CN101867214A - 一种充电电路及充电器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电路领域，提供了一种充电电路及充电器，所述电路包括：电磁兼容电路，用于对交流输入进行高频滤波；全桥整流滤波电路，用于将交流电整流成脉动直流；主变压器变换电路，用于根据PWM控制信号储能和释放电能；整流滤波电路，用于对电流整流滤波后输出；反接保护电路，用于接收稳压电流，并在电池极性反接时关断充电通路；采样电路，用于采集电压信号输出；反馈电路，用于将电压信号与基准电压比较后输出反馈信号；PWM控制电路，用于接收反馈信号，输出PWM控制信号。本发明通过在电池极性反接时关断通电通路，避免了充电电池反接时对充电器及电池造成的损害。

Description

一种充电电路及充电器

技术领域

本发明属于电路领域，尤其涉及一种充电电路及充电器。

背景技术

近年来，随着电器技术的快速发展，电动车、电动工具、笔记本、数码、小型便携式电子设备及使用可充电电池的电子设备等日益普及，电池充电器被广泛应用。由于用户操作等其他因素的存在，可能造成充电电池极性的反接，对充电器及充电电池造成严重损害，同时电池在长期存放下漏电流偏大。显然，使用有效的电池充电器反接保护已是当务之急。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种充电电路，旨在解决电池极性反接时对充电器及电池造成严重损害的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种充电电路，该充电电路包括：

电磁兼容电路，用于对交流输入进行高频滤波，消除所述交流输入中的高频干扰；

全桥整流滤波电路，用于将所述电磁兼容电路输出的交流电整流成脉动直流，并对所述脉动直流滤波后输出；

主变压器变换电路，用于接收所述全桥整流滤波电路的输出电流，根据PWM控制信号调节储能和释放电能的强弱，输出电流；

整流滤波电路，用于对所述主变压器变换电路输出的电流进行整流和滤波，输出稳压电流；

反接保护电路，用于接收所述整流滤波电路的稳压电流后输出，在电池极性反接时关断充电通路；

采样电路，用于采集所述反接保护电路输出的电压信号；

反馈电路，用于将所述采样电路输出的电压信号与基准电压比较，产生一反馈电流信号；以及

PWM控制电路，用于根据所述反馈电流信号输出相应的PWM控制信号。

本发明实施例的另一目的在于提供一种充电器，该充电器安装有充电电路，该充电电路包括：

电磁兼容电路，用于对交流输入进行高频滤波，消除所述交流输入中的高频干扰；

全桥整流滤波电路，用于将所述电磁兼容电路输出的交流电整流成脉动直流，并对所述脉动直流滤波后输出；

主变压器变换电路，用于接收所述全桥整流滤波电路的输出电流，根据PWM控制信号调节储能和释放电能的强弱，输出电流；

整流滤波电路，用于对所述主变压器变换电路输出的电流进行整流和滤波，输出稳压电流；

反接保护电路，用于接收所述整流滤波电路的稳压电流后输出，在电池极性反接时关断充电通路；

采样电路，用于采集所述反接保护电路输出的电压信号；

反馈电路，用于将所述采样电路输出的电压信号与基准电压比较，产生一反馈电流信号；以及

PWM控制电路，用于根据所述反馈电流信号输出相应的PWM控制信号。

本发明实施例通过在电池极性反接时关断充电通路，解决了充电电池反接时对充电器及电池造成严重损害的问题，以及电池在长期存放下漏电流偏大的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的充电电路的结构框图；

图2是本发明实施例提供的充电电路中电磁兼容电路的电路图；

图3是本发明实施例提供的充电电路中全桥整流滤波电路的电路图；

图4是本发明实施例提供的充电电路中主变压器变换电路的电路图；

图5是本发明实施例提供的充电电路中整流滤波电路的电路图；

图6是本发明实施例提供的充电电路中反接保护电路的电路图；

图7是本发明实施例另一实施例提供的充电电路中反接保护电路的电路图；

图8是本发明实施例提供的充电电路中采样电路的电路图；

图9是本发明实施例提供的充电电路中反馈电路的电路图；

图10是本发明实施例提供的充电电路中PWM控制电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例通过在电池极性反接时关断充电通路，解决了电池发生反接时对充电器及电池造成严重损害的问题。

