CN114567029B - 过压保护电路和充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过压保护电路和充电装置，通过输入电压采样电路和放大电路采集输入侧接入至PFC电源的电压，利用充电管理电路的数据处理能力，判断接入电压是否超出预设电压阈值，该预设电压阈值是指不大于充电器输入器件的最小耐压值的电压，只有在判定接入电压未超出该预设电压阈值时，才控制功率因数校正电源工作，为待充电电池提供稳定的充电电压，以防止由于接入两相电压等原因导致输入器件损坏，实现对PFC电容和输入EMI器件的保护，从而提高充电器的工作可靠性和使用寿命。

Description

过压保护电路和充电装置
技术领域
本发明涉及充电安全技术领域，特别是涉及一种过压保护电路和充电装置。
背景技术
目前充电器大部分采用软启动技术，通过电阻并联继电器，将PFC(Power FactorCorrection，功率因数校正)电路中的电容充至一定值后，再开启继电器，***开始工作，一般单相电输入300V时，PFC电容可以充值420V，小于电容耐压450V。但在特殊工况，如将三相电中的两相接入，依然会通过电阻对电容充电，但此时电容可以充至537V，大于母线电容耐压450V，从而导致母线电容过压损坏，***失效。
而且输入器件耐压一般小于300VAC，接入两相会导致输入EMI电路器件过压损坏。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够有效避免充电时过压造成的器件损坏的过压保护电路和充电装置，以提高充电可靠性和使用寿命。
一方面，本申请实施例提供了一种过压保护电路，应用于充电器，过压保护电路包括：
输入电压采样电路，输入电压采样电路的输入端用于并接在充电器的功率因数校正电源的输入端，功率因数校正电源的输入端还用于连接供电电源，用于将供电电源电压转换为充电电压为待充电电池供电；
放大电路，放大电路的输入端与输入电压采样电路的输出端；
充电管理电路，充电管理电路的采样端与放大电路的输出端连接，充电管理电路用于检测到放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，则控制功率因数校正电源工作；
逻辑器件供电电源，逻辑器件供电电源分别与电压采样电路、放大电路和充电管理电路连接，并用于为电压采样电路、放大电路和充电管理电路提供工作电压。
本申请实施例提供的过压保护电路，应用于充电器，通过输入电压采样电路和放大电路采集母线侧接入至PFC电源的电压，利用充电管理电路的数据处理能力，判断接入电压是否超出预设电压阈值，该预设电压阈值是指不大于充电器输入器件的最小耐压值的电压，只有在判定接入电压未超出该预设电压阈值时，才控制功率因数校正电源工作，为待充电电池充电，以防止由于接入两相电压等原因导致输入器件损坏，实现对PFC电容和输入EMI器件的保护，从而提高充电器的工作可靠性和使用寿命。
在其中一个实施例中，过压保护电路还包括：
第一开关，第一开关的输入端用于连接供电电源，第一开关的输出端用于连接功率因数校正电源；
第一启动电路，第一启动电路的受控端与充电管理电路的第一延时启动控制端连接，第一启动电路的控制端与第一开关的受控端连接；
所述充电管理电路用于在检测到放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，第一延时启动控制端输出信号驱动第一启动电路控制第一开关闭合，使功率因数校正电源将供电电源的电压转换为充电电压为待充电电池充电。
在其中一个实施例中，第一开关为继电器，第一启动电路包括：
第一晶体管，第一晶体管的基极与充电管理电路的第一延时启动控制端连接，第一晶体管的集电极与第一开关的线圈部连接，第一晶体管的发射极接地，且第一开关的线圈未与第一晶体管连接的那端与逻辑器件供电电源连接。
在其中一个实施例中，过压保护电路还包括：
第二启动电路，第二启动电路的受控端与充电管理电路的第一电源工作控制端连接，第二启动电路的控制端与功率因数校正电源的工作状态控制端连接；
充电管理电路还用于在检测到放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，由第一电源工作控制端输出信号驱动功率因数校正电源工作，将供电电源的电压转换为充电电压为待充电电池充电。
在其中一个实施例中，第二启动电路包括：
第一光耦合器，第一光耦合器的发光器的阴极与充电管理电路的第一电源工作控制端连接，第一光耦合器的发光器的阳极与逻辑器件供电电源连接；
第一光耦合器的受光器的一端与逻辑器件供电电源连接，第一光耦合器的受光器的另一端用于连接功率因数校正电源的工作状态控制端；
充电管理电路还用于在检测到放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，由第一电源工作控制端输出信号驱动第一光耦合器的发光器发光，第一光耦合器的受光器在光耦合作用下输出电流至功率因数校正电源的工作状态控制端以触发功率因数校正电源输出充电电压至待充电电池。
在其中一个实施例中，过压保护电路还包括：
