電動自行車智能充電器設(shè)計

1、目錄1 引言12 元器件的介紹 42.1 熱敏電阻. .42.2 特殊二極管.42.2.1 快速恢復(fù)二極管.4 穩(wěn)壓二極管.4 發(fā)光二極管.42.3 三極管.52.4 場效應(yīng)管.62.5 光電耦合器.72.6 晶閘管.82.7、TL431.92.8 開關(guān)電源脈沖集成電路UC3822.102.9 四運算放大器LM324.123、電路的總體設(shè)計.153.1、3842芯片控制器基本電路方框圖.153.2 功能模塊電路的設(shè)計.153.2.1 通電電路與整流電路的設(shè)計.153.3.2 UC3842的外圍電路設(shè)計.173.3.3 啟動和供電電路設(shè)計3.3.4 保護電路的設(shè)計.183.3.4 保護電路的設(shè)計

2、.193.4 充電器的原理圖.23結(jié)束語.24致謝.25參考文獻(xiàn).26附錄（一）.27附錄（二）.271 引言隨著公眾環(huán)保意識的加強，電動自行車以其綠色環(huán)保、價格適中、舒適便捷、操作方面等優(yōu)點，在各大城市得到快速的普及。評價電動自行車質(zhì)量好壞的重要參數(shù)之一是其蓄電池的使用壽命。電動車電池的使用壽命，首先取決于電池的設(shè)計和制造水平，然而使用維護和充電方法也會起到很關(guān)鍵性的作用。而蓄電池的充電過程對其壽命影響最大。研究表明：過充電，可使蓄電池發(fā)熱，電解液失水：而充電不足，則可使蓄電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不充分，長期充電不足會導(dǎo)致蓄電池容量下降。由此可見，充電器性能的好壞直接影響著蓄電池的使用效果和使用壽命。

3、為此,開發(fā)一種具有自主知識產(chǎn)權(quán),具備適用功率大(100500W)、性能可靠等特點的電動車用48V(20A·h)蓄電池充電器以滿足電動自行車發(fā)展的迫切需要。近年來充電器技術(shù)來發(fā)展非常迅速，它的發(fā)展經(jīng)歷了在研究充電方法對蓄電池壽命影響的基礎(chǔ)上，選擇合適的控制參數(shù)和充電策略，并在硬件上低成本地實現(xiàn)，是電動自行車智能充電器要實現(xiàn)的設(shè)計目標(biāo).電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。電力電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)就是使用電力電子器件對電能進行變化和控制的技術(shù)，目前所使用的電力電子器件均由半導(dǎo)體制成，故也稱

4、為電力半導(dǎo)體器件。電力電子所變化的“電力”，功率可以達(dá)到數(shù)百兆，也可以小到數(shù)瓦甚至毫瓦級。通常所用的電力電子器件有交流和直流兩種。從公用電網(wǎng)直接得到的電力是交流，從蓄電池得到的電力是直流。從這些電源得到的電力往往不能直接滿足需求，需要進行電力變化。電力變換通常有四大類，即交流變直流（AC-DC）、直流變交流（DC-AC）、直流變直流（DC-DC）、和交流變交流（AC-AC）。交流變直流稱為整流，直流變交流稱為逆變，直流變直流是指一種電壓（或電流）的直流變?yōu)榱硪环N電壓（或電流）的直流，可用斬波電路進行實現(xiàn)。交流變交流又可以稱為交流電力控制，還多了一些其他的如頻率或者相數(shù)的變換。本課題綜合應(yīng)用所學(xué)

5、的電力電子技術(shù)、電路、模擬電子線路的理論知識，深入學(xué)習(xí)，設(shè)計出一種智能控制電路。通過對充電器工作原理的分析和電路的設(shè)計并實際調(diào)試，來加強對開關(guān)電源產(chǎn)品的認(rèn)識和接受，在研究電動自行行車的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一款基于UC3842和LM324的智能充電器，該充電器能夠?qū)π铍姵剡M行很好的監(jiān)測于控制，從而在達(dá)到快速充電的同時又能夠有效的對蓄電池起到保護作用。電力電子技術(shù)對于節(jié)省電能有很重要的意義。特別在大型風(fēng)機、水泵采用變頻調(diào)速方面，在使用量特別龐大的照明電源等方面，電力電子技術(shù)的節(jié)能效果十分顯著，因此也被稱為節(jié)能技術(shù)?？傊?，電力電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。從人類對宇宙和大自然的探索，到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，再到我

