2022年电动自行车智能充电器设计方案 .pdf

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1、1 / 24 目录1 引言1 2 元器件的介绍4 2.1 热敏电阻 . .4 2.2 特殊二极管 .4 2.2.1 快速恢复二极管 . .4 2.2.2 稳压二极管 . .4 2.2.3 发光二极管 . .4 2.3 三极管 .5 2.4 场效应管 .6 2.5 光电耦合器 .7 2.6 晶闸管 .8 2.7、TL431.9 2.8 开关电源脉冲集成电路UC3822 . 10 2.9 四运算放大器 LM324 .12 3、电路的总体设计 .15 3.1、3842芯片控制器基本电路方框图.15 3.2 功能模块电路的设计 . 15 3.2.1 通电电路与整流电路的设计.15 3.3.2 UC38

2、42的外围电路设计 .17 3.3.3 启动和供电电路设计3.3.4 保护电路的设计 .18 3.3.4 保护电路的设计 .19 3.4 充电器的原理图 .23 结束语 .24 致谢.25 参考文献 .26 附录一）.27 附录、性能可靠等特点的电动车用48V(20Ah蓄电池充电器以满足电动自行车发展的迫切需要。近年来充电器技术来精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 24 页2 / 24 发展非常迅速，它的发展经历了在研究充电方法对蓄电池寿命影响的基础上，选择合适的控制参数和充电策略，并在硬件上低成本地实现，是电动自行车智能充

3、电器要实现的设计目标 . 电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变化和控制的技术，目前所使用的电力电子器件均由半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子所变化的“电力”，功率可以达到数百兆，也可以小到数瓦甚至毫瓦级。通常所用的电力电子器件有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流，从蓄电池得到的电力是直流。从这些电源得到的电力往往不能直接满足需求，需要进行电力变化。电力变换通常有四大类，即交流变直流AC-DC）、直流变交流DC-AC

4、）、直流变直流 DC-DC）、和交流变交流AC-AC ）。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变，直流变直流是指一种电压或电流）的直流变为另一种电压或电流）的直流，可用斩波电路进行实现。交流变交流又可以称为交流电力控制，还多了一些其他的如频率或者相数的变换。本课题综合应用所学的电力电子技术、电路、模拟电子线路的理论知识，深入学习，设计出一种智能控制电路。通过对充电器工作原理的分析和电路的设计并实际调试，来加强对开关电源产品的认识和接受，在研究电动自行行车的基础上，开发了一款基于UC3842 和 LM324 的智能充电器，该充电器能够对蓄电池进行很好的监测于控制，从而在达到快速充电的同时又能够有

5、效的对蓄电池起到保护作用。电力电子技术对于节省电能有很重要的意义。特别在大型风机、水泵采用变频调速方面，在使用量特别庞大的照明电源等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此也被称为节能技术。总之，电力电子技术的应用十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电力电子技术并使其飞速发展。2 元器件的介绍2.1 热敏电阻热敏电阻：热敏电阻就是不同温度下阻值会变化的电阻。热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种。所谓的正温度系数热敏电阻就是它的阻值会随着温度的升高而精选

6、学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 24 页3 / 24 变大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。光敏电阻：光敏电阻就是在不同强度的光的照射下，其阻值会发生变化的电阻。压敏电阻：当输入的电压达到压敏电阻标称电压值后阻值急剧减小的电阻，主要作用是保护电动自行车充电器内部的电路不会被过高的市电电压所损坏。电阻的读数表参照附录 一）电容需要注意的一个问题就是若被测电容存储电荷时，应先将它存储的电荷放掉，以免损坏万用表、或者电击伤人。若被测电容的电压比较高的时候，可以用电烙铁的插头碰触电容的引脚，利用电烙铁内阻将电荷释放，这样

