[优秀毕业设计精品]基于TL494芯片的电动自行车充电器设计及分析

[优秀毕业设计精品]基于TL494芯片的电动自行车充电器设计及分析 设计()用纸 摘 要 本文为基于TL494芯片的电动自行车充电器设计及分析，简明扼要地概述了充电器的电路结构，其中主要包括:整流滤波电路、防浪涌电路、防市电过压电路、推挽式变流电路、电池防反接电路、充电状态显示电路，半桥式充电器辅助电源电路等。详细介绍了各种充电方式，包括恒流充电法、恒压充电法、浮充法、涓充法、分阶段充电法、快速充电法等。最后说明了 PWM脉宽调制集成电路芯片工作原理。并主要分析了一个基于TL494芯片的山东GD36半桥式充电器，介绍了它的工作原理，工作过程及对电动自行车充电器使用时的维护。 关键词:TL494;开关电源;整流滤波;脉宽调制技术;集成电路芯片 第 1 页 设计(论文)用纸 ABSTRAC T This paper is based on the analysis of the design of the charger of TL494 electric bicycle , which mainly includes the application of the rectifier filter and various ways of charging, the application of the switching power supply and PWM working principle; also the explanation of DC or AC power conversion of the full-bridge and half-bridge switching power and of the chip of TL494 PWM IC .The paper mainly analyzes the TL494 chip “Shandong GD36 half-bridge charger” and its working principle , working process,its advantages and disadvantages. Key words:TL494;switch power supply ;the explanation of DC or AC power; IC chip 第 2 页 设计(论文)用纸 第一章:电动 自行车及充电器概述 1.1电动自行车简介 电动自行车是集蓄电池技术，电力电子技术，电动机技术，和精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广的绿色私人交通工具。 电动自行车有五大部件组成，即:电机、控制器、电池、充电器和车架。 -1所示 。 现在市场上的电动自行车多种多样，常见的样式很多，如图1 图1-1常见的电动车外形 1.2充电器的分类和结构 ,.,.,充电器的分类 为确保电动自行车有足够的功率正常行驶，就必须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影响蓄电池的使用寿命。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。 第 3 页 设计(论文)用纸 图1-2 几种常见的电动车蓄电池充电器外形 ,.,., 充电器的结构 电动自行车充电器主要由整流滤波、高压开关、电压变换、恒流、恒压和充电控制等几个部分电路组成。 充电器内的主要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，嵌入先进的智能控制数字电路，采用智能检测和控制技术来调节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。充电器在充电过程中采用了自适应技术，能实时地检测蓄电器的充电情况，自动调整充电器的充电模式，实现最佳模式控制，且具有完整的保护功能，最大限度地保证了充电器工作的稳定性和可靠性。 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，结构越来越紧凑，体积越变越小，重量越来越轻，工作越来越精确可 第 4 页 设计(论文)用纸 靠。 第 5 页 设计(论文)用纸 第二章 电 动自行车蓄电池和充电方式 2.1电动车蓄电池 作为动力能源的蓄电池，在使用过程中其能量是被逐渐消耗减少的。能够用于电动自行车的电池主要由5种，即铅酸电池、镉镍电池、铁镍电池、氢镍 的电动自行车选择的是铅酸电池(本文所电池、锂二次电池。目前市场上65% 设计的充电器就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。 铅酸电池主要有正极、负极和和电解质构成。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应均可为可逆反应。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，两电极都侵入硫酸水溶液中: Pb(s)|PbSO4(s)|H2SO4(aq)|PbSO4(s)|PbO2(s)|Pb(s) 因此，二次蓄电池使用后，可用充电器对其进行充电 使用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，是电能转变为化学能储存在蓄电池中，并伴随放热过程。二次蓄电池工作时，则化学能转变为电能，对负载进行供电，并伴随吸热过程。这就要求对蓄电池充电时要注意充电环境温度，一般温度在15~30?为宜，低于10?或超过40?，充电效果均很差。充电器的充放电时间、充放电电流大小、电压高低以及充电方法必须预先设定适宜。 充电器的充电方法、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，由于工艺上的差别，其性能也有差异。因此，充电器对所有的蓄电池的充电不能通用，必须相配套。 第 6 页 设计(论文)用纸 2.2:蓄电池 充电方式 二次蓄电池的充电方式有许多种，应根据二次蓄电池的使用频率、放电倍率及用途等因素，选择最适宜的充电方法。不同的充电方法概述如下。 2.2.1、恒流充电法 顾名思义，恒流充电方法就是对蓄电池进行充电时，自始至终保持充电电流恒定不变。恒流电源电路如2-1图示 R1TVT1 GBVD1~VD4VT2 R2 图2-1 恒流电源充电电路 恒流充电虽然具有较高的充电效率，能方便地根据充电时间来决定充电是否停止，也可以改变被充蓄电池的数目，但在开始时充电电流过小，而充电后期充电电流过大，不仅充电时间长，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，产生气体，是蓄电池内部压力上升，如不加控制极易是蓄电池因失水而干枯，最终将造成蓄电池容量急剧下降。如下图2-2所示: 条件:蓄电池100%放电后进行充电225 V(充电电压曲线) 220100 80C(回复容量曲线) 21560 40I(充电电流曲线)20210 204836 图 2-2 阀控铅酸蓄电池的充电特性曲线 阀控铅酸电池的充电特性曲线I可以清楚的看到充电过程中蓄电池在不同时刻接受电流的能力是不一样的。I是一条变化很大的非线性曲线，在该曲线上哪一时刻的电流作为蓄电池充电恒定电流，能使蓄电池既安全又能在可接受 第 7 页 设计(论文)用纸 的有限时间上把蓄电池充满，这是无法确定的。蓄电池每次使用的放电深度、环境温度及新旧程度均不一样，若每次都用同样的恒定电流和时间去充电，势必造成蓄电池放生不可逆转的损坏。因此，密封免维护蓄电池不宜采用恒流充电法。 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过程中保持恒定不变。恒压充电电路如图2-3所示。 TVT1 VSR1 GBVD1~VD4VT2 R2 图 2-3恒压充电电路 这种充电方法充电初期充电电流很大，随着蓄电池端电压的逐渐升高，充电电流逐渐减小，充电过程不必调整电流。