CN101933213B - 电池充电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池充电电路，其具有：将发电机(1)输出的三相交流电压整流形成为电池(B)充电的充电电压的整流电路(2)、检测电池(B)的电压是否达到一定电压以上的电压检测电路(4)、在OFF状态下通过整流电路(2)为电池(B)充电，在ON状态下通过整流电路(2)使发电机(1)短路的开关电路(3)、通过电压检测电路(4)检测到电池(B)的电压达到一定电压以上时使开关电路(3)进入ON状态的开关控制电路(5)、以及使开关控制电路(5)继续进行使开关电路(3)维持在OFF状态的控制的控制电路(6)。

Description

电池充电电路
技术领域
本发明涉及一种整流交流电压为电池充电的电池充电电路。 
本申请主张对于2008年2月6日提出的专利申请2008-26818号的优先权，并引用其内容。 
背景技术
图3是表示以往的电池充电电路(例如专利文献1)的结构的电路图。图4A是发电机的电流波形、图4B是发电机的电压波形。下面参照图3、图4A及图4B，对以往的电池充电电路的动作进行说明。 
下面对电池B的电压VB较小(电池B充电不足)时、具体是对电压VB低于由稳压二极管ZD1的降伏电压决定的一定电压时的电路动作进行说明。在电压检测电路4中，流向稳压二极管ZD1的反方向(从电池B的正极侧至负极侧)的电流已不能流动。因此，晶体管Q1的基极-发射极间没有电流流动，晶体管Q1进入OFF状态。这时，在开关控制电路5中，晶体管Q2的基极-发射极间也没有电流流动，所以晶体管Q2也进入OFF状态。在开关电路3中，各闸流晶体管S1～S3由于栅电流为0，因此也进入OFF状态(从正极到负极没有电流流动的状态)。随之，发电机1输出的三相交流电压由整流电路2的各二极管D1～D6进行整流，并将整流后的电压作为充电电压对电池B进行充电(图4B)。 
接着，对电池B被充了足够的电后，其电压VB大于上述一定电压时的电路动作进行说明。在电压检测电路4中，电流从电池B向稳 压二极管ZD1的反方向流动。由此，晶体管Q1进入ON状态。这样，在开关控制电路5中，晶体管Q2的基极-发射极间有了电流流动，晶体管Q2也进入ON状态。在开关电路3中，栅电流通过晶体管Q2及电阻R1～R3在各闸流晶体管S1～S3中流动，所以各闸流晶体管S1～S3也进入ON状态(电流从正极向负极流动的状态)。随之，在发电机1中，三相的各相通过二极管D4～6被短路，从而电池B进入非充电状态。 
专利文献1：日本特许公开平10-70851号公报 
在分别与各三相对应设置的3个闸流晶体管S1～S3中，与ON状态的闸流晶体管相连接的相(短路相)和与OFF状态的闸流晶体管相连接的相(充电相)的阻抗不同。因此，如图4A所示，仅在短路相(图4A中的U相)的经路上有较大的电流流动，充电相(图4A中的V相、W相)的经路上有较小的电流流动。因此，三相间的电流会出现偏颇。即使将ON状态的闸流晶体管控制在OFF状态，闸流晶体管在变换至OFF时也需要一定的时间。因此，该闸流晶体管在实际进入OFF状态之前，可能会发生开始被切换至下一个ON状态的控制。如果出现这种状况，有较大电流流动的短路相(图4A中的U相)的闸流晶体管则依然处于ON状态，而仅有较小的电流流动的充电相(图4A中的V相、W相)的闸流晶体管依然处于OFF状态。即，仅使用只有较小电流流动的相(图4A中的V相、W相)为电池B充电时，会存在无法有效地为电池B充电的问题。 
鉴于上述问题，本发明的目的在于，使对电池的充电状态与非充电状态进行转换的开关电路能够可靠地进行转换，从而提供一种可以有效地为电池充电的电池充电电路。 
发明内容
本发明的第1形态是电池充电电路，其特征在于，具有：将发电机输出的具有U、V、W三相的交流电压整流形成为电池充电的充电电压的整流电路；检测所述电池的电压是否达到一定电压以上的电压检测电路；在OFF状态下通过所述整流电路使所述电池充电、在ON状态下通过所述整流电路使所述发电机短路的开关电路；所述开关电路中含有与所述U、V、W三相对应连接的晶体管S1、S2、S3；通过所述电压检测电路检测出所述电池的电压达到一定电压以上时，使所述开关电路进入ON状态的开关控制电路；以及将所述开关电路从ON状态转换至OFF状态并使其保持在OFF状态的控制电路，其中，所述控制电路具有在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入ON状态的控制时被充电、在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