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电动车充电器电路识图技巧

充电器主要的作用是为蓄电池补充电能。它的性能好坏不仅决定充电时间的长短,而且还决定蓄电池的使用寿命。因此,它被称为电动车电气系统的“四大件”之一。下面以图7-23所示的TL494、LM358 构成的充电器为例介绍电动车充电器电路的识图方法。

电动车充电器电路识图技巧

图7-23 TL494、LM358构成的电动车充电器电路

1.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(手动开关)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,随后再通过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。

2.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 等,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 的基极,为V1 的发射结提供启动电流使它导通。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 的基极,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 为驱动电路供电,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 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作状态。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4-6 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,以免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。

3.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 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 14脚输出5V 电压通过R31 和R32 分压后,作为参考电压加到IC1 ②脚。

4.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(LM358)、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、上负的压降。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 14 脚输出的5V 电压经R28 也加到IC1 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 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 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它内部的触点吸合,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升高,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,充电电流进一步减小。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 14 脚输出的5V 电压通过R18使IC2 ②脚输入电压高于③脚电位(参考电压)时,IC2 的①脚输出低电平控制电压,不仅使红色发光二极管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不能形成磁场,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。

5.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 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

IC1④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 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大到正常,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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