简易电动自行车充电器的设计.doc

摘 要 I 摘摘 要要 随着电动自行车的普及，电动车的关键在于充电器，首先介绍了并联型 开关式稳压电源基本的概念、原理和设计方法，然后具体分析了所设计的电 源电路的工作原理、总体框图和电路的设计过程。利用振荡电路将市电 220V 整流、滤波后，形成约 311V 的直流电压，加入开关变压器与各元器件 形成一个振荡周期，周而复始形成一个自激式电路, 稳压输出 44V 对电池进 行充电，同时本电路具有电压保护电路及灯光指示充电状态的功能。过流保 护电路限制场效应管栅极电位，提高了整机电路的可靠性。输出回路向负载 和电路中控制部分需要供电的供电回路提供输出电压；基准电压主要用于精 确控。充电器常出现的故障解决方法。也介绍了怎样去保养充电器使充电器 的使用寿命更长。在介绍各电路的时候掺插了重要元器件的介绍。是大家更 进一步了解充电器，从而提高电动车的利用时间。 关键词关键词：开关稳压电源 整流 滤波 自激式 控制回路 目 录 II 目目 录录 摘摘 要要.I 第一章第一章 引言引言.1 1.1 电动车充电器的研究背景.1 1.2 电动车充电器原理的综述.1 1.3 系统实现结构图.2 第二章第二章 电动自行车充电器各组成电路原理电动自行车充电器各组成电路原理.5 2.1 振荡电路的类型.5 2.1.1 LC 振荡电路.5 2.1.2 RC 振荡电路.5 2.1.3 晶体振荡电路.6 2.2 变压器振荡电路.7 2.3 过流保护电路.8 2.4 输出回路.10 2.5 基准电路.13 2.6 过流过压保护电路及放大器的简介.13 2.7 电源电路的设计.16 2.7.1 单相桥式整流电路.16 2.7.2 滤波电路.18 第三章第三章 充电器常见的故障分析充电器常见的故障分析.20 3.1 高压故章.20 3.2 高压、低压均有故障.20 3.3 电动自行车充电器的保养.20 第四章第四章 总结与展望总结与展望.23 4.1 全文总结.23 4.2 研究展望.23 致致 谢谢.24 参考文献参考文献.25 附录附录 1 元器件清单元器件清单.26 第一章 引言 1 第一章第一章 引言引言 1.1 电动车电动车充充电电器的研究背景器的研究背景 随着社会的不断进步，交通的不断健全，人们对出行的交通工具也在进行 不断的选择。随着油价的不断上涨和人们对环保意识的增强，电动自行车以其 价格低，绿色环保，使用方便安全等优点越来越受到消费者的喜爱。评价电动 自行车质量好坏的重要参数之一是其蓄电池的使用寿命。而蓄电池的充电池的 充电过程对其寿命影响最大。过长过短都不行，所以充电器的好坏直接影响着 电动车的好坏。我们研究的是开关电源是充电器。 开关电源式充电器的正确操作是：充电时，先插电池，后加市电；充足后， 先切断市电，后拔电池插头。如果在充电时先拔电池插头，特别是充电电流大 （红灯）时，非常容易损坏充电器。 常用的开关电源式充电器又分半桥式和单激式两大类，单激类又分为正激 式和反激式两类。半桥式成本高，性能好，常用于带负脉冲的充电器；单激式 成本低，市场占有率高。 本设计可实现 44V 电压充电，充电过程以指示灯为状态显示；采用整流稳 压电路，以实现充电过程中对电路的保护工作，保证元器件的性能；运用 TL431 稳压集成电路精确控制主回路输出电压，采用 LM324 四运放器进行电压 比较，可实现电路比较功能。 这种小型的电动车充电器制作起来简单，运用在实际中也是非常方便的， 即能节省材料，又能放心的使用。 1.2 电动车电动车充充电电器原理的器原理的综综述述 F1 2A D1 FR207 D2 FR207 D3 FR207 D4 FR207 E1 68U/400V D5 FR207 C3 222/1000V R2 47K/3W Q1 4N90C R1 0.33/3W R7 47 HVG HVG HVG D6 FR107 R5 100 R27/2 47K R3R4 4.4M E4 22U/50V 300V 1 2 JP1 220V R9 3K B1 36V/12AH D12 4148 R15 4K7 3 2 1 411 U2A LM324 12 13 14 411 U2D LM324 10 9 8 411 U2C LM324 5 6 7 411 U2B LM324 Q4 8050 R26 4K7 U1 PC817 R6 1K E6 10U/100V C5 472/1000V D8-D10 5404 E2 470U/63V D7 F18E7 10U/100V R27/1 1K5/3W Z2 15V E5 22U/50V LED2 GREE D11 4148 R24 2K R16 4K7 E3 22U/50V Z1 VTL431 R22 15K D14D18 5404 R12 0.1/3W R10 1K D15 4148 D16 4148 R17 12K R18 390 R23 820 R14 8K2 R25 47K R21 680K D17 4148 R11 10K C2 104 C6 222 LED1 RED Q3 8050 R29 43K -VEE -VEE 2.5V 2.5V -VEE 2.5V 44V 44V 300V 300V R19 43K Q2 H5609 1 2 JP2 44V 44V 图 11 电动车充电器原理图 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 市电 220V 经整流滤波后形成 311V 的直流电压。