容抗匹配电容，所述容抗匹配电容并联在所述第一开关的两端，用于与所述功率因数校正电源输出端的电容进行容抗匹配和分压。
本申请实施例提供的过压保护电路，通过在第一开关的两端并联一容抗匹配电容，通过容抗匹配电容与功率因数校正电源中输出端的电容进行容抗匹配分压，将输入电压分压，从而使功率因数校正电源中输出端的电容电压控制在安全电压以内，以防止电容充电电压超出其耐压值导致的充电器失效。
在其中一个实施例中，过压保护电路还包括：
输入整流滤波电路，输入整流滤波电路的输入端连接第一开关的输出端，输入整流滤波电路的输出端用于连接功率因数校正电源的输出端。
在其中一个实施例中，过压保护电路还包括：
电磁干扰滤波器，电磁干扰滤波器的输入端与第一开关的输出端连接，电磁干扰滤波器的输出端与输入整流滤波电路的输入端连接。
另一方面，提供了一种充电装置，包括上述过压保护电路和充电器；
充电器包括：
功率因数校正电源，功率因数校正电源的输入端用于连接供电电源，功率因数校正电源的输出端用于连接待充电电池，用于将供电电源电压转换为充电电压为待充电电池供电。
在其中一个实施例中，充电器还包括：
LLC半桥谐振电源，LLC半桥谐振电源的输入端连接功率因数校正电源的输出端，LLC半桥谐振电源的输出端连接处于常开状态的第二开关的输入端；
充电接口，充电接口用于连接待充电电池，且充电接口设置有正负极插针、接入使能插针和充电使能插针，充电使能插针的长度分别小于正负极插针的长度和接入使能插针的长度；正负极插针的一组端点与第二开关的一对输出端对应连接，正负极插针的另一组端点用于对应连接待充电电池的正负极；
充电管理电路的第一端与接入使能插针的一端连接，充电管理电路的第二端与充电使能插针的一端连接，充电管理电路的第三端与第二开关的受控端连接；充电管理电路的第四端与LLC半桥谐振电源的突发模式操作阈值设置端连接；
在充电接口***待充电电池过程中，充电管理电路还用于在待充电电池接触接入使能插针时，控制LLC半桥谐振电源软启动；还用于当充电接口的充电使能插针的另一端接触待充电电池时，控制第二开关闭合，使LLC半桥谐振电源向待充电电池充电；
在充电接口拔离在充电电池过程中，充电管理电路用于在充电使能插针与待充电电池断开时控制LLC半桥谐振电源的原边停止工作。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例的过压保护电路的结构示意图；
图2a为另一实施例中过压保护电路中功率因数校正电源与供电电源连接关系，以及第一开关、第一启动电路和第二启动电路的结构示意图；
图2b为图2a中输入整流滤波电路及其与供电电源之间部分的电路示意图；
图2c为图2a中输入整流滤波电路之后与功率因数校正电源之间部分的电路示意图，包括第二启动电路的结构示意图；
图2d为图2a中，输入电压采样电路的结构示意图，以及充电管理电路分别与第二启动电路、第一启动电路的连接实现所依赖的接口CON2示意图；
图3为图1中放大电路的一种模块结构；
图4为一具体实施例中充电管理电路的结构示意图；
图5为一个实施例中逻辑器件供电电源的示意图；
图6为一个实施例中将图5中逻辑器件供电电源输出的12V电压转换为5V和3.3V的电压转换电路示意图；
图7为一个实施例中关于充电管理电路实现对电磁干扰滤波电路部分工作情况的采样电路；
图8为一个实施例中过压保护电路及充电装置的电路示意图；
图9为一个实施例中LLC半桥谐振电源原边侧的电路示意图；
图10为图9中LLC半桥谐振电源原边侧所对应的副边电路示意图；
图11为一个实施例中电位跟随电路的结构示意图；
图12为一个实施例中反馈放大电路的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
针对上述背景技术所指出的问题，在一个实施例中，本申请实施例提供了一种过压保护电路，应用于充电器，如图1所示，该过压保护电路包括：输入电压采样电路20，放大电路40，充电管理电路60和逻辑器件供电电源7010。输入电压采样电路20的输入端用于并接在充电器的功率因数校正电源的输入端，功率因数校正电源的输入端还用于连接供电电源10，用于将供电电源10电压转换为充电电压为待充电电池90供电；放大电路40的输入端与输入电压采样电路20的输出端；充电管理电路60的采样端与放大电路40的输出端连接，充电管理电路60用于检测到放大电路40输出的电压小于或等于预设电压阈值时，则控制功率因数校正电源工作；逻辑器件供电电源7010分别与电压采样电路、放大电路40和充电管理电路60连接，并用于为电压采样电路、放大电路40和充电管理电路60提供工作电压。
其中，供电电源10是指外部电源，例如220V的交流市电等。输入电压采样电路20是指能够采集表征供电电源10加载在功率因数校正电源输入端的电压大小的数据的电路。例如，输入电压采样电路20可以采用如图2所示的L端和N端所并联的电阻R180～R187，实现电压采样，且采样电压可以通过接口CON5与放大电路40的输入端连接，接口连接方式方便操作，提高电路连接效率。对于放大电路40的实现，也可以采用如图3所示的电路来实现，当然不局限于图3中所示的放大电路40结构，此处为了更好地说明本申请实施例提供的过压保护电路的实现过程，以图2-图4中所示的具体构成下为例进行说明。