6、們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。這也激發(fā)了一代又一代的學(xué)者和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)、研究電力電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。2 元器件的介紹2.1 熱敏電阻熱敏電阻：熱敏電阻就是不同溫度下阻值會變化的電阻。熱敏電阻有正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)兩種。所謂的正溫度系數(shù)熱敏電阻就是它的阻值會隨著溫度的升高而變大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。光敏電阻：光敏電阻就是在不同強度的光的照射下，其阻值會發(fā)生變化的電阻。壓敏電阻：當(dāng)輸入的電壓達(dá)到壓敏電阻標(biāo)稱電壓值后阻值急劇減小的電阻，主要作用是保護電動自行車充電器內(nèi)部的電路不會被過高的市電電壓所損壞。電阻的讀數(shù)表參照附錄（一）電容需

7、要注意的一個問題就是若被測電容存儲電荷時，應(yīng)先將它存儲的電荷放掉，以免損壞萬用表、或者電擊傷人。若被測電容的電壓比較高的時候，可以用電烙鐵的插頭碰觸電容的引腳，利用電烙鐵內(nèi)阻將電荷釋放，這樣可以減小放電電流；若電容電壓比較低，可以用萬用表的金屬部位短接電容的引腳，將存儲的電能直接放掉。電容的型號含義參照附錄（二）2.2 特殊二極管2.2.1 快速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)二極管是一種反向恢復(fù)時間很短、開關(guān)性能好的二極管，它主要應(yīng)用于充電器的開關(guān)電源部分。所謂的反向恢復(fù)時間是指二極管從導(dǎo)通狀態(tài)到截止?fàn)顟B(tài)，從輸出脈沖下降到零線開始，到反向電源恢復(fù)到最大反沖電流的10所需要的時間。 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管簡稱

8、穩(wěn)壓管，它是利用二極管的反向擊穿特性來工作的。在電動自行車電路中，它常常用于充電器、控制器。穩(wěn)壓的外形和普通二極管的外形基本相同。 發(fā)光二極管發(fā)光二極管在電動自行車充電器中常常用來作為指示燈，發(fā)光二極管一般分發(fā)紅光、綠光、黃光等幾種，發(fā)光二極管的工作電流一般為幾毫安至幾十毫安，發(fā)光二極管的發(fā)光強度基本上與其正向?qū)娏鞒删€性關(guān)系。發(fā)光二極管只工作在正向偏置狀態(tài)下，正常情況下，發(fā)光二極管的正向?qū)妷涸?.53V，多為1.8V。在實際電路中，若流過發(fā)光二極管的導(dǎo)通電流過大，有可能造成發(fā)光二極管過流損壞，因此在實際應(yīng)用中，往往會在發(fā)光二極管串接一個限流電阻，以防止大電流燒壞二極管。2.3 三極管三

9、極管有3個電極，分別為基極（b）、集電極（c）與發(fā)射極（e）.目前研制的三極管的主要材料有硅和鍺兩種，每一種材料的三極管根據(jù)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，又可以分為NPN和PNP型，電路符號如下圖2-1所示。圖2-1 普通三極管在電路中表示的符號參照圖2-1，三極管的發(fā)射極上都畫有箭頭，以便與集電極的區(qū)別。而箭頭的方向就代表三極管中電流的方向。NPN三極管中基極流過的電流加集電極流過的電流等于發(fā)射極流出的電流。三極管在電路中通常用作放大與開關(guān)，放大器工作在三極管的線性區(qū)域，開關(guān)電路中的三極管工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。通過設(shè)置三極管電路德不同參數(shù)以及外圍電路，可以構(gòu)成多種多樣的電路測試普通三極管時，因為普通三極

10、管可等效為2個PN結(jié)，故可用三極管的測量方法測NPN型三極管。先將黑表筆放在三極管的基極b，然后分別將紅表筆放在集電極c和發(fā)射極e，兩次都應(yīng)有讀數(shù)，而且比較近似；反過來把黑表筆放在基極b，紅表筆放在集電極c和發(fā)射極e，無論表筆怎樣連接都應(yīng)該沒有讀數(shù)。若不符合以上三種情況則說明該三極管已損壞。PNP型三極管的測量跟NPN型正好相反，當(dāng)紅表筆放在基極b，黑表筆分別放在集電極c和發(fā)射極e時，應(yīng)有讀數(shù)，且2次讀數(shù)相近，反過來讀數(shù)應(yīng)很大，否則說明已經(jīng)損壞。在采用數(shù)字型萬用表測試NPN型三極管時，應(yīng)該用紅表筆接b極，黑色表筆接c極和e極，而測試PNP型三極管時表筆接法相反。2.4 場效應(yīng)管1、場效應(yīng)管的特

