CN101277024A - 智能充电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能充电器，包括与交流电源相连的交流电源接口单元、与所述交流电源接口单元输出端与第一整流单元输入端相连、与所述第一整流单元输出端相连的开关功率转换单元和与所述开关功率转换单元输出端相连的第二整流单元，以及所述第二整流单元输出端相连的充电控制器；所述充电控制器的输出端与所述开关功率转换单元的输入端相连，所述第二整流单元输出端与电池组相连，串联在所述充电控制器的输出端与所述开关功率转换单元的输入端之间的微控开关单元，用于接收所述充电控制器的指令，控制开关功率转换单元的开与关。本发明提供一种智能充电器解决控制电源控制器的供电的问题。

Description

智能充电器

技术领域

本发明涉及一种充电器，特别涉及一种电动自行车智能充电器。

背景技术

现有电动自行车用充电器均为铅酸电池充电器，并且这种铅酸电池充电器大多采用50年代的充电理论。这种铅酸电池充电器的工作原理是定电流持续地向所述充电器的电池充电。

授权公告号为CN2640099，发明名称为“电动自行车充电器”的实用新型专利公开了一种电动自行车充电器。该专利涉及一种电动自行车充电器，包括整流部件、控制部件，整流部件包括第一整流装置1、推挽逆变装置2、第二整流装置3，第一整流装置1的输入端与外接电源6连接，为推挽逆变装置2提供电源电压的第一整流装置1的输出端与推挽逆变装置2的电源端连接，推挽逆变装置2通过一变压器与第二整流装置3连接，第二整流装置3的输出端与电池组4的输入端连接；电池组4的输入端通过一电阻与以TL494为核心的控制部件5的电源供电端连接，以TL494为核心的控制部件5的推挽输出端通过另一变压器与推挽逆变装置2的输入端连接。虽然该专利所述充电器能够较安全地实现电池组4的充电，但该专利不能控制控制部件5即电源控制器的供电情况。

因此，如何解决上述背景技术中电动自行车充电器不能控制电源控制器的供电的问题，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述背景问题的客观存在，本发明要解决的技术问题，就在于提供一种电动自行车智能充电器，用于解决控制电源控制器的供电的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能充电器，包括与交流电源相连的交流电源接口单元、与所述交流电源接口单元输出端与第一整流单元输入端相连、与所述第一整流单元输出端相连的开关功率转换单元和与所述开关功率转换单元输出端相连的第二整流单元，以及所述第二整流单元输出端相连的充电控制器；所述充电控制器的输出端与所述开关功率转换单元的输入端相连，所述第二整流单元输出端与电池组相连，所述智能充电器进一步包括，串联在所述充电控制器的输出端与所述开关功率转换单元的输入端之间的微控开关单元，用于接收所述充电控制器的指令，控制开关功率转换单元的开与关。

优选地，所述充电器在所述第二整流单元输出端和所述电池组之间串联负放电脉冲发生器，用于在所述第二整流单元输出的充电脉冲下沿打开，为所述电池组放电。

优选地，在所述充电控制器和所述电池组之间串联极性连接保护传感器，用于检测电池组与所述充电器的连接状态极性。

优选地，所述充电器在所述第二整流单元输出端和所述电池组之间串联负放电脉冲发生器，用于在所述第二整流单元输出的充电脉冲下沿打开，为所述电池组放电。

优选地，在所述负放电脉冲发生器与所述电池组之间串联充电极性自动连接器，用于接收所述充电控制器的指令，校正所述电池组与所述充电器之间的连接极性。

优选地，所述电池组与所述充电控制器之间串联电池电压检测器，用于实时检测电池的充电电压，反馈给所述充电控制器。

优选地，所述充电控制器与所述开关功率转换单元之间串联充电电压反馈控制器，用于接收充电控制器的控制指令，控制所述开关功率转换单元。

优选地，所述第一整流单元与所述充电控制器之间串联辅助供电装置，用于为所述充电控制器提供电能。

优选地，所述第二整流单元具体为高频变压整流单元，用于将所述开关功率转换单元输出的直流电流转变为脉冲方波电流；

所述高频变压整流单元包括串联在开关功率转换单元输出端与第二整流单元输入端之间的高频变压器。

本发明所述智能充电器，包括微控开关单元，用于接收所述充电控制器的指令，控制开关功率转换单元的开与关。由于不管是离线的电源控制器还是在线的电源控制器，都能通过微控开关单元控制电源控制器工作与否，因此微控开关单元为所述智能充电器提供了微功耗待机的功能，能够控制电源控制器的供电与否。

