電動(dòng)車(chē)充電器原理剖析

.,三、開(kāi)關(guān)電源在電動(dòng)車(chē)充電器中的應(yīng)用,（一）、充電器分類：,按功率轉(zhuǎn)換方式,全橋式,半橋式,帶負(fù)脈沖半橋式,脈沖式,專用芯片控制脈沖式,反激式,一般脈沖式,正激式,單激式,工頻充電器,高頻充電器（開(kāi)關(guān)電源式）,按充電器工作頻率,按充電方式,恒壓充電,恒流充電,三段式（智能型充電）,帶其它功能半橋式,普通分段半橋式,.,（二）、充電模式的簡(jiǎn)單分析：,1、恒流充電：,需定時(shí)管理，避免過(guò)充。,2、恒壓充電：,當(dāng)電瓶虧電時(shí)，充電起始電流大。,.,3、三段式充電：,充電起始階段：用限流充電，也稱為恒流充電；,充電中期：改為定壓充電；,充電后期：也是定壓充電，但定壓值比中期降低了一些，稱為涓流充電，也稱為浮充。,此階段，還可以采用脈沖模式。,.,1充電狀態(tài)輪換電流檢測(cè)比較器,2充電電流限流檢測(cè)反饋放大器,3電池電壓檢測(cè)反饋放大器（基本基準(zhǔn)電壓為第三階段涓流充電恒壓值）,三段工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件：,、充電電流基準(zhǔn)電流1，進(jìn)入第一階段電流：,充電電流基準(zhǔn)電流2基準(zhǔn)電流1，進(jìn)入第一階段,基準(zhǔn)電流1充電電流基準(zhǔn)電流2，進(jìn)入第二階段,、充電電流基準(zhǔn)電流1，進(jìn)入第三階段,.,幾點(diǎn)說(shuō)明：,、各控制信號(hào)共同作用的結(jié)果，控制開(kāi)關(guān)電源振蕩脈沖的寬度即開(kāi)關(guān)管的通斷比，通斷比越大，輸出電壓高，充電電流就大,、階段的確定，是預(yù)先設(shè)定，賦值給電壓比較器，充電電流或充電電壓都是通過(guò)取樣，并與電壓比較器的賦值進(jìn)行比較，通過(guò)電壓比較器的輸出改變電壓負(fù)反饋量的大小，去控制輸出電壓。不同的電壓負(fù)反饋比例和電流負(fù)反饋量結(jié)合形成不同的充電階段。,、第一階段電流反饋起主導(dǎo)作用，實(shí)質(zhì)是限流（恒流）；第二階段電壓負(fù)反饋和電流負(fù)反饋共同作用，主導(dǎo)作用由電流負(fù)反饋轉(zhuǎn)向電壓負(fù)反饋第三階段電壓反饋起主導(dǎo)作用,后兩個(gè)階段實(shí)質(zhì)上均是恒壓階段，差別是第三段的恒壓值低于第二階段的恒壓值。,.,4、全橋式、半橋式功率轉(zhuǎn)換和單管激勵(lì)功率轉(zhuǎn)換：,為提高電路效率，PWM頻率高達(dá)幾十千赫茲，因此，需要將直流電轉(zhuǎn)換為頻率為幾十千赫茲的開(kāi)關(guān)脈沖，再將開(kāi)關(guān)脈沖進(jìn)行高頻整流后向被充電的電瓶提供直流電壓（電流）。這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)依靠高頻變壓器進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，也稱為功率轉(zhuǎn)換器。,根據(jù)轉(zhuǎn)換形式的不同，又分為全橋式、半橋式功率轉(zhuǎn)換和單管激勵(lì)功率轉(zhuǎn)換。,、全橋式功率轉(zhuǎn)換器（圖中K是開(kāi)關(guān)，實(shí)際電路中是功率開(kāi)關(guān)管）,.,、半橋式功率轉(zhuǎn)換器,全橋式轉(zhuǎn)換效率高，但成本也高。實(shí)際電路中大都采用半橋式電路。通常配用的集成電路為T(mén)L494。,、單管激勵(lì),開(kāi)關(guān)由一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管構(gòu)成。也稱為單激型。通常配用的集成電路為c3842。,.,5、單激型反激式功率轉(zhuǎn)換,在功率轉(zhuǎn)換中，不改變變壓器初級(jí)繞組電流方向，而通過(guò)開(kāi)關(guān)控制單方向電流導(dǎo)通和切斷的時(shí)間（仍屬于PWM），顯然，開(kāi)關(guān)管由單管即可完成。,開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)能，開(kāi)關(guān)截止時(shí)，儲(chǔ)能釋放給負(fù)載，稱為單激型反激式功率轉(zhuǎn)換。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，傳輸電能多，變壓器次級(jí)繞組輸出電壓、電流高、大。用PWM控制功率開(kāi)關(guān)管，就可以改變次級(jí)繞組輸出的電壓和電流，同時(shí)，使用閉環(huán)反饋可以穩(wěn)定電壓、電流或限制功率。