7、可以减小放电电流；若电容电压比较低，可以用万用表的金属部位短接电容的引脚，将存储的电能直接放掉。电容的型号含义参照附录二）2.2 特殊二极管2.2.1快速恢复二极管快速恢复二极管是一种反向恢复时间很短、开关性能好的二极管，它主要应用于充电器的开关电源部分。所谓的反向恢复时间是指二极管从导通状态到截止状态，从输出脉冲下降到零线开始，到反向电源恢复到最大反冲电流的10所需要的时间。2.2.2 稳压二极管稳压二极管简称稳压管，它是利用二极管的反向击穿特性来工作的。在电动自行车电路中，它常常用于充电器、控制器。稳压的外形和普通二极管的外形基本相同。2.2.3 发光二极管发光二极管在电动自行车充电器中常

8、常用来作为指示灯，发光二极管一般分发红光、绿光、黄光等几种，发光二极管的工作电流一般为几毫安至几十毫安，发光二极管的发光强度基本上与其正向导通电流成线性关系。发光二极管只工作在正向偏置状态下，正常情况下，发光二极管的正向导通电压在1.53V，多为 1.8V。在实际电路中，若流过发光二极管的导通电流过大，有可能造成发光二极管过流损坏，因此在实际应用中，往往会在发光二极管串接一个限流电阻，以防止大电流烧坏二极管。2.3 三极管精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 24 页4 / 24 三极管有3 个电极，分别为基极 b）、集电极

9、c）与发射极 e）.目前研制的三极管的主要材料有硅和锗两种，每一种材料的三极管根据它的内部结构不同，又可以分为 NPN 和 PNP型，电路符号如下图2-1 所示。图 2-1 普通三极管在电路中表示的符号参照图 2-1，三极管的发射极上都画有箭头，以便与集电极的区别。而箭头的方向就代表三极管中电流的方向。NPN 三极管中基极流过的电流加集电极流过的电流等于发射极流出的电流。三极管在电路中通常用作放大与开关，放大器工作在三极管的线性区域，开关电路中的三极管工作在饱和区和截止区。通过设置三极管电路德不同参数以及外围电路，可以构成多种多样的电路测试普通三极管时，因为普通三极管可等效为2 个 PN 结，

10、故可用三极管的测量方法测 NPN 型三极管。先将黑表笔放在三极管的基极b，然后分别将红表笔放在集电极 c 和发射极 e，两次都应有读数，而且比较近似；反过来把黑表笔放在基极b，红表笔放在集电极c 和发射极 e，无论表笔怎样连接都应该没有读数。若不符合以上三种情况则说明该三极管已损坏。PNP 型三极管的测量跟NPN 型正好相反，当红表笔放在基极b，黑表笔分别放在集电极 c和发射极 e时，应有读数，且2 次读数相近，反过来读数应很大，否则说明已经损坏。在采用数字型万用表测试NPN 型三极管时，应该用红表笔接b 极，黑色表笔接 c极和 e极，而测试 PNP型三极管时表笔接法相反。精选学习资料 - -

11、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 24 页5 / 24 2.4 场效应管1、场效应管的特点场效应管是一种常用的半导体器件，通常在模拟电路中作为放大器使用，在数字电路中作为开关器件使用。场效应管和三极管很相似，但二者的控制特性却截然不同；三极管时电流控制器件，通过控制基极电流来控制集电极电流或者发射极的电流，即需要信号源提供一定的电流才能工作，所以它的输入阻抗较低；场效应管则是电压控制器件，它的输出电流由输入电压的大小来决定，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入阻抗较高。此外场效应管与三极管相比，场效应管的开关速度快、高频特性好、热稳定性好

12、、功率增益大及噪声小，因而在电动自行车充电器上得到广泛的应用。2 场效应的分类场效应管分为普通场效应管和组合场效应管，外观结构和普通三极管及组合三极管相似，维修或者代换时候要注意区别。场效应管按其结构的不同可以分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两种类型，其中绝缘栅场效应管在电动自行车充电器应用较多，并且多为N 沟道场效应管。图 2-2 场效应管电路图不管什么型号什么类别的场效应管，都有栅极G）、漏极 D）和源极 S）三个电极。这三个电极所起的作用于三极管对应的集电极、基极、发射极有点类似，栅极相当于三极管的基极，漏极相当于三极管的集电极，源极相当于三极管的发射极，但是场效应管和三极管的原理和特性

