适合自制的电动车充电器检测仪电路

适合自制的电动车充电器检测仪电路早期的充电器为两段式充电器，采用恒压充电方式，即从开始充电一直到转灯，充电器都输出同一个电压，转灯后才把电压降低，进入涓流维持阶段。当电池电压较低（电量基本上用完）时，这种充电方法一开始充电时电流非常大，容易损坏充电器，对电池寿命也有影响。目前使用的电动车充电器大多为三段式充电器，即采用三个阶段的充电方式：恒流充电阶段、恒压充电阶段和涓流充电阶段。后两个阶段都采用恒定电压，只是电压高低不同。所以也称为高恒压充电阶段和低恒压充电阶段。恒流充电阶段采用恒定的充电电流给电池充电，避免当电池电量基本上用完时开始充电时段充电电流过大。这一阶段，充电器输出基本恒定的电流，输出电压则随着电池电量的不断增加而逐渐升高，当升高到恒压充电阶段设定的电压时，自动转到恒压充电阶段，充电器的输出电压不再升高，保持恒定，充电电流则随着电池电量的继续增加而逐渐减小，当电流减小到设定的值的，就认为电池已基本充满电，充电器转灯，并将输出电压降低一个级别，进入涓流充电阶段。涓流充电阶段充电电流很小，用来补充因电池自放电而损耗的电量，使电池电量保持在充满的状态。三段式充电器有4个重要的参数：1、恒流充电阶段的充电电流。也就是最大充电电流。这个参数跟电池的容量有关，不同安时数的电池要求不同。所以充电器都标明是用于几安时的电池的。2、恒压充电阶段的输出电压。也就是最高充电电压。这个参数一般按（14.7V×电池个数）到（14.8V×电池个数）来定，所以充电器也都标明是几伏的充电器（实际应该是用于几伏电池的充电器，并不是充电器的输出电压是几伏）。比如48V电池是一组4个，每个12V。所以恒压充电阶段的输出电压为14.7V×4=58.8V到14.8V×4=59.2V之间。3、转灯电流。这个参数跟电池的容量有关，不同安时数的电池要求不同。4、涓流充电阶段的输出电压。也叫浮充电压，一般按（13.7V×电池个数）到（13.8V×电池个数）来定。比如48V电池涓流充电阶段的输出电压为13.7V×4=54.8V到13.8V×4=55.2V之间。这里所说的电池个数是以每个电池12V来定的。现在出现了每个16V，一组4个共64V的情况，这种情况要按5个12V来计算。事实上，12V的电池内部是6个小单元，而16V的电池内部有8个小单元，每个小单元的电压是2V。下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 是从网上收集到的不同安时数的电池对应的恒流充电电流和转灯电流对照表，更精确的值应该从厂家的电池说明书上得到，图1是本人车子换电池时拿回的电池说明书中的充电器参数表。电池安时数恒流充电电流转灯电流10-12Ah1.8A±0.1A300mA±20mA14-16Ah2.0A±0.1A350mA±20mA17Ah2.7A±0.2A500mA±20mA20Ah3.0A±0.2A600mA±30mA28Ah4.5A±0.3A800mA±50mA（图1）在维修电动车充电器时，不是把充电器弄得有输出电压就算修好了，更重要的是要测试四个参数对不对。如果参数不对，轻则充不满电，重则损坏电池。要检测充电器的四个参数，当然最好的就是专业的检测仪了，只是业余条件下大概没人有。业余条件下怎么检测呢？业余条件下测量电压参数容易，测量电流参数就不那么简单了。一般来说充电器要有负载才能测量电流参数。如果用电池作负载，也就是在正常充电的状态下测量，则时间太长，也不方便把电池搬回家，再说不同的充电器还要用不同的电池组来测试，这个更难做得到。如果用假负载，一来要求负载电流可调，二来要求假负载必须能承受高压和大电流，也就是功率要够大。例如测试一个48V17AH的充电器，要求假负载的功率超过59.2V×2.7A=159.84W。虽然制作一个电子假负载并不难，但这么大的功率要使用的散热器成本不低。这里介绍一个很方便自制的简易电动车充电器参数检测仪的电路及原理。