【正文】 它是以電壓驅(qū)動型脈寬調(diào)制器 TL494 為核心，結(jié)合各個單元電路組成的一種智能充電器。本科畢業(yè)設計論文 I 基于 TL494 芯片的充電器電路分析 摘 要 近年來，電動自行車得到了日益廣泛的應用。為延長蓄電池的使用壽命，綜合浮充和循環(huán)充電兩種充電方式的優(yōu)點，提出和分析了快充、慢充和涓流充電三個階段的充電過程，并以山東 GD36 三階段充電方式的充電器為模板對 TL494 芯片的 PWM 控制進行分析。 電動車各部件的主要作用 ....................... 2 167。 充電器的使用和保護 ............................................................ 5 第 2 章 電動自行車充電器和充電方式 ............................................... 6 167。 恒壓充電法 .................................... 9 167。 快速充電法 ................................... 12 第 3 章 充電基礎(chǔ)知識 ...........................................................................15 167。 輔助電路 ....................................................................................17 167。 推挽式變流電路 ................................................................20 167。 TL494 脈寬調(diào)制電路芯片 ........................................................25 167。 山東 GD36 充電器電路框圖與原理圖 ...........................27 167。近年來，電動自行車得到了日益廣泛的應用。同時，電磁兼容、智能化程度和自適應性等新的要求也在不斷提出。該充電器對充電過程進行全面管理，使充電過程按理想的充電曲線進行，充電電流可在一范圍內(nèi)任意設定，具有完善的聲光保護裝置，既能快速充電又能對蓄電池進行有效地保護。 電動自行車有五大部件組成，即：電機、控制器、電池、充電器和車架。二階段充電模式：先恒壓充電，充電電流隨電池電壓的上升逐漸減小，等電池電量補充到一定程度以后，電池電壓會上升到充電器的設定值，此時轉(zhuǎn)換為涓流充電。 本科畢業(yè)設計論文 3 電池 電池是提供 電動車 能量的隨車能源，目前 電動車 主要采用鉛酸電池組合?？刂破魇?電動車 能量管理與各種控制信號處理的核心部件。轉(zhuǎn)把信號是 電動車 速度控制信號。 使用提示：使用調(diào)速轉(zhuǎn)把時，要求輕旋輕放，無須用力旋轉(zhuǎn)。 燈具、儀表 燈具、儀表部分是提供照明并批示 電動車 狀態(tài)的部件組合。 充電器的分類和結(jié)構(gòu) 167。 充電器的規(guī)格依據(jù)蓄電池的容 量不同，有 24V、 12V； 36V、 12A； 36V、14A； 48V、 17A； 48V、 20A 和 36V/48V 共用型充電器。 充電器的結(jié)構(gòu) 電動自行車充電器主要由整流濾波、高壓開關(guān)、電壓變換、恒流、恒壓和充電控制等幾個部分電路組成。 因此，充電器的電路組成正由傳統(tǒng)的分立元件，向集成化、數(shù)字化、智能化過渡，結(jié)構(gòu)越來越緊湊，體積越變越小，重量越來越輕，工作越來越精確可靠 [12]。充電時，充電器的電源指示燈顯示紅色，充電指示燈也顯示為紅色。因此，要勤充電，不要過充電。對于長期不使用的 電池 ，應每隔 15 天左右對 電池 充電一次，以 補償 電池 存放時的自放電電量的損失。 本科畢業(yè)設計論文 6 第 2章 電動自行車充電器和充電方式 167。 鉛酸電池主要有正極、負極 和和電解質(zhì)構(gòu)成。 當對二次蓄電池進行充電時，是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存在蓄電池中，并伴隨放熱過程。 充電器的充電方法、充電電壓和充電后蓄電池應達到的終止的電壓值，均依據(jù)蓄電池的極板結(jié)構(gòu)、材料而定。 