电动自行车充电器

给电动车的铅酸电池和镍镉电池充电，必须借助充电设备完成。充电设备型号丰富多样，通常根据是否配备工频变压器进行划分，可以分成两个主要类型。功率较大的设备普遍使用环形工频变压器，这种变压器虽然转换效率不高，但能够提供较大的电流，最高可达三十安培，并且运行非常稳定可靠。所有货运电动三轮都依赖它，而容量低于30Ah的电池普遍运用开关电源方案，这种方式能提升效能，同时舍弃了庞大的工频变压器，电动自行车充电设备输出的最大电流通常为2A。

1.采用开关电源技术的电动自行车充电器

(1)山东GD36充电器

电路原理图在图12中呈现。该充电器采用半桥式结构。主要性能参数包括：输入电压范围在170至260V之间，输出电压为44V且可调节，最大充电电流能够达到1.8A，而浮充充电电流则介于200至100mA之间。

1)电路原理

这个充电器的线路构造包含六个主要环节，分别是电网电压的整流与过滤，采用自激和他激相结合的半桥转换方式，通过脉冲宽度调制进行控制，实施电压管理，执行电流管理，以及进行输出端的整流和过滤。

交流电源220V/50Hz通过桥式整流电路由二极管D1至D4处理，再经由电容C5到C7进行滤波，从而产生约310V的直流电平，这个直流电平是提供给开关变换器的能量来源。

该半桥式输出电路包含多个核心部件，例如Q1、Q2、B2以及B3等。

该电路采用自激方式启动，其控制部分所需的辅助电源由电路自身产生，无需另外配置。自激振荡现象的产生是基于磁心进入饱和状态这一特性，具体运作方式如下：当电源接通后，电容C5和C6上储存的150V电压，会通过电阻R5、R7、R9和R10，为开关管Q1和Q2的基极提供必要的偏置电压。如果Q1因TR5偏置而轻微导通，那么变压器B2的②-④绕组就会产生②端为正、④端为负的感应电压，进而①-②绕组感应出①端为正、②端为负的电压施加到Q1的发射极，促使Q1加速导通。这是一个非常显著的正反馈效应，Q1会很快进入饱和状态。与此同时，③-⑤绕组感应出③端为正、⑤端为负的电压，导致Q2被阻断。

Q1进入饱和导通状态时，150伏电压为B3①-②主绕组进行充电并储存能量，线圈内部电流以及由此引发的磁场强度随时间呈现线性上升趋势。当磁感应强度达到饱和值Bm时，电感值会快速降低，Q1的集电极电流会急剧上升，其上升速度明显超过基极电流的增长，导致Vce电压升高，此时Q1会脱离饱和状态进入放大区域，进而驱动变压器B2的②-④、①-②、③-⑤绕组产生反向感应电压，这是一个强烈的正反馈效应，最终使得Q1截止而Q2进入饱和导通状态，此后这种循环不断重复，从而形成振荡。

工作原理如下：

他激动得浑身发抖，自激振荡阶段，B3的次级输出电压通过D9和D10完成全波整流，再经由C19进行滤波，从而为PWM控制电路芯片TL494提供了必要的工作电源，TL494随即启动运作，由Q3和Q4产生相位相差180度的PWM脉冲，这些脉冲通过B2⑥-⑦、⑦-⑧绕组进行感应传输，最终到达①-②或③-⑤绕组。随后Q1和Q2从自激状态切换为受外部PWM脉冲控制，交替导通。B3的次级线圈⑨-⑦、⑨-⑧产生的电压，通过D15进行全波整流，再由C21完成滤波，最终得到+44V的电压，用以给蓄电池充电。

D6和D7是两种钳位二极管，它们的作用是保护开关管Q1和Q2。保护的工作原理在于释放B3初级侧的反激能量以及漏感所储存的能量，同时消除反峰电压的出现。当Q1从导通状态转为截止状态而Q2还未导通时，D7会导通，将反激能量再用来给C6充电。而当Q2从导通状态转为截止状态而Q1还未导通时，D6会导通，将反激能量再用来给C5充电。这种方式，首先去除了反向峰值电压，其次，由于反向激磁能量能够回馈至电源，因此电源的整体效能获得了显著提升。

以TL494为核心的PWM控制电路构成。C12、R19与内部电路构成振荡环节，这两只阻容元件参数符合图表标定数值，其振荡频率大约为50千赫兹。(13)号引脚连接到+5伏电压，脉冲输出模式设定为推挽式。⑧号和⑨号引脚输出的推挽式调宽脉冲，通过驱动电路进行放大，然后传输到半桥输出部分，以此控制Q1、Q2交替导通。

R20和R24的分压结果决定了控制端④的电压水平，以此控制最大导通时间比例不超过45%。C18作为延迟启动电容，刚通电时两端电压为零，④的电位接近+5V，脉冲宽度为零。随着C18充电，④的电压会慢慢变小，导通时间比例会慢慢变大，输出电压逐步被调整。

