CN101707385B - 一种电池充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池充电电路，其包括：整流滤波模块，其与交流电源相连；功率输出控制模块，其连接于整流滤波模块与开关变压器之间；开关变压器，其与整流滤波模块相连；输出电流整流滤波模块，其连接于开关变压器和充电端子之间；电压采样放大模块，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块输出的电压信号并输出给信号反馈模块；电流采样放大模块，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块输出的电流信号并输出给信号反馈模块；信号反馈模块，用于将电压采样放大模块和电流采样放大模块输出的信号反馈给功率输出控制模块。本发明电池充电电路改善了充电电流的稳定性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子充电技术，特别涉及一种电池充电装置。
背景技术
充电电池作为动力源，越来越广泛应用于电动车等需要电能的产品上。通过反复充电的形式给电池提供持续的电能。在实际使用中，充电电池及充电设备面临着酷热、潮湿、严寒等全天候使用环境，现有的电池充电设备在可靠性、稳定性上还不够，很难以满足电动车等产品整体性能的改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充电电池的充电电路，其能够改善充电电流的稳定性，提高充电电路的可靠性。
为解决上述问题，本发明提供一种电池充电电路，其包括：
整流滤波模块，其与交流电源相连，用于对交流电流进行整流滤波；
功率输出控制模块，其连接于整流滤波模块与开关变压器之间，用于根据信号反馈模块的反馈信号驱动控制开关变压器的输出功率；
开关变压器，其与整流滤波模块通过功率输出控制模块相连，用于根据功率输出控制模块的控制输出功率；
输出电流整流滤波模块，其连接于开关变压器和充电端子之间，用于将开关变压器输出的电流进行整流滤波；
电压采样放大模块，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块输出的电压信号并输出给信号反馈模块；
电流采样放大模块，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块输出的电流信号并输出给信号反馈模块；
信号反馈模块，用于将电压采样放大模块和电流采样放大模块输出的信号反馈给功率输出控制模块。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，所述功率输出控制模块包括功率输出控制模块包括集成于一个集成块中的脉冲驱动模块和功率控制模块：该脉冲驱动模块用于产生输出脉冲信号驱动功率控制模块；该功率控制模块，用于根据脉冲信号控制开关变压器的输出。两个模块集成与一个集成块后，使结构更加简单，***元件减少，有效减少自身损耗；另外有效降低外部干扰。这样使输出功率更大、更稳定。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，其还包括稳流模块，其连接于电流采样放大模块与信号反馈模块之间，用于放大采样电流。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，所述稳流模块包括第一开关元件，该第一开关元件包括一个控制端、一个输入端、一个输出端，该第一开关元件的控制端分三路：一路经电阻(R28)接地；一路经电阻(R23)接接第二比例放大器的输出端；一路依次经电阻(R31)、电容(C13)接第一开关元件 的输入端；该第一开关元件的输出端接地；该第一开关元件的输入端分别接稳流模块和信号反馈模块。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，所述电阻(R28)与电阻(R23)为可调节阻值的电阻。这样可以通过调节电阻(R28)与电阻(R23)用以调节最大充电电流。