经开关变压器 B1，通过场 效应管 Q1,R7,R3R4形成一个周期性的震荡充电电路。通过 Q1的导通与断开来形成 一个周期性的震荡充电电路。场效应管的关断与导通都是要达到一定的电流值。 为了保护相关元件的安全就有了后面 R1,Q2组成的过留保护电路。D7滤除多余的 交流，得到直流电压，稳压二极管 Z2把该点电压稳定在 15V。对于左面的比较 器 U2CLM324，-VEE和 U5=2.5V 经两个电阻 R14、R22构成分压，-VEE的变化决定了 U2CLM324 正负两个输入端的高低，其正输入端一直处于 0V 电压状态，当-VEE达 到最大反向电压时，U2CLM324 负端输入大于 0，比较器输出低电平，D15处于截 止状态，光耦合器 U1PC817 无输入电压，处于不工作状态，因此 Q2基极无电压， 无法导通，300V 电压经 R3、R7 供给场效应管 Q14N90C，场效应管处于导通状态， 二极管 D5截止。而当-VEE未达到最大反向电压时，U2CLM324 负端输入小于 0， 比较器输出高电平，D15处于导通状态，光耦合器 U1PC817 有输入电压，处于工 作状态，因此 Q2基极有电压，处于导通状态，300V 电压经 R3流入地，场效应管 无电压供给，处于断开状态。在充电完毕时，蓄电池电压非常接近充电电压， 此时二极管 D8处于截止状态，反向电压-VEE较大，U2BLM324 正极输入电压大于 负极，一直处于输出高电平状态，U2ALM324 则相反，一直处于输入低电平状态， 因此 LED2一直处于导通状态，一直发出绿光。对于比较器 U2DLM324，正极输入 电压此时一直大于负极输入电压输出为高，而 U2CLM324 也输出高电平，光耦合 器 U1PC817一直有输入电压，因此 Q2一直处于工作状态，300V 电压直接经过 R3 流入地。此时的场效应管 Q14N90C 无电压提供，处于断开状态，充电完毕。 1.3 系系统实现结统实现结构构图图 本次充电器的设计包含四部分，即电源电路、振荡电路、保护电路及充电 状态指示电路。结构图如图 1-2 所示。 第一章 引言 3 图 1-2 系统结构图 随着电子电力技术的发展，更多电子产品已经逐渐渗透进我生活的各个领 域，本次课题设计中的电源电路是由桥式整流及滤波电路组成。整流电路的任 务是将 220V 交流市电变换成直流电从而变为适合电动车充电器使用的直流电. 为整个电路提供稳压电源.在课程设计中不仅要关注电路设计同时也要注意相关 元器件的选用。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 电动自行车充电器各组成电路原理 5 第二章第二章 电动自行车充电器各组成电路原理电动自行车充电器各组成电路原理 2.1 振振荡电荡电路的路的类类型型 2.1.1 LC 振振荡电荡电路路 图 2-1 LC 振荡电路图 振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。 凡是 可以将直流电转换成交流电的装置都可以作为振荡器。如：无线电发明初期所 用的火花发射机、电弧发生器等，都是振荡器。 现在，使用电子管、晶体管等器件与 L、C、R 等元件组成的振荡器则完全 取代了以往所有产生振荡的方法，因为它具有以下的优点： 它将直流电能转变为交流电能，而本身静止不动，不需作机械转动或移动。 如果用高频交流发电机，则其旋转速度必须很高，最高频率也只能达 50Hz，但 却需要很坚实的机械构造。 振荡器根据自身输出的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，正弦 波振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着 广泛的应用；而非正弦振荡器能产生出矩形波(方波)、三角波、锯齿波等信号。 2.1.2 RC 振振荡电荡电路路 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 图 2-2 RC 振荡电路 振荡电路起震的条件就是正反馈，RC 振荡电路也是一样，需要正反馈。