张 波，曹丰文

（苏州职业大学电子信息工程系，江苏 苏州 215104）

一种36V电动自行车充电器的设计*

张 波，曹丰文

（苏州职业大学电子信息工程系，江苏 苏州 215104）

电动自行车充电器市场巨大，性价比高的电动车充电器在市场上很有竞争力，因此设计了一款性能优良的低成本36V电动自行车充电器。该充电器基于电流模式的开关电源的原理设计，主电路采用单端反激式设计，控制电路以电流型集成控制器UC3842为核心，配合LM324、光耦和TL431实现对蓄电池的充电控制。文章简介了相关芯片，给出了完整的实际设计电路，详细分析了其设计及工作原理，这其中包括主电路、控制电路、反馈电路和显示部分的工作原理，并给出了部分实验结果。实践应用表明，该充电器性能优良，适应性较强，比同性能的充电器成本低，很有市场竞争力。

反馈控制；集成控制器；电流模式；充电器

1 引言

电动自行车作为一种轻便的交通工具时下已非常普遍，其普及程度大有超赶自行车的趋势，而充电器是电动自行车必不可少的配件，电动车充电器市场巨大。目前市场上的充电器可分为两类：一类是以UC3842为核心驱动的单管变换器，另一类是以TL494为核心驱动的半桥型变换器。本文基于UC3842设计了一款反激式低成本的36V电动车充电器。

2 主要器件介绍

2.1 UC3842介绍

UC3842国产型号为CW3842，UC3842的同类产品还有UC1842（军用），UC2842（民用），性能以军用的UC1842最好、最稳定。UC3842是高性能电流型PWM集成控制器，电流型控制方式是种固定时间开启，给定电压信号、反馈电压信号和反馈电流信号共同决定其关断时刻的控制方法。该芯片常见的封装形式有DIP-8和SO-14，有效引脚为8个，SO-14有部分引脚是空脚，内部结构如图1所示，由欠压封锁电路、振荡器、误差放大器、电流取样比较器、PWM锁存器、输出电路和基准电压电路等组成，右边的数字对应SO-14封装。以DIP-8介绍，1脚是误差放大器的输出端，和2脚之间外接阻容元件用于改善误差放大器的性能；2脚是芯片内部分误差放大器的反向输入端，用作电压反馈输入端，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；3脚为芯片内PWM比较器的反向输入端，作为电流反馈的输入端，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；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；8脚为5V 基准电压输出端，有50mA的负载能力。

UC3842欠压封锁导通门限为16V，关断门限电压为10V；基准电压部分产生5.0V基准电压，从8脚输出；振荡器使用时外接电阻RT和电容CT，使用时电阻跨接在8脚和4上：

电容一端接4脚一端接地，振荡器最高工作频率可达500KHz，误差放大器的同向输入端在器件内部接有2.5V±2%基准电压；PWM信号从6脚输出，输出电路驱动能力较强，可直接驱动N沟道MOS管和双极晶体管。

2.2 TL431和LM324简介

TL431是2.5V～36V可调式精密并联稳压器，其性能优良、价格低廉，能构成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源、外部误差放大器等。它的一些特性使得它可以在电源、数字电压表和运放电路等许多场合代替齐纳二极管，其常见的封装有TO-92型和DIP-8（实际有效管脚也为3个），管脚分别为阳极A、阴极K和输出设定端R（基准端），基准端的电压为2.5V，其典型应用之一如图2（a）所示。TL431作为外部误差放大器时，与线性光可构成隔离式反馈电路，在开关电源中较多见。

LM324常见的为DIP-14封装，内部集成四个相互独立的带有差动输入的高增益运算放大器，可单电源供电，也可双电源供电，其管脚功能如如图2（b）所示。

3 基于UC3842的36V充电器分析与设计

3.1 主体部分分析与设计

电路主体部分如图3所示。主电路为单端反激式DC/DC变换器。

单端反激式是输入与输出隔离的DC/DC变换器中的一种。所谓单端是指变压器仅有单一方向的磁通，反激是指开关管导通时变压器原边仅作为电感储存能量，能量是在开关管断开时传递负载的。输入的直流电压Ui由市电经二极管桥式整流加电容滤波得到。主电路主要由功率开关管Q1，高频变压器T1，高频整流二极管D1、D2、D3，滤波电容C6、C5、C3组成。其中开关管Q1为型号为P7NA60的场效应管，变压器有三个副边L2、L3及L4，对应着三路输出，这里均把其看作主电路的部分，L2这路输出为主输出，给蓄电池充电，L4这路输出主要给UC3842及光耦供电，L3这路给后面状态指示电路部分供电及作为其相应的输入。因为副边L3和L2匝数成比例，两路输出电压成比例，故L3这路可做为反馈信号。二极管D4为普通整流二极管，有利于对蓄电池充电；R15主要是为了避免单端反激式工作在空载状态。