,單激型反激式功率轉(zhuǎn)換的電路結(jié)構(gòu)及工作原理：,D1：續(xù)流二極管,C：濾波電容,.,V導(dǎo)通時(shí)，電流I通過(guò)L1，電流逐漸增加，產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，L1中自感電動(dòng)勢(shì)上正下負(fù)，在次級(jí)繞組L2產(chǎn)生感應(yīng)電壓為上負(fù)下正，D1截止L1.儲(chǔ)能,。,V截止時(shí)L1中電流不能突變，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)下正上負(fù)，經(jīng)電磁耦合，在L2中產(chǎn)生感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，D1導(dǎo)通，感生電流從D1、RL構(gòu)成閉合回路，L1儲(chǔ)能得到釋放。,.,6、單激型正激式功率轉(zhuǎn)換,在單激型功率轉(zhuǎn)換中，若不經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能階段，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)繞組電流增長(zhǎng)，形成變化的磁場(chǎng)感應(yīng)到次級(jí)繞組給負(fù)載供電，稱為單激型正激式功率轉(zhuǎn)換。,單激型正激式功率轉(zhuǎn)換的電路結(jié)構(gòu)及工作原理：,L3：后續(xù)電感D3：L3續(xù)流二極管,D1：續(xù)流二極管L4：新增變壓器繞組,.,V導(dǎo)通時(shí)，L1中自感電動(dòng)勢(shì)上正下負(fù)，L2中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)上正下負(fù)，D3導(dǎo)通形成的電流經(jīng)D3、L3供給負(fù)載，形成閉合回路。后續(xù)電感L3同時(shí)儲(chǔ)能；,V截止時(shí)，L1中的電流不能突變，L1產(chǎn)生上負(fù)下正的自感電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)電磁耦合到L4，L4上產(chǎn)生上正下負(fù)電勢(shì)，感生電流經(jīng)續(xù)流二極管D1將能量回饋電源UI，與此同時(shí)，D3反偏截止，后續(xù)電感L3的儲(chǔ)能在L3上形成左負(fù)右正電動(dòng)勢(shì)，感生電流流經(jīng)RL和續(xù)流二極管D2，構(gòu)成閉合回路。,總之，V導(dǎo)通時(shí)，不經(jīng)儲(chǔ)能就將能量傳到負(fù)載，故為正激式。,.,7、負(fù)脈沖充電器,充電過(guò)程中，每秒（1000ms）使電瓶放電12ms,采用負(fù)脈沖充電，可以去極化，增加極板承受能力，降低充電溫度，延長(zhǎng)蓄電池壽命。,8、單片機(jī)控制的充電器,單片機(jī)控制可用于兩個(gè)方面：,、對(duì)開(kāi)關(guān)電源的控制；,、對(duì)三段式階段的控制。,.,單極反激式智能型充電器,.,脈寬調(diào)制集成電路c3842簡(jiǎn)介,1腳誤差放大器輸出經(jīng)RC網(wǎng)絡(luò)反饋到2腳,起頻率補(bǔ)償作用,.,T0：雙向?yàn)V波抑制干擾，D1：整流C11：濾波IC1：c3842脈寬調(diào)制集成電路。其5腳為電源負(fù)極，7腳為電源正極，6腳為脈沖輸出直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q1(K1358)3腳為最大電流限制，調(diào)整R25(2.5歐姆)的阻值可以調(diào)整充電器的最大電流。2腳為電壓反饋，可以調(diào)節(jié)充電器的輸出電壓。4腳外接振蕩電阻R1,和振蕩電容C1。,T1為高頻脈沖變壓器，其作用有三個(gè)：第一是把高壓脈沖降壓為低壓脈沖。第二是起到隔離高壓的作用，以防觸電。第三是為c3842提供工作電源。,.,D4：高頻整流管（16A60V）C10：低壓濾波電容，D5：12V穩(wěn)壓二極管，IC3：(TL431)為精密基準(zhǔn)電壓源，配合IC2(光電耦合器4N35)起到自動(dòng)調(diào)節(jié)充電器電壓的作用。調(diào)整w2(微調(diào)電阻)可以細(xì)調(diào)充電器的電壓。D6：充電指示燈，D10：電池浮充（充滿）指示燈。R27：電流取樣電阻（0.1歐姆，5w）改變W1的阻值可以調(diào)整充電器轉(zhuǎn)浮充的拐點(diǎn)電流（200300mA）。,.,通電開(kāi)始時(shí)，C11上有300v左右電壓。