第二階段。在第二階段，充電電流沒有變化，但是通過充電的占空比逐漸減少來維持開路電壓。形成“偽恒壓充電”，該階段的負(fù)脈沖放電依然存在。當(dāng)占空比下降到規(guī)定值的時(shí)候，進(jìn)入浮充狀態(tài)。第三階段，調(diào)整（進(jìn)一步減少）脈沖占空比，使充電電壓為設(shè)定的浮充電壓。

　　三、其他四種控制器與充電器電路

　　圖17由PIC16C58B單片機(jī)為PWM核心的控制器，同類產(chǎn)品有英克萊TC22418有刷控制器，小羚羊SPMBC有刷控制器等。

　　圖18是天津中科的PIM6401，9，10KZX無刷控制器。其電路以PIC16C58單片機(jī)為核心，完成PWM控制和電極位置識別于一體，使電路更簡潔。

　　圖19為以LM324四運(yùn)放為PWM核心的控制器，其原理類同于LM393構(gòu)成的控制器。

　　圖20為河北KGC36018智能充電器，是一款以SG3524為核心的充電器電路。