拆修及分析测试聚源代工的72V4.5A雅迪电动车充电器

mychee

家里雅迪电动车配聚源代工的铝壳72V10A充电器曾经拆开瞄了一下，发现是双层双面板结构，双MCU，甚至预留CAN接口，比较复杂，做工相当nice，对聚源充电器好感上升。考虑日常充电要用，不敢深入拆解，为节约成本同时怕大电流充电伤电瓶，想败一个坏的聚源小电流充电器修好替换之，并伺机拆解10A的充电器，同时考虑增加充电电流选择开关。在鱼塘边蹲了些时间，终于收了一台聚源72V4.5A充电器，22年生产刚过保。本文分为四个部分：

       【第一部分】故障修理
       【第二部分】拆解
       【第三部分】电路分析
       【第四部分】测试
      
【第一部分】故障修理
  
卖家描述不通电，无拆无修。拆开上盖，小伙伴惊呆了，正面密封倒是严实，肯定是无拆无修，拿掉上下盖，PCB板用密封胶封装在底板上！咋下手呢





从侧面下手，看到底板与电路之间的空隙那一刻仿佛见到黎明的曙光



花了点时间撬开





近看底板，幸好胶不多，左边两个相连的圆形密封胶对应的是俩MOS管引脚的位置，厂家有意涂了胶。



全家福，上下壳，底板，电路板


保险规格是延时型T6.3A，既然不通电，我的第一反应是断了，一测，果然  判断失误，没断！再测电源输入线，也没断！



顺着交流线路往后查，NTC电阻3D15阻值3欧正常， 但与桥堆AC端不通，仔细一看，共模滤波电感管脚打火。刮好上锡，为保险起见，用一条导线与相邻焊点连焊增加过流（略），再测桥堆、初级电容两端、MOS管、后级输出等无短路，通电试机，待机绿灯亮起，轻松秒杀！









分析打火的原因，再仔细观察电路板，发现多处插件的焊点有虚焊裂纹或焊锡量少，贴片元件焊点正常，于是全面进行补焊。由于PCB正面有密封胶固定，判断振动引起虚焊的可能性不大，更多应该是焊接品控问题，这可能导致批次性问题。


整流桥引脚焊点


变压器引脚焊点


简单组装后小试了一下，可以充电。


至此维修部分结束。

【第二部分】拆解

先从外观开始

正面



底部



铭牌参数



三围：长180mm 宽97mm  高60mm




输入输出插头都是10A规格，雅迪充电器三圆头，输入输出电源线都是2*0.5平方，对于额定输出电流4.5A偏小。按电动车充电器新国标GB42296-2022（见本文末尾）要求需采用1平方导线才合格。



重量863克多一点，因一小部分密封胶被挖掉后称重。



上盖中间的透明导光柱



风扇是外抽风，风扇周边也有灰。



散热风扇规格5012，用了一年的积灰。



标称电流80mA，实测95mA



散热鳍片的方向与风道一致，右边散热器旁的小变压器是MOS管的驱动变压器。同时可以看出，本机两个主滤波电容均远离散热片，位置设计也比较合理。



下面进入电路部分


电源输入通路上有保险丝、NTC电阻3D15、共模电感、X电容，整流桥GBJ810（8A1000V）。根据整流桥规格书，如要在8A使用需加散热片，本机最大输入功率约400W，电流约1.8A，未加散热片也行。



电源输入滤波电容品牌zhicheng（致诚？）CD294  400V330uF 105度，输出滤波电容CD288  120V680uF 105度，对比多数友商的同规格充电器，本机两个电容容量算是比较足。尚未查到这两个电容的具体参数。



变压器磁芯三围：41mm*14mm*40mm



电源MOS管，MPSA60M350B（芯长征科技 10.9A@25℃  600V），管子G-S极之间自带防静电二极管。本机采用双管正激电路结构，配置了双MOS管。






电源主控芯片：富满电子TC1252A，后辍A的具有软启动功能，而TC1252D则没有。芯片最高供电电压28V，本机实测13.9V。





初级线圈返流快恢复二级管ES5J（5A 600V）



本机是双管正激结构，有2个返流二极管



MOS管S极电流采样电阻2个并联，色环被埋，挖呀挖呀挖，怕2个阻值不同，把2个都挖出来，0.15R并联，采样电阻为0.075R



双PC817C反馈光耦



次级快恢复整流管MUR2060（2*10A 600V)



次级主控MCU，辉芒微FMD，无具体型号



查找FMD的8位MCU有14PIN封装，红框内的这款芯片Vcc、GND、PWM输出（P5、P6、P7)等与本机相同，作个参考。



充电电流控制和放大的运放，友旺电子UTC358



充电关断的单向可控硅BT153（20A 600V）



次级滤波电感，直径约30mm



环境感温NTC电阻


至此拆解部分结束。

【第三部分】电路分析

完整的拆解怎能少了电路图。废寝忘食画草图、绘制、核对，终于完成本机电路图！供大家参考。有需要PDF版可在本文末尾下载。



本机采用双管正激电路结构，下图为拓扑图。


双管正激主要优点，一是开关管的承压低（与电源电压相同，而单管电路的开关管要承受双倍电源电压）；二是两个开关管同时开与关，不存在桥式电路双管直通炸管的问题；三是磁复位的能量回流到电源，与RCD吸收电路相比，电源效率更高。缺点主要是占空比低于50%，必须在次级输出串电感。