这种方法在充电过程中析气量也很小，充电时间短，能耗低，充电效率高，一般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认为蓄电池安全受电的最高允许电压上，低于这个电压，则蓄电池无法充满，在充电过程中，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，则比蓄电池的最大安全接受电流大10倍以上。蓄电池在充电前多已经放完电，其电压处在最低电压上。若在采用恒压充电，通过蓄电池的充电电流将是蓄电池的安全接受电流的几十倍，当充电器的容量不够大时，则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)对蓄电池进行充电，以确保蓄电池始终处于充满电的状态。浮充法广泛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意图如图2-4 第 8 页 设计(论文)用纸 充电器负载GB 继电器 KA DC 图2-4浮充法电源原理示意 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。在正常情况下，直流电源是负载的工作电源并以涓流方式为负载充电，此时主要为负载提供工作电流。只有当负载变得很大，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: RVD负载DC GB 图 2-5 涓流充电的原理示意图 涓流充电电流的大小是由使用模式决定的。这种充电方法多用于应急的电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。 2.2.5(分阶段充电法 分阶段充电法是在对蓄电池充电的最初阶段采用较大的充电电流，当蓄电池电压达到控制点时，则将较大的充电电流转为涓流充电。分阶段充电的原理示意图如图2-6所示 第 9 页 设计(论文)用纸 DCSA1负载GBR2 图2-6分阶段充电的原理示意图 常用的分阶段充电法有二阶段充电法和三阶段充电法。 ?二阶段充电法是采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法。它首先以恒电流将蓄电池充至预定的电压值，之后改为恒电压完成蓄电池的剩余充电。通常两阶段之间的转换电压，就是第二阶段充电的恒电压。 ?三阶段充电法是在对蓄电池充电开始和结束阶段采用恒电流充电，而中间阶段则采用恒电压充电。 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过程分为恒流、恒压、浮充三个充电阶段。以我国电动自行车采用较多的36V、12Ah铅酸蓄电池为例，当蓄电池放完电后，其充电参数为: 。第一阶段采用恒流充电，充电电流为(1.8?0.2)A,充电电压逐渐上升至43.2V,充电时间为4-6h。 。第二阶段采用恒压充电，充电电压为43.2V逐渐上升至(44.5?0.1)V,充电电流逐渐降至(0.35?0.1)A,充电时间在2-4 h。 。第三阶段采用浮充充电,恒压为(41.4?0.2)V,浮充电流为(0.35?0.1)A。 铅酸电池的充电方式曲线，如图 2-7所示 U(V)I(A) 43.2v44.5V+-0.1V 41.4V+-0.1VU(v) I(A) 1.8A 0.35A+-0.1A 图2-7 铅酸电池的充电方式曲线 第 10 页 设计(论文)用纸 分阶段充电方式,虽是蓄电池充电的最理想方式,但充电器电路复杂,成本高,还需要有蓄电池电压监测控制电路. 充电器对蓄电池产生影响的是充电电压、充电电流和充电波形及频率.其中,充电电压与蓄电池是否充满电有关,充电电流与蓄电池充得快或慢有关,而充电的波形与频率则与蓄电池的容量与寿命(即充得好坏)有关.充电时三者各有侧重,是相辅相成的关系.而三段式电动自行车充电器的充电模式,侧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.这样,就不能在充电过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 常规充电是采用小电流慢充方式，对新的铅酸蓄电池而言，初充电需70h以上，进行普通充电也需10h以上。充电时间也不能过长，充电时间过长，不仅拉长充电监测时间，浪费电能，而且也限制了蓄电池的循环使用次数，增大了维护工作量。 快速充电法是用大电流在短时间内对蓄电池进行充电。为了保证蓄电池不过充和不因大电流短时内充满而损坏，需加有控制电路。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，并根据随时检测到的相关参数来控制充电过程。 (1)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，控制电路预设的充电截止电压必须比充电峰值电压低。 (2)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)进行控制的，-?V检测控制系统框图和充电特性曲线如图2-8所示 第 11 页 设计(论文)用纸 恒流电源开关电源 电压检测电路GB 比较电路 -?V检测电路 ` (a)系统框图 U(V)、I(A) -?V蓄电池电压 U 充电电流I T(H)充电时间(b)充电特性曲线 图 2-8-?V检测控制系统框图和充电特性曲线 -?V检测方式为电压检测系统，当充电器的充电峰值电压确定后，若-?V检测电路检测到蓄电池的端电压达到设定值时，由控制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应产生热量，使蓄电池温度升高。蓄电池温度的升高最终将导致充电电流增大，为控制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控制电路。当蓄电池温度升至设定值时，控制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图 2-9所示。 第 12 页 设计(论文)用纸 GB 开关电源 恒流电源温度传感器 (a)框图 U(V)I(A)T(?)蓄电池电压U 关闭温度蓄电池温度T 充电电流I T(H)充电时间 (b)特性曲线 图2-9 蓄电池温度检测框图和特性曲线 第 13 页 设计(论文)用纸 第三章:充 电基础知识 3.1:基本电路 3.1.1、整流电路 在充电器中，必须把交流电变为直流电，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。 1)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。 D1ViCAVo+ R0OtVi- Vo D D2B0t (a)单相全波整流电路 (b)单相全波整流电路波形图 图 3-1单向全波整流电路 (2)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，而在实际应用中，通常采用图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。 ViV0 D1D2A0t RVi B D3 D4 0t (a)桥式整流电路 (b)桥式整流电路波形图 第 14 页 设计(论文)用纸 图3-2桥式整流电路 在开关电源式充电器中，这两种整流电路都得到了应用。大家都比较熟悉我们这里就不再赘述。 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，而对交流成分，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，而对交流成分，频率越高越高。 利用电容和电感的电抗特点，可以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，阻挡交流成分;而将电容并联在电路中，利用的就是电容对交流容抗小，短路、旁路交流成分。一般最常见的就是电源滤波电路和电源噪声滤波电路。 上节的整流电路之后输出的是脉动直流电，理论和实践都表明，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，也可解释为:将交流成分堵挡或旁路(短路)，保留直流成分。