CN102118016B - 一种充电器保护电路、含有该电路的充电器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种充电器保护电路，所述充电器保护电路连接在充电器的正极输出端与AC/DC转换控制器之间，所述充电器保护电路包括开关管Q1，电压源VCC，二极管D4、负载R及负载R4，所述电压源VCC及二极管D4的正极分别与所述开关管Q1的集电极电连接，所述负载R的一端和负载R4的一端分别与所述开关管Q1的基极电连接，所述负载R4的另一端及开关管Q1的发射极接地；所述负载R的另一端用于连接所述充电器的正极输出端，所述二极管D4的负极用于连接充电器的AC/DC转换控制器；通过以上技术方案，不仅实现对充电器的短路保护，而且也有效避免了对动力电池带来的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及电动车及混合动力车充电领域，尤其涉及一种充电器保护电路及含有该电路的充电器及其控制方法。
背景技术
目前，包括锂离子电池在内的动力电池已经开始逐渐应用于各种车辆，像自行车、轿车及各种运输类车辆，动力电池作为一个驱动车辆运行的重要动力源，其充放电的性能将直接影响车辆的动力性及续航里程。为了方便车辆行驶过程中能够在动力电池馈电的时候及时给动力电池充电，除了靠路边设置的充电系统给动力电池充电外，部分车辆自身内部设置了车载充电器，只要有电源就能实现对车辆动力电池的充电。
而动力电池组具有高达几十伏甚至上百伏、上千伏的电压值和高达几十安时甚至上百安时的高容量。给这种动力电池组充电时，其充电器的输出电压是很高的，如果在充电的过程中出现短路等情况时，就会产生巨大的冲击电流烧坏充电器甚至动力电池组，严重时可能导致充电器产生爆炸。
图1示出了一种车辆动力电池用的传统充电器，该充电器包括AC/DC转换器，与AC/DC转换器电连接的AC/DC转换控制器，及与AC/DC转换控制器电连接的电压采样电路，电压采样电路的另一端与充电器的输出端电连接。
AC/DC转换器用于将充电器接收到的交流电转换为直流电并为动力电池进行充电。
AC/DC转换控制器用于控制AC/DC转换器开启或者停止工作。
电压采样电路用于采集电压Vfb，并将Vfb反馈给AC/DC转换控制器，通过AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器开启或者停止工作；Vfb为AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作时的电压，即当电压采样电路采集到的电压为Vfb时，AC/DC转换控制器才会控制AC/DC转换器正常工作，换句话说，当AC/DC转换器正常工作，电压采样电路采集到的电压始终都为Vfb，只有电压采样电路采集到的电压发生变化而不是Vfb时，AC/DC转换控制器接收到此电压信号后控制AC/DC转换器停止工作，但是在充电器发生短路时，电压采样电路采集到的电压始终都为Vfb，这就不能及时停止AC/DC转换器的工作，从而对充电器造成不可避免的损坏，甚至会损坏正在进行充电的动力电池。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中在充电器给动力电池充电时发生短路而产生损坏充电器或者动力电池的问题，提供一种充电器保护电路，当所述电路接入充电器并在动力电池充电发生短路时，不仅可避免充电器被烧坏的情况发生，而且也不会对动力电池带来损坏，增强了充电器的使用安全性。
一种充电器保护电路，所述充电器保护电路连接在充电器的正极输出端与AC/DC转换控制器之间，所述充电器保护电路包括开关管Q1，电压源VCC，二极管D4、负载R及负载R4，所述电压源VCC及二极管D4的正极分别与所述开关管Q1的集电极电连接，所述负载R的一端和负载R4的一端分别与所述开关管Q1的基极电连接，所述负载R4的另一端及开关管Q1的发射极接地；所述负载R的另一端用于连接所述充电器的正极输出端，所述二极管D4的负极用于连接充电器的AC/DC转换控制器；
所述VCC＞Vfb，Vfb为AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作时的电压；
所述负载R、负载R4满足关系式：
VQ1为开关管Q1的管压降，V为充电器内设的保护电压。
本发明还提供一种充电器，所述充电器包含上述的充电器保护电路，所述充电器包括AC/DC转换器及与其相连的AC/DC转换控制器，所述充电器具有一个正极输出端，和一个接地的负极输出端，所述保护电路连接在充电器的正极输出端与AC/DC转换控制器之间；