电压调节与电流调节：电阻R26和R27充当电压负反馈采样元件，二者进行分压，将输出电压转化为采样电压，该电压被送往TL494的①号引脚以实现电压控制功能。电阻R3负责电流采样，采样电压通过电阻R13传输至TL494的(15)号引脚执行电流控制任务。电流控制的核心目的在于间接调节输出电压水平。

推挽驱动电路由Q3、Q4、B2等元件构成。该电路属于变压器耦合的推挽功率放大类型。D11、D14的功能同D5、D7，它们用于保护Q3、Q4，并将B2初级感应的反激能量反馈至电源系统。

充电状况显示主要依靠运放LM358、LED1、LED2这些部件构成。充电电流很大时，电阻R3上端电压显著低于地电压，LM358的第二个引脚电位低于第三个引脚电位，第一个引脚输出高电平，电池充电指示灯LED1亮起；充电电流较小时，即小于200毫安，+5V通过R36、R30、R3进行分压，R3上端电压稍高于地电压，LM358第二个引脚电位高于第三个引脚，第一个引脚输出低电平，电池充电指示灯LED1熄灭，第七个引脚输出高电平，电池充满后指示灯LED2亮起。充电期间某个时段会出现LED1、LED2一起亮起的中转情形。

2)调试

空载时电压为44V，通过调整R26或R27可以修正这个数值。夏季电压需比44V少1V，若是胶体电池则应更低，否则存在鼓包风险。

输出电流短路时输出电流为1.8A，改变R13可校准此值。

充电电流若达到200毫安，电池充满提示灯LED2须启动发光，通过调整电阻R30能够校准此功能。

3)小结

一些半桥式充电设备，主要采用TL494作为控制核心，其构造大体相同，TL494内部集成有多种功能电路，例如振荡器、锯齿波发生器、PWM控制器以及运算放大器等，电压稳定和电流限制的反馈信号都输入到运算放大器的输入端。再借助一个比较器芯片作为辅助，实现电流分段管理，该芯片运行需电源、通电初始、启动电路配合供电，随后由辅助电源慢慢构建稳定供电，为这些芯片运行供应动力。

这些充电器存在相似问题，比如空载时输出电压偏低，加负载后输出完全中断。大部分情况是TL494损坏，或者供电线路出现故障。空载时能输出，表示自激振荡功能正常，但控制系统无法正常工作，带负载后自激条件被破坏导致停振，输出电压因此消失。

针对不工作且无输出的半桥充电器，若熔断器失效，应先判断两个开关器件有无损坏，在调换PNP管后，需确认2.2Ω电阻及邻近部件是否完好。调整组件后进行通电测试，设备依旧无负载运行，但需在市电接入位置加装一个普通的100瓦白炽灯，在启动设备时，白炽灯会短暂点亮随后变暗，与此同时半桥式充电器的所有指示灯均能正常工作，表明设备已基本修复，可继续其他工作；倘若白炽灯持续发光且亮度无变化，则表明充电器存在其他问题。

部分开关管故障现象是控制芯片功能正常，从整流电路到功率管均无问题，唯独稳压调节环节出现异常。由于控制芯片输出的脉冲宽度无法得到有效控制，导致其持续增大，最终引发功率管的过载损坏。更换功率管后，建议采用稳压电源为控制电路供电，通过人工调整稳压反馈的电压值，同时利用波形显示器监测脉冲宽度的变化情况。

确保充电器维修安全至关重要，必须明确电路哪些部分连接着市电，哪些部分没有，然后才能开始操作，避免带电接触内部线路和元器件，使用万用表检测时，应先断开蓄电池和市电连接，对电容进行放电处理，至于滤波电容的放电，可以用普通的白炽灯泡来完成

充电设备的选择至关重要，它直接关系到蓄电池的存续时长。以十二伏蓄电池为例，浮充电压设定在十三点五伏到十三点九伏之间，可以持续进行。通常情况下，输出电压不宜高于十四点二伏，否则容易导致蓄电池出现水分流失现象。必须注意：在调控充电电压时，胶体蓄电池的电压应当适当调低；在夏季，电压也需调低，降低的幅度为每度温度对应每格（十二伏蓄电池对应六格）四毫伏。修理充电设备，首先要确定电压负反馈环节中的电压采样电阻。精通调整，降低采样电阻上半部分阻值，会导致输出电压下降；提升采样电阻上半部分阻值，则会使输出电压上升。亦或采取相反操作，减小采样电阻下半部分阻值，输出电压会上升；增大采样电阻下半部分阻值，输出电压则会下降。接下来要确定充电电流测量电阻，以及电流检测对比电路，并了解如何调节不同时期充电电流的数值。

参照电位基准，解析电流检测比较器构造时很关键。由于充电器电流检测比较器的集成电路采用单一电源供电，比较器一侧与地相接，另一侧则连接取样电阻，而取样电阻上的电压通常为负值。

