電動車充電器原理剖析

1、三、開關(guān)電源在電動車充電器中的應(yīng)用三、開關(guān)電源在電動車充電器中的應(yīng)用（一）、充電器分類：（一）、充電器分類：按功率轉(zhuǎn)換方式按功率轉(zhuǎn)換方式全橋式全橋式半橋式半橋式帶負脈沖半橋式帶負脈沖半橋式脈沖式脈沖式專用芯片控制脈沖式專用芯片控制脈沖式反激式反激式一般脈沖式一般脈沖式正激式正激式單激式單激式 工頻充電器工頻充電器高頻充電器（開關(guān)電源式）高頻充電器（開關(guān)電源式）按充電器工作頻率按充電器工作頻率按充電方式按充電方式恒壓充電恒壓充電恒流充電恒流充電三段式（智能型充電）三段式（智能型充電）帶其它功能半橋式帶其它功能半橋式 普通分段半橋式普通分段半橋式（二）、充電模式的簡單分析：（二）、充電模式的簡單分

2、析：1 1、恒流充電：、恒流充電： 需定時管理，避免過充。需定時管理，避免過充。 2 2、恒壓充電：、恒壓充電：SRVUI當電瓶虧電時，充電起始電流大。當電瓶虧電時，充電起始電流大。 3、三段式充電：、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，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。稱為涓流充電，也稱為浮充。此階段，還可以采用脈沖模式。此階段，還可以采用脈沖模式。 1充電狀態(tài)輪換電流檢測比較器充電狀態(tài)輪換

3、電流檢測比較器2充電電流限流檢測反饋放大器充電電流限流檢測反饋放大器 3電池電壓檢測反饋放大器電池電壓檢測反饋放大器（基本基準電壓為第三階段涓流充電恒壓值）（基本基準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：三段工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件：、充電電流基準電流、充電電流基準電流1，進入第一階段電流：，進入第一階段電流： 充電電流基準電流充電電流基準電流2基準電流基準電流1，進入第一階段，進入第一階段基準電流基準電流1充電電流基準電流充電電流基準電流2，進入第二階段，進入第二階段 、充電電流基準電流、充電電流基準電流1，進入第三階段，進入第三階段 幾點說明：幾點說明：、各控制信號共同作用的結(jié)

4、果，控制開關(guān)電源振蕩脈沖的寬度即開關(guān)管、各控制信號共同作用的結(jié)果，控制開關(guān)電源振蕩脈沖的寬度即開關(guān)管的通斷比，通斷比越大，輸出電壓高，充電電流就大的通斷比，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、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取樣，并與電壓比較器的賦值進行比較，通過電壓比較器的都是通過取樣，并與電壓比較器的賦值進行比較，通過電壓比較器的輸出改變電壓負反饋量的大小，去控制輸出電壓。不同的電壓負反饋輸出改變電壓負反饋量的大小，去控制輸出電壓。不同的電壓負反饋比例和電流負反饋量結(jié)合形成不同的充電階段。比

5、例和電流負反饋量結(jié)合形成不同的充電階段。、第一階段電流反饋起主導作用，實質(zhì)是限流（恒流）；、第一階段電流反饋起主導作用，實質(zhì)是限流（恒流）；第二階段電壓負反饋和電流負反饋共同作用，主導作用由電流負反饋第二階段電壓負反饋和電流負反饋共同作用，主導作用由電流負反饋轉(zhuǎn)向電壓負反饋轉(zhuǎn)向電壓負反饋第三階段電壓反饋起主導作用第三階段電壓反饋起主導作用后兩個階段實質(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。后兩個階段實質(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)換和單管激勵功率轉(zhuǎn)換：、全橋式、半橋式功率轉(zhuǎn)換和單管激勵功率轉(zhuǎn)換：為提高電路效率，為提高電路