入OFF状态的控制时放电的第1电容器，所述第1电容器的一端通过一个二极管与所述晶体管S1、S2、S3相连接，并控制所述晶体管S1、S2、S3从ON状态转换至OFF状态，并且持续OFF的状态，所述电压检测电路具有第1晶体管，该第1晶体管基于所述第1电容器的放电，其基极为反偏压；第2电容器，该第2电容器被并联连接在所述第1晶体管的基极与发射极之间，一端与所述第1电容器相连接，另一端与所述电池相连接，所述开关控制电路具有第2晶体管，该第2晶体管的基极与所述第1晶体管的集电极相连接，根据其集电极电流对所述开关电路的ON状态及OFF状态进行控制，所述第1电容器被设置在所述第2晶体管的集电极和所述第1晶体管的基极之间。 
本发明的第2形态是电池充电电路，其特征在于，具有：将发电机输出的具有U、V、W三相的交流电压整流形成为电池充电的充电电压的整流电路；检测所述电池的电压是否达到一定电压以上的电压检测电路；在OFF状态下通过所述整流电路使所述电池充电、在ON状态下通过所述整流电路使所述发电机短路的开关电路；所述开关电路中含有与所述U、V、W三相对应连接的晶体管S1、S2、S3；通过所述 电压检测电路检测出所述电池的电压达到一定电压以上时，使所述开关电路进行ON状态的开关控制电路；以及当所述开关电路为ON状态时使其保持在ON状态、为OFF状态时使其保持在OFF状态的控制电路，其中，所述控制电路具有在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入ON状态的控制时被充电、在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入OFF状态的控制时放电的第1电容器，所述第1电容器的一端通过一个二极管与所述晶体管S1、S2、S3相连接，并控制所述晶体管S1、S2、S3从ON状态转换至OFF状态，并且持续OFF的状态，所述电压检测电路具有第1晶体管，该第1晶体管基于所述第1电容器的放电，其基极为反偏压；第2电容器，该第2电容器被并联连接在所述第1晶体管的基极与发射极之间，一端与所述第1电容器相连接，另一端与所述电池相连接，所述开关控制电路具有第2晶体管，该第2晶体管的基极与所述第1晶体管的集电极相连接，根据其集电极电流对所述开关电路的ON状态及OFF状态进行控制，所述第1电容器被设置在所述第2晶体管的集电极和所述第1晶体管的基极之间。 
通过本发明，将开关电路转换为OFF状态的控制会持续进行，所以在该控制持续的过程中可以可靠地从ON状态转换至OFF状态。这样就可以防止因开关电路一直处于ON状态、仅通过较小电流的相为电池充电的状况的发生，从而可以提高为电池充电的效率。 
附图说明
图1是表示本发明实施方式一的电池充电电路的结构的电路图； 
图2A是表示在图1的结构中发电机的电流波形的示意图； 
图2B是表示在图1的结构中发电机的电压波形的示意图； 
图3是表示相关技术中电池充电电路的结构的电路图； 
图4A是表示图3的结构中发电机的电流波形的示意图； 
图4B是表示图3的结构中发电机的电压波形的示意图。 
符号说明
1…发电机  2…整流电路  3…开关电路  4…电压检测电路5…开关控制电路  6…控制电路  B…电池  D1～D8…二极管S1～S3…闸流晶体管  ZD1～ZD2…稳压二极管  Q1～Q2…晶体管R1～R10…电阻  C1～C3…电容器 
具体实施方式
实施方式一
下面参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。 
图1是表示本发明实施方式一的电池充电电路的结构的电路图。电池充电电路具有：将发电机1输出的三相(U相、V相、W相)交流电压整流形成为电池B充电的充电电压的整流电路2、检测所述电池B的电压是否已达到一定电压以上的电压检测电路4、在OFF状态下通过所述整流电路2使所述电池B充电，在ON状态下通过所述整流电路2使所述发电机1短路的开关电路3、当通过所述电压检测电路4检测出所述电池B的电压达到一定电压以上时，使所述开关电路3进入ON状态的开关控制电路5、以及当所述开关电路3为ON状态时使其保持在ON状态，在OFF状态时使其保持在OFF状态的控制电路6。 
为向电池B充电，发电机1产生由U相、V相、W相构成的三相交流电压。 
整流电路2由二极管D1～D6构成。二极管D1的正极及二极管 D4的负极与发电机1的U相相连接、二极管D2的正极及二极管D5的负极与发电机1的V相相连接、二极管D3的正极及二极管D6的负极与发电机1的W相相连接。二极管D1～D3的负极与电池B的正极相连接、二极管D4～D6的负极与电池B的负极相连接。 
