电动自行车蓄电池智能充电器的总电路分析_生活广记

【电动自行车蓄电池智能充电器的总电路分析】
充电器总电路原理图如图3所示，具体电路如图4所示。从图3中可以看出，总电路分主电路、控制电路和辅助电路等三大部分，其中辅助电路包括输入电源、辅助电源、保护电路、显示电路和充满自停电路。下面分别给予详细分析。如前所述，该充电器的控制主要分恒流充电和恒压充电控制，采用平均电流模式 P WM控制方法。平均电流模式控制方法有其显著的优点：
( 1 ) 具有高增益的电流放大器，平均电流能精确地跟踪电流设定值和电压设定值；
( 2 ) 噪声抑制能力强；
( 3 ) 无需斜波补偿。
电路中，该控制方法主要由芯片 U C 3 8 8 6完成。该芯片是一种平均电流控制型 D C / D C变换器 P WM控制器，具有低失调、高频带电流和电压放大器，可满足高性能系统的要求；具有低失调电流取样放大器，可使用低阻值取样电阻R1 ，以降低功耗，并允许用户设置电阻( 如 R16～ R19) 选择增益；工作频率有外部电阻R15和电容 C8 设定，这里设定工作频率为 1 0 0 k H z ；另外，它具有最大 1.5 A峰值推拉电流输出，因此，本电路无需另设驱动电路，直接由G A T E端输出驱动 MO S F E T管工作。
电路恒流充电期间，采样电感 L1 电流，输入芯片的脚 1 4和脚 1 5 ，经过差分形式的取样放大器放大，由脚 1 6输出，与脚 3提供的电流给定值比较，所得误差经由R20,R21,C9 和内部电流放大器组成的P I 调节器运算，再通过内部 P WM比较器比较产生 P WM开关信号，去控制 MO S F E T开关管工作。通过这样的电流单闭环控制，控制电感上的平均电流保持恒定值为 1.8 A，以实现恒流充电。电路恒压充电期间，分压电阻巧采样输出电压，与脚 4提供的电压给定值比较，所得误差经由 R22,R23,C10 和内部电压放大器组成的 P I 调节器运算，作为电流误差放大器的给定，再与电感电流采样值进行比较、 P I 运算，最后通过 P WM比较器比较产生 P WM开关信号，去控制 MO S F E T开关管工作。通过这样的电流内环、电压外环组成的双闭环控制，控制输出电压平均值保持恒定值为4 1 ． 4 V ，以实现恒压充电。上述的P I 调节器的参数( 对应电阻和电容的取值) 均根据系统的稳定性和动态特性的要求，通过闭环系统补偿网络的设计来选择。恒流和恒压充电的切换控制电路主要由迟滞比较器 U 4 B 和芯片 C D 4 0 5 3 B构成。C D 4 0 5 3 B芯片是三路单刀双掷双向模拟开关，在脚 6为低电平的前提下，当脚 A为低电平时， a x / a y脚与 a x 脚连接，反之，a x / a y脚与 ay 脚连接，脚 B 、 C的控制类似，这里将脚 A、 B、 C共接，实现三路开关同步控制。当恒流充电进行到蓄电池端压上升到4 1 ． 4 V 时，需要将恒流充电切换到恒压充电，为了避免来回频繁切换，利用了迟滞比较器的特性，将其高阈值电压 Vth 与 4 1 ． 4 V电压对应。分压( R26R27 ) 采样蓄电池端电压，输入迟滞比较器 U4b，当蓄电池端电压未达到4 1 ． 4V时，U4b输出高电平给脚 A、B、C ，使电压外环断开，只有电流内环起作用，实现恒流充电，而当蓄电池端电压达到 4 1 ． 4 V时， U4b 输出低电平给脚 A、 B、 C ，使电压外环连接，双环均起作用，实现恒流充电到恒压充电的切换。3 - 3 辅助电路的分析辅助电路包括输入电源、辅助电源、保护电路、显示电路和充满自停电路。输入电源和辅助电源均由降压、整流、滤波和稳压电路组成，属于一般设计，无需分析。保护电路包括过流保护、过压保护、短路保护和电池反接提示等。过流保护：由平均电流模式控制自动快速实现过流保护，无需另设电路。过压保护：通过采样输出电压，一旦高于5 0 ． 4 V时认为过压，由U5b和外围电路组成的正向迟滞比较器送出过压信号( 高电平 ) ，使开关管 S2饱和导通，强制将 U1 的脚1 ( P WM比较端) 电平拉低，迅速减小占控比D，从而可以调整降低输出电压，起到过压保护。短路保护：通过采样输出电压，一旦发生短路，输出电压为零，使开关管 s 4 截止，s 3 导通，继电器J1 线圈得电，使常闭触点J 1-1 断开，迅速切断输入电源，起到短路保护。电池反接提示：当电池反接时，发光二极管 L E D1 亮( 红光)，以示提醒。充满自停电路和显示电路：采样电感电流，当电流下降到0 ． 2 4 A时，通过由u 5a 和外围电路组成的差分放大器放大，经迟滞比较器 u4a她输出高电平，使开关管 s 3 导通，继电器 J 1 线圈得电，一方面，使常闭触点 J 1-1断开，切断输入电源，停止充电；另一方面，使常闭触点 J l 断开，发光二极管 L E D2 熄灭( 绿光)，而常开触点J L 3 闭合，发光二极管L E D3 亮( 黄光)，表示充电完毕。若充电未结束，将受到上述相反的控制，发光二极管 L ED2 亮( 绿光)，表示充电正在进行。