(2)石家庄某公司单激式充电器

充电器的电路图参见图13,单激式充电器的启动电路与半桥式存在差异,通常直接从市电经过整流和滤波得到的稳定直流电供电,集成电路多选用UC3842、UC3845和UC3844N,偶尔也会使用结构更为简单的三端开关式TOP226集成模块,UC38xx系列属于电流控制型PWM单路输出专用芯片广泛用于电脑显示器电源、电动车充电器等电源类产品。

UC38xx与TL494功能相近，内部设有振荡器，误差放大器，脉宽调制电路，以及PWM芯片所必需的参考电压产生等核心部件。该器件具备三项显著特性，采用图腾柱式输出设计，输出电流能够达到1A，可以直接驱动功率开关VDMOS管，并且拥有内部可调节的参考电源。能够实施低压锁定，这种具备锁定功能的脉冲宽度调制，可以执行单个脉冲的电流控制，也称作逐个周期控制。

图13里R18、D5、N5这些元件构成了启动和供电电路。通电的刹那，市电经过整流和滤波得到的平直直流电，借助R18为UC3845⑦脚供电以启动电路，这个时刻D5处于反向偏置状态因此截止。UC3845开始运作后，开关变压器各线圈产生感应电动势，副线圈输出的电压通过D4进行整流，然后给N5进行稳压处理，D5转为导通状态，为UC3845供应稳定的工作电压，至此启动和供电过程完成。图中LM393是一个改进型的施密特电压比较器，承担市电过压防护功能，一旦市电出现超压，比较器会切换状态，第一引脚变为低电位，二极管D3随之导通，进而切断UC3845的运行。负责输出稳定电压的负反馈机制电车江湖，包含光电耦合器、基准电源N6、电阻RV1、R27、R26、R23等元件。稳压过程是这样的，输出电压若因某些因素而升高，那么流过光电耦合器中发光二极管的电流就会变大，光线强度也随之增强，进而导致光电耦合器的光电三极管更加容易导通。随着内阻的降低，UC3845的②脚电压会随之上升，这会使得PWM的占空比减小，最终结果是输出电压被拉低。相反的情况是，增加PWM占空比，那么输出电压就会被推高，从而实现自动调节并稳定输出电压的功能。

1)过流(过载)保护

过流检测信号源自电阻R3与R4。当开关管发生过流情况时，UC3845的③引脚电压会突破1V阈值，其内部电路随即切断电源输出，从而达成过流（亦称过载）防护功能。通过调大取样电阻的阻值，能够将触发保护动作的电流设定点调高，同时电源的输出能力也会随之降低。

2)过压保护

LM339的四个电压比较器A、B、C、D的反相输入端电压都设定为+5V。比较器A和B负责监测输出电压，在输出电压较低，也就是充电刚开始的时候，A的第二个引脚呈现低电位，导致低压指示灯LOW点亮，同时B的第一个引脚也为低电位，使得高压指示灯HI也亮起；而当充电电压逐渐上升时。A状态转换，低压指示灯关闭，高压指示灯仍然点亮，当电池电量充足时，电池电压上升，B状态转换，①端口变为高电位，高压指示灯熄灭。同时，C的(13)引脚变为高电位，D的(14)引脚同样变为高电位，N7开始导通，J1触点吸合，J1-1（常闭触点）断开，将取样电阻R4接入电路，增大了电流取样电阻的阻值，开始控制输出电流下降，进入浮充模式。这组元件N4、W1、R8、R7组合成一个12V的稳定电压源，这个电源专门用来给12V的继电器供电。

(3)天能TN-1智能负脉冲充电器

图14为天能TN-1智能负脉冲充电器电路图，该充电器核心构成属于标准的半桥式两段充电器，与先前说明的图12充电器大体相似。下面着重阐述负脉冲充电环节的运作机制，此部分电路包含放电开关、负脉冲施加调控以及脉冲振荡器三个组成部分。

三极管Q6和Q7同时导通时，它们的集电极与发射极会直接连接电瓶，使电瓶开始放电。当Q6和Q7截止时，电瓶能够重新进入充电状态。Q5和Q6之间是直接连接的，通常称为达林顿管。Q6的导通情况受到加载负脉冲信号和振荡器信号的双重影响。加载负脉冲信号是由IC3的C端和D端共同形成的。D连接成反相器，电路中与非门两个输入并联可视为一个非门，当C的两个输入都为高电平时，③脚变为低电平，经过D反相后使Q6导通，从而给电瓶放电。C的②脚接收到多谐振荡器每秒产生的1个正脉冲，该脉冲的脉宽为3毫秒。C的①脚则连接到两阶段电流检测电路IC2的①脚，在恒流充电期间，①脚呈现高电平状态。只有在此时，负脉冲才会发生作用。

这个振荡器利用IC3的A和B引脚以及C24和C25两个100kΩ电阻组成了典型的多谐波振荡电路，它的充电和放电时间周期不一样，输出高电平持续时间为3毫秒，而低电平则保持1250毫秒。采用负脉冲进行充电能够增强电池的接受能力，同时也有助于降低充电过程中产生的温度；国内有说法认为这种方法可以消除电池的硫化现象，从而延长其使用寿命。值得注意的是，这种充电器在电池放电期间并不会切断充电回路。