判 断方法就是看反馈到输入端的信号是否同相。 如图 2-2 我给出两个最常用的 RC 振荡电路,上面是文氏桥振荡电路，它是 两级放大输出输入同相（文氏桥的选频特性是输入输出同相） 。下面是 RC 移相 振荡电路，从集电极的反相信号经三个 RC 移相（每个移相约 60 度）这样就移 了。 2.1.3 晶体振晶体振荡电荡电路路 晶体振荡电路的类型很多,但根据晶体在电路中的作用,可以将晶体振荡电 路归为两大类:并联型晶体振荡电路和串联型晶体振荡电路。 1并联型晶体振荡电路 图 2-3 所示为一个并联型晶体振荡电路及其交流等效电路。C1、C2和石英晶 体构成谐振回路，谐振回路的振荡频率处于fs与fq之间。石英晶体相当于一个 电感，该电路满足电容三点式 LC振荡电路的组成原则,通常称为皮尔斯振荡器。 图(a)原理电路 图(b)等效电路 图 2-3 并联型晶体振荡电路及其交流等效电路 2串联型晶体振荡电路 图 2-4 为一个串联型晶体振荡电路及其交流等效通路。石英晶体接在正反 馈电路中。由交流等效通路可见，将石英晶体短接就构成了电容三点式 LC振荡 电路。当反馈信号的频率等于石英晶体的串联谐振频率fs时，石英晶体的阻抗 最小，且为纯阻性，此时正反馈最强，且相移为 0，电路满足自激振荡条件而产 生振荡，振荡频率为fs。而对于 fs以外的其他频率，石英晶体的阻抗迅速增大 且不为纯阻性，因此正反馈减弱，且相移不为 0，不满足自激振荡条件而不能产 生振荡。由此可见，这种振荡电路的振荡频率受石英晶体串联谐振频率fs 控制， 具有很高的频率稳定度。 电动自行车充电器各组成电路原理 7 图（a）原理电路 图(b)交流等效电路 图 2-4 串联型晶体振荡电路及其交流等效电路 2.2 变压变压器振器振荡电荡电路路 高频变压器有原绕组,副绕组供输出用。基极正反馈绕组。R1是启动电阻， R2是限流电阻。加上电源时，L1导通,该 300V 直流电压加到开关变压器的初级 L1的上端。经下端接到场效应管 Q1的漏极，此时变压器副边的二极管反向偏置， 于是场效应管漏极电流和变压器绕组 L1中电流相等。同时 311V 还经 R3,R4,两个 2.2M 电阻串联接到场效应管栅极,同时 311V 还经 R3,R4,两个 2.2M 电阻串联接到 场效应管栅极,原绕组 L1通过电流，产生上正下负的感应电压，经磁芯耦合，反 馈绕组 L3也产生感应电压 UL3,并向 Q 的 栅极注入电流 iB,使 Q 进一步导通，即 UL3增加，iB增大，使 iC进一步增大，这是一个正反馈雪崩过程。在 Q 导通期间， 副边因二极管反偏没有电流。当 Q 进入高饱和区后，iC的变化率减小，原边 L1 绕组感应电压下降，同时反馈绕组 L3电压下降，造成 iB下降，iC下降，这再次 形成一个正反馈雪崩过程，使开关管迅速截止。Q 导通期间，副边电路截止，原 边线圈储能。Q 截止时，L1的感应电压上负下正，相应地 L3的电压上负下正，保 证 Q 截止，同时副边 L2电压上正下负，D 导通。由 L2通过 D 向负载传送能量， 副边绕组中电流 iD线性下降，直到 iD=0,电路恢复起始状态，开始一个新的周期， T 再次导通。TOFF 取决于副边绕组放电到零的时间。输出电压与开关管的导通时 间成正比。在 L1产生上正下负的电势，并感应到 L3，L3产生下正上负的电势， 经 C5使 Q1进一步导通，到一定程度后，L1电势不在升高，L3原感应的电势也消 失，Q1退出导通状态复又进入导通状态，此时 L1产生下正上负的电势，L3感应 出上正下负的电势，则负电压通过 C5加到栅极，使 Q1迅速关断。这样，Q1完成 了一个由关断微导通导通微导通迅速关断的过程，形成一个震荡周期。 以后，将周而复始的这样继续运行第二个、第三个相同的震荡周期。由此可 见，这是一自激式电路。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 图 2-5 振荡电路原理图 2.3 过过流保流保护电护电路路 图 2-6 过流保护电路图 过流保护电路由 R1、Q2组成， 当因某种原因使场效应管 Q1的漏极电流增大并即将达到极限时，其源极电 流势必也增大（漏，源电流是相等的） ，则 R1上的电压增大，如果大到 0.7V 时， 则三极管 Q2栅极电位，使 Q 进入关断状态，从而有效的保护了相关元件的安全， 提高了整机电路的可靠性。 1光电耦合器 PC817 的应用电路 电动自行车充电器各组成电路原理 9 PC817 是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦 合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。