电动车电源充电器毕业设计.docx

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电动车电源充电器毕业设计

基于TL494芯片的充电器电路分析

摘要

最近几年来，电动自行车取得了日趋普遍的应用。

传统的直流电机一直在电动自行车驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的特性，迫令人们探讨低噪音、高效率而且大容量的驱动电机。

为知足对便携式电源的新要求，铅酸蓄电池因为保护简单、价钱低廉、供电靠得住、利用寿命长，普遍用作汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不中断供电的电子设备和便携式仪器仪表顶用作一些电器及操纵回路的工作电源。

本文第一介绍了电动车的大体知识和分类原理，然后介绍了电动车蓄电池的作用及原理，最后介绍并深切研究电动车的重要组成部份——充电器.它是以电压驱动型脉宽调制器TL494为核心，结合各个单元电路组成的一种智能充电器。

为延长蓄电池的利用寿命，综合浮充和循环充电两种充电方式的优势，提出和分析了快充、慢充和涓流充电三个时期的充电进程，并以山东GD36三时期充电方式的充电器为模板对TL494芯片的PWM操纵进行分析。

关键词：

充电器，TL494，铅蓄电池，三段式

THECHARGERCIRCUITANALYSIS

BASEDONTL494CHIP

ABSTRACT

InRecentyears,theelectricalbikehasbeengotanincreasinglywidelyused.TraditionalBLDMhastakenholdofthedrivesystemallalong,butitscharacteristicitselfforcedpeopletoexploredrivemotors`lownoisehighefficiencyandhighcapacity.Tomeetthenewrequirementofportablepowersupply,Lead-acidbatterieswithsimplemaintenance,lowprice,supplyreliabilityandlonglife,havebeenwidelyusedasthestartpowerofcar,aircraft,steamshipetc.Andalsoactasthepowersupplyofsomeelectricequipmentandcontrollingloopofallelectronicequipmentandportableinstrumentationwhichneeduninterruptedpowersupply.

Thispaperfirstintroducesthedesignofthebasicknowledgeofelectricvehicles,thentheroleofclassificationprinciple,finally,electricvehiclesandin-depthstudyofanimportantpartthecharger.Itisbasedonvoltage-drivenTL494pulsewidthmodulatorasthecore,integrationofthevariousmodulesofanintelligentcircuitextendthebatterylifecycleoftheintegratedchargeandfloatchargemodesofthetwobenefitsoftherapidfillingandanalysis,theslowtricklechargerechargeableandathree-stagechargingprocess,andaccordingtotheaboveandanalysisedthePWMcontroloftheTL494chipbasedonshandongGD36charger.

KEYWORDS:

charger,TL494,lead-acidbattery,Triadic

前　言

二十一世纪是“绿色环保”的世纪，环境爱惜和能源节约问题己成为新世纪最为突出的两大主题。

能源与环境问题成了“绿色交通工具”研究开发和推行应用的踊跃因素，尤其城市汽车数量急剧上升，石油资源严峻匮乏随着电子技术日新月异的进展。

因此研制出无污染、能耗小的交通工具来代替那些燃油车辆成为势在必行的课题。

最近几年来，电动自行车取得了日趋普遍的应用。

随着工业的进展，人们开始愈来愈多地利用便携式设备，电力电子技术和微操纵技术的迅猛进展而成熟起来的永磁无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且靠得住性高的特点，从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电动自行车用电机的主流。

为知足对便携式电源的新要求，铅酸蓄电池因为保护简单、价钱低廉、供电靠得住、利用寿命长，普遍用作汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不中断供电的电子设备和便携式仪器仪表顶用作一些电器及操纵回路的工作电源。