当按照附图连接好各部分的连接关系后，其中，可将功率因数校正电源的输出端与待充电电池90连接，拟对电池充电。此时，供电电源10接入至功率因数校正电源输入侧的交流电压经过电阻R180～R187组成的电阻群限流后，如图2a和图2d所示，分两路输入至放大电路40的正、负输入端，经过放大电路40放大后，由图3中放大电路40的AC-V引脚输出放大后的电压至图4的充电管理电路60的第24引脚，充电管理电路60可以采用如图4所示的STM32系列的芯片，根据其自身的软件处理能力，判断该放大后的电压是否小于或等于预设电压阈值，该预设电压阈值是指功率因数校正电源的输入侧所接电压不超过输入侧耐压值最小器件时，对应的放大电路40所输出的电压值，即当AC-V引脚采样的电压小于或等于预设电压阈值，可以判断功率因数校正电源输入侧所接入的电压不会因大于其输入侧的抗EMI(electro magnetic interference，电磁干扰)器件等的耐压值导致器件损坏。此时，充电管理电路60控制功率因数校正电源工作，进行电压转换，为待充电电池90提供稳定的充电电源。
本申请实施例提供的过压保护电路，通过输入电压采样电路20和放大电路40采集母线侧接入至PFC电源的电压，利用充电管理电路60的数据处理能力，只在判定接入电压未超出该预设电压阈值时，才控制功率因数校正电源工作，为待充电电池90充电，以防止由于接入两相电压等原因导致输入器件损坏，实现对PFC电容和输入EMI器件的保护，从而提高充电器的工作可靠性和使用寿命。
在其中一个实施例中，如图2a和图2b所示，关于充电管理电路60具体控制功率因数校正电源工作的实现，可以通过在电压保护电路中设置第一开关K1和第一启动电路100。其中，第一开关K1的输入端用于连接供电电源10，第一开关K1的输出端用于连接功率因数校正电源，初始状态下，该第一开关K1处于断开状态，其前端的供电电源10流不到功率因数校正电源。而第一开关K1的开关状态由第一启动电路100控制，其中，第一启动电路100的受控端与充电管理电路60的第一延时启动控制端连接，第一启动电路100的控制端与第一开关K1的受控端连接。当充电管理电路60根据其从放大电路40获取的电压判定放大电路40输出的电压小于或等于预设电压阈值时，第一延时启动控制端(例如在图4选型下的relay_1端)输出信号驱动第一启动电路100控制第一开关K1闭合，打通供电电源10与功率因数校正电源之间的连接通路，使功率因数校正电源将供电电源10的电压转换为充电电压为待充电电池90充电。通过此电路设计，可有效避免输入侧所接电压过大造成的输入侧器件损坏问题，从而提高充电器的使用寿命和安全性。
在其中一个实施例中，充电管理电路60除了可以包括图4中所示的处理芯片之外，该处理芯片可以为STM32F446xx型号的单片机，还可以包括如图4中所示的STM32F446xx其他引脚所接的器件，保证STM32F446xx工作所需的时钟信号等，以使其正常工作。可根据STM32系列芯片的使用手册合理理解其各引脚所接电阻、电容等器件所起到的作用，在此不做赘述。
在其中一个实施例中，第一开关K1为继电器，第一启动电路包括：第一晶体管Q2，第一晶体管Q2的基极与充电管理电路60的第一延时启动控制端连接，第一晶体管Q2的集电极与第一开关K1的线圈部连接，第一晶体管Q2的发射极接地，且第一开关K1的线圈未与第一晶体管Q2连接的那端与逻辑器件供电电源7010连接。
如图2a和图2b所示，第一晶体管Q2的基极(Ralay_1)与图4中充电管理电路60的第一延时启动控制端relay_1连接，二者可通过多引脚的接线端子实现快捷连接。当充电管理电路60根据其从放大电路40获取的电压判定放大电路40输出的电压小于或等于预设电压阈值时，relay_1端输出高电平，触发第一晶体管Q2导通，第一开关K1的线圈从逻辑器件供电电源7010所接的12V电压触发线圈得电动作，从而使得第一开关K1闭合，此时供电电源10接入的电压经过第一开关K1传输至功率因数校正电源的输入侧，经过功率因数校正电源处理，输出稳定的直流电压为待充电电池90充电。
其中，除了第一晶体管Q2之外，第一启动电路还可以包括如图2b中所示的电阻R2、R3、R6、R9按照图示连接关系连接在第一晶体管Q2的各端，当然此处的第一晶体管Q2也不局限于图2b中所示的NPN管，也可以是MOS管，只要能在relay_1输出高电平时导通的晶体管均是本申请所要保护的范围，且该第一晶体管还可以是复合晶体管。如图2b中所示，还可以包括电容C107和二极管D5，并按照图2b所示的连接关系进行连接，以提高第一晶体管工作的稳定性。
在其中一个实施例中，如图2a和图2c所示，过压保护电路还包括：第二启动电路，第二启动电路的受控端与充电管理电路60的第一电源工作控制端连接，第二启动电路的控制端与功率因数校正电源的工作状态控制端连接；充电管理电路60还用于在检测到放大电路40输出的电压小于或等于预设电压阈值时，由第一电源工作控制端输出信号驱动功率因数校正电源工作，将供电电源10的电压转换为充电电压为待充电电池90充电。通过在监测到放大电路40输出电压小于或等于预设电压阈值的判定，来触发功率因数校正电源的工作，结合上面在此判定结果下，控制第一开关闭合的控制实现，不仅可以保证在输入侧电压不高于输入侧器件耐压值时的充电启动，且可以实现软启动控制，有利于提高充电器的充电可靠性和稳定性。