13、是不相同的。场效应管在电路中的符号如图 2-2所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 24 页6 / 24 3、场效应管的检测场效果损坏主要的故障是开路、击穿。用万用表电阻档测量场效应管任意两引脚之间的正反向电阻值。如果两次及两次以上电阻值较小，则说明该场效应管已经损坏；如果出现一次电阻值较小一般为数百欧姆），其余各次测量电阻值均为无穷大，还需要做进一步的判断。对于N 沟道管，将万用表至于R10k档后，红表笔结 S 极，黑表笔先触碰D 极和 G 极，然后再用R1档测量 D 极与 S 极之间的正反向电阻值，若测得正反向电阻值

14、均为很小，说明管能够被触发导通，否则说明该管损坏。对于P 沟道管，黑表笔接S 极，红表笔先触碰G、D 极，然后测量D 极与S 极之间的正反向电阻，若测得正反向电阻阻值均很小，说明该管是好的，否则表面已经损坏。此处注意的一个问题就是金属氧化物场效应管其栅极很容易感应电荷而将管子击穿，维修时候应注意防止静电。2.5 光电耦合器1、光电耦合器工作原理在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。2、基本工作特性1）共模抑制比很高在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间

15、的耦合电容很小2pF 以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。0 时，在一定的IF 作用下，所对应的IC基本上与 VCE 无关。 IC 与 IF 之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。其测试连线如图2，图中D、C、E 三根线分别对应 B、C、E 极，接在仪器插座上。3）光电耦合器可作为线性耦合器使用。在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 24 页7 / 24 上

16、，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。3、光电耦合器的检测怀疑光电耦合器异常时，可以采用代换法和电阻检测法进行检查。用万用表判断好坏，断开输入端电源，用R 1k 档测 1、2 脚电阻，正向电阻为几百欧，反向电阻几十千欧，3、4 脚间电阻应为无限大。 1、2脚与 3、4脚间任意一组，阻值为无限大，输入端接通电源后，3、4 脚的电阻很小。调节RP，3、4 间脚电阻发生变化，说明该器件是好的

17、。注：不能用R 10k 档，否则导致发射管击穿。2.6 晶闸管晶闸管 又称为可控硅）有单向晶闸管和双向晶闸管.晶闸管主要用在电动自行车充电器中。1）单向晶闸管是由3个 PN 结构成的 4 层三端器件，它的结构示意图如下图2-3 所示。图 2-3 单向晶闸管结构和构成示意图它的三个引脚的功能分别是：G 为控制极， A 为阳极， K 为阴极。2）引脚和性能的判断由上图可以看出，单向晶闸管的G极和 K 极之间有一个 PN 结，所以只有这 2个引脚具有但向导通特性，其余引脚间的阻值应为无穷大。将指针式万用表至于R1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -

18、-第 7 页，共 24 页8 / 24 档，任意测单向晶闸管两引脚的阻值，测试中出现数十欧阻值时，说明黑表笔接的阻值为 G极，红表笔为 K 极，剩下的引脚为A 极。单向晶闸管的性能判断：将指针式万用表的红表笔接K 极，用黑表笔瞬间短接A 极和 G极，随后测 A 极和 K 极之间的阻值为几十欧姆，说明晶闸管被触发并维持导通状态。否则说明该晶闸管已损坏。2.7、TL431 以往误差取样、放大电路均由分立元件构成，随着集成电路技术的发展，三端误差放大电路的应用不但简化了误差取样、放大电路，提高了稳压控制的精度性，还大大降低了该电路的故障率。本充电器的开关源采用的集成电路放大器常见的型号为T。431。