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，所述电流采样放大模块包括第二比例放大器、第一比例放大器、电阻(R15)，所述第二比例放大器的同相输入端经过电阻(R24)分两路连接：一路接充电负端子；另一路经电流采样电阻(R20)接地；第二比例放大器的反相输入端分两路连接：一路经过电阻(R69)接第二比例放大器的输出端；另一路经过电阻(R25)接地；所述第二比例放大器的输出端经电阻(R18)分两路连接：一路接第一比例放大器的反相输入端；一路经电容(C14)接地；所述第一比例放大器的同相输入端分两路连接：一路经电阻(R17)接地；另一路依次经电阻(R19)和电阻(R21)接电源，二极管(D11)的正极接地，负极接电阻(R19)和电阻(R21)之间；所述第一比例放大器的输出端接稳流模块；所述电阻(R15)一端连接充电正端子；另一端分两路：一路经二极管(D12)接所述第一比例放大器的输出端，另一路依次经二极管(D10)和(R12)接地，所述二极管(D10)和电阻(R12)之间与电压采样放大模块相连。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，其还包括与电流采样放大模 块相连的工作状态指示模块，该模块包括第二开关元件、风扇、第一发光二极管、第二发光二极管，该第二开关元件包括一个控制端、一个输入端、一个输出端，该第二开关元件的控制端分两路连接：一路接经电阻(R27)连接电流采样放大模块；一路经过电阻(R26)接电源；该第二开关元件的输出端分两路连接：一路接电源；一路依次经过二极管(D23)、第二发光二极管、电阻(R30)接地；该第二开关元件的输入端分两路连接：一路接电扇、电阻(R29)接地；一路依次经过第一发光二极管接所述二极管(D23)、第二发光二极管之间。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，其还包括电池温度特性补偿模块，其连接于输出电流整流滤波模块和电压采样放大模块之间，用于根据温度的变化调节充电电压。该电池温度特性补偿模块为热敏电阻(NTC)。该热敏电阻根据温度调节自身阻值，用以调节充电电压。
作为本发明一种电池充电电路的一个实施例，其还包括电阻(R40)，该电阻(R40)和热敏电阻(NTC)并联接入输出电流整流滤波模块和电压采样放大模块之间。
与现有技术相比较，本发明电池充电电路通过电压采样放大模块和电流采样放大模块实时采样，并将采样信号通过信号反馈模块反馈至功率输出控制模块，功率输出控制模块根据反馈信号实时调节充电电压和电流，从而改善充电电流的稳定性，提高充电的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种电池充电装置在一个实施例中的功能结构示意图；
图2为本发明一种电池充电装置在一个实施例中的电路图。
图3为本发明一种电池充电装置的IC1在一个实施例中的电路图。
具体实施方式
参考图1-2描述一种电池充电电路的实施例。本实施例的一种电池充电电路，其包括：整流滤波模块1，其与交流电源相连，用于对交流电流进行整流滤波；功率输出控制模块2，其连接于整流滤波模块1与开关变压器4之间，用于根据信号反馈模块7的反馈信号驱动控制开关变压器4的输出功率；开关变压器4，其与整流滤波模1块相连，用于根据功率输出控制模块2的控制输出功率；输出电流整流滤波模块5，其连接于开关变压器4和充电端子之间，用于将开关变压器4输出的电流进行整流滤波；电压采样放大模块6，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块5输出的电压信号并输出给信号反馈模块7；电流采样放大模块8，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块5输出的电流信号并输出给信号反馈模块7；信号反馈模块7，用于将电压采样放大模块6和电流采样放大模块8输出的信号反馈给功率输出控制模块2；稳流模块10，其连接于电流采样放大模块9与信号反馈模块7之间，用于放大采样电流；工作状态指示模块9，用于指示工作状态；电池温度特性补偿模块11，其连接于输出电流整流滤波模 块5和电压采样放大模块6之间，用于根据温度的变化调节充电电压。
所述功率输出控制模块2包括功率输出控制模块包括集成于一个集成块中的脉冲驱动模块和功率控制模块：该脉冲驱动模块用于产生输出脉冲信号驱动功率控制模块；该功率控制模块用于根据脉冲信号控制开关变压器的输出。两个模块集成与一个集成块后，使结构更加简单，***元件减少，有效减少自身损耗；另外有效降低外部干扰。这样使输出功率更大、更稳定。
