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
?。?）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腳負的電壓,，于是①-②繞組感應(yīng)出①腳正,、②腳負電壓加到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，增加的速率遠大于其基極電流的增加,，Vce升高,，于是Q1退出飽和進入放大區(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,。保護開關(guān)管Q1、Q2,。保護機理是泄放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,，當這兩只阻容元件參數(shù)為圖標數(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是電壓負反饋取樣電阻,，R26與R27分壓,，對輸出電壓進行取樣，加到TL494的①腳進行電壓控制。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可校準此值,。
狀態(tài)指示調(diào)試當充電電流為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，對電容放電后再進行,，對濾波電容放電可用普通白熾燈泡進行,。
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。
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,。還具有三個特點，圖騰柱式輸出電路,，輸出電流可達1A,，可直接驅(qū)動功率開關(guān)VDMOS管：具有內(nèi)部可調(diào)整的參考電源?？梢赃M行欠壓鎖定,；這個帶鎖定的PWM，可以進行逐個脈沖的電流限制,，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腳以啟動供電，此時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進行穩(wěn)壓,，D5導(dǎo)通,，給UC3845提供穩(wěn)定的工作電壓，完成啟動和供電,。圖中LM393是一個變形的施密特電壓比較器,，用作市電過壓保護，當市電過壓時,，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)壓的負反饋系統(tǒng)由光電耦合器,、基準電源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,，流經(jīng)光電耦合器發(fā)光二極管電流增加，光強增加,，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，起到自動穩(wěn)定輸出電壓的作用,。
1）過流（過載）保護
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，實現(xiàn)過流（也叫過載）保護,。增大取樣電阻,，就是降低了起控電流的動作點，電源輸出功率也相應(yīng)減小,。
2）過壓保護
電源輸出端的LM339四個電壓比較器A,、B、C,、D反相端電位均固定在+5V,。A和B檢測輸出電壓，當輸出端電壓較低時即充電初始階段,，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,；當充電電壓升高時。A翻轉(zhuǎn),，低壓燈LOW熄滅,，高壓燈HI繼續(xù)亮，當電池將充滿時,，電池電壓升高,，B翻轉(zhuǎn)，①腳為高電平,，高壓燈HI熄滅,。同時，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,。
?。?）天能TN-1智能負脈沖充電器
圖14是天能TN-1智能負脈沖充電器電路圖,。這個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,。這里主要介紹負脈沖充電部分的工作原理,。這部分電路由放電開關(guān)、負脈沖加載控制,、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，俗稱達林頓管,。Q6受加載負脈沖控制和振蕩器聯(lián)合控制,。加載負脈沖控制由IC3的C和D構(gòu)成。D接成反相器（電路中,，與非門兩個輸入并聯(lián)看作一個非門）,，只有C的兩個輸入都為高電平時，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（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①腳為高電平。此時,，負脈沖才起作用,。
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,，其充放電時間常數(shù)不同，高電平3ms,，低電平1250ms,。負脈沖充電，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,，并沒有斷開充電電路,。
2.具有工頻變壓器的電動自行車充電器
?。?）快樂牌KLG智能充電機
快樂牌KLG智能充電機是一款貨運三輪常用的大功率帶環(huán)牛變壓器的充電機。電路原理圖見圖15所示,。
變壓器T初級有一個抽頭,。次級有兩個獨立繞組,。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J-1接在初級抽頭A上時,，是恒流充電位置,，輸出43.2V；通過繼電器常開觸點接在初級上端B時,，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,，當電瓶電壓升到43.2v時,，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基準電位下降,，產(chǎn)生滯遲閉鎖效應(yīng)。此時由于U3A的①腳輸出高電平,，G1導(dǎo)通,，繼電器J得電，繼電器常開觸點接在B點上,，進入涓流充電位置,，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，延時一分鐘左右,。
該充電器用于48V電瓶充電時,，只需做兩處改動：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。如有必要則更換電壓表頭,。
?。?）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,，輸出的脈動直流不經(jīng)濾波供電瓶充電。
上述脈動直流經(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)通時為電瓶充電,，由于供電電源是饅頭形的100Hz脈動直流電，過零時關(guān)斷,，所以這個充電器為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脈動直流電的每個周期,，V+電位上升到DW3反向擊穿時,，V+經(jīng)D4、R20,、R21,、DW3使T2導(dǎo)通，進而使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,，V+對電瓶充電,。但是，如果將R20和R21分壓點接地,，V+電位再高,，DW3、T2,、T1,、SCR1也不會導(dǎo)通。保護電路和充電停止就是利用將R20和R21分壓點電位拉低實現(xiàn)關(guān)閉充電輸出。
電瓶電壓限壓檢測由U1A,、R1,、W1、R2組成,。當電瓶電壓上升到43.5V時,，U1A翻轉(zhuǎn)，它的②腳對地導(dǎo)通,，通過R17將R20和R21分壓點電位拉低實現(xiàn)關(guān)閉充電輸出,。
充電電流限流檢測由U1C、R12,、R13組成,，當充電電流超過限定值時，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分壓點電位拉低實現(xiàn)關(guān)閉充電輸出,。
充電狀態(tài)檢測由U1B,、R10、R13組成,，當充電電流超過規(guī)定值時,，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?，促使充電狀態(tài)顯示驅(qū)動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,，也升高了U1A的基準電壓，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.沒有自激啟動電路,，靠被充電電瓶啟動脈寬調(diào)制芯片TL494,。
顯然，被充電電瓶沒電或有故障時,，充電器沒法啟動,，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,。這種充電器對已硫化電瓶有修復(fù)作用,，還具有溫度補償功能，這種充電器價格比較貴,。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。在達到電池規(guī)定的開路電壓以后,，進入第二階段,。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”，該階段的負脈沖放電依然存在,。當占空比下降到規(guī)定值的時候,，進入浮充狀態(tài)。第三階段,，調(diào)整（進一步減少）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,。