本发明实施例提供的方案如下：

一种充电电路，所述充电电路包括：

电磁兼容电路，用于对交流输入进行高频滤波，消除所述交流输入中的高频干扰；

全桥整流滤波电路，用于将所述电磁兼容电路输出的交流电整流成脉动直流，并对所述脉动直流滤波后输出；

主变压器变换电路，用于接收所述全桥整流滤波电路的输出电流，根据PWM控制信号调节储能和释放电能的强弱，输出电流；

整流滤波电路，用于对所述主变压器变换电路输出的电流进行整流和滤波，输出稳压电流；

反接保护电路，用于接收所述整流滤波电路的稳压电流后输出，在电池极性反接时关断充电通路；

采样电路，用于采集所述反接保护电路输出的电压信号；

反馈电路，用于将所述采样电路输出的电压信号与基准电压比较，产生一反馈电流信号；以及

PWM控制电路，用于根据所述反馈电流信号输出相应的PWM控制信号。

一种充电器，包括有一充电电路，所述充电电路包括：

电磁兼容电路，用于对交流输入进行高频滤波，消除所述交流输入中的高频干扰；

全桥整流滤波电路，用于将所述电磁兼容电路输出的交流电整流成脉动直流，并对所述脉动直流滤波后输出；

主变压器变换电路，用于接收所述全桥整流滤波电路的输出电流，根据PWM控制信号调节储能和释放电能的强弱，输出电流；

整流滤波电路，用于对所述主变压器变换电路输出的电流进行整流和滤波，输出稳压电流；

反接保护电路，用于接收所述整流滤波电路的稳压电流后输出，在电池极性反接时关断充电通路；

采样电路，用于采集所述反接保护电路输出的电压信号；

反馈电路，用于将所述采样电路输出的电压信号与基准电压比较，产生一反馈电流信号；以及

PWM控制电路，用于根据所述反馈电流信号输出相应的PWM控制信号。

本发明实施例采用的反接保护电路串入输出地线上，通过在电池极性反接时MOS管的关断，或自动关断自恢复保险丝PTC，使得充电电路不导通，从而起到保护充电器的作用，

以下结合附图及实施例，对本发明实施例的具体实现作详细说明。

实施例1：

图1示出了本发明实施例提供的充电电路的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

电磁兼容电路1对交流输入进行高频滤波，消除高频干扰。

全桥整流滤波电路2将电磁兼容电路1输出的交流电整流成脉动直流并滤波输出给主变压器变换电路3。

主变压器变换电路3接收全桥整流滤波电路2的输出电流及所述PWM控制电路8输出的PWM控制信号，根据PWM控制信号调节储能和释放电能的强弱，输出电流。

整流滤波电路4接收主变压器变换电路3的输出电流，对输出电流质量改善，对输出电流进行整流和滤波后输出到反接保护电路5。

反接保护电路5接收整流滤波电路4的稳压电流进行输出，并且在电池极性反接时通过MOS管的关断，关断充电通路，使电路不导通。

采样电路6采集反接保护电路5输出的电压信号后输出。

反馈电路7将采样电路6输出的电压信号与基准电压比较后产生一反馈电流信号并输出。

PWM控制电路8接收反馈电路7输出的反馈电流信号，并根据反馈电流信号控制输出的PWM控制信号，从而控制主变压器变换电路3的工作状态。