11、點場效應(yīng)管是一種常用的半導(dǎo)體器件，通常在模擬電路中作為放大器使用，在數(shù)字電路中作為開關(guān)器件使用。場效應(yīng)管和三極管很相似，但二者的控制特性卻截然不同；三極管時電流控制器件，通過控制基極電流來控制集電極電流或者發(fā)射極的電流，即需要信號源提供一定的電流才能工作，所以它的輸入阻抗較低；場效應(yīng)管則是電壓控制器件，它的輸出電流由輸入電壓的大小來決定，基本上不需要信號源提供電流，所以它的輸入阻抗較高。此外場效應(yīng)管與三極管相比，場效應(yīng)管的開關(guān)速度快、高頻特性好、熱穩(wěn)定性好、功率增益大及噪聲小，因而在電動自行車充電器上得到廣泛的應(yīng)用。2 場效應(yīng)的分類場效應(yīng)管分為普通場效應(yīng)管和組合場效應(yīng)管，外觀結(jié)構(gòu)和普通三極管及

12、組合三極管相似，維修或者代換時候要注意區(qū)別。場效應(yīng)管按其結(jié)構(gòu)的不同可以分為結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管兩種類型，其中絕緣柵場效應(yīng)管在電動自行車充電器應(yīng)用較多，并且多為N溝道場效應(yīng)管。圖2-2 場效應(yīng)管電路圖不管什么型號什么類別的場效應(yīng)管，都有柵極（G）、漏極（D）和源極（S）三個電極。這三個電極所起的作用于三極管對應(yīng)的集電極、基極、發(fā)射極有點類似，柵極相當(dāng)于三極管的基極，漏極相當(dāng)于三極管的集電極，源極相當(dāng)于三極管的發(fā)射極，但是場效應(yīng)管和三極管的原理和特性是不相同的。場效應(yīng)管在電路中的符號如圖2-2所示。3、場效應(yīng)管的檢測場效果損壞主要的故障是開路、擊穿。用萬用表電阻檔測量場效應(yīng)管任意兩引腳之間

13、的正反向電阻值。如果兩次及兩次以上電阻值較小，則說明該場效應(yīng)管已經(jīng)損壞；如果出現(xiàn)一次電阻值較?。ㄒ话銥閿?shù)百歐姆），其余各次測量電阻值均為無窮大，還需要做進一步的判斷。對于N溝道管，將萬用表至于R×10k檔后，紅表筆結(jié)S極，黑表筆先觸碰D極和G極，然后再用R×1檔測量D極與S極之間的正反向電阻值，若測得正反向電阻值均為很小，說明管能夠被觸發(fā)導(dǎo)通，否則說明該管損壞。對于P溝道管，黑表筆接S極，紅表筆先觸碰G、D極，然后測量D極與S極之間的正反向電阻，若測得正反向電阻阻值均很小，說明該管是好的，否則表面已經(jīng)損壞。此處注意的一個問題就是金屬氧化物場效應(yīng)管其柵極很容易感應(yīng)電荷而將管子

14、擊穿，維修時候應(yīng)注意防止靜電。2.5 光電耦合器1、光電耦合器工作原理在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。2、基本工作特性（1）共模抑制比很高 在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。 （2）輸出特性 光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當(dāng)IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極

15、輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)IF>0時，在一定的IF作用下，所對應(yīng)的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。其測試連線如圖2，圖中D、C、E三根線分別對應(yīng)B、C、E極，接在儀器插座上。 （3）光電耦合器可作為線性耦合器使用。 在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，

16、不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。 3、光電耦合器的檢測懷疑光電耦合器異常時，可以采用代換法和電阻檢測法進行檢查。用萬用表判斷好壞，斷開輸入端電源，用R×1k檔測1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應(yīng)為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP，3、4間腳電阻發(fā)生變化，說明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。 2.6 晶閘管晶閘管（又稱為可控硅）有單向晶閘管和雙向晶閘管.晶閘管主要用在電動自行車充電器中。（1）單向晶閘管是由3個PN結(jié)構(gòu)成的4層三端器件，它