这里堵挡就是利用电感对交流感抗大，串联在电路中堵挡交流成分;旁路就是利用电容对直流电容抗是无穷大，而对交流成分容抗小，并联在电路中将交流成分短路入地。 图3-3(a)所示电路就是已经介绍过的电容滤波电路。接在整流电路之后，输入脉动直流电，输出较平滑的直流电。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，具有一定的寄生电感，其感抗的存在造成对高频成分旁路效果差些。因此，一般并联一只容量不大但寄生电感很小的高频电容C2，可以明显改善对高频滤波的效果，弥补电解电容的不足。 常用50HZ交流市电，本来是光滑的正弦波，但是工农业生产和生活中使用的各种电器，在使用中对它造成污染，可以看作在50HZ正弦波交流市电中，掺进了许多高频电流干扰。图3-3(c)所示电路就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电器，另一方面，它也阻挡了开关电源产生的干扰反窜回市电电网中造成电磁污染。 图3-3(c)中左边图的L是双线并联绕在同一个磁芯上的滤波电感。电感L串联在电路中，利用其交流共模感抗大，阻挡共模高频干扰成分。图3-3(c) 第 15 页 设计(论文)用纸 中右边图是左边图的改进，电容变成了四只C1、C2、C3、C4。它们的其中一端都接地，可将差模和共模的高频干扰通过电源插头的保护地，引入地。这几只电容容量吧大，但关系的人身安全，要求不能漏电，耐压高。 Vi Vo Vi Vo R c2c1c2c1 (a)电容电源滤波电路 (b)RC电源滤波电路 ViVo Vi Vo c1 c3 L L C1 C2 c4 c2 (c)噪声滤波电路 图3-3滤波电路 3.2:辅助电路 3.2.1、防浪涌电路 开关电源式充电器中，在市电桥式整流电路后面，几乎所有电容滤波电路，滤波电路端的电压通电前为0V，加电瞬间，电容两端的电压不能跳变，相当于短路，电流极大，这个冲击电流，叫做浪涌电流，极易损坏整流管等元件，为了保护它们，在电路里串联一只负温度系数的热敏电阻。见图3-4(b) 所示. 电阻+ D1D35-10Ω 市Rt电C 0D2D4室温- (a)负温度系数电阻NTC特性曲线 (b)使用负温系热敏电阻的放浪涌电路 图3-4使用负温系热敏电阻的放浪涌电路 第 16 页 设计(论文)用纸 大多数导电材料的电阻具有正温度系数，也就是随温度上升，电阻值上升，但是这种变化微不足道。这里讲的热敏电阻是有明显正温度系数(PTC)或负温度系数的(NTC)的电阻。 在充电器里广泛使用的是负温度系数电阻其特性见3-4(a)所示。在室温下，通电前，它仅有5-10Ω电阻值，当有电流通过时，温度会上升，其电阻会减小，这种负温度系数电阻串联在充电器的市电输入电路里，加电瞬间，室温下5-10Ω电阻的串联大大降低了浪涌电流，随通电时间增加，NTC温度升高，其电阻值下降接近0Ω，但为了维持电阻发热，需要保持一个非常小的电阻，这种小电阻对电路功率影响很小，因此，这种简单有效的防浪涌电路被广泛应用在开关电源式的充电器中。 热敏电阻在原理图中的代号是Rt，在实际使用中无正负极之分。在桥式整流电路的二极管上并联小电容，对二极管也有抗浪涌保护作用。 3.2.2、防市电过压电路 充电器还使用一种压敏电阻作市电输入过压保护，这种电阻两端电压没有超过保护值时，阻值呈现无穷大。但是当两端电压超过保护启动电压时，其电阻值急剧下降，接近短路。压敏电阻并联在充电器的市电输入短路中，在市电低于240-250V时，它的阻值接近无穷大，当市电高于保护值时，其电阻值接近0Ω，将市电输入短路，造成保险管熔断，从而切断电源，起到过压保护作用。压敏电阻在原理图中的代号是Rv，在实际使用中无正负极之分，特性和应用见图3-5所示 电阻电阻值无穷大 -VV 电阻值接(a)压敏电阻特性曲 近零欧姆 第 17 页 设计(论文)用纸 D1D3 保险管 市C电RV D2D4 (b)使用压敏电阻的防过压电路 3-5压敏电阻特性线与使用压敏电阻的防过压电路 图 压敏电阻启动电压的测量可用摇表和电压表配合进行，我们再此不作介绍。 3.2.3、全桥和半桥式开关电源的DC/AC功率转换 开关电源的优点是:比串联式稳压器效率高省电:PWM频率高过几十千赫:变压电感的体积重量可以做得最小，节省钢材铜材，保护电路动作时间可以做到小于半导体的(也叫焦尔)损坏时间。 功率转换部分由变压器进行能量转换和传递，是个关键部位，由于变压器能对交流进行电能传递，对直流电需要通过开关将通过初级绕阻的电流大小和方向进行不断交换，这就是开关电源名字的来历。图 给出了常用的全桥式和半桥式开关电源的工作过程，图中V为直流电源;L1为变压器的初级绕组，L2为次级绕组;K是开关，实际电路中K是功率开关管;箭头是电流方向。图3-6(a)是全桥式的，成本高，市场上不多见。图 3-6(b)是充电器中半桥式开关电源主流电路，我们介绍的半桥式充电器就是属于这类。 K3K1K3K3 K1K1L1L1VVL1 K2K2K2 K4K4K4 L2L2L2 (a)全桥式结构 K1、K2导通 K2、K3导通 第 18 页 设计(论文)用纸 V/2K1K1K1V/2V/2L1L1L1 V/2 V/2V/2K2K2K2 L2L2L2 (b)半桥式结构 K1导通 K2导通 图 3-6全桥和半桥式开关电源的DC/AC功率转换 开关电源中开关导通时间长，传输电能多，次级绕组的输出电压高，电流就相应答。用PWM控制功率开关管，就可以改变次级绕组输出的电压和电流。加上闭环反馈就可以稳定电压、电流或限制功率。 3.2.4、 推挽式变流电路 这是一种适合中容量至大容量的方式，其基本电路和波形如图3.2.4和图3.2.5所示。跟单管传输型变流电路不同是采用双管用中心引线连接，V1和V2两管交替导通和关断来产生交流电压，由对变压器TR的二次电压进行全波整流获得直流电压。推挽式变流电路由于变压器上加上正负电压，提高了变压器的利用率。输出滤波器采用全波整流，降低了对滤波器的要求，因而可实现小型化。特别需要注意的是避免发生两个管子V1和V2同时导通的状态。 VD1L TR RCVD2IC1 I2E V1 V2 Ub1 Ub2 图 3-7 推挽变流电路 第 19 页 设计(论文)用纸 变压器一次 和二次电压Φ Φ1-HH变压器的-Φ1 磁通变化 -Φ 图3-8 推挽变流电路波形 3.2.5、电池防反接电路 有些产品不按国标规范化生产，往往因充电插口接线相反造成充电器损 坏。天津冠宇充电器采用了图 3-9所示的防电池反接装置。电池防反接电路由图中细虚线部分D07、W1、R66、BG3、J1组成。工作过程:电池和充电主电源之间串联继电器J1的常开触点J-1，它闭合才能接通充电通路。当电池反接时，D07反偏截止，BG3因没有基极电流截止，继电器不动作，常开触点J-1切断充电通路;当电池连接正确并且电池残余电压达到一定值时，W1齐纳击穿，电池正极电压经D07、W1、R66给BG3提供足够的基极电流，BG3导通，继电器J1吸合线圈得电动作，常开触点J-1闭合，接通电池充电通路，进入充电状态。图中D66是J1吸合线圈的续流二极管，保护BG3不被击穿。 显然，不仅电池反接不能充电，电池因故障达不到基本(W1齐纳击穿)值也不能充电。 图中BG9、D05、R67、D03组成+12V辅助电源，属于前面讲过的典型的稳压二极管D05的扩流电路，还担负着其他低压控制电路的供电。 第 20 页 设计(论文)用纸 辅助电源 12VD07W1BG9R67D03 J1 D66L1电D05500μHJ-1B3池 插66RBG3口 充电电流 取样电阻 图 3-9 天津冠宇充电器防电池反接电路 3.2.6、半桥式充电器辅助电源 一般把充电器为电池充电的那路直流电流叫充电主电源，以后简称主电源;把其他控制电路的直流电源叫做辅助电源。 一般把供给电源PWM专用芯片的叫高压侧辅助电源，供主电源的电压，电流负反馈和充电模式转换电路的叫低压侧辅助电源。半桥式充电器PWM芯片和控制电路都与市电隔离，因此辅助电源可能简化为一个，而且可取自主电源，或者由功率输出变压器的独立绕组供电，辅助电源地和主电源地相连。