毕业设计与论文(基于TL494的电动车充电器设计)(5)

图 4-1 TL494内部结构框图

TL494为脉宽调制集成电路芯片，也就是开关电源脉宽调制集成电路，是PWM脉宽控制的但开关驱动电路，被广泛用于当前电动自行车充电器电路中。

4.2：电动车充电器电路简介

总结一下前面讲的开关电源充电器的核心：（1）将市电整流后的直流电，通过开关管给开关变压器初级通电，开关管导通比（占空比）高，变压器次级绕组电压就高，反之，开关管导通比低，变压器次级绕组电压就低。换句话，开关管导通比高，充电电流就大，开关管导通比低，充电电流就小。（2）开关管导通比由脉宽调制（PWM）电路决定，脉宽调制电路（PWM）是电压比较器，有两个输入：一个是比较基准—幅度恒定的锯齿波（三角波），一个是浮动的比较电压—预设值和负反馈混合后的电压。（3）闭环控制，稳定充电电压和限定充电电流。

举个例子说明电压闭环控制过程，如果输出的充电电压↑，→电压负反馈的量↑，→PWM输入的浮动的比较电压↓（该值=预设电压-负反馈电压），→PWM输出的占空比↓，→开关管的导通比↓，→输出的充电电压↓。这样一个闭环控制，限制了输出电压的上升。充电器PWM输入的预设比较电压一般有两个：（1）限流充电阶段，比较高；（2）涓流充电阶段，比价低。关于预设电压，限流充电阶段，由于充电电流比较大并且参与负反馈，没经验的仅凭测量输出电压，观测不到，但可以通过本书后面的检测仪检测到，一般3块电池的大约44.4V左右；涓流阶 第 21 页

段，凭测量空载输出电压比较容易观测到，一般3块电池的约42V左右。

三段式充电器，第一阶段电流负反馈起主导作用；第二阶段电流负反馈起主导作用逐渐过渡到电压负反馈起主导作用；第三阶段电压负反馈起主导作用。

4.2.1半桥式充电器 （1）山东GD36充电器

电路框图见图4-2所示，电路原理图见图4-3所示。

电源滤波市电整流噪声滤波器市 电GD36半桥式充电器框图8充电情况显示HA17358U2电流阶段鉴别控制2电流反馈R30R1315U1 TL494电流误差放大PWM输出电压误差放大112半桥功率开关辅助电源D9D10+5V14811Q3Q4推挽驱动Q1Q2D15充电主电源+-+-电流检测R27稳压反馈+- 图4-2 山东GD36半桥式充电器框图

工作原理和调试方法如下： 1）性能指标

输入电压：170-260V；输出电压：44V（可调） 最大充电电流：1.8A；浮充电电流：200-100mA 2）电路原理

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。 a 市电整流滤波

市电220V/50Hz经二极管DI-D4桥式整流、电容C5-C7滤波，得到310V左右的直流电压，作为开关变压器的电源。 b 自激加他激半桥输出电路

主要由Q1 、Q2 、B2、B3 等元件组成。

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(a)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辅助绕组供电。自激振荡是利用磁芯和特性产生的，具体过程如下。

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由于R5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的发射结，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，150V电压①-②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Q1截止、Q2饱和导通。此后，这种过程重复进行而形成振荡。 （b）他激工作

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，于是Q1、Q2便由自激转为他激，在相位差为180°PWM脉冲驱动下轮流导通。B3 的次级⑨-⑦、⑨-⑧绕组输出电压D15全波整流、C21滤波得到+44V电压给蓄电流充电。

D6、D7是两只位二极管，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。 （c）PWM控制

以脉宽调制器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。⒀脚接+5V，脉冲输出方式被设置为推挽输出，⑧、⑾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。

