电动车充电器原理剖析

1、三、开关电源在电动车充电器中的应用三、开关电源在电动车充电器中的应用（一）、充电器分类：（一）、充电器分类：按功率转换方式按功率转换方式全桥式全桥式半桥式半桥式带负脉冲半桥式带负脉冲半桥式脉冲式脉冲式专用芯片控制脉冲式专用芯片控制脉冲式反激式反激式一般脉冲式一般脉冲式正激式正激式单激式单激式 工频充电器工频充电器高频充电器（开关电源式）高频充电器（开关电源式）按充电器工作频率按充电器工作频率按充电方式按充电方式恒压充电恒压充电恒流充电恒流充电三段式（智能型充电）三段式（智能型充电）带其它功能半桥式带其它功能半桥式 普通分段半桥式普通分段半桥式（二）、充电模式的简单分析：（二）、充电模式的简单分

2、析：1 1、恒流充电：、恒流充电： 需定时管理，避免过充。需定时管理，避免过充。 2 2、恒压充电：、恒压充电：SRVUI当电瓶亏电时，充电起始电流大。当电瓶亏电时，充电起始电流大。 3、三段式充电：、三段式充电：充电起始阶段：用限流充电，也称为恒流充电；充电起始阶段：用限流充电，也称为恒流充电； 充电中期：改为定压充电；充电中期：改为定压充电；充电后期：也是定压充电，但定压值比中期降低了一些，充电后期：也是定压充电，但定压值比中期降低了一些， 称为涓流充电，也称为浮充。称为涓流充电，也称为浮充。此阶段，还可以采用脉冲模式。此阶段，还可以采用脉冲模式。 1充电状态轮换电流检测比较器充电状态轮换

3、电流检测比较器2充电电流限流检测反馈放大器充电电流限流检测反馈放大器 3电池电压检测反馈放大器电池电压检测反馈放大器（基本基准电压为第三阶段涓流充电恒压值）（基本基准电压为第三阶段涓流充电恒压值） 三段工作状态的转换条件：三段工作状态的转换条件：、充电电流基准电流、充电电流基准电流1，进入第一阶段电流：，进入第一阶段电流： 充电电流基准电流充电电流基准电流2基准电流基准电流1，进入第一阶段，进入第一阶段基准电流基准电流1充电电流基准电流充电电流基准电流2，进入第二阶段，进入第二阶段 、充电电流基准电流、充电电流基准电流1，进入第三阶段，进入第三阶段 几点说明：几点说明：、各控制信号共同作用的结

4、果，控制开关电源振荡脉冲的宽度即开关管、各控制信号共同作用的结果，控制开关电源振荡脉冲的宽度即开关管的通断比，通断比越大，输出电压高，充电电流就大的通断比，通断比越大，输出电压高，充电电流就大、阶段的确定，是预先设定，赋值给电压比较器，充电电流或充电电压、阶段的确定，是预先设定，赋值给电压比较器，充电电流或充电电压都是通过取样，并与电压比较器的赋值进行比较，通过电压比较器的都是通过取样，并与电压比较器的赋值进行比较，通过电压比较器的输出改变电压负反馈量的大小，去控制输出电压。不同的电压负反馈输出改变电压负反馈量的大小，去控制输出电压。不同的电压负反馈比例和电流负反馈量结合形成不同的充电阶段。比

5、例和电流负反馈量结合形成不同的充电阶段。、第一阶段电流反馈起主导作用，实质是限流（恒流）；、第一阶段电流反馈起主导作用，实质是限流（恒流）；第二阶段电压负反馈和电流负反馈共同作用，主导作用由电流负反馈第二阶段电压负反馈和电流负反馈共同作用，主导作用由电流负反馈转向电压负反馈转向电压负反馈第三阶段电压反馈起主导作用第三阶段电压反馈起主导作用后两个阶段实质上均是恒压阶段，差别是第三段的恒压值低于第二阶段的恒压值。后两个阶段实质上均是恒压阶段，差别是第三段的恒压值低于第二阶段的恒压值。4、全桥式、半桥式功率转换和单管激励功率转换：、全桥式、半桥式功率转换和单管激励功率转换：为提高电路效率，为提高电路

6、效率，PWM频率高达几十千赫兹，因此，需要将直流电转换为频率为几频率高达几十千赫兹，因此，需要将直流电转换为频率为几十千赫兹的开关脉冲，再将开关脉冲进行高频整流后向被充电的电瓶提供直流电压（电十千赫兹的开关脉冲，再将开关脉冲进行高频整流后向被充电的电瓶提供直流电压（电流）。这一过程的实现依靠高频变压器进行能量的转换和传递，也称为功率转换器。流）。这一过程的实现依靠高频变压器进行能量的转换和传递，也称为功率转换器。根据转换形式的不同，又分为全桥式、半桥式功率转换和单管激励功率转换。根据转换形式的不同，又分为全桥式、半桥式功率转换和单管激励功率转换。、全桥式功率转换器（图中、全桥式功率转换器（图中