充电电源的研究已经向高频化、集成化、智能化和绿色化方向进展。

同时，电磁兼容、智能化程度和自适应性等新的要求也在不断提出。

为了实现高功率密度，改善电源的动态性能，就必需提高电源系统的工作频率。

提高主功率变换器件的开关速度，可明显减少磁性变压器材料和大电解电容体积、重量等，这也使得开关器件的研制工作从改良电压、电流的二维体系进展到提高频率的三维体系。

本设计要紧针对一款基于TL494芯片的充电器，对其电路与工作原理做出分析，文中详细表达了硬件电路的工作原理、脉宽调制操纵电路、充电方式等。

该充电器对充电进程进行全面治理，使充电进程按理想的充电曲线进行，充电电流可在一范围内任意设定，具有完善的声光爱惜装置，既能快速充电又能对蓄电池进行有效地爱惜。

关键词：

充电器、TL494、铅蓄电池、三段式

第1章

电动自行车及充电器概述

§1.1电动自行车

§1.1.1常见的电动自行车

电动自行车是集蓄电池技术、电力电子技术、电动机技术和周密传动技术于一体的新型特种自行车，因其无污染、低噪音、低能耗、占道少、方便快捷等特点而成为国际上流行和大力推行的绿色私人交通工具。

电动自行车有五大部件组成，即：

电机、操纵器、电池、充电器和车架。

此刻市场上的电动自行车多种多样，常见的样式很多，如图1-1所示。

图1-1常见的电动车外形

§1.1.2电动车各部件的要紧作用

一、充电器

充电器是给电池补充电能的装置，一样分二时期充电模式与三时期充电模式两种。

二时期充电模式：

先恒压充电，充电电流随电池电压的上升慢慢减小，等电池电量补充到必然程度以后，电池电压会上升到充电器的设定值，现在转换为涓流充电。

三时期充电模式：

充电开始时，先恒流充电，迅速给电池补充能量；等电池电压上升以后，转为恒压充电，现在电池能量缓慢补充，电池电压继续上升；达到充电器的充电终止电压值时，转为涓流充电，以保养电池和供给电池的自放电电流。

