CN203218953U - 一种可变恒流限压充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可变恒流限压充电器，其在现有恒流限压充电器的基础上增设了输入功率检测电路和基准参考电流换算模块，通过输入功率检测电路检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块，由基准参考电流换算模块按照预设的充电功率/电流换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，电流误差比较器的基准输入端则连接基准参考电流换算模输出的基准参考电流信号，因此基准参考电流信号是随输入电源的功率而可变的，由此，便大幅度的扩展了输入电源能够对蓄电池进行有效充电的功率浮动范围，能够大幅减少因输入电源功率不恒定造成的能源浪费，解决了恒流限压充电器在输出功率不恒定的工作电源上的应用受限的问题。

Description

一种可变恒流限压充电器

技术领域

本实用新型涉及蓄电池充电技术领域，具体涉及一种可变恒流限压充电器。 

背景技术

充电器被广泛应用于对各类蓄电池的充电中。蓄电池充电时，电池正极与充电器充电输出接口的正极相联，电池负极与充电器充电输出接口的负极相联，并且充电输出接口输出的充电电压必须高于电池的总电动势。 

目前应用较为广泛的充电器主要有恒流充电器、恒压充电器和恒流限压充电器三种。 

恒流充电器是用调整充电控制电路的输出电压，保持充电电流强度不变，对蓄电池进行充电；其充电控制电路简单，但由于蓄电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，不仅造成能源浪费，还容易导致蓄电池出气过甚。恒压充电器的充电电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少；与恒流充电过程相比，恒压充电过程更接近于蓄电池的最佳充电曲线，并且恒压充电控制电路也比较简单，但由于充电初期蓄电池电动势较低，恒压充电的电流较大，有可能超过电池最大承载电流的数倍，因此对蓄电池寿命造成很大影响，容易使蓄电池极板弯曲，甚至造成电池报废。 

恒流限压充电器的充电电路中设计有内部基准参考电流和内部基准参考电压，当蓄电池电压较低时，恒流限压充电器以某恒定电流（即其电路设定的内部基准参考电流）向蓄电池充电，该阶段的充电电流不变、充电电压逐渐变大（但不大于内部基准参考电压）；随着充电过程进行，当蓄电池电压逐渐增大至接近于电路所限制的内部基准参考电压时，恒流限压充电器限制充电电压继续增大，以相对恒定的电压（一般等于或接近于内部基准参考电压）向蓄电池充电，充电电流则逐渐减小（但不小于充电涓流），直至将蓄电池电量充满。恒流限压充电器的内部结构主要由电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路、充电输出接口电路以及输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器和电压误差比较器构成。如图1所示，电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路和充电输出接口电路依次连接，其中，电源输入接口电路用于连接输入电源，充电输出接口电路用于连接充电的蓄电池。输出电流检测电路的检测端连接在恒流限压充电控制电路与充电输出接口电路之间，输出电压检测电路的检测端则与充电输出接口电路连接，二者用于分别检测输出的充电电流和充电电压，且输出电流检测电路的信号输出端和输出电压检测电路的信号输出端分别连接至电流误差比较器的比较输入端和电压误差比较器的比较输入端，用于将检测的输出的充电电流和充电电压分别传送至电流误差比较器和电压误差比较器进行比较。电流误差比较器的基准输入端连接预设定的内部基准参考电流（如图1中“I₀”所示），用于将输出的充电电流与内部基准参考电流进行比较，而电压误差比较器的基准输入端则连接预设定的内部基准参考电压（如图1中“V₀”所示），用于将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，电流误差比较器的比较信号输出端和电压误差比较器的比较信号输出端分别连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将电流比较信号和电压比较信号分别传送至恒流限压充电控制电路。恒流限压充电控制电路则根据电流比较信号和电压比较信号进行恒流限压充电过程的控制；具体为：当输出的充电电压与内部基准参考电压相差较大时（表明蓄电池电压较低），恒流限压充电控制电路则按内部基准参考电流值输出恒定的充电电流至充电输出接口电路向蓄电池充电；当输出的充电电压逐渐增大至接近于内部基准参考电压时（表明蓄电池电压已接近于内部基准参考电压），恒流限压充电控制电路则控制以恒定的电压（一般等于或接近于内部基准参考电压）向充电输出接口输出充电电流，并控制充电电流逐渐减小（但不小于充电涓流），直至将蓄电池电量充满。由此，实现了上述的恒流限压充过程。相比于恒流充电器和恒压充电器，恒流限压充电器的优点在于，既能保证高效的充电速度，又能保证在最大程度降低对蓄电池寿命影响的前提下将蓄电池电量充满，因此应用更为广泛。 

