电动自行车充电器工作原理及影响

充电器是电动自行车的四大核心部件之一，充电器的好坏严重影响着蓄电池的使用寿命。充电器主要由整流滤波、高压开关、电压变换、恒压及恒流充电控制等几个部分组成。其中整流滤波电路的用途是将交流220V电压转变为直流300V左右的电压，通过高压开关电路及电压交换，产生充电时所需的低压直流电压，再由充电控制电路控制后对蓄电池充电，采用这种方式的充电器具有体积小、重量轻、效率高等优点。

图3-2为充电器的工作框图。

图3-2 充电器的工作框图

1.工作原理

（1）整流电路 全波整流电路由于正反方向电流均被有效利用，效率接近90%，经变压后的电流，正半周时经由二极管1、4，负半周时经由二极管2、3形成回路，如图3-3所示。

（2）滤波电路 全波整流后的波形波动较大，通常经计算由一个大容量的电容和小阻值的电

图3-3 整流电路

阻构成阻容滤波器，使输出波形更加平稳，如图3-4所示。

图3-4 滤波电路

（3）稳压电路 由于市电电网电压存在波动，电路的负载也在变化，因此必须对充电电压进行稳压。目前通常使用稳压集成块来实现自动稳压，如图3-5所示。

图3-5 稳压电路

（4）充电状态 通过发光二极管来显示充电状态，如图3-6所示。

图3-6 充电状态的显示

接上电源：

1）VL₁亮，有被充蓄电池接入。

2）VL₂亮，充电进行中。

3）VL₃亮，蓄电池充满应停止充电。

2.典型充电电路

（1）充电器恒流、保护和自动停充电路

1）恒流部分：整个充电通路是电流从整流桥正极出发首先经电阻R₄，然后经3DG1晶体管、二极管VD、被充蓄电池、电阻R₁，最后回到整流桥负极形成回路，如图3-7所示。

图3-7 恒流、保护和自动停充电路

由于电流的流通，在R₁两端形成压差，3DG2晶体管的基极电位高于发射极到一定值时，3DG2导通；若蓄电池初充电时电压较低，充电电流就大，两端压差也大，基极电位提高，3DG2进一步导通，拉低了3DG3晶体管基极电位，继而又导致3DG3导通性降低，通过3DG1的电流被控制而降低，达到恒流的目的。

2）保护部分：3DG1晶体管原处于截止状态，经充电后蓄电池电压升高，3DG1基极电压跟随升高，直至3DG1导通，造成3DG3基极电压被拉低，相继使3DG4被截止，电路被关断而停止充电。电路停止充电电压值由调节RP₂设定。设定时应带负荷（即蓄电池充电状态），当达到该蓄电池充电终止电压时，调节RP₁使电路关闭，设定即完成，使关闭电压固定在该蓄电池的充电终止电压上，防止过充。

（2）充电器可调电流、自动切断、自动保护电路 如图3-8所示，蓄电池接入后，电流经R₂使单结晶体管BT35的发射极得到电压，BT35开始振荡，发射极经蓄电池流入变压器，二次侧得到耦合电压，触发3CT晶闸管导通，进入充电状态。

1）自动停止充电：经过一定时间充电，蓄电池电压逐渐升高。当电压达到充电终止电压值时，稳压管VS被击穿，BT35因发射极失电压而停振，变压器无振荡信号，二次侧无输出，3CT截止，电路被关闭而停止充电。

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图3-8 可调电流、自动切断、自动保护电路

2）充电电流的调节：图3-8中有两个电位器RP₁、RP₂。

①调节RP₁可改变3DD晶体管基极控制电压，改变晶体管的放大倍数，调整充电电压和电流，以适应不同类型蓄电池的要求。由于整个电路及充电电流都通过3DD，它流过的电流较大，开始时可达3～5A，容易发热，为了防止过热烧毁，应为该管设大面积散热片。

②调节RP₂可改变3CT的导通角，控制充电电流大小。

③自动保护：电源无电时，3DD基极无电压，自动截止或不能导通，即使3CT仍然处于导通状态，电路也是关闭的，蓄电池的电流不能倒流，只能在张弛振荡器范围内小量消耗。

④电路优点：当已经被充满的蓄电池接入电路时，电路不会起动也不充电，这是因为VS处于击穿状态，BT35不能导通，3CT得不到触发电压。

（3）适合于铅酸蓄电池、镍系列蓄电池使用的充电电路 根据电动自行车用蓄电池电压和电路结构，调整电路元器件型号即可改变成适合的电路，如图3-9所示。

图3-9 铅酸蓄电池、镍系列蓄电池的充电电路

1）电路工作原理。

开关稳压电路：整流后的电源，经开关稳压电路稳压在预定点上，也就是蓄电池的充电终止电压。电路由晶体管、二极管、电阻、电容和电位器RP₁组成自励振荡式开关稳压电路，电路工作频率为12kHz，频率大小由1000pF电容决定，容量减小，频率就会提高，但以不超过16kHz为宜，频率高则损耗大。电路也可用稳压管代替，三端式稳压器件效果更好。稳压电路的稳压上限用RP₁调定，调定是在充电电路带负荷状态，50V电压表跨接在电路上。