控制部分以UC3842为核心构成。次级绕组L4的输出经D2整流和C3滤波后加在7脚给芯片供电。刚要启动时变压器次级线圈无电压输出，故Ui经R4分压后加在7脚给芯片供电，正常工作时由L4的这一路供电；电阻R2跨接在基准电压端8脚和定时端4脚，电容C7接4脚和地，这是振电路外部分固定的接法，电阻R2和电容C7决定振荡器的工作频率，也就决定了UC3842输出的PWM信号频率；光耦PC817输出经R18送至2脚，为电压反馈信号，2脚为芯片内部误差放大器的反向输入端；芯片1脚和2脚之间连接的R5和C2起到改善误差放大器性能的增益和频率特性的作用；变压器原边L1，开关管Q1，R3和R17中的电流相同，故R17为电流取样电阻，其接至电流检测比较器的输入端3脚；内部误差放大器的反向输入端2脚为电压反馈信号，误差放大器同向输入端在芯片得到的基准电压信号，经误差放大器后得误差放大信号，而误差放大信号送到芯片内部电流检测比较器的输入端，电流检测比较器的另一输入端就是3脚，3脚接电流反馈信号，这就构成了双闭环系统，电流反馈是内环。PWM信号输出端6脚有较强的驱动能力，在这里经R6直接驱动开关管Q1。

反馈部分主要由可调精密并联稳压器TL431和线性光耦PC817构成。输出电压UO经R13、R12和R14分压后加至TL431的1脚，UO有波动时TL431的1脚的输入也会相应变化，与TL431中的2.50V带隙基准电压进行比较后在阴极上会形成误差电压，使光耦中LED的电流也发生相应变化，再通过光耦使UC3842的2脚上得到的电压反馈信号发生相应的变化，从而改变UC3842的6脚上输出的PWM的占空比，控制输出达到要求。

负载为蓄电池，所以UO被钳制的电压和蓄电池电压相同，而刚开始充电时蓄电池电压较低，通过反馈必然会增加DC/DC变换器的输出，从而使充电电流较大，为了限制该电流，增加了R16和D5这一路反馈信号。变换器输出增加时，L3这一路输出也增加，经R16和D5加在TL431的1脚的电压也增加，从而限制变换器输出的增加，也就限制了最大充电电流。

3.2 状态指示部分分析与设计

状态指示部分电路如图4，以LM324为核心构成。状态指示电路的主要作用是显示电源是否接通，充电是否结束。图3和图4都是充电器电路的一部分，图4中的A、B、C三点分别和图3中的A、B、C三点相连。充电器接上交流电源后，C点上就有电压，一方面加在4脚给LM324供电，另一方面通过R21让电源指示LED灯D1亮。D3和D4为一双色 LED指示灯。刚开始充电时，经R22和R23分压后输入给5脚的电压大于其6脚得到的电压，7脚输出高电位，经R29使D3红灯亮，同时经R27送至2脚使2脚电压高于3脚得到的电压，1脚输出低电位，绿灯D4不亮；充好电时蓄电池上电压相对较高，5脚的电压大于其6脚电压，7脚输出低电平，红灯D3不亮，同时绿灯D4亮。

3.3 部分测试结果

该充电器空载时输出电压为42.1V，开关管工作频率为39kHz，效率可达84%，充电时变压器原边的电压波形如图5所示。

4 总结

该充电器由基于电流型集成控制器UC3842的单管变换器配合LM324构成，结构合理，控制方式较新颖，有很大的成本优势，能更好地适应市场。测试和实践应用表明该充电器性能优良稳定。本文设计电路时所用的设计思路和控制方式对开关电源的设计具有一定参考价值。

［1］张波. 基于TL494的直流变换器[J].电子与封装，2010，10（12）：23-26.

［2］侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

［3］陈德康. 脉宽调制器UC3842在开关电源中的应用[J].西南科技大学学报，2005，20（2）：27-30.

［4］张波.基于UC3842集成控制器的电流模式开关电源设计[J].电工电气，2010，12（9）：25-27，48.

One Design of 36V Charger for Electric Bicycle

ZHANG Bo, CAO Feng-wen
（Electronic Information Engineering Department, Suzhou Vocational University, Suzhou215104 ,China）

Electric bicycle charger’s market is huge, cost-effective charger in the market is very competitive , so designed a low cost 36V charger with excellent performance. The charger is based on the principle of currentmode switching power supply, the main circuit design uses single-ended flyback and current integrated controller UC3842 is the core of the control , with the LM324 , optocoupler and TL431 for charge control. This paper introduced the related chips, gave not only the actual design of the circuit and detailed analysis of its working principle and design, including the main circuit, control circuit, feedback circuit and the display part ,but also some experimental results. Practical application shows that the charger has excellent performance and adaptability,compared with other chargers with the same performance , lower cost, very competitive.

feedback control; integrated controllers; current mode;charger

TH12;TM502

B

1681-1070（2011）05-0038-04

2011-03-21

苏州市职业大学创新团队基金资助项目（200802）

张 波（1979—），男，硕士，讲师，工程师，主要研究方向为电力电子技术。

产品、应用与市场