PC817 内部框图如 图 2-7 所示。 图 2-7 PC817 内部框图 当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光 线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。 普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号） ，不适合传输模拟信号。线 性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电 流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体 管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。 PC817 光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。 2输出特性 光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流 IF 下，光敏管所加偏置电压 VCE 与输出电流 IC 之间的关系，当 IF=0 时，发光二极管不发光，此时的光敏晶 体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当 IF0 时，在一定的 IF 作用下， 所对应的 IC 基本上与 VCE 无关。IC 与 IF 之间的变化成线性关系，用半导体管 特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。 3光电耦合器可作为线性耦合器使用。 在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二 极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输 出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传 输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时 间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 2.4 输输出回路出回路 图 2-8 输出回路原理图 输出回路是向负载供电的回路和电路中控制部分需要供电的供电回路。由高 平开关变压器次级 L2感应的电压经过 D8二次整流 E2高平滤波得到的主输出电压 可供各种负载使用。电路中 R12的作用在于检测负载中电流的大小以便后续电路 进行对输出电流的控制。如果电流过大，R12上的电压降超过 D14的正向导通电压 的时候，D14导通，从而保护 R12不被烧坏。显然，D14负极的电压为负值，用于 检测输出电流。另外，D7、E7整流滤波后得到直流电压用于系统中各相关元件的 供电，称铺助控制回路用电压。 1TL431 的功能简介 TL431的具体功能可以用如图2-9的功能模块示意。 由图可以看到，VI是一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。由运 放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管 中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三 极管 图1 的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构， 所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时， 这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的，本文的一些分析也将基于此 模块而展开。 电动自行车充电器各组成电路原理 11 图 2-9 TL431 功能图模块图 2恒压电路应用 TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器 件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2-10所示的电路， 当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若V o增大，反馈量增大， TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。