电动车充电器原理剖析.ppt

三 开关电源在电动车充电器中的应用 一 充电器分类 按功率转换方式 全桥式 半桥式 带负脉冲半桥式 脉冲式 专用芯片控制脉冲式 反激式 一般脉冲式 正激式 单激式 工频充电器 高频充电器 开关电源式 按充电器工作频率 按充电方式 恒压充电 恒流充电 三段式 智能型充电 带其它功能半桥式 普通分段半桥式 二 充电模式的简单分析 1 恒流充电 需定时管理 避免过充 2 恒压充电 当电瓶亏电时 充电起始电流大 3 三段式充电 充电起始阶段 用限流充电 也称为恒流充电 充电中期 改为定压充电 充电后期 也是定压充电 但定压值比中期降低了一些 称为涓流充电 也称为浮充 此阶段 还可以采用脉冲模式 1充电状态轮换电流检测比较器 2充电电流限流检测反馈放大器 3电池电压检测反馈放大器 基本基准电压为第三阶段涓流充电恒压值 三段工作状态的转换条件 充电电流 基准电流1 进入第一阶段电流 充电电流 基准电流2 基准电流1 进入第一阶段 基准电流1 充电电流 基准电流2 进入第二阶段 充电电流 基准电流1 进入第三阶段 几点说明 各控制信号共同作用的结果 控制开关电源振荡脉冲的宽度即开关管的通断比 通断比越大 输出电压高 充电电流就大 阶段的确定 是预先设定 赋值给电压比较器 充电电流或充电电压都是通过取样 并与电压比较器的赋值进行比较 通过电压比较器的输出改变电压负反馈量的大小 去控制输出电压 不同的电压负反馈比例和电流负反馈量结合形成不同的充电阶段 第一阶段电流反馈起主导作用 实质是限流 恒流 第二阶段电压负反馈和电流负反馈共同作用 主导作用由电流负反馈转向电压负反馈第三阶段电压反馈起主导作用 后两个阶段实质上均是恒压阶段 差别是第三段的恒压值低于第二阶段的恒压值 4 全桥式 半桥式功率转换和单管激励功率转换 为提高电路效率 PWM频率高达几十千赫兹 因此 需要将直流电转换为频率为几十千赫兹的开关脉冲 再将开关脉冲进行高频整流后向被充电的电瓶提供直流电压 电流 这一过程的实现依靠高频变压器进行能量的转换和传递 也称为功率转换器 根据转换形式的不同 又分为全桥式 半桥式功率转换和单管激励功率转换 全桥式功率转换器 图中K是开关 实际电路中是功率开关管 半桥式功率转换器 全桥式转换效率高 但成本也高 实际电路中大都采用半桥式电路 通常配用的集成电路为TL494 单管激励 开关由一个功率开关管构成 也称为单激型 通常配用的集成电路为 c3842 5 单激型反激式功率转换 在功率转换中 不改变变压器初级绕组电流方向 而通过开关控制单方向电流导通和切断的时间 仍属于PWM 显然 开关管由单管即可完成 开关管导通时储能 开关截止时 储能释放给负载 称为单激型反激式功率转换 开关管导通时间长 传输电能多 变压器次级绕组输出电压 电流高 大 用PWM控制功率开关管 就可以改变次级绕组输出的电压和电流 同时 使用闭环反馈可以稳定电压 电流或限制功率 单激型反激式功率转换的电路结构及工作原理 D1 续流二极管 C 滤波电容 V导通时 电流I通过L1 电流逐渐增加 产生变化磁场 L1中自感电动势上正下负 在次级绕组L2产生感应电压为上负下正 D1截止L1 储能 V截止时L1中电流不能突变 产生自感电动势下正上负 经电磁耦合 在L2中产生感应电压为上正下负 D1导通 感生电流从D1 RL构成闭合回路 L1储能得到释放 6 单激型正激式功率转换 在单激型功率转换中 若不经过储能阶段 当开关管导通时 初级绕组电流增长 形成变化的磁场感应到次级绕组给负载供电 称为单激型正激式功率转换 单激型正激式功率转换的电路结构及工作原理 L3 后续电感D3 L3续流二极管 D1 续流二极管L4 新增变压器绕组 V导通时 L1中自感电动势上正下负 L2中感应电动势上正下负 D3导通形成的电流经D3 L3供给负载 形成闭合回路 后续电感L3同时储能 V截止时 L1中的电流不能突变 L1产生上负下正的自感电动势 经电磁耦合到L4 L4上产生上正下负电势 感生电流经续流二极管D1将能量回馈电源UI 与此同时 D3反偏截止 后续电感L3的储能在L3上形成左负右正电动势 感生电流流经RL和续流二极管D2 构成闭合回路 总之 V导通时 不经储能就将能量传到负载 故为正激式 7 负脉冲充电器 充电过程中 每秒 1000ms 使电瓶放电1 2ms 采用负脉冲充电 可以去极化 增加极板承受能力 降低充电温度 延长蓄电池寿命 8 单片机控制的充电器 单片机控制可用于两个方面 对开关电源的控制 对三段式阶段的控制 单极反激式智能型充电器 脉宽调制集成电路 c3842简介 1脚误差放大器输出经RC网络反馈到2脚 起频率补偿作用 T0 双向滤波抑制干扰 D1 