制作成本很低，有了它，就能很方便地检测出三段式充电器的四个参数的值。一、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 思路我们得从充电器的简单工作原理说起。图2是充电器的简单原理图。（图2）当我们将充电器的充电插头跟电动车连接，并将充电器的电源插头插入交流电后，充电器的输出电压经防反流二极管D（有些充电器没有）给电池充电，充电电流流经电流取样电阻RX，在RX上得到反映充电电流大小的取样电压，送到充电控制电路。充电控制电路根据取样电压的大小输出相应的控制信号（恒流、转灯）到由TL431构成的电压控制电路，电压控制电路再输出PWM控制信号到PWM控制器，PWM控制器改变MOS-FET开关管的导通时间长短，使高频变压器次级得到不同占空比的高频脉冲电压，经整流滤波而得到不同的输出直流电压。这样，充电器就能根据充电电流的大小适时调整输出电压，满足充电各阶段的要求。控制过程是一个闭合的环路，比如充电电流过大时，RX上的取样电压就大，充电控制电路输出恒流控制信号，再经每个电路环节最后使输出电压降低，输出电压降低就使得充电电流减小，限制了充电电流增大，也是限制RX上电压的增大，达到恒流充电的目的。在这个环路中起关键作用的是取样电阻RX，它上面的取样电压起决定性的作用。在没有电池又没有假负载的情况下，这个环路就断开了，我们就没法进行测试。显然，我们要在没有电池又没有假负载的情况下进行充电器的测试，就必须重构一个环路。并要求能调节流过RX上的电流，模拟充电电流的变化。同时还要成本低，功耗小，容易制作。二、电路原理测试仪的电路原理图见图3。左边圆角矩形框内的部分是充电器示意图，右边是测试仪的电路。图中也显示了测试仪与充电器的连接方法。测试仪由5V电源供电，整个电路由检测电路和限流电路两部分构成。使用时，充电器充电插头的正极连接到A端，经R9和电位器VR到E端，E端与充电器的地相接。当充电器工作时，调节VR可在运算放大器U1A的同相端获得一个基准电压。U1A的反相端经R6连接到充电器充电插头的负极（D点），也就是取样电阻RX的上端。如果RX上的电压小于VR的滑动端电压（即U1A同相端的电压），则U1A反相端电压低于同相端电压，U1A的输出电压将升高，Q2的基极电流增大，集电极电流也增大，将Q1的基极电位下拉，Q1基极电流增大，从而集电极电流也增大。Q1的集电极电流经D3（D31、D32并联）、电流表A，经过D点，流过RX，使RX上的电压增大。最终使得RX上的电压等于VR的滑动端电压，流过RX的电流也就稳定下来。调节VR，就能改变流过RX的电流，模拟充电电流。这似乎就是一个极普通的恒流源电路，RX是负载。这点不错，但与普通恒流源电路不同的是，它受到充电器输出电压的影响，与充电器电路一起形成了一个闭合的反馈环路。R1（1K/5W）的作用是给充电器加上一定的负载，使充电器内的二极管D的正向压降保持基本稳定，避免测量充电电压时与实际情况误差过大。因为充电器稳压电路的电压取样点是在二极管D之前，不会因为二极管D的压降的大小变化对输出电压进行调整，而二极管的正向压降跟流过它的电流也是有关系的，正常充电时，电流较大，它的压降也大，而在此如果没有R1，二极管D就几乎没有电流流过，压降较小，这样就使得测量充电器输出电压时会与实际情况误差较大。D1、D2的作用是防止在D点与充电器连接不正常时，充电器的高电压经R1、电流表、R6直接加到U1A的反相端，导致U1损坏。D点与充电器连接正常时，RX上的电压达不到D1、D2的导通电压（RX的阻值很小，通常是0.1欧），D1、D2不起作用。D3的作用与此类似。D4、D5的作用是防止当D点与充电器连接不正常时VR滑动端电压调得过高，使Q1集成极产生大电流将D1、D2烧毁。R7的作用是防止VR滑动端接触不良时U1A的3脚悬空，有D4和D5，R7不要应该也可以。几个小电容的作用是防U1A自激和滤除高频干扰。