但现有的恒流限压充电器依然存在着不足。由恒流限压充电器的充电原理可以知道，只有当恒流限压充电器输入电源的输出功率大于恒流限压充电器的初始充电功率（即内部基准参考电流与蓄电池初始电压的乘积）时，蓄电池才开始被充电；到了蓄电池的充电后期，当蓄电池电压接近电路所限制的内部基准参考电压时，只有当输入电源的输出功率大于恒流限压充电器的最大充电功率（即内部基准参考电流与内部基准参考电压的乘积）之后，才能进入充电电压较恒定（一般等于或接近于内部基准参考电压）、充电电流逐渐减小（但不小于充电涓流）的充电过程，将蓄电池充满；而在蓄电池电压接近电路所限制的内部基准参考电压之前，当蓄电池的电压随着充电过程开始增大时，如果输入电源的输出功率达不到即时充电功率（即内部基准参考电流与蓄电池的即时电压的乘积）时，则无法对蓄电池进行有效充电。在这种条件下，如果采用太阳能电池板、手摇发电机等输出功率并不恒定的电源设备作为恒流限压充电器的输入电源，就很容易出现输入电源的输出功率达不到技术充电功率的情况，造成电源能源的浪费，这就限制了恒流限压充电器在一些输出功率不恒定的工作电源上的应用。 

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种可变恒流限压充电器，以减少采用输出功率不恒定的电源设备作为恒流限压充电器的输入电源时所造成的能源浪费，解决恒流限压充电器在输出功率不恒定的工作电源上的应用受到限制的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术手段： 

一种可变恒流限压充电器，包括电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路、充电输出接口电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器和电压误差比较器；还包括输入功率检测电路和基准参考电流换算模块；

所述电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路和充电输出接口电路依次连接，电源输入接口电路用于连接输入电源，充电输出接口电路用于连接充电的蓄电池；

所述输出电流检测电路的检测端连接在恒流限压充电控制电路与充电输出接口电路之间，输出电流检测电路的信号输出端连接至电流误差比较器的比较输入端，用于检测输出的充电电流并传送至电流误差比较器进行比较；

所述输出电压检测电路的检测端与充电输出接口电路连接，输出电压检测电路的信号输出端连接至电压误差比较器的比较输入端，用于检测输出的充电电压并传送至电压误差比较器进行比较；

所述输入功率检测电路的检测端与电源输入接口电路连接，输入功率检测电路的信号输出端连接至基准参考电流换算模块的数据输入端，用于检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块；

所述基准参考电流换算模块为预设有充电功率/电流换算比例的逻辑运算功能模块，且基准参考电流换算模块的数据输出端连接至电流误差比较器的基准输入端，用于按照所述充电功率/电流换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，并传输至电流误差比较器的基准输入端；

所述电流误差比较器的比较信号输出端连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电流与基准参考电流进行比较，并将比较得到的电流比较信号传送至恒流限压充电控制电路；

所述电压误差比较器的基准输入端连接预设定的内部基准参考电压，电压误差比较器的比较信号输出端连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，并将比较得到的电压比较信号传送至恒流限压充电控制电路；

所述恒流限压充电控制电路则根据电流比较信号和电压比较信号进行恒流限压充电过程的控制。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果： 

1、本实用新型可变恒流限压充电器中，由于采用了独特的基准参考电流相关电路结构，在现有恒流限压充电器的基础上，增设了输入功率检测电路和基准参考电流换算模块，通过输入功率检测电路检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块，由基准参考电流换算模块按照预设的充电功率/电流换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，电流误差比较器的基准输入端则不再是连接固定不变的内部基准参考电流，而是连接由基准参考电流换算模块根据输入电源的功率换算输出的基准参考电流信号，因此基准参考电流信号是随输入电源的功率而可变的，由此，便大幅度的扩展了输入电源能够对蓄电池进行有效充电的功率浮动范围，即便采用太阳能电池板、手摇发电机等输出功率并不恒定的电源设备作为输入电源，也能够大幅减少因功率不恒定造成的能源浪费，解决了恒流限压充电器在输出功率不恒定的工作电源上的应用受到限制的问题。

