CN109787332A - 一种新型智能快速充电的充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型智能快速充电的充电器，包括有AC‑DC模块、充电控制模块以及智能开关；该AC‑DC模块将市电转成隔离的直流电压；该充电控制模块连接AC‑DC模块，该充电控制模块为单片机控制模式，充电控制模块用于识别电池包并自动控制电池包的充电；该智能开关连接于充电控制模块和电池组之间，智能开关为两个PMOS，两个PMOS方向相反并串联在一起。通过采用单片机控制模式，充电器跟电池包之间采用通讯协议来握手，这样保证充电器不会被误用；另外本充电器设计恒压恒流采用单片机控制恒流环，同时采用PWM的充电器主开关控制模式，避免开关信号误接或者单片机异常导致控制开关信号产生电压，导致主开关PMOS管误打开一直给充电器充电，安全性能非常高。
Description
技术领域
本发明涉及充电器领域技术，尤其是指一种新型智能快速充电的充电器。
背景技术
随着新能源锂电池的广泛运用，电动汽车、电动自行车和电动工具应运而生。配套的锂电池充电器也是五花八门，如何在短时间内安全、快速、高效的对锂电池充电，这个对充电器设计要求很高。目前行业上用的充电器，一般是一上电就给电池充电，没有考虑电池组的连接方式、容量等等。常常出现的一种现象是，当原装的充电器损坏之后，随便买充电器就给电池组充电，这样非常容易发生安全问题，甚至充电过热导致着火、***等等情况。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种新型智能快速充电的充电器，其可避免发生安全问题。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种新型智能快速充电的充电器，包括有AC-DC模块、充电控制模块以及智能开关；该AC-DC模块将市电转成隔离的直流电压；该充电控制模块连接AC-DC模块，充电控制模块用于识别电池包并自动控制电池包的充电；该智能开关连接于充电控制模块和电池组之间，智能开关为两个PMOS，两个PMOS方向相反并串联在一起。
优选的，所述AC-DC模块具有用于引入市电的L端子和N端子，L端子和N端子为可通用宽电压AC90-264V的端子。
优选的，所述AC-DC模块包括有IC1、周边回路和EMC回路，该EMC回路由F1、LF1、CX1和LF2组成。
优选的，所述充电控制模块由单片机、周边回路、充电回路和LDO回路组成。
优选的，所述单片机为8位的合泰单片机HT66F0025。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
通过采用单片机控制模式，充电器跟电池包之间采用通讯协议来握手，这样保证充电器不会被误用；另外本充电器设计恒压恒流采用单片机控制恒流环，同时采用PWM(脉冲宽度调制)的充电器主开关控制模式，避免开关信号误接或者单片机异常导致控制开关信号产生电压，导致主开关PMOS管误打开一直给充电器充电；本产品适用于电池快充、1C充电，也适用0.1-0.5C的慢充，满足的充电条件非常严格，并且在不充电和异常的情况下，输出电压拉的很低，安全性能非常高。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的原理方框图；
图2是本发明之较佳实施例锂电池保护板-充电过程保护流程图；
图3是本发明之较佳实施例的具体线路原理图；
图4是本发明之较佳实施例中AC-DC模块的具体线路原理图；
图5是本发明之较佳实施例中LDO回路的具体线路原理图；
图6是本发明之较佳实施例中单片机周边回路及充电回路的具体线路原理图；
附图标识说明：
10、AC-DC模块 20、充电控制模块
30、智能开关 40、电池组
具体实施方式
请参照图1至图6所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有AC-DC模块10、充电控制模块20以及智能开关30。