17、的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2-3所示。 圖2-3 單向晶閘管結(jié)構(gòu)和構(gòu)成示意圖它的三個引腳的功能分別是：G為控制極，A為陽極，K為陰極。（2）引腳和性能的判斷由上圖可以看出，單向晶閘管的G極和K極之間有一個PN結(jié)，所以只有這2個引腳具有但向?qū)ㄌ匦?，其余引腳間的阻值應(yīng)為無窮大。將指針式萬用表至于R×1檔，任意測單向晶閘管兩引腳的阻值，測試中出現(xiàn)數(shù)十歐阻值時，說明黑表筆接的阻值為G極，紅表筆為K極，剩下的引腳為A極。單向晶閘管的性能判斷：將指針式萬用表的紅表筆接K極，用黑表筆瞬間短接A極和G極，隨后測A極和K極之間的阻值為幾十歐姆 ，說明晶閘管被觸發(fā)并維持導(dǎo)通狀態(tài)。否則說明該晶閘管已損壞。2.7

18、、TL431以往誤差取樣、放大電路均由分立元件構(gòu)成，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，三端誤差放大電路的應(yīng)用不但簡化了誤差取樣、放大電路，提高了穩(wěn)壓控制的精度性，還大大降低了該電路的故障率。本充電器的開關(guān)源采用的集成電路放大器常見的型號為T;431。TL431屬于精密型誤差放大器，有8腳直插式封裝和3腳直插式封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖2-4所示：圖2-4 TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖目前，常用的是3引腳封裝，它有3個引腳，分別是誤差信號輸入端R、接地端A，和控制信號輸出端K。采用TL431A構(gòu)成的誤差取樣、放大電路如下圖2-5所示：當(dāng)市電電壓升高或者負(fù)載變輕引起輸出端電壓升高時，使3端誤差放大信號TL431的R極

19、輸入的取樣電壓升高，致使放大管導(dǎo)通加強，TL431的K極電位下降，流過K極的電流變大，發(fā)生變化的電流經(jīng)過LM324運算放大器對信號進行放大，從而使流過光電耦合器的電流真大，發(fā)光加強，使光敏管因受光照而導(dǎo)通加強，它的3腳輸出電壓升高，通過調(diào)寬電路處理后使開關(guān)管的激烈脈沖的占空比減小，開關(guān)管VT1的導(dǎo)通時間減小，開關(guān)電源輸出的電壓下降到正常值。反之，控制過程相反。該段電路的故障特征：TL431異常，不能控制光電耦合器內(nèi)發(fā)光管的導(dǎo)通電流，會產(chǎn)生開關(guān)電源輸出電壓升高的故障。圖2-5 TL431誤差取樣、放大電路2.8 開關(guān)電源脈沖集成電路UC3822UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖參見圖2-6，UC3842他

20、激式開關(guān)電源典型的激勵電路多以RS觸發(fā)器為核心構(gòu)成。RS觸發(fā)器的真值表如表2-1所示。輸入端輸出端SRQQ非00不變不變010110101100表2-1 RS觸發(fā)器的真值表圖2-6 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖當(dāng)芯片UC3842內(nèi)的震蕩器工作后，由該電路產(chǎn)生的的矩形震蕩脈沖送到觸發(fā)器的S端。當(dāng)S端為高電平，R為低電平時，觸發(fā)器Q端為高電平，Q非端為低電平，此時時VT3截止，同時推挽放大器VT2截止，VT1導(dǎo)通，經(jīng)VT1放大后的高電平激勵脈沖由6引腳輸出，通過R3使開關(guān)管VT4導(dǎo)通。VT4導(dǎo)通后，300V的電壓通過開關(guān)變壓器T1的初級繞組、VT1的DS極、R4夠成導(dǎo)通回路，在R4的兩端建立起取樣電壓

21、，經(jīng)過R5給電容C4充電，C4兩端的電壓經(jīng)過3引腳送到電流比較器的同相輸入端。當(dāng)C4端的電壓大于其反相輸入端的電壓時，電流比較器輸出高電平，使得觸發(fā)器R變?yōu)楦唠娖?，此時，不管S為何值時，輸出端Q均為低電平，此時VT1截止，VT2導(dǎo)通，致使開關(guān)管VT4截止，從而控制變壓器兩端的電壓截止，使得300V的直流電經(jīng)過斬波后變成了交流電，經(jīng)變壓器進行變壓。在這個過程中當(dāng)Q端為低電平Q非端為高電平后放電管VT3導(dǎo)通使得C4兩端的電壓經(jīng)過VT3進行泄放。重復(fù)上面的過程，RS觸發(fā)器輸出PWM矩形脈沖，該脈沖經(jīng)過芯片的6引腳輸出后，驅(qū)動開關(guān)管VT4工作在開關(guān)狀態(tài)，從而變壓器實現(xiàn)變壓。2、引腳的識別和引腳的功能

