电动自行车充电器电路原理分析

电动自行车充电器

给电动车辆的铅酸电瓶、镍镉电瓶补充能源，要通过充电器进行。充电器的种类很多.一般以有无工频变压器区分可分为分两大类。大功率的普遍采用环牛工频变压器.虽然效率低，但是电流大(可到30A)、可靠。货运电动三轮无一例外地使用它，而30Ah以下的电瓶则大多采用开关电源技术，这样便提高了效率，甩掉了笨重的工频变压器。电动自行车充电器最大充电电流大多在2A左右。

1.采用开关电源技术的电动自行车充电器

(1)山东GD36充电器

电路原理图见图12所示。该充电器为半桥式充电器.主要性能指标为：输入电压：170-260V;输出电压：44 V(可调);最大充电电流：1.8A;浮充充电电流：200～100mA。

部分电动自行车充电器电路详解

1)电路原理

本充电器电路主要由市电整流滤波、自激加他激半桥转换、PWM控制、电压控制、电流控制、输出整流滤波六部分组成。

整流滤波 市电220V/50Hz经二极管D1～D4桥式整流、电容C5～C7滤波，得到310V左右的直流电压，作为开关变换器的电源。

自激加他激半桥输出电路主要由Q1、Q2、B2、B3等元件组成。

自激启动该电路的特点是自激启动，控制电路所需辅助电源由其本身提供，无需另设。自激振荡是利用磁心饱和特性产生的，具体过程为：接通电源，C5、C6上的150V电压经R5、R7、R9、R10给开关管Q1、Q2提供基极偏压。设Q1由TR5偏压而微导通，则推动变压器B2的②-④绕组感应出极性是②脚正、④脚负的电压，于是①-②绕组感应出①脚正、②脚负电压加到Q1的发射极，加速Q1的导通。这是一个十分强烈的正反馈过程，Q1迅速饱和导通。与此同时，③-⑤绕组感应出③脚正、⑤脚负的电压，使Q2截止。

Q1饱和导通后，150电压给B3①-②主绕组充电储能，线圈中的电流和由它产生的磁感应强度随时间线性增加。但当磁感应强度增大到饱和点Bm时，电感量迅速减小，Q1的集电极电流急剧增加，增加的速率远大于其基极电流的增加，Vce升高，于是Q1退出饱和进入放大区，推动变压器B2的②-④、①-②、③-⑤绕组感应电压将反向。这又是一个强烈的正反馈过程，结果是Q1截止、Q2饱和导通。此后，这种过程重复进行而形成振荡。

他激振荡：自激振荡过程中，B3的次级输出电压经D9、D10全波整流、C19滤波，建立起PWM控制电路芯片TL494所需的工作电源。TL494开始工作，由Q3、Q4输出相位差为180°的PWM脉冲，经B2⑥-⑦、⑦-⑧绕组感应至①-②或③-⑤绕组。于是Q1、Q2便由自激转为在他激PWM脉冲驱动下轮流导通。B3的次级⑨-⑦、⑨-⑧绕组输出电压经D15全波整流、C21滤波得到+44V电压给蓄电池充电。

D6、D7是两只钳位二极管.保护开关管Q1、Q2。保护机理是泄放B3初级的反激能量和漏感储能，消除反峰电压。当Q1由导通变为截止而Q2又尚未导通时，D7导通，把反激能量再生给C6充电;当Q2由导通变为截止而Q1又尚未导通时，D6导通，把反激能量再生给C5充电。这样，一方面消除了反峰电压，另一方面因反激能量回送电源而极大地提高了电源的效率。

PWM控制以TL494为核心组成。C12、R19与内部电路形成振荡，当这两只阻容元件参数为图标数值时，振荡频率约为50kHz。(13)脚接+5V，脉冲输出方式被设置为推挽输出。⑧、(11)脚输出的推挽调宽脉冲，经驱动电路放大后送半桥输出级，控制Q1、Q2轮流导通。

R20、R24分压值设定死区控制端④脚的电位，限定最大导通占空比小于45%。C18是缓启动电容，接通电源后，C18两端电压为零，④脚的电位近似为+5V，输出脉冲占空比为零。随着C18的充电，④脚电压逐渐降低，导通占空比逐渐增大，输出电压逐渐受控。