6、效率，PWM頻率高達幾十千赫茲，因此，需要將直流電轉(zhuǎn)換為頻率為幾頻率高達幾十千赫茲，因此，需要將直流電轉(zhuǎn)換為頻率為幾十千赫茲的開關(guān)脈沖，再將開關(guān)脈沖進行高頻整流后向被充電的電瓶提供直流電壓（電十千赫茲的開關(guān)脈沖，再將開關(guān)脈沖進行高頻整流后向被充電的電瓶提供直流電壓（電流）。這一過程的實現(xiàn)依靠高頻變壓器進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，也稱為功率轉(zhuǎn)換器。流）。這一過程的實現(xiàn)依靠高頻變壓器進行能量的轉(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)換和單管激勵功率轉(zhuǎn)換。根據(jù)轉(zhuǎn)換形式的不同，又分為全橋式、半橋式功率轉(zhuǎn)換和單管激勵功率轉(zhuǎn)換。、全橋式功率轉(zhuǎn)換器（圖中、全橋式功率轉(zhuǎn)換器（圖中

7、K是開關(guān)，實際電路中是功率開關(guān)管）是開關(guān)，實際電路中是功率開關(guān)管）、半橋式功率轉(zhuǎn)換器、半橋式功率轉(zhuǎn)換器全橋式轉(zhuǎn)換效率高，但成本也高。實際電路中大都采用半橋式電路。全橋式轉(zhuǎn)換效率高，但成本也高。實際電路中大都采用半橋式電路。通常配用的集成電路為通常配用的集成電路為TL494。、單管激勵、單管激勵開關(guān)由一個功率開關(guān)管構(gòu)成。也稱為單激型。通常配用的集成電路開關(guān)由一個功率開關(guān)管構(gòu)成。也稱為單激型。通常配用的集成電路為為c3842。5 5、單激型反激式功率轉(zhuǎn)換、單激型反激式功率轉(zhuǎn)換 在功率轉(zhuǎn)換中，不改變變壓器初級繞組電流方向，而通過開關(guān)控制單方在功率轉(zhuǎn)換中，不改變變壓器初級繞組電流方向，而通過開關(guān)控制單

8、方向電流導通和切斷的時間（仍屬于向電流導通和切斷的時間（仍屬于PWM），顯然，開關(guān)管由單管即可完成。），顯然，開關(guān)管由單管即可完成。 開關(guān)管導通時儲能，開關(guān)截止時，儲能釋放給負載，稱為單激型反激式開關(guān)管導通時儲能，開關(guān)截止時，儲能釋放給負載，稱為單激型反激式功率轉(zhuǎn)換。開關(guān)管導通時間長，傳輸電能多，變壓器次級繞組輸出電壓、電功率轉(zhuǎn)換。開關(guān)管導通時間長，傳輸電能多，變壓器次級繞組輸出電壓、電流高、大。用流高、大。用PWM控制功率開關(guān)管，控制功率開關(guān)管， 就可以改變次級繞組輸出的電壓和電就可以改變次級繞組輸出的電壓和電流，同時，使用閉環(huán)反饋可以穩(wěn)定電壓、電流或限制功率。流，同時，使用閉環(huán)反饋可以穩(wěn)定

9、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：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：續(xù)流二極管C： 濾波電容 V導通時，電流導通時，電流I通過通過L1，電流逐漸增加，產(chǎn)生變化磁場，電流逐漸增加，產(chǎn)生變化磁場，L1中自感電動中自感電動勢上正下負，在次級繞組勢上正下負，在次級繞組L2產(chǎn)生感應(yīng)電壓為上負下正，產(chǎn)生感應(yīng)電壓為上負下正，D1截止截止L1.儲能儲能221LI。 V V截止時截止時L1L1中電流不能突變，產(chǎn)生自感電動勢下正上負，經(jīng)電磁耦合，在中電流不能突變，產(chǎn)生自感電動勢下正上負，經(jīng)電磁耦合，在L2L2中產(chǎn)生感應(yīng)電壓為上正下負，中產(chǎn)生感應(yīng)電壓為上正

10、下負，D1D1導通，感生電流從導通，感生電流從D1D1、RLRL構(gòu)成閉合回路，構(gòu)成閉合回路，L1L1儲能得到釋放。儲能得到釋放。6 6、單激型正激式功率轉(zhuǎn)換、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)過儲能階段，當開關(guān)管導通時，初級繞組在單激型功率轉(zhuǎn)換中，若不經(jīng)過儲能階段，當開關(guān)管導通時，初級繞組電流增長，形成變化的磁場感應(yīng)到次級繞組給負載供電，稱為單激型正激式電流增長，形成變化的磁場感應(yīng)到次級繞組給負載供電，稱為單激型正激式功率轉(zhuǎn)換。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：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：后續(xù)電感D3：L3續(xù)流二極管續(xù)流二極管D1

