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基于半桥电路的48V3A电动自行车充电器设计

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断状态时,其产生的交流电流与交流电压将对电路中的其他元器件造成干扰,如果不采取适当的措施滤除这些干扰,电路的正常工作就会严重的影响。除此之外,因为开关电源振荡器是没有工频变压器的隔离的,所以在工作时这些干扰就会进入到电网中,对其他设备造成非常严重的干扰,这是非常不好的。目前,由于我国的科技技术和其他先进的国家还有一定的差距,所以充电器的造价也迟迟不能降低,然而在制造时往往采用低成本生产,使得充电器的可靠性也不能肯定。所以在我国暂时不能得到较为广泛的应用。那些发达国家的开关电源技术虽然已经有了很不错的发展,但是在实际应用中,效果也不是很好。这就是开关电源的缺点导致的,因为电路结构过于复杂,使得电路不稳定,故障率较高,检查维修相对麻烦,在设计和制造时要充分地重视这些问题。如今,开关电源还是不能得到较广泛推广应用,都是他的这些缺点所导致的。开关电源的相关研究也在努力攻克这个难题,我相信在不久的将来,以开关电源为核心的电动车充电器是一定不会让人们失望的。 1.3 充电器的结构与分类 1.3.1 充电器的分类

为了确保在使用电动自行车有足够的动力正常行驶,我们就必须对蓄电池消耗进行不断的补充,而要补充其消耗的电能,就需要设计一款合适的充电器。也正是如此,在市场上出现了各种模式的充电器,互相竞争者市场的占有率,常见的有二段式、三段式、正负脉冲式和三段智能式等,现在用三段智能式充电器比较多。

根据电池的容量的不同,充电器的规格主要有20V、12A;36V、12A;36V、14A; 48V、17A;48V、20A和36V/48V;以及公用型充电器等。

由于电动自行车充电器的厂家很多,厂家之间的互相竞争,也推出了格式各样的充电器。较常见的电动自行车充电器举例如下图1?1所示。

图1?1电动车充电器外形

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1.3.2 充电器的结构

电动自行车充电器电路包括充电控制电路、驱动电路、整流滤波电路、高压开关电路、电压转换电路、恒流、恒压电路和反馈电路保护电路等部分。充电器内部的主要元器件有脉冲调制集成电路、电流反馈放大器、电压反馈放大器、功率开关管、驱动三极管、整流二极管、电阻、电感、电容器和变压器等组成。在较好的电器采用的是开关电源为核心,在电路中加入智能控制数字电路模块,在输出技术上,采用了智能检测电路和控制技术来调节电动车充电器的输出,大大的提高了充电器的性能。电动车充电器在充电时还采用自动监控检测技术,它能实时的监控蓄电池的充电情况,并且自动进行分析调整,选择最合适的充电模式给电池充电,以达到充电过程中对电池的保护要求。也正因为这样,充电器的电路组成从传统的分立式元件向集成化、数字化和智能化转变,越来越精确可靠。 1.4 本文设计内容及要求 1.4.1设计内容

我们都知道,电动自行车作为一种比较轻便的交通工具,在时下的使用已非常普遍,在不久的将来极有可能取代自行车的位置,充电器作为电动自行车的核心配件,在市场上也具有很大的占有率,所以本设计做了一个基于SG3525的半桥式48V/3A电动车充电器。 1.4.2设计要求 ⒈ 输入参数

(1) 输入电压:AC220V,允许的波动范围:180V ~260V,50Hz (2) 效率:≥85% (3) 开关频率:40kHz ⒉ 输出参数

(1) 输出电压:48V/3A (2) 纹波电压:Vp_p<50???? (3) 负载稳定度:≤±1% (4) 电压稳定度:≤±1% ⒊ 技术要求

具有过压、过流和短路保护等功能。 ⒋ 环境要求

(1)温度要求:工作温度:0~50℃ 存储温度:﹣40 ~70℃

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(2)湿度要求: 工作湿度:0 ~ 85% 存储湿度:0 ~ 95%

(3)耐电要求: 输入对输出2kV ≤ 5mA 输入对外壳 2kV ≤ 5mA 输出对外壳 2kV ≤ 5mA ⒌ 设计要求

完成设计中要完成主电路的设计,各部分电路的介绍,芯片的介绍和选型,各元件参数的计算,变压器的选型。还要设计一个辅助供电电路辅助供电。

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2电动车自行车蓄电池及其充电方式介绍

2.1 电动车的蓄电池

作为电动车动力的来源,蓄电池得到了很不错的发展,由于各个厂家的生产方式不同,市场上的蓄电池种类也是各有不同。目前常见的蓄电池主要有5种,分别是:铁镍、镉镍、铅酸、氢镍和锂二次电池。我们较常使用的是铅酸电池,占有市场的65%;其次是镉镍电池,占有 30%的市场,而剩下的5%则是铁镍电池和其他电池。

