CN213782946U - 充电电路及包括其的不间断电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种充电电路及包括其的不间断电源，所述充电电路包括第一整流电路；功率因数校正电路，其输入端连接至所述第一整流电路的输出端；功率因数校正控制器，其用于控制所述功率因数校正电路的工作状态；充电器，其输入端电连接至所述功率因数校正电路的输出端；充电控制器，其用于控制所述充电器的工作状态；开关，其连接在所述第一整流电路的输入端和交流电源之间；第二整流电路，其输入端连接至所述交流电源，其输出端连接至所述充电器的输入端；以及控制装置，其被配置为当所述交流电源的电压不在所述充电电路允许的输入电压范围中时，控制开关断开且使得功率因数校正电路不工作。本实用新型的充电电路能够实现过压保护。

Description

充电电路及包括其的不间断电源

技术领域

本实用新型涉及电子线路领域，具体涉及一种充电电路及包括其的不间断电源。

背景技术

目前，大功率的充电电路对功率因数(PF值)和电流谐波总畸变率(THDI)具有较高的要求，因此现有的充电电路都包括功率因数校正电路。

图1是现有技术中的一种充电电路的电路图。如图1所示，充电电路1包括整流电路11、功率因数校正电路12、充电器13、功率因数校正控制器15和充电控制器14，其中整流电路11的输入端连接至交流电源或市电的供电端子，整流电路11的输出端连接至功率因数校正电路12的输入端，功率因数校正电路12的输出端连接至充电器13的输入端，且充电器13的输出端用于连接至可充电电池B。。

整流电路11将交流电整流为直流电，功率因数校正控制器15的供电输入端子被提供直流电V11，其用于控制功率因数校正电路12工作，使其输出电流的相位与输入电压的相位相同，从而提高功率因数。充电控制器14的供电输入端子被提供直流电V12，其用于控制充电器13工作，以输出所需的直流电并对可充电电池B进行充电。

但是，在供电的高峰和波谷期间，交流电源的电压Vi通常不稳定，当电压Vi升高时，会对功率因数校正电路12造成很大的电压冲击，从而毁损功率因数校正电路12中的电子元器件。由此目前的充电电路1无法实现过压保护。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种充电电路，包括：

第一整流电路；

功率因数校正电路，其输入端连接至所述第一整流电路的输出端；

功率因数校正控制器，其用于控制所述功率因数校正电路的工作状态；

充电器，其输入端电连接至所述功率因数校正电路的输出端；

充电控制器，其用于控制所述充电器的工作状态；

开关，其连接在所述第一整流电路的输入端和交流电源之间；

第二整流电路，其输入端连接至所述交流电源，其输出端连接至所述充电器的输入端；以及

控制装置，其电源输入端子连接至所述充电器的输出端，其被配置为当所述交流电源的电压不在所述充电电路允许的输入电压范围中时，控制所述开关断开且控制所述功率因数校正控制器以使得所述功率因数校正电路不工作。

优选的，所述充电电路还包括启动储能电路，其包括连接至所述第二整流电路的正极输出端子的第一输入端、连接至所述充电器的输出端的第二输入端以及输出端，所述启动储能电路被配置为根据所述第二整流电路输出的直流电或所述充电器输出的直流电输出直流供电电压，且所述启动储能电路的输出端连接至所述充电控制器的电源输入端子。

优选的，所述充电电路还包括过压保护电路，其电源输入端子连接至所述启动储能电路的输出端，其被配置为当所述交流电源的电压超过所述充电电路允许的输入电压范围中的最大值时，控制所述充电器不工作。

优选的，所述功率因数校正控制器的电源输入端子连接至所述充电器的正极输出端子。

优选的，所述第二整流电路包括：第一二极管，其正极连接至所述交流电源的供电端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子；以及第一电容，其连接在所述充电器的正极输入端子和负极输入端子之间。

优选的，所述充电电路还包括第二二极管，其正极连接至所述功率因数校正电路的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子。

优选的，所述启动储能电路包括第一电阻和第二电容，所述第一电阻的一端和所述第二电容的一端相连接形成的节点作为所述启动储能电路的输出端，所述第一电阻的另一端连接至所述第二整流电路的正极输出端子，所述第二电容的另一端连接至所述充电器的负极输出端子。

优选的，所述启动储能电路还包括第三二极管，所述第三二极管的正极连接至所述充电器的正极输出端子，其负极连接至所述节点。

优选的，所述控制装置包括开关电源和数字信号处理器，所述开关电源的供电输入端子连接至所述充电器的正极输出端子，且用于给所述数字信号处理器提供所需的直流电，所述数字信号处理器用于控制所述开关的开关状态以及控制所述功率因数校正控制器的工作状态。