22、（1）引腳的識別。UC3842引腳順序如圖2-7所示。圖2-7 UC3842引腳圖 （2）引腳功能。開關(guān)電源脈寬調(diào)制集成電路UC3842的引腳功能和檢測數(shù)據(jù)如下表2-2所示。引腳號 引腳名 引腳功能電壓V對地電阻黑表筆接5引腳紅表筆接5引腳1COMP誤差放大器輸出端3.6510.66M2VFB輸出電壓取樣輸入517.07M3CorrentSense開關(guān)電流檢測0.0117.80M4RTCT振蕩器外接RC定時原件1.212.40M5GND熱地端0006OUTPUT開關(guān)管驅(qū)動脈沖輸出0.210.88M7Vcc電源端17188.54M8VREF5V電壓輸出5.03.6K3.62M表2-2 UC384

23、2的引腳功能和檢測數(shù)據(jù)注意：采用數(shù)字萬用表在48V充電器待機狀態(tài)測電壓值，機型不同所測得的電壓會有不同，電阻是采用數(shù)字萬用表在裸塊上測量2.9 四運算放大器LM324LM324內(nèi)設(shè)4個完全相同的運算放大器及運算補償電路，采用差分輸入方式。這種芯片工作的電壓范圍是332V，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-9所示，它的引腳功能如表2-3所示。圖2-8 LM324內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖引腳號引腳名功能1OUT1運算放大器1輸出2Inputsl()運算放大器1反相輸入端3Inputsl()運算放大器1同相輸入端4VCC供電5Inputsl()運算放大器2同相輸入端6Inputsl()運算放大器2反相輸入端7OUT2運算放大器

24、2輸出8OUT3運算放大器3輸出9Inputsl()運算放大器3反相輸入端10Inputsl()運算放大器3同相輸入端11GND接地12Inputsl()運算放大器4同相輸入端13Inputsl()運算放大器1反相輸入端14OUT4運算放大器4輸出表2-3 LM324的引腳功能3、電路的總體設(shè)計3.1、UC3842芯片控制器基本電路方框圖圖3-1 UC3842芯片控制器基本方框圖由電源控制芯片和四運算放大器LM324構(gòu)成智能充電器，UC3842和相關(guān)的元器件構(gòu)成了功率變換器的部分，LM324和相關(guān)元器件構(gòu)成了電壓檢測和控制部分。首先市電通過整流濾波后來一路來到變壓器，另一路經(jīng)過啟動電阻給UC3

25、842供電，使得UC3842啟動，內(nèi)部振蕩器工作，產(chǎn)生一個鋸齒波脈沖來控制MOS管的導(dǎo)通與觸發(fā)，從而對變壓器初級線圈一路的電壓進行開通與截止，副邊得到電壓，由LM324進行電壓取樣，經(jīng)過光耦反饋給UC3842，來調(diào)節(jié)UC3842的輸出脈沖的占空比，從而使輸出電壓趨于穩(wěn)定值。該充電器的最終目的是把交流市電220V經(jīng)過一系列的斬波降壓最后在輸出端得到一個58V直流電壓。3.2 功能模塊電路的設(shè)計3.2.1 通電電路與整流電路的設(shè)計圖3-2 整流電路的設(shè)計 該充電器通過連接市電220V后，首先經(jīng)過保險絲和熱敏電阻，保險絲在這里的作用是保護電路，在電路發(fā)生意外故障時能自動斷開電路，從而起到一種安全的作

26、用。充電器在通電的瞬間，突然加上220V的電壓，其瞬間的浪涌電流會很大，如果不采取的必要的措施，對電路的元器件會造成損壞，傳統(tǒng)的做法是加一個電阻來減小浪涌電流，但是當(dāng)電路正常工作時，也就不存在浪涌電流，該電阻將會耗能，浪費不必要的能量，現(xiàn)在用熱敏電阻來代替原始的普通電阻，這樣做的好處就是在接通電源的瞬間，電阻會很大，讓電流變小，但是正常工作時候電阻會變小，減小不必要的浪費，根據(jù)這一目的，我們可選擇型號為NTC 5D-9負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，該熱敏在25度室溫時其電阻值為5，尺寸大小為9mm（直徑），最大電流3A。隨后將其送到差模電容和互感線圈組成的濾波電路，濾除市電電網(wǎng)中的高頻脈沖后，這里電容