11、：續(xù)流二極管：續(xù)流二極管L4：新增變壓器繞組：新增變壓器繞組 V導通時，導通時，L1中自感電動勢上正下負，中自感電動勢上正下負，L2中感應(yīng)電動勢上正下負，中感應(yīng)電動勢上正下負，D3導通導通形成的電流經(jīng)形成的電流經(jīng)D3、L3供給負載，形成閉合回路。后續(xù)電感供給負載，形成閉合回路。后續(xù)電感L3同時儲能；同時儲能； V截止時，截止時，L1中的電流不能突變，中的電流不能突變，L1產(chǎn)生上負下正的自感電動勢，經(jīng)電磁產(chǎn)生上負下正的自感電動勢，經(jīng)電磁耦合到耦合到L4，L4上產(chǎn)生上正下負電勢，感生電流經(jīng)續(xù)流二極管上產(chǎn)生上正下負電勢，感生電流經(jīng)續(xù)流二極管D1將能量回饋電將能量回饋電源源UI，與此同時，與此同時，D

12、3反偏截止，后續(xù)電感反偏截止，后續(xù)電感L3的儲能在的儲能在L3上形成左負右正電動上形成左負右正電動勢，感生電流流經(jīng)勢，感生電流流經(jīng)RL和續(xù)流二極管和續(xù)流二極管D2，構(gòu)成閉合回路。，構(gòu)成閉合回路。 總之，總之，V導通時，不經(jīng)儲能就將能量傳到負載，故為正激式。導通時，不經(jīng)儲能就將能量傳到負載，故為正激式。 7 7、負脈沖充電器、負脈沖充電器充電過程中，每秒（充電過程中，每秒（1000ms）使電瓶放電）使電瓶放電1 2ms 采用負脈沖充電，可以去極化，增加極板承受能力，降低充電溫度，采用負脈沖充電，可以去極化，增加極板承受能力，降低充電溫度，延長蓄電池壽命。延長蓄電池壽命。8 8、單片機控制的充電器

13、、單片機控制的充電器單片機控制可用于兩個方面：單片機控制可用于兩個方面： 、對開關(guān)電源的控制；、對開關(guān)電源的控制；、對三段式階段的控制。、對三段式階段的控制。單極反激式智能型充電器單極反激式智能型充電器脈寬調(diào)制集成電路脈寬調(diào)制集成電路 c3842簡介簡介3 3腳為最大電流限制，調(diào)整輸出最大電流腳為最大電流限制，調(diào)整輸出最大電流7 7腳為電源正極腳為電源正極5 5腳為電源負極腳為電源負極6 6腳為脈沖輸出直接驅(qū)動場效應(yīng)管腳為脈沖輸出直接驅(qū)動場效應(yīng)管2 2、4 4腳為電壓反饋，腳為電壓反饋，可調(diào)節(jié)輸出電壓可調(diào)節(jié)輸出電壓4 4、8 8腳外接振蕩電阻和振蕩電容腳外接振蕩電阻和振蕩電容1腳誤差放大器輸出

14、經(jīng)腳誤差放大器輸出經(jīng)RC網(wǎng)絡(luò)反饋到網(wǎng)絡(luò)反饋到2腳腳,起頻率補償作用起頻率補償作用 T0T0：雙向濾波抑制干擾，：雙向濾波抑制干擾，D1D1：整流：整流C11C11：濾波：濾波IC1IC1：c3842c3842脈寬調(diào)制集成電路。脈寬調(diào)制集成電路。 其其5 5腳為電源負極，腳為電源負極， 7 7腳為電源正極，腳為電源正極， 6 6腳為脈沖輸出直接驅(qū)動場腳為脈沖輸出直接驅(qū)動場 效應(yīng)管效應(yīng)管Q1(K1358) Q1(K1358) 3 3腳為最大電流限制，調(diào)整腳為最大電流限制，調(diào)整 R25(2.5R25(2.5歐姆歐姆) )的阻值可以調(diào)的阻值可以調(diào) 整充電器的最大電流。整充電器的最大電流。 2 2腳為電

