CN201207579Y - 电池充电器 - Google Patents

Abstract

一种电池充电器，包括变压器、输出整流滤波单元、电流反馈单元、光电耦合单元、控制单元、开关管，变压器的输出端接输出整流滤波单元的输入端，输出整流滤波单元的输出端接电流反馈单元的电流信号输入端，电流反馈单元的输出端接光电耦合单元的第一信号输入端，光电耦合单元的信号输出端接控制单元的反馈信号输入端，控制单元的信号输出端接开关管的控制端，开关管串接在变压器的原边线圈的回路上；其中，充电器还包括稳压源和基准电压单元，稳压源的电压输出端分别接光电耦合单元、电流反馈单元以及基准电压单元的电压输入端，基准电压单元的电压输出端接电流反馈单元的参考电压输入端。当该充电器输出电压很小的时候，能很好地实现电流反馈控制。

Description

电池充电器

技术领域

本实用新型涉及一种充电器，具体地涉及一种恒流稳压的电池充电器。

背景技术

目前电池充电器都存在若干问题，例如充电器能快速充电，但影响电池使用寿命；实现恒流充电，能延长电池寿命，但充电时间长。为了兼顾电池使用寿命和充电时间，采用单片机来控制充电器对电池的充电方法，但单片机控制程序复杂、成本高。

公开号CN 1738148A的专利申请公开了一种充电器，该充电器充电时间较短、能延长电池使用寿命且成本低。该充电器包括变压器、输出整流滤波电路、电流检测反馈电路、电压检测反馈电路、光电耦合电路以及脉宽调制控制电路。电流和电压检测反馈电路检测充电器输出端的电流和电压，通过光电耦合电路将相应的电流和电压信号反馈到脉宽调制控制电路，控制电路根据接收到的信号调节变压器原边线圈的电压大小，从而能调节充电器输出的电流和电压。

但是给该充电器的输出给光电耦合电路提供电源，由于在充电过程中，充电器输出的电压是不断变化的，这会给输出的电流信号带来干扰，尤其是给铁电池充电时，铁电池的充电电流很大，因而充电电压很小。当充电器输出电压很小时，通过光电耦合电路输出的电流信号非常小，这会导致电流反馈控制失调。此外，脉宽调制控制电路是根据电流检测反馈电路输出的反映检测到的电流大小的信号，按比例地调节变压器原边线圈的电压大小。但是，从检测的电流变化到变压器原边线圈的电压变化之间要经过多次线性关系转换，每一次线性关系转换都会存在误差，这会影响电流反馈的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种充电器，当该充电器输出电压很小的时候，也能很好地实现电流反馈控制。

为实现上述目的，本实用新型提供一种充电器，包括变压器、输出整流滤波单元、电流反馈单元、光电耦合单元、控制单元、开关管，所述变压器的输出端接输出整流滤波单元的输入端，输出整流滤波单元的输出端接所述电流反馈单元的电流信号输入端，电流反馈单元的输出端接所述光电耦合单元的第一信号输入端，光电耦合单元的信号输出端接所述控制单元的反馈信号输入端，控制单元的信号输出端接所述开关管的控制端，开关管串接在变压器的原边线圈的回路上；其中，所述充电器还包括稳压源和基准电压单元，所述稳压源的电压输出端分别接所述光电耦合单元、电流反馈单元以及基准电压单元的电压输入端，所述基准电压单元的电压输出端接电流反馈单元的参考电压输入端。

本实用新型提供的一种充电器，当给电池充电时，控制单元根据电流反馈单元反馈的电流信号控制开关管的占空比，从而调节变压器原边线圈的电压，以调节充电器输出的电流大小。电流反馈单元和光电耦合单元是由稳压源提供电压，即使充电器输出的电压很小，导致检测到的电流很小，但由于稳压源给电流反馈单元和光电耦合单元提供电压，因此光电耦合单元依然能输出较强的信号，从而控制单元在充电器输出的电压很低的情况下仍然能实现对输出电流的反馈控制。

