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1、电动自行车充电器的原理与检修电动自行车充电器多采用开关型电源，型号虽多，但电路结构大同小异，主要区别在所选用的脉宽调制(PWM)芯片不同(如UC3845、UC3842、SG3524, TL494)。现以佳腾牌充电器为例，介绍其原理和故障检修方法。一、电路原理根据实物测绘的佳腾牌充电器电路原理如图1所示。整机可分为PWM产生和推动电路、功率开关变换电路、充电状态指示电路和交流输入电路四个部分。I.PWM产生和推动电路PWM产生电路由IC1( TL494)和外围元件构成。TL494是PWM开关电源集成电路。引脚功能和内部方框图如图2所示IC1第、脚外接的C1O、 R19是定时元件，决定锯齿波振荡器
2、的振荡频率，f=1.1/RC，按图中数值为50kHz。第(14)脚是+5V基准电压输出端，除片内使用外，还直接或分压后供第、(13)脚和IC2使用。第(13)脚为输出方式控制端，在该脚接低电平时为单端输出方式，图中接第(14)脚+5V高电平，为双端输出方式。第脚为死区时间控制端，该脚电位决定死区时间。电位升高，死区时间延长，输出脉宽变窄，当电位大于锯齿波电压时，输出脉宽将变得很窄，甚至停振。凡输出端采用半桥式或全桥式开关电路，都要正确设置死区时间，以免两个开关管同时导通，发生电源短路的危险。图中该脚电位由基准电压经R24和R20分压取得，实测电压为0.46V。C15是软启动电容。第、脚和第(1
3、6)、(15)脚是IC1内部两个电压比较器的正、反相输入端，分别用作充电电压取样和充电电流取样。+44V充电电压经R28、R27和R26分压反馈至第脚。C15是软启动电容。第脚电位由基准电压经R23和R3分压取得，实测为3. 2V,第脚电位愈高，输出脉宽愈窄，充电电压愈低;反之脉宽增宽，充电电压升高从而实现稳定+44V充电电压的目的。Ra是充电压调试电阻，Ra和R26的并联阻值愈小，充电电压愈高。R29是充电电流取样电阻，由该电阻上取得的电压变化，经R13送入IC1第(15)脚。充电电流愈大，第(15)脚电位愈低。当第(15)脚电位小于第(16)脚(接地)电位时，IC输出端将被封闭，从而实现过
4、流保护。Rb是过流保护调试电阻，本机予设为1.8A。外部输入信号的变化，经片内电路处理后，由第、(11)脚输一对大小相等，相位相差180，脉宽可变的方波，经V3、V4推挽放大后，由变压器T2耦合至功率开关变换电路。2.功率开关变换电路V1、V2两个开关管串联接在+300V供电电压和地之间，组成半桥式开关电路，在调宽脉冲的作用下，轮换导通和截止，将十300V直流转换为高频交流电。电流流向示意图如图3所示。V1导通时，C5十V1 ceT2的、端T3的、端C6C5-。V2导通时，C5十C4T3的、端T2的、端V2 ceC5-。T3次级输出电压经D15、C17全波整流滤波，输出十44V供蓄电池充电。T
5、3次级另一绕组经D9、D10、C18整流滤波，输出十24V向IC1和IC2供电。R7、R9是启动电阻，在开机瞬间向V1、V2基极提供激励电流，使电路自激启动。C7、D5、R4(或C8、D8、Rl1)是加速网络。D6、D7为保护二极管。C3、R1为尖峰吸收网络。3.交流输入电路220V市电经D1 -D4桥式整流、C5滤波，取得+300V电压，向功率开关变换电路供电。4.充电状态指示电路由IC2 (HA17358)和双色发光管LED2构成。IC2是双运放集成电路，这里接成两个电压比较器。由充电电流取样电阻R29取得的电压变化信号，经R31送入IC2第脚。充电初期，充电电流较大，R29上降压增大(注