这个深度的负反馈电路必然在VI等 于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从 2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。需要注意的是， 在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA 。 图2-10 恒压电路 3恒流电路应用 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 由前面的例子我们可以看到，器件作为分流反馈后，REF 端的电压始终稳定 在 2.5V，那么接在 REF 端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个 特点，可以将 TL431 应用很多恒流电路中。 图2-11 恒流源电路 如图 2-11 是一个实用的精密恒流源电路。值得注意的是，TL431 的温度系 数为 30ppm/，所以输出恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒流二极管好 得多，因而在应用中无需附加温度补偿电路。 由于 TL431 非常易于实现恒压或 恒流，而且有很好的温度稳定性，因此很适合于仪表电路、传感器电路等设计 应用。 4TL43I 的参数 图 2-12 TL431 的外形图 TL431 是目前应用极广泛的器件。它的各项指标均很出色。 其实，TL431 就是 NPN 管。 它的“R、K、A”分别对应 NPN 管的“b、c、e”。 ：100010000。 Vc：2.5V36V。放大区工作点范围，同时也是极限值。 电动自行车充电器各组成电路原理 13 Ic：1mA100mA。同上。 Pcm：500mW。极限值。 Vbe：2.5V。极其敏感！高则饱合，低则截止。 Ib：4A。输入阻抗极高。 温度稳定性极好。可以放大音频信号。 输入特性曲线在 2.5V 处。 目前仅推荐使用“共射极方式”。 2.5 基准基准电电路路 图 2-13 基准电路原理图 稳压源的输出电压（或输出电流）需要精确控制，需要获得精确，稳定的 输出电压(或输出电流)，必须有一个参数相对准确，稳定的基准电压（或电流） 做参考。由于需要稳定的是输出电压，所以该稳压电源提供的是一基准电压， 由铺助控制回路用电压经 Z2稳压，进一步由 Z1进行能隙电路 TL431 稳压，产生 2.5V 的基准，用于精确控制主回路输出电压。 2.6 过过流流过压过压保保护电护电路及放大器的路及放大器的简简介介 1保护电路的原理 DZ1为 15V 稳压二极管，提供给运算放大器做供电电压。V1A和 V1B为 LM324 内含两个完全独立的运算放大器，仅供用电源。V1A为运算放大器用于限制输出 电流，即起到过流保护作用，V1B运算放大器用于稳定输出电压 VIA的工作原理为：当输出电流达到 1.6A,-VIS 为 -1.6A*0.1=-1.6V,经过 R10,R9的分压，使得分压点位为低于 0V（R9的另一端端电位为 2.5V） ，送到 V1A 的反响输入端，与其同向输入端的 0V 比较，使得 V1A输出为趋向于增大，经 D7,R14送到 PC817 光电耦合器，其发光强度增强内部三极管易于导通，Q2趋于 饱和，Q1栅极电位降低，漏源之间趋向断开，从而使输出电压降低，输出的负载 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 电流下降，实现过流保护作用。V1B的工作原理为当输出电压 VO因负载或来电的 原因逐渐减小时，经 R12,R11的分压，将低于 2.5V,送到 V1B的同向输入端,与反向 输入端的 2.5V 比较(R13直接接到 TL431 的 2.5V),使 D8二极管趋于截至,经 R14 送到 PC817 光电耦合器,其发光强度削弱.内部三极管趋于截至,Q2趋于截至,Q1栅 极电位升高,漏源之间更趋向接通,从而使输出电压升高,实现稳压作用。后面是 一个振荡指示灯电路 D11截止，三极管导通，指示灯亮。然后三极管放电，D11截 止指示灯灭。 图 2-14 过流过压保护电路图 2运算放大器原理 运算放大器是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出的 高增益电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。 一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的 输入阻抗、等于零的输出 阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最 基本的运算放大器如图 2-15。