所述保护电路包括开关管Q1，电压源VCC，二极管D4、负载R及负载R4，所述电压源VCC及二极管D4的正极分别与所述开关管Q1的集电极电连接，所述负载R的一端和负载R4的一端分别与所述开关管Q1的基极电连接，所述负载R4的另一端及开关管Q1的发射极接地；所述负载R的另一端连接所述充电器的正极输出端，所述二极管D4的负极连接充电器的AC/DC转换控制器；
所述VCC＞Vfb，Vfb为AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作时的电压；
所述负载R、负载R4满足关系式：
VQ1为开关管Q1的管压降，V为充电器内设的保护电压；
所述开关管Q1可以根据所述充电器的输出电压Vout控制电压Vfb的大小从而关断所述AC/DC控制器的工作。
本发明还提供一种上述充电器的控制方法，包括以下步骤：
充电器开始工作，电压采样电路采集到的电压为Vfb，AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作；
保护电路时刻检测充电器的输出电压Vout，并在开关管基极得到基极电压
保护电路根据Vout的大小控制Vfb值的大小从而可以停止AC/DC控制器的工作。
以上技术方案，通过保护电路实时检测充电器的输出电压，当充电器的输出电压小于其充电器的保护电压时，开关管基极的电压小于开关管的管压降，二极管D4导通，控制电压Vfb的值被抬高，从而AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器停止工作，实现对充电器的短路保护，有效增强了充电器的使用安全性，延长了充电器的使用寿命，同时，当充电器对动力电池进行充电发生短路时，不仅可以有效避免充电器被烧坏的情况发生，而且也有效避免了对动力电池带来的损坏。
附图说明
图1是传统充电器的组成结构示意图；
图2是本发明充电器保护电路一种实施例的结构示意图；
图3是本发明充电器一种实施例的电路结构图；
图4是本发明充电器的工作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
图2为本发明充电器保护电路一种实施例的结构示意图，所述充电器保护电路连接在充电器的正极输出端与AC/DC转换控制器之间；
所述充电器保护电路包括开关管Q1，电压源VCC，二极管D4、负载R及负载R4，所述电压源VCC及二极管D4的正极分别与所述开关管Q1的集电极电连接，所述负载R的一端和负载R4的一端分别与所述开关管Q1的基极电连接，所述负载R4的另一端及开关管Q1的发射极接地；所述负载R的另一端用于连接所述充电器的正极输出端，所述二极管D4的负极用于连接充电器的AC/DC转换控制器；
所述VCC＞Vfb，Vfb为AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作时的电压；
所述负载R、负载R4满足关系式：
VQ1为开关管Q1的管压降，V为充电器内设的保护电压。
所述开关管可以为各种具有电压控制端的开关管，如晶体管、PNP管、NPN管、MOS管等；所述开关管Q1具有三个极：基极、集电极和发射极，只有当基极电压达到该开关管Q1的管压降VQ1时，所述开关管Q1才会导通，即当基极电压达到该开关管Q1的管压降VQ1时，所述开关管的集电极和发射极才会导通。所述开关管Q1优选为PNP管或者NPN管。
所述电压源VCC可以是直流电源或者交流电源，当所述电压源为交流电源时，需要接一个AC/DC转换器将交流电转换为直流电，而且可以根据需要在所述电压源VCC与二极管D4之间接入一个电阻，该电阻可以根据电路的需求调节二极管D4正极端的电压，只要能够保证调整后的二极管D4正极端的电压大于电压Vfb即可。为了保证充电器的维修安全性，所述电压源VCC的电压值优选为小于等于人体安全电压36V。
所述二极管D4，当在该二极管D4的两端加一正向电压时，二极管D4导通，当在该二极管D4的两端加一负向电压时，二极管D4截止。
负载R、负载R4、满足关系式：VQ1为开关管Q1的管压降，V为充电器内设的保护电压；当保护电路接入充电器时，晶体管Q1基极的电压V基为
当Vout大于等于充电器内设的保护电压V时，Q1基极的电压V基大于等于开关管Q1的管压降，此时开关管Q1导通；当Vout小于充电器内设的保护电压V时，Q1基极的电压V基小于开关管Q1的管压降，此时开关管Q1截止。