本发明实施例提供的充电电路采用反激拓扑结构，电路的稳压原理是输入额定交流电后，通过全桥整流滤波，经过启动电阻对PWM控制电路8的控制芯片进行启动，通过芯片外接电阻同内部芯片电容产生一定的振荡频率，使芯片输出一个瞬时方波去驱动电路中MOS管导通，MOS管的动作决定了主变压器变换电路3的工作状态，在输出地线上面串联反接保护电路5，采用MOS管控制其通断，在最初没有接电池状态下，输出端暂时不会有输出电压，当输出端接入电池后，MOS管导通，输出端开始有电压输出，输出电压的高低由采样电路6电阻阻值大小决定，采集的输出电压与基准电压进行比较，从基准芯片反馈出一个比较信号去拉动光耦提供一个反馈电流，通过反馈电路7的光电耦合进行传输光通量，此光通量反馈给PWM控制电路8的控制芯片，通过控制芯片内部控制去调节输出占空比的大小，从而控制主变压器变换电路3中MOS管的导通及关断时间，去调节变压器储能及释放能量的强弱，从而实现稳压输出。

实施例2：

图2示出了本发明实施例提供的电磁兼容电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该电磁兼容电路1包括保险丝F1、防雷击压敏电阻NTC、共模电感L1、电阻R7、R8和差模电容CX2。

交流输入L端接有保险丝F1，交流输入N端接有防雷击压敏电阻NTC，共模电感L1包括第一绕组和第二绕组。

保险丝F1的另一端与共模电感L1的第一绕组相连，共模电感L1的第一绕组的另一端定义为①。

防雷击压敏电阻NTC的另一端与共模电感L1第二绕组相连，共模电感L1第二绕组的另一端定义为②。

电阻R8的一端与①端相连，电阻R8的另一端与电阻R7的一端相连，电阻R7另一端与②端相连，之后差模电容CX2接在①端与②端之间。

交流输入经过差模滤波电感L1和差模电容CX2组成的差模滤波电路，滤除线路中的差模干扰，输出改善后的交流电源。

差模滤波电感和差模电容能够有效地抑制线路中的差模干扰，从而使得电磁兼容电路，能够有效地抑制线路中的传导干扰。

实施例3：

图3示出了本发明实施例提供全桥整流滤波电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该全桥整流滤波电路包括二极管D1、D2、D3、D4和电解电容C1、C2。

二极管D1、D2、D3、D4组成全桥整流，二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D1阴极与二极管D3阴极相连。

二极管D3阳极与二极管D4阴极相连，二极管D4阳极与二极管D2阳极相连。

二极管D1、D2的异极接点与电磁兼容电路1的输出①相连，二极管D3、D4的异极接点与电磁兼容电路1的输出②相连。

电解电容C1正极与二极管D1阴极相连，电解电容C1负极与二极管D4阳极相连。

电解电容C2正极与二极管D1阴极相连，电解电容C2负极与二极管D4阳极相连，电解电容C2正极定义为③，电解电容C2负极定义为④。

当交流输入为正时，①端为正，②端为负，二极管D1、D4承受正向电压导通，二极管D2、D3承受反向电压关断，电流从二极管D1流出，从二极管D4流入，此时，③端为正；

当交流输入为负时，①端为负，②端为正，二极管D2、D3承受正向电压导通，二极管D1、D4承受反向电压关断，电流从二极管D3流出，从二极管D2流入，此时，③端为正。