15、壓反饋，可以調(diào)節(jié)腳為電壓反饋，可以調(diào)節(jié) 充電器的輸出電壓。充電器的輸出電壓。 4 4腳外接振蕩電阻腳外接振蕩電阻R1,R1,和振蕩和振蕩 電容電容C1C1。T1T1為高頻脈沖變壓器，其作用有三個：為高頻脈沖變壓器，其作用有三個：第一是把高壓脈沖降壓為低壓脈沖。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。第二是起到隔離高壓的作用，以防觸電。第三是為第三是為c3842c3842提供工作電源。提供工作電源。D4D4：高頻整流管（：高頻整流管（16A60V16A60V）C10C10：低壓濾波電容，：低壓濾波電容，D5D5：12V12V穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管，IC3IC3：(TL

16、431)(TL431)為精密基準電壓源，配合為精密基準電壓源，配合IC2(IC2(光電耦合器光電耦合器4N35)4N35) 起到自動調(diào)節(jié)充電器電壓的作用。起到自動調(diào)節(jié)充電器電壓的作用。 調(diào)整調(diào)整w2(w2(微調(diào)電阻微調(diào)電阻) )可以細調(diào)充電器的電壓。可以細調(diào)充電器的電壓。D6D6：充電指示燈，：充電指示燈，D10D10：電池浮充（充滿）指示燈。：電池浮充（充滿）指示燈。 R27R27：電流取樣電阻（：電流取樣電阻（0.10.1歐姆，歐姆，5w5w） 改變改變W1W1的阻值可以調(diào)整充電器轉(zhuǎn)浮充的拐點電流（的阻值可以調(diào)整充電器轉(zhuǎn)浮充的拐點電流（200200300 mA300 mA）。）。通電開始時

17、，通電開始時，C11C11上有上有300v300v左右電壓。此電壓一路經(jīng)左右電壓。此電壓一路經(jīng)T1T1加載到加載到Q1Q1。第二路經(jīng)。第二路經(jīng)R5,C8,C3, R5,C8,C3, 達到達到IC1IC1的第的第7 7腳。強迫腳。強迫IC1IC1啟動。啟動。IC1IC1的的6 6腳輸出方波脈沖，腳輸出方波脈沖，Q1Q1工作，工作，電流經(jīng)電流經(jīng)R25R25到地。到地。同時同時T1T1副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)D3D3、R12R12給給IC1IC1提供可靠電源。提供可靠電源。T1T1輸出線圈的電壓經(jīng)輸出線圈的電壓經(jīng)D4D4、C10C10整流濾波得到穩(wěn)定的電壓。整流濾波得到穩(wěn)定的電壓

18、。 此電壓一路經(jīng)此電壓一路經(jīng)D7D7（D7D7起到防止電池的電流倒灌給充電器的作用）給電池充電。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)第二路經(jīng)R14R14、D5D5、C9, C9, 為為LM358(LM358(雙運算放大器，雙運算放大器，4 4腳為電源地，腳為電源地，8 8腳為電源正腳為電源正) )及及其外圍電路提供其外圍電路提供12V12V工作電源。工作電源。 D9D9為為LM358LM358提供基準電壓，經(jīng)提供基準電壓，經(jīng)R26R26、R4R4分壓達到分壓達到LM358LM358的第的第2 2腳和第腳和第5 5腳。腳。 正常充電時，正常充電時，R27R27上端有上端有0

19、.150.150.18V0.18V左右電壓，此電壓經(jīng)左右電壓，此電壓經(jīng)R17R17加到加到LM358LM358第第3 3腳，從腳，從1 1腳送出高電壓。腳送出高電壓。此電壓一路經(jīng)此電壓一路經(jīng)R18R18，強迫，強迫Q2Q2導通，導通，D6D6（紅燈）點亮，第（紅燈）點亮，第二路注入二路注入LM358LM358的的6 6腳，腳，7 7腳輸出低電壓，迫使腳輸出低電壓，迫使Q3Q3關(guān)斷，關(guān)斷，D10(D10(綠燈綠燈) )熄滅，充電器熄滅，充電器進入恒流充電階段。進入恒流充電階段。當電池電壓上升到當電池電壓上升到44.2V44.2V左右時，左右時， 充電器進入恒壓充電階充電器進入恒壓充電階段，輸出電

