威昌FDX-36电动车专用智能充电器市场拥有量较大,和捷安特充电器类似,属于单激类正激式充电器,其电路如附图所示。下面对该电路作一分析,也是对《电子报2004年合订本》附录中捷安特充电器工作原理的部分补充。
一、电路组成及功能
1.高压部分C1、L1、C2组成市电双向抗干扰滤波器,D1~D4、C5构成桥式整流电容滤波电路。RT是负温度系数的热敏电阻,室温时约8Ω,可以减小充电器刚接通市电时的冲击电流,保护D1~D4等,随温度升高电阻值减小,功耗也随之减小。
R32、C6、C7是IC1的启动电路,N3、D5组成IC1的辅助工作电源。C14为IC1自身+5V参考电源滤波电容。C10、R28为IC1内部运算放大器补偿电路。高频变压器T1的初级N1和功率开关管Q1组成能量转换电路。Q1导通时,N1将能量传递给次级绕组;在Q1截止时,D6将储能返还电源。R31是功率转换部分电流取样电阻,当它两端电压超过1V时,IC1保护电路动作,关断⑥脚输出,这一功能在本电路里是第一功率限制电路。
该电路IC1的KA3842AP和UC3842可以通用。IC1的运用,和常见充电器相比有两个不同点:在③脚和④脚间加了R25斜坡补偿,这样对输出占空比大于80%时有利,加C11对开关电源空载和轻载时,稳定振荡有益;电压和电流负反馈通过光电耦合器IC3加在IC1运算放大器的输出端①脚,而不是通常的反相输入端②脚,好处是缩短了信号传递和处理经过运算放大器的延迟时间。
2.低压部分T1次级N2和D13a、C21组成低压主整流和滤波,供电池充电。R13、C12为吸收电路,消除变压器的尖峰电压,保护半导体器件。
L2是单激正激式开关电源特有的后续电感,D13b为续流二极管,R12是假负载。
当Q1导通时,T1初级的能量通过电磁耦合到N2,经低压主整流送入L2,一方面输出VB为电池充电,一方面储能;当Q1截止时,L2储能通过其续流二极管D13b组成C21和电池充电回路。D14主要功能是防止电池接入时,C21充电造成的火花烧蚀充电插口,并无防电池极性反接功能。D14的运用也与众不同,它接在电池负端并且接在电压取样电阻的外面,这和接在电池正端并且接在电压取样电阻的前面相比,不仅降低了故障率,还摆脱了二极管非线性对稳压负反馈的影响。
N4、D12、C17组成第二辅助电源VCC,为集成电路U1等低压控制电路供电。R23、LED1组成电源工作指示。
光电耦合器IC3隔离控制电路带市电和低压不带市电部分;它的导通状态关系功率开关管Q1的导通占空比。红外发射管的电流越大→光电三极管导通越好→Q1的导通占空比越小→输出VB越低,反之VB越高。有三路控制IC3内部红外发射管:第一路为第二功率限制部分;第二路为电压负反馈部分;第三路为电流负反馈部分。
低压控制核心部分为集成块LM324,内部有四个运算放大器:U1B工作在放大状态,为电压负反馈放大器;U1C工作在积分放大状态,是限制充电电流的负反馈放大器;U1A和U1D工作在开关状态,和外围元件组成充电状态转换和充电状态显示,其中U1A是(充电状态转换)电压比较器,为了防止在转换临界点频繁转换,增加了正反馈,形成施密特电路。U1D可以看作是一个反相器。
电压负反馈取样电阻决定主整流输出电压VB的高低。R1、R3组成上取样电阻,R2、R3、组成下取样电阻。当Q4导通时,R3和R2并联,此时下取样电阻R=R2×R3/(R2+R3),由于R2和R3并联,主整流输出电压VB将升高,处于限流充电状态;当Q4截止时,R3下端开路悬空,此时下取样电阻R=R2,显然,取样电阻的比值变了,电压负反馈Va变大了,主整流输出电压VB将低于前面的值,充电器处于恒压涓流充电状态。
Q2为精密可调稳压管,图中接法可为比较器等提供2.5V基准电压。
Q3、Z2、D10组成第二功率限制电路,当电池初充值太低时,VCC和VB电压差可能较大(约10V),Z2反向导通、Q3导通,使光电耦合器IC3内部发光管导通电流增加,从而使功率开关管导通占空比降低以限制其转换功率,提高充电器的可靠性。
R11是充电电流取样电阻,充电电流越大→取样电阻两端压降越大→R11上端电位Vb越低。这个代表充电电流的电位分成两路分别送往电流负反馈和(充电状态转换)电压比较器。
其一,充电电流取样(电位)经R17、C18滤波后送U1B反相输入端和U1C反相输入端,充电电流大→取样(电位)低→U1B和U1C输出端电位升高,都会使光电耦合器IC3内部发光管导通电流趋向增加,从而使功率开关管Q1导通,占空比降低→VB降低→充电电流趋向减小,使充电流稳定并受到限制。
其二,充电电流取样(电位)经R20、C22滤波后送U1A同相输入端,当充电电流大于300mA时,U1A输出低电位→绿发光管熄灭。U1A输出的低电位送U1D反相输入端→使U1D输出为高电平→一方面点亮红(充电)发光管,同时使Q4导通。Q4的导通使R3和R2并联,改变了电压负反馈上下取样电阻的比例,造成电压负反馈量Va减小,引起VB升高,充电器处于高电压限流充电状态。当充电电流小于300mA时,U1A输出高电位→绿发光管点亮。U1A输出的高电位送U1D反相输入端→使U1D输出为低电平,一方面熄灭红(充电)发光管,同时使Q4截止。Q4的截止,使R3下端开路,电压负反馈Va变大了,VB降低,充电器处于较低的恒压充电状态。