所述功率输出控制模块2的工作原理：220V/110V交流电压输入后，通过开关K1选择不同的整流方式，滤波后得到直流300V左右的直流电压。该电压经开关变压器4初级绕组L1加到厚膜元件D脚(即内部开关元件漏极)，同时300V直流电压还经启动电阻R3对电容C4充电，从而使IC1的3脚电压也上升，当3脚电压到15伏时，IC1内部电路开始启动，并开始产生振荡脉冲，电路进入工作状态。电源工作后，开关变压器4的L2绕组上的开关脉冲经二极管D6、电容C4整流滤波后给3脚供电，以满足3脚正常工作时的供电要求。开关厚膜电源5脚接同步自锁、过压保护电路、从而提高电源的带负载能力。
参考图2-3，所述IC1具体为FSCQ1265RT，其包括如下模块：启动电源部分21、准谐振荡切换控制同步脉冲检测电路22、反馈控制部分23、保护电路24、软启动电路和突发模式控制电路25、驱动电路及其功率管开关输出部分26。
启动电源部分21：IC1的3脚外接启动电路和供电电路并通过18V(20V)稳压二极管限制最高输入工作电压。当3脚的电压达到启动电压(15V)时，IC1 开始启动，进入正常工作状态。当电压低于9V并持续一段时间，低压检测电路启动，电路停止工作。
准谐振荡切换控制同步脉冲检测电路22：当负载很轻电路工作频率超过90KHZ时，电路进入扩展的准谐振状态工作以降低开关频率。辅助绕组感应的同步脉冲经二极管限幅、电阻分压后送入IC1的5脚，确保电源振荡频率与IC1的5脚同步脉冲之间保持同步关系，使电源的稳压范围加大、提高带负载的能力。当IC1的5脚同步信号的峰值电压超过12V时，过压保护电路启动，电路进入保护状态，开关管截止无输出。
反馈控制部分23：有三种功能：一是通过反馈电压与内部取样电压比较控制开关的占空比从而控制输出电压值；二是通过内部的钳位电路控制电流的峰峰值；三是有一个脉冲前沿抑制电路消除开关管导通瞬间产生的高尖峰电压对脉宽调制比较器的影响。
保护电路24：IC1有几个自动保护电路：过载保护OLP、不正常的电流保护AOCP、过压保护OVP以及热保护TSD，其中OLP和OVP是自动恢复保护类型，而AOCP和TSD是锁保护。
软启动电路和突发模式控制电路25：IC1典型的软启动时间是20ms，开关管导通后软启动电路缓慢地增加PWM比较器的反相端电压和开关管的电流，脉冲宽度逐渐增加直到变压器、电感、电容进入正确的工作状态。它也防止变压器饱和减小启动时对次级整流二极管的冲击。为了将待机模式下的功耗降到最低，在待机时IC1进入突发模式工作状态。
驱动电路及其功率管开关输出部分26。该模块电路在以上各控制电路的控制下工作。
当然，所述IC1集成功率模块还可以是FSCQ0765RT、FSCQ1465RT、FSCQ1565RT、FSCQ1565RP、KA5Q1265RF、KA5Q1565RF中的任意一种。
开关变压器4的L3绕组的开关脉冲经整流滤波后，经过IC3(431)对输出电压取样放大，信号反馈模块7中的光电耦合器IC2的导通程度，调整IC1的反馈脚(4脚Vfb)的电压，调整脉冲宽度，达到稳定最高充电电压。开关变压器4的L4绕组的开关脉冲经整流滤波后，给光电耦合器IC2、IC3供电。
所述稳流模块10包括第一开关元件Q1，该第一开关元件Q1包括一个控制端、一个输出端和一个输入端，具体可为一三极管。该第一开关元件Q1的控制端分三路：一路经电阻R28接地；一路经电阻R23接接第二比例放大器IC4-2的输出端；一路依次经电阻31、电容13接第一开关元件Q1的输入端；该第一开关元件Q1的输出端接地；该第一开关元件Q1的输入端分别接电压采样放大模块6和信号反馈模块7。
所述电阻R28与电阻R23为可调节阻值的电阻。这样可以通过调节电阻R28与电阻R23用以调节最大充电电流。
所述电流采样放大模块8包括第二比例放大器IC4-2、第一比例放大器IC4-1、电阻R15，所述第二比例放大器IC4-2的同相输入端经过电阻R24分两路连接：一路接充电负端子；另一路经电流采样电阻20接地；第二比例放大器IC4-2的反相输入端分两路连接：一路经过电阻R67接第二比例放大器的输出端；另一路经过电阻R25接地；所述第二比例放大器IC4-2的输出端经电阻R18分两路连接：一路接第一比例放大器IC4-1的反相输入端；一路经电容C14接地；所述第一比例放大器IC4-1的同相输入端分两路连接：一路经电阻R17接地；另一路依次经电阻R19和电阻R21接稳压电源(5.1V)，稳压二极管D11(5.1V)的正极接地，负极接电阻R19和电阻R21之间；所述第一比例放大器IC4-1的输出端接稳流模块10；所述电阻R15一端连接充电正端子；另一端分两路：一路经二极管D12接所述第一比例放大器IC4-1的输出端，另一路依次经二极管D10和R12接地，所述二极管D10和电阻R12之间与电压采样放大模块6相连。