无论何种电动车充电器，主电源都连接电池，为了人身安全，与市电应该是隔离的。 大多数半桥式充电器的辅助电源是采用功率输出变压器的独立绕组经全波整流供电。 目前半桥式充电器采用的PWM芯片基本是TL494，加市电瞬间芯片无电并不工作，功率开关管和推动变压器及其外围元件形成自激振荡，串联在功率开关管中点和310V之间T2初级绕阻有电流通过，在T2的初级独立绕组产生电压，续电压由D17，D18全波整流，C22电容滤波，供给PWM芯片，TL494开始工作，很快进入正常。 这一过程叫启动，使电源PWM芯片开始工作的电压叫做启动电压，启动阶段主电源电压不稳定，TL494正常工作后，主电源输出电压和电流才开始受控 第 21 页 设计(论文)用纸 制，辅助电源绕组输出电压与功率开关管的占空比有关，充电时约25V左右，空载时约17V左右，有些充电器将这个不稳定的电压经正三端稳压器稳压后再供应TL494。但是相当多的不经稳压直接供应TL494。使用中，忌讳充电电流大时先拔电池充电插头，后切断市电，这样操作容易损坏TL494。 大部分半桥式充电器的电源PWM芯片的启动电压，靠前面讲的功率经自激振荡提供，启动后工作电压靠辅助电源提供，也是例外的，CDJ-24-36C天津冠宇充电器及河北充电器厂的KGC35018充电器，启动电压来自被充电的电池，这类充电器不接电池或电池损坏是不工作的，并不是故障。 3.2.7 充电状态显示电路 充电状态显示电路如图3-10所示. LED2 R2 VD R R3 GB C VS LED1 LED3 图3-10 充电状态显示电路 利用发光二极管显示充电状态: * 接上电源而充电电路尚未接入被充电电时，发光二极管LED1点亮。 * 充电电路接入被充电池时，发光二极管 LED2点亮，表示充电进行中。 * 发光二极管LED3点亮时，表明电池已经充满电应切断电源停止充电。 第 22 页 设计(论文)用纸 第四章 充 电器的原理 4.1:TL494脉宽调制控制电路芯片 4.1.1TL494简介 TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16 16两种封装形式，以适应不同场合的要求。 和PDIP- 1、集成了全部的脉宽调制电路。 2、片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个(一个电阻和一个电容)。3内置误差放大器。4、 内止5V参考基准电压源。5、可调整死区时间。6、内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力推或拉两种输出方式。 4.1.2工作原理简述 TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下: 1.1 f,oscRC,TT 输出脉冲的宽度是通过电容C上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信T 号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压(范围在0—3.3V之间)即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。 脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段:当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到(Vcc-2.0)的共模输入范围， 第 23 页 设计(论文)用纸 这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。 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。 第 24 页 设计(论文)用纸 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。 电源噪声市电市滤波滤波器 整流电GHA173588U2D2电流电流阶段鉴别控制充电情况显示3反馈 6R30辅R13助D915半电D10源12U1 TL494桥电流误差放大+5V式半桥Q3PWM输出Q1814推挽D15功率驱动充Q2开关Q4电压误差放大11充电主电源1电+-+器-电流检测+框-R27稳压反馈图 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: 第 25 页 设计(论文)用纸 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。 (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?-?绕组感应出极性是?脚正、?脚负的电压，于是?-?绕组感应出?脚正、?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，?-?绕组感应出?脚正、?脚负的电压，使Q2截止。 Q1饱和导通后，150V电压?-?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?-?、?-?、?-?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?-?、?-?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 第 26 页 设计(论文)用纸 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。?脚接+5V，脉冲输出方 C1式被设置为推挽输出，?、?脚输出的推挽调宽脉冲，经驱动电路放大后送半 103 2KV103B12KV桥输出级，控制Q1、Q2轮流导通。 UF10C2VDDRT1 0.01μ Q1,,MJE13007D11-D14,, 2.5A NTC5D-11 +310V,630VF1Q2,,MJE130071N4007C5D15,,D5D8,,1N4007 C3D3D2105MUR1620CTD1-D4,,1N5399 C4C7630VB2,,EE22D9D10,,FR107 辅助电源充电电流鉴别 68μHA17358B3,,EI33D6D7,,FR157 0.01μ105比较器630VU282R37 3K9 D1D4,,,,630V R30630V D9 D10C19-1C6_A4750366GB+R357+5 3K9 R36 47K47K LED2 100K B35DR33 R34 R12红黄 涓流 50V 3K9 3K9 1K54 R24 1 240K C18R54.7μ3 R16 R1550V 100K9 R6R4D5 D6 B2 Q16 R3 D11Q3 27 2.2 0.116 4μ7C18152 R7限流 充电电流,50VC9 2K7半10K调整C2014,,+5V,,,,,,,,,,,,,,,, VCC,,12 取样电阻7107 R20 102,R13 124K 2K13,,CONT,,,,,,,,,,,,,,, DEAD,,4桥 R191.2KTL494,, RT,,62 R14 R1415,,-IN2,,, C17 C14 47K 100 24K 102C12式16,,+IN2,,,,,,,,,,,,,,,, CT,,5D15 103 223 R25附后 240K R98,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, C2,,11 D8 R11 R8充,3,,OPOUT,,,,,,,,,,,,,, 10K R22, U1,,,,, ,, E2,,10,,,,27 330n,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Q4 D14,,,,,,,,,,, R2354μ7 C10,2,,-IN1,,,,,,,,,,,,,,,,, C1,,8空载电 IN5400 D7 L1 Q2 5K650Vc132.2C1815 500μH44V D16 R17 R18,1,,+IN1,,,,,, ,7,,,,,,,, , 2K7 C21 R10E1,,9 C15R2R26470μ33K 102 D131K1K2K2 63VR27 D12 电压负反馈下取样电阻 12 电压负反馈 上取样电阻图4-3 山东GD36半桥式充电器 电压调整 R20、R24分压值设定死区控制?