电压、电流控制：R26和R27是电压负反馈取样电阻，R26与R27分压，对输出电压进行取样，加到TL494的①脚进行电压控制。R3是电流取样电阻，取样电压经R13加到TL494的(15)脚进行电流控制。电流控制的实质也是控制输出电压。

推挽驱动：由Q3、Q4、B2等元件组成。这是一种典型的变压器推挽式功率放大电路。D11、D14的作用与D5、D7相似，保护Q3、Q4，把B2初级的反激能量回送电源。

充电状态指示主要由运放LM358、LED1、LED2等元件组成。当充电电流较大时，电流取样电阻R3上端电压大大低于地电位，LM358的②脚电位低于③脚电位，①脚输出高电平，电池充电指示灯LED1点亮;当充电电流较小(小于200mA)时，+5V经R36、R30、R3分压，R3上端电压略高于地电位，LM358②脚电位高于③脚，①脚输出低电平，电池充电指示灯LEDl熄灭，⑦脚输出高电平.在充满后指示灯LED2点亮。充电过程中的某一期间存在LEDl、LED2同时点亮的过渡状态。

2)调试

输出电压开路输出电压为44V，改变R26或R27可校准此值。夏天电压应比44V低1V，如果是胶体电池电压还要低，否则可能会充鼓包。

输出电流短路时输出电流为1.8A，改变R13可校准此值。

状态指示调试当充电电流为200mA时，蓄电池充满指示灯LED2应开始点亮。改变R30可校准该状态。

3)小结

很多半桥式充电器，以TL494为核心，结构十分类似，TL494内部包含了振荡、锯齿波形成、PWM、运放等基本单元电路，稳压和限流反馈都加到运放端。另以一块比较器集成电路为辅助，进行电流分段控制，这些集成电路工作需要电源、通电起始、启动电路工作为它们供电，然后由辅助电源逐步建立稳定的电源，为这些集成电路工作提供能量。

这些充电器有些故障类同，例如空载有较低输出电压，带负载输出消失。多数是TL494损坏，或者供电电路有故障。空载有输出说明自激正常，但是没有建立起正常的控制系统，带负载自激条件被破坏停振，输出电压消失。

对于空载无任何输出的半桥式充电器，在保险管损坏的情况下，首先怀疑两只开关管是否击穿，在更换NPN管的同时，检查2.2Ω等周边元件是否损坏。更换零件后通电检查，仍然空载，但要在市电输入端串联一只普通的100W白炽灯泡，当开机时，白炽灯泡闪亮一下变暗，同时半桥式充电器各种发光管正常发光，说明基本修好了，可以进行其他项目了;如果白炽灯泡常亮不变暗，说明充电器有其他故障。

有一类开关管的损坏原因是TL494完好，正向通道往后直到开关管正常。但是稳压反馈系统有问题。TL494输出到开关管的脉冲占空比失控(增加)，造成开关管的损坏。因此，最好在换开关管后，用稳压电源给集成电路供电，模拟改变稳压反馈系统反馈电压，用示波器观察占空比是否相应变化。

维修充电器安全问题很重要，一定要搞清楚电路中哪里带市电，哪里不带市电再下手，不要带电触摸内部线路和零件。用万用表测试时，要拔掉蓄电池和市电插头，对电容放电后再进行，对滤波电容放电可用普通白炽灯泡进行。

充电器的调整很重要，直接影响电池使用寿命。以12V电池为例，浮充电压13.5V~13.9V可长期进行，一般输出电压不要超过14.2V，否则易使电池失水。需要提醒的是：在控制充电压时胶体电池电压应低一些;夏天电压应低一些，降低幅度为每格(12V电池为6格)每℃4mV。维修充电器，关键是找到电压负反馈的电压取样电阻。熟练掌握减小取样电阻上半部分电阻值，输出电压降低;增大取样电阻上半部分电阻值，输出电压升高。或者反过来，减小取样电阻下半部分电阻值，输出电压升高;增大取样电阻下半部分电阻值，输出电压降低的方法。其次是找到充电电流取样电阻，以及电流检测比较器，掌握改变各阶段充电电流的方法。