27、還起到了一個穩(wěn)壓的左右，使輸入的電壓穩(wěn)定在220V左右，然后通過D1D4組成的橋式整流堆進行整流，在濾波電容C15兩端得到300V左右的直流電壓。橋式電路整流后的電壓公式為Ud=0.9U2，而由于VT4、VT7和VT5、VT6輪流導(dǎo)通，所以經(jīng)過每個晶閘管的電流大小為ID = 0.45 U2RL。根據(jù)上面整流公式我們可以計算出整流后的電壓大小在198V左右，如何得出上面所說的300V？這里面就是由電解電容所發(fā)揮的作用，在整流橋的輸出端并聯(lián)一個容量較大電容，由于整流后的電壓是直流，有正負(fù)之分，故選擇有極限的電解電容，220V是指交流電的有效值U，它與交流電峰值Um的關(guān)系是：U=0.707Um。所以

28、220V交流電的峰值Um=1.414×220=311V.，交流電經(jīng)整流以后，通常是接電容器濾波。在沒有負(fù)載電流的情況下，電容器被充電至峰值電壓Um，就是311V。考慮交流電壓可能有±10，接負(fù)載之后其電壓值會有所下降，所以這里可以選擇型號為400V、82uF 的電解電容進行穩(wěn)壓濾波。300V電壓一路通過開關(guān)變壓器T1的初級線圈繞組加到開關(guān)管VT1的D極為它供電，另一路經(jīng)過啟動電阻R5對電源控制芯片UC3842的7引腳外接的濾波電容供電，從而在7引腳能夠得到穩(wěn)定的供電電壓，讓其正常工作。啟動電阻的阻值一般在150K200K之間，這樣選擇的理由是UC3842的啟動電流通常在1.

29、5mA2mA之間,UC3842的正常工作電流在15mA左右。3.3.2 UC3842的外圍電路設(shè)計。圖3-3 UC3842外圍電路圖當(dāng)C3兩端的電壓達(dá)到16V時，UC3842內(nèi)部的啟動電路開始工作，由基準(zhǔn)電壓發(fā)生器（引腳8）產(chǎn)生的5V基準(zhǔn)電壓不僅為內(nèi)部震蕩器等電路供電，而且從UC3842的8引腳輸出，5V電壓通過定時元件R10，C6和UC3842的4引腳內(nèi)的振蕩器在C6兩端產(chǎn)生鋸齒波脈沖電壓，從而振蕩器輸出矩形振蕩脈沖，經(jīng)過6引腳輸出，控制開關(guān)管的開通與截止。R3兩端的取樣電壓經(jīng)過R6和C7積分后加到UC3842的3引腳，當(dāng)3引腳的輸入電壓達(dá)到1V（高電平）時，參照上圖3-1及表3-1知輸出激

30、勵脈沖為低電平，使開關(guān)管截止，從而變壓器工作，在副邊得到相應(yīng)的交流電，經(jīng)整流濾波后后產(chǎn)生直流電壓為相應(yīng)的的負(fù)載供電。經(jīng)過啟動電阻后的另一路電路通過C2和VD12進行一個濾波除雜，會在C61的2端形成一個穩(wěn)定的電壓，這個電壓為引腳2提供一個參考電壓2.5V，當(dāng)通過光電耦合器反饋回來的電壓信號與2.5V有差異時，2號引腳就能夠通過自己內(nèi)在的控制來實現(xiàn)占空比的調(diào)至，從而穩(wěn)定輸出的電壓。經(jīng)過啟動電阻后的電壓也會給光電耦合器提供一個啟動電壓。VT1導(dǎo)通期間，如果市電電壓變化，假如說變大，那么此時的輸出電壓就會跟著變大，長時間在這種情況下工作，VT1會損壞，此時我們可以利用UC3842的3引腳（開關(guān)管電流