附图说明

图1是本实用新型的实施例提供的充电器的结构框图；

图2是本实用新型的实施例提供的充电器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述

文中所提到的“零电位点”是指设定的零电势参考点，即“接地”或“地端”，在该点的电势为零。

如图1、图2所示，本实用新型提供一种充电器，包括变压器1、输出整流滤波单元2、电流反馈单元8、光电耦合单元3、控制单元4、开关管5，所述变压器1的输出端接输出整流滤波单元2的输入端，输出整流滤波单元2的输出端Cout接所述电流反馈单元8的电流信号输入端，电流反馈单元8的输出端接所述光电耦合单元3的第一信号输入端，光电耦合单元3的信号输出端接所述控制单元4的反馈信号输入端42，控制单元4的信号输出端44接所述开关管5的控制端，开关管5串接在变压器1的原边线圈的回路上；其中，所述充电器还包括稳压源7和基准电压单元6，所述稳压源7的电压输出端分别接所述光电耦合单元3、电流反馈单元8以及基准电压单元6的电压输入端，所述基准电压单元6的电压输出端接电流反馈单元8的参考电压输入端。

所述稳压源7可以是本领域技术人员公知的用于提供稳定电压的器件，或者对输入到充电器的输入电压进行反激产生的电压并经过整流稳压后的输出。

该充电器还包括电压反馈单元9，所述稳压源7的电压输出端接该电压反馈单元9的电压输入端，电压反馈单元9的电压信号输入端接所述输出整流滤波单元2的输出端Cout，电压反馈单元9的参考电压输入端接所述基准电压单元6的电压输出端，电压反馈单元9的输出端接所述光电耦合单元3的第二信号输入端。

所述基准电压单元6包括第一电阻62和三端稳压管64，所述第一电阻62的一端接所述稳压源7的电压输出端，另一端与所述三端稳压管64的阴极连接，三端稳压管64的阳极接零电位点，其控制端与阴极连接，并作为基准电压单元6的电压输出端。

稳压源7输出稳定的电压到基准电压单元6的第一电阻62的一端，通过第一电阻62产生一定的压降，三端稳压管64使第一电阻62另一端的电压稳定，该电压即为基准电压单元6输出的基准电压，优选为2.5V。

所述光电耦合单元3包括光耦32、第一二极管34和第二二极管36，所述光耦32包括发光二极管和光感测器，发光二极管的阳极通过电阻与所述稳压源7的电压输出端连接，阴极分别与所述第一二极管34和第二二极管36的阳极连接，所述第一二极管34和第二二极管36的阴极分别接所述电流反馈单元8和电压反馈单元9的输出端，所述光感测器的输入端接所述控制单元4的反馈信号输入端42，光感测器的输出端接零电位点。

所述控制单元4可以是集成芯片及其***电路，集成芯片可以是本领域技术人员公知的2843、3842等常用的PWM控制芯片，有选为2843芯片。该芯片具有可微调的振荡器，能进行精确的占空比控制，能够根据输入信号调节输出占空比。

所述控制单元4的参考电压输出端46通过电阻分别与所述光感测器的输入端和控制单元4的反馈信号输入端42连接。

所述电流反馈单元8包括第一比较器82、第二电阻84和第三电阻86，所述第一比较器82的正电压输入端接所述稳压源7的电压输出端，第一比较器82的负电压输入端接零电位点，所述第二电阻84的一端接零电位点，另一端通过第三电阻86接第一比较器82的正相输入端，比较器的负相输入端接零电位点，输出端接所述第一二极管34的阴极，并分别通过两个电容接零电位点，所述基准电压单元6的电压输出端通过电阻与第一比较器82的正相输入端连接。