利用提示：

充电时，维持充电器通风良好。

若是在充电进程中闻到异味或充电器外壳温度太高，请当即停止充电，检查，处置。

二、电池

电池是提供能量的随车能源，目前要紧采纳铅酸电池组合。

另外镍氢电池与锂离子电池也已在一些轻便折叠上开始利用了。

3、操纵器

操纵器是操纵电机转速的部件，也是电气系统的核心，具有欠压、限流或过流爱惜功能。

智能型操纵器还具有多种骑行模式和整车电气部件自检功能。

操纵器是能量治理与各类操纵信号处置的核心部件。

利用提示：

操纵器主控板为主回路，具有较大工作电流，会发出较大热量。

因此，不要停放在阳光下曝晒，也不要长时刻淋雨，以避免操纵器出故障。

4、转把、闸把、助力传感器

转把、闸把、助力传感器等是操纵器的信号输入部件。

转把信号是速度操纵信号。

闸把信号是当刹车时，闸把内部电子电路输出给操纵器的一个电信号；操纵器接收到那个信号后，就会切断对电机的供电，从而实现刹车断电功能。

助力传感器是当处于助力状态时检测骑行脚蹬力矩或脚蹬速度信号的装置。

操纵器依照助力传感器信号的大小，分派给电机不同的电驱动功率，以达到人力与电力自动匹配，一起驱动旋转。

利用提示：

利用调速转把时，要求轻旋轻放，不必使劲旋转。

五、电机

电机是将电池电能转换成机械能，驱动轮旋转的部件。

在上利用的电机，其机械结构、转速范围与通电形式有许多种。

常见的有：

有刷有齿轮毂电机、有刷无齿轮毂电机、无刷无齿轮毂电机、无刷有齿轮毂电机、侧挂电机等。

六、灯具、仪表

灯具、仪表部份是提供照明并指示状态的部件组合。

仪表一样提供电池电压显示、整车速度显示、骑行状态显示、灯具状态显示等。

智能型仪表还能显示整车各电气部件的故障情形[18]。

§1.2

充电器的分类和结构

§1.2.1充电器的分类

为确保电动自行车有足够的功率正常行驶，就必需对蓄电池消耗减少的电能进行有效地补充。

因此，充电器是电动车五大核心部件之一，它的质量好坏将直接阻碍蓄电池的利用寿命。

目前市售电动自行车充电器有正负脉冲式、二段式、三段式和全智能脉冲充电器等，其中三段智能充电器用户较多。

充电器的规格依据蓄电池的容量不同，有24V、12V；36V、12A；36V、14A；48V、17A；48V、20A和36V/48V共用型充电器。

由于电动自行车生产厂家众多，其充电器的外形各异。

常见的电动自行车（二轮车）和电动三轮车的充电器外形，如图1-2所示。

图1-2几种常见的电动车充电器外形

§1.2.2充电器的结构

电动自行车充电器要紧由整流滤波、高压开关、电压变换、恒流、恒压和充电操纵等几个部份电路组成。

充电器内的要紧元器件有脉宽调制专用集成电路、电压比较放大器、开关管、整流二极管、驱动三极管、电阻、电容及变压器等。

现代脉冲智能充电器还以高频开关电源技术为基础，嵌入先进的智能操纵数字电路，采纳智能检测和操纵技术来调剂充电器的脉冲输出比例，实现的脉冲输出比例，实现可控去极化功能。

充电器在充电进程中采纳了自适应技术，能实时地检测蓄电器的充电情形，自动调整充电器的充电模式，实现最正确模式操纵，且具有完整的爱惜功能，最大限度地保证了充电器工作的稳固性和靠得住性。