本机有六个方面电路值得一提：

1、控制电路供电很扎实

MOS主控芯片供电采用电子滤波稳压电路


电路板上元件实物图



输出级控制电路分别采用317稳压块（供运放、光耦、风扇等）和78L05（供主控MCU）进行供电。





2、有MOS管超温保护功能
电源主控芯片TC1252A的2脚（BO）与地之间接了负温度系数热敏电阻，并贴近MOS管散热片安装，估计作为MOS管超温保护，这在本坛充电器拆解中罕见！其机理是温度越高热敏阻值越低，从而将2脚的电压拉低，一旦2脚电压低于1V时，芯片停止输出。




VBO典型值为1V



挖出来的热敏电阻，藏得够深。紧贴散热片。



管子上没有任何标识，这种热敏电阻外形象玻璃二极管，常见用于电饭煲底部和电磁炉炉板感温。



这是MF58系列NTC热敏电阻的介绍



3、过压自锁保护电路。
下图，一旦电源输出电压B+超过Z9+Z10击穿电压，则Q11先导通，然后Q10导通后光耦导通，并进一步促进Q11导通，此时即使Z9、Z10截止Q10、Q11也可维持导通。




4、具有风扇调速功能。MCU的4脚输出PWM信号来控制转速。测试发现小功率输出时风扇转速会降低，但不知能否根据气温高低调速。




5、MOS管采用变压器驱动，MOS管与主控芯片隔离，主控芯片生存系数高！





6、充电监测电路。

MCU的10脚用来监测是否接入电池，未接入电池，B+电压通过R21连到B-再通过电阻分压后进入10脚，此时10脚电压较高，接入电池后，10脚电压降低，此时MCU会短暂接通可控硅监测充电电流，10mR电流采样电阻RS1上电压通过运放358放大后再分压进入MCU的13脚（总体放大倍数约84倍），如果判别电流正常则转为红灯启动充电。这与一般的充电器有所不同。




从以上分析可见，本机保护功能多、电路结构好、可靠性较高，如焊接可靠估计故障率会很低。至此电路分析部分结束。


【第四部分】测试


待机功率1.25W



电源输入滤波电容电压310.8V



待机时输出电容电压83.6V



待机时输出可控硅截止，插头测得为感应电压，接入负载后为0V。



电源输入滤波电容的纹波达12V左右



进行诱骗充电，由于不便于在车上充电测试，故用DC电源加电子负载来诱骗充电器输出，为防止电压反灌可能造成DC电源损坏，在DC电源正极输出串接一个二极管，电子负载接充电器插头正负端，DC电源设定61V 1A、电子负载设为恒电阻模式54欧，测试发现，只接DC电源或只接负载均无充电输出，二者同时接时成功诱骗充电器充电，调低电压低于36V时无效。可见，对于72V电池组，若电压低于36V，充电器不会启动充电，或者电池组内阻太大也不行。



最初设定61V 1A



低于36V不启动，电压达到36V，转红灯充电



测试充电器效率，由于负载仪最高功率为150W，设CR值为53欧时功率约147.5W，此时电源输入功率为202.2W，功率因素0.81，计算充电器效率=输出功率/有效功率*100%=147.5/（202.2*0.81）*100%≈ 90%。也就是说，有效功率的10%消耗在风扇及热能散发掉。上述计算的是充电器的“效率”，与电脑电源的80PLUS认证所指的“转换率”有所不同，转换率=输出功率/输入功率*100%，转换率将无功功率计算在内，因此厂家需增加PFC电路以提高功率因素从而提高转换率，本机的转换率=147.5/202.2*100%=72.9%，80PLUS最低级的白牌的转换率需达80%。



测试MOS管超温保护温度值。将温度探头靠在RT2热敏电阻管脚上，用3M双面导热胶带粘贴，上面再盖一层金手指胶带，热风枪吹热敏电阻附近，然后观察记录测温值及对应的VBO电压值。






观察6个温度值对应测到的VBO电压，吹到90多度时VBO还有1.7V，要降到1V保护电压怕温度吹太高把充电器弄嗝屁了，遂放弃测试。



根据测得温度与VBO电压值绘制趋势图，上述测量方法的热耦合并不理想。红色虚线是脑补的



但作为拆坛一员怎能停下探索的脚步。于是换一种方式：将RT2拆下，用可调电阻代替，调电阻值至BO脚出现低电压保护时，记录此时可调电阻值Rb，再将热敏电阻放到加热台加热并测量其阻值达到Rb时对应的温度。


