2022年电力电子电动车充电器的设计方案 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业 大 学电力电子技术课程设计论文)题目: 36V/2A电动车充电器设计院系):电气工程学院专业班级:电气112 学 号:110303070同学姓名:张巍指导老师:起止时间: 2022-12-30至2022-1-10- 0 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计 论文)任务及评语院系):电气工程学院同学姓名张巍教研室:电气电气 112 学 号110303070 专业班级课程设计论文)36V/2A电动车充电器设计题目课题完成的设计任务及功能、要
2、求、技术参数 实现功能 电动自行车以其价格低、绿色环保,使用安全便利等优点越来越受到消费者的宠爱;目前国内市场上的电动自行车大多采纳或密封铅酸蓄 电池组,为了降低成本,要求充电器采纳简化的恒流恒压模式,以满意一般电 动车 36V蓄电池充电的要求;设计任务课 程 设 计 ;2 、 输 出 电 压 :44.3V 0.3V ;输 出电流 视 电池 容 量不 同 : 1.82A ; 如 被 充电 池 容量 为12Ah ,就充电时间约为 9小时充电效率约为88%;3、可采纳分立器件或集成芯片;第 1 天:集中学习;第2 天:收集资料;第3 天:方案论证;第4 天:主电路设计;第 56天:参数运算;第78
3、天:器件挑选;第9 天:总结并撰写说明书;第 10 天:答辩指 导 教 师 评 语 及 成 绩平常: 论文质量:答辩:总成果:指导老师签字:年月日I / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要电动自行车作为一种轻巧的交通工具时下已特别普遍,其普及程度大有超赶自行车的趋势,而充电器是电动自行车必不行少的配件,电动车充电器市场巨大;该充电器基于电流模式的开关电源的原理设计,主电路采纳单端反激式设计,掌握电路以电流型集成掌握器UC3842为核心,协作 LM324光耦和 TL431 实现对蓄电池的充电掌握;目前市场
4、上的充电器可分为两类:一类是以 UC3842为核心驱动的单管变换器,另一类是以TL494 为核心驱动的半桥型变换器;TL494 驱动的是半桥式连接的功率管,适用于较大功率;UC3842 驱动的单管它激式功率管,适用于功率较小;本文基于 36 电动车充电器;UC3842 设计了一款反激式低成本的设计内容简介了相关芯片,给出了完整的实际设计电路具体分析了其设计及其工作原理,这其中包括主电路、工频整流电路、高频逆变- 变压器 - 高频整流电路和显示部分的工作原理;实践应用说明,该充电器性能优良,适应性较强,比同性 能的充电器成本低,很有市场竞争力;关键词: 集成掌握器;充电器;开关电源;单端反激式I
5、I / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录第 1 章 绪论 1 1.1 电力电子技术简况 1 1.2 本文设计内容 4第 2 章 36V/2A 电动车充电器电路设计55 2.1 电动车充电器总体设计方案2.2 具体电路设计 5 2.2.1工频整流电路设计 8 2.2.2高频逆变 -变压器 -高频整流电路设计 10 2.3 元器件型号挑选 11 第 3 章 课程设计总结 14 参考文献 16 III / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - -
6、 - - - - 第 1 章绪论 1.1 电力电子技术简况顾名思义,可以认为,所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术;电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,就是使用电力电子器件 如晶闸管, GTO,IGBT 等)对电能进行变换和掌握的技术;电力电子技术所变换的“ 电力” 功率可大到数百MW甚至 GW,也可以小到数W甚至 1W以下,和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换;通常所用的 电力有沟通和直流两种;从公用电网直接得到的电力是沟通,从蓄电池和干电池 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意需求,需要进行电 力变换;电力电子技术的应用范畴