③端始终为正，交流输入变为脉动的直流输出，直流输出经过电解电容C1、C2进行滤波，消除谐波干扰，改善直流输出。

实施例4：

图4示出了本发明实施例提供的充电电路的主变压器变换电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

主变压器变换电路3包括变压器TF，MOS管Q1，电阻R1、R2、R14，电容C3、电解电容C4、C5，共模电容CY1、二极管D5、D6、D7。

变压器TF包括原边绕组TFA和副边绕组TFB、TFC、TFD。

当MOS管Q1关断时，变压器TF不工作，无电能流出；当MOS管Q1导通时，变压器TF原边绕组TFA开始储能，为上正下负，由于变压器绕组同名端采用反激拓扑结构，副边绕组在正半周时，副边绕组TFB、TFC为上负下正，副边绕组TFD为上正下负，副边绕组中二极管D6、D7均不导通，原边绕组处于储能状态；当储能完毕后，绕组极性反向，变为负半周，同名端极性与正半周相反，原边绕组TFA为上负下正，副边绕组TFB、TFC为上正下负，副边绕组TFD为上负下正，此时二极管D6、D7都导通，副边绕组对输出进行释放能量，副边绕组TFB经二极管D6向电解电容C4充电，副边绕组TFB经二极管D7向电解电容C6充电，当充电达到一定程度，电解电容开始放电，副边绕组有直流电压输出。

主变压器变换电路3接收全桥整流滤波电路2的输出电流后，根据接收的PWM控制信号去控制电路中MOS管Q1的导通及关断时间，去调节变压器储能及释放能量的强弱，从而实现稳压输出。

实施例5：

图5示出了本发明实施例提供的整流滤波电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

整流滤波电路4包括二极管D8、D9，电阻R03、R18、R19，电容C9、电解电容C5。

二极管D8与D9阳极与阳极相连，阴极与阴极相连，二极管D8与D9的共阳接点与变压器TF副边绕组TFC的5端相连，共阴接点定义为输出⑦端，共阴接点还与电解电容C5正极相连，电解电容C5负极接地，电解电容C5负极还与变压器TF副边绕组TFC的6端相连。

电阻R03、R18、R19三个电阻并联，并联支路一端与变压器TF副边绕组TFC的5端相连，另一端经电容C9与电解电容C5正极相连，电阻R03、R18、R19和电容C9组成的电路控制回路的增益。

二极管D8、D9为整流二极管，当变压器TF副边绕组TFC为上负下正时，二极管D8、D9不导通；当变压器TF副边绕组TFC为上正下负时，二极管D8、D9导通，副边绕组TFC经二极管D8、D9向电解电容C5充电，当充电达到一定程度，电解电容开始放电，副边绕组TFC电路有直流电压输出，电解电容C5同时具有滤波作用。

实施例6：

图6示出了本发明实施例提供的反接保护电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该反接保护电路包括MOS管Q2、三极管Q7、电阻R47、R48、R49、R76、R120和二极管D11。

电阻的一端R48与PWM控制电路3的输出⑦相连，另一端与三极管Q7的发射极相连。

电阻R120的一端与三极管Q7的发射极相连，另一端与MOS管Q2的源极相连，MOS管Q2的源极与采样电路5的B点相连。

电阻R47的一端与MOS管Q2的源极相连，另一端与MOS管Q2的栅极相连。

电阻R76的一端与MOS管Q2的栅极相连，另一端与三极管Q7的集电极相连。

二极管D11的阳极与三极管Q7的基极相连，二极管D11的阴极与电阻R49的一端相连。

电阻R49的另一端与MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q2的漏极与充电池的GND端相连。

该电路为触发式电池充电器反接保护电路，在充电器开始工作时候，在输出需要有电池对其进行触发，使三极管Q7和MOS管Q2导通，MOS管Q2导通后，MOS管Q2的漏极始终保持低电平，此时去掉输出电池也能正常工作。

当电池极性接反时，即输出的地线为正电压，此时MOS管Q2的漏极接近于源极，由于二极管D11的串入，二极管D11不导通，三极管Q7也不导通，MOS管Q2的栅极处于一个低电平，从而使MOS管Q2不导通，起到保护充电器的功能。

实施例7：

图7示出了本发明另一实施例提供的反接保护电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该反接保护电路在实施例6提供的反接保护电路的基础上增加了自恢复保险丝PTC。

自恢复保险丝PTC的一端与MOS管Q2的源极相连，另一端与MOS管Q2的漏极相连。

本电路为非触发式电池充电器反接保护电路，在充电器开始工作时候，不需要有电池对其进行触发，而是用自恢复保险丝PTC(例如，自恢复保险丝PTC可以采用自恢复保险丝HR30-600)直接代替了电池触发的方式，使MOS管Q2进行导通。