7、K是开关，实际电路中是功率开关管）是开关，实际电路中是功率开关管）、半桥式功率转换器、半桥式功率转换器全桥式转换效率高，但成本也高。实际电路中大都采用半桥式电路。全桥式转换效率高，但成本也高。实际电路中大都采用半桥式电路。通常配用的集成电路为通常配用的集成电路为TL494。、单管激励、单管激励开关由一个功率开关管构成。也称为单激型。通常配用的集成电路开关由一个功率开关管构成。也称为单激型。通常配用的集成电路为为c3842。5 5、单激型反激式功率转换、单激型反激式功率转换 在功率转换中，不改变变压器初级绕组电流方向，而通过开关控制单方在功率转换中，不改变变压器初级绕组电流方向，而通过开关控制单

8、方向电流导通和切断的时间（仍属于向电流导通和切断的时间（仍属于PWM），显然，开关管由单管即可完成。），显然，开关管由单管即可完成。 开关管导通时储能，开关截止时，储能释放给负载，称为单激型反激式开关管导通时储能，开关截止时，储能释放给负载，称为单激型反激式功率转换。开关管导通时间长，传输电能多，变压器次级绕组输出电压、电功率转换。开关管导通时间长，传输电能多，变压器次级绕组输出电压、电流高、大。用流高、大。用PWM控制功率开关管，控制功率开关管， 就可以改变次级绕组输出的电压和电就可以改变次级绕组输出的电压和电流，同时，使用闭环反馈可以稳定电压、电流或限制功率。流，同时，使用闭环反馈可以稳定

9、电压、电流或限制功率。 单激型反激式功率转换的电路结构及工作原理：单激型反激式功率转换的电路结构及工作原理： D1：续流二极管：续流二极管C： 滤波电容 V导通时，电流导通时，电流I通过通过L1，电流逐渐增加，产生变化磁场，电流逐渐增加，产生变化磁场，L1中自感电动中自感电动势上正下负，在次级绕组势上正下负，在次级绕组L2产生感应电压为上负下正，产生感应电压为上负下正，D1截止截止L1.储能储能221LI。 V V截止时截止时L1L1中电流不能突变，产生自感电动势下正上负，经电磁耦合，在中电流不能突变，产生自感电动势下正上负，经电磁耦合，在L2L2中产生感应电压为上正下负，中产生感应电压为上正

10、下负，D1D1导通，感生电流从导通，感生电流从D1D1、RLRL构成闭合回路，构成闭合回路，L1L1储能得到释放。储能得到释放。6 6、单激型正激式功率转换、单激型正激式功率转换 在单激型功率转换中，若不经过储能阶段，当开关管导通时，初级绕组在单激型功率转换中，若不经过储能阶段，当开关管导通时，初级绕组电流增长，形成变化的磁场感应到次级绕组给负载供电，称为单激型正激式电流增长，形成变化的磁场感应到次级绕组给负载供电，称为单激型正激式功率转换。功率转换。单激型正激式功率转换的电路结构及工作原理：单激型正激式功率转换的电路结构及工作原理： L3：后续电感：后续电感D3：L3续流二极管续流二极管D1

11、：续流二极管：续流二极管L4：新增变压器绕组：新增变压器绕组 V导通时，导通时，L1中自感电动势上正下负，中自感电动势上正下负，L2中感应电动势上正下负，中感应电动势上正下负，D3导通导通形成的电流经形成的电流经D3、L3供给负载，形成闭合回路。后续电感供给负载，形成闭合回路。后续电感L3同时储能；同时储能； V截止时，截止时，L1中的电流不能突变，中的电流不能突变，L1产生上负下正的自感电动势，经电磁产生上负下正的自感电动势，经电磁耦合到耦合到L4，L4上产生上正下负电势，感生电流经续流二极管上产生上正下负电势，感生电流经续流二极管D1将能量回馈电将能量回馈电源源UI，与此同时，与此同时，D

12、3反偏截止，后续电感反偏截止，后续电感L3的储能在的储能在L3上形成左负右正电动上形成左负右正电动势，感生电流流经势，感生电流流经RL和续流二极管和续流二极管D2，构成闭合回路。，构成闭合回路。 总之，总之，V导通时，不经储能就将能量传到负载，故为正激式。导通时，不经储能就将能量传到负载，故为正激式。 7 7、负脉冲充电器、负脉冲充电器充电过程中，每秒（充电过程中，每秒（1000ms）使电瓶放电）使电瓶放电1 2ms 采用负脉冲充电，可以去极化，增加极板承受能力，降低充电温度，采用负脉冲充电，可以去极化，增加极板承受能力，降低充电温度，延长蓄电池寿命。延长蓄电池寿命。8 8、单片机控制的充电器