7、特别广泛;它不仅用于一般工业,也广泛用于 交通运输、电力系统、通信系统、运算机系统、新能源系统等,在照明、空调的 家用电器及其他领域中也有着广泛的应用;电动车充电器是指特地的电动自行车的电瓶配置的一个充电设备;充电器的 分类用有、无工频 50 赫兹)变压器区分,可分为两大类;常用的开关电源式充 电器又分半桥式和单激式两大类;货运三轮充电器一般使用带工频变压器的充电 机,体积大、重量大、费电,但是牢靠,廉价;电动自行车和电摩就使用所谓开 关电源式充电器,省电,效率高,但是易坏;在各种电子设备当中,需要多路不同电压供电,如数字电路需要5V,3.3V,2.5V等,模拟电路需要正负12V,正负15V
8、等,这就需要特地设计电源装置来供应这些电压,通常要求电源装置能达到 肯定的稳固精度,仍能够供应足够大的电流;开关电源在效率,体积和重量等方 面都远远优于线性电源,成为电子设备供电的主要电源形式;只有在一些功率非 常小或者要求供电电压纹波特别小的场合仍在使用线性电源;整流电路普遍采纳二极管构成的桥式电路,直流侧采纳大电容滤波,该电路 结构简洁、工作牢靠、成本低,效率也比较高,但存在输入电流谐波含量大、功 率因数低的问题,因此较为先进的开关电源采纳有源的功率因数校正 下获得高的磁性能,而电容器的小型化也是一项关键技术;SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关
9、电源的轻、小、薄;,开关电源的高频化就必定对传统的PWM开关技术进行创新,实现ZVSZCS 的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效 率;对于高牢靠性指标,美国的开关电源生产商通过降低运行电流,降低结温等 措施以削减器件的应力,使得产品的牢靠性大大提高;模块化是开关电源进展的 总体趋势,可以采纳模块化电源组成分布式电源系统,可以设计成 N+1冗余电源 系统,并实现并联方式的容量扩展;针对开关电源运行噪声大这一缺点,如单独 追求高频化其噪声也必将随着增大,而采纳部分谐振转换电路技术,在理论上即 可实现高频化又可降低噪声,但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问 题,故
10、仍需在这一领域开展大量的工作,以使得该项技术得以有用化;- 1 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 开关电源常见的故障如:1)保险丝熔断 一般情形下,保险丝熔断说明电源的内部线路有问题;由于电源工作在高电 压、大电流的状态下,电网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬时增大而使 保险丝熔断;重点应检查电源输入端的整流二极管,高压滤波电解电容,逆变功 率开关管等,检查一下这此元器件有无击穿、开路、损坏等;假如的确是保险丝 熔断,应当第一查看电路板上的各个元件,看这些元件的外表有没有被烧糊,有 没有电解液溢出
11、,假如没有发觉上述情形,就用万用表测量开关管有无击穿短 路;需要特殊留意的是:切不行在查出某元件损坏时,更换后直接开机,这样很 有可能由于其它高压元件仍有故障又将更换的元件损坏,肯定要对上述电路的所 有高压元件进行全面检查测量后,才能完全排除保险丝熔断的故障;2)无直流电压输出或电压输出不稳固假如保险丝是完好的, 在有负载情形下 , 各级直流电压无输出 . 这种情形主要是以下缘由造成的 : 电源中显现开路、短路现象,、过压 过流爱护电路显现故 障,帮助电源故障,振荡电路没有工作,电源负载过重,高频整流滤波电路中整 流二极管被击穿,滤波电容漏电等;在用万用表测量次级元件,排除了高频整流 二极管击
12、穿、负载短路的情形后,假如这时输出为零,就可以确定是电源的掌握 电路出了故障;如有部分电压输出说明前级电路工作正常,故障出在高频整流滤 波电路中;高频滤波电路主要由整流二极管及低压滤波电容组成直流电压输出,其中整流二极管击穿会使该电路无电压输出,滤波电容漏电会造成输出电压不稳 等故障;用万用表静态测量对应元件即可检查出其损坏的元件;3)电源负载才能差 电源负载才能差是一个常见的故障,一般都是显现在老式或工作时间长的电 源中,主要缘由是各元器件老化,开关管的工作不稳固,没有准时进行散热等;应重点检查稳压二极管是否发热漏电,整流二极管损坏、高压滤波电容损坏等;电力电子技术的不断创新,使开关电源产业