19、TL431 属于精密型误差放大器，有8脚直插式封装和3脚直插式封装，其内部结构图如下图2-4所示：图 2-4 TL431 内部结构图目前，常用的是3 引脚封装，它有3 个引脚，分别是误差信号输入端R、接地端A，和控制信号输出端K。采用TL431A 构成的误差取样、放大电路如下图2-5 所示：当市电电压升高或者负载变轻引起输出端电压升高时，使3 端误差放大信号TL431 的 R 极输入的取样电压升高，致使放大管导通加强，TL431 的 K 极电位下降，流过精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 24 页9 / 24 K 极的电流变

20、大，发生变化的电流经过LM324 运算放大器对信号进行放大，从而使流过光电耦合器的电流真大，发光加强，使光敏管因受光照而导通加强，它的3 脚输出电压升高，通过调宽电路处理后使开关管的激烈脉冲的占空比减小，开关管VT1 的导通时间减小，开关电源输出的电压下降到正常值。反之，控制过程相反。该段电路的故障特征： TL431 异常，不能控制光电耦合器内发光管的导通电流，会产生开关电源输出电压升高的故障。图 2-5 TL431 误差取样、放大电路2.8 开关电源脉冲集成电路UC3822 UC3842 的内部结构图参见图2-6，UC3842 他激式开关电源典型的激励电路多以RS触发器为核心构成。 RS触发

21、器的真值表如表2-1所示。输入端输出端S R Q Q 非0 0 不变不变0 1 0 1 1 0 1 0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 24 页10 / 24 1 1 0 0 表 2-1 RS触发器的真值表图 2-6 UC3842的内部结构图当芯片 UC3842 内的震荡器工作后，由该电路产生的的矩形震荡脉冲送到触发器的 S 端。当S 端为高电平， R 为低电平时，触发器Q 端为高电平， Q 非端为低电平，此时时VT3 截止，同时推挽放大器VT2 截止， VT1 导通，经 VT1 放大后的高电平激励脉冲由6 引脚输出，通

22、过R3 使开关管 VT4 导通。VT4 导通后， 300V 的电压通过开关变压器T1 的初级绕组、 VT1 的 DS极、R4 够成导通回路，在R4 的两端建立起取样电压，经过R5 给电容 C4 充电， C4 两端的电压经过3引脚送到电流比较器的同相输入端。当C4 端的电压大于其反相输入端的电压时，电流比较器输出高电平，使得触发器R 变为高电平，此时，不管S 为何值时，输出端Q 均为低电平，此时 VT1 截止， VT2 导通，致使开关管VT4 截止，从而控制变压器两端的电压截止，使得 300V 的直流电经过斩波后变成了交流电，经变压器进行变压。在这个过程中当 Q 端为低电平 Q 非端为高电平后放

23、电管VT3 导通使得 C4 两端的电压经过VT3进行泄放。重复上面的过程，RS 触发器输出PWM 矩形脉冲，该脉冲经过芯片的6引脚输出后，驱动开关管VT4 工作在开关状态，从而变压器实现变压。2、引脚的识别和引脚的功能 1）引脚的识别。 UC3842 引脚顺序如图 2-7 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 24 页11 / 24 图 2-7 UC3842引脚图 运算放大器 1 反相输入端3 Inputsl( 运算放大器 1 同相输入端4 VCC 供电5 Inputsl( 运算放大器 2 同相输入端6 Inputsl

24、( 运算放大器 2 反相输入端7 OUT2 运算放大器 2 输出8 OUT3 运算放大器 3 输出9 Inputsl( 运算放大器 3 反相输入端10 Inputsl( 运算放大器 3 同相输入端11 GND 接地12 Inputsl( 运算放大器 4 同相输入端精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 24 页13 / 24 13 Inputsl( 运算放大器 1 反相输入端14 OUT4 运算放大器 4 输出表 2-3 LM324 的引脚功能3、电路的总体设计3.1、UC3842 芯片控制器基本电路方框图图 3-1 UC38