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，?脚的电位近似为+5V，输出脉冲占空比为零。随着C18的充电，?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?进行电压控制。R3是电流取样电阻，取样电压经R13加到TL494的?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。 第 27 页 设计(论文)用纸 (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，?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 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 第 28 页 设计(论文)用纸 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电瓶为6格)每(摄氏)度4mV。 学习维修充电器，关键是找到电压负反馈的电压取样电阻，熟练掌握减小取样电阻上半部分电阻值，输出电压降低;增大取样电阻上半部分电阻值，输出电压升高。或者反过来，减小取样电阻下半部分电阻值，输出电压升高;增大取样电阻下半部分电阻值，输出电压降低的方法。 其次是找到充电电流取样电阻，以及电流检测比较器，掌握改变各阶段充电电流的方法。 参考地电位的概念，在分析电流检测比较器电路时十分重要。这是因为，充电器电流检测比较器的集成电路是单电源供电，比较器的一端接地，比较器的另一端接取样电阻，对初学者理解电流检测比较器翻转经过有一定困难。 第 29 页 设计(论文)用纸 总 结 电动自行车具有节能、安全、高品质、污染小等优点。集蓄电池技术，电力电子技术，电动机技术，和精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广的绿色私人交通工具，并进入我国的千家万户，深受百姓青睐。 因此电动自行车蓄电池充电器的发展也有了一定的推动力，本设计就基于 市场上一些充电器设备为基础，加以自己的设计说明应用所学过的知识进行分析，其中包括我们学过的<<电力电子技术>>，<<电路与磁路>>，<<模拟电子技术>>等学科都有充分地应用。让我在毕业前有了一个学有所用的机会，让理论和实践充分的结合在了一起。为以后走向工作奠定了实践基础。 本系统的设计也有些许的不足之处，在充电所能达到电池电量的百分比方面不能得以准确得计算，但总体理论已经达到得所要求的预期目标，可以说已经完成《基于TL494的电动自行车充电器设计及分析》这一课题得任务要求。 第 30 页 设计(论文)用纸 致 谢 三年的时光如白驹过隙，毕业设计也已接近尾声，我想借此机会对关心和支持我的所有人表示感谢～ 三年来，我认真地学习了专业课程基础知识，具有一定的设计理论基础和独立设计能力，由于毕业设计的课题是一种整体性的、系统性的设计，我很努力地在做，但还是感到力不从心，因而这次设计在深度和广度上都有一定的局限性，不过，我认为还是提高了认识，学到了东西。所以我要感谢所有的任课老师，是您们的教育和培养，才使我学有所获。 大学生活即将结束，这一路走来，有时荆棘满地步履维艰，有时又阳光明媚豁然开朗，我很感谢王宇炎老师在设计中的讲解和帮助，伴我顺利完成大学里最重要的毕业设计时光。另外，在整个设计的过程中，还得到了同组其他同学真诚帮助，在此一并表示感谢～ 三年的大学生活，我感到自己树立了正确的世界观、人生观、价值观。在此，我将感谢系领导和任课老师，是他们教会我做人的道理。还有许多的朋友和同学在各个方面给予了我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后。在此我要感谢所有关心和爱护我的人。从现在起，我要进入社会这所更大的大学去努力奋斗～ 第 31 页 设计(论文)用纸 参考文献 1( 王德志(蓄电池原理及应用[M] (北京:中国铁道出版社，1991年 2( 周志敏，周纪海等(充电器电路设计与应用[M] (北京:人民邮电出版社，2006 年 3( 王鸿麟等(智能快速充电器设计与制作[M] (北京:科学技术出版社，1998年 4( 周志敏，周纪海等(开关电源实用技术——设计与应用[M] (北京:人民邮电 出版社，2003年 5( 周志敏(周纪海等(阀控式密封铅酸蓄电池实用技术[M] (北京:中国电力出 版社，2004年 ( 杨帮文(实用电池充电器与保护器电路集锦(北京:电子工业出版社，2004年 6 7( 李刚(现代仪器电路——电路设计的器件解决[M] (北京:科学技术文献 出版社，2000年 8( 陈有卿，刘海平(新颖集成电路应用手册 (北京:人民邮电出版社，1997年 9( 赵效敏(开关电源的设计与应用[M] (上海:上海科学普及出版社，1995年 10(叶慧贞(新颖开关稳压电源[M] (北京:国防工业出版社，1999年 12(TL494 脉宽调制控制电路资料 13(杨同洲 电源设备的使用维护与检修[M] (北京:人民邮电出版社，2003年 第 32 页 设计(论文)用纸 附录 中英文翻译 The meaning of computer switching power supply Switching Power Supply is the use of modern power electronics, control transistors switch on and off the opening time rate, to maintain a stable output voltage power supplies, switching power supply from the general pulse width modulation (PWM) control IC and MOSFET pose. Linear power supply and switching power supply compared with the two costs are increasing output growth, but with different growth rate. Power costs in a linear output power point, but higher than the switching power supply, known as the cost of this reversal point. With the development of power electronics technology and innovation, making switching power supply technology has constantly innovative, cost reverse this point to the increasing output of low-power mobile, switching power supply to provide a broad space for development. High-frequency switching power supply is the direction of their development, so that high-frequency switching power supply of small, and switching power supply into a wider range of applications, particularly in the application of high-tech fields, and promote