因此，充电器的电路组成正由传统的分立元件，向集成化、数字化、智能化过渡，结构愈来愈紧凑，体积越变越小，重量愈来愈轻，工作愈来愈精准靠得住[12]。

§1.2.3

充电器的利用和爱惜

充电器的正确利用，不仅阻碍到充电器自身的靠得住性和利用寿命，而且还会阻碍到的寿命。

利用充电器对蓄充电时，请先插上充电器的输出插头，后插输入插头。

充电时，充电器的电源指示灯显示红色，充电指示灯也显示为红色。

充满后，充电指示灯为绿色。

停止充电时，请先拔下充电器的输入插头，后拔充电器的输出插头。

通常情形下，对的过度放电和过度充电是有害的。

因此，要勤充电，不要过充电。

的利用寿命与其放电深度有专门大的关系。

铅酸蓄尤其怕亏电放量。

亏电利用事后请尽快充电。

关于长期不利用的，应每隔15天左右对充电一次，以补偿寄存时的自放电电量的损失。

不得是蓄电池短路或倒置，若是发觉蓄电池外壳破裂、渗漏时，必需改换蓄电池。

充电器在利用进程中需防潮、防湿，并放置在通风良好的地址。

充电器工作时有必然的温升，请注意散热，通常充电时刻在7-8小时，视的利用状态而不同[9]。

第2章

电动自行车充电器和充电方式

§2.1电动车蓄电池

作为动力能源的蓄电池，在利用进程中其能量是被慢慢消耗减少的。

能够用于电动自行车的电池要紧由5种，即铅酸电池、镉镍电池、铁镍电池、氢镍电池、锂二次电池。

目前市场上65%的电动自行车选择的是铅酸电池（本文所设计的充电器确实是属于铅酸电池这一类），30%选择的是镉镍电池，5%选择的是氢镍电池或其他电池[13]。

铅酸电池要紧有正极、负极和和电解质组成。

二次蓄电池工作时，在正极板上生成二氧化铅，在负极板上生成海绵状铅，在电解液作用下，正极和负极发生的反映都可为可逆反映。

它可看成一个多孔的铅负极（海绵状铅）和一个二氧化铅的正极，两电极都浸入硫酸水溶液中：

因此，二次蓄电池利用后，可用充电器对其进行充电，使蓄电池两个电极的活性物质恢复到初态，致使蓄电池具有再次放电的能量。

故二次蓄电池的重要特性是能反复充电放电。

当对二次蓄电池进行充电时，是电能转变成化学能贮存在蓄电池中，并伴随放热进程。

二次蓄电池工作时，那么化学能转变成电能，对负载进行供电，并伴随吸热进程。

这就要求对蓄电池充电时要注意充电环境温度，一样温度在15~30℃为宜，低于10℃或超过40℃，充电成效均很差。

充电器的充放电时刻、充放电电流大小、电压高低和充电方式必需预先设定适宜。

充电器的充电方式、充电电压和充电后蓄电池应达到的终止的电压值，均依据蓄电池的极板结构、材料而定。

不同厂家生产的蓄电池；即便规格相同、型号相同，由于工艺上的不同，其性能也有不同。

因此，充电器对所有的蓄电池的充电不能通用，必需相配套。

§2.2蓄电池充电方式

二次蓄电池的充电方式有许多种，应依照二次蓄电池的利用频率、放电倍率及用途等因素，选择最适宜的充电方式。

不同的充电方式概述如下。

§2.2.1恒流充电法

顾名思义，恒流充电方式确实是对蓄电池进行充电时，自始至终维持充电电流恒定不变。

恒流电源电路如2-1图示

图2-1恒流电源充电器

恒流充电尽管具有较高的充电效率，能方便地依照充电时刻来决定充电是不是停止，也能够改变被充蓄电池的数量，但在开始时充电电流过小，而充电后期充电电流过大，不仅充电时刻长，而且耗气量大，能量高，充电效率在65%以下。

