笔者在维修该充电器过程中,根据实物绘出其原理图,如图1所示,TL494各脚功能及数据如表1所示,并将维修过程整理成文,望能拋砖引玉。该充电器为半桥式充电器,主要性能指标为:输入电压:170V~260V;输出电压:52V;最大充电电流:1.8A;浮充充电电流:200mA~100mA。

一、电路原理

        本充电器电路主要由市电整流滤波、自激启动他激工作半桥转换、PWM控制、电压控制、电流控制、输出整流滤波等六部分组成。

1.整流滤波
       市电经二极管D1~D4整流、电容C5~C7滤波,得到310V左右的直流电压,作为主电路的电源。
2.自激启动他激工作半桥输出电路
       主要由偏置电路、三极管Q1、Q2和变压器B2、B3等组成。D6.D7 是钳位二极管,保护开关管Q1、Q2保护机理是泄放B3初级的反激能量和漏感储能,消除反峰电压。当Q1由导通变为截止而Q2又尚未导通时,D7导通,把反激能量再生给C6充电;当Q2由导通变为截止而Q1又尚未导通时,D6导通,把反激能量再生给C5充电。这样,一方面消除了反峰电压,另一方面因反激能量回送电源而极大地提高了电源的效率。
(1)自激振荡
        该电路的特点是自激启动并振荡,25V辅助电源由本电路自身提供,无需另设。自激振荡是利用磁芯饱和特性产生的。接通电源后,C5.C6中点的155V电压经R5~R10给Q1、Q2提供基极偏压。Q1有偏压而微导通,推动变压器B2②-④绕组感应出极性②正、④负的电动势,于是①-②绕组感应出①脚正、②脚负的电压加到Q1发射极,加速Q1的导通。这一强烈的正反馈使Q1迅速饱和导通。与此同时,③-⑤绕组感应出③脚正、⑤脚负的电压,使Q2截止。Q1饱和导通后,①-②绕组中的电流增大,150V电压使B3①-②主绕组储能,根据自感现象,磁感应强度B随电流的增加而线性增加,满足磁化曲线的规律,但当磁感应强度增大到饱和点Bmax时,电感量迅速减小,感抗XL迅速减小,相当于一根导线,这时Q1的集电极电流Ic1急剧增加,达到稳定值后自感电动势消失,于是B2②-④、①-②、③-⑤绕组感应电压将反向,Q1退出饱和进入放大区,这又是一个强烈的正反馈过程。与此同时C9充得的电压也迫使Q1基极电压逐渐减少,结果是Q1截止.Q2饱和导通。Q2饱和导通后,B2②-④、①-②、③-⑤绕组感应电动势又将反向,形成自激振荡。
(2)他激工作状态
        自激振荡过程中,B3的次级输出电压经D9、D10全波整流、C19滤波,建立起PWM控制电路芯片TL494所需的25V工作电压,TL494开始工作,由Q3、Q4输出相位差为180°的PWM脉冲,因B2⑥-⑦、⑦-⑧绕组绕向相同,经B2⑥-⑦、⑦-⑧绕组感应到次级。于是,Q1Q2便由自激转为在他激PWM脉冲驱动下轮流导通。B3次级⑨-⑦、⑨-⑧绕组的输出电压经D15双整流管全波整流、C21滤波后得到+52V电压给蓄电池充电。
3.以TL494为核心组成PWM控制
         ⑤、⑥脚外接C12、R19与内部电路形成振荡,当两者参数为图1标注数值时,振荡频率约为50kHz。13脚接+5V,脉冲输出方式被设置为推挽输出。⑧、11脚输出的推挽调宽脉冲,经驱动电路放大后控制Q1、Q2轮流导通。④脚外接R20、R24分压值设定死区控制端④脚的电位,保证最大导通占空比小于45%。C18是软启动电容,接通电源后,Ci8两端电压为零,④脚的电位近似为+5V,输出脉冲占空比为零。随着C18的充电,④脚电压逐渐降低,占空比逐渐增大,输出电压逐渐受控。
4.充电电压控制电路
         R26和R27是电压负反馈取样电阻,R26与R27分压,对输出电压进行取样,加到TL494①脚进行电压控制。R3是电流取样电阻,当充电电流大小变化时,R3两端电压变化,取样电压经R13加到TL494⑤脚进行电流控制。电流控制的实质也是控制输出电压。
5.推挽驱动
