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电路识图72-电动车充电器电路原理详解

下面以TL494、LM358构成的充电器为例介绍电动车充电器电路。

一、市电滤波及变换电路

市电滤波及变换电路的核心元器件是互感线圈L1、整流管D1~D4、滤波电容C1~C4,辅助元器件是熔断器F1、限流电阻RT1。

按下启动按键AN,市电电压经F1送到由C1、C2和互感线圈L1组成的线路滤波器滤除市电电网中的高频干扰脉冲,同时也可以防止开关电源产生的高频干扰脉冲窜入市电电网,影响其他用电设备的正常工作,然后再通过D1~D4组成的整流堆桥式整流,由C3,C4滤波,在C3两端建立310V左右的直流电压。

限流电阻RT1是负温度系数的热敏电阻,它可在开机瞬间限制C3因充电产生的冲击大电流。

二、功率变换器

该变换器采用了自激启动、他激工作方式。自激式启动电路的核心元器件是开关管V1,V2和电阻R2~R8,以及变压器T1和T2,他激式电路的核心元器件是PWM控制芯片IC1(TL494)、R26、C14。由于IC1的13脚接5V电压,所以IC1的输出方式被设置为双端输出。

接通电源瞬间,由市电变换电路产生的300V电压不仅加到V1的集电极,而且通过启动电阻R2和限流电阻R3限流后加到V1的基级,为V1的发射结提供启动电流使他导通。V1导通后,300V电压通过V1的集电极和发射极、激励变压器T2的2-4绕组、开关变压器T1的1-2绕组,C4到地构成回路,回路中的电流不仅为C4提供能量,而且在T1的一次绕组上产生2脚正、1脚负的电动势,在T2的2-4绕组上产生2脚正、4脚负的电动势,使T2的1-2绕组产生1脚正、2脚负的感应电动势,它的3-5绕组产生3脚正、5脚负的电动势。3-5绕组的电动势使开关管V2截止,1-2绕组输出的脉冲电压通过C7,R3加到V1的基级,使V1在正反馈雪崩过程的作用下进入饱和导通状态,随后使V1和V2工作在自激振荡状态。V1和V2工作在自激振荡状态后,T1的二次绕组输出的脉冲电压经D9和D10全波整流、C9滤波产生直流电压。

C9两端的24V电压不仅通过R19位驱动电路供电,而且加到电源控制芯片IC1供电端12脚,IC1的12脚获得供电后,它内部的基准电源形成5V电压,该电压不仅从14脚输出,而且为IC1内部的振荡器、触发器、比较器、误差放大器等电路供电。振荡器获得供电后,它与5脚、6脚外接的定时元件C14,R26通过振荡产生锯齿波脉冲电压。该锯齿波脉冲电压作为触发信号,控制PWM比较器产生矩形激励脉冲,再经RS触发器产生两个极性相反、对称的激励信号,通过驱动电路放大后从IC1的8脚和11脚输出。从IC1的8脚和11脚输出的激励脉冲通过V4和V3放大后,再经T2耦合,驱动开关管V1和V2交替导通,从而使开关管进入他激式工做状态。开关电源进入稳定的他激式工作状态后,T1二次绕组输出的脉冲电压经整流、滤波后为它的负载供电。其中4-5和5-6绕组输出的脉冲电压通过D15和D16全波整流,在C9两端产生稳定的24V的直流电压,第一路为IC1供电,第二路为自动断电控制电路供电;第三路为继电器J供电;第四路通过R12使电源指示灯LED1发光,表明该充电器已开始工作。9-7和9-8绕组输出的脉冲电压通过D15和D16全波整流,在C10两端产生稳定的44V直流电压,该电压通过隔离二极管D17不仅为蓄电池充电,而且为IC1的误差放大器提供取样电压。

V1~V4的集电极、发射极两端并联的D6、D8、D11、D14是阻尼二极管,以保护V1~V4不被过高的反向电压击穿;D12和D13组成温度补偿电路,以免温度变化影响V3,V4的工作状态,最终给V1和V2带来危害;T1一次绕组上并联的C6和R1用作阻尼,一面T1进入多谐振荡状态。D5、R4和D7、R7是C7和C8的钳位电路,并且在开关管截止期间为C7和C8提供快速放电回路,以便C7和C8在下个振荡周期继续为开关管提供激励回路。