结合图2和图3所示，所述负载R包含三个负载R1、R2和R3，其中R1为一个阻值可进行粗调的负载，R2为一个阻值可进行微调的负载，R3为一个阻值为定值的定值负载，通过这样设置可以通过调节负载R1、R2及R3实现对充电器内设保护电压V的调整，从而可以实现将保护电路应用于不同型号的充电器，优选地，所述三个负载R1、R2、R3串联连接。当然所述负载R也可以包含多个负载。
如图3所示，本发明还提供一种包含上述保护电路的充电器，包括AC/DC转换器及与其相连的AC/DC转换控制器，所述充电器具有一个正极输出端，和一个接地的负极输出端，所述充电器还包括一保护电路，所述保护电路连接在充电器的正极输出端与AC/DC转换控制器之间；
所述保护电路包括开关管Q1，电压源VCC，二极管D4、负载R及负载R4，所述电压源VCC及二极管D4的正极分别与所述开关管Q1的集电极电连接，所述负载R的一端和负载R4的一端分别与所述开关管Q1的基极电连接，所述负载R4的另一端及开关管Q1的发射极接地；所述负载R的另一端连接所述充电器的正极输出端，所述二极管D4的负极连接充电器的AC/DC转换控制器；
所述VCC＞Vfb，Vfb为AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作时的电压；
所述负载R、负载R4满足关系式：
VQ1为开关管Q1的管压降，V为充电器内设的保护电压；
所述开关管Q1可以根据所述充电器的输出电压Vout控制电压Vfb的大小从而关断所述AC/DC控制器的工作。
所述充电器的正极输出端还连接有电压采样电路，所述电压采样电路包括负载R5、R6、R7及电容C3，负载R6、R7与电容C3相互并联后一端接地，另一端与负载R5连接，负载R5的另一端接入充电器的正极输出端，所述AC/DC转换控制器电连接接入负载R5与电容C3的连接点处，从而在充电器正常工作时，在此连接点形成一电压Vfb，AC/DC转换控制器接收到此信号后控制AC/DC转换器开启工作并保持正常工作。在充电器给整个动力电池组进行正常充电的时候，电压采样电路采集的电压一直为Vfb，从而能够保证AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器处于开启状态。
当充电器正常工作时，充电器输出端会输出一电压Vout，电压采样电路采集到的电压为Vfb，将此电压发送给AC/DC转换控制器，从而控制AC/DC转换器处于开启状态，此时，晶体管Q1基极的电压V基为
如果Vout大于等于充电器内设的保护电压V时，此时通过公式
得出的Q1基极的电压V基大于等于开关管Q1的管压降，此时开关管Q1导通，电压源与地连通，电压源直接通过地导通，整个保护电路的工作并不影响电压采样电路的工作状态，即电压采样电路采集的电压Vfb并不会受到保护电路工作状态的影响，其发送给AC/DC转换控制器的电压仍为Vfb，AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器仍然处于开启状态，整个充电器处于正常工作状态。
当充电器工作的时候发生短路时，充电器的输出电压Vout急剧减小，当充电器的输出电压Vout小于充电器内设的保护电压V时，Q1基极的电压V基小于开关管Q1的管压降，此时通过公式
得出的Q1基极的电压V基就小于开关管Q1的管压降，此时开关管Q1截至，由于VCC＞Vfb，二极管D4导通，此时电压源VCC通过二极管D4抬高Vfb的值，这个时候AC/DC转换控制器接收到的电压就不再是原来的电压值Vfb，而是经过保护电路的调控后比原Vfb大的一个电压值，当AC/DC转换控制器接收到此变化后的电压Vfb时，AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器停止工作，从而使整个充电器停止工作，实现充电器短路保护。
以上所述技术方案中，优选地，所述负载R包含三个负载R1、R2和R3，其中R1为一个阻值可进行粗调的负载，R2为一个阻值可进行微调的负载，R3为一个阻值为定值的定值负载，通过这样设置可以通过调节负载R1、R2及R3实现对充电器内设保护电压V的调整，从而可以实现将保护电路应用于不同型号的充电器。当然所述负载R也可以包含多个负载。
下面详述以上所述充电器的控制方法，如图4所示，包括以下步骤：
充电器开始工作，电压采样电路采集到的电压为Vfb，AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作；
保护电路时刻检测充电器的输出电压Vout，并在开关管Q1的基极得到一电压V基；其中