开关电路3由闸流晶体管S1～S3及电阻R1～R3构成。各闸流晶体管S1～S3的正极分别与发电机1的U相、V相、W相相连接，其负极分别与二极管D4～D6的正极共同连接。各闸流晶体管S1～S3的门(gate)分别与电阻R1～R3的一端连接，这些电阻R1～R3的另一端与开关控制电路5及控制电路6共同连接。 
电压检测电路4是由负极与电池B的正极连接的稳压二极管ZD1、正极与稳压二极管ZD1的正极连接的二极管D7、一端与二极管D7的负极连接的电阻R4、基极与电阻R4的另一端连接且发射极与电池B的负极连接的晶体管Q1、以及在晶体管Q1的基极-发射极之间并列连接的电阻R5及电容器C2构成的。晶体管Q1的集电极与开关控制电路5连接。 
开关控制电路5是由一端与晶体管Q1的集电极连接的电阻R6、基极与电阻R6的另一端连接且发射极与电池B的正极连接的晶体管Q2、在晶体管Q2的基极-发射极之间并列连接的电阻R7及电容器C3构成的。晶体管Q2的集电极与开关电路3的电阻R1～R3以及控制电路6相连接。 
控制电路6由电容器C1、二极管D8、稳压二极管ZD2、以及电阻R8～R10构成。电容器C1设置在晶体管Q2的集电极与晶体管Q1的基极之间。二极管D8设置在晶体管Q2与电容器C1之间，其正极与晶体管Q2的集电极相连接。电容器C1与二极管D8之间设置有电 阻R8、电容器C1与晶体管Q1的基极之间设置有电阻R9。稳压二极管ZD2的负极与电容器C1和电阻R8的连接点相连接，正极与电池B的负极相连接。电阻R10与稳压二极管ZD2并列连接。 
下面参照图2A及图2B所示的发电机1的电流及电压波形，对上述结构的电池充电电路的动作进行说明。 
下面对电池B的电压VB较小(电池B充电不足)时、具体是对电压VB低于由稳压二极管ZD1的降伏电压决定的一定电压时的电路动作进行说明。在电压检测电路4中，流向稳压二极管ZD1的反方向(从电池B的正极侧至负极侧)的电流已不能流动。因此，晶体管Q1的基极-发射极间没有电流流动，晶体管Q1进入OFF状态。这时，在开关控制电路5中，晶体管Q2的基极-发射极间也没有电流流动，所以晶体管Q2也进入OFF状态。在开关电路3中，各闸流晶体管S1～S3由于栅电流为0，因此也进入OFF状态(从正极到负极没有电流流动的状态)。随之，发电机1输出的三相交流电压由整流电路2的各二极管D1～D6进行整流，并将整流后的电压作为充电电压对电池B进行充电(图2B的充电期间)。即，图2A的U相电流通过二极管D1、电池B、二极管D5流动，图2A的V相电流通过二极管D2、电池B、二极管D6流动，图2A的W相电流通过二极管D3、电池B、二极管D4流动。这样，通过被整流后的充电电压为电池B充电。 
接着，对电池B被充了足够的电后，其电压VB大于上述的一定电压时的电路动作进行说明。在电压检测电路4中，电流从电池B向稳压二极管ZD1的反方向流动。由此，晶体管Q1进入ON状态。这样，在开关控制电路5中，晶体管Q2的基极-发射极间有了电流流动，晶体管Q2也进入ON状态。在开关电路3中，栅电流通过晶体管Q2 及电阻R1～R3在各闸流晶体管S1～S3中流动，所以各闸流晶体管S1～S3也进入ON状态(从正极到负极有电流流动的状态)。随之，在发电机1中，图2A的U相通过闸流晶体管S1、二极管D5被短路、图2A的V相通过闸流晶体管S2、二极管D6被短路，图2A的W相通过闸流晶体管S3、二极管D4被短路。从而电池B进入非充电状态(图2B的非充电期间)。 
另外，如上所述，晶体管Q2进入ON状态后，流经其发射极-集电极间的电流的一部分通过二极管D8流入控制电路6。通过该流入的电流，控制电路6的电容器C1被充电。电容器C1被充电后，电压检测电路4的晶体管Q1由于基极电位保持在较高电位，因此可以持续ON的状态，从而开关控制电路5的晶体管Q2也持续ON的状态。这时，各闸流晶体管S1～S3在发电机1的交流电压为负电压时会暂时进入OFF状态，但由于晶体管Q2持续在ON的状态、栅电流在流动，当发电机1的交流电压变为正电压的时候，各闸流晶体管S1～S3会再次恢复为ON的状态。这样，控制各闸流晶体管S1～S3持续在ON的状态，使电池B的非充电状态在一定期间内持续(图2B的非充电期间)。 