蓄電池充電方式 二次蓄電池的充電方式有許多種，應根據(jù)二次蓄電池的使用頻率、 放電倍率及用途等因素，選擇最適宜的充電方法。恒流電源電路如 21 圖示 本科畢業(yè)設計論文 7 T R 1R 2VD 1 ~ VD 4VT 1GBVT 2 圖 21 恒流電源充電器 恒流充電雖然具有較高的充電效率，能方便地根據(jù)充電時間來決定充電是否停止，也可以改變被充蓄電池的數(shù)目，但在開始時充電電流過小，而充電后期充電電流過大，不僅充電時間長，而且耗氣量大，能量高，充電效率在 65%以下 。 I 是一條變化很大的非線性曲線，在該曲線上哪一時刻的電流作為蓄電池充電恒定電流，能使蓄電池既安全又能在可接受的有限時間上把蓄電池充滿，這是無法確定的。 恒壓充電法 恒壓充電法是充電電源的電壓在充電的整個過程中保持恒定不變。 在閥控鉛酸蓄電池的充電特性曲線 V（圖 22）上 ,充電器的輸出電壓始終是在充電器設計人認為蓄電池安全受電的最高允許電壓上。因此，恒壓充電法不適合放電較深的蓄電 池充電，不適合數(shù)量多的蓄電池充電，因不能使所有的電池均衡。浮充法廣泛用于蓄電池作為備用電源或應急電源的電器設備中，是一種有備而無患的充電方式。在正常情況下，直流電源是負載的工作電源并以涓流方式為負載充電，此時主要為負載提供工作電流。 167。 ① 二階段充電法是采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法。 目前，電動自行車所配置的充電器多是傳統(tǒng)的三段式充電器。 第二階段采用恒壓充電，充電電壓為 逐漸上升至（ 177。） V, 浮充電流為（ 177。其中 ,充電電壓與蓄電池是否充滿電有關(guān)，充電電流與蓄電池充得快或慢有關(guān)，而充電的波形與頻率則與蓄電池的容量與壽命 (即充得好壞 )有關(guān)。因此，理想的電動自行車充電器應具有脈沖充電、負脈沖激活，高頻充電和變頻充電等多種充電模式與充電技術(shù)，使電動自行車充電器既有常規(guī)充電功能，又有修補性充電功能，成為多功能充電器。 快速充電法是用大電流在短時間內(nèi)對蓄電池進行充電。為此，控制電路預設的充電截止電壓必 須比充電峰值電壓低。蓄電池溫度的升高最終將導致充電電流增大，為控制因溫度升高所增大的電流，應在蓄電池外殼上設置溫度傳感器或熱敏電阻等溫度檢測元件，實時地將蓄電池溫度信息傳遞給控制電路。 整流電路 在充電器中，必須把交流電變?yōu)橹绷麟姡@需要通過整流電路完成轉(zhuǎn)換，英文縮寫交流為 AC,直流為 DC,交流變直流為 AC/DC。 在開關(guān)電源式充電器中，這兩種整流電路都得到了應用。理想電感的感抗對直流電（ f=0）是 0Ω，近似直通短路，而對交流成分，頻率越高越高 [16]。 上節(jié)的整流電路之后輸出的是脈動直流電。 c 1 V i V oc 2 c 1 R V i V oc 2 （ a）電容電源濾波電路 （ b） RC 電源濾波電路 L C 1 C 2 V i V o L c 1 c 2 c 3c 4 V i V o （ c）噪聲濾波電路 圖 33 濾波電路 圖 33（ a）所示電路就是已經(jīng)介紹過的電容濾波電路。因此，一 般并聯(lián)一只容量不大但寄生電感很小的高頻電容 C2，可以明顯改善對高頻濾波的效果，彌補電解電容的不足。一方面，它阻擋了市電中的干擾竄進充電器，另一方面，它也阻擋了開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾反竄回市電電網(wǎng)中造成電磁污染。它們的其中一端都接地，可將差模和共模的高頻干擾通過電源插頭的保護地，引入地。 防浪涌電路 關(guān)電源式充電器中，在市電橋式整流電路后面，幾乎所有電容濾波電路，濾波電路端的電壓通電前為 0V，加電瞬間，電容兩端的電壓不能跳變，相當于短路，電流極大，這個沖擊電流，叫做浪涌電流，極易 損壞整流管等元件，為了保護它們，在電路里串聯(lián)一只 負溫度系數(shù) 的熱敏電阻。在室溫下，通電前，它僅有 510Ω 電阻值，當有電流通過時，溫度會上升，其電阻會減小，這種負溫度系數(shù)電阻串聯(lián)在充電器的市電輸入電路里，加電瞬間，室溫下 510Ω 電阻的串聯(lián)大大降低了浪涌電流，隨通電時間增加， NTC 溫度升高，其電阻值下降接近 0Ω，但為了維持電阻發(fā)熱，需要保持一個非常小的電阻，這種小電阻對電路功率影響很小，因此，這種簡單有效的防浪涌電路被廣泛應用在開關(guān)電源式的充電器中。 防市電過壓電路 充 電器還使用一種壓敏電阻作市電輸入過壓保護。壓敏電阻在原理圖中的代號是 Rv，在實際使用中無正負極之分，特性和應用見下頁圖 35 所示 [2]。 