6、意:R29上的电压对地为负电压).第脚电位小于第脚电位，第脚输出高电平，充电指示灯LED2-A点亮。当电池接近充满时，充电电流减小，R29上的电压也减低，当第脚电位大于第脚电位时，第、脚变为低电平，第脚输出高电平，充满指示灯LED2-B点亮。 Rc是充电状态指示调整电阻，选用适当阻值接入，使之达到设定的指示状态(200mA )。二、检修方法本机有热地和冷地之分，测量时不要选错参考点。热地和市电相通，若需加电检修，应加用隔离变压器，以防触电。多数情况下，使用万用表电阻档，在线检查，就能找到故障元件。检修PWM电路用外接电源(即在+24V滤波电容C18两端外接15一20V稳压电源)最为安全有效。
7、加电试机，正常情况下，LED1应点亮。十44V端不接负载时，充满指示LED2-B应亮(绿色)，+44V电压略有下降，实测为+42V，不要误为故障。续入假负载时(可用1 000W电炉丝代)充电指示LED2-A应亮。1.保险烧断、玻管内壁发黑或炸裂。此现象表明电路有严重短路之处，以滤波C5、市电整流D1 - D4开关管V1、V2、整流D15等多个元件同时击穿多见。用万用表Rx1档在路即可找出故障元件。2.电源指示LED1不亮，无十44V电压输出。故障说明电路没有工作，在+300V电压输出正常的情况下，应重点检查启动电阻R7、R9有无断路，V1、V2基极回路元件D5、R4、R6、D8、R11、R8损
8、坏，IC1、V3、V4损坏而无调宽脉冲输出。外加电源，用示波器测IC1第脚，应有正常的锯齿状振荡波形，若定时元件R19、C10正常而无波形，可判定IC1坏。IC1第、(11)脚应测得正常的方波，当测其无波形或不正常时，若各引脚电压正常，应更换IC1。若V3、V4波形不正常，查Rl2、V3、V4和外围元件。附表和图4列出在外接十15V稳压电源、十44V输出端空载条件下IC1、IC2各管脚对地电压值和关键点波形图，供检修参考。ICl第(14)脚电压(+5V基准电压)若不正常，ICl第(13)、脚电压都会不正常，IC2有关引脚电压也会不正常。断开IC1第(14)脚外电路后，若各引脚电压仍不正常，则可
9、判定IC1损坏。一款低成本、高可靠性的电瓶车充电器制作根据电动自行车铅酸蓄电池的特点，当其为36V/12AH时，采用限压恒流充电方式，初始充电电流最大不宜超过3A。也就是说，充电器输出最大达到43V/3A/129W，已经可满足。在充电过程中，充电电流还将逐渐降低。以目前开关电源技术和开关管生产水平而言，单端开关稳压器输出功率的极限值已提高到180W，甚至更大。输出功率为150W以下的单端它激式开关稳压器，其可靠性已达到极高的程度。MOS FET开关管的应用，成功地解决了开关管二次击穿的难题，使开关电源的可靠性更上一层楼。目前，应用最广的、也是最早的可直接驱动MOS FET开关管的单端驱动器为M
10、C3842。MC3842在稳定输出电压的同时，还具有负载电流控制功能，因而常称其为电流控制型开关电源驱动器，无疑用于充电器此功能具有独特的优势，只用极少的外围元件即可实现恒压输出，同时还能控制充电电流。尤其是MC3842可直接驱动MOS FET管的特点，可以使充电器的可靠性大幅提高。由于MC3842的应用极广，本文只介绍其特点。MC3842为双列8脚单端输出的它激式开关电源驱动集成电路，其内部功能包括：基准电压稳压器、误差放大器、脉冲宽度比较器、锁存器、振荡器、脉宽调制器(PWM)、脉冲输出驱动级等等。MC3842的同类产品较多，其中可互换的有UC3842、IR3842N、SG3842、CM3
11、842(国产)、LM3842等。MC3842内部方框图见图1。其特点如下：单端PWM脉冲输出，输出驱动电流为200mA，峰值电流可达1A。启动电压大于16V，启动电流仅1mA即可进入工作状态。进入工作状态后，工作电压在1034V之间，负载电流为15mA。超过正常工作电压，开关电源进入欠电压或过电压保护状态，此时集成电路无驱动脉冲输出。内设5V/50mA基准电压源，经2:1分压作为取样基准电压。输出的驱动脉冲既可驱动双极型晶体管，也可驱动MOS场效应管。若驱动双极型晶体管，宜在开关管的基极接入RC截止加速电路，同时将振荡器的频率限制在40kHz以下。若驱动MOS场效应管，振荡频率由外接RC电路设