在充放电时,蓄电池内部会发生很多化学反应。以铅酸电池为例,铅酸电池工作时,有在正极板上发生生成二氧化铅的氧化反应,还有在负极板上发生生成铅单质的还原反应,两个反应都是可逆的化学反应。我们可以把它看成是一个有着二氧化铅组成的正极和一个有很多孔的铅构成的负极(海绵状铅都浸入在硫酸的水溶液中,在硫酸的水溶液中发生了以上的所有反应,从而构成了蓄电池。因为上述的反应都是可逆的,他们分别对应了蓄电池的充放电过程,所以我们就可以利用这个原理对它进行充电,让蓄电池经过充电之后能重新达到满电的状态,使之能再次放电。综上所述,我们得到了蓄电池的重要特性,那就是它能反复的充电和放电。

由于蓄电池在充电时会发生放热过程而导致其温度升高,所以在对其充电时必须要注意充电的温度,防止温度过高而导致电池烧毁,严重的可能还会引发安全问题,不容忽视。正常情况下蓄电池充电温度控制在15~30℃较为适宜,温度低于10℃或者超过了40℃,充电效果都不好。除此之外充电器充放电电流的大小和及充放电方式都要考虑进去。

充电器的充电的电压、充电方式以及充电结束后蓄电池应该达到的最终电压,都要依据蓄电池的极板结构和材料来确定。不同厂家生产的蓄电池就算规格相同、型号也相同,但是由于生产工艺上的差异,使得它的性能也有很大的差异,所以,充电器并不能通用,必须相配套使用。 2.2 电动车蓄电池充电方式

我们要求所设计的充电器能够自动转换充电方式,而且具备保护功能。同时,能根据电池充电时的特点,自动选择最优的充电方式,以达到安全高效的目的。充电方式主要由以下几种: 2.2.1 恒流充电

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恒流充电的电路图如图2?1所示。所谓恒流充电就是在充电过程中始终保持电流的值不变,用恒定的电流给蓄电池充电,那么问题来了,选择多大的电流合适呢?我们往往要求缩短充电时间,而解决这个问题最直接的方法就是增大充电电流,然而充电电流过大会使得电池的温度过高,存在极大的安全隐患;而小电流充电,能够缓慢平稳的对电池进行充能,有利于对电池的保护和保证充电质量,并且其充电时放热较少,所以即使在夏天温度比较高时,也不会使电池的温度过高,这对电池的使用时很有利的,但是因为电流太小而使得长充电的时间太长,这会在我们的日常使用中造成不便,所以在使用恒流充电时,我们要综合考虑电池的容量和使用环境来选择适合的充电电流。

图2-1恒流充电的电路图

2.2.2 恒压充电

恒压充电电路图如图2?2所示。恒压充电即是以恒定不变的电压对蓄电池进行充电,而这个电压是一个非常重要的参数,因为它的确定条件较严格,因为它不能能在比较宽范围内进行调整,所以在确定这个参数时,我们往往要考虑更多的因素,在充电过程中,当蓄电池氧的析出大于还原时,将会发生水化反应;而在充电过程中,因为某些原因(比如电压过低)不能及时充电时,则会使蓄电池发生硫酸盐化。这些问题在选择恒压充电时都要充分的考虑,电压过大会引起蓄电池失水而电压过低又会导致蓄电池出现硫酸盐化。所以,在选择充电电压时,我们要考虑电池的实际情况,选择适合的电压,以避免失水和硫酸盐化的发生。

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基于半桥电路的48V3A电动自行车充电器设计

断状态时,其产生的交流电流与交流电压将对电路中的其他元器件造成干扰,如果不采取适当的措施滤除这些干扰,电路的正常工作就会严重的影响。除此之外,因为开关电源振荡器是没有工频变压器的隔离的,所以在工作时这些干扰就会进入到电网中,对其他设备造成非常严重的干扰,这是非常不好的。目前,由于我国的科技技术和其他先进的国家还有一定的差距,所以充电器的造价也迟迟不能降低,然而在制造时往往采用低成本生产,使得
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