25、42芯片控制器基本方框图由电源控制芯片和四运算放大器LM324 构成智能充电器， UC3842和相关的元器件构成了功率变换器的部分，LM324 和相关元器件构成了电压检测和控制部分。首先市电通过整流滤波后来一路来到变压器，另一路经过启动电阻给UC3842 供电，使得 UC3842 启动，内部振荡器工作，产生一个锯齿波脉冲来控制MOS 管的导通与触发，从而对变压器初级线圈一路的电压进行开通与截止，副边得到电压，由LM324进行电压取样，经过光耦反馈给UC3842，来调节 UC3842 的输出脉冲的占空比，从而使输出电压趋于稳定值。该充电器的最终目的是把交流市电220V 经过一系列的斩波降压最后在

26、输出端得到一个58V 直流电压。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 24 页14 / 24 3.2 功能模块电路的设计3.2.1 通电电路与整流电路的设计图 3-2 整流电路的设计该充电器通过连接市电220V 后，首先经过保险丝和热敏电阻，保险丝在这里的作用是保护电路，在电路发生意外故障时能自动断开电路，从而起到一种安全的作用。充电器在通电的瞬间，突然加上220V 的电压，其瞬间的浪涌电流会很大，如果不采取的必要的措施，对电路的元器件会造成损坏，传统的做法是加一个电阻来减小浪涌电流，但是当电路正常工作时，也就不存在浪涌电流

27、，该电阻将会耗能，浪费不必要的能量，现在用热敏电阻来代替原始的普通电阻，这样做的好处就是在接通电源的瞬间，电阻会很大，让电流变小，但是正常工作时候电阻会变小，减小不必要的浪费，根据这一目的，我们可选择型号为NTC 5D-9 负温度系数的热敏电阻，该热敏在 25度室温时其电阻值为5，尺寸大小为9mm直径），最大电流3A。随后将其送到差模电容和互感线圈组成的滤波电路，滤除市电电网中的高频脉冲后，这里电容还起到了一个稳压的左右，使输入的电压稳定在220V 左右，然后通过D1D4 组成的桥式整流堆进行整流，在滤波电容C15 两端得到 300V 左右的直流电压。桥式电路整流后的电压公式为Ud=0.9U2

28、，而由于 VT4、VT7 和 VT5、VT6 轮流导通，所以经过每个晶闸管的电流大小为ID = 0.45 U2RL。根据上面整流公式我们可以计算出整流后的电压大小在198V 左右，如何得出上面所说的300V？这里面就是由电解电容所发挥的作用，在整流桥的输出端并联一个容量较大电容，由于整流后的电压是直流，有正负之分，故选择有极限的电解电容，220V 是指交流电的有效值 U，它与交流电峰值Um 的关系是： U=0.707Um。所以220V 交流电的峰值Um=1.414 220=311V.，交流电经整流以后，通常是接电容器滤波。在没有负载电流精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳

29、总结 - - - - - - -第 14 页，共 24 页15 / 24 的情况下，电容器被充电至峰值电压Um，就是 311V。考虑交流电压可能有 10，接负载之后其电压值会有所下降，所以这里可以选择型号为400V、82uF的电解电容进行稳压滤波。300V 电压一路通过开关变压器T1 的初级线圈绕组加到开关管VT1 的 D 极为它供电，另一路经过启动电阻R5 对电源控制芯片UC3842 的 7 引脚外接的滤波电容供电，从而在7 引脚能够得到稳定的供电电压，让其正常工作。启动电阻的阻值一般在 150K200K 之间，这样选择的理由是UC3842 的启动电流通常在1.5mA2mA 之间,UC384

30、2的正常工作电流在15mA 左右。3.3.2 UC3842的外围电路设计 。图 3-3 UC3842外围电路图当 C3 两端的电压达到16V 时，UC3842 内部的启动电路开始工作，由基准电压发生器 引脚 8）产生的 5V 基准电压不仅为内部震荡器等电路供电，而且从UC3842的 8 引脚输出， 5V 电压通过定时元件R10，C6 和 UC3842 的 4 引脚内的振荡器在C6 两端产生锯齿波脉冲电压，从而振荡器输出矩形振荡脉冲，经过6 引脚输出，控制开关管的开通与截止。 R3 两端的取样电压经过R6 和 C7 积分后加到 UC3842 的 3引脚，当 3 引脚的输入电压达到1V高电平）时，