在其中一个实施例中，如图2c所示，第二启动电路可以包括：第一光耦合器PC1，第一光耦合器的发光器PC1A的阴极与充电管理电路60的第一电源工作控制端连接，第一光耦合器的发光器PC1A的阳极与逻辑器件供电电源7010连接；第一光耦合器的受光器PC1B的一端与逻辑器件供电电源7010连接，第一光耦合器的受光器PC1B的另一端用于连接功率因数校正电源的工作状态控制端；充电管理电路60还用于在检测到放大电路40输出的电压小于或等于预设电压阈值时，由第一电源工作控制端输出信号驱动第一光耦合器的发光器发光，第一光耦合器的受光器在光耦合作用下输出电流至功率因数校正电源的工作状态控制端以触发功率因数校正电源输出充电电压至待充电电池90。
其中，如图2c所示，发光器PC1A的阳极可以通过串联一上拉电阻R34接逻辑器件供电电源7010的+5V电压输出端。受光器PC1B的连接端4可以通过一上拉电阻R29连接逻辑器件供电电源7010的VCC电压输出端，受光器PC1B的连接端3可连接一MOS管Q6的栅极，且Q6的发射极与功率因数校正控制芯片ICE2PCS02的VS引脚连接，用于在受光器PC1B接收到光作用时触发ICE2PCS02芯片工作，实现功率因数校正，其中，对于功率因数校正电源的其他部分，均可参见图2c中图示部分给出的硬件连接去实现，且可选用相应的硬件参数。例如，图2c中二极管D1作为保护二极管，不仅可以加快对后续所接电容的充电过程，还可以保护PFC电源中各开关管。图中二极管D25为快速恢复二极管。电感1可对输入的浪涌电流起到限制作用。这些均可根据ICE2PCS02芯片使用手册和图2c中所给出的连接关系，合理推导各部件所起到的有益效果，在此不做赘述。
在其中一个实施例中，过压保护电路还包括：容抗匹配电容CX1A，所述容抗匹配电容CX1A并联在所述第一开关的两端，用于与所述功率因数校正电源输出端的电容进行容抗匹配和分压。
本申请实施例提供的过压保护电路，通过在第一开关K1的两端并联一容抗匹配电容CX1A，通过容抗匹配电容CX1A与功率因数校正电源中输出端的电容进行容抗匹配分压，将输入电压分压，从而使功率因数校正电源中输出端的电容电压控制在安全电压以内，以防止电容充电电压超出其耐压值导致的充电器失效。当输入侧接入供电电源10，通过容抗匹配电容CX1A与功率因数校正电源(PFC电源)的电容C2和C1容抗匹配分压，将输入侧电压分压，从而将PFC电源电容上的电压控制在安全电压以内。
在其中一个实施例中，如图2a和2b，过压保护电路还包括：输入整流滤波电路，输入整流滤波电路的输入端连接第一开关K1的输出端，输入整流滤波电路的输出端用于连接功率因数校正电源的输出端。输入整流滤波电路可以包括如图2b所示整流桥BD1和整流桥BD2，PFC电源的输入侧可接一高频旁路滤波电容C3，将整流桥整流后的直流电压滤波后再经过电感L1限流，作用至运算放大器IC1所连接的各晶体管，具体连接关系如图2b所示，该运算放大器的输入端与ICE2PCS02的GATE引脚连接，受该芯片控制。当充电管理电路60在检测到放大电路40输出的电压小于或等于预设电压阈值时，由第一电源工作控制端输出信号驱动第一光耦合器的发光器发光，第一光耦合器的受光器在光耦合作用下输出电流至功率因数校正电源的工作状态控制端VS，使ICE2PCS02进行功率因数校正，通过电阻R8、R15、R22以及二极管D1对电容C1、C1A、C2、C2A充电，提供稳定的电压HV，可为待充电电池90充电。
在其中一个实施例中，如图2a和2b所示，过压保护电路还包括：电磁干扰滤波器，电磁干扰滤波器的输入端与第一开关的输出端连接，电磁干扰滤波器的输出端与输入整流滤波电路的输入端连接。
如图2b所示，该电磁干扰滤波器可以包括两个共模电感LF1和LF2，再联合图2b中所示的其他电阻、电容，实现对输入侧电磁干扰(EMI)的抑制。
在其中一个实施例中，如图5所示，逻辑器件供电电源70的输出端分别连接LLC半桥谐振电源120和充电管理电路60，用于将功率因数校正电源的输出电压转换为适用于LLC半桥谐振电源120和充电管理电路60的工作电压。可采用如图5所示的D3555电源管理芯片，来实现将功率因数校正电源输出的HV电压，经过电源管理芯片U7管理后，输出为5VREF、12VA、12V和+9V电压，为本申请实施例中各图中的各逻辑器件提供如图所示的工作电压，使各器件正常工作。另外，该逻辑器件供电电源70中，还利用如图5中所示的第二光耦合器(发光器PC4A和受光器PC4B)，实现输出反馈，有利于U7根据其反馈引脚FB所反馈的信号调节Drain的输出信号，从而提供稳定的12VA信号，进而提供稳定的12V和+9V电压。类似的，还设置有第三光耦合器(发光器PC2A和受光器PC2B)，通过对生成的12V电压和充电管理电路60的开关控制引脚VCC_ON/OFF触发其工作，受光器PC2B接收到发光器PC2A所发射光时，晶体关Q14的集电极与基极连接，电阻R97起到负反馈作用，稳定Q点，提高逻辑器件供电电源70的输出电压的稳定性。