优选的，所述第一整流电路为全波整流电路。

优选的，所述功率因数校正电路为升压斩波电路。

优选的，所述充电器是反激式充电器。

本实用新型提供了一种不间断电源，其包括如上所述的充电电路。

本实用新型的充电电路能够实现过压保护，避免功率因数校正电路受到电压冲击而损坏。

附图说明

以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明，其中：

图1是现有技术中的一种充电电路的电路图。

图2是根据本实用新型较佳实施例的充电电路的框图。

图3是图2所述的充电电路的具体电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。

图2是根据本实用新型较佳实施例的充电电路的框图。如图2所示，充电电路2包括第一整流电路21，功率因数校正电路22，充电器23，用于控制功率因数校正电路22的工作状态的功率因数校正控制器25，用于控制充电器23的工作状态的充电控制器24，还包括开关S2，第二整流电路20，启动储能电路27，过压保护电路29，开关电源28和数字信号处理器26。

其中，开关S2连接在第一整流电路21的输入端和交流电源的供电端子之间。功率因数校正电路22的输入端连接至第一整流电路21的输出端，充电器23的输入端电连接至功率因数校正电路22的输出端，第二整流电路20的输入端连接至交流电源的供电端子，其输出端连接至充电器23的输入端。二极管D22的正极连接至功率因数校正电路22的正极输出端子，其负极连接至充电器23的正极输入端子231。启动储能电路27的第一输入端271连接至充电器23的正极输入端子231(即第二整流电路20的正极输出端子)，其第二输入端272连接至充电器23的输出端，启动储能电路27被配置为利用第二整流电路20输出的直流电或充电器23输出的直流电输出所需的直流供电电压。

启动储能电路27的输出端连接至充电控制器24和过压保护电路29的供电输入端子，用于给充电控制器24和过压保护电路29提供所需的直流电。充电器23的正极输出端子连接至功率因数校正控制器25和开关电源28的供电输入端子，用于给功率因数校正控制器25和开关电源28提供所需的直流电。

开关电源28用于给数字信号处理器26提供所需的直流电，数字信号处理器26被配置为监测交流电源的电压Vi，当交流电源的电压Vi不在充电电路2允许的电压范围中时，控制开关S2断开，且控制功率因数校正控制器25不工作。过压保护电路29被配置为当交流电源的电压Vi超过充电电路2允许的电压范围的最大值时，控制充电器23停止工作。

本实用新型中的充电器控制器24、过压保护电路29、功率因数校正控制器25、开关电源28和数字信号处理器26等可以采用现有技术中的芯片或电路模块来实现，其内部具体电路结构在此不再予以详细描述。

充电电路2在启动时，第二整流电路20将交流电源的交流电整流为直流电并传输至充电器23的输入端，启动储能电路27利用第二整流电路20输出的直流电输出所需的直流电压，并给充电控制器24提供所需的直流电压。充电控制器24控制充电器23工作。由此充电器23启动并输出直流电，并对功率因数校正控制器25和开关电源28进行供电。开关电源28给数字信号处理器26提供所需的直流电，例如5伏特、12伏特等，使得数字信号处理器26开始工作。数字信号处理器26监测电压Vi，并判断该电压Vi是否在充电电路2允许的输入电压范围内，例如在110伏特～300伏特之间。下面将根据交流电源的电压Vi在不同的电压范围分别描述充电电路2的工作原理。

(11)当电压Vi在充电电路2允许的输入电压范围内时，数字信号处理器26控制开关S2闭合。第一整流电路21将交流电源提供的交流电整流为直流电。功率因数校正控制器25控制功率因数校正电路22工作，并通过二极管D22传输至充电器23的输入端。充电控制器24控制充电器23工作，充电器23输出直流电以对可充电电池(图2未示出)充电。启动储能电路27利用充电器23输出的直流电输出直流电压，以对充电控制器24和过压保护电路29进行供电。由此充电电路2开始正常工作。

(12)在充电过程，当交流电源的电压Vi增加，例如大于允许的输入电压范围的最大值(例如300伏特)时，数字信号处理器26控制开关S2断开，且控制功率因数校正控制器25不工作。此时处于断开的开关S2将交流电源与功率因数校正电路22的输入端相隔离，且二极管D22处于反向截止状态，用于将第二整流电路20的输出端与功率因数校正电路22的输出端两者相隔离。即使电压Vi增加，并不会对功率因数校正电路22中的电子元器件造成损坏。同时，过压保护电路24监测到交流电源的电压Vi大于允许的输入电压范围的最大值时，控制充电器23停止工作，从而保护充电器23中的电子元器件。

(2)当电压Vi不在充电电路2允许的输入电压范围内时，例如小于110伏特或大于300伏特时，数字信号处理器26控制开关S2断开，且控制功率因数校正控制器25不工作。