参考地电位，在分析电流检测比较器电路时十分重要。这是因为充电器电流检测比较器的集成电路是单电源供电，比较器的一端接地，比较器的另一端接取样电阻，而取样电阻上的电压一般为负电压。

(2)石家庄某公司单激式充电器

充电器的原理图见图13。单激式充电器启动电路和半桥式不同，一般直接取自市电整流滤波后的平滑直流电，集成电路也以UC3842、UC3845和UC3844N为主，也有采用电路更加简洁的三端开关式TOP226集成块，UC38xx是电流控制PWM单输出专用芯片。广泛用于电脑显示器电源、电动车充电器等电源类产品。

部分电动自行车充电器电路详解

UC38xx和TL494类似，内部含有振荡器(OSC)，误差放大器、脉宽调制(PWM)，参考电压产生等PWM专用芯片必备的内电路。还具有三个特点，图腾柱式输出电路，输出电流可达1A，可直接驱动功率开关VDMOS管：具有内部可调整的参考电源。可以进行欠压锁定;这个带锁定的PWM，可以进行逐个脉冲的电流限制，也叫逐周(期)限制。

图13中R18、D5、N5等组成启动和供电电路。加电瞬间。市电整流滤波后的平滑直流电通过R18给UC3845⑦脚以启动供电，此时D5反偏截止。UC3845工作后，开关变压器各绕组有感应电压，副绕组电压经D4整流供N5进行稳压，D5导通，给UC3845提供稳定的工作电压，完成启动和供电。图中LM393是一个变形的施密特电压比较器，用作市电过压保护，当市电过压时，比较器翻转，①脚呈低电平，D3导通将UC3845关闭。输出稳压的负反馈系统由光电耦合器、基准电源N6、RV1、R27、R26、R23等组成。稳压过程：输出电压由于某原因上升时，流经光电耦合器发光二极管电流增加，光强增加，光电耦合器光电三极管加剧导通。内阻减小，使UC3845的②脚电压升高，减小PWM占空比，拉低输出电压。反之，增大PWM占空比，使输出电压拉高，起到自动稳定输出电压的作用。

1)过流(过载)保护

开关管过流信号取自电阻R3、R4。一旦开关管过流，UC3845的③脚电压超过1V，内部电路就会关闭输出，实现过流(也叫过载)保护。增大取样电阻，就是降低了起控电流的动作点，电源输出功率也相应减小。

2)过压保护

电源输出端的LM339四个电压比较器A、B、C、D反相端电位均固定在+5V。A和B检测输出电压，当输出端电压较低时即充电初始阶段，A的②脚为低电平，低压灯LOW亮，B的①脚也为低电平，高压灯HI也亮;当充电电压升高时。A翻转，低压灯LOW熄灭，高压灯HI继续亮，当电池将充满时，电池电压升高，B翻转，①脚为高电平，高压灯HI熄灭。同时，C的(13)脚为高电平，D的(14)脚也为高电平，N7导通，J1吸合，J1-1(常闭)断开将取样电阻R4接入，增大了电流取样电阻，开始起控使输出电流下降，进人浮充电阶段。N4、W1、R8、R7构成12V稳压电源，为12V的继电器提供电源。

(3)天能TN-1智能负脉冲充电器

图14是天能TN-1智能负脉冲充电器电路图。这个充电器主要部分是典型的半桥式两段充电器，和前面介绍的图12充电器基本一样。这里主要介绍负脉冲充电部分的工作原理。这部分电路由放电开关、负脉冲加载控制、脉冲振荡器三部分组成。

部分电动自行车充电器电路详解

放电开关是三极管Q6、Q6导通，其集电极和发射极将电瓶短路，电瓶放电。Q6截止，电瓶恢复充电。Q5和Q6是直接耦合，俗称达林顿管。Q6受加载负脉冲控制和振荡器联合控制。加载负脉冲控制由IC3的C和D构成。D接成反相器(电路中，与非门两个输入并联看作一个非门)，只有C的两个输入都为高电平时，③脚为低电平，经D反相使Q6导通，给电瓶放电。C的②脚来自多谐振荡器的每秒1个(脉宽3ms)正脉冲，C的①脚来自两阶段电流检测电路IC2的①脚，恒流充电时①脚为高电平。此时，负脉冲才起作用。