20、壓維持在段，輸出電壓維持在44.2V44.2V左右。左右。充電器進入恒壓充電階段，電流逐漸減小。充電器進入恒壓充電階段，電流逐漸減小。 當充電電流減小到當充電電流減小到200mA300mA200mA300mA時，時，R27R27上端的電壓下降，上端的電壓下降，LM358LM358的的3 3腳電壓腳電壓低于低于2 2腳，腳，1 1腳輸出低電壓，腳輸出低電壓，Q2Q2關(guān)斷，關(guān)斷，D6D6熄滅。熄滅。同時同時7 7腳輸出高電壓，腳輸出高電壓， 此電壓一此電壓一路使路使Q3Q3導通，導通，D10D10點亮。另一路經(jīng)點亮。另一路經(jīng)D8D8、W1W1到達反饋電路，使電壓降低。到達反饋電路，使電壓降低。 充

21、電器充電器進入涓流充電階段。進入涓流充電階段。1 12 2小時后充電結(jié)束。小時后充電結(jié)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、三段式充電是怎樣實現(xiàn)的？、三段式充電是怎樣實現(xiàn)的？（一）、半橋式智能型電動車充電器（一）、半橋式智能型電動車充電器山東GD36其它電動車充電器其它電動車充電器（二）、負脈沖式智能型電動車充電器（二）、負脈沖式智能型電動車充電器天能TN1（三）、單極反激式智能型電動車充電器（三）、單極反激式智能型電動車充電器小飛哥QSC4213（四）、單極正激式智能型電動車充電器（四）、單極正激式智能型電動車充電器 威昌FDX

22、36（五）、專用單片控制的智能型電動車充電器（五）、專用單片控制的智能型電動車充電器 （六）、單片機控制的智能型電動車充電器單片機控制的智能型電動車充電器電動自行車充電器可以在充滿時電動自行車充電器可以在充滿時自動轉(zhuǎn)入浮充，但不能自動結(jié)束浮充。自動轉(zhuǎn)入浮充，但不能自動結(jié)束浮充。電動車采用鉛酸電池，浮充時間以電動車采用鉛酸電池，浮充時間以2小小時左右為時左右為 宜，充電不足或過充都對電宜，充電不足或過充都對電抽不利。如果接近抽不利。如果接近 或超過或超過8小時仍未小時仍未充滿，充滿， 就應(yīng)該進行加液維就應(yīng)該進行加液維 護。要是護。要是不知道轉(zhuǎn)入浮充的大概時間，則不知不知道轉(zhuǎn)入浮充的大概時間，則不

23、知 道什么時間為充電器斷電及何時進行道什么時間為充電器斷電及何時進行加液維加液維 護。故制作了本控制器以解決護。故制作了本控制器以解決上述不便。上述不便。 以以AT89C2051單片機單片機(用用105 1也可以也可以)為核心用三極管驅(qū)動數(shù)碼管為核心用三極管驅(qū)動數(shù)碼管 用用復(fù)合管驅(qū)動繼電器，蜂鳴器采用復(fù)合管驅(qū)動繼電器，蜂鳴器采用FO E直接驅(qū)動。數(shù)碼管中間的兩個點直接驅(qū)動。數(shù)碼管中間的兩個點dp與按與按鈕鈕s用同一個用同一個m位。不影響其他顯示在位。不影響其他顯示在S按下時按下時dp常亮，常亮， 可以作為輸入有效可以作為輸入有效的顯示。的顯示。 由充電到浮充的反轉(zhuǎn)信號的檢測有多種方法。因為此時電流變化較大由充電到浮充的反轉(zhuǎn)信號的檢測有多種方法。因為此時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)一個光耦輸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)一個光耦輸入單片機。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入單片機。也可以用紅外接收二極管或光電管固定在充