第二整流电路20的输入端连接至交流电源的供电端子，在开关S2处于断开状态时，第二整流电路20也能将交流电整流为直流电并输出至启动储能电路27的第一输入端271，启动储能电路27输出的直流电传输至充电控制器24，充电控制器24从而控制充电器23开始工作。

二极管D22的正极连接至功率因数校正电路22的正极输出端子，且负极连接至第二整流电路20的正极输出端子，由此充电电路2在启动过程中，二极管D22反向截止，第二整流电路20输出的直流电压并不会施加至功率因数校正电路22中，从而有效保护功率因数校正电路22中的电子元器件。

当交流电源的电压Vi急剧增加时，开关S2被控制为断开，此时交流电无法通过第一整流电路21传输至功率因数校正电路22的输入端，从而保护功率因数校正电路22。

过压保护电路29监测的电压Vi，当电压Vi超过允许的供电电压范围中的最大值时，控制充电器23停止工作，从而避免了第二整流电路20输出较高的直流电压损坏充电器23中的电子元器件。

由此本实用新型的充电电路2实现了对功率因数校正电路22和充电器23的过电压保护功能，避免交流电源的电压Vi增加到较大值时损坏充电电路2。

图3是图2所述的充电电路的具体电路结构图。如图3所示，充电电路2’中的第一整流电路21’包括四个二极管连接形成的全波整流电路，其具体连接方式为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。功率因数校正电路22’包括电感、二极管、开关晶体管和电容连接形成的升压斩波电路，其工作原理和具体连接方式为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。充电器23’包括变压器、开关晶体管，二极管和电容连接形成的反激式充电器，其工作原理和具体连接方式为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

开关S2’连接在交流电源的供电端子201和第一整流电路21’的一个输入端子之间。

第二整流电路20’包括二极管D21和电容C21连接形成的半波整流电路。其中二极管D21的正极连接至交流电源的供电端子201，其负极连接至‘电容C21的一端，电容C21的两端作为第二整流电路20’的正极输出端子和负极输出端子，其分别连接至充电器23’的正极输入端子和负极输入端子。

启动储能电路27’包括二极管D27、电阻R27和电容C27，电阻R27的一端、二极管D27的负极和电容C27的一端相连接形成的节点N27作为启动储能电路27’的输出端，电阻R27的另一端作为第一输入端，其连接至充电器23’的正极输入端子231’(即第一整流电路20’的正极输出端子)，且二极管D27的正极和电容C27的另一端作为第二输入端，且分别连接至充电器23’的正极和负极输出端子。

下面将结合图3所示的充电电路2’的具体电路结构图，来详细描述充电电路2’的启动过程。

交流电源通过第二整流电路20’形成的导电路径如下：交流电源的供电端子201、二极管D21、电容C21、第一整流电路21’中的二极管D2到交流电源的供电端子202。由此交流电源中的交流电储存至电容C21中。电容C21通过电阻R27对电容C27进行充电，从而在电容C27上得到降压的直流电。电容C27上的电能对充电控制器24’供电，充电控制器24’开始控制充电器23’工作使其输出直流电。充电器23’输出的直流电一部分给功率因数校正控制器25’和开关电源28’进行供电，另一部分通过二极管D27储存至电容C27上，以对充电控制器24’和过压保护电路29’进行供电。开关电源28’给数字信号处理器26’提供所需的直流电，数字信号处理器26’开始工作。数字信号处理器26’监测电压Vi，并判断该电压Vi是否在充电电路2’允许的输入电压范围内。

当电压Vi在充电电路2’允许的输入电压范围内时，数字信号处理器26’控制开关S2’闭合。第一整流电路21’将交流电源提供的交流电整流为直流电。功率因数校正控制器25’控制功率因数校正电路22’工作，功率因数校正电路22’输出电压升高的直流电，并通过二极管D22’将电能存储至电容21。充电控制器24’控制充电器23’工作，由此充电器23’输出所需的直流电。充电器23’输出的直流电通过二极管D27对电容C27进行充电，电容C27储存的电能用于给充电控制器24’和过压保护电路29’供电。

在充电过程，当交流电源的电压Vi增加以至于超过充电电路2’允许的输入电压范围中的最大值时，数字信号处理器26’控制开关S2’断开从而保护功率因数校正电路22’，且控制功率因数校正控制器25’不工作。同时，过压保护电路24’监测到交流电源的电压Vi大于允许的输入电压范围中的最大值时，控制充电器23’不工作，从而保护充电器23’中的电子元器件。