当输出电池极性接反时，即输出的地线为正电压，此时MOS管Q2的漏极接近于源极，由于二极管D11的串入，二极管D11不导通，PNP三极管Q7也不导通，MOS管Q2的栅极处于一个低电平，从而使MOS管Q2不导通。

当电池反接后，由于反接电流瞬间比较大，使得自恢复保险丝PTC自动关断，起到保护充电器的功能。

自恢复保险丝PTC由于既要满足非触发方式输出供电，又要满足反接保护功能，对其选择很重要，不能选择关断电流过大的自恢复保险丝PTC，需要根据不同的功率输出进行适当选择。

实施例8：

图8示出了本发明实施例提供的采样电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

采样电路6包括电阻R31、R32、R34、R9、R3。

整流滤波电路4的输出⑦端依次经电阻R31、R33、R34到输出⑤端，电阻R33和R34的接点为采集的电压A点，之后输出⑦端经电阻R9与输出⑤端相连，电阻R3与输出⑤端相连，电阻R3另一端为电压B点。

采集电压A点高低由电阻R31、R33、R34的阻值大小决定，A点电压为

倍的输出电压，电压A点将与基准电压进行比较。

实施例9：

图9示出了本发明实施例提供的反馈电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

反馈电路7是以光耦IC2、三端可调电流基准源IC3、运算放大器IC4为核心的电路拓扑。

输出电压采集的电压A点与运算放大器IC4的2脚(Input 1-)相连，三端可调电流基准源IC3阴极经电阻R38与运算放大器IC4的3脚(Input 1+)相连，通过运算放大器IC4，电压A点与三端可调电流基准源IC3的基准电压进行比较，从运算放大器IC4的1脚(Output1)反馈出一个比较信号去拉动光耦IC2提供一个反馈电流，通过光电耦合进行传输光通量，此光通量反馈给控制芯片IC1的引脚，实现信号的反馈。

实施例10：

图10虚线框中示出了本发明实施例提供的PWM控制电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

PWM控制电路8是以控制芯片IC1、光耦IC2为核心的电路拓扑。

控制芯片IC1为PWM电流控制型芯片，其4脚外接电阻R27同内部芯片电容产生一定的振荡频率，使控制芯片IC1的8脚输出一个瞬时方波去驱动MOS管Q1导通，同时控制芯片IC1的2脚接受光耦IC2的反馈信号，通过控制芯片IC1内部控制去调节控制芯片IC1的8脚输出占空比的大小，从而控制MOS管Q1的导通及关断时间，去调节变压器储能及释放能量的强弱，从而实现稳压输出。

实施例11：

本发明实施例提供的充电电路可以应用在电池充电器，以及其他充电电路中，起到保护充电器和充电负载的安全。

本发明实施例采用的反接保护电路串入输出地线上，通过在电池极性反接时MOS管的关断，或自动关断自恢复保险丝PTC，从而起到保护充电器的作用，并且能使电池在长期存放的情况下，具有极低的泄漏电流，使电池在使用上比较长久，解决了充电电池反接时对充电器及电池造成严重损害的问题，以及电池在长期存放下漏电流偏大的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电电路，其特征在于，所述充电电路包括：

电磁兼容电路，用于对交流输入进行高频滤波，消除所述交流输入中的高频干扰；

全桥整流滤波电路，用于将所述电磁兼容电路输出的交流电整流成脉动直流，并对所述脉动直流滤波后输出；

主变压器变换电路，用于接收所述全桥整流滤波电路的输出电流，根据PWM控制信号调节储能和释放电能的强弱，输出电流；

整流滤波电路，用于对所述主变压器变换电路输出的电流进行整流和滤波，输出稳压电流；

反接保护电路，用于接收所述整流滤波电路的稳压电流后输出，在电池极性反接时关断充电通路；

采样电路，用于采集所述反接保护电路输出的电压信号；

反馈电路，用于将所述采样电路输出的电压信号与基准电压比较，产生一反馈电流信号；以及

PWM控制电路，用于根据所述反馈电流信号输出相应的PWM控制信号。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电磁兼容电路包含差模滤波电感和差模电容。