2、本实用新型的可变恒流限压充电器所采用电路结构模块均为现有技术中成熟的电路单元或市购产品，对于本领域技术人员而言，其实现技术非常简单，可以很快应用于工业化设计和生产。 

附图说明

图1为现有技术中恒流限压充电器的结构示意图； 

图2为本实用新型可变恒流限压充电器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。 

本实用新型提供一种可变恒流限压充电器，如图2所示。与现有技术中的恒流限压充电器相比，本实用新型的可变恒流限压充电器也包括电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路、充电输出接口电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器和电压误差比较器；但特别之处在于，本实用新型的可变恒流限压充电器中还包括有输入功率检测电路和基准参考电流换算模块。在本实用新型的可变恒流限压充电器中，电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路和充电输出接口电路依次连接，电源输入接口电路用于连接输入电源，充电输出接口电路用于连接充电的蓄电池；输出电流检测电路的检测端连接在恒流限压充电控制电路与充电输出接口电路之间，输出电流检测电路的信号输出端连接至电流误差比较器的比较输入端，用于检测输出的充电电流并传送至电流误差比较器进行比较；输出电压检测电路的检测端与充电输出接口电路连接，输出电压检测电路的信号输出端连接至电压误差比较器的比较输入端，用于检测输出的充电电压并传送至电压误差比较器进行比较；输入功率检测电路的检测端与电源输入接口电路连接，输入功率检测电路的信号输出端连接至基准参考电流换算模块的数据输入端，用于检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块；基准参考电流换算模块为预设有充电功率/电流换算比例的逻辑运算功能模块，且基准参考电流换算模块的数据输出端连接至电流误差比较器的基准输入端，用于按照所述充电功率/电流换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号（如图2中“I₀”所示），并传输至电流误差比较器的基准输入端；电流误差比较器的比较信号输出端连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电流与基准参考电流进行比较，并将比较得到的电流比较信号传送至恒流限压充电控制电路；电压误差比较器的基准输入端连接预设定的内部基准参考电压（如图2中“V₀”所示），电压误差比较器的比较信号输出端连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，并将比较得到的电压比较信号传送至恒流限压充电控制电路；恒流限压充电控制电路则根据电流比较信号和电压比较信号进行恒流限压充电过程的控制。 

与现有技术的恒流限压充电器相比，本实用新型可变恒流限压充电器中依然采用了恒流限压充电控制电路，因此其充电控制过程依然沿用了现有的恒流限压充原理，即当蓄电池电压较低时，恒流限压充电控制电路以恒定电流（即基准参考电流）向蓄电池充电，该阶段的充电电流不变、充电电压逐渐变大（但不大于内部基准参考电压）；随着充电过程进行，当蓄电池电压逐渐增大至接近于内部基准参考电压时，恒流限压充电控制电路则限制充电电压继续增大，以相对恒定的电压（一般等于或接近于内部基准参考电压）向蓄电池充电，充电电流则逐渐减小（但不小于充电涓流），直至将蓄电池电量充满。但是，通过上述结构描述可以看到，虽然都是实现恒流限压充电控制，但本实用新型可变恒流限压充电器中对基准参考电流的相关电路结构设置，是与现有技术中常见恒流限压充电器的最大不同之处。现有技术恒流限压充电器中，电流误差比较器的基准输入端连接预设定的内部基准参考电流，其内部基准参考电流值的大小固定不变，限制了恒流限压充电器在前期充电过程中（即蓄电池电压接近内部基准参考电压之前）的电源输出功率必须大于即时充电功率（即内部基准参考电流与蓄电池的即时电压的乘积）才能对蓄电池进行有效充电，否则电源输出功率就被浪费了。然而，在本实用新型的可变恒流限压充电器中，增设了输入功率检测电路和基准参考电流换算模块，通过输入功率检测电路检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块，由基准参考电流换算模块按照预设的充电功率/电流换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，电流误差比较器的基准输入端则不再是连接固定不变的内部基准参考电流，而是连接由基准参考电流换算模块根据输入电源的功率换算输出的基准参考电流信号，因此基准参考电流信号是随输入电源的功率而可变的；当输入电源的功率较大时，基准参考电流换算模块换算得到的基准参考电流信号相应较大，恒流限压充控制电路则控制充电电流恒定在较大的基准参考电流值上，对蓄电池进行快速的充电；当输入电源的功率减小时，基准参考电流值则并不会始终保持在原有的较大值上，导致输入电源功率达不到原有较大的即时充电功率（即原有较大的基准参考电流与蓄电池的即时电压的乘积）而阻碍对蓄电池进行有效充电，基准参考电流换算模块会根据减小的输入电源功率进行换算，从而相应比例地减小基准参考电流值，让恒流限压充电控制电路控制充电电流恒定在较小值的基准参考电流值上，对蓄电池进行充电，此时虽然充电速度会相应的减慢，但不会导致输入电源的功率被浪费；除非输入电源的功率已经小于最低的即时充电功率（即充电涓流与蓄电池的即时电压的乘积），此时才会导致无法对蓄电池进行充电。由此可见，本实用新型可变恒流限压充电器，其基准参考电流随输入电源的功率大小而相应可变，大幅度的扩展了输入电源能够对蓄电池进行有效充电的功率浮动范围，即便采用太阳能电池板、手摇发电机等输出功率并不恒定的电源设备作为输入电源，也能够大幅减少因功率不恒定造成的能源浪费，解决了恒流限压充电器在输出功率不恒定的工作电源上的应用受到限制的问题。 