此電壓一路經(jīng)T1加載到Q1。第二路經(jīng)R5,C8,C3,達(dá)到IC1的第7腳。強(qiáng)迫IC1啟動(dòng)。IC1的6腳輸出方波脈沖，Q1工作，電流經(jīng)R25到地。同時(shí)T1副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)D3、R12給IC1提供可靠電源。T1輸出線圈的電壓經(jīng)D4、C10整流濾波得到穩(wěn)定的電壓。此電壓一路經(jīng)D7（D7起到防止電池的電流倒灌給充電器的作用）給電池充電。第二路經(jīng)R14、D5、C9,為L(zhǎng)M358(雙運(yùn)算放大器，4腳為電源地，8腳為電源正)及其外圍電路提供12V工作電源。D9為L(zhǎng)M358提供基準(zhǔn)電壓，經(jīng)R26、R4分壓達(dá)到LM358的第2腳和第5腳。,.,正常充電時(shí)，R27上端有0.150.18V左右電壓，此電壓經(jīng)R17加到LM358第3腳，從1腳送出高電壓。此電壓一路經(jīng)R18，強(qiáng)迫Q2導(dǎo)通，D6（紅燈）點(diǎn)亮，第二路注入LM358的6腳，7腳輸出低電壓，迫使Q3關(guān)斷，D10(綠燈)熄滅，充電器進(jìn)入恒流充電階段。當(dāng)電池電壓上升到44.2V左右時(shí)，充電器進(jìn)入恒壓充電階段，輸出電壓維持在44.2V左右。充電器進(jìn)入恒壓充電階段，電流逐漸減小。當(dāng)充電電流減小到200mA300mA時(shí)，R27上端的電壓下降，LM358的3腳電壓低于2腳，1腳輸出低電壓，Q2關(guān)斷，D6熄滅。同時(shí)7腳輸出高電壓，此電壓一路使Q3導(dǎo)通，D10點(diǎn)亮。另一路經(jīng)D8、W1到達(dá)反饋電路，使電壓降低。充電器進(jìn)入涓流充電階段。12小時(shí)后充電結(jié)束。,.,1、3842的基本工作原理？2、T1的作用？3、三段式充電是怎樣實(shí)現(xiàn)的？,.,（一）、半橋式智能型電動(dòng)車(chē)充電器山東GD36,其它電動(dòng)車(chē)充電器,.,（二）、負(fù)脈沖式智能型電動(dòng)車(chē)充電器天能TN1,.,（三）、單極反激式智能型電動(dòng)車(chē)充電器小飛哥QSC4213,.,（四）、單極正激式智能型電動(dòng)車(chē)充電器威昌FDX36,.,（五）、專用單片控制的智能型電動(dòng)車(chē)充電器,.,（六）、單片機(jī)控制的智能型電動(dòng)車(chē)充電器,.,電動(dòng)自行車(chē)充電器可以在充滿時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充，但不能自動(dòng)結(jié)束浮充。電動(dòng)車(chē)采用鉛酸電池，浮充時(shí)間以2小時(shí)左右為宜，充電不足或過(guò)充都對(duì)電抽不利。如果接近或超過(guò)8小時(shí)仍未充滿，就應(yīng)該進(jìn)行加液維護(hù)。要是不知道轉(zhuǎn)入浮充的大概時(shí)間，則不知道什么時(shí)間為充電器斷電及何時(shí)進(jìn)行加液維護(hù)。故制作了本控制器以解決上述不便。,以AT89C2051單片機(jī)(用1051也可以)為核心用三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管用復(fù)合管驅(qū)動(dòng)繼電器，蜂鳴器采用FOE直接驅(qū)動(dòng)。數(shù)碼管中間的兩個(gè)點(diǎn)dp與按鈕s用同一個(gè)m位。不影響其他顯示在S按下時(shí)dp常亮，可以作為輸入有效的顯示。,.,由充電到浮充的反轉(zhuǎn)信號(hào)的檢測(cè)有多種方法。因?yàn)榇藭r(shí)電流變化較大可利用小型交流繼電器，重繞其線圈后制成電流繼電器再經(jīng)一個(gè)光耦輸入單片機(jī)。也可以用紅外接收二極管或光電管固定在充電器的紅色指示燈處，直接取得轉(zhuǎn)浮充信號(hào)或從充電器的電路板內(nèi)取信號(hào)加光耦輸入單片機(jī)。因?yàn)樵诔潆娖鞯碾娫摧敵鰝?cè)用電阻、二極管、光耦直接取電流信號(hào)的方法。這樣容易因元件損壞而使充電器電源輸出側(cè)出現(xiàn)直流電流燒壞充電器內(nèi)的變壓器，所以該方法不可取。將一個(gè)小型電流互感器一次側(cè)繞了15圈后通過(guò)光耦接入AT89C2051的比較器(P1O口)。所用互感器沒(méi)有標(biāo)型號(hào)。但在賣(mài)磁性材料的地方見(jiàn)過(guò)。取得充電到浮充的反轉(zhuǎn)信號(hào)無(wú)論方案如何，關(guān)鍵