随后，电池B的电力由图中未标示的外部电路等消耗，其电压VB再次低于上述的一定电压时，电流不再向稳压二极管ZD1的反方向流动。由此，电压检测电路4的晶体管Q1进入OFF状态，开关控制电路5的晶体管Q2也进入OFF状态。因此，控制电路6的电容器C1将上述充电的电荷放电，使电压检测电路4的晶体管Q1的基极形成反偏压。在该状态下，即使电流再次向稳压二极管ZD1的反方向流动，由于基极为反偏压，晶体管Q1的OFF状态依然会持续。因而开关控 制电路5的晶体管Q2也持续OFF状态。随之，可以充分确保各闸流晶体管S1～S3的栅电流为0的期间，所以各闸流晶体管S1～S3在该期间能多可靠地转换至OFF状态。随后，由于晶体管Q2持续OFF的状态，因而各闸流晶体管S1～S3也持续OFF的状态。这样，就能够控制各闸流晶体管S1～S3，使其在电压检测电路4的晶体管Q1的基极为反偏压的期间内、即控制电路6的电容器C1进行放电的期间内，从ON状态转换至OFF状态，并且持续OFF的状态。在该OFF状态的持续期间，通过上述同样的动作进行电池B的充电。 
这样，由于在电容器C1进行放电的期间，晶体管Q2持续OFF的状态，所以各闸流晶体管S1～S3能够在该期间可靠地转换至OFF状态。从而可以防止出现因各闸流晶体管S1～S3一直处于ON状态而使电池B无法充电的状况。 
以上参照附图对本发明的一个实施方式进行了详细说明，但本发明的具体结构并不以此为限，在不脱离本发明主旨的范围内还可以进行各种设计变更等。 
例如，开关电路3中，可以使用基于MOSFET以及IGBT等晶体管的开关元件替代闸流晶体管S1～S3等。 
产业上的可应用性
在上述实施方式中，是以交流三相的电池充电电路为例进行说明的，另外本发明还可应用于交流三相发电机的电压稳定电路等。 

Claims (2)

1.一种电池充电电路，具有：
将发电机输出的具有U、V、W三相的交流电压整流形成为电池充电的充电电压的整流电路；
检测所述电池的电压是否达到一定电压以上的电压检测电路；
在OFF状态下通过所述整流电路使所述电池充电、在ON状态下通过所述整流电路使所述发电机短路的开关电路，该开关电路中含有与所述U、V、W三相对应连接的晶体管S1、S2、S3；
通过所述电压检测电路检测出所述电池的电压达到一定电压以上时，使所述开关电路进入ON状态的开关控制电路，
其特征在于，还具有：将所述开关电路从ON状态转换至OFF状态并使其保持在OFF状态的控制电路，
其中，
所述控制电路具有在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入ON状态的控制时被充电、在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入OFF状态的控制时放电的第1电容器，该第1电容器控制所述晶体管S1、S2、S3同时从ON状态转换至OFF状态，并且持续OFF的状态，
所述电压检测电路具有第1晶体管，该第1晶体管基于所述第1电容器的放电，其基极为反偏压；第2电容器，该第2电容器被并联连接在所述第1晶体管的基极与发射极之间，一端与所述第1电容器相连接，另一端与所述电池相连接，
所述开关控制电路具有第2晶体管，该第2晶体管的基极与所述第1晶体管的集电极相连接，根据其集电极电流对所述开关电路的ON状态及OFF状态进行控制，
所述第1电容器被设置在所述第2晶体管的集电极和所述第1晶体管的基极之间。
2.一种电池充电电路，具有：
将发电机输出的具有U、V、W三相的交流电压整流形成为电池充电的充电电压的整流电路；
检测所述电池的电压是否达到一定电压以上的电压检测电路；
在OFF状态下通过所述整流电路使所述电池充电、在ON状态下通过所述整流电路使所述发电机短路的开关电路，该开关电路中含有与所述U、V、W三相对应连接的晶体管S1、S2、S3；
通过所述电压检测电路检测出所述电池的电压达到一定电压以上时，使所述开关电路进行ON状态的开关控制电路，
其特征在于，还具有：当所述开关电路为ON状态时使其保持在ON状态、为OFF状态时使其保持在OFF状态的控制电路，
其中，
所述控制电路具有在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入ON状态的控制时被充电、在所述开关控制电路进行使所述开关电路进入OFF状态的控制时放电的第1电容器，该第1电容器控制所述晶体管S1、S2、S3同时从ON状态转换至OFF状态，并且持续OFF的状态，
所述电压检测电路具有第1晶体管，该第1晶体管基于所述第1电容器的放电，其基极为反偏压；第2电容器，该第2电容器被并联连接在所述第1晶体管的基极与发射极之间，一端与所述第1电容器相连接，另一端与所述电池相连接，
所述开关控制电路具有第2晶体管，该第2晶体管的基极与所述第1晶体管的集电极相连接，根据其集电极电流对所述开关电路的ON状态及OFF状态进行控制，
所述第1电容器被设置在所述第2晶体管的集电极和所述第1晶体管的基极之间。
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