在本实用新型的可变恒流限压充电器中，电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路、充电输出接口电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器、电压误差比较器、输入功率检测电路等均为现有技术中成熟的电路单元或市购产品；而对于基准参考电流换算模块，本领域技术人员可采用可编程逻辑器件、单片机、ARM处理器等逻辑运算功能模块，进行简单的换算运算编程得以实现，其自身实现也属于现有的成熟技术；因此对于本领域技术人员而言，本实用新型的可变恒流限压充电器的实现技术非常简单，可以很快应用于工业化设计和生产。具体应用时，基准参考电流换算模块中根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号的具体换算方式，本领域技术人员可以根据不同的具体应用环境进行调整；例如，若基准参考电流为I₀，输入电源的功率为W_in，充电功率/电流换算比例为k，则基准参考电流换算方式可设计为I₀=k×W_in；再例如，在前述基准参考电流换算方式的基础上，还可以增设电流最大门限值I_max，若k×W_in的值未超过电流最大门限值I_max，则以I₀=k×W_in输出基准参考电流信号，若k×W_in的值已经超过了电流最大门限值I_max，则以I₀=I_max输出基准参考电流信号，等等。当然，从蓄电池充电器的充电原理不难看出，本实用新型可变恒流限压充电器中，基准参考电流换算模块预设的充电功率/电流换算比例的取值大小，需要根据实际应用经验或者根据对整个充电电路的阻抗分析结果进行确定，以保证基准参考电流换算模块按照该充电功率/电流换算比例换算确定基准参考电流以后，恒流限压充电控制电路将输入电源功率进行转换并以恒定的基准参考电流对蓄电池进行充电时，其充电电压应该大于蓄电池的即时电压，从而确保充电的顺利进行。 

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 

Claims (1)

1.一种可变恒流限压充电器，包括电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路、充电输出接口电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器和电压误差比较器；其特征在于，还包括输入功率检测电路和基准参考电流换算模块；

所述电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路和充电输出接口电路依次连接，电源输入接口电路用于连接输入电源，充电输出接口电路用于连接充电的蓄电池；

所述输出电流检测电路的检测端连接在恒流限压充电控制电路与充电输出接口电路之间，输出电流检测电路的信号输出端连接至电流误差比较器的比较输入端，用于检测输出的充电电流并传送至电流误差比较器进行比较；

所述输出电压检测电路的检测端与充电输出接口电路连接，输出电压检测电路的信号输出端连接至电压误差比较器的比较输入端，用于检测输出的充电电压并传送至电压误差比较器进行比较；

所述输入功率检测电路的检测端与电源输入接口电路连接，输入功率检测电路的信号输出端连接至基准参考电流换算模块的数据输入端，用于检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块；

所述基准参考电流换算模块为预设有充电功率/电流换算比例的逻辑运算功能模块，且基准参考电流换算模块的数据输出端连接至电流误差比较器的基准输入端，用于按照所述充电功率/电流换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，并传输至电流误差比较器的基准输入端；

所述电流误差比较器的比较信号输出端连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电流与基准参考电流进行比较，并将比较得到的电流比较信号传送至恒流限压充电控制电路；

所述电压误差比较器的基准输入端连接预设定的内部基准参考电压，电压误差比较器的比较信号输出端连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，并将比较得到的电压比较信号传送至恒流限压充电控制电路；

所述恒流限压充电控制电路则根据电流比较信号和电压比较信号进行恒流限压充电过程的控制。

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