一个运算放大器模组一般包括 一个正输入端(V+)、 一个负输入端(V-)和一个输出端(Vout)。 电动自行车充电器各组成电路原理 15 图 2-15 运算放大器 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端连接，形成一负反 馈组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使 用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能 连接成正 回馈，相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器 是很常见的组成元件。 （1）开环回路 图 2-16 开环回路运算放大器 开环回路运算放大器如图 2-16。当一个理想运算放大器采用开回路的方式 工作时，其输出与输入其中代表运算放大器的开环回路差动增益，由于运算放 大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出 讯号饱和，导致非线性的失真出现。 因此运算放大器很少以开环回路出现 在电路系统中。 （2）闭环负反馈 将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈 组态的状况，此时通常可 以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输 入讯号进入放大器的端点，又可分为反相,放大器与非反相放大器两种。 反相闭环放大器如图 2-17。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器， 则因为其开环增益为无 限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 图 2-17 反相闭环放大器 闭环放大器如图 2-18。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则 因为其开环增益为 无限大，所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零。 图 2-18 非反相闭环放大器闭环正回馈 将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈 的状况，由于正回馈组态 工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯 号的应用中。 2.7 电电源源电电路的路的设计设计 图 2-19 电源电路 由上图可知，电源电路是由桥式整流及滤波电路组成。整流电路的任务是 将 220V 交流市电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用， 该电路作用是将市电 220V 由 JP1 输入，经 D1-D4桥式整流变成脉动直流，再经 E1滤波将脉动直流转换成约 311V 的直流电压。 电动自行车充电器各组成电路原理 17 2.7.1 单单相相桥桥式整流式整流电电路路 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路 中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率 容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能相对来说优于单 相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。因此，设计中采用单相 桥式整流电路对 220V 交流电压进行整流，从而得到 311V 左右的脉动直流。 1工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图 2-20（a）所 示。 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有 单向导电性。根据图 2-20（a）的电路图可知： 当正半周时，二极管 D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时，二极管 D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。 单相桥式整流电路的波形图见图 2-20（b）所示。 2参数计算 根据图 2-20（b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直 流电压等效。 （a）桥式整流电路 （b）波形图 图 2-20 单相桥式整流电路 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 流过负载的平均电流为 （2-1） 流过二极管的平均电流为 （2-2） 二极管所承受的最大反向电压 （2-3） 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里 叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数 S 定义为二次谐波的 幅值 与输出电压的直流分量的比值。 （2-4） （2-5） 2.7.2 滤滤波波电电路路 1结合所学知识我们可以比较出电容滤波的特点为结构简单、输出电压高、 脉动小。在接通电源的瞬间，将产生强大的充电电流，同时，因负载电流太大， 电容器放电的速度加快，回势负载电压变得不够平稳，所以电容滤波电路适用 于负载电流较小的场合。而本次设计正好是将整流桥送出的脉动直流 311V 经电 容滤波转换成近似直流 311V，故选用电容滤波电路。 2电容滤波 滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，使特定频率内的信号得以放 大，并且阻止其他频率信号通过，滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电 阻两端并联电容器 C，或与负载串联电感器 L，以及由电容，电感组成而成的各 种复式滤波电路。 （1）电容滤波电路的组成 现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。实际上总要带一定负载，所 以在设计中主要研究带负载的情况。在负载电阻上并联了一个滤波电容C如图所 示，即为其电路基本组成图。 电动自行车充电器各组成电路原理 19 图 2-21 带负载电容滤波电路 （2）电容滤波电路工作原理 滤波电容的作用简单讲是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压，其工作 原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放 电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。 若 U2处于正半周，二极管 D1、D3导通，变压器次端电压 U2给电容器 C 充 电。此时 C 相当于并联在 U2上，所以输出波形同 U2 ，是正弦波。 当 U2为正半周并且数值大于电容两端电压 UC时，二极管 D1和 D3 管导通， D2和 D4管截止，电流一路经负载电压 RL，另一路对电容 C 充电，当 U2为负半 周幅值变化到恰好大于 uC 时，D2和 D4因加正向电压变为导通状态，U2再次对 C 充电，UC上升到 U2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时 D2和 D4变为截 止，C 对 RL放电，UC按指数规律下降；放电到一定数值时 D1和 D3变为导通， 重复上述过程。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 第三章第三章 充电器常见的故障分析充电器常见的故障分析 3.1 高高压压故章故章 高压故障的主要现象是指示灯不亮，其特征有保险丝熔断，整流二极管 D1 击穿，电容 C11鼓包或炸裂。Q1击穿,R25开路。U1的 7 脚对地短路。R5开路，U1 无启动电压。更换以上元件即可修复。若 U1的 7 脚有 11V 以上电压，8 脚有 5V 电压，说明 U1基本正常。应重点检测 Q1和 T1的引脚是否有虚焊。若连续击穿 Q1，且 Q1不发烫，一般是 D2,C4失效，若是 Q1击穿且发烫，一般是低压部分有漏 电 Q1的开关损耗和发热量大增，导致 Q1过热烧毁。高压故障的其他现象有指示 灯闪烁，输出电压偏低且不稳定，一般是 T1的引脚有虚焊,或者 D3,R12开路, TL3842 及其外围电路无工作电源。另有一种罕见的高压故障是输出电压偏高到 120V 以上，一般是 U2失效，R13开路所致或 U3击穿使 U1的 2 脚电压拉低，6 脚 送出超宽脉冲。此时不能长时间通电，否则将严重烧毁低压电路或短路正文部 分。 3.2 高高压压、低、低压压均有故障均有故障 低压故障大部分是充电器与电池正负极接反，导致 R27烧断，LM358 击穿。 其现象是红灯一直亮，绿灯不亮，输出电压低，或者输出电压接近 0V，更换以 上元件即可修复。 