31、参照上图3-1 及表 3-1 知输出激励脉冲为低电平，使开关管截止，从而变压器工作，在副边得到相应的交流电，经整流滤波后后产生直流电压为相应的的负载供电。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 24 页16 / 24 经过启动电阻后的另一路电路通过C2 和 VD12 进行一个滤波除杂，会在C61 的2 端形成一个稳定的电压，这个电压为引脚2 提供一个参考电压2.5V，当通过光电耦合器反馈回来的电压信号与2.5V 有差异时， 2 号引脚就能够通过自己内在的控制来实现占空比的调至，从而稳定输出的电压。经过启动电阻后的电压也会给光电

32、耦合器提供一个启动电压。VT1 导通期间，如果市电电压变化，假如说变大，那么此时的输出电压就会跟着变大，长时间在这种情况下工作，VT1 会损坏，此时我们可以利用UC3842 的 3引脚开关管电流检测信号）来对流过VT1 的电流进行监视，当电流过大时，则取样电阻R13 会把取样电压通过R6 进行限流加到了UC3842 的 3 引脚，从而 UC3842 的内部会控制 6 引脚输出，提高它的占空比，竟而可以达到限制电流的作用。当6 引脚输出的电压为高电平时，电流经过R2VT1 的 b-e 极，取样电阻构成一个回路，变压器的初级线圈开始储存能量。当6 引脚的输出为低电平的时候，此时VD8 会迅速截止V

33、T1。当电路工作正常了之后，变压器的次级线圈会经过整流在电感电容C5 两端建立一个电压，这个电压将取代原来的启动电阻所提供的电压，也许有的人会觉得奇怪，为什么要取代原来的供电源呢？这是因为电源UC3842 为了展宽市电输入范围，采用了高阻小电流启动多为 100uA）,待振荡器等电路工作之后，芯片的电流达到200mA 左右，因此需要通过开关电源产生的电压取代启动电路为它供电。3.3.3 启动和供电电路设计自激式开关电源启动电路有电阻限流和电阻、电容限流启动2 种，而本充电器的开关电源仅仅采用了电阻限流启动方式。参见下图 3-4，400V 的滤波电容两端的300V 电压经限流电阻R1、开关管 VT

34、1的 b-e结构成回路，回路中的电流为开关管提供了15mA 的启动电流，使VT1 进入初始导通放大状态，实现了开关电源的启动。采用电阻限流启动方式的特点是：负载过流时开关电源的过流保护电路动作，使开关电源停止工作，但开关电源会在启动电路的作用下再次启动重复上述过程，通常开关变压器会发出连续的高频“吱吱”声。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 24 页17 / 24 图 3-4 启动和供电电路图3.3.4 保护电路的设计1.尖峰脉冲吸收由于开关变压器是感性元件，所以开关管VT1 截止瞬间，其c 极上将产生极高的尖峰电压，容易

35、导致VT1 过压损坏。为此，开关电源设置了尖峰脉冲吸收回路，如下图所示：图 3-5 保护电路设计图当开关管VT1 截止瞬间，其c 极上产生的反脉冲，这样，C8 经过内阻较小的VD2 充电来吸收尖峰脉冲， C8 通过阻值较大的R11放电，这样不但有效的吸收了尖峰脉冲，而且降低了开关管VT1 的损耗。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 24 页18 / 24 若尖峰脉冲吸收回路的元件出现开路性故障，会导致开关管VT1 在截止瞬间因尖峰脉冲电压过高而损坏；若电容和二极管击穿使开关变压器初级绕组感抗下降，会产生开关电源无电压输出故