U1B及周边元件构成测试仪的限流保护电路，将检测电路的最大电流（主要是Q1的集电极电流）限制在5A左右。R12、D7构成基准电压源，在D7上得到约0.7V（本人实测668mV）的基准电压，经R11、R10分压，将U1B的反相端电压设定在250mV。当检测电路的电流小于5A时，R5（R51、R52并联）上的电压低于250mV（5A×0.05欧=250mV），U1B同相端电压低于反相端电压，U1B输出低电平，D6截止，不影响检测电路工作状态。当检测电路的电流大于5A时，U1B同相端电压高于反相端电压，U1B输出电压升高，经D6使U1A的反相端电压升高，U1A输出电压降低，使Q2、Q1集电极电流减小，起到限流的作用。R8、LED构成电源指示电路。图3电路中，由于R5接在E点和地之间，使得E点电位随输出电流的大小有一点浮动，但由于R5阻值很小，这个浮动值不大，且它对于U1A来说是共模电压，不会影响电路的正常工作。（图3）检测充电器参数时，将测试仪与充电器按图连接好（充电器的GND线需从充电器内焊线引出）。A、D两点接上电压表，B、C两点接上电流表，注意极性不要搞错。先将VR的滑动端调节到电路中的最下端，再接通电源。1、充电器恒流值的检测调节VR使RX的电流增大，当RX的电流增大到充电器的恒流值时，RX上的电压将触发充电器内的恒流控制电路动作，充电器将输出电压降低，从而使R9和VR的电流减小，VR滑动端的电压被限制升高，达到平衡。继续往同样的方向调节VR，只能使充电器的输出电压进一步降低，RX上的电流变化不大。这时从电流表上读出的电流值就是充电器的恒流值。2、充电器恒压值的检测按第1步的调节的反方向调节VR，由于充电器尚在恒流控制状态，RX的电流变化不大，充电器的输出电压将逐渐升高，当继续调节VR不能使充电器电压继续升高时，说明这时充电器内已脱离恒流控制，进入到恒压控制状态，充电器输出电压保持不变。由于充电器输出电压不变，R9、VR的电流恒定，这时继续调节VR，VR滑动端的电压将降低，从而使RX上的电流减小。调节时要注意观察电压表和电流表，当看到电压表读数不变而电流表读数减小较快时，这时候电压表上的读数就是充电器恒压值。3、充电器转灯电流的检测继续按第2步的调节方向调节VR，VR滑动端的电压继续降低，RX上的电流进一步减小，而充电器的输出电压不变。当RX上的电流减小到充电器转灯电流时，充电器内的转灯控制电路动作，充电器转灯，同时，充电器输出电压突然下降一个级别。由于充电器输出电压突然下降，R9、VR的电流也突然减小，这使得VR滑动端的电压突然降低，导致RX上的电流突然下降很多。这个转折电流就是充电器转灯电流。这一步要特别留意电流表的读数，因为一旦RX上的电流减小到充电器的转灯电流，将发生电流突变，转灯电流值不会保持在电流表上。从电流表上看到的突变前的那个电流值才是充电器的转灯电流值。4、充电器涓流充电电压的检测从上一步其实已经可以得到充电器的这个参数的值，电流突变后电压表的读数就是充电器涓流充电阶段的输出电压值。以上整个过程就象是一个完整的充电过程。三、元件的选择与制作Q1的β值要够大，否则在检测充电器时其基极电流（也是Q2的集电极电流）将比较大，这个电流没有流经RX，是白白消耗掉的，5V电源需要的额外电流容量也要增大。本电路Q1选用达林顿管TIP147，从TIP147的DataSheet 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 可知，当其Ic=5A时β值最小为1000，Ic=10A时β值最小为500。这样在Q1的Ic为5A时，只需要5mA的基极电流就行，因此Q2可使用9014、8050这样的小功率管，降低了5V电源的额外负担。D3的耐压要大于充电器的输出电压，电流要大于5A，选用6A2~6A10中任一型号的6A二极管。VR最好用多圈精密电位器。其他元件没有什么特别要求，可照着原理图选取，也可用参数差不多的元件。