基于KA3842的电动车充电器原理

基于KA3842的电动车充电器原理常用电动车充电器根据电路结构，有一款是以KA3842驱动场效应管的单管开关电源，配合LM358双运放来实现三阶段充电方式。原理图如下：220v交流电经T0双向滤波抑制干扰，D1整流为脉动直流，再经C11滤波形成稳定的300V左右的直流电。U1为KA3842脉宽调制集成电路。其5脚为电源负极，7脚为电源正极，6脚为脉冲输出直接驱动场效应管Q1(K1358)3脚为最大电流限制，调整R25(2.5欧姆)的阻值可以调整充电器的最大电流。2脚为电压反馈，可以调节充电器的输出电压。4脚外接振荡电阻R1,和振荡电容C1。T1为高频脉冲变压器，其作用有三个。第一是把高压脉冲将压为低压脉冲。第二是起到隔离高压的作用，以防触电。第三是为KA3842提供工作电源。D4为高频整流管（16A60V）C10为低压滤波电容,D5为12V稳压二极管，U3(TL431)为精密基准电压源，配合U2(光耦合器4N35)起到自动调节充电器电压的作用。调整w2(微调电阻)可以细调充电器的电压。D10是电源指示灯。D6为充电指示灯。R27是电流取样电阻（0.1欧姆，5w）改变W1的阻值可以调整充电器的高恒压值。通电开始时，C11上有300v左右电压。此电压一路经T1加载到Q1。第二路经R5,C8,C3,达到U1的第7脚。强迫U1启动。U1的6脚输出方波脉冲，Q1工作，电流经R25到地。同时T1副线圈产生感应电压，经D3,R12给U1提供可靠电源。T1输出线圈的电压经D4,C10整流滤波得到稳定的电压。此电压一路经D7（D7起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用）给电池充电。第二路经R14,D5,C9,为LM358(双运算放大器，1脚为电源地，8脚为电源正)及其外围电路提供12V工作电源。D9为LM358提供基准电压，经R26,R4分压达到LM358的第二脚和第5脚。正常充电时，R27上端有0.15－0.18V左右电压，此电压经R17加到LM358第三脚，从1脚送出高电压。此电压一路经R18,强迫Q2导通，D6（红灯）点亮，第二路注入LM358的6脚，7脚输出低电压，迫使Q3关断，D10(绿灯)熄灭，充电器进入恒流充电阶段。当电池电压上升到44.2V左右时,充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在44.2V左右，电流逐渐减小。当充电电流减小到250mA—400mA时，R27上端的电压下降，LM358的3脚电压低于2脚，1脚输出低电压，Q2关断，附上3842的内部框图①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RT×CT)；⑤脚为公共地端；⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A；⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；⑧脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。元件的参数见下图常见的故障有三大类:1、高压故障2、低压故障3、高压，低压均有故障。高压故障的主要现象是指示灯不亮，其特征有保险丝熔断，整流二极管D1击穿，电容C11鼓包或炸裂。Q1击穿,R25开路。U1的7脚对地短路。R5开路，U1无启动电压。更换以上元件即可修复。若U1的7脚有11V以上电压，8脚有5V电压，说明U1基本正常。应重点检测Q1和T1的引脚是否有虚焊。若连续击穿Q1，且Q1不发烫，一般是D2,C4失效，若是Q1击穿且发烫，一般是低压部分有漏电或短路，过大或KA3842的6脚输出脉冲波形不正常，Q1的开关损耗和发热量大增，导致Q1过热烧毁。高压故障的其他现象有指示灯闪烁，输出电压偏低且不稳定，一般是T1的引脚有虚焊,或者D3,R12开路,KA3842及其外围电路无工作电源。