        由Q3、Q4、B2等元件组成。这是一种典型的变压器推挽式功率放大电路。D11、D14的作用与D5、D7相似,保护Q3、Q4,把B2初级的反激能量回送电源。
6.充电状态指示电路
        主要由运放LM358及LED1、LED2等组成。当充电电流较大时,电流取样电阻R3上端电压大大低于地电位,LM358②脚电位低于③脚,①脚输出高电平,电池充电指示灯LED1点亮;当充电电流较小(小于200mA)时, +5V经R36、R30、R3分压,R3上端电压略高于地,LM358②脚电位高于③脚,①脚输出低电平,电池充电指示灯LED1熄灭,⑦脚输出高电平,在充满后指示灯LED2点亮。充电过程中的某一期间存在LED1、LED2同时点亮的过渡状态。
7.调试
         改变R26或R27可校准输出电压为52V,改变R13可校准输出电流。
三、维修实例
         例1:插上充电器,电源指示灯不亮,不能充电。分析检修:打开外壳,取出电路板,测保险F1正常,主滤波电容C7两端正反向电阻数据分别为1789和987 (用胜利VC9805数字表二极管挡所测),通电后测C7两端电压为310V,说明桥式整流、滤波电路正常,故障应在自激振荡、他激、半桥转换、PWM脉宽输出、推挽驱动、电压控制、电流控制等电路部分。根据原理图1,首先应检查+25V电压,该电压为驱动电路Q3、Q4及PWM控制芯片TL494供电。经查为0V,看来故障是缺+25V电压所致。+25V电压是经自激电路(由Q1、Q2、B2组成),D9、D10全波整流,C19滤波而产生。在路检测开关管Q1、Q2,发现Q2c-e极间击穿。用C4058开关管代替后开机,电源指示灯LED3点亮(红),充电指示灯LED2点亮(红),速测25V电源端为24.7V ,D15双整流二极管负极电压为52.3V,将充电插头插入车体充电插座后充电指示灯由绿变红,进入充电状态。
         例2:插上充电器,电源指示灯亮,充电指示灯为绿色,不能充电。
分析检修:电源指示灯亮,说明充电器电源整流滤波电路良好,问题应在充电电压形成及+25V形成电路、PWM脉宽控制芯片TL494、他激振荡电路。测+25V电压输出端为11.8V,52V输出端电压为24.6V,说明自激振荡已经启动,TL494.LM358电源电压不足,导致输出电压不足,应重点检查他激振荡电路。测Q3集电极电压为2.4V,R12推挽驱动供电电阻上端为11.8V,R12上压降过大。拆下R12测量其阻值为24k,而从色环上判断应为150Ω。将R12更换为1502后通电,测其上端电压为24.6V,下端电压为24.5V ,此时充电输出端电压为52.6V,一切正常。
         例3:插上充电器,电源指示灯亮,充电时指示为绿色,不能充电。分析检修:电源指示灯亮,充电指示灯为绿色,说明充电器电源整流滤波电路良好,问题应在充电电压形成及25V形成电路、PWM控制芯片TL494、他激振荡电路。测25V电压输出端为12.3V,52V 输出端电压为29.6V。在输出端接一汽车24V/25W灯泡后电源指示灯熄灭,输出端电压降为0V,说明接上负载后导致电路停振,应重点检查他激振荡电路。在路检查Q3和Q4正常,R3正常,TL494①脚外围元件均正常。更换TL494后输出端电压为52.4V,电源指示灯显示红色,充电指示灯显示绿色,将充电接头插入充电座后充电指示灯由绿变红,充电七小时后充电指示灯由红转绿,说明电池进入浮充状态,打开电动自行车钥匙,电量满格。
        小结:对于空载无任何输出的半桥式充电器,在保险管损结步坏的情况下,首先怀疑两只开关管是否击穿,在更换Q1、Q2管的同时,检查R6.R8(2.2Ω)等周边元件是否损坏。还有一类开关管的损坏原因是TL494完好,但是稳压反馈系统有问题。此时,要调整输出电压,关键要找到电压负反馈的电压取样电阻,减小取样电阻上半部分电阻值,输出电压降低;增大取样电阻上半部分电阻值,输出电压升高。