恒流的电流在充电后期会电解水，产动气体，使蓄电池内部压力上升。

如不加操纵极易使蓄电池因失水而干枯，最终将造成蓄电池容量急剧下降。

图2-2阀控铅酸蓄电池的充电特性曲线

如图2-2所示阀控铅酸电池的充电特性曲线I，能够清楚的看到充电进程中蓄电池在不同时刻同意电流的能力是不一样的。

I是一条转变专门大的非线性曲线，在该曲线上哪一时刻的电流作为蓄电池充电恒定电流，能使蓄电池既平安又能在可同意的有限时刻上把蓄电池充满，这是无法确信的。

蓄电池每次利用的放电深度、环境温度及新旧程度均不一样，假设每次都用一样的恒定电流和时刻去充电，必将造成蓄电池放生不可逆转的损坏。

因此，密封免

保护蓄电池不宜采纳恒流充电法。

§2.2.2恒压充电法

恒压充电法是充电电源的电压在充电的整个进程中维持恒定不变。

恒压充电电路如图2-3所示。

图2-3恒压充电电路

这种充电方式充电初期充电电流专门大，随着蓄电池端电压的慢慢升高，充电电流慢慢减小，充电进程没必要调整电流。

这种方式在充电进程中析气量也很小，充电时刻短，能耗低，充电效率高，一样8小时即可充满。

在阀控铅酸蓄电池的充电特性曲线V（图2-2）上,充电器的输出电压始终是在充电器设计人以为蓄电池平安受电的最高许诺电压上。

低于那个电压，蓄电池那么无法充满，在充电进程中，单体蓄电池的充电电压比蓄电池本身的实际电压高；通过蓄电池的充电电流，那么比蓄电池的最大平安同意电流大10倍以上。

蓄电池在充电前大多已经放完电，其电压处在最低电压上。

假设在采纳恒压充电，通过蓄电池的充电电流将是蓄电池的平安同意电流的几十倍，当充电器的容量不够大时，那么充电器因过载而烧毁。

因此，恒压充电法不适合放电较深的蓄电池充电，不适合数量多的蓄电池充电，因不能使所有的电池均衡。

故电动自行车蓄电池也不适用于恒压充电。

§2.2.3浮充法

浮充法是充电器以很小的充电电流（C/30～C/20，C是电池容量）对蓄电池进行充电，以确保蓄电池始终处于充满电的状态。

浮充法普遍用于蓄电池作为备用电源或应急电源的电器设备中，是一种有备而无患的充电方式。

浮充法电源的原理示用意如图2-4所示。

图2-4浮充法电源原理示用意

§2.2.4涓充法

涓流充电是指蓄电池与负载并联后，与直流电源（充电器）相连。

在正常情形下，直流电源是负载的工作电源并以涓流方式为负载充电，现在要紧为负载提供工作电流。

只有当负载变得专门大，直流电源的端电压低于蓄电池的端电压或电源停止供电时，为保证负载正常工作，蓄电池才对负载进行放电。

涓流充电的原理图如图2-5所示：

图2-5涓流充电的原理示用意

涓流充电电流的大小是由利用模式决定的。

这种充电方式多用于应急的电源、备用电源或电子表等不许诺断电的场合。

§2.2.5分时期充电法

分时期充电法是在对蓄电池充电的最初时期采纳较大的充电电流，当蓄电池电压达到操纵点时，那么将较大的充电电流转为涓流充电。

分时期充电的原理示用意如图2-6所示。

图2-6分时期充电的原理示用意

经常使用的分时期充电法有二时期充电法和三时期充电法。

①二时期充电法是采纳恒电流和恒电压相结合的快速充电方式。

它第一以恒电流将蓄电池充至预定的电压值，以后改成恒电压完成蓄电池的剩余充电。

通常两时期之间的转换电压，确实是第二时期充电的恒电压。

②三时期充电法是在对蓄电池充电开始和终止时期采纳恒电流充电，而中间时期那么采纳恒电压充电。

目前，电动自行车所配置的充电器多是传统的三段式充电器。

三段式充电器的充电模式是把充电进程分为恒流、恒压、浮充三个充电时期。

以我国电动自行车采纳较多的36V、12Ah铅酸蓄电池为例，当蓄电池放完电后，其充电参数为：

第一时期采纳恒流充电，充电电流为（±）A,充电电压慢慢上升至,充电时刻为4-6h。

第二时期采纳恒压充电，充电电压为慢慢上升至（±）V,充电电流慢慢降至（±）A,充电时刻在2-4h。

第三时期采纳浮充充电,恒压为（±）V,浮充电流为（±）A[4]。

铅酸电池的充电方式曲线，如下页图2-7所示

分时期充电方式,虽是蓄电池充电的最理想方式,但充电器电路复杂,本钱高,还需要有蓄电池电压监测操纵电路。

充电器对蓄电池产生阻碍的是充电电压、充电电流和充电波形及频率。

其中,充电电压与蓄电池是不是充满电有关，充电电流与蓄电池充得快或慢有关，而充电的波形与频率那么与蓄电池的容量与寿命（即充得好坏）有关。

充电时三者各有偏重，是相辅相成的关系。

而三段式电动自行车充电器的充电模

图2-7铅酸电池的充电方式曲线

式，偏重于充电电压和充电电流，缺少充电波形和频率方面的实施技术。

如此，就不能在充电进程中有效地去除蓄电池电解液浓度极差、板栅硫酸盐化和极化现象。

因此，理想的电动自行车充电器应具有脉冲充电、负脉冲激活，高频充电和变频充电等多种充电模式与充电技术，使电动自行车充电器既有常规充电功能，又有修补性充电功能，成为多功能充电器。