the high-tech products of small, lightweight Of. Also switching power supply in the development and application of energy conservation, resource conservation and environmental protection are of great significance. Switching Power Supply CategoryPeople in switching power supply side is the development of technology-related power electronic devices, while the development of frequency switching technology, the two promote each other to promote the switch power annually to more than two-digit growth in a light, small, lightweight, low noise, high reliability, Anti-jamming direction. Switching Power Supply can be divided into AC / DC and DC / DC two categories, DC / DC converter which is now modular, design and technology and production technology at home and abroad have been mature and standardized, and have been authorized users, but AC / DC modular, makes its own characteristics in the process of modular, encountered a more complex technology and manufacturing process problems. Following were the two types of switching power supply for the structure and characteristics to set out . 1 DC/DC transform 第 33 页 设计(论文)用纸 DC / DC is to transform the fixed DC voltage transformation into a variable DC voltage, also known as DC chopper. Chopper's work in two ways, first PWM Ts the same way, change ton (GM) and the second is the frequency modulation, ton unchanged, change Ts (easily interference). Their specific circuit from the following categories: (1) Buck circuit - buck chopper, the average output voltage U0 less than the input voltage Ui, the same polarity. (2) Boost circuit - Boost chopper, the average output voltage U0 greater than the input voltage Ui, the same polarity. (3) Buck-Boost circuit - buck or boost chopper, U0 average output voltage greater than or less than the input voltage Ui, polar opposite, inductance transmission. (4) Cuk circuit - buck or boost chopper, its average output power U0 pressure greater than or less than the input voltage Ui, polar opposite, capacitance transmission. Today's technology allows soft switching DC / DC has undergone a qualitative leap forward, the United States VICOR companies design and manufacture of a variety of ECI soft-switching DC / DC converters, the largest of its power output is 300 W, 600W, 800W, the power density of the corresponding (6.2 , 10,17) W/cm3, efficiency (80 to 90)%. Japan's latest NemicLambda launched a soft-switch technology using high-frequency switching power supply module RM Series, the switches at (200 ~ 300) kHz, the power density has reached 27 W/cm3, using synchronous rectifier (MOS FET replace SCHOTT - Diode), the efficiency of the entire circuit to 90 percent. 2 AC/DC transform AC / DC transformation is to transform exchange for DC, its power can be a two-way flow, the flow of power flow from the power load known as the "rectification", the power flow from the load to return to power as "active inverter." AC / DC converter for the importation of AC 50/60 Hz, due to the rectification, filtering, the relatively large size of the filter capacitor is essential, because encountered safety standards (such as UL, CCEE) and EMC Directive Restrictions (such as IEC,, FCC, CSA), AC input side and EMC filter must meet safety standards and the use of the components, such restrictions on the AC / DC power of the small size of the addition, since the internal high-frequency, high-pressure, big Current switching action, made the resolution of EMC difficult to electromagnetic compatibility problems, will install the internal high-density circuit design to the high demand for the same reason, high-voltage, high current power switches make greater loss of work, limiting the AC / DC converter modular process, it must be in power system design methods to optimize the efficiency of its work reaches a certain level of satisfaction. 