13、有着宽阔的进展前景;要加快我 国开关电源产业的进展速度,就必需走技术创新之路,走出有中国特色的产学研 联合进展之路,为我国国民经济的高速进展做出奉献;1.2 本文设计内容 电动自行车以其价格低、绿色环保,使用安全便利等优点越来越受到消费者- 2 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的宠爱;目前国内市场上的电动自行车大多采纳或密封铅酸蓄电池 组,为了降低成本,要求充电器采纳简化的恒流恒压模式,以满意一般电动车 36V 蓄电池充电的要求;本文主要设计电路为工频整流电路设计,高频逆变电路 设计,高频整流电路设
14、计以及参数运算和挑选器件的具体型号并绘制相关电路 图,以完成设计任务;第 2 章 36V/2A 电动车充电器电路设计- 3 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1 电动车充电器总体设计方案 沟通输入、直流输出的开关电源将沟通电转化为直流电,其典型的能量变换 过程如图 2-1 所示;工频沟通直流高频沟通 整流电路滤波器高频逆变高频整流变压器直流脉动直流高频沟通图 2-1-1 开关电源的能量变换过程整流电路普遍采纳二极管构成的桥式电路,直流侧采纳大电容滤波,该电路结构简洁、工作牢靠、成本低,效率也比较高
15、,但存在输入电流谐波含量大、功率因数低的问题,因此较为先进的开关电源采纳有源的功率因数校正 Power Factor Correction,PFC )电路;高频逆变 - 变压器 - 高频整流电路是开关电源的核心部分,具体电路采纳的是 带隔离的直流 - 直流变流电路;针对不同的功率等级和输入电压可以选取不同的电路;针对不同的电压等级,可以挑选不同的高频整流电路;2.2 具体电路设计1)主体部分分析与设计电路主体部分如图2-1-1 所示,主电路为单端反激式DC/DC变换器;- 4 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - -
16、 - - 图 2-1-1 主体部分电路设计单端反激式是输入与输出隔离的DC/DC变换器中的一种;所谓单端是指变压器仅有单一方向的磁通,反激是指开关管导通时变压器原边仅作为电感储存能量,能量是在开关管断开时传递负载的;输入的直流电压 Ui 由市电经二极管桥式整流加电容滤波得到;主电路主要由功率开关管 Q1,高频变压器 T1,高频整流二极管 D1、D2、D3,滤波电容 C6、C5、C3 组成;其中开关管 Q1 为型号为P7NA60的场效应管,变压器有三个副边L2、L3 及 L4,对应着三路输出,这里均把其看作主电路的部分,L2 这路输出为主输出,给蓄电池充电,L4 这路输出主要给 UC3842及光
17、耦供电, L3 这路给后面状态指示电路部分供电及作为其相应的 输入;由于副边 L3 和 L2 匝数成比例,两路输出电压成比例,故 L3 这路可做为 反馈信号;二极管 D4 为一般整流二极管,有利于对蓄电池充电;R15 主要是为 了防止单端反激式工作在空载状态;掌握部分以 UC3842为核心构成;次级绕组L4 的输出经 D2整流和 C3滤波后加在 7 脚给芯片供电;刚要启动时变压器次级线圈无电压输出,故 Ui 经 R4分压后加在 7 脚给芯片供电,正常工作时由 L4 的这一路供电;电阻 R2跨接在基准电压端 8 脚和定时端 4 脚,电容 C7接 4 脚和地,这是振电路外部分固定的接法,电阻 R2
18、 和电容 C7 打算振荡器的工作频率,也就打算了UC3842输出的 PWM信号频率;光耦 PC817输出经 18 送至 2 脚,为电压反馈信号, 2 脚为芯片内部误差放大器的反向输入端;芯片1 脚和 2 脚之间连接的 R5和 C2起到改善误差放大器性能的增益和频率特性的作用;变压器原边 L1,开关管 Q1,R3 和 R17中的电流相同,故 R17为电流取样电阻,其接至电流检测比较器的输入端 3 脚;内部误差- 5 - / 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 放大器的反向输入端2 脚为电压反馈信号,误差放大器同
19、向输入端在芯片得到的基准电压信号,经误差放大器后得误差放大信号,而误差放大信号送到芯片内部 电流检测比较器的输入端,电流检测比较器的另一输入端就是 3 脚, 3 脚接电流反馈信号,这就构成了双闭环系统,电流反馈是内环;强的驱动才能,在这里经 R6直接驱动开关管 Q1;PWM信号输出端 6 脚有较反馈部分主要由可调精密并联稳压器 TL431和线性光耦 PC817构成;输出电压 UO经 R13、R12和 R14分压后加至 TL431 的 1 脚, UO有波动时 TL431 的 1 脚的输入也会相应变化,与TL431中的 2.50V 带隙基准电压进行比较后在阴极上会形成误差电压,使光耦中LED的电流
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