附图说明

图1是现有技术所述智能充电器结构框图；

图2是本发明实施例所述智能充电器第一种实施例结构框图；

图3是本发明实施例所述微控开关单元22的电路原理图；

图4为本发明实施例所述负脉冲放电器15实施例电路图；

图5为本发明实施例所述极性连接保护传感器21电路图；

图6为本发明实施例所述电源控制器的电路图；

图7为本发明实施例所述第二整流电路14电路图；

图8为本发明实施例所述第二整流电路14电路原理图；

图9为本发明实施例所述电池电压检测器19电路图；

图10为本发明实施例所述充电控制器17电路图；

图11为本发明实施例所述辅助供电装置24电路图。

具体实施方式

本发明提供一种智能充电器，用于解决有效控制电源控制器的供电的问题。

为了更清楚地说明本发明所述智能充电器的结构组成和工作原理，下面结合具体附图进行详细说明。

参见图2，该图为本发明所述智能充电器第一种实施例结构框图。

本发明第一种实施例所述智能充电器，包括与交流电源相连的交流电源接口单元11、输入端与所述交流电源接口单元11输出端相连的第一整流单元12、与所述第一整流单元12输出端相连的开关功率转换单元13和与所述开关功率转换单元13输出端相连的第二整流单元14，以及与所述第二整流单元14输出端相连的充电控制器17；所述充电控制器17的输出端与所述开关功率转换单元13的输入端相连，所述第二整流单元14输出端与电池组16相连。

交流电源接口单元11：用于与交流电源相连。交流电源接口单元11可以采用电源插头形式，或者现有技术中其他形式的交流电源接口，此为公知技术，这里不再多述。

第一整流单元12：用于将交流电源接口单元11传送的交流电进行整流输出一个直流电压至开关功率转换单元13。第一整流单元12可以采用常规整流电路，此为公知技术，在此不再多述。

所述第二整流单元14具体可以为高频变压整流单元，用于将所述开关功率转换单元13输出的直流电流转变为脉冲方波电流。

所述高频变压整流单元包括串联在开关功率转换单元13输出端与第二整流单元14输入端之间的高频变压器。

严格说第二整流单元14是开关功率转换单元13的附属部分，第二整流单元14与同类型的整流器存在着区别，这个区别在于第二整流单元14不对滤波作处理，取消了同类型的整流器电解电容后就加滤波的连续的直流电流，而是将所述开关功率转换单元13输出的直流电流变成间断的脉冲方波。第二整流单元14实现用脉冲的方式向电池组16充电，这样就会大大减少电池的极化现象发生。

所述第二整流单元14具体为高频变压整流单元，用于将所述开关功率转换单元输出的直流电流转变为脉冲方波电流。所述高频变压整流单元包括串联在开关功率转换单元13输出端与第二整流单元14输入端之间的高频变压器。

充电控制器17，通过电压比较实现。充电控制器17可以采用常规的充电器。充电控制器17在电路上让电压比较器更稳定的工作，充电控制器17的控制范围要尽量宽，控制灵敏度尽量的好。

所述充电器还可以包括串联在所述第二整流单元14输出端和所述充电控制器17输入端的充电电压检测器19。充电电压检测器19可以有多种电路实现这个功能，本文不做说明。

所述智能充电器进一步包括，串联在所述充电控制器17的输出端与所述开关功率转换单元13的输入端之间的微控开关单元22，用于接收所述充电控制器17的指令，控制开关功率转换单元13的开与关。

本发明第一实施例所述智能充电器，包括微控开关单元22，接收所述充电控制器17的指令，控制开关功率转换单元13的开与关。通过微控开关单元22控制开关功率转换单元13的功率开关，因此微控开关单元22为所述智能充电器提供了微功耗待机的功能，能够控制开关功率转换单元13。

在试验中发现，不管是离线的电源控制器还是在线的电源控制器，都能通过一种方法控制其是否工作。这种方法为：“微控开关”，电源控制芯片，都能用一种方法控制其工作、不工作或暂停工作。这就构成了一种专门的应用技术：“微控待机技术”。

这个电子结构是：两个相关联的电子电路，甲和乙，当由甲可以控制乙的时候，特别是乙是功率开关，甲是微功率开关的时候，完全可以通过甲来控制乙的功率开关。下面以具体应用来具体说明这个工作原理：