31、檢測信號）來對流過VT1的電流進行監(jiān)視，當(dāng)電流過大時，則取樣電阻R13會把取樣電壓通過R6進行限流加到了UC3842的3引腳，從而UC3842的內(nèi)部會控制6引腳輸出，提高它的占空比，竟而可以達(dá)到限制電流的作用。當(dāng)6引腳輸出的電壓為高電平時，電流經(jīng)過R2VT1的b-e極，取樣電阻構(gòu)成一個回路，變壓器的初級線圈開始儲存能量。當(dāng)6引腳的輸出為低電平的時候，此時VD8會迅速截止VT1。當(dāng)電路工作正常了之后，變壓器的次級線圈會經(jīng)過整流在電感電容C5兩端建立一個電壓，這個電壓將取代原來的啟動電阻所提供的電壓，也許有的人會覺得奇怪，為什么要取代原來的供電源呢？這是因為電源UC3842為了展寬市電輸入范圍，采

32、用了高阻小電流啟動（多為100uA）,待振蕩器等電路工作之后，芯片的電流達(dá)到200mA左右，因此需要通過開關(guān)電源產(chǎn)生的電壓取代啟動電路為它供電。3.3.3 啟動和供電電路設(shè)計自激式開關(guān)電源啟動電路有電阻限流和電阻、電容限流啟動2種，而本充電器的開關(guān)電源僅僅采用了電阻限流啟動方式。參見下圖3-4，400V的濾波電容兩端的300V電壓經(jīng)限流電阻R1、開關(guān)管VT1的b-e結(jié)構(gòu)成回路，回路中的電流為開關(guān)管提供了1 5mA的啟動電流，使VT1進入初始導(dǎo)通放大狀態(tài)，實現(xiàn)了開關(guān)電源的啟動。采用電阻限流啟動方式的特點是：負(fù)載過流時開關(guān)電源的過流保護電路動作，使開關(guān)電源停止工作，但開關(guān)電源會在啟動電路的作用下再

33、次啟動重復(fù)上述過程，通常開關(guān)變壓器會發(fā)出連續(xù)的高頻“吱吱”聲。圖3-4 啟動和供電電路圖3.3.4 保護電路的設(shè)計1.尖峰脈沖吸收由于開關(guān)變壓器是感性元件，所以開關(guān)管VT1截止瞬間，其c極上將產(chǎn)生極高的尖峰電壓，容易導(dǎo)致VT1過壓損壞。為此，開關(guān)電源設(shè)置了尖峰脈沖吸收回路，如下圖所示：圖3-5 保護電路設(shè)計圖當(dāng)開關(guān)管VT1截止瞬間，其c極上產(chǎn)生的反脈沖，這樣，C8經(jīng)過內(nèi)阻較小的VD2充電來吸收尖峰脈沖，C8通過阻值較大的R11放電，這樣不但有效的吸收了尖峰脈沖，而且降低了開關(guān)管VT1的損耗。若尖峰脈沖吸收回路的元件出現(xiàn)開路性故障，會導(dǎo)致開關(guān)管VT1在截止瞬間因尖峰脈沖電壓過高而損壞；若電容和二

34、極管擊穿使開關(guān)變壓器初級繞組感抗下降，會產(chǎn)生開關(guān)電源無電壓輸出故障。尖峰脈沖吸收回路的電阻、電容損壞后，通常表面有變色現(xiàn)象，甚至有裂痕。2、欠壓保護電路的設(shè)計如果市電等原因造成供電電壓的不足，那么電源UC3842輸出的激勵脈沖幅度不夠，容易導(dǎo)致開關(guān)管因激勵不足等原因損壞。為了避免這種危害，本開關(guān)電源設(shè)置了欠壓保護電路。若啟動電阻R5或者UC3842的7引腳內(nèi)外電路異常，導(dǎo)致啟動期間為UC3842的7引腳提供的電壓不足，也就是低于16V，芯片內(nèi)的啟動關(guān)閉控制電路輸出關(guān)閉信號，UC3842不能啟動；當(dāng)完成啟動后，若VD1、C5異常，為UC3842提供的工作電壓（通常稱該電壓為自饋電壓）低于10V后

35、，啟動關(guān)閉控制電路再次輸出低電平信號，使5V基準(zhǔn)電壓消失，使UC3842停止工作，實現(xiàn)欠壓保護。因該保護電路未采用閉鎖技術(shù)，所以保護動作后啟動電壓再次達(dá)到16V后電路仍會閉合。啟動、關(guān)閉之間的6V壓差用于防止保護電路誤動作。3、開關(guān)管過流保護電路的設(shè)計負(fù)載短路或負(fù)載突然變輕時，極易至開關(guān)管過流損壞。為了避免這種危害，開關(guān)電源設(shè)置了開關(guān)管過流保護電路，下面就本文使用的他激式開關(guān)電源的特點進行設(shè)計，電路如圖3-6所示。當(dāng)負(fù)載異常等原因引起開關(guān)管VT1過流時，在取樣電阻R3兩端產(chǎn)生壓降升高，該電壓經(jīng)過R6輸入到UC3842的3引腳的電壓到達(dá)1V時，也就是所謂的高電平，UC3842內(nèi)的電流比較器控制P

