下面是一张电动自行车充电器的图纸,根据网友提供的图纸绘制,应其要求,咱们嚼碎了,分析如下。电路非常典型,由3842电源芯片和运放LM324组成;3842负责生成可控的PWM信号,运放324负责次级输出电压和电流的控制;

我们从输出部分防反接电路讲起。

一起看图。

二极管D14,电阻R30和继电器K组成防反接电路。当正确地接上电池后,电池正极经D14、R30加在K的线圈两端,K得电励磁,常开触点K-1闭合,充电器输出电压加在电池两端,进行充电;当电池接反时,由于D14的存在,D14加反偏电压不会导通,所以电池电压过不来,继电器K无励磁电压,K-1不能闭合,充电器不会进行充电。二极管D13的作用是继电器线圈的续流二极管,当继电器线圈失电时,线圈电感会产生一个反向电动势,经D13释放,避免干扰其他电路。324的供电电路,由电阻R52、稳压二极管DW,电容C24组成。给324的4脚供电,11脚为电源负极。

进一步深入之前,先简单了解一下运放LM324芯片的内容。

LM324内含4个独立的高增益、频率补偿的运算放大器,既可接单电源使用 (3~30 V),也可接双电源使用(±1.5~±15 V),驱动功耗低,这里是接的单电源12V。如图。运放的反向输入和正向输入,均是高电平有效。什么意思呢,就是高电平时,影响其输出。比如:反向输入端2脚,当2脚加高电平(高于3脚电压)时,输出端1脚则输出低电平;同样,当正向输入端3脚加高电平时(高于2脚电压),输出端1脚输出高电平。这个关系理解了,分析充电器原理就很容易。

咱们来计算一下充电器的转绿灯时的电流值。

TL431的接线方式是1和3脚相连,它输出2.5V的稳定电压,作为运放的参考电压。转灯电流计算过程,如图中所示。电阻R50并上R49,计算得到2.5KΩ。再计算流过R48串2.5KΩ的电流值,2.5V除以R48 2.5等于0.0267A的电流,电流乘以得出运放9脚的电压是0.067V。当充电时,充电电流取样电阻R29(0.15Ω)上出现电压,当该电压值小于0.067V时,运放10脚电压低于9脚,8脚输出低电平,红灯灭绿灯亮。所以转灯电流等于0.067/0.15=0.44A。即充电电流低于0.44A时,充电器状态切换。不知道大家理解没有。

电路分析到了关键的部分,下面有完整的图,可下载收藏。

lm324电动车充电器电压(电动车充电器输出侧暨运放LM324原理详解)(1)

充电器电路原理图

下面一起学习充电器的输出电压是如何控制的。

有不对的地方,欢迎留言。输出电压控制由运放LM324的1、2、3脚完成。上面分析过,芯片431输出的是2.5V稳定电压,作为运放的基准电压。2.5V经电阻R41加在运放反向输入端2脚,即2脚的基准电压是2.5V,如图。

我们来看图,不难看出,运放正向输入端3脚电压是充电器的取样电压,电路由电阻R37,R39和R56构成;当3脚电压>2脚电压时,即>2.5V时,运放1脚输出高电平;通过二极管D11经电阻R46点亮光耦;当然光耦的亮度你是看不到的,因为它是塑封状态。此刻光耦导通度加强,咱们看电路初级侧。什么,不知道初级侧在哪里呀?初级侧是前面电路图没给出的那部分,就是带市电的那一侧;这一侧触摸任何一个部位都会发生触电的感觉哦,俗称热板。跟着思路,继续往下。

光耦导通度加强,拉低3842芯片的1脚电位(这里光耦为何接1脚而不是接2脚反馈电压端以后细说);3842的1脚是内部误差放大器的输出脚,该脚电位越低,6脚输出PWM信号脉宽越窄,那么功率场管Q1导通时间越短;打个比喻,Q1作为开关,开一会就关闭了,流过去的水就少,这时水压非常低。此刻输出电压下降。这个关系理清楚了后面就好理解。得出结论:光耦导通度加强,输出电压就会下降。

说了这么多,输出电压是如何调整的还没给出来,由于时间关系,下回我们根据电路参数计算一下充电器空载时输出电压是多少,是48V,还是58V?还是其他?你们想知道吗?