VBO达1.008V时接近保护值，由于没有用多圈电位器，实际调整时微调一点点VBO就保护了





此时测得触发保护时可调电阻值Rb为6.62K



将热敏电阻放在加热台上，为了更好的导热，用铝箔纸将探头与热敏电阻粘在台面上。






加热，测得约117度时阻值达到Rb值，考虑热敏电阻与散热片之间的热阻等，估计MOS管温度保护值约120--130度。



鉴于见过不少国产高频电解电容鼓包的案例，考虑本充电器的体质不错，于是决定换输出电容。原机是680uF 120V，黑金刚NCC的KZE系列和红宝石YXH系列最高耐压只有100V、最大容量820uF，耐压更高一级没有120V，只有160V、200V，但性价比或体积不合适。见过几款72V充电器用的也是耐压100V电解，于是下手买了上述两款。

据卖家描述黑金刚NCC的是新货



红宝石的这款引脚较短，图上是焊接加长了的。



查询黑金刚KZE和红宝石YXH标称均为16克，实称15.6克，其它两款电容重量未知。



为了排除新买的电容耐压只有100V的心理阴影，与原机电容对比一下漏电流，手头没有现成超过100V的可调电源，用两个电源拼凑了97.8V电压进行测试。



根据电容规格书，电容的漏电流指标一般给出充电2分钟后的结果，粗测三款电容均合格。下图为长时间（>12小时）加压后原机电容与红宝石电容测得漏电流，二者相近。根据电容规格书，击穿电压一般为额定电压的120%，也就是说耐压100V的击穿电压约120V，一般72V充电器最高充电电压约90V，个人觉得只要是合格品，耐压问题不大。一些输出级电解鼓包可能由于高频内阻过大发热所导致。



原机电容引脚实测直径为1.0mm，而黑金刚及红宝石的均为0.8mm



频率100K的ESR值对比，新买超电容ESR均达标，黑金刚电容的ESR只有原机电容的一半，当然容量大也有优势。细心童鞋可能发现测得电容容量为负值，据了解是因为测试频率超过了电容的谐振频率。



测试电容容量@120Hz，黑金刚820uF实测841uF，看来卖家说是新货不假，红宝石容量717uF、原机电容625uF均缩水了，误差分别为-12.6%、-8.1%，都在20%误差范围内。



于是决定换上黑金刚电容。童鞋问，有用吗？  有用，下图为147W输出功率时，输出滤波电容两端测的纹波，用原机电容测得Vp-p为55mV，换电容后Vp-p约40mV，降低约27%。从下图大致可以估算出本机开关电源频率约57KHz，这在测试开关管驱动波形时得到验证。



对于输入滤波电容，原本担心磁芯复位的回流电流对其充电造成纹波大而发热，看是否需更换好的电容，于是测了电容两端波形，下图红圈处为返流对电容充电的波形，看来能量很小，同时也测试了在电容两端并联电磁炉用的5uF MKP电容，看不出波形明显变化，于是作罢。另外，我还将MOS控制电路的供电50V 47uF滤波电容更换成更好的电容（略）。



最后，由于没有同样的密封胶，手头刚好有黑色704硅胶也快干了，涂上后呈亮黑色，防水应该没问题。胶水的保质期不长是个问题，囤太久就干了，不买吧，用的时候再买得等，唉。



写在最后：电动自行车用充电器安全技术要求（GB42296-2022)已于2023年7月1日起正式实施，对充电器的接口规范并强制性采用“通讯协议”方式充电，同时对安全性作了进一步要求，特别是对热失控有详细要求，因此建议在购买旧标准的充电器时要考虑安全性。



新国标充电器插头





关于发热与热失控的要求





附：1、本机PDF电路图
        2、电动自行车用充电器安全技术要求（GB42296-2022)


全文完，如有错误，欢迎指正！谢谢观看！

补充：因电路图绘制有误，感谢yhky大神的指正！详见123楼的描述及127楼的图示。本文的JPG格式及PDF格式电路图均已上传更新。

aacyxjz

恭喜楼主，轻松秒杀啊

wmshizheng

装备给力，手艺了得，封固的电瓶充电器，良心货，又一精华诞生了

wangan2020

楼主牛b，分析的太透彻了

acxz

手艺精湛！

hyadsla

看到蛮多维修设备的。

wfpl619

同款的充电器，同款的故障位置。

青色风机

破铅酸整那么大电流干啥呀

aygcmy

这个设计还是很完善的，感觉这个是通病，灌胶造成元件受力，导致虚焊，我前一段时间遇到过类似的毛病，原理图还是不下载了，比较贵，楼主要是提供一个免费的下载地址就好了

smg小沈

质量真好    就是灌胶不好处理啊

bennanhaier

这功课做的赞

xxwwmm2017

分析得很透彻

道幽亭静

这又是加精的节奏啊。

wjqok

资料有点贵

xushu

这胶铲得有水平！

yongshuo

铲胶够费时间的

fhm1

厉害呀线路图都画出来了

yujian8620

废寝忘食画草图、绘制、核对，终于完成本机电路图！

kgmx

拆修过程详 细，灌胶电源拆修不容 易，铲胶铲的挺完整

tjq-2002

分析很透彻 好文