第二电阻84的一端接零电位点，另一端接第三电阻86的一端，第三电阻86的另一端接第一比较器82的正相输入端。第二电阻84没有电流流过时，在第三电阻86的一端处的电位为零，此时第一比较器82正相输入端的电位为由基准电压单元6输入的正的参考电压(2.5V)，因此第一比较器82输出端输出的电压为稳压源7输出的正电压，即所述第一二极管34阴极处的电位为高电位，发光二极管不导通。当第二电阻84有电流流过时，第三电阻86的一端电位为负，当该电位的值超过基准电压单元6输出的参考电压时，则输入到第一比较器82的正相输入端的电位为负，此时输出端的电位为第一比较器82的负电压输入端的电位，即零电位。第一二极管34的阴极电位为零，所述发光二极管导通，光感测器也因而导通，又所述控制单元4的参考电压输出端46通过电阻分别与所述光感测器的输入端和控制单元4的反馈信号输入端42连接，因此此时该电阻有电流流过，从而在该电阻上产生压降，该电阻与控制单元4的反馈信号输入端42连接的一端的电位减小，将该电位作为反馈信号输入到控制单元4的反馈信号输入端42，控制单元4根据该信号输出相应的控制信号到开关管5的控制端以减小开关管5的占空比，通过开关管5来减小变压器1原边线圈的电压，从而减小充电器输出的电流大小。直到流过第二电阻84的电流减小到使所述第三电阻86的一端的电位的值小于所述参考电压，则第一比较器82正相输入端的电位为正，从而使第一比较器82的输出端输出到第一二极管34阴极的电压为稳压源7的输出电压，此时发光二极管不导通，所述控制单元4的反馈信号输入端42没有反馈信号输入，控制单元4不再减小开关管5的占空比，从而不再减小充电器的输出的电流大小。

所述电压反馈单元9包括第二比较器92、第一电容94和第四电阻96，所述第二比较器92的正电压输入端接所述稳压源7的电压输出端，第二比较器92的负电压输入端接零电位点，第二比较器92的负相输入端分别通过电阻与零电位点和整流滤波器的输出端Cout连接，第二比较器92的正相输入端接所述基准电压单元6的电压输出端，第二比较器92的输出端与所述第二二极管36的阴极连接，并通过所述第一电容94和第四电阻96与其负相输入端连接。所述整流滤波器的输出端Cout作为充电器的输出端。

所述第一电容94和第四电阻96串联后串接在第二比较器92的负相输入端和输出端之间构成负反馈。电压反馈单元9的工作原理与电路反馈单元的工作原理相似，当输入到第二比较器92的负相输入端的充电器的输出电压小于从第二比较器92正相输入端输入的参考电压时，第二比较器92的输出端输出到第二二极管36的电压为稳压源7输出的电压，发光二极管不导通。反之，当充电器的输出电压大于所述参考电压时，发光二极管导通，光感测器也随之导通，控制单元4的反馈信号输入端42有反馈信号输入，控制单元4输出相应的控制信号到开关管5的控制端以减小开关管5的占空比，通过开关管5来减小变压器1原边线圈的电压，从而减小充电器输出的电压大小。如果光感测器不导通，则所述反馈信号输入端42无反馈信号输入，控制单元输出控制信号。

所述比较器可以为本领域技术人员所公知的运算放大器。

所述开关管5一端与所述变压器1原边线圈的一端连接，另一端接零电位点，开关管5的两端还串接有电容。所述开关管5可以是本领域技术人员公知的具有控制端，能对其进行脉宽调制控制的开关管5，例如场效应管、IGBT等，优选为场效应管。

所述输出整流滤波单元2包括一个二极管202、一个电阻204和三个电容(206、208、210)，所述电阻204和一个电容206串联，该电阻204的一端接所述二极管202的阳极，该电容206的一端接所述二极管202的阴极，二极管202的阴极接所述变压器1副边线圈的一端，二极管202的阳极接所述第二电阻84的另一端，三个电容中的其他两个电容(208、210)分别串接在所述二极管202的阳极和所述变压器1副边线圈的另一端。变压器1副边线圈的另一端与所述两个电容的接点(208、210)作为输出整流滤波单元2的输出端Cout。