第 34 页 设计(论文)用纸 AC / DC transform the circuit can be divided into the connection mode, half-wave circuit, full-wave circuit. By the power of a few can be divided into, single-phase, three-phase, multi-phase. Circuit work on a quadrant can be divided into quadrants, the quadrant, the three-quadrant, the four quadrants. Selection of switching power supply 3 Switching power supply In the importation of anti-jamming performance, as its own circuit of the characteristics of (multi-level series), the general importation of interference such as a surge through the difficult, in the output voltage stability of the technology indicators compared with the linear power Have greater advantages, its output voltage stability up (0.5 to 1)%. Switching power modules as a power electronic device integration, the choice should note the following: Because of the high efficiency switching power supply, can usually more than 80 percent, it was their choice of output current, accurate measurement of electrical equipment or calculating the maximum absorption current, so that was the choice of switching power supply has a high cost performance, Output is usually calculated as follows: Is = KIf Type in: Is-switching power supply is rated output current; If-the largest electrical equipment absorb current; K-margin coefficient, from 1.5 to 1.8 in general; 4 grounding Linear power than the power switch will generate more interference, the common mode interference sensitive electrical equipment, grounding and shielding should take measures, according to ICE1000, EN61000, FCC restrictions, such as EMC, switching power supply are taking measures EMC EMC, Switching power supply should normally with EMC EMC filter. If lied Huafu technology HA series switching power supply, its FG terminal users access to the land or the case in order to meet the electromagnetic compatibility requirements. protection circuit In switching power supply design must have a flow of overheating, such as short-circuit protection, it should be preferred in the design of the protection of the full-featured switch power modules, and its protection circuit with the technical parameters of the work of electrical equipment matched to Avoid damage to electrical equipment or switching power supply. Switching power supply technology development 第 35 页 设计(论文)用纸 trends Switching Power Supply is the direction of development of high-frequency, high reliability, low consumption, low noise, interference and modular. Since switching power supply light, small, thin is the key technology of high-frequency, switching power supply major foreign manufacturers are committed to synchronize the development of new high-intelligent devices, particularly in the second rectifier of the loss and iron in power Oxygen-(Mn Zn) materials to increase the scientific and technological innovation, to enhance the high-frequency and larger magnetic flux density (Bs) under high magnetic properties, and the small capacitor is also a key technology. SMT technology applications makes switching power supply has made considerable progress, both sides of the circuit board layout components, to ensure that