§2.2.6快速充电法

常规充电是采纳小电流慢充方式，对新的铅酸蓄电池而言，初充电需70h以上，进行一般充电也需10h以上。

充电时刻也不能太长，充电时刻太长，不仅拉长充电监测时刻，浪费电能，而且也限制了蓄电池的循环利用次数，增大了保护工作量。

快速充电法是用大电流在短时刻内对蓄电池进行充电。

为了保证蓄电池只是充和不因大电流短时内充满而损坏，需加有操纵电路。

此电路能在充电末期实时地检测蓄电池的充电电压、端电压的温度，并依照随时检测到的相关参数来操纵充电进程。

一、检测蓄电池电压

在大电流充电末期，通过辅助电路检测蓄电池电压，当蓄电池电压达到设定值时，即将大电流转变成小电流充电，这是为了保证蓄电池的充电容量。

为此，操纵电路预设的充电截止电压必需比充电峰值电压低。

（a）系统框图

（b）充电特性曲线

图2-8-△V检测操纵系统框图和充电特性曲线

二、检测蓄电池端电压降（-△V）

充电时通过蓄电池的充电电流，是由辅助电路在大电流充电末期，检测到的蓄电池端电压降（-△V）进行操纵的，-△V检测操纵系统框图和充电特性曲线如图2-8所示。

-△V检测方式为电压检测系统，当充电器的充电峰值电压确信后，假设-△V检测电路检测到蓄电池的端电压达到设定值时，由操纵电路自动改变充电器的充电方式。

3、检测蓄电池温度

蓄电池在充电末期，会因其负极发生氧复合反映产生热量，使蓄电池温度升高。

蓄电池温度的升高最终将致使充电电流增大，为操纵因温度升高所增大的电流，应在蓄电池外壳上设置温度传感器或热敏电阻等温度检测元件，实时地将蓄电池温度信息传递给操纵电路。

当蓄电池温度升至设定值时，操纵电路即改变充电器的充电方式，或切断蓄电池的充电电路。

蓄电池温度检测框图和特性曲线如下页图2-9所示

（a）框图

（b）特性曲线

图2-9蓄电池温度检测框图和特性曲线

第3章

充电基础知识

§3.1大体单元电路

§3.1.1整流电路

在充电器中，必需把交流电变成直流电，这需要通过整流电路完成转换，英文缩写交流为AC,直流为DC,交流变直流为AC/DC。

一、单相全波整流电路

图3-1（a）是单相全波整流电路，波形如3-1（b）所示[1]。

（a）单相全波整流电路（b）单相全波整流电路波形图

图3-1单相全波整流电路

二、桥式整流电路

图3-2（a）所示为基于变压器中心抽头的单相全波整流电路，而在实际应用

（a）桥式整流电路（b）桥式整流电路波形图

图3-2桥式整流电路

中，通常采纳图3-2（a）所示的另一种单相全波整流电路，叫桥式全波整流电路。

波形见图3-2（b）所示。

在开关电源式充电器中，这两种整流电路都取得了应用。

大伙儿都比较熟悉咱们那个地址就再也不赘述。

§3.1.2滤波电路

由电路知识可知：

理想电容的容抗对直流电（f=0）是无穷大，而对交流成份，频率越高容抗越小。

理想电感的感抗对直流电（f=0）是0Ω，近似直通短路，而对交流成份，频率越高越高[16]。

利用电容和电感的电抗特点，能够组成形式多样的滤波器。

在波器电路中，通常，将电感串联在电路中，利用的是电感对交流感抗对交流感抗大，阻挡交流成份；而将电容并联在电路中，利用的确实是电容对交流容抗小，短路、旁路交流成份。

一样最多见的确实是电源滤波电路和电源噪声滤波电路。

上节的整流电路以后输出的是脉动直流电。

理论和实践都说明，它是直流电和许多频率不同的交流电的混合物。

电源滤波电路的工作原理，也可说明为：

将交流成份堵挡或旁路（短路），保留直流成份。

那个地址堵挡确实是利用电感对交流感抗大，串联在电路中堵挡交流成份；旁路确实是利用电容对直流电容抗是无穷大，而对交流成份容抗小，并联在电路中将交流成份短路入地。

（a）电容电源滤波电路（b）RC电源滤波电路

（c）噪声滤波电路

图3-3滤波电路

图3-3（a）所示电路确实是已经介绍过的电容滤波电路。

接在整流电路以后，输入脉动直流电，输出较滑腻的直流电。

图3-3（b）所示电路由电容和电阻组合，叫RC滤波电路。

图中C1是容量大的分解电容，具有必然的寄生电感，其感抗的存在造成对高频成份旁路成效差些。

因此，一样并联一只容量不大但寄生电感很小的高频电容C2，能够明显改善对高频滤波的成效，弥补电解电容的不足。

经常使用50HZ交流市电，本来是滑腻的正弦波，可是工农业生产和生活中利用的各类电器，在利用中对它造成污染，能够看做在50HZ正弦波交流市电中，掺进了许多高频电流干扰。

图3-3（c）所示电路确实是开关电源是充电器所特有的电源噪声滤波电路。

串联在市电和桥式整流电路之间。

一方面，它阻挡了市电中的干扰窜进充