36、障。尖峰脉冲吸收回路的电阻、电容损坏后，通常表面有变色现象，甚至有裂痕。2、欠压保护电路的设计如果市电等原因造成供电电压的不足，那么电源UC3842 输出的激励脉冲幅度不够，容易导致开关管因激励不足等原因损坏。为了避免这种危害，本开关电源设置了欠压保护电路。若启动电阻 R5 或者 UC3842 的 7 引脚内外电路异常，导致启动期间为UC3842的 7 引脚提供的电压不足，也就是低于16V，芯片内的启动关闭控制电路输出关闭信号， UC3842 不能启动；当完成启动后，若VD1、C5 异常，为 UC3842 提供的工作电压 通常称该电压为自馈电压）低于10V 后，启动关闭控制电路再次输出低电平信

37、号，使5V 基准电压消失，使UC3842 停止工作，实现欠压保护。因该保护电路未采用闭锁技术，所以保护动作后启动电压再次达到16V 后电路仍会闭合。启动、关闭之间的6V 压差用于防止保护电路误动作。3、开关管过流保护电路的设计负载短路或负载突然变轻时，极易至开关管过流损坏。为了避免这种危害，开关电源设置了开关管过流保护电路，下面就本文使用的他激式开关电源的特点进行设计，电路如图3-6所示。当负载异常等原因引起开关管VT1 过流时，在取样电阻R3 两端产生压降升高，该电压经过R6 输入到 UC3842 的 3 引脚的电压到达1V 时，也就是所谓的高电平，UC3842 内的电流比较器控制PWM 电

38、路不能输出激励脉冲，VT1 停止工作，实现过流保护。当VT1 停止工作后，待过流消失后开关电源再次启动，若负载异常的故障未排除，电流比较器再次控制VT1 停止工作，重复以上过程，开关电源重复工作在启动与停止状态，开关变压器T1 发出连续的高频“吱吱”的声响。过流保护电路误动作会产生开关电源无电压输出、输出电压低的故障，而它失效后在负载过流时会导致开关管击穿。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 24 页19 / 24 图 3-6 开关管过流保护电路设计图4、稳压控制电路的设计。该开关电源的稳压控制电路由电路由电源控制芯片UC

39、3842、光电耦合器、四运算放大器LM324 和误差取样电路构成。由于误差取样是对开关电源输出端电压进行取样，所以误差取样方式属于直接取样方式。本充电器就是采用的这种方式。直接误差取样、放大就是直接对输出电压进行取样、放大后，通过调宽或者调频调宽电路控制开关管导通时间或者同时控制振荡频率和导通时间），为确保开关电源输出电压的稳定，最典型的设计电路如下图3-7所示：当市电电压电压降低或者负载变轻的时候，引起输出端的电压升高时，稳压电容C12 两端升高的电压经过R25 限流后为 TL431 的误差放大输入端提供电流，再经过运算放大器的放大为光电耦合器的引脚1 提供的电压升高，所以光电耦合器的电流就

40、会真大，其内部发光管加强，使光敏管因受光加强而导通加强，那么光电耦合器的 3 号引脚输出的电压升高，从而经过R8 的分压，加到了UC3842 的 2 引脚，使得调宽电路输出的开关管激励脉冲的占空比减小，开关管VT1 的导通时间缩短，开关变压器 T1 蓄能下降，开关电源输出的电压值下降到正常值，实现稳压的控制。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 24 页20 / 24 图 3-7 稳压电路设计图该电路的特点：由于此类误差取样、放大方式无需开关变压器利用了光电耦合器将误差取样放大器和脉冲控制电路隔离，因此稳压控制性能好，安全可

41、靠性高。故障特征：光电耦合器内的发光管异常，通常会产生开关电源输出电压高的故障，而光敏管异常多产生输出电压低的故障，有时也会产生输出电压高的故障。其他元器件异常产生的故障与串联型开关电源的误差取样、放大电路异常产生的故障电路基本相同。3.4 充电器的原理图根据上面分析设计，最终设计的电动自行车智能充电器设计图如图3-8所示，上面所给的部分设计图若有不清楚的地方可参照总设计图，所有元器件符号的标注与说明都相互对应，方便查阅。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 24 页21 / 24 123456ABCD654321DCBAT