另有一种罕见的高压故障是输出电压偏高到120V以上，一般是U2失效，R13开路所致或U3击穿使U1的2脚电压拉低，6脚送出超宽脉冲。此时不能长时间通电，否则将严重烧毁低压电路。低压故障大部分是充电器与电池正负极接反，导致R27烧断，LM358击穿。其现象是红灯一直亮，绿灯不亮，输出电压低，或者输出电压接近0V，更换以上元件即可修复。另外W2因抖动，输出电压漂移，若输出电压偏高，电池会过充，严重失水，发烫，最终导致热失控，充爆电池。若输出电压偏低，会导致电池欠充。高低压电路均有故障时，通电前应首先全面检测所有的二极管，三极管，光耦合器4N35，场效应管，电解电容，集成电路，R25,R5,R12,R27，尤其是D4（16A60V,快恢复二极管），C10(63V,470UF)。避免盲目通电使故障范围进一步扩大。有一部分充电器输出端具有防反接，防短路等特殊功能。其实就是输出端多加一个继电器，在反接，短路的情况下继电器不工作，充电器无电压输出。还有一部分充电器也具有防反接，防短路的功能，其原理与前面介绍的不同，其低压电路的启动电压由被充电池提供，且接有一个二极管（防反接）。待电源正常启动后，就由充电器提供低压工作电源。电动车充电器基本原理220V交流输入电动车充电器的构成整流滤波开关管开关变压器高频整流滤波充电控制充电指示电源部分直流输出充电控制部分电源部分•模拟电源铁芯变压器电源部分•开关电源平均电压平均电压充电控制部分•充电模式:1.恒压式2.恒流恒压降压浮充3.脉冲式最高充电电压点CDB第一阶段电流恒压式充电曲线电压时间时间AE起始充电电压点电池欠压值恒功率充电器输出功率=输出电压X输出电流最大输出功率58.8VX1.8A=106W初充电时的电流：106W/42V=2.5A恒定一个怎样的功率？第二阶段起始充电电流点最大充电电流转灯电流点恒流恒压降压浮充充电曲线电流电压时间时间58.8V42V恒流阶段B起始充电电压点电池欠压值A最高充电电压点单块电池14.7V48V电池=14.7VX4=58.8VCD恒定电流充电充电电流=0.15C｛Ｃ电池容量｝48V12Ah电池=12X0.15=1.8A1.8AEF转灯电流点恒压阶段经验值12Ah电池0.4A0.4AG降压浮充点单块电池13.7V48V电池13.7VX4=54.8V54.8V降压浮充阶段时间8～10小时充电指示灯红色充电指示灯绿色电池失水造成热失控1.2A定时3小时图1图2强制转入浮充阶段脉冲式充电曲线恒流阶段充入90%的电量•铅酸电池充电曲线充电器原理图开关管电源芯片光耦高频变压器运放定时芯片220V取样电阻电动车充电器的使用•工作电压:220VAC•工作环境:0～40℃室内使用防潮防水通风良好•充电时间：2-8小时（视电池使用状态而定）桥式整流滤波器高频变压器光耦输出二极管输出高频电容输出保险丝0.1欧取样电阻开关管输入滤波电容输入保险丝输出隔离二极管KA3842电源芯片LM324运放4060定时芯片TL431电动车充电器的工作原理•220v交流电经LF1双向滤波抑制干扰，D1---D4整流为脉动直流，再经C2滤波形成稳定的300V左右的直流电。IC1为TL3842脉宽调制集成电路。其5脚为电源负极，7脚为电源正极，6脚为脉冲输出直接驱动场效应管V1(8N60)3脚为最大电流限制，调整R5(0.51欧姆)或调整R24---R27(2欧姆)的阻值可以调整充电器的最大电流。2脚为电压反馈，可以调节充电器的输出占空比。4脚外接振荡电阻R13,和振荡电容C12。T1为高频脉冲变压器，其作用有三个。第一是把高压脉冲将压为低压脉冲。第二是起到隔离高压的作用，以防触电。第三是为KA3842提供工作电源。D17为高频整流管（5A400V）C11为输出滤波电容,IC2(TL431)为精密基准电压源，配合PC1(光耦合器817C)起到自动调节充电器电压的作用。调整R6可以细调充电器的输出电压。LED2是电源指示灯。LED1为充电指示灯。R9是电流取样电阻（0.1欧姆，3w）改变R11的阻值可以调整充电器的充电电流（1.8A)和拐点电流（400mA）。