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Q1 MJE13007Q2 MJE13007D15 MUR1620CTB2 EE22B3 EI33R37 3K9R357G 3K9D LED2R33红黄 涓流36限流半调整R13桥1.2K R14 24K式充 10K R22 C17 C14 47K电 103 223 R25附后B47K _+D11-D14 1N4007D5D8 1N4007D1-D4 1N5399D9D10 FR107D6D7 FR157充电电流鉴别比较器8-2A+43VDD +310VC5105630VD3C7D4 D1D2 0.01 μB1 630VUF10 C4RT1 2.5A NTC5D-11F1HA17358U2651 47K R34 68μ105630V630VC6C1 103 C3 2KV1032KV 0.01μC2 630V R30750 R36 100K 辅助电源 D10 R12 1K5 240KR5 1 B267D5R4 27 R6 2.2 R7 2K7C20 102 2K R1 1002 R9 240K D8 D1454μ750V D13 D123R23K R11 R8 D9C196 B354 19 R3 0.11 充电电流 取样电阻7 R244.7μ C1850V 100K 3K9 3K9 R15 R16Q3 Q1 D6 50V D11 4μ7 50VC9214 +5V VCC 12 13 CONT DEAD 415 -IN2 C181510K R20TL494 RT 624K R1941016 +IN2 CT 5C12 102 C2 11 3 OPOUT 8Q4 R17 R181KC181527D15 Q2 D7 L1 IN5400 500μH D16 C21470μ 63V空载44V R23 5K6 330n U1 E2 10 c13 2.2 2 -IN1 C1 8 C10 2K7 R10 C15 1 +IN1 7 R26 102E1 92K2R27 电压负反馈下取样电阻 12 电压负反馈 上取样电阻电压调整1K

图4-3 山东GD36半桥式充电器

R20、R24分压值设定死区控制④脚的电位，限定最大导通占空比小于0.45。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。

（d）电压控制、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进行电压控制。R3是电流取样电阻，取样电压经R13加到TL494的⒂脚进行电流控制。电流控制的实质也是控制输出电压。

（e）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D6、D7相似，保护Q3、Q4，把B2初级的反激能量回送电源。

（f）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V2＜V3，①脚输出高电平，电池充电指示灯LED1点亮；当充电电流较（小于20mA）时，+5V经R36、R30、R3分压，R3上端电压略高于地电位，LM358的V2＞V3，脚输出低电平，电池充电指示灯LED1熄灭，脚输出高电平，充满指示灯LED2点亮。充电过程中的某一期间存在LED1、LED2同时点亮的过渡状态。 3)调试 a. 输出电压

开路输出电压为44V，改变R26或R27可校准此值。夏天电压要比44V低1V，如果是胶体电池电压还要低，否则会将电池充鼓包。 b. 最大输出电流

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短路时输出电流为1.8A，改变R13可校准此值。 c. 充电状态指示调试

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。

4.2.2充电器的维护

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、三角波形成、PWM、运放等基本单元电路，稳压和限流反馈加到运放端。另以一块电压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，或者辅助电源有故障。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，带负载后自激条件被破坏停止振荡，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，在更换好NPN管的同时，检查2.2Ω电阻及周边元件是否损坏。更换零件后通知检查，不带负载，但要在市电输入端串联一只普通的100瓦白炽灯泡，开机时，若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，说明还有其他故障。请注意区别，启动电压取自被充电电池的，空载不启动是正常的。

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送到开关管的脉冲占空比增加，会使开关管控制失控，造成开关管损坏。因此，有示波器的，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有相应变化。

维修充电器安全问题很重要，一定要搞清楚哪里带市电哪里不带市电后再下手，原则是，新手不要带电触摸内部线路和零件。用万用表测试电路前，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，直接影响电瓶使用寿命。以12V电瓶为例，浮充电压13.5-13.9V可长期进行，一般充电不要超过14.2V，否则失水严重。需要提醒的是：（1）胶体电瓶电压要低一些。（2）夏天电压要低一些，降低幅度为每格（12V

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