控制电源控制器供电的微控开关单元22控制方式是：用一个开关电路控制给电源控制器供电的开与关。

参见图3，该图为本发明实施例所述微控开关单元22的电路原理图。

微控开关单元22工作原理：R2是电源控制器厂家手册提供的降压电阻，通过这个电阻将高压220V～340V高压降压为3～4伏，以此提供给电源控制器的启动电压。由于当微控开关单元22不工作的时候，这个累计电压会达到60～70伏，所以，这个电压往往会击穿电子开关电路的相关器件，D2就是嵌位二极管，就将这个累计电压控制在18伏上。这个电压正好是电源控制器UC3842的启动电压，这个电压启动后，会为高频变压器的第二个绕组即去磁绕组继续提供后续的供电电压。

微控开关单元22包括电阻R7、电阻R8、三极管Q3、微控开关芯片IC1。其中电阻R7是三极管Q2的偏置电阻，电阻R8是给三极管Q2驱动电流限流电阻。电阻R8被微控开关芯片IC1控制。当充电控制器17给微控开关芯片IC1输入一个高电平时，微控开关芯片IC1次级导通，电阻R7、电阻R8的电压分压就加在三极管Q2得到基极上，就有驱动电流使得三极管Q2迅速进入饱和状态，三极管Q2导通。为电源控制器UC3842提供电压，电源控制器UC3842就能正常工作。

同样，假如微控开关单元22不能开启，就没有向电源控制器UC3842、提供的工作电压，所以电源控制器UC3842就不能正常工作。当然这个控制方法也同样适用于单片机电源的开关功率输出控制。微控开关单元22实现了微功耗待机控制功率开关。

所述智能充电器一旦上电，微控开关单元22就处于关闭的位置。

所述充电器还可以包括串联在所述第二整流单元14输出端和所述电池组16之间的负脉冲放电器15，用于在所述第二整流单元14输出的充电脉冲下沿时打开，所述电池组16放电。

负脉冲放电器15是一个可控开关，这个开关是受充电脉冲的下沿控制，相当于一个瞬时开关。只是在充电脉冲的下降沿才控制打开，这样就实现了用硬件控制，达到的正负脉冲充电的效果。

由于本发明实施例所述智能充电器包括串联在所述第二整流单元15输出端和所述电池组16之间的负脉冲放电器15。所述负脉冲放电器15能够在所述第二整流单元14输出的充电脉冲下沿瞬时控制，相当于瞬时开关。在所述第二整流单元14输出的充电脉冲下沿时，所述负脉冲放电器15打开，所述电池组16放电。这样本发明实施例所述电动自行车充电器就实现了正负脉冲充电的效果，能够减少电池极化现象的发生。

参见图4，该图为本发明实施例所述负脉冲放电器15电路图。

负脉冲放电器15工作原理是：电路中的Q5是负脉冲发生器的功率开关管。R26功率管的负载电阻。电阻R27是给功率开关管Q5、二极管D9、电阻R25和IC8的限流电阻。电阻R39是给IC8初级和功率开关管Q6的负载电阻。电阻R41是功率开关管Q4的负载电阻同时也是功率开关管Q6的限流电阻。电阻R40是功率开关管Q4的限流电阻。他们共同的作用是：功率开关管Q6、Q4共同组成了一个反相器。从电阻R40过来的信号与第二整流单元14是同一个信号源。

当然在所述第二整流单元14和负脉冲放电器15之间可以串联可控开关23。那么从电阻R40过来的信号与可控开关23的开关信号是同一个信号源。在充电期间，给电阻R40的也是同一个信号。就是在充电开关开启期间，由于反相器的作用，就将充电开关开启时候，就会使得负脉冲发生器激励开启开关，进行负放电。接着就是电池电压检测和充电电压的反馈调整。

在所述充电控制器17和所述电池组16之间还可以串联极性连接保护传感器21，用于检测电池组16与所述充电器的连接状态极性。

参见图5，该图为本发明实施例所述极性连接保护传感器21电路图。

只有接通电池，充电器的极性连接保护传感器21是将电池组16与充电器的电极连接状态发送到充电控制器17，充电控制器17就能根据所述电极连接状态，判断是否连接准确。如果充电控制器17判断连接准确，充电控制器17就会向微控开关单元22发出指令，开启开关功率转换单元13的开关使充电器工作。

在所述负放电脉冲发生器15与所述电池组16之间串联充电极性自动连接器18，用于接收所述充电控制器17的指令，校正所述电池组16与所述充电器之间的连接极性。

如果，充电控制器17判断连接错误，就会先向充电极性自动连接器18发出指令，先矫正连接极性，然后再开启微控开关单元22，使充电器工作。充电器插在电源中，充电器的微控开关单元22处于关闭状态，充电器不工作。当接上电池后，这个充电器的极性连接保护传感器IC9、IC10总会有一个输出高电位。这两个传感器IC9、IC10输入正好相反，输出也正好相反。