如图中所示的功率因数校正电源和逻辑器件供电电源70均可以采用如图4中所示的STM32系列的充电管理电路60来实现控制，且各端口的对应连接关系，可参见附图中的引脚标注，同一信号标识的端即指需要对应连接的端。
另一方面，提供了一种充电装置，包括上述过压保护电路和充电器；充电器包括：功率因数校正电源，功率因数校正电源的输入端用于连接供电电源，功率因数校正电源的输出端用于连接待充电电池，用于将供电电源电压转换为充电电压为待充电电池供电。
其中，关于过压保护电路的描述和各部分组成以及与功率因数校正电源之间的关系，均可参见上述实施例中描述，在此不做赘述。本申请提供的充电装置，通过设置上述过压保护电路来实现充电器使用时的过压防护，提高充电装置使用可靠性和使用寿命。
在其中一个实施例中，充电器还包括：
LLC半桥谐振电源，LLC半桥谐振电源的输入端连接功率因数校正电源的输出端，LLC半桥谐振电源的输出端连接处于常开状态的第二开关的输入端，且第二开关的输出端用于连接待充电电池；
充电接口，充电接口用于连接待充电电池，且充电接口设置有正负极插针、接入使能插针和充电使能插针，充电使能插针的长度分别小于正负极插针的长度和接入使能插针的长度；正负极插针的一组端点与第二开关的一对输出端对应连接，正负极插针的另一组端点用于对应连接待充电电池的正负极；
充电管理电路的第一端与接入使能插针的一端连接，充电管理电路的第二端与充电使能插针的一端连接，充电管理电路的第三端与第二开关的受控端连接；充电管理电路的第四端与LLC半桥谐振电源的突发模式操作阈值设置端连接；
在充电接口***待充电电池过程中，充电管理电路还用于在待充电电池接触接入使能插针时，控制LLC半桥谐振电源软启动；还用于当充电接口的充电使能插针的另一端接触待充电电池时，控制第二开关闭合，使LLC半桥谐振电源向待充电电池充电；
在充电接口拔离在充电电池过程中，充电管理电路用于在充电使能插针与待充电电池断开时控制LLC半桥谐振电源的原边停止工作。在充电电池是指待充电电池处于充电状态，即用于区分处于不同供电状态的同一电池。
该充电装置通过在其充电接口，设置长短差异化的正负极插针、充电使能插针和接入使能插针，其中，正负极插针用于建立LLC半桥谐振电源的输出与待充电电池正负极之间的对应连接关系，打通充电通路。具体的，利用充电管理电路的充电管理能力，将充电管理电路的第一端与接入使能插针的一端连接，充电管理电路的第二端与充电使能插针的一端连接，充电管理电路的第三端与第一开关的受控端连接。当充电时，由于充电使能插针最短，所以接入使能插针和正负极插针先接触电池，正负极插针与待充电电池的正负极对应连接，且在电池与接入使能插针接触时，改变该接入使能插针另一端所接充电管理电路的第一端所接的电信号，充电管理电路在监测到此变化时，控制LLC半桥谐振电源软启动，LLC半桥谐振电源软启动过程中，充电使能插针后一步接触电池，电池作用下，改变与充电使能插针另一端连接的充电管理电路的第二端接入的电信号，充电管理电路在监测到该种变化时，其第三端输出信号作用于第一开关的受控端，驱动第一开关闭合，此时，LLC半桥谐振电源的输出端向待充电电池充电，实现了充电装置的充电软启动和0电压接入。
充电完毕，拔出充电接口过程中，由于充电使能插针最短，所以此时充电使能插针最先离开在充电电池，此时充电管理电路通过第二端所接信号的变化，可监测到充电使能插针与电池断开的动作，此时充电管理电路的第四端输出信号至LLC半桥谐振电源的突发模式操作阈值设置端，触发LLC半桥谐振电源的原边停止工作，此时，接入使能插针和正负极插针再进一步断开与电池连接，由于此时LLC半桥谐振电源原边已经停止工作，实现0电流断开，避免热插拔过程中产生电弧导致的接触面氧化问题，进一步提高充电装置使用寿命和安全性。即本申请实施例提供的充电装置，不仅可以实现过压防护，还可以实现热插拔过程中抑制电弧产生的效果。
在其中一个实施例中，如图8-10所示，LLC半桥谐振电源120包括：谐振半桥控制电路121，原边谐振电路122，副边整流电路123，输出控制模块124和充电输出模块125。谐振半桥控制电路121的输入端用于接供电电源10；原边谐振电路122的输入端用于接供电电源10，原边谐振电路122的受控端与谐振半桥控制电路121的控制端连接；副边整流电路123的输入端和原边谐振电路122耦合连接，副边整流电路123的输出端与第二开关130的输入端连接；输出控制模块124的受控端与充电管理电路60的第三端连接，输出控制模块124的控制端与第二开关130的控制端连接；充电输出模块125的一端与第二开关130的输出端连接，输出模块125的另一端用于连接待充电电池90。