所述工作状态指示模块9包括第二开关元件Q2、风扇、第一发光二极管LED 1、第二发光二极管LED 2，第二开关元件Q2包括一个控制端、一个输入端、一个输出端，第二开关元件Q2为PNP管。该第二开关元件Q2的控制端分两路连接：一路接经电阻R27连接电流采样放大模块8；一路经过电阻R26接电源；该第二开关元件Q2的输出端极分两路连接：一路接电源；一路依次经过二极管D23、第二发光二极管LED 2、电阻R30接地；该第二开关元件Q2的输入端分两路连接：一路接电扇、电阻R29接地；一路依次经过第一发光二极管LED 1接所述二极管D23、第二发光二极管LED 2之间。
所述该电池温度特性补偿模块11包括电阻40和热敏电阻NTC，该电阻40和热敏电阻NTC并联接入输出电流整流滤波模块5和电压采样放大模块6之间。该热敏电阻根据温度调节自身阻值，用以调节充电电压。
由于电池的电压随环境温度变化而变化较大。环境温度每上升1℃，电池的电压下降约0.15％。在引入电池温度特性补偿模块11，接入负温度系数热敏电阻，当环境温度上升时，NTC电阻值下降，自动适应电池的电压温度特性。从而做到夏天充电电压自动降低，不导致电池出现过充、发热、失效现象；冬天充电电压自动上升，使电池充满，防止电池过快老化。
充电器充电时，电流通过电阻R20取样由电流采样放大模块8的第二比例放大器IC4-2放大，并送到稳流模块10输出控制信号反馈模块7的光电耦合器IC2的导通程度，进而控制功率输出控制模块2的IC1的反馈脚(4脚Vfb)的电压，从而调整脉冲宽度，恒定充电电流。这样因为限流取样来源于实际充电电流，使恒流性能不受输入电压影响，使限流电路可靠，工作更加稳定可靠。在充电开始时，由于充电电流较大(设定值)，电阻R20上产生的压降也较高，通过第二比例放大器IC4-2的3脚输入放大，1脚输出电压上升，一路通过第一比例放大器IC4-1(LM358)的6脚(三端比较器反相输入端)输入，第一比例放大器IC4-1(LM358)的6脚电压高于5脚，7脚输出低电位，第二开关元件Q2(PNP管)饱和导通、第一发光二极管LED1点亮，第二发光二极管LED2熄灭，电扇FAN启动；二极管D12导通，电阻R15支路对稳压电路不产生作用， 从而稳定最高充电电压；另一路加到稳流模块10使第一开关元件Q1进入放大状态，控制信号反馈模块7的光电耦合器IC2导通加强，稳定充电电流。充电器进入恒流充电阶段，最大充电电流通过调整第一开关元件Q1的偏置电阻R23、电阻R28来决定。当电池电压上升到最高充电电压时，充电电流开始减小，第一开关元件Q2(NPN管)截止，稳压IC3(TL431)使输出电压稳定，充电器进入恒压充电阶段，电流逐渐减小。当充电电流减小到设定电流(500mA～450mA)时，第一比例放大器IC4-1(LM358)的6脚电压低于5脚，7脚输出高电压，第二开关元件Q2截止，第一发光二极管LED1熄灭，第二发光二极管LED2点亮；此时二极管D12截止电阻R15支路使并联稳压二极管IC3(TL431)的R端电压上升，K端电压下降，信号反馈模块7的光电耦合器IC2导通加强，输出电压下降至涓流充电电压，充电器进入涓流充电阶段。
本发明IC1(PWMIC和MOSFET二合一)是开关电源电路的核心器件，它内部除了含有脉冲振荡器、脉冲驱动器及场效应开关功率管外，还含有个多门电路、触发器、比较器等电路。利用这些电路实现脉冲形成、脉冲驱动、开关调整、稳压控制、过流保护、过压保护、过热保护等各种保护功能。具有***元件少、工作稳定、输出功率大、自身损耗少、带负载能力强等特点。由于新型充电器具有过流、过载、过压、过热等多种保护功能，因而有防潮能力强、工作可靠性高、使用寿命长，具有易于生产和维修的特点。
本实施例的电池充电装置通过实施结果如下：
A、在实际试验和生产过程中，充电器低压部分出现连接错误、用错元器件等，IC1会自锁保护，不会烧毁失效。
B、在试验温度≥80℃的环境下满负载工作，IC1自锁保护，不烧坏。
C、充电器PCB板淋湿后连接交流电源，充电器工作出现异常时，IC1自锁保护，元器件不烧毁；烘干、凉干后自动恢复正常工作。