该AC-DC模块10将市电转成隔离的直流电压；该充电控制模块20连接AC-DC模块10，该充电控制模块20为单片机控制模式，充电控制模块20用于识别电池包并自动控制电池包的充电；该智能开关30连接于充电控制模块20和电池组40之间，智能开关30为两个PMOS，两个PMOS方向相反并串联在一起，可以实现充满、异常情况关闭。
具体而言，如图4和图5所示，所述AC-DC模块10具有用于引入市电的L端子和N端子，L端子和N端子为可通用宽电压AC90-264V的端子；所述AC-DC模块包括有IC1、周边回路和EMC回路，该EMC回路由F1、LF1、CX1和LF2组成；其余部分IC1周边回路：TR1、D6、D7、EC6组成开关电源回路，属于典型的开关电源回路，安规符合GS、CCC、UL、PSE等主要国家的安规标准；所述AC-DC模块10的功能将交流电转成隔离安全的直流电压，直流电压可以根据负载来调整，可以实现7V-42V输出，可以给锂电池充电做到从3节-10节串联。
所述充电控制模块20由单片机IC3、周边回路、充电回路和LDO回路组成，具体而言：
(1)单片机IC3采用8位的合泰单片机HT66F0025，也可以为其它单片机控制模式。单片机IC3的PIN1为VDD，PIN10为VSS，PIN2作为电池包电压侦测控制脚，PIN3为和电池包通讯口，此PIN3同时侦测协议，也作为A/D侦测通讯脚COM电压来判断状态，PIN4和PIN6用来控制LED指示灯，PIN5作为主开关PMOS管Q3的控制脚，PIN7为A/D口侦测电池包电压从而控制充电电流，PIN8控制充电器的电压，PIN9侦测充电回路的电流，PIN8和PIN9组成一组负反馈回路。组成恒压恒流环路，取代传统利用358来控制恒流充电。
(2)Q3(主开关PMOS)、R25A、R25、Q5、C101、R100、C100这些电阻、电容、三极管，构成充电器的开关回路，连接单片机IC3的PIN5。此回路只有当PIN5输出PWM波形，才能够打开Q3主开关PMOS，从而给电池充电。采用此模式控制的好处是无论在生产过程中，或者当单片机IC3因为种种原因短接到VCC或者其他外部电压时，Q3并不会被打开，给电池充电，从而保护充电器不会被误充电。另外PIN5采用PWM输出，能够实现对电池组间隔充电，电池包能够充电冲的更饱满，如果不需要PWM充电，只要额外增加一颗C101电容，就能够将PWM滤波成直流，从而实现PIN5输出PWM，实际上主开关PMOS一直打开充电。
(3)COM、B+、B-这三个端子和电池组连接，B+、B-分别连接电池组40正负极，COM和电池组40的TX(电池组发送协议脚)连接，充电器的COM口接收TX(电池组发送协议脚)，本协议采用多码的010101……组合成多种状态，比如充电、过充、异常、过温等等，充电器表现的方式通过单片机IC3的PIN4和PIN6控制LED灯不同颜色LED/G、LED/R来显示充电状态。
(4)R204、R205、R206、R207、R208、C31、Q4、Q21、单片机IC3的PIN7、PIN2此部分回路作为侦测电池组电压回路。本电路实现的方式是当AC交流电上电，单片机IC3工作PIN2输出高电平Q21(NPN)和Q4(PNP)两个三极管同时开通，PIN7通过R204/R205分压来侦测电池包的电压。准确侦测到电池包电压，通过单片机IC3从而控制单片机IC3的PIN8的PWM占空比，从而达到调整充电器输出电压的目的。
(5)0.1Ω电阻、R29、R41、C10、单片机IC3的PIN9构成整个充电回路的充电电流的侦测，当充电电流非常大的时候，关闭输出。同时当充电电流小于0.1C以下关闭输出。
(6)R17、R18、R16、R201、C33、IC3(431产生2.5V基准)、PH1(光电耦合器隔离初次级)、R202、R203、单片机IC3的PIN8，这些元器件组合起来产生待机时的充电器电压设定为8V，(当电池组为3节-10节，一节充电4.2V算，电池包充满电压为12.6V-42V)8V能够保证即使有专业的维修工，将主开关MOS管短路也能保证，充电器电压低于电池包电压从而保证不给电池组充电。
(7)R202、R203、C32、单片机IC3的PIN8，其中R202的一端接到单片机IC3(431产生2.5V基准)的R脚，调整充电器输出电压和电流，达到恒压恒流的控制模式。