功 率轉(zhuǎn)換部分由變壓器進行能量轉(zhuǎn)換和傳遞，是個關(guān)鍵部位，由于變壓器能對交流進行電能傳遞，對直流電需要通過開關(guān)將通過初級繞阻的電流大小和方向進行不斷交換，這就是開關(guān)電源名字的來歷。 開關(guān)電源中開關(guān)導通時間長，傳輸電能多， 次級繞組的輸出電壓高，電流就相應大。 推挽式 變流電路 這是一種適合中容量至大容量的方式，其基本電路和波形如圖 37 和圖38 所示。 V 2 T R V 1EI C 1 U b 1 U b 2V D 1V D 2I 2LCR 圖 37 推挽變流電路 本科畢業(yè)設計論文 21 變 壓 器 一 次和 二 次 電 壓變 壓 器 的磁 通 變 化 ΦΦ HH Φ 1Φ 1 圖 38 推挽變流電路波形 特別需要注意的是避免發(fā)生兩個管子 V1 和 V2 同時導通的狀態(tài) [3]。電池防反接電路由圖中細虛線部分 D0 W R6 BG J1 組成。 顯然，不僅電池反接不能充電，電池因故障達不到基本（ W1 齊納擊穿）值也不能充電。 一般把供給電源 PWM 專用芯片的叫高壓側(cè)輔助電源，供主電源的電壓，電流負反饋和充電模式轉(zhuǎn)換電路的叫低壓側(cè)輔助電源。 目前半橋式充電器采用的 PWM 芯片基本是 TL494，加市電瞬間芯片無電并不工作，功率開關(guān)管和推動變壓器及其外圍元件形成自激振蕩，串聯(lián)在功率開關(guān)管中點和 310V 之間 T2 初級繞阻有電流通過，在 T2 的初級獨立繞組產(chǎn)生電壓，續(xù)電壓由 D17， D18 全波整流， C22 電容濾波，供給 PWM 芯片， TL494 開始工作，很快進入正常。使用中，忌諱充電電流大時先拔電池充電插頭，后切斷市電，這樣操作容易損壞 TL494。 充電狀態(tài)顯示電路 充電狀態(tài)顯示電路如下頁圖 310 所示 . L E D 1 R C V S R 2 V D G B R 3 L E D 3 L E D 2 圖 310 充電狀態(tài)顯示電路 利用發(fā)光二極管顯示充電狀態(tài)： * 接上電源而充電電路尚未接入被充電電時，發(fā)光二極管 LED1 點亮。 TL494 脈寬調(diào)制電路芯片 167。 片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）。 內(nèi)置功率晶體管可提供 500mA 的驅(qū)動能力推或拉兩種輸出方式。當雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當該腳接基準電壓時，輸出呈推挽型，輸出方波 最大占空比為 48%。（ 2）開關(guān)管導通比由脈寬調(diào)制（ PWM）電路決定，脈寬調(diào)制電路（ PWM）是電壓比較器，有兩個輸入：一個是比較基準 —幅度恒定的鋸齒波（三角波），一個是浮動的比較電壓 —預設值和負反饋混合后的電壓。充電器 PWM 輸入的預設比較電壓一般有兩個：（ 1）限流充電階段，比較高；（ 2）涓流充電階段，比價低。 山東 GD36 充電器電路框圖與原理圖 山東 GD36 充電器 電路框圖見下頁圖 42 所示，電路原理圖見下下頁圖 43 所示。 （ 2）自激加他激半橋輸出電路 主要由 Q Q B B3 等元件組成。設 Q1 由于 R5 偏壓而微導通，則推動變壓器 B2 的② ④ 繞組感應出極 性是 ② 腳正、 ④ 腳負的電壓，于是 ① ② 繞組感應出 ① 腳正、② 腳負電壓加到 Q1 的發(fā)射結(jié)，加速 Q1 的導通。但當磁感應強度增大到飽和點 Bm 時，電感量迅速減小， Q1 的集電極電流急劇增加，增加的速率遠大于其基極電流的增加， VCE 升高，于是 Q1 退出飽和進入放大區(qū)，推動變壓器 B2 的 ② ④ 、① ② 、 ③ ⑤ 繞組感應電 壓將反向。 TL494 開始工作，于是 Q Q2 便由自激轉(zhuǎn)為他激，在相位差為 180176。保護機理是泄放 B3 初本科畢業(yè)設計論文 33 級的反 激能量和漏感儲能，消除反峰電壓。 C1 R19 與內(nèi)部電路形成振蕩，當這兩只阻容元件參數(shù)為圖標數(shù)值時，振蕩頻率約為 50Khz。隨著 C18 的充電， ④ 腳電壓逐漸降低，導通占空比逐漸增大，輸出電壓逐漸受控。 （ 5）推挽驅(qū)動 由 Q Q B2 等元件組成。當充電電流較大時，電流取樣電阻 R3 上端電壓大大低于地電位， LM358 的 V2＜ V3， ① 腳輸出高電平，電池充電指示燈 LED1 點亮；當充電電流較（小于 2