充电器的输出电压的计算。

输出电压控制由运放LM324的1、2、3脚完成。芯片431输出的是2.5V稳定电压,作为运放的基准电压。2.5V经电阻R41加在运放反向输入端2脚,即2脚的基准电压是2.5V,如图。上面讲了, 充电器的取样电压电路由电阻R37,R39和R56构成。当运放的第3脚电压超过2脚基准电压2.5V时,1脚输出高电平参与电压调整,维持3脚电压始终是2.5V,所以电阻R39上的压降是2.5V。

因R39与R56并联,我们计算其并联电阻值得3.54kΩ。取样回路总电阻值等于R37 3.54,即:82 3.54=85.54(kΩ)。3.54kΩ电阻占回路总阻值的占比:3.54/85.54=0.041电阻3.54kΩ上的电压是2.5伏,所以得出充电器空载输出电压的计算值是:2.5/0.041=60.97(V)另外一种计算方法:先算取样回路的电流,再乘以总电阻值,结果是一样的。

充电器输出电流的控制由LM324的12、13、14脚所在的误差放大器组成。我们详细分解并做计算。图中充电器的最大输出电流是多少呢?你不妨先计算一下吧。

运放LM324的12、13和14脚所在的单元负责充电器输出电流控制,实现恒流充电。充电器插上市电,接上电池后开始充电。因R29电阻与电池串联后接电源负极,这时流过取样电阻R29的电流就是充电电流。R29有电流流过就有压降,该压降正好加在正向输入端12脚上。

我们计算得出反相端13脚的基准电压值是0.43伏。计算过程如图所示。当12脚电压值超过0.43伏,即电阻R29上压降超过0.43V时,14脚输出高电平参与调整充电器功率输出,调整过程与电压调整过程一样。这样始终维持12脚为0.43伏,实现恒流输出。用0.43V除以0.15Ω,计算得出充电电流是2.85A,如图。若想改变充电电流大小,可以改变R29的阻值或者改变13脚的基准电压值。改变电流时,注意不能超过充电器的最大功率,不然它会罢工的。常见故障是R29过热,阻值变大或开路,引起充电电流变小或不充电。

在前面讲解的基础上,下面咱们继续了解一下该充电器在未接电池、电池充电中和充满转灯后的动作过程,包括冷却风扇控制的过程、充电电流的变化以及输出电压的变化过程。

内容有点长,需耐心看,掌握后,对充电器使用过程中状态判断以及维修有很大帮助哦。电路中的参数来自电路图。如图。充电器插上电源不接电池空载运行时,我们从前面文中知道,此时充电电流为零,LM3输出低电平,LM2输出高电平,绿灯点亮;如图。(为便于分析将LM324四运放编号成LM1、LM2、LM3、LM4)

运放LM2的7脚输出高电平分三路。一路经R53点亮绿灯LED2;第二路经R20,R55分压后经二极管D15控制运放LM1第3脚,将输出电压钳制在55伏(并不是前面计算的60.9伏)。此电压可以通过改变R55阻值进行调整;最后一路是经R33到三极管Q2,Q2导通集电极低电位,闭锁风扇启动。风扇电源是单独的,如图所示,由变压器辅助绕组经D10提供。

插上电池后,充电器输出2.85A电流开始对电池充电,运放8脚输出高电平,红灯LED3点亮。运放7脚输出低电平,风扇启动,二极管D15截止不参与控制。这个过程简单,不赘述。此时,主要参与控制的是运放324其中的一只LM4。其2脚电压略大于0.43伏,14脚输出高电平,将充电电流稳定在2.85A。见文章前面的充电电流计算内容。随着充电的进行,电池容量和电压慢慢上升,充电电流减小,当电流小于0.44A时,运放LM3和LM2控制的转灯电路动作。运放LM1将输出电压稳定在55伏对电池进行浮充电运行,其状态同充电器空载时类似。

lm324电动车充电器电压(电动车充电器输出侧暨运放LM324原理详解)(2)

充电器实物图

元件R40,C22和R45,C23的作用一样,

是运放的负反馈电路,起到抑制干扰防止振荡,稳定输出的作用。

到此,充电器输出控制芯片LM324的控制原理讲完了。

你学会了,充电器和开关电源分析就入门;还没学会,则多读几遍,欢迎留言讨论。

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