12、定，工作频率最高可达500kHz。内设过流保护输入(第3脚)和误差放大输入(第1脚)两个脉冲调制(PWM)控制端。误差放大器输入端构成主脉宽调制(PWM)控制系统，过流检测输入可对脉冲进行逐个控制，直接控制每个周期的脉宽，使输出电压调整率达到0.01%/V。如果第3脚电压大于1V或第1脚电压小于1V，脉宽调制比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。如果利用第1、3脚的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲，无疑使电路的抗干扰性增强，开关管不会误触发，可靠性将得以提高。内部振荡器的频率由第4、8脚外接电阻和电容器设定。同时，内部基准电压通过
13、第4脚引入外同步。第4、8脚外接电阻、电容器构成定时电路，电容器的充/放电过程构成一个振荡周期。当电阻的设定值大于5k时，电容器的充电时间远大于放电时间，其振荡频率可根据公式近似得出：1/Tc1/0.55RC1.8/RC。由MC3842组成的输出功率可达120W的铅酸蓄电池充电器如图2所示。该充电器中只有开关频率部分为热地，MC3842组成的驱动控制系统和开关电源输出充电部分均为冷地，两种接地电路由输入、输出变压器进行隔离，变压器不仅结构简单，而且很容易实现初次级交流2000V的抗电强度。该充电器输出端电压设定为43V/1.8A，如有需要可将电流调定为3A，用于对容量较大的铅酸蓄电池充电(如用
14、于对容量为30AH的蓄电池充电)。市电输入经桥式整流后，形成约300V直流电压，因而对此整流滤波电路的要求与通常有所不同。对蓄电池充电器来说，桥式整流的100Hz脉动电流没必要滤除干净，严格说100Hz的脉动电流对蓄电池充电不仅无害，反而有利，在一定程度上可起到脉冲充电的效果，使充电过程中蓄电池的化学反应有缓冲的机会，防止连续大电流充电形成的极板硫化现象。虽然1.8A的初始充电电流大于蓄电池额定容量C的1/10，间歇的大电流也使蓄电池的温升得以缓解。因此，该滤波电路的C905选用47F/400V的电解电容器，其作用不足以使整流器120W的负载中纹波滤除干净，而只降低整流电源的输出阻抗，以减小开
15、关电路脉冲在供电电路中的损耗。C905的容量减小，使得该整流器在满负载时输出电压降低为280V左右。 U903按MC3842的典型应用电路作为单端输出驱动器，其各引脚作用及外围元件选择原则如下(参见图1、图2)。第1脚为内部误差放大器输出端。误差电压在IC内部经D1、D2电平移位，R1、R2分压后，送入电流控制比较器的反向输入端，控制PWM锁存器。当1脚为低电平时，锁存器复位，关闭驱动脉冲输出，直到下一个振荡周期开始才重新置位，恢复脉冲输出。外电路接入R913(10k)、C913(0.1F)，用以校正放大器频率和相位特性。第2脚内部误差放大器反相输入端。充电器正常充电时，最高输出电压为43V。
16、外电路由R934(16k)、VR902(470)、R904(1k)分压后，得到2.5V的取样电压，与误差放大器同相输入端的2.5V基准电压比较，检出差值，通过输出脉冲占空比的控制使输出电压限定在43V。在调整此电压时，可使充电器空载。调整VR902，可使正负输出端电压为43V。第3脚为充电电流控制端。在第2脚设定的输出电压范围内，通过R902对充电电流进行控制，第3脚的动作阈值为1V，在R902压降1V以内，通过内部比较器控制输出电压变化，实现恒流充电。恒流值为1.8A，R902选用0.56/3W。在充电电压被限定为43V时，可通过输出电压调整充电电流为恒定的1.75A1.8A。蓄电池充满电，端电压43V，隔离二极管D908截止，R902中无电