7-1)最大输出电压实现方式为：单片机IC3的PIN8为低电平时，R18、R201、431的R脚、R202、R203构成充电器最大输出电压，最大输出电压Vmax＝2.5V/[R201//(R202+R203)]*{R201//(R202+R203)+R18}，假设本方案以目前电动工具行业常用的5节串联锂电池组合为4.2V*5＝21V来设计，设计最大充电器输出电压Vmax＝22V。
7-2)待机(最小)输出电压实现方式为：单片机IC3的PIN8为高电平时，R18、R201、431的R脚、R202、R203构成充电器最小输出电压，最小输出电压Vmin＝2.5V/R201*[R201+(R202+R203)//R18]，设计最小充电器输出电压Vmin＝8V。
7-3)恒压恒流充电实现方式为：当单片机IC3的PIN8输出PWM波形，就能够实现充电器从最小电压8V-最大电压22V(以5串电池组串联设计)之间输出。
(8)LDO回路为单片机IC3的供电回路，主要从AC-DC直流电压6V-42V转成5V的电压，EC5、R22、C5是IC2输入滤波回路，EC4、C6、R38组成3.3V或者5V的输出滤波回路，本实施例采用5V的LDO输出。
详述本实施例的工作原理如下：
首先，充电器AC电源上电，电池包***，或者充电器先***电池包通AC交流电，充电开始工作，单片机IC3开始工作。接着，单片机IC3的PIN2输出高电平，PIN7侦测电池包电压，同时PIN3开始接收电池包发过来的充电协议，，同时侦测到协议和电池包***的电压。然后，指示灯开始亮红灯同时PIN5开始输出PWM波形通过C101滤波成直流开通Q5从而打开主开关双PMOS管Q3，Q3为双PMOS集成为同一颗的SOP8封装，两组PMOS反接，开始对电池组40充电。然后，通过软件算法控制PIN8的PWM占空比，PIN8的PWM工作周期固定为1MS，控制不同的占空比，经过R203/C32滤波之后，达到充电器电压和电池包电压一样。接着，当充电器和电池包电压一样时，充电器开始充电电流从小开始变大，PIN9是实时侦测充电器电流，当充电电流大于预设值，PIN9采集到数据会变大，通过单片机降低输出电压，***自动降低充电电流，从而形成恒流控制环。然后，当***充满或者异常状态时LED灯状态可以随意设定显示模式，来显示相应的状态，PIN5关闭，PIN8输出高电平，拉低输出电压，完成充电。
本发明的设计重点是：通过采用单片机控制模式，充电器跟电池包之间采用通讯协议来握手，这样保证充电器不会被误用；另外本充电器设计恒压恒流采用单片机控制恒流环，同时采用PWM(脉冲宽度调制)的充电器主开关控制模式，避免开关信号误接或者单片机异常导致控制开关信号产生电压，导致主开关PMOS管误打开一直给充电器充电；本产品适用于电池快充、1C充电，也适用0.1-0.5C的慢充，满足的充电条件非常严格，并且在不充电和异常的情况下，输出电压拉的很低，安全性能非常高。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种新型智能快速充电的充电器，其特征在于：包括有AC-DC模块、充电控制模块以及智能开关；该AC-DC模块将市电转成隔离的直流电压；该充电控制模块连接AC-DC模块，该充电控制模块为单片机控制模式，充电控制模块用于识别电池包并自动控制电池包的充电；该智能开关连接于充电控制模块和电池组之间，智能开关为两个PMOS，两个PMOS方向相反并串联在一起。
2.如权利要求1所述的一种新型智能快速充电的充电器，其特征在于：所述AC-DC模块具有用于引入市电的L端子和N端子，L端子和N端子为可通用宽电压AC90-264V的端子。
3.如权利要求1所述的一种新型智能快速充电的充电器，其特征在于：所述AC-DC模块包括有IC1、周边回路和EMC回路，该EMC回路由F1、LF1、CX1和LF2组成。
4.如权利要求1所述的一种新型智能快速充电的充电器，其特征在于：所述充电控制模块由单片机、周边回路、充电回路和LDO回路组成。
5.如权利要求1所述的一种新型智能快速充电的充电器，其特征在于：所述单片机为8位的合泰单片机HT66F0025。
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