基于半桥电路的48V3A电动自行车充电器设计

基于半桥电路的48V/3A电动自行车充电器设计

摘要

在如今这个提倡绿色可持续发展的社会，因为电动自行车的广泛应用，其充电器的市场也越来越大，性价比高的电动车充电器在这个大舞台上，是很有竞争力的。所以我们根据半桥电路的特点设计了一个48V/3A的电动自行车充电器。这个充电器是根据电流模式的开关电源原理而设计的，其主电路采用了半桥电路，控制电路以SG3525芯片为核心，驱动电路使用IR2104为核心，结合稳压器等芯片，实现了对蓄电池的充电和控制，以达到在充电时对蓄电池进行保护的目的。本设计中介绍了使用到的相关的芯片，而且给出了完整的电路图，具体地分析了主电路的工作原理、各部分电路的工作原理和各种相关芯片的介绍，这其中包括了主电路、控制电路、驱动电路和电压、电流反馈电路的工作原理。并且还使用了MATLAB进行仿真，结果表明，该电动车充电器性能优良，能较好的保护蓄电池，稳定性非常强，而且成本比较低，非常有前景。

关键词：半桥电路，SG3525，电流模式，充电器

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DESIGNOF 48V/3A

ELECTRICBICYCLECHARGERBASEDONHALFBRIDGECI

RCUITFOR 48V/3A

ELECTEICBICYCLECHARGERBASEDONHALFBRIDGECI

RCUIT

ABSTRACT

In this advocate green and sustainable development of the society, because of the widespread use of electric bicycle charger, the market is more and more big, high performance electric car charger in this big stage, is very competitive. So we design a 48V/3A electric bicycle charger based on half bridge circuit. This charger is designed according to the principle of the current mode switching power supply, the main circuit adopts half bridge circuit, the control circuit based on SG3525 chip as the core, drive circuit using IR2104 as the core, combined with the regulator chip, realizes the charging and control of the battery, in order to protect the battery during charging to. This design describes the use of related chips, and presents the design of integrated circuit, a detailed analysis of the working principle and circuit design, each part of the circuit chip is introduced, including the working principle of the main circuit, control circuit, drive circuit and voltage and current feedback circuit. The simulation results show that the charger has good performance and can protect the storage battery better. The stability of the MATLAB charger is very strong, and the cost is low. It is very promising.

KEYWARDS：The half bridge circuit, SG3525, current mode ,charger

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目录

1绪论 .............................................................. 5 1.1 研究背景 ...................................................... 5 1.2 研究现状 ...................................................... 5 1.3 充电器的结构与分类 ............................................ 6 1.3.1 充电器的分类 .............................................. 6 1.3.2 充电器的结构 .............................................. 7 1.4 本文设计内容及要求 ............................................ 7 1.4.1设计内容 .................................................. 7 1.4.2设计要求 .................................................. 7 2电动车自行车蓄电池及其充电方式介绍 ................................ 9 2.1 电动车的蓄电池 ................................................ 9 2.2 电动车蓄电池充电方式 .......................................... 9 2.2.1 恒流充电 .................................................. 9 2.2.2 恒压充电 ................................................. 10 2.2.3 浮充法 ................................................... 11 2.2.4 涓流充电 ................................................. 11 2.3 分阶段充电法 ................................................. 12 3芯片和电路原理介绍 ............................................... 14 3.1芯片介绍 ..................................................... 14 3.1.1 SG3525芯片 .............................................. 14 3.1.2 IR2104芯片 ............................................... 16 3.1.3 TL341芯片 ............................................... 17 3.2电路原理介绍 ................................................. 20 3.2.1主电路电路原理 ........................................... 20 3.2.2 整流电路 ................................................. 21 3.2.3 滤波电路 ................................................. 22 3.2.4 半桥电路 ................................................. 24 3.2.5 半桥电路的驱动电路 ....................................... 25 3.2.6电压反馈电路 ............................................. 25 3.2.7 电流反馈电路 ............................................. 26 3.2.8辅助供电电路 ............................................. 27

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4变压器的选择和元器件参数计算 ..................................... 28 4.1变压器的设计 ................................................. 28 4.2 输出滤波电感选择 ............................................. 30 4.3 SG3525确定频率的电容和电阻参数计算 .......................... 30 4.4 SG3525的软启动电阻说明 ...................................... 31 4.5 输入输出滤波电容选择 ......................................... 31 4.5.1输入滤波电容选择 ......................................... 31 4.5.2输出滤波电容选择 ......................................... 31 4.6 一次侧整流二极管的选择 ....................................... 31 4.7 开关管、续流二级管和二次侧整流二极管的选择 ................... 32 5 MATLAB仿真 ..................................................... 34 6结论 ............................................................. 37 致谢............................................................... 38

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1绪论

1.1 研究背景

随着工业产业的发展，我们生活的环境正在一天天的变坏，而造成这样后果的原因，就是大气被严重污染。根据环保部门的统计分析，大气污染的大部分原因是来自于交通运输的尾气污染，竟然达到了42％之多。现在科学技术越来越发达，人们的生活也越来越好，有汽车的人也越来越多，而在汽车使用过程中汽车尾气对大气的污染也紧随其后，正在以恐怖的速度增长。随着污染比例的提高，使我们的生态环境遭受严重的破坏，我们的正常生活和身体健康也受到严重的影响。现在世界上各个国家都在出走可持续发展道路，也正因为如此，电动自行车行业得到了飞速的发展，电动自行车以它绿色环保、使用方便、价格较低等优点迅速得到了消费者的喜爱。然而电动自行车蓄电池的寿命直接影响着用户的使用体验，电池寿命太低是用户不愿意看到的，我们都希望能在做到低成本的同时延长电动车电池的使用寿命，所以就要在电池的设计与制造的工艺水平上下大工夫，不仅如此，在平时的使用之中，也要注意对电池的维护，然而这些都不是最重要的，最重要的是我们在充电的过程中，要对蓄电池采取保护措施，因此充电的方式才是问题的关键。我们都知道充放电过程蓄电池的寿命的影响最大，经过科学研究发现:充电时蓄电池过充电，会导致蓄电池大量的发热，使电解液失水；而如果充电不足的话，又会使蓄电池内发生的化学反应不够充分，导致电池长期处于不饱和状态，长期处于不饱和状态将会导致蓄电池容量不断下降。所以，设计一款在充电时能采取适当的充电方式，对蓄电池有保护功能的充电器是很有必要的。也正是人们意识到了这一点，近年来对充电器技术的研究也受到了重视，期望能研究设计出既能快速充电，又能在充电时保护蓄电池的电动自行车充电器。 1.2研究现状

最早期的电动自行车充电器使用的是工频变压器，它的波形没有畸变，电路较为简单，故障率相比较低，成本比较低廉，因此在早期得到了较为广泛的应用。但是工频变压器体积相对较大，外观非常笨重，效率比较低，这使得充电器的体积变得较大，充电效率也不是很高，充电的时间很长，显然已经不适合这个节奏较快的社会发展需求。随着科技的发展，开关电源终于取代了工频变压器，在充电器中得到了广泛的应用。由于它具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、电压调节范围宽等优点，使得充电器的充电功能却得到了极大的改善，因此得到了各大厂家和广大消费者的青睐。虽然其优点较为突出，但是其还是存在一些不可避免的缺陷。其最明显的缺点就是存在开关干扰。当功率开关管工作在开通或者关

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