优选地，所述输出整流滤波单元2的输出端Cout和零电位点之间还串接有电容。

所述充电器还包括输入整流滤波单元10，该输入整流滤波单元10包括第二电容102、第三电容104、第五电阻106和第三二极管108，第三二极管108的阳极接变压器1原边线圈的一端，所述第三电容104和第五电阻106并联，并联后的一端接所述变压器1原边线圈的另一端，并联后的另一端接所述第三二极管108的阴极，所述第二电容102的一端接所述变压器1原边线圈的另一端，第二电容102的另一端接零电位点。

优选地，输入到所述充电器的输入电压可以给所述控制单元4和稳压源7供电。

下面阐述本实用新型提供的充电器是如何实现恒流稳压充电的。

使用所述充电器给电池(例如，铁电池)充电，给充电器的输入端提供输入电压(12V直流)。刚开始充电时，电池(例如，铁电池)充电电流很大，电池两端电压比较小，输入到第二比较器92的负相输入端的电压低于其正相输入端的参考电压(2.5V)，则第二比较器92的输出端输出的电压等于所述稳压源7的输出电压(5V)，为高电位，如上所述，此时电压反馈单元9不向所述控制单元4输出电压反馈信号。但这时充电器输出的电流比较大，当流过第一电阻62的电流使所述第一电阻62两端产生的压降大于输出到第一比较器82的正相输入端的参考电压(2.5V)时，该正相输入端的电位为负，第一比较器82的输出端的电位为零，则第一二极管34的阴极电位为零，所述发光二极管导通，如前面所述，产生反馈信号给控制单元4，控制单元4根据反馈信号输出相应的控制信号到所述开关管5的控制端，减小占空比，通过开关管5减小变压器1原边线圈的电压来减小输出电流的大小，直到第一电阻62产生的压降等于参考电压时，第一比较器82输出端输出的电压为稳压源7的输出电压，即高电位，发光二极管不导通，此时，不产生电流反馈信号给控制单元4，控制单元4不再减小开关管5的占空比，从而不再减小所述输出电流大小，使其保持在一恒定值。

随着充电的进行，电池电压越来越大，当充电器输出端输出到第二比较器92的负相输入端的电压大于第二比较器92正相输入端上的所述参考电压时，第二比较器92的输出端的电位为零，此时所述发光二极管导通，产生电压反馈信号并输入到控制单元4的反馈信号输入端42，和电流反馈的情形类似，控制单元4输出相应的控制信号减小开关管5的占空比，通过开关管5减小变压器1原边线圈的电压大小从而减小输出电压的大小，直到所述输出到第二比较器92的负相输入端的电压等于第二比较器92正相输入端上的所述参考电压时，控制单元不再控制开关管5减小所述原边线圈的电压，将输出电压稳定在某个值。

为在电流反馈控制结束后立即切换到电压反馈控制，需要确定电流反馈控制和电压反馈控制的交接点，可以将该交接点设定为当第一电阻62两端产生的压降稍大于或等于输出到第一比较器82的正相输入端的参考电压的同时，输出到第二比较器92的负相输入端的电压等于或稍大于第二比较器92正相输入端上的所述参考电压。

本实用新型提供的充电器，对光电耦合单元3、基准电压单元6以及电流和电压反馈单元9采用隔离的稳压源7供电，因此，当充电器的输出电压很低时，尤其是对铁电池充电时(铁电池的特性是充电电流大，刚开始充电时的充电电压很小)，也能很好的实现限流恒流输出，且电流反馈根据采集到的输出电流与门限值的比较来确定电流反馈信号，避免了输出电流与控制信号之间多次复杂的线性转换，减少电流反馈控制误差，响应迅速。采用电流反馈和电压反馈交替的运行方式，使该充电器能对电池进行恒流稳压充电。

Claims (9)