三、稳压控制电路

稳压控制电路的核心元器件是取样电阻R33~R35、芯片IC1、隔离二极管D17。

当市电电压降低或负载较重引起D17负极电压下降时,该电压通过R35、R33和R34取样后的电压下降,通过IC1的1脚使IC1内部的误差放大器1的同相输入端电压下降,而反相输入端2脚输入的参考电压保持不变,经IC1内的误差放大器、PWM电路处理后,使IC1的8脚、11脚输出的激励脉冲占空比增大,开关管V1和V2导通时间延长,开关变压器T1存储的能量增大,开关电源输出电压升高到正常值,实现稳压控制。若开关电源输出电压升高时,控制过程相反。

IC1的14脚输出5V电压通过R31和R32分压后,作为参考电压加到IC的2脚。

四、充电、显示控制电路

该充电器的充电、显示控制电路由IC1内的误差放大器1、误差放大器2和IC2(LM38)、取样电阻R10、双色发光二极管LED2和LED3等元器件构成。由于R10串联在开关变压器T1的二次绕组和地之间,所以充电期间会在R10两端产生下正、上负压降。这个压降不仅通过R17加到IC2的反相输入端2脚,而且通过R27加到IC1的15脚同时IC1的14脚输出的5V电压经R28也加到IC的15脚。

为能量不足的蓄电池充电时,开关电源的负载较重,在稳压控制电路的控制下,开关管导通时间较长,充电电流较大,为蓄电池快速充电。同时在R10两端建立的压降(负压)较高;一方面使IC1的15脚输入微弱的负电压,致使IC1内的误差放大器2输出高电平控制信号。将IC1的8脚和11脚输出的激励脉冲的占空比限制在一定范围内,以免开关管过电流损坏;另一方面因IC2的3脚接地,电压恒定为0,所以IC2的2脚输入负压后它的1脚输出高电平控制电压。该电压第一路通过R13使V5导通,继电器J的驱动线圈有导通电流流过,于是驱动线圈产生的磁场使他内部的触点吸合,取代按键开关AN为充电器供电;第二路通过R14限流,使双色发光二极管内的红色发光二极管LED2发光,表明充电器工作在恒流充电状态;第三路使IC2的6脚输入高电平,致使IC2的7脚输出低电平电压,绿色发光二极管LED3因无导通电压而不能发光。

随着恒流充电状态的不断进行,蓄电池两端的电压逐渐增高,充电电流大幅度减小,R10产生的压降使IC1的15脚电位由负压升高到0,IC1内的误差放大器2不再影响激励脉冲的占空比,但仍有一定的压降使IC2的1脚输出高电平,红色充电指示灯仍发光,此时开关电源在稳压控制电路的作用下,使输出电压升高并保持稳定,C15两端电压为44V,充电器进入恒压充电阶段。

在恒压充电阶段随着蓄电池所充电压的不断增加,充电电路进一步减小。当电流减小到转折电流后,在R10两端产生的压降减小,于是IC1的14脚输出的5V电压通过R18使IC2的2脚输入电压高于3脚电位(参考电压)时,IC2的1脚输出的低电平控制电压,不仅使红双色发光二极管LED2因无导通电压而熄灭,而且使V5截止,继电器J的线圈因无导通电流而形成磁场,致使J内的触点释放,切断市电输入回路,充电器停止工作,避免了蓄电池因过充电而影响使用寿命。通过以上分析可知,该充电器无涓流充电方式。

五、保护电路

1、过电流保护电路

当蓄电池或整流管D15,D16,C10等元器件异常使R10两端的负压过大时,通过R27使IC1的15脚输入的负压过大,被IC1内部电路处理后,使IC1的8,11脚不能输出激励脉冲,开关管停止工作,避免了开关管因过电流损坏。

2、软启动控制电路

IC1的4脚外接的C13是软启动控制电容,开机瞬间因C13两端电压为0,所以IC1的14脚输出的5V基准电压通过C13和R25构成充电回路,在R25两端建立一个由高到低的电压。该电压通过IC1的4脚输入,通过比较器处理后使8脚和11脚输出的激励脉冲占空比由小逐渐增加到正常,避免了开关管在开机瞬间过激励损坏,实现软启动控制。

3、欠电压保护电路

若IC1供电端12脚输入的电压低于7V时,它内部的欠电压保护电路动作,使IC1停止工作,实现欠电压保护。

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