13、、单片机控制的充电器单片机控制可用于两个方面：单片机控制可用于两个方面： 、对开关电源的控制；、对开关电源的控制；、对三段式阶段的控制。、对三段式阶段的控制。单极反激式智能型充电器单极反激式智能型充电器脉宽调制集成电路脉宽调制集成电路 c3842简介简介3 3脚为最大电流限制，调整输出最大电流脚为最大电流限制，调整输出最大电流7 7脚为电源正极脚为电源正极5 5脚为电源负极脚为电源负极6 6脚为脉冲输出直接驱动场效应管脚为脉冲输出直接驱动场效应管2 2、4 4脚为电压反馈，脚为电压反馈，可调节输出电压可调节输出电压4 4、8 8脚外接振荡电阻和振荡电容脚外接振荡电阻和振荡电容1脚误差放大器输出

14、经脚误差放大器输出经RC网络反馈到网络反馈到2脚脚,起频率补偿作用起频率补偿作用 T0T0：双向滤波抑制干扰，：双向滤波抑制干扰，D1D1：整流：整流C11C11：滤波：滤波IC1IC1：c3842c3842脉宽调制集成电路。脉宽调制集成电路。 其其5 5脚为电源负极，脚为电源负极， 7 7脚为电源正极，脚为电源正极， 6 6脚为脉冲输出直接驱动场脚为脉冲输出直接驱动场 效应管效应管Q1(K1358) Q1(K1358) 3 3脚为最大电流限制，调整脚为最大电流限制，调整 R25(2.5R25(2.5欧姆欧姆) )的阻值可以调的阻值可以调 整充电器的最大电流。整充电器的最大电流。 2 2脚为电

15、压反馈，可以调节脚为电压反馈，可以调节 充电器的输出电压。充电器的输出电压。 4 4脚外接振荡电阻脚外接振荡电阻R1,R1,和振荡和振荡 电容电容C1C1。T1T1为高频脉冲变压器，其作用有三个：为高频脉冲变压器，其作用有三个：第一是把高压脉冲降压为低压脉冲。第一是把高压脉冲降压为低压脉冲。第二是起到隔离高压的作用，以防触电。第二是起到隔离高压的作用，以防触电。第三是为第三是为c3842c3842提供工作电源。提供工作电源。D4D4：高频整流管（：高频整流管（16A60V16A60V）C10C10：低压滤波电容，：低压滤波电容，D5D5：12V12V稳压二极管，稳压二极管，IC3IC3：(TL

16、431)(TL431)为精密基准电压源，配合为精密基准电压源，配合IC2(IC2(光电耦合器光电耦合器4N35)4N35) 起到自动调节充电器电压的作用。起到自动调节充电器电压的作用。 调整调整w2(w2(微调电阻微调电阻) )可以细调充电器的电压。可以细调充电器的电压。D6D6：充电指示灯，：充电指示灯，D10D10：电池浮充（充满）指示灯。：电池浮充（充满）指示灯。 R27R27：电流取样电阻（：电流取样电阻（0.10.1欧姆，欧姆，5w5w） 改变改变W1W1的阻值可以调整充电器转浮充的拐点电流（的阻值可以调整充电器转浮充的拐点电流（200200300 mA300 mA）。）。通电开始时

17、，通电开始时，C11C11上有上有300v300v左右电压。此电压一路经左右电压。此电压一路经T1T1加载到加载到Q1Q1。第二路经。第二路经R5,C8,C3, R5,C8,C3, 达到达到IC1IC1的第的第7 7脚。强迫脚。强迫IC1IC1启动。启动。IC1IC1的的6 6脚输出方波脉冲，脚输出方波脉冲，Q1Q1工作，工作，电流经电流经R25R25到地。到地。同时同时T1T1副线圈产生感应电压，经副线圈产生感应电压，经D3D3、R12R12给给IC1IC1提供可靠电源。提供可靠电源。T1T1输出线圈的电压经输出线圈的电压经D4D4、C10C10整流滤波得到稳定的电压。整流滤波得到稳定的电压