电压检测：电路采用施密特电路检测电压，对电路的要求是：在蓄电池放电终止电压点上，继电器KM闭合接通电源；在蓄电池充电终止电压点之下，继电器KM释放，切断电路。交流电源电路的开关由继电器KM控制。它的调定与上述方法同，但要调整的是RP₂。

2）电路工作状态。

①充电起始电流较大，达4.6A，对亏电蓄电池快速充电，短时间内即可充入容量300～500A·h。

②很快即转入3.5A电流，并自动维持相当一段时间。

③随着充电蓄电池电压不断上升，电流也不断减小。

④当蓄电池电压达到充电终止电压前，电流在750mA上逐渐再减小。

⑤达到充电终止电压时，继电器KM释放，切断交流电输入电路，停止充电。

（4）脉冲反脉冲充电电路 采用集成电路不仅电路简单，分立元器件少，调试简单，性能稳定，还具有各种保护功能、自动调节和控制功能。

图3-10所示是用两个时基电路555及周边器件组成的脉冲反脉冲充电电路。电路中的555-1是充电脉冲发生IC，555-2是放电反脉冲发生IC。充电脉冲占空比决定于555-1的2、6脚R₂和C₃，输出脚为3，输出脉冲通过R₅、C₇给3DD1基极偏压。当555-1的3脚输出高电平时，触发3DD1导通，充电电流由全波整流电路出发，经过R₇、3DD1给蓄电池充电，电流又经R₉返回整流器；输出低电平时，3DD1被截止。555-1的3脚输出信号经C₅从555-2的2脚输入，触发555-2的3脚发出短暂的窄脉冲，又经过稳压管VS和电阻R₆触发3DD2基极，此时3DD1已经截止，蓄电池处于脉冲的间歇阶段。3DD2基极电位被触发而导通，造成蓄电池通过3DD2、R₈、R₉形成的小回路放电。反脉冲占空比由555-1的2、6脚电容C₃、电阻R₂决定。反脉冲过后有一个小间隙，之后又开始充电脉冲，如此反复，脉冲反脉冲直至充电结束。

（5）LZ110芯片控制的充电器电路 图3-11所示电路是一种快速充电电路，所用的芯片具有脉冲充电和反脉冲放电功能。电源变压器二次侧分两部分：主二次侧和副二次侧。

图3-10 脉冲反脉冲充电电路

图3-11 一种快速充电电路

主二次侧为全波整流充电，电压根据要求而定，充电路径为：晶闸管VT₁或VT₂被控导通，电流直接到被充蓄电池进行充电，然后经地回到主二次侧。副二次侧将经整流的直流电供LZ110作工作电源，电压18V。控制变压器铁心的右侧为一次侧、左侧为二次侧，二次侧有3个引出点a、b、c，分别控制VT₁、VT₂的门极，VT₃的门极由主芯片的6脚经阻容电路控制。

1）充电：电路充放电由LZ110内的时序电路控制，时序电路是一个占空比可调的矩形波发生器，LZ110第8脚为输出脚，当时序电路输出高电平时，8脚输出驱动信号，通过变压器a、b脚触发晶闸管VT₁、VT₂导通进行充电。

2）电容C₂放电：电容C₂放电是为清空内存容量，为下次蓄电池放电去极化做准备，因为蓄电池放电正负电荷聚集在电容两侧。在充电时序内LZ110的14脚输出高电位，使晶体管V₁、V₂导通，C₂经R₃和V₁快速放电。由于V₁的导通，基极串联的发光二极管VL₁亮。

3）放电去极化：LZ110的时序电路输出低电平时，8脚无输出，变压器a、b上端无触发脉冲，晶闸管VT₁、VT₂处于截止状态，暂停充电。与此同时，LZ110的14脚输出低电位，晶体管V₁、V₂截止，电容C₂放电完毕处于开路状态。时序电路的低电平使延时电路6脚经R₁₃、C₃触发晶闸管VT₃导通，为蓄电池放电打开通路，蓄电池以向电容C₂充电的方式放电，当电容充满到电压与蓄电池当前电压相同时停止放电，VT₃关闭。

4）电压检测：由电位器RP₁、电阻R₄、LZ110的16脚组成，调整电位器RP₁到蓄电池充电终止电压值，当蓄电池放电，电容C₂两端电压未达到此值时，16脚不能触发比较器翻转，比较器输出脚17无输出，14脚继续工作进行放电直至电容达到规定值，16脚得到规定的检测电位，于是触发比较器翻转，17脚输出高电位触发VT₄导通，此时通过R₁₀、R₁₂、LZ110的18脚得到约0.7V电位，触发内部电路稳压器关闭，稳压器停止提供集成电路电源，LZ110终止工作，实现蓄电池快充和充满自动停充。