本发明电池充电电路通过电压采样放大模块和电流采样放大模块实时采样，并将采样信号通过信号反馈模块反馈至功率输出控制模块，功率输出控制模块根据反馈信号实时调节充电电压和电流，从而改善充电电流的稳定性，提高充电的可靠性。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电池充电电路，其特征在于包括：
整流滤波模块，其与交流电源相连，用于对交流电流进行整流滤波；
功率输出控制模块，其连接于整流滤波模块与开关变压器之间，用于根据信号反馈模块的反馈信号驱动、控制开关变压器的输出功率；
开关变压器，其与整流滤波模块通过功率输出控制模块相连，用于根据功率输出控制模块的控制输出功率；
输出电流整流滤波模块，其连接于开关变压器和充电端子之间，用于将开关变压器输出的电流进行整流滤波；
电压采样放大模块，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块输出的电压信号并输出给信号反馈模块；
电流采样放大模块，其用于采集并放大输出电流整流滤波模块输出的电流信号并输出给信号反馈模块；
信号反馈模块，用于将电压采样放大模块和电流采样放大模块输出的信号反馈给功率输出控制模块；
所述功率输出控制模块包括集成于一个集成块中的脉冲驱动模块和功率控制模块：脉冲驱动模块，用于产生输出脉冲信号驱动功率控制模块；功率控制模块，用于根据脉冲信号控制开关变压器的输出；
所述电池充供电电路还包括稳流模块，其连接于电流采样放大模块与信号反馈模块之间，用于放大采样电流；
所述稳流模块包括第一开关元件，该第一开关元件包括一个控制端、一个输入端、一个输出端，
该第一开关元件的控制端分三路：一路经第一电阻(R28)接地；一路经第二电阻(R23)接第二比例放大器的输出端；一路依次经第三电阻(R31)、第一电容(C13)接第一开关元件的输入端；
该第一开关元件的输出端接地；
该第一开关元件的输入端分别接电压采样放大模块和信号反馈模块。
2.如权利要求1所述的一种电池充电电路，其特征在于所述第一电阻(R28)与第二电阻(R23)为可调节阻值的电阻。
3.如权利要求1所述的一种电池充电电路，其特征在于所述电流采样放大模块包括第二比例放大器、第一比例放大器、第四电阻(R15)，
所述第二比例放大器的同相输入端经过第五电阻(R24)分两路连接：一路接充电负端子；另一路经电流采样第六电阻(R20)接地；
第二比例放大器的反相输入端分两路连接：一路经过第七电阻(R69)接第二比例放大器的输出端；另一路经过第八电阻(R25)接地；
所述第二比例放大器的输出端经第九电阻(R18)分两路连接：一路接第一比例放大器的反相输入端；一路经第二电容(C14)接地；
所述第一比例放大器的同相输入端分两路连接：一路经第十电阻(R17)接地；另一路依次经第十一电阻(R19)和第十二电阻(R21)接电源，第一二极管(D11)的正极接地，负极接第十一电阻(R19)和第十二电阻(R21)之间；
所述第一比例放大器的输出端接稳流模块；
所述第四电阻(R15)一端连接充电正端子；另一端分两路：一路经第二二极管(D12)接所述第一比例放大器的输出端，另一路依次经第三二极 管(D10)和第十三电阻(R12)接地，所述第三二极管(D10)和第十三电阻(R12)之间与电压采样放大模块相连。
4.如权利要求1所述的一种电池充电电路，其特征在于其还包括与电流采样放大模块相连的工作状态指示模块，
该工作状态指示模块包括第二开关元件、风扇、第一发光二极管、第二发光二极管，该第二开关元件包括一个控制端、一个输入端、一个输出端，
该第二开关元件的控制端分两路连接：一路接经第十四电阻(R27)连接电流采样放大模块；一路经过第十五电阻(R26)接电源；
该第二开关元件的输出端分两路连接：一路接电源；一路依次经过第四二极管(D23)、第二发光二极管、第十六电阻(R30)接地；
该第二开关元件的输入端分两路连接：一路接电扇、第十七电阻(R29)接地；一路依次经过第一发光二极管接所述第四二极管(D23)、第二发光二极管之间。
5.如权利要求1所述的一种电池充电电路，其特征在于其还包括电池温度特性补偿模块，其连接于输出电流整流滤波模块和电压采样放大模块之间，用于根据温度的变化调节充电电压。
6.如权利要求5所述的一种电池充电电路，其特征在于所述电池温度特性补偿模块为热敏电阻。
7.如权利要求6所述的一种电池充电电路，其特征在于其还包括第十八电阻(R40)，该第十八电阻(R40)和热敏电阻并联接入输出电流整流滤波模块和电压采样放大模块之间。
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