42、itleNumberRevisionSizeBDate:19-Apr-2011SheetofFile:C:DocumentsandSettingsAdministrator桌面pictureMyDesign.ddbDrawnBy:FU12AC14C7222JB1R1020KR1339R11120KR1100KR85.1KR5150KR61KR222R321.2KR30.68R9150KVD12VD2FR307VD24IN4148C6222JC8332C4C6112345678UC3842UC3842VD8VT1IRFPG50VD3C1102T1aT1bR291KR242KR232KC3103Z

43、VD1C11471R281KR30100K4N351234567891011121314LM324W1R27110KR26100KR72KR2510KR340.1D9W2R4560KLED2绿灯VD21IN4746VD22IN4746LED1红灯R151KR216.2K220VC94.7uF1 2充电插座R22100KC547uF400V220uFC12470uFC2100uFVD4VD5VD6VD7NTC0.1KR44D22I0.1KMAKRTL431A图 3-8 电动自行车智能充电器设计图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页

44、，共 24 页22 / 24 结束语本课题是利用电力电子技术对电动自行车充电器输出电压的控制与检测。首次运用自己所学的知识将理论转向了实际，由于第一次接触充电器，对这个领域的知识还不是很了解，在一知半解的情况下买了这方面的书本，参照书本上面的知识，细心的研读着上面的设计图，因为没有太多人对这方面很精通，且书本上对设计图的方面的介绍特别粗糙，绝大多数只有一个设计图。这期间我走了不少弯路，而且在一段时间内几乎毫无头绪，对书本上所设计图纸的一些地方根本难以理解，网上关于这方面的介绍也不着边际，根本说不到关键的点上。后来在老师的指导下，我成功的向这方面迈出了一大步，在此感谢老师对我热情的帮助。首先先运

45、用 protel绘制出了原理图，绘制出PCB电路图，让我对这个软件的了解更深了一层，其次就是将理论转化为实际产品，这个过程不光是一个技术活，也同时考验了一个人的耐心和细心。对每个元器件的分类、测量、固定、焊接以及最后排故，让我得到了很大的锻炼。毕业设计是综合知识的展现，是对我们对大学四年所学知识的总结。它不但锻炼了我们自主获取知识，自主学习的能力，也培养了我们实际动手能力，同时也是我们走上社会的第一步。致 谢参考文献1 李功燕材料声阻抗高精度重建关键技术的研究D. 杭州：浙江大学， 2004精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，

46、共 24 页23 / 24 2 刘美俊基于单片机通用智能充电器设计J 仪表技术与传感器， 2006，3 朱松然蓄电池手册 M 天津：天津大学出版社，1998 4 特能. 违反安全的电动自行车充电器不能滥用. 期刊论文电动自行车2007 14 吴芳 , 从废旧锂离子二次电池中回收钴和锂 期刊论文 - 中国有色金属学报2004(4 15 刘斌 , 马晓平 , 王和平 , 周康生 . 小型电动无人机总体参数设计方法研究 期刊论文- 西北工业大学学报 2005(3 16 傅联云 , 电动车用48 V(20A h蓄电池充电器的研究杭州科技职业技术学院2005年第 22卷第 9 期17 孙立群，张宝金 .

47、 电动自行车充电器与维修. 人民邮电大学出版社 .2008 附录 一）颜色数字乘数误差银色10的负 2 次方10金色10的负 1 次方5黑色0 10 棕色1 10的 1 次方1红色2 10的 2 次方2橙色3 10的 3 次方黄色4 10的 4 次方绿色5 10的 5 次方0.5蓝色6 10的 6 次方0.2紫色7 10的 7 次方0.1灰色8 10的 8 次方精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 24 页24 / 24 白色9 10的 9 次方520附录二）代号G T I O Y V Z J B 含义高 频瓷低 频瓷玻 璃秞玻 璃膜云母云 母纸纸介金 氧化纸聚 苯乙烯代号L Q H D A N G E 含义涤纶漆膜复 合介质铝 电解钽 电解铌 电解合 金电解其 它材料精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 24 页