3.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述PWM控制电路采用以电流控制型芯片为核心的电路拓扑。

4.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述反接保护电路包括：MOS管Q2、三极管Q7、电阻R47、R48、R49、R76、R120和二极管D11；

所述电阻R48的一端与所述PWM控制电路的输出相连，另一端与所述三极管Q7的发射极相连；

所述电阻R120的一端与所述三极管Q7的发射极相连，另一端与所述MOS管Q2的源极相连，所述MOS管Q2的源极与所述采样电路相连；

所述电阻R47的一端与所述MOS管Q2的源极相连，另一端与所述MOS管Q2的栅极相连；

所述电阻R76的一端与所述MOS管Q2的栅极相连，另一端与所述三极管Q7的集电极相连；

所述二极管D11的阳极与所述三极管Q7的基极相连，所述二极管D11的阴极与所述电阻R49的一端相连；

所述电阻R49的另一端与所述MOS管Q2的漏极相连，所述MOS管Q2的漏极与充电池的GND端相连。

5.如权利要求4所述的充电电路，其特征在于，所述反接保护电路还包括自恢复保险丝PTC；

所述自恢复保险丝PTC的一端与所述MOS管Q2的源极相连，另一端与所述MOS管Q2的漏极相连。

6.一种充电器，包括有一充电电路，其特征在于，所述充电电路包括：

电磁兼容电路，用于对交流输入进行高频滤波，消除所述交流输入中的高频干扰；

全桥整流滤波电路，用于将所述电磁兼容电路输出的交流电整流成脉动直流，并对所述脉动直流滤波后输出；

主变压器变换电路，用于接收所述全桥整流滤波电路的输出电流，根据PWM控制信号调节储能和释放电能的强弱，输出电流；

整流滤波电路，用于对所述主变压器变换电路输出的电流进行整流和滤波，输出稳压电流；

反接保护电路，用于接收所述整流滤波电路的稳压电流后输出，在电池极性反接时关断充电通路；

采样电路，用于采集所述反接保护电路输出的电压信号；

反馈电路，用于将所述采样电路输出的电压信号与基准电压比较，产生一反馈电流信号；以及

PWM控制电路，用于根据所述反馈电流信号输出相应的PWM控制信号。

7.如权利要求6所述的充电器，其特征在于，所述电磁兼容电路包含差模滤波电感和差模电容。

8.如权利要求6所述的充电器，其特征在于，所述PWM控制电路采用以电流控制型芯片核心的电路拓扑。

9.如权利要求6所述的充电器，其特征在于，所述反接保护电路包括：MOS管Q2、三极管Q7、电阻R47、R48、R49、R76、R120和二极管D11；

所述电阻R48的一端与所述PWM控制电路的输出相连，另一端与所述三极管Q7的发射极相连；

所述电阻R120的一端与所述三极管Q7的发射极相连，另一端与所述MOS管Q2的源极相连，所述MOS管Q2的源极与所述采样电路相连；

所述电阻R47的一端与所述MOS管Q2的源极相连，另一端与所述MOS管Q2的栅极相连；

所述电阻R76的一端与所述MOS管Q2的栅极相连，另一端与所述三极管Q7的集电极相连；

所述二极管D11的阳极与所述三极管Q7的基极相连，所述二极管D11的阴极与所述电阻R49的一端相连；

所述电阻R49的另一端与所述MOS管Q2的漏极相连，所述MOS管Q2的漏极与充电池的GND端相连。

10.如权利要求9所述的充电器，其特征在于，所述反接保护电路还包括自恢复保险丝PTC；

所述自恢复保险丝PTC的一端与所述MOS管Q2的源极相连，另一端与所述MOS管Q2的漏极相连。

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