18、。 此电压一路经此电压一路经D7D7（D7D7起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用）给电池充电。起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用）给电池充电。第二路经第二路经R14R14、D5D5、C9, C9, 为为LM358(LM358(双运算放大器，双运算放大器，4 4脚为电源地，脚为电源地，8 8脚为电源正脚为电源正) )及及其外围电路提供其外围电路提供12V12V工作电源。工作电源。 D9D9为为LM358LM358提供基准电压，经提供基准电压，经R26R26、R4R4分压达到分压达到LM358LM358的第的第2 2脚和第脚和第5 5脚。脚。 正常充电时，正常充电时，R27R27上端有上端有0

19、.150.150.18V0.18V左右电压，此电压经左右电压，此电压经R17R17加到加到LM358LM358第第3 3脚，从脚，从1 1脚送出高电压。脚送出高电压。此电压一路经此电压一路经R18R18，强迫，强迫Q2Q2导通，导通，D6D6（红灯）点亮，第（红灯）点亮，第二路注入二路注入LM358LM358的的6 6脚，脚，7 7脚输出低电压，迫使脚输出低电压，迫使Q3Q3关断，关断，D10(D10(绿灯绿灯) )熄灭，充电器熄灭，充电器进入恒流充电阶段。进入恒流充电阶段。当电池电压上升到当电池电压上升到44.2V44.2V左右时，左右时， 充电器进入恒压充电阶充电器进入恒压充电阶段，输出电

20、压维持在段，输出电压维持在44.2V44.2V左右。左右。充电器进入恒压充电阶段，电流逐渐减小。充电器进入恒压充电阶段，电流逐渐减小。 当充电电流减小到当充电电流减小到200mA300mA200mA300mA时，时，R27R27上端的电压下降，上端的电压下降，LM358LM358的的3 3脚电压脚电压低于低于2 2脚，脚，1 1脚输出低电压，脚输出低电压，Q2Q2关断，关断，D6D6熄灭。熄灭。同时同时7 7脚输出高电压，脚输出高电压， 此电压一此电压一路使路使Q3Q3导通，导通，D10D10点亮。另一路经点亮。另一路经D8D8、W1W1到达反馈电路，使电压降低。到达反馈电路，使电压降低。 充

21、电器充电器进入涓流充电阶段。进入涓流充电阶段。1 12 2小时后充电结束。小时后充电结束。 1 1、38423842的基本工作原理？的基本工作原理？2 2、T1T1的作用？的作用？3 3、三段式充电是怎样实现的？、三段式充电是怎样实现的？（一）、半桥式智能型电动车充电器（一）、半桥式智能型电动车充电器山东GD36其它电动车充电器其它电动车充电器（二）、负脉冲式智能型电动车充电器（二）、负脉冲式智能型电动车充电器天能TN1（三）、单极反激式智能型电动车充电器（三）、单极反激式智能型电动车充电器小飞哥QSC4213（四）、单极正激式智能型电动车充电器（四）、单极正激式智能型电动车充电器 威昌FDX

22、36（五）、专用单片控制的智能型电动车充电器（五）、专用单片控制的智能型电动车充电器 （六）、单片机控制的智能型电动车充电器单片机控制的智能型电动车充电器电动自行车充电器可以在充满时电动自行车充电器可以在充满时自动转入浮充，但不能自动结束浮充。自动转入浮充，但不能自动结束浮充。电动车采用铅酸电池，浮充时间以电动车采用铅酸电池，浮充时间以2小小时左右为时左右为 宜，充电不足或过充都对电宜，充电不足或过充都对电抽不利。如果接近抽不利。如果接近 或超过或超过8小时仍未小时仍未充满，充满， 就应该进行加液维就应该进行加液维 护。要是护。要是不知道转入浮充的大概时间，则不知不知道转入浮充的大概时间，则不

23、知 道什么时间为充电器断电及何时进行道什么时间为充电器断电及何时进行加液维加液维 护。故制作了本控制器以解决护。故制作了本控制器以解决上述不便。上述不便。 以以AT89C2051单片机单片机(用用105 1也可以也可以)为核心用三极管驱动数码管为核心用三极管驱动数码管 用用复合管驱动继电器，蜂鸣器采用复合管驱动继电器，蜂鸣器采用FO E直接驱动。数码管中间的两个点直接驱动。数码管中间的两个点dp与按与按钮钮s用同一个用同一个m位。不影响其他显示在位。不影响其他显示在S按下时按下时dp常亮，常亮， 可以作为输入有效可以作为输入有效的显示。的显示。 由充电到浮充的反转信号的检测有多种方法。因为此时电流变化较大由充电到浮充的反转信号的检测有多种方法。因为此时电流变化较大可利用小型交流继电器，重绕其线圈后制成电流继电器再经一个光耦输可利用小型交流继电器，重绕其线圈后制成电流继电器再经一个光耦输入单片机。也可以用红外接收二极管或光电管固定在充电器的红色指示灯入单片机。也可以用红外接收二极管或光电管固定在充