采用开关电源技术的电动自行车充电器

1.采用开关电源技术的电动自行车充电器

(1)山东GD36充电器

电路原理图见图12所示。该充电器为半桥式充电器.主要性能指标为：输入电压：170-260V;输出电压：44 V(可调);最大充电电流：1.8A;浮充充电电流：200～100mA。

1)电路原理

本充电器电路主要由市电整流滤波、自激加他激半桥转换、PWM控制、电压控制、电流控制、输出整流滤波六部分组成。

整流滤波 市电220V/50Hz经二极管D1～D4桥式整流、电容C5～C7滤波，得到310V左右的直流电压，作为开关变换器的电源。

自激加他激半桥输出电路主要由Q1、Q2、B2、B3等元件组成。

自激启动该电路的特点是自激启动，控制电路所需辅助电源由其本身提供，无需另设。自激振荡是利用磁心饱和特性产生的，具体过程为：接通电源，C5、C6上的150V电压经R5、R7、R9、R10给开关管Q1、Q2提供基极偏压。设Q1由TR5偏压而微导通，则推动变压器B2的②-④绕组感应出极性是②脚正、④脚负的电压，于是①-②绕组感应出①脚正、②脚负电压加到Q1的发射极，加速Q1的导通。这是一个十分强烈的正反馈过程，Q1迅速饱和导通。与此同时，③-⑤绕组感应出③脚正、⑤脚负的电压，使Q2截止。

Q1饱和导通后，150电压给B3①-②主绕组充电储能，线圈中的电流和由它产生的磁感应强度随时间线性增加。但当磁感应强度增大到饱和点Bm时，电感量迅速减小，Q1的集电极电流急剧增加，增加的速率远大于其基极电流的增加，Vce升高，于是Q1退出饱和进入放大区，推动变压器B2的②-④、①-②、③-⑤绕组感应电压将反向。这又是一个强烈的正反馈过程，结果是Q1截止、Q2饱和导通。此后，这种过程重复进行而形成振荡。

工作原理如下：

他激振荡：自激振荡过程中，B3的次级输出电压经D9、D10全波整流、C19滤波，建立起PWM控制电路芯片TL494所需的工作电源。TL494开始工作，由Q3、Q4输出相位差为180°的PWM脉冲，经B2⑥-⑦、⑦-⑧绕组感应至①-②或③-⑤绕组。于是Q1、Q2便由自激转为在他激PWM脉冲驱动下轮流导通。B3的次级⑨-⑦、⑨-⑧绕组输出电压经D15全波整流、C21滤波得到+44V电压给蓄电池充电。

D6、D7是两只钳位二极管.保护开关管Q1、Q2。保护机理是泄放B3初级的反激能量和漏感储能，消除反峰电压。当Q1由导通变为截止而Q2又尚未导通时，D7导通，把反激能量再生给C6充电;当Q2由导通变为截止而Q1又尚未导通时，D6导通，把反激能量再生给C5充电。这样，一方面消除了反峰电压，另一方面因反激能量回送电源而极大地提高了电源的效率。

PWM控制以TL494为核心组成。C12、R19与内部电路形成振荡，当这两只阻容元件参数为图标数值时，振荡频率约为50kHz。(13)脚接+5V，脉冲输出方式被设置为推挽输出。⑧、(11)脚输出的推挽调宽脉冲，经驱动电路放大后送半桥输出级，控制Q1、Q2轮流导通。

R20、R24分压值设定死区控制端④脚的电位，限定最大导通占空比小于45%。C18是缓启动电容，接通电源后，C18两端电压为零，④脚的电位近似为+5V，输出脉冲占空比为零。随着C18的充电，④脚电压逐渐降低，导通占空比逐渐增大，输出电压逐渐受控。

电压、电流控制：R2**R27是电压负反馈取样电阻，R26与R27分压，对输出电压进行取样，加到TL494的①脚进行电压控制。R3是电流取样电阻，取样电压经R13加到TL494的(15)脚进行电流控制。电流控制的实质也是控制输出电压。

推挽驱动：由Q3、Q4、B2等元件组成。这是一种典型的变压器推挽式功率放大电路。D11、D14的作用与D5、D7相似，保护Q3、Q4，把B2初级的反激能量回送电源。

充电状态指示主要由运放LM358、LED1、LED2等元件组成。当充电电流较大时，电流取样电阻R3上端电压大大低于地电位，LM358的②脚电位低于③脚电位，①脚输出高电平，电池充电指示灯LED1点亮;当充电电流较小(小于200mA)时，+5V经R36、R30、R3分压，R3上端电压略高于地电位，LM358②脚电位高于③脚，①脚输出低电平，电池充电指示灯LEDl熄灭，⑦脚输出高电平.在充满后指示灯LED2点亮。充电过程中的某一期间存在LEDl、LED2同时点亮的过渡状态。

2)调试

输出电压开路输出电压为44V，改变R26或R27可校准此值。夏天电压应比44V低1V，如果是胶体电池电压还要低，否则可能会充鼓包。

输出电流短路时输出电流为1.8A，改变R13可校准此值。

状态指示调试当充电电流为200mA时，蓄电池充满指示灯LED2应开始点亮。改变R30可校准该状态。

3)小结

很多半桥式充电器，以TL494为核心，结构十分类似，TL494内部包含了振荡、锯齿波形成、PWM、运放等基本单元电路，稳压和限流反馈都加到运放端。另以一块比较器集成电路为辅助，进行电流分段控制，这些集成电路工作需要电源、通电起始、启动电路工作为它们供电，然后由辅助电源逐步建立稳定的电源，为这些集成电路工作提供能量。

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