电动车充电器的工作原理•通电开始时，C2上有300v左右电压。此电压一路经T1加载到V1。第二路经R18—R21,C4,达到IC1的第7脚。强迫IC1启动。IC1的6脚输出方波脉冲，V1工作，电流经R5到地。同时T1副线圈产生感应电压，经D6,R15.R16给IC1提供辅肋电源。T1线圈输出的电压经D17,C11整流滤波得到稳定的电压。此电压一路经D17输出二极管，D14输出隔离二极管（D14起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用）给电池充电。第二路经D13,C8,为LM324(四运算放大器，11脚为电源地，4脚为电源正)及其外围电路提供15V工作电源。D9为LM324提供基准电压。正常充电时，R9上端有0.18V左右的电压，此电压经R38加到LM324第13脚，从14脚送出高电平。此电压一路经R58,，使LDE1/R（红灯）点亮，第二路注入LM324的9脚，10脚输出低电平,LED1/G(绿灯)熄灭(注LED1为双色灯)，充电器进入恒流充电阶段。当电池电压上升到58.8V左右时,充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在58.8V左右，充电器进入恒压充电阶段，电流逐渐减小。当充电电流减小到400mA时，R9上端的电压下降，同时8脚输出高电平，LED1/G(绿灯)点亮。另一路经D16，R59送到电压控制回路，使输出电压降低。充电器进入降压浮充充电阶段。三、开关电源在电动车充电器中的应用（一）、充电器分类：按功率转换方式全桥式半桥式带负脉冲半桥式脉冲式专用芯片控制脉冲式反激式一般脉冲式正激式单激式工频充电器高频充电器（开关电源式）按充电器工作频率带其它功能半桥式普通分段半桥式按充电方式恒压充电恒流充电三段式（智能型充电）（二）、充电模式的简单分析：1、恒流充电：需定时管理，避免过充。2、恒压充电：SRVUI−=当电瓶亏电时，，充电起始电流大。3、三段式充电：充电起始阶段：用限流充电，也称为恒流充电；充电中期：改为定压充电；充电后期：也是定压充电，但定压值比中期降低了一些，称为涓流充电，也称为浮充。此阶段，还可以采用脉冲模式。1充电状态轮换电流检测比较器2充电电流限流检测反馈放大器3电池电压检测反馈放大器（基本基准电压为第三阶段涓流充电恒压值）三段工作状态的转换条件：⑴、充电电流＞基准电流1，进入第一阶段电流：充电电流＝基准电流2＞基准电流1，进入第一阶段基准电流1＜充电电流＜基准电流2，进入第二阶段⑵、充电电流＜基准电流1，进入第三阶段几点说明：①、各控制信号共同作用的结果，控制开关电源振荡脉冲的宽度即开关管的通断比，通断比越大，输出电压高，充电电流就大②、阶段的确定，是预先设定，赋值给电压比较器，充电电流或充电电压都是通过取样，并与电压比较器的赋值进行比较，通过电压比较器的输出改变电压负反馈量的大小，去控制输出电压。不同的电压负反馈比例和电流负反馈量结合形成不同的充电阶段。③、第一阶段电流反馈起主导作用，实质是限流（恒流）；第二阶段电压负反馈和电流负反馈共同作用，主导作用由电流负反馈转向电压负反馈第三阶段电压反馈起主导作用后两个阶段实质上均是恒压阶段，差别是第三段的恒压值低于第二阶段的恒压值。4、全桥式、半桥式功率转换和单管激励功率转换：为提高电路效率，PWM频率高达几十千赫兹，因此，需要将直流电转换为频率为几十千赫兹的开关脉冲，再将开关脉冲进行高频整流后向被充电的电瓶提供直流电压（电流）。这一过程的实现依靠高频变压器进行能量的转换和传递，也称为功率转换器。根据转换形式的不同，又分为全桥式、半桥式功率转换和单管激励功率转换。⑴、全桥式功率转换器（图中K是开关，实际电路中是功率开关管）⑵、半桥式功率转换器全桥式转换效率高，但成本也高。实际电路中大都采用半桥式电路。通常配用的集成电路为TL494。⑶、单管激励开关由一个功率开关管构成。也称为单激型。通常配用的集成电路为μc3