本发明实施例所述极性连接保护传感器21，当极性接正确的时候，传感器IC9能够输入正确电位，正电位能通过限流电阻R37、耐压阻流D24和传感器IC9的输入到地线。传感器IC9的次级就会有输出。R36是这个输出的负载电阻，传感器IC9的次级输出一个高电位。C27是抗干扰电容。传感器IC9的次级这个输出给充电控制器17的信息是电池接好；电池极性也连接正确。这样，充电控制器17就会向微控开关单元22发出信号，让电源控制器工作，这样开始为电池组16充电。

如果，连接电池组16的极性与上述情况完全相反。那么IC10就会有输出。充电控制器17就会向三极管Q8输出高电位信号。双刀双掷继电器K1就会厉磁切换，调整充电器的输出极极性，使之与电池组16的输入极性相一致。接着就会向微控开关单元22发出高电位控制信号，使之开启开关功率转换单元13，让充电器开始充电。这个极性连接保护传感器21单元电路的两个部分，完全适用于24伏、36伏、48伏、60伏甚至更高电压的充电器，只是具体的电阻阻值电容耐压、三级管Q8耐压等参数要根据实际条件加以修改。

参见图6，该图为本发明实施例所述电源控制器的电路图。

在微控开关单元22启动之后，就会向电源控制器UC3842供电。电源控制器UC3842只要有工作电压提供，就能工作。

A2点就是连接微控开关单元22的电源输出。B2点是接电池电压检测器19反馈的电压。以便切换充电器的输出电压。E2点是功率管Q1连接变压器的初级。这个单元电路，在充电器的系统中是提供功率源的单元电路。

电源控制器通过变压器，将市电和低压应用电路隔离开来。这个变压器是高频多绕组变压器。

这在充电器中是非常重要的组成部分，下面用图示说明其工作原理和相关绕组的作用。

参见图7，该图为本发明实施例所述第二整流电路14电路图。

A1点接充电器的市电整流滤波。B1点就是通过一个从降压电阻将300伏上下的电压降到18伏，使得当微功耗待机开关开启后能够给电源控制器UC3842提供启动所需的工作电压。电源控制器UC 3842就会启动工作，变压器的第二个绕组就会输出电压。这个绕组就是为电源控制器UC 3842后续工作提供电压的绕组。这个绕组经过整流滤波后在电源控制器UC3842的启动瞬间会继续给它供电。第三个绕组就是这个变压器的充电输出绕组。第四个绕组是为充电开关管，场效应功率管的驱动提供电源的绕组，这个绕组就能提供一个正负两组电源。

下面就结合这个电源控制器和可控开关23来说明这个单元电路的工作原理。参见图8，该图为本发明实施例所述第二整流电路14电路原理图。

所述第二整流单元14具体为高频变压整流单元，用于将所述开关功率转换单元输出的直流电流转变为脉冲方波电流。所述高频变压整流单元包括串联在开关功率转换单元13输出端与第二整流单元14输入端之间的高频变压器。

A3、E3、F3、G3这四点就是连接变压器的第三绕组和第四绕组的整流滤波输出。F3、G3就是第三绕组的整流滤波输出。C21就是∏型滤波器的最后一个电容。R22是功率负载电阻，对稳定电压和脉冲充电期间保证功率的最小泄放起到保障作用。IC4可以采用东芝公司生产的场效应和IGBT功率开关管的驱动器。

Q2是脉冲充电的开关场效应管。H3点接充电控制器17的输出，充电控制器17的接口是具有PWM输出的功能。I3点接充电输出，接负脉冲放电器15。

在所述电池组16与所述充电控制器17之间还可以串联电池电压检测器19，用于实时检测电池的充电电压，反馈给所述充电控制器17。

在所述充电控制器与所述开关功率转换单元之间还可以串联充电电压反馈控制器20用于接收充电控制器的控制指令，控制所述开关功率转换单元。

参见图9，该图为本发明实施例所述电池电压检测器19电路图。

充电控制器17可以采用单片机实现，单片机的A/O通过R91、D94、RP91、R92组成一个对电池电压的检测，这个检测通过对电池电压的检测，也就反映出电池的电能状态。充电控制器17根据电池组16的电压状态，或者说电池组的电能状态对电池组16进行充电。