整流C11 滤波IC1 c3842脉宽调制集成电路 其5脚为电源负极 7脚为电源正极 6脚为脉冲输出直接驱动场效应管Q1 K1358 3脚为最大电流限制 调整R25 2 5欧姆 的阻值可以调整充电器的最大电流 2脚为电压反馈 可以调节充电器的输出电压 4脚外接振荡电阻R1 和振荡电容C1 T1为高频脉冲变压器 其作用有三个 第一是把高压脉冲降压为低压脉冲 第二是起到隔离高压的作用 以防触电 第三是为 c3842提供工作电源 D4 高频整流管 16A60V C10 低压滤波电容 D5 12V稳压二极管 IC3 TL431 为精密基准电压源 配合IC2 光电耦合器4N35 起到自动调节充电器电压的作用 调整w2 微调电阻 可以细调充电器的电压 D6 充电指示灯 D10 电池浮充 充满 指示灯 R27 电流取样电阻 0 1欧姆 5w 改变W1的阻值可以调整充电器转浮充的拐点电流 200 300mA 通电开始时 C11上有300v左右电压 此电压一路经T1加载到Q1 第二路经R5 C8 C3 达到IC1的第7脚 强迫IC1启动 IC1的6脚输出方波脉冲 Q1工作 电流经R25到地 同时T1副线圈产生感应电压 经D3 R12给IC1提供可靠电源 T1输出线圈的电压经D4 C10整流滤波得到稳定的电压 此电压一路经D7 D7起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用 给电池充电 第二路经R14 D5 C9 为LM358 双运算放大器 4脚为电源地 8脚为电源正 及其外围电路提供12V工作电源 D9为LM358提供基准电压 经R26 R4分压达到LM358的第2脚和第5脚 正常充电时 R27上端有0 15 0 18V左右电压 此电压经R17加到LM358第3脚 从1脚送出高电压 此电压一路经R18 强迫Q2导通 D6 红灯 点亮 第二路注入LM358的6脚 7脚输出低电压 迫使Q3关断 D10 绿灯 熄灭 充电器进入恒流充电阶段 当电池电压上升到44 2V左右时 充电器进入恒压充电阶段 输出电压维持在44 2V左右 充电器进入恒压充电阶段 电流逐渐减小 当充电电流减小到200mA 300mA时 R27上端的电压下降 LM358的3脚电压低于2脚 1脚输出低电压 Q2关断 D6熄灭 同时7脚输出高电压 此电压一路使Q3导通 D10点亮 另一路经D8 W1到达反馈电路 使电压降低 充电器进入涓流充电阶段 1 2小时后充电结束 1 3842的基本工作原理 2 T1的作用 3 三段式充电是怎样实现的 一 半桥式智能型电动车充电器山东GD36 其它电动车充电器 二 负脉冲式智能型电动车充电器天能TN 1 三 单极反激式智能型电动车充电器小飞哥QSC4213 四 单极正激式智能型电动车充电器威昌FDX 36 五 专用单片控制的智能型电动车充电器 六 单片机控制的智能型电动车充电器 电动自行车充电器可以在充满时自动转入浮充 但不能自动结束浮充 电动车采用铅酸电池 浮充时间以2小时左右为宜 充电不足或过充都对电抽不利 如果接近或超过8小时仍未充满 就应该进行加液维护 要是不知道转入浮充的大概时间 则不知道什么时间为充电器断电及何时进行加液维护 故制作了本控制器以解决上述不便 以AT89C2051单片机 用1051也可以 为核心 用三极管驱动数码管 用复合管驱动继电器 蜂鸣器采用FOE 直接驱动 数码管中间的两个点dp与按钮s用同一个m位 不影响其他显示 在S按下时dp常亮 可以作为输入有效的显示 由充电到浮充的反转信号的检测有多种方法 因为此时电流变化较大 可利用小型交流继电器 重绕其线圈后制成电流继电器 再经一个光耦输入单片机 也可以用红外接收二极管或光电管固定在充电器的红色指示灯处 直接取得转浮充信号或从充电器的电路板内取信号 加光耦输入单片机 因为在充电器的电源输出侧用电阻 二极管 光耦直接取电流信号的方法 这样容易因元件损坏而使充电器电源输出侧出现直流电流 烧坏充电器内的变压器 所以该方法不可取 将一个小型电流互感器一次侧绕了15圈后 通过光耦接入AT89C2051的比较器 P1 O口 所用互感器没有标型号 但在卖磁性材料的地方见过 取得充电到浮充的反转信号 无论方案如何 关键是要充分地测试 实验 以保证可靠性 软件方面 首先检测充电电流是否存在并确认 此动作伴有蜂鸣器两次鸣叫 然后开始计时并输出显示 如8小时未转入浮充 即电流跳变至很小 继电器释放 停止充电 并锁定显示 则提示该进行加液维护了 如8小时内转人浮充 则保存充电时间值 并重新开始计时 同时将最大计时值改为2小时 此后随时按下按钮S 均可显示充电时间 dp点状态 浮充前正常闪烁 浮充时快速闪烁 按钮S按下时常亮