通电前应首先全面检测所有的二极管，三极管，光耦合器 4N35，场效应管， 电解电容，集成电路，R25,R5,R12,R27，尤其是 D4（16A60V,快恢复二极管） ， C10(63V,470UF)。避免盲目通电使故障范围进一步扩大。有一部分充电器输出端 具有防反接，防短路等特殊功能。其实就是输出端多加一个继电器，在反接， 短路的情况下继电器不工作，充电器无电压输出。还有一部分充电器也具有防 反接，防短路的功能，其原理与前面介绍的不同，其低压电路的启动电压由被 充电池提供，且接有一个二极管（防反接） 。待电源正常启动后，就由充电器提 供低压工作电源。 3.3 电动电动自行自行车车充充电电器的保养器的保养 1新购回来的电动车应先充足电再使用。因为许多电动车在商店已搁置了 几个月，甚至半年以上，所以必须先充足电后再使用，充足电后最好不要立即 使用，需静置十分钟左右。 2电瓶拿下来充电，安装的时候，电瓶在电动自行车上安装要牢固，以防 骑行时电瓶受振动损害。 电池在搬运中，禁止摔掷、滚翻、重压。 3经常清除电瓶盖上的灰尘、污物，注意保持电瓶干燥、清洁，以防电瓶 自行放电。 充电器常见的故障分析 21 4绝对不能让电瓶长期处于电量不足的状态，并且要养成每天晚上为电瓶 充电的良好习惯。长期不用，应该充满电，放置阴凉干燥处，并定期充电（一 般 10 天） 。 5电动自行车刚起动时，要用脚踏（无脚踏的可以用脚推地面的方式）帮 助起动，上坡时候，用脚踏帮助电动车上坡，以免放电电流过大而损坏电瓶。 6骑行时，要注意不能让电瓶过放电，蓄电池放电到终止电压后，继续放 电称为过放电。过放电容易引起电瓶严重亏电，从而大大地缩短其使用寿命。 所以蓄电池使用时应尽量避免深度放电，做到浅放勤充，一般情况应做到：蓄 电池以放电深度为 50%时充一次电最佳。 蓄电池放电到终止电压时内阻较大，电解液浓度非常稀薄，特别是极板孔 内及表面几乎处于中性，过放电时内阻有发热倾向，体积膨胀，放电电流较大 时，明显发热甚至出现发热变形，这时硫酸铅浓度特别大，生存晶枝短路的可 能性增大。蓄电池使用时应防止过放电，采取“欠压保护”是很有效的措施。 另外，由于电动车“欠压保护”是由控制器控制的，但控制器以外的其他一些 设备如电压表、指示灯等耗电电器是由蓄电池直接供电的，其电源的供给一般 不受控制器控制，电动车锁开关一旦合上就开始用电。虽然电流小，但若长时 间放电 1-2 周就会出现过放电。因此，不得长时间开锁，不用时应立即关掉。 7避免过充电，当充电器显示充满就停止充电，不能一充电就一夜甚至几 天。过充电会促使极板活性物质硬化脱落，并产生失水和蓄电池变形。蓄电池 在高温季节运行，主要存在过充电的问题。因此，夏天应尽量降低蓄电池温度， 保证良好的散热，防止在烈日暴晒后即充电，并应远离热源。 避免过充电，另外要选择充电器参数要与蓄电池良好匹配，要充分了解蓄 电池在高温季节的运行状况，以及整个使用寿命期间的变化情况。使用时不要 将蓄电池置于过热环境中，特别是充电时应远离热源。蓄电池受热后要采取降 温措施，待蓄电池温度恢复正常时方可进行充电。蓄电池的安装位置应尽可能 保证良好散热，发现过热时应停止充电，应对充电器和蓄电池进行检查。蓄电 池放电深度较浅时或环境温度偏高时应缩短充电时间。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 总结与展望 23 第四章第四章 总结与展望总结与展望 4.1 全文全文总结总结 全文介绍了电动车充电器的原理，各组成电路的电路图原理，通过正当电 路进行正当充电，形成一个自激式振荡充电地电路，在通过流过压保护电路来 限流限压对电路中元器件进行保护。稳压滤波电路得到直流电压送到各电路中 使用。介绍了一些重要元器件，也涉及了充电器的故障分析维护与保养。也说 明调试的一些指标。 4.2 研究展望研究展望 电动车节能且环保，价格便宜而且实用，已被普遍接受。由于电动自行车 的环保与节能，已成为中国解决交通污染问题的替代选择从 2005 年开始，电动 车行业出现了一系列新技术，商家在产品开发上都倾注了很大的精力，整个行 业开始展现出几个显著的发展趋势，这表明，整个行业在同质化倾向的同时， 不少企业也开始注重个性化、差异化的发展。这种趋势不仅代表了目前电动车 行业发展的大势，也在一定程度上预示了今后相当一段时间内电动车行业的发 展方向。应该说，电动车行业目前表现出来的趋势反映了消费者和市场的诉求， 是符合整个产业发展方向的，这些特点和趋势集中表现在四个方面，即追求更 好的舒适性、更强的动力性、更高的安全性和更靓的外观通过全文的介绍与研 究了解了充电器内部的结构及它的组成电路，了解一些调试方法是大家更了解 充电器从而延长充电器的使用寿命、电动车还存在很大的局限性，车走的路程 受到限制，车的载重也不够。这都跟充电器有关。随意充电器还需要不断的改 进去提高的它的利用价值。相信在不久的未来，电