当将充电接口100、LLC半桥谐振电源120的输出端与待充电电池90连接时，LLC半桥谐振电源120的输出端可集成在充电接口100中，该LLC半桥谐振电源120的输出端通过充电接口100中的正负极插针来建立与待充电电池的电连接关系，且充电使能插针的长度较充电接口100中的其他插针/引脚的长度而言保持最短。当接入使能插针接触电池时，充电管理电路60控制谐振半桥控制电路121工作，谐振半桥控制电路121控制原边谐振电路122中的晶体管的通断，副边整流电路123与原边谐振电路122耦合，并对副边耦合的电压进行整流，以便生成适用于电池充电的直流电。生成的直流电经过第二开关130后传输至输出模块125，由于一开始充电使能插针还未接触电池，所以第二开关130处于断开状态，此时仅是谐振半桥控制电路121软启动模式下进行原边谐振电路122和副边整流电路123的电压转换工作，而当充电接口100插紧时，充电使能插针所接信号的变化，触发充电管理电路60的第三端输出信号至输出控制模块124，使输出控制模块124驱动第二开关130闭合，此时副边整流电路123生成的直流电经过第二开关130传输至输出模块125，经由输出模块125输出端所连接的充电接口100中的正负极插针向电池充电，该正负极连接关系的建立早于充电使能插针的接入。
在其中一个实施例中，为了提高输出至电池的电信号稳定性，在副边整流电路123输出端还串接一滤波电路，例如，可以是如图10中所示的C23、C24、C25和C26构成的滤波电路，对副边整流电路123的输出电信号进行滤波后，输送至第二开关130(K2)的输入端5，然后经由第二开关130(K2)的输出端4传输至输出模块125的输入端，在输出模块125输出正负电压信号(B+和B-)，B+和B-可以通过端口CON2的B+和B-与待充电电池90连接，如图10所示，月B+和B-连接的端口CON2可以集成在充电接口100中，方便充电插拔。
在其中一个实施例中，如图9-10所示，充电装置还包括：第四光耦合器PC3，第四光耦合器PC3的发光器PC3A与充电管理电路60的第四端Vpwm连接；第四光耦合器的受光器PC3B分别连接谐振半桥控制电路121的突发模式操作阈值设置端BURST；在充电接口100拔离在充电电池90过程中，充电管理电路60用于在充电使能插针(与图4中的25引脚连接)与待充电电池90断开时，充电管理电路60的第四端Vpwm输出信号(如输出低电平)作用于发光器PC3A，使发光器PC3A工作，使第四光耦合器PC3的受光器PC3B在接到发光器PC3A所发射光信号时将突发模式操作阈值设置端BURST拉至低电平；突发模式操作阈值设置端BURST为低电平时，谐振半桥控制电路121进入空闲状态，使原边谐振电路122停止工作。
依托上述谐振半桥控制电路121的突发模式操作阈值设置端BURST所接第四光耦合器PC3与充电管理电路60的第四端Vpwm之间的直接或间接连接关系，使得在充电完成时，将充电接口100拔离在充电电池的过程中，由于充电使能插针的长度较短，先一步断开与待充电电池90的连接，充电管理电路60中与该充电使能插针连接的第二端所接入的信号由低电平跳变至高电平，此时充电管理电路60的第四端(可以是如图4中所示的STM32芯片的56引脚输出的Vpwm信号)输出低电平直接或间接作用至第四光耦合器的发光器PC3A阴极，使第四光耦合器PC3的发光器PC3A工作，第四光耦合器的受光器PC3B接收发光器PC3A发射光信号后，改变流过其的电流，将与该受光器PC3B的一端所接的BURST端的电位拉至低电平(例如，这里的低电平可以指BURST引脚所接电位低于1.25V时为低电平)，以关闭谐振半桥控制电路121的驱动动作，使其进入空闲状态，原边谐振电路122停止工作。
在其中一个实施例中，谐振半桥控制电路121为HR1000型号的控制器。具体的还可以是HR1000A型号的控制器。当选定此类型号的谐振半桥控制电路121时，可以如图9所示，其FSET引脚通过电阻R66和电阻R76接地，与地之间串接电阻阻值决定了振荡器的最低频率，连接第四光耦合器PC3关闭反馈环路，可配置谐振半桥控制电路121的开关频率。该开关频率的高低配置实现了原边谐振电路122的输出电压调解，该引脚FSET还用于连接图9中所示的电阻R63和电容C33所构成的滤波电路，可保证在启动时防止过大的浪涌能量，实现软启动。
如图9中谐振半桥控制电路121的突发模式操作阈值设置端BURST经过电阻R70与FSET引脚处所接得电阻R66连接，且该BURST引脚还与电容C36串联后接地。该谐振半桥控制电路121的LATCH引脚连接原边谐振电路122所接的锁存触发电路SC，例如，所述锁存触发电路SC可以包括如图9中所示的电阻R90、电阻R91、电阻R95、电阻R96、电容C43、电容C45和电容C46以及二极管D16和二极管D17，该锁存触发电路SC的输入端(R90的一端)与原边谐振电路122的输出端连接，根据该原边谐振电路122的输出端输出的电压大小，反馈至谐振半桥控制电路121的LATCH引脚，在锁存触发电路SC的输出引脚DIS的输出电压超过预存的阈值时锁存谐振半桥控制电路121。例如，LATCH引脚所接电压大于1.85V时，谐振半桥控制电路121关闭。