充电过程是由单片机控制的，单片机检测到电池组16的实际电能状态后，依照电池组16的电能状态分别进行：预充、强充、补充和涓流充电。

预充、强充、补充和涓流充电就是充电器的四个状态，区别四个充电过程，其中就有一个重要的拐点，就是强充和补充。

要保证充电充满，首先要保证电池的电压要充到它的标称电压的1.1倍，以36伏为例，它的最终电压要达到39.6伏，这样才能说这个电池电能充满了。否则，就没有充满。

这就是说对电池的充电电压极限是：电池电压的实际电压值，电压值的公差是±0.1C，其中C是常数，就是电池电压的实际标称值。即电池放电不能低于32.4伏，电池的充电电压最高不能超过39.6伏。这些是电池的实际电压，不是电池的浮动电压，浮动电压，一充就上来，一停就下来。因此充电要用标称值的1.34倍电压充电，等电池电压达到电池电压的标称值的电压1.23倍后(44.28伏)，就会自动降到电池电压的标称值的1.12倍电压(40.32伏)继续充电，这个充电电压的调整就依据这个单片机的控制来实现的。这个电压的调整就是依据单片机对电池电压的检测和控制充电电压变化。充电电压反馈控制器20是由R94、D91、D92、D93、Q91、R93元件组成。并由IC91光藕将这个变化传到开关电源控制器的1脚上。这样就控制了对电池的充电控制。

单片机控制Q91关闭掉D93的电压，电池的充电电压从44.28伏，降到40.32伏。就是这个电源电路就实现了充电电压的变化和调整，能够让电池充得更满。因而本发明实施例所述充电器不需要温度检测，可以完全依据电池的实际电能来决定充电电压和充电方式。

参见图10，该图为本发明实施例所述充电控制器17电路图。

充电控制器17是充电器的心脏——智能控制器，充电控制器17可以选用PIC16F716。当然充电控制器17还可以用多种单片机来实现。充电控制器17的实际工作状态在上图中都有标注，这些标注就说明了充电控制器17的工作原理和对充电器的控制。

所述第一整流单元与所述充电控制器之间串联辅助供电装置24，用于为所述充电控制器提供电能。

参见图11，该图为本发明实施例所述辅助供电装置24电路图。

所述辅助供电装置24是共知技术，这个电路也是芯片生产公司的手册提供的标准电路，经过我们的试验，证明效果不错。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种智能充电器，包括与交流电源相连的交流电源接口单元、与所述交流电源接口单元输出端与第一整流单元输入端相连、与所述第一整流单元输出端相连的开关功率转换单元和与所述开关功率转换单元输出端相连的第二整流单元，以及所述第二整流单元输出端相连的充电控制器；所述充电控制器的输出端与所述开关功率转换单元的输入端相连，所述第二整流单元输出端与电池组相连，其特征在于，

所述智能充电器进一步包括，串联在所述充电控制器的输出端与所述开关功率转换单元的输入端之间的微控开关单元，用于接收所述充电控制器的指令，控制开关功率转换单元的开与关。

2、根据权利要求1所述的智能充电器，其特征在于，所述充电器在所述第二整流单元输出端和所述电池组之间串联负放电脉冲发生器，用于在所述第二整流单元输出的充电脉冲下沿打开，为所述电池组放电。

3、根据权利要求1所述的智能充电器，其特征在于，在所述充电控制器和所述电池组之间串联极性连接保护传感器，用于检测电池组与所述充电器的连接状态极性。

4、根据权利要求3所述的智能充电器，其特征在于，所述充电器在所述第二整流单元输出端和所述电池组之间串联负放电脉冲发生器，用于在所述第二整流单元输出的充电脉冲下沿打开，为所述电池组放电。

5、根据权利要求4所述的智能充电器，其特征在于，在所述负放电脉冲发生器与所述电池组之间串联充电极性自动连接器，用于接收所述充电控制器的指令，校正所述电池组与所述充电器之间的连接极性。

6、根据权利要求1至5任一所述的智能充电器，其特征在于，所述电池组与所述充电控制器之间串联电池电压检测器，用于实时检测电池的充电电压，反馈给所述充电控制器。

7、根据权利要求6所述的智能充电器，其特征在于，所述充电控制器与所述开关功率转换单元之间串联充电电压反馈控制器，用于接收充电控制器的控制指令，控制所述开关功率转换单元。

8、根据权利要求1所述的智能充电器，其特征在于，所述第一整流单元与所述充电控制器之间串联辅助供电装置，用于为所述充电控制器提供电能。

9、根据权利要求1所述的智能充电器，其特征在于，所述第二整流单元具体为高频变压整流单元，用于将所述开关功率转换单元输出的直流电流转变为脉冲方波电流；

所述高频变压整流单元包括串联在开关功率转换单元输出端与第二整流单元输入端之间的高频变压器。

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