1、一种充电器，包括变压器(1)、输出整流滤波单元(2)、电流反馈单元(8)、光电耦合单元(3)、控制单元(4)、开关管(5)，所述变压器(1)的输出端接输出整流滤波单元(2)的输入端，输出整流滤波单元(2)的输出端(Cout)接所述电流反馈单元(8)的电流信号输入端，电流反馈单元(8)的输出端接所述光电耦合单元(3)的第一信号输入端，光电耦合单元(3)的信号输出端接所述控制单元(4)的反馈信号输入端(42)，控制单元(4)的信号输出端(44)接所述开关管(5)的控制端，开关管(5)串接在变压器(1)的原边线圈的回路上；其特征在于，所述充电器还包括稳压源(7)和基准电压单元(6)，所述稳压源(7)的电压输出端分别接所述光电耦合单元(3)、电流反馈单元(8)以及基准电压单元(6)的电压输入端，所述基准电压单元(6)的电压输出端接电流反馈单元(8)的参考电压输入端。

2、根据权利要求1所述的充电器，其特征在于，该充电器还包括电压反馈单元(9)，所述稳压源(7)的电压输出端接该电压反馈单元(9)的电压输入端，电压反馈单元(9)的电压信号输入端接所述输出整流滤波单元(2)的输出端(Cout)，电压反馈单元(9)的参考电压输入端接所述基准电压单元(6)的电压输出端，电压反馈单元(9)的输出端接所述光电耦合单元(3)的第二信号输入端。

3、根据权利要求1所述的充电器，其特征在于，所述基准电压单元(6)包括第一电阻(62)和三端稳压管(64)，所述第一电阻(62)的一端接所述稳压源(7)的电压输出端，另一端与所述三端稳压管(64)的阴极连接，三端稳压管(64)的阳极接零电位点，其控制端与阴极连接，并作为基准电压单元(6)的电压输出端。

4、根据权利要求2所述的充电器，其特征在于，所述光电耦合单元(3)包括光耦(32)、第一二极管(34)和第二二极管(36)，所述光耦(32)包括发光二极管和光感测器，发光二极管的阳极通过电阻与所述稳压源(7)的电压输出端连接，阴极分别与所述第一二极管(34)和第二二极管(36)的阳极连接，所述第一二极管(34)和第二二极管(36)的阴极分别接所述电流反馈单元(8)和电压反馈单元(9)的输出端，所述光感测器的输入端接所述控制单元(4)的反馈信号输入端(42)，光感测器的输出端接零电位点。

5、根据权利要求4所述的充电器，其特征在于，所述电流反馈单元(8)包括第一比较器(82)、第二电阻(84)和第三电阻(86)，所述第一比较器(82)的正电压输入端接所述稳压源(7)的电压输出端，第一比较器(82)的负电压输入端接零电位点，所述第二电阻(84)的一端接零电位点，另一端通过第三电阻(86)接第一比较器(82)的正相输入端，比较器的负相输入端接零电位点，输出端接所述第一二极管(34)的阴极，并分别通过两个电容接零电位点，所述基准电压单元(6)的电压输出端通过电阻与第一比较器(82)的正相输入端连接。

6、根据权利要求4所述的充电器，其特征在于，所述电压反馈单元(9)包括第二比较器(92)、第一电容(94)和第四电阻(96)，所述第二比较器(92)的正电压输入端接所述稳压源(7)的电压输出端，第二比较器(92)的负电压输入端接零电位点，第二比较器(92)的负相输入端分别通过电阻与零电位点和输出整流滤波器的输出端(Cout)连接，第二比较器(92)的正相输入端接所述基准电压单元(6)的电压输出端，第二比较器(92)的输出端与所述第二二极管(36)的阴极连接，并通过所述第一电容(94)和第四电阻(96)与其负相输入端连接。

7、根据权利要求4所述的充电器，其特征在于，所述控制单元(4)的参考电压输出端(46)通过电阻分别与所述光感测器的输入端和控制单元(4)的反馈信号输入端(42)连接。

8、根据权利要求7所述的充电器，其特征在于，所述控制单元(4)为2843芯片。

9、根据权利要求1所述的充电器，其特征在于，所述开关管(5)一端与所述变压器(1)原边线圈的一端连接，另一端接零电位点，开关管(5)的两端还串接有电容。

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