电路很简单，元件不多，直接焊接在一块洞洞板上即可。当然如果愿意动手制作电路板也行。图4给出按洞洞板走线方式设计的PCB图，大小是一块5CM×7CM的洞洞板（18×24孔），网格的每个横竖线交叉点就是一个洞。注意PCB图是元件面。D3可只装一颗，如果检测大安时数的充电器时D3太热，则可多装一颗。（图4）由于电源电压只有5V，所以Q1的功耗不大。比如测一个28AH的充电器，恒流值4.5A，Q1的功耗满打满算就是4.5A×5V=22.5W。实际上，去除RX、D3、R5上的压降，Q1的压降在大电流时只有3V左右，功耗要比22.5W小很多。因此散热器不需要太大，用一个老的电脑CPU风扇散热器即可。A、B、C、D、E五个点分别用不同颜色的导线引出，接上鳄鱼夹，方便连接充电器和电流表。A、D、E三点的引出导线要长一些，B、C两点的引出导线短一些，这样便于识别哪几条线接充电器，哪两条线接电流表，再选择常规的正负极导线颜色，就不用死记硬背了（久了不用会忘记的）。电压表直接接到充电器充电插头的两极上即可，这里不为它留接线。使用时用两个万用表分别充当电流表和电压表。当然如果有专门的电表，把它们连同电源全部装到一个外壳里去更好，那就是真正的测试仪了。如果只有一个万用表，也是可以测试的，仔细分析上面的原理和测试操作过程就可以看出来，这里不再多说。四、调试测试仪调试时不需要接充电器。主要调试电流调节是否正常和过流保护的电流值。B、C两端接上电流表，D、E两端接上一个0.1欧3W以上的电阻，将A点接到+5V电源正极，R9两端临时并接上一个小阻值电阻，或短接R9两端，将VR的滑动端调节到电路中的最下端，然后接通电源。调节VR，电流表上的读数应平滑变化，否则需检查LM358和电位器VR是否正常。当电流调到5A左右时，继续调节VR应基本不再上升。如果保护电流与5A相差太大，将R11换成33K—47K的可调电阻，先调到中间位置，连接好电路并加电，调VR使输出电流大于5A，再调可调电阻使输出电流减小为5A，然后换上等值的固定电阻即可。都正常后取下临时并接上的电阻或短接线，就OK了。五、电源5V电源要有足够大的输出电流，如果要检测到28AH的充电器，就至少要有4.5A以上的输出电流。本人是用电脑的ATX电源来做检测的，电流容量不成问题。如果自己选择电源或自己制作电源就要注意这点。最好用开关电源，效率高些。当然作为测试仪一般不会经常使用，每次使用时间也不会很长，电源效率不是大问题。如果要用变压器自己做电源，图5给出一个5V输出的优良的电源电路，它采用调整管集电极（对复合管来说的）输出方式，在电源调整管饱和的情况下也能有稳定的输出电压，只要能够保证输入电压（C1上的电压）比输出端高出电源调整管的饱和电压即可。这样可尽量减小变压器次级电压，降低电源调整管的功耗。Q1用一般的中功率PNP管，Q2用集电极电流大于5A的大功率NPN管。（图5）六、注意事项1、有些充电器的电流取样电阻RX的下端不是接地，而是上端接地，同时充电插头的负极也是接地，主要见在用TL494芯片的充电器中（这种充电器通常没有TL431），这时测试仪的D点接充电器的地，E点接取样电阻接地端的另一端。总之，D、E两点总是要按取样电阻上电流的方向D接正一头，E接负一头。D点也总是接充电插头的负极。2、测转灯电流时，VR的调节一定要是使电流从大到小的方向，不能从小到大。因为某些充电器转灯控制电路加有正反馈，类似施密特触发器。当充电器电路转灯后，要把电流调到比实际转灯电流大许多电路才能重新进入非转灯状态。3、充电器内的电流取样电阻RX一定要找对，否则后果不可预料。4、充电器内的电流取样电阻RX必须有一端跟充电器充电插头的负极线连接，否则不能用本测试仪来检测（目前还没发现有这种情况）。5、本测试仪电路适合检测普通三段式电动车充电器，对那些用单片机制作的智能型充电器，不一定准确，因为这样的充电器充电过程由单片机内的程序控制，有可能状态多变。