the light switch power, small, thin. The high-frequency switching power supply is bound to the tradition of the PWM switching technology innovation and achieve ZVS, ZCS the soft-switch technology has become the mainstream of switching power supply technology and a substantial increase in the switching power supply efficiency. For high-reliability indicators, the U.S. switching power supply manufacturers by reducing operating current, lower junction temperature devices, and other measures to reduce the stress, increased reliability greatly improved. Modular Switching Power Supply is the general trend of development, can be used modular power components distributed power systems, designed to N +1 redundant power systems, and parallel way to achieve the capacity expansion. Power switching operation for this big noise shortcomings, if the individual pursuit of its high-frequency noise will also increase with, and the use of the resonance conversion circuit technology, in theory, can achieve the high-frequency noise can be reduced, but some Resonant conversion of the practical application of technology there are still technical problems in this area is still a great deal of work to make the technology to practical use.Power electronics technology innovation, switching power supply industry has broad development prospects. China's switch to accelerate the pace of development of power industry, we must walk the road of technological innovation, out of production, study and research with Chinese characteristics, the joint development, for the rapid development of China's national economy to contribute. 第 36 页 设计(论文)用纸 微机开关电 源的含义 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源的分类人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。 1.DC/DC 变换 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路由以下几类: (1)Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。(2)Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压 U0大于输入电压Ui，极性相同。 (3)Buck,Boost电路——降压或升压斩波器，其 输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。 (4)Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为(80,90),。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200,300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二极管)，使整个电路 第 37 页 设计(论文)用纸 效率提高到90,。 2.AC/DC变换 AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA)，交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单相、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。开关电源的选用开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点(多级串联)，一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达(0.5,1),。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注意以下几点: 3.输出电流的选择 因开关电源工作效率高，一般可达到80,以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算为: Is=KIf式中:Is—开关电源的额定输出电流; If—用电设备的最大吸收电流; K—裕量系数，一般取1.5,1.8; 4.接地 开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。3.3保护电路开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。开关电源技术的发展动向开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体(MnZn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)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，以确保开关电源的轻、小、薄。 第 38 页 设计(论文)用纸 开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS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。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用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，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用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，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。 第 39 页