启动储能电路27’中的电阻R27用于分压，使得电容C27两端具有合适的电压以提供给充电控制器24’，从而能够控制充电器23’启动。在充电器27’启动的过程中，二极管D27反向截止，此时电容C27的直流电仅对充电控制器24’和过压保护电路29’进行供电，确保充电器23’被提供足够的直流电能从而能够正常启动。且当充电器23’对可充电电池进行充电过程中，充电器23’的输出端的直流电通过二极管D27储能至电容C27上，电容C27用于给充电控制器24’和过压保护电路29’提供稳定的直流电。

上述实施例中的第二整流电路20’在启动过程中复用了第一整流电路21’中的二极管D2，节省了元器件，降低了成本。

本实用新型的升压斩波电路22’中的元器件数量少，成本低。在本实用新型的其他实施例中，还可以采用其他的功率因数校正电路代替升压斩波电路22’。

反激式充电器23’的元器件数量少，成本低。在本实用新型的其他实施例中，还可以采用其他的能够将直流电转换为降压的直流电的充电器代替上述反激式充电器23’。

在本实用新型的其他实施例中，还可以采用其他的整流电路代替全波整流电路21’。

在本实用新型的另一个实施例中，充电电路2’还包括连接至交流电源的供电端子201和第一整流电路21’的一个输入端子之间的热敏电阻，用于减小交流电的冲击电压。

在本实用新型的另一个实施例中，启动储能电路27’中的二极管D27可以移除。

在本实用新型的又一个实施例中，充电电路2’不包括二极管D22’。

在本实用新型的另一个实施例中，还可以采用具有电压比较功能的控制装置代替上述实施例中的数字信号处理器26’和开关电源28’，其中控制装置的电源输入端子连接至充电器23’的输出端，且被配置为将交流电源的电压Vi与允许的输入电压范围进行比较，从而控制开关S2’的开关状态，以及控制功率因数校正控制器25’的工作状态。当电压Vi不在充电电路2’允许的输入电压范围中时，控制开关S2’断开，且控制功率因数校正控制器25’不工作。

虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (13)

1.一种充电电路，其特征在于，包括：

第一整流电路；

功率因数校正电路，其输入端连接至所述第一整流电路的输出端；

功率因数校正控制器，其用于控制所述功率因数校正电路的工作状态；

充电器，其输入端电连接至所述功率因数校正电路的输出端；

充电控制器，其用于控制所述充电器的工作状态；

开关，其连接在所述第一整流电路的输入端和交流电源之间；

第二整流电路，其输入端连接至所述交流电源，其输出端连接至所述充电器的输入端；以及

控制装置，其电源输入端子连接至所述充电器的输出端，其被配置为当所述交流电源的电压不在所述充电电路允许的输入电压范围中时，控制所述开关断开且控制所述功率因数校正控制器以使得所述功率因数校正电路不工作。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括启动储能电路，其包括连接至所述第二整流电路的正极输出端子的第一输入端、连接至所述充电器的输出端的第二输入端以及输出端，所述启动储能电路被配置为根据所述第二整流电路输出的直流电或所述充电器输出的直流电输出直流供电电压，且所述启动储能电路的输出端连接至所述充电控制器的电源输入端子。

3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括过压保护电路，其电源输入端子连接至所述启动储能电路的输出端，其被配置为当所述交流电源的电压超过所述充电电路允许的输入电压范围中的最大值时，控制所述充电器不工作。

4.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述功率因数校正控制器的电源输入端子连接至所述充电器的正极输出端子。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的充电电路，其特征在于，所述第二整流电路包括：

第一二极管，其正极连接至所述交流电源的供电端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子；以及

第一电容，其连接在所述充电器的正极输入端子和负极输入端子之间。

6.根据权利要求5所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括第二二极管，其正极连接至所述功率因数校正电路的正极输出端子，其负极连接至所述充电器的正极输入端子。

7.根据权利要求2至3中任一项所述的充电电路，其特征在于，所述启动储能电路包括第一电阻和第二电容，所述第一电阻的一端和所述第二电容的一端相连接形成的节点作为所述启动储能电路的输出端，所述第一电阻的另一端连接至所述第二整流电路的正极输出端子，所述第二电容的另一端连接至所述充电器的负极输出端子。

8.根据权利要求7所述的充电电路，其特征在于，所述启动储能电路还包括第三二极管，所述第三二极管的正极连接至所述充电器的正极输出端子，其负极连接至所述节点。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的充电电路，其特征在于，所述控制装置包括开关电源和数字信号处理器，所述开关电源的供电输入端子连接至所述充电器的正极输出端子，且用于给所述数字信号处理器提供所需的直流电，所述数字信号处理器用于控制所述开关的开关状态以及控制所述功率因数校正控制器的工作状态。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的充电电路，其特征在于，所述第一整流电路为全波整流电路。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的充电电路，其特征在于，所述功率因数校正电路为升压斩波电路。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的充电电路，其特征在于，所述充电器是反激式充电器。

13.一种不间断电源，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一项所述的充电电路。

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