在其中一个实施例中，充电装置还包括：如图11所示的电位跟随电路和图12所示的反馈放大电路，电位跟随电路的输入端与充电管理电路60的第四端连接，电位跟随电路的输出端电位与输入端所接电位相同；反馈放大电路的输入端与电位跟随电路的输出端连接，反馈放大电路的输出端与第四光耦合器的发光器连接。当然，也可以通过电流跟随电路和图12中所示的反馈放大电路来实现充电接口100的充电使能插针离开电池90时，图4中充电管理电路60的Ipwm引脚输出低电平来触发电流跟随模块输出低电平电位至图12中的ISET端，将IFB端口拉低，以触发第四光耦合器PC3的发光器PC3A发光，从而关闭谐振半桥控制电路121，使原边停止工作。
其中电位跟随电路是指输入和输出电位相同，起到电压跟随和隔离作用的电路。例如，可以是如图11中所示的电阻R107、电阻R108和电容C93和电容C94所构成的电路，其输入端Vpwm为电位跟随电路的输入端，Vset为电位跟随电路的输出端，当充电完毕，将充电接口100与电池断开时，充电使能插针先一步断开连接，此时充电管理电路60的第四端输出低电平，低电平作用下，电压跟随电路的输出端Vset也输出低电平至反馈放大电路的一个输入端，例如，可以是如图12所示的反馈放大电路的VSET引脚，VSET引脚输入低电平，此时反馈放大电路的输出端IFB也输出低电平信号至第四光耦合器的发光器。第四光耦合器的受光器在接收到发光器发射光后，将谐振半桥控制电路121的BURST引脚电平也拉低，关闭谐振半桥控制电路121的驱动功能，此时变压器T1的原边停止工作，不再向副边输出电能，LLC半桥谐振电源120输出电流迅速降至0，此时再依次断开接入使能插针和CON2与电池的连接，实现0电流断开操作，不会产生电弧，可有效保护充电装置插针不因电弧效应被氧化，以提高充电装置的使用寿命和安全性。
在其中一个实施例中，如图10所示，第二开关130为继电器，可以选用图10中型号的继电器。上述输出控制模块124如图10所示，可以包括：第二晶体管，第二晶体管的基极连接充电管理电路60的第三端，第二晶体管的发射极接地，第二晶体管的集电极接第二开关130的线圈；当充电接口100的充电使能插针的另一端接触待充电电池90时，充电管理电路60的第三端输出高电平触发第二晶体管导通；第二晶体管集电极触发线圈动作，使第二开关130闭合，LLC半桥谐振电源120向待充电电池90充电。输出控制模块124除了包括第二晶体管外，还可以包括如图10所示的电阻R45、R50、R55和R59，并按照附图10中的连接关系，与充电管理电路60的第三端relay_2连接，如图对应于第二晶体管的各端连接。
在其中一个实施例中，如图10所示，充电输出模块125可以包括：
LLC输出滤波电路，LLC输出滤波电路的输入端与第二开关130的输出端连接。例如，如图10中所示的，包括电容C20、电阻R57和电阻R51的LLC输出滤波电路，第二开关130(K2)的输出端输出的电压，经过LLC输出滤波电路滤波后，可以再经过电感L3缓冲后，来到熔断保护电路，熔断保护电路的输入端与LLC输出滤波电路的输出端连接，熔断保护电路的输出端用于连接待充电电池90。例如，熔断保护电路可以如图10所示，包括熔断器FUSE1和熔断器FUSE2，进行过流保护，避免造成电池90损伤。此外，该充电输出模块125还可以包括如图10中所示的电阻R49、R60，电容C30、C28、C21和CY10、CY9，通过如图10中所示的连接，提供正电压B+和负电压B-至待充电电池90，提高充电效率。
在其中一个实施例中，如图2所示，充电装置中，在输入整流滤波电路和供电电源10之间还包括输入保护电路，该输入保护电路可以包括如图2中所示的熔断丝F1。
此外，在有些实施例中，本申请提供的充电装置，其充电管理电路60还可以与USB接口连接，还可以与设置在PFC电源和LLC半桥谐振电源附近的散热风扇连接，以在电源工作时控制风扇工作，进行散热。充电装置还可以包括RS485等型号的串口，以便与其他设备进行数据交互，例如，可通过串口向STM32芯片烧制新的程序等。此外，充电装置还可以包括CAN接口，该CAN接口与充电管理电路60连接，在充电管理电路60控制作用下，可通过CAN总线与其他设备进行通信。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种充电装置，其特征在于，包括过压保护电路和充电器，所述过压保护电路包括：
输入电压采样电路，所述输入电压采样电路的输入端用于并接在所述充电器的功率因数校正电源的输入端，所述功率因数校正电源的输入端还用于连接供电电源，用于将所述供电电源电压转换为充电电压为待充电电池供电；
放大电路，所述放大电路的输入端与所述输入电压采样电路的输出端；
充电管理电路，所述充电管理电路的采样端与所述放大电路的输出端连接，所述充电管理电路用于检测到所述放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，则控制所述功率因数校正电源工作；
逻辑器件供电电源，所述逻辑器件供电电源分别与所述电压采样电路、所述放大电路和所述充电管理电路连接，并用于为所述电压采样电路、所述放大电路和所述充电管理电路提供工作电压；
其中，所述充电器包括：
LLC半桥谐振电源，所述LLC半桥谐振电源的输入端连接所述功率因数校正电源的输出端，所述LLC半桥谐振电源的输出端连接处于常开状态的第二开关的输入端；