脉冲振荡器由IC3的A和B以及C24、C25、两只100kΩ电阻构成典型的多谐波振荡器，其充放电时间常数不同，高电平3ms，低电平1250ms。负脉冲充电，可提高充电接受能力，降低充电温度;国内还有可以消除硫化延长电瓶寿命的讲法。上述充电器在放电时，并没有断开充电电路。

2.具有工频变压器的电动自行车充电器

(1)快乐牌KLG智能充电机

快乐牌KLG智能充电机是一款货运三轮常用的大功率带环牛变压器的充电机。电路原理图见图15所示。

部分电动自行车充电器电路详解

变压器T初级有一个抽头.次级有两个独立绕组.下边14V是辅助电源绕组.给控制电路供电;上边充电绕组有个抽头，供36V电瓶充电使用.上边是供48V电瓶(未用)。市电通过继电器常闭触点J-1接在初级抽头A上时，是恒流充电位置，输出43.2V;通过继电器常开触点接在初级上端B时，是涓流充电位置，输出37.5V～43.2V。

U3、G2组成滞后型电瓶电压检测电路，电瓶电压通过电压取样电阻W2、R2和R3加到U3B的⑤脚，当电瓶电压升到43.2v时，U3B翻转，⑦脚输出高电平，U3A翻转，其①脚输出高电平，导致G2导通，使U3基准电位下降，产生滞迟闭锁效应。此时由于U3A的①脚输出高电平，G1导通，继电器J得电，继电器常开触点接在B点上，进入涓流充电位置，输出37.5V～43.2V。调整W2可以改变切换电压。R6、C6是积分电路，延时一分钟左右。

该充电器用于48V电瓶充电时，只需做两处改动：充电主绕组由抽头改接到上端;增大电压取样电阻上半部分。如有必要则更换电压表头。

36V的电动车充电器，闲着也没用，于是想捣鼓捣鼓，最主要的是能学习点充电器的知识。改成12V充电器，主要想实现电流可调。小容量电瓶要低恒流、低转灯电流，大容量电瓶要高恒流、高转灯电流。从下图可以看出，充10~12AH电瓶，充电电流1.8A，转灯电流300mA，如果充汽车电瓶60AH，充电电流要6A~10A，转灯电流则要更高。

一、待改装板子

二、电路原理图及参数调节方法

(下面内容参考了网上的资料)

众所周知，充电器的品质对电池的寿命影响很大。但是我们一般使用的都是普通的三段式充电器，这种充电器输出电压误差较大，普遍偏高，导致电池寿命下降。但是，我们可以通过自己调节充电器参数，来使充电器输出正确的电压。下面将结合电路图来说明如何调节充电器各参数。

如图，这就是应用最多的普通三段式充电器电路原理图。一般市面上便宜的垃圾充电器大多使用这种电路。只是有不少充电器的运放使用的是四运放LM324，电路有些小小的不同，原理一样。

按照电路原理图，对电路进行分析后得知，调节W1将同时改变充电器的高恒压值(即恒压充电时期的输出电压)和低恒压值(即涓流充电时期的输出电压)，而调节W2将只改变充电器的低恒压值。下面就说说具体如何调节。

第一步，首先找到电路板上的精密元件L431(V2)。找到其上、下偏流电阻以及和TL431 REF端相连的二极管。在原电路图中，R13和R11为上偏流电阻，R10和W1为下偏流电阻，D8即是要找的二极管。

第二步，调节高恒压值，就是要每节电池电压控制在14.8V，如果是3节电池的，电压就是14.8*3=44.2V。断开二极管D8一端(即图上所示二极管)，此时电路输出即为高恒压值。在输出端接上假负载(一般用的是一个300欧10瓦的电阻)，调节W1(或TL431的下偏流电阻R10)，使输出电压为44.2V。W1增大，输出电压降低，反之，输出电压升高。

