基于半桥电路的48V3A电动自行车充电器设计

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

5

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

6

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℃

7

（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。

8