36、WM電路不能輸出激勵脈沖，VT1停止工作，實現(xiàn)過流保護。當(dāng)VT1停止工作后，待過流消失后開關(guān)電源再次啟動，若負(fù)載異常的故障未排除，電流比較器再次控制VT1停止工作，重復(fù)以上過程，開關(guān)電源重復(fù)工作在啟動與停止?fàn)顟B(tài)，開關(guān)變壓器T1發(fā)出連續(xù)的高頻“吱吱”的聲響。過流保護電路誤動作會產(chǎn)生開關(guān)電源無電壓輸出、輸出電壓低的故障，而它失效后在負(fù)載過流時會導(dǎo)致開關(guān)管擊穿。圖3-6 開關(guān)管過流保護電路設(shè)計圖4、穩(wěn)壓控制電路的設(shè)計。該開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制電路由電路由電源控制芯片UC3842、光電耦合器、四運算放大器LM324和誤差取樣電路構(gòu)成。由于誤差取樣是對開關(guān)電源輸出端電壓進行取樣，所以誤差取樣方式屬于直接取樣

37、方式。本充電器就是采用的這種方式。直接誤差取樣、放大就是直接對輸出電壓進行取樣、放大后，通過調(diào)寬或者調(diào)頻調(diào)寬電路控制開關(guān)管導(dǎo)通時間（或者同時控制振蕩頻率和導(dǎo)通時間），為確保開關(guān)電源輸出電壓的穩(wěn)定，最典型的設(shè)計電路如下圖3-7所示：當(dāng)市電電壓電壓降低或者負(fù)載變輕的時候，引起輸出端的電壓升高時，穩(wěn)壓電容C12兩端升高的電壓經(jīng)過R25限流后為TL431的誤差放大輸入端提供電流，再經(jīng)過運算放大器的放大為光電耦合器的引腳1提供的電壓升高，所以光電耦合器的電流就會真大，其內(nèi)部發(fā)光管加強，使光敏管因受光加強而導(dǎo)通加強，那么光電耦合器的3號引腳輸出的電壓升高，從而經(jīng)過R8的分壓，加到了UC3842的2引腳，使

38、得調(diào)寬電路輸出的開關(guān)管激勵脈沖的占空比減小，開關(guān)管VT1的導(dǎo)通時間縮短，開關(guān)變壓器T1蓄能下降，開關(guān)電源輸出的電壓值下降到正常值，實現(xiàn)穩(wěn)壓的控制。圖3-7 穩(wěn)壓電路設(shè)計圖該電路的特點：由于此類誤差取樣、放大方式無需開關(guān)變壓器利用了光電耦合器將誤差取樣放大器和脈沖控制電路隔離，因此穩(wěn)壓控制性能好，安全可靠性高。故障特征：光電耦合器內(nèi)的發(fā)光管異常，通常會產(chǎn)生開關(guān)電源輸出電壓高的故障，而光敏管異常多產(chǎn)生輸出電壓低的故障，有時也會產(chǎn)生輸出電壓高的故障。其他元器件異常產(chǎn)生的故障與串聯(lián)型開關(guān)電源的誤差取樣、放大電路異常產(chǎn)生的故障電路基本相同。3.4 充電器的原理圖根據(jù)上面分析設(shè)計，最終設(shè)計的電動自行車智能充電器設(shè)計圖如圖3-8所示，上面所給的部分設(shè)計圖若有不清楚的地方可參照總設(shè)計圖，所有元器件符號的標(biāo)注與說明都相互對應(yīng)，方便查閱。圖3-8 電動自行車智能充電器設(shè)計圖結(jié)束語本課題是利用電力電子技術(shù)對電動自行車充電器輸出電壓的控制與檢測。首次運用自己所學(xué)的知識將理論轉(zhuǎn)向了實際，由于第一次接觸充電器，對這個領(lǐng)域的知識還不是很了解，在一知半解的情況下買了這方面的書本，參照書本上面的知識，細(xì)心的研讀著上面的設(shè)計圖，因為沒有太多人對這方面很精通，且書