第三步，调节低恒压值，就是要控制每节电池电压13.8~13.9V，如果是3节电池的，则电压为13.8*3=41.2V到13.9*3=41.7V，就是电压控制在41.2V~41.7V为宜。接上D8，调节和二极管串联的电阻(原理图中的W2)，使输出电压为41.2V。W2增大，输出电压升高。

如果电路板上没有电位器，可以使用电阻串、并联的方式。

注意：必须先调节高恒压，再调节低恒压!因为调节W1(或TL431的下偏流电阻R10)的时候，同时调节了高恒压和低恒压。

另外关于充电器其它参数的调节：

调节转灯电流(即由高恒压转向低恒压的转换电流)：调节原理图中的R26、R22、R23均可。不过R26为电流取样电阻，最好不要动。调R22、R23方便些，减小R23(或者增大R22)可以减小转灯电流。对于某些充电器不变灯的问题可通过调节转灯电流解决。

涓流电流由低恒压值和电池参数决定，不可直接调节。

另外，由于冬天的高、低恒压值均比夏天高0.4V左右，可以在TL431的下偏流电阻上并联一个大阻值电阻(即在原理图中的R10上)，电阻串联上一个开关接入电路，冬天闭合开关，电阻并入，高、低恒压值均升高，夏天断开开关，实现手动温度补偿。电阻取值由实验决定，约100-400K。

还有，调节W1(或下偏流电阻R10)至高恒压为48V，即可用于电池补水充电器。效果很好。

再说说充电器的充电过程中，电压电流都是如何变化的，以12V充电器为例(假如充电器是1.8A的)：

插上充电器后，亮红灯，开始充电，开始一段时间内电流能恒定1.8A。随着电瓶电压逐渐升高，一直到14.8V，电流是从1.8A逐渐减小(而不是整个红灯过程中始终1.8A的)，一直到转灯电流(比如300mA)，就开始跳为绿灯，此时电压就会由14.8V跳为13.8~13.9V，这时还会有电流继续给电瓶充电，此时电流很小，称为涓流，这个电流也不是恒定的，小于300mA，并且会随着电瓶的饱和程度慢慢减小。

总结为：

红灯时：充电电流由恒流值(1.8A)逐渐降低为转灯电流(300mA)

充电电压由电瓶没充电时的最低电压逐渐升高到14.8V。

绿灯时：充电电流由转灯电流300mA逐渐下降，直到拔充电器。

充电电压一直维持在13.8V。

可以看出，在转灯前，电压可以到14.8V，这时充电电流大，如果我们把转灯电流调高了，假如600mA就转灯了，就是说到了600mA电流时，就转为绿灯，进入了浮充状态，就会造成电瓶充不满。如果转灯电流调得太低了，会造成转灯很困难，电瓶始终以14.8V充电，从而造成电瓶过渡充电。不同容量电瓶，转灯电流不同，容量越大，转灯电流越大，比如12Ah(300mA)，28Ah(800mA),而汽车电瓶60Ah以上，转灯电流就更高。简单点说，转灯晚(转灯电流过小)，会过充，转灯早(转灯电流过大)，充不饱。

三、改装思路

四、改装变压器输出绕组

重绕输出绕组，原来是36V充电器，现在要改为12V的，匝数要变成原来的三分之一。

原来是双线并绕的，为了增大输出电流，我是把原来的绕组对折，变成4线并绕，然后再去掉一些，要保证匝数是原来的三分之一。

关键：

1、 一定要控制好匝数，因为这个输出绕组的电压也会影响3842供电的绕组，会造成3842供电电压偏高(烧芯片)或者偏低(不启动或者间歇振荡)。3842启动电压19V以上，最高工作电压30V。

2、 千万注意拆的绕组的绕制方向，不能错了，拆时要标记好。

五、改装高恒压采样电阻及电位器

六、高恒压14.8V和低恒压13.8V值的调节

七、更换输出整流二极管

八、改电流采样电阻

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九、换防止回流二极管

十、悲惨的经历

十一、外壳

十二、最后完工，牛刀小试