充电接口，所述充电接口用于连接所述待充电电池，且所述充电接口设置有正负极插针、接入使能插针和充电使能插针，所述充电使能插针的长度分别小于所述正负极插针的长度和所述接入使能插针的长度；所述正负极插针的一组端点与所述第二开关的一对输出端对应连接，所述正负极插针的另一组端点用于对应连接所述待充电电池的正负极；
所述充电管理电路的第一端与所述接入使能插针的一端连接，所述充电管理电路的第二端与所述充电使能插针的一端连接，所述充电管理电路的第三端与所述第二开关的受控端连接；所述充电管理电路的第四端与所述LLC半桥谐振电源的突发模式操作阈值设置端连接；
在所述充电接口***所述待充电电池过程中，所述充电管理电路还用于在所述待充电电池接触所述接入使能插针时，控制所述LLC半桥谐振电源软启动；还用于当所述充电接口的充电使能插针的另一端接触所述待充电电池时，控制所述第二开关闭合，使所述LLC半桥谐振电源向所述待充电电池充电；
在所述充电接口拔离在充电电池的过程中，所述充电管理电路用于在所述充电使能插针与所述在充电电池断开时控制所述LLC半桥谐振电源的原边停止工作。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述过压保护电路还包括：
第一开关，所述第一开关的输入端用于连接所述供电电源，所述第一开关的输出端用于连接所述功率因数校正电源；
第一启动电路，所述第一启动电路的受控端与所述充电管理电路的第一延时启动控制端连接，所述第一启动电路的控制端与所述第一开关的受控端连接；
所述充电管理电路用于在检测到所述放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，所述第一延时启动控制端输出信号驱动所述第一启动电路控制所述第一开关闭合，使所述功率因数校正电源将所述供电电源的电压转换为充电电压为所述待充电电池充电。
3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述第一开关为继电器，所述第一启动电路包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的基极与所述充电管理电路的第一延时启动控制端连接，所述第一晶体管的集电极与所述第一开关的线圈部连接，所述第一晶体管的发射极接地，且所述第一开关的线圈未与所述第一晶体管连接的那端与所述逻辑器件供电电源连接。
4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述过压保护电路还包括：
第二启动电路，所述第二启动电路的受控端与所述充电管理电路的第一电源工作控制端连接，所述第二启动电路的控制端与所述功率因数校正电源的工作状态控制端连接；
所述充电管理电路还用于在检测到所述放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，由所述第一电源工作控制端输出信号驱动所述功率因数校正电源工作，将所述供电电源的电压转换为充电电压为所述待充电电池充电。
5.根据权利要求4所述的充电装置，其特征在于，所述第二启动电路包括：
第一光耦合器，所述第一光耦合器的发光器的阴极与所述充电管理电路的第一电源工作控制端连接，所述第一光耦合器的发光器的阳极与所述逻辑器件供电电源连接；
所述第一光耦合器的受光器的一端与所述逻辑器件供电电源连接，所述第一光耦合器的受光器的另一端用于连接所述功率因数校正电源的工作状态控制端；
所述充电管理电路还用于在检测到所述放大电路输出的电压小于或等于预设电压阈值时，由所述第一电源工作控制端输出信号驱动所述第一光耦合器的发光器发光，所述第一光耦合器的受光器在光耦合作用下输出电流至所述功率因数校正电源的工作状态控制端以触发所述功率因数校正电源输出充电电压至所述待充电电池。
6.根据权利要求2或3或5所述的充电装置，其特征在于，所述过压保护电路还包括：
容抗匹配电容，所述容抗匹配电容并联在所述第一开关的两端，用于与所述功率因数校正电源输出端的电容进行容抗匹配和分压。
7.根据权利要求2或3所述的充电装置，其特征在于，过压保护电路还包括：
输入整流滤波电路，所述输入整流滤波电路的输入端连接所述第一开关的输出端，所述输入整流滤波电路的输出端用于连接所述功率因数校正电源的输出端。
8.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于，过压保护电路还包括：
电磁干扰滤波器，所述电磁干扰滤波器的输入端与所述第一开关的输出端连接，所述电磁干扰滤波器的输出端与所述输入整流滤波电路的输入端连接。
9.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述充电器还包括：
功率因数校正电源，所述功率因数校正电源的输入端用于连接所述供电电源，所述功率因数校正电源的输出端用于连接待充电电池，用于将所述供电电源电压转换为充电电压为待充电电池供电。
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