如果Vout≥V，V为充电器内设的保护电压，则V基≥VQ1，开关管Q1导通，电压源VCC导通接地，此时整个保护电路的工作并不影响电压保护电路的工作状态，即电压采样电路采集的电压Vfb并不会受到保护电路工作状态的影响，其发送给AC/DC转换控制器的电压仍为Vfb，AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器仍然处于正常工作，即开启状态，整个充电器处于正常工作状态。
如果Vout＜V，则V基＜VQ1，开关管Q1截止，由于VCC＞Vfb，二极管D4导通，此时电压源VCC通过二极管D4抬高Vfb的值，这个时候AC/DC转换控制器接收到的电压就不再是原来的电压值Vfb，而是经过保护电路的调控后比原Vfb大的一个电压值，当AC/DC转换控制器接收到此变化后的电压Vfb时，AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器停止工作，从而使整个充电器停止工作，充电器实现短路保护。
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 (14)
1.一种充电器保护电路，其特征在于，所述充电器保护电路连接在充电器的输出端与AC/DC转换控制器之间；
所述充电器保护电路包括开关管Q1，电压源VCC，二极管D4、负载R及负载R4，所述电压源VCC及二极管D4的正极分别与所述开关管Q1的集电极电连接，所述负载R的一端和负载R4的一端分别与所述开关管Q1的基极电连接，所述负载R4的另一端及开关管Q1的发射极接地；所述负载R的另一端用于连接所述充电器的正极输出端，所述二极管D4的负极用于连接充电器的AC/DC转换控制器的电压Vfb输入处；
所述电压源VCC＞电压Vfb，电压Vfb为AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作时的电压；
所述负载R、负载R4满足关系式： ，
为开关管Q1的管压降，V为充电器内设的保护电压。
2.根据权利要求1所述的充电器保护电路，其特征在于，所述负载R包括一个阻值可进行粗调的负载R1，一个阻值可进行微调的负载R2和一个阻值为定值的负载R3，所述负载R1、负载R2、负载R3串联连接。
3.根据权利要求1所述的充电器保护电路，其特征在于，所述开关管Q1为NPN管或者PNP管。
4.根据权利要求1所述的充电器保护电路，其特征在于，所述电压源VCC为直流电压源。
5.根据权利要求4所述的充电器保护电路，其特征在于，所述电压源VCC的电压值小于等于36V。
6.一种充电器，包括AC/DC转换器及与其相连的AC/DC转换控制器，所述充电器具有一个正极输出端，和一个接地的负极输出端，其特征在于，所述充电器还包括权利要求1-5任意一项所述的保护电路，所述保护电路连接在充电器的正极输出端与AC/DC转换控制器之间；所述开关管Q1可以根据所述充电器的正极输出电压Vout控制电压Vfb的大小从而关断所述AC/DC控制器的工作。
7.根据权利要求6所述的充电器，其特征在于，所述充电器的正极输出端还连接有电压采样电路，所述电压采样电路包括负载R5、R6、R7及电容C3，负载R6、R7与电容C3相互并联后一端接地，另一端与负载R5连接，负载R5的另一端接入充电器的正极输出端，所述AC/DC转换控制器电连接接入负载R5与电容C3的连接点上。
8.根据权利要求6所述的充电器，其特征在于，当正极输出电压Vout≥V时，
≥
，开关管Q1导通，其中
为开关管Q1基极的电压。
9.根据权利要求6所述的充电器，其特征在于，当正极输出电压Vout＜V时，
＜
，开关管Q1截止，其中
为开关管Q1基极的电压。
10.根据权利要求8或9所述的充电器，其特征在于，所述
=
。
11.根据权利要求9所述的充电器，其特征在于，当所述开关管Q1截止时，二极管D4导通，电压源VCC通过二极管D4抬高电压Vfb。
12.一种用于权利要求6所述的充电器的控制方法，其中，包括以下步骤：
充电器开始工作，电压采样电路采集到的电压为电压Vfb，AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器正常工作；
保护电路时刻检测充电器的正极输出电压Vout，并在开关管基极得到基极电压
=
；
保护电路根据正极输出电压Vout的大小控制电压Vfb值的大小从而可以停止AC/DC控制器的工作。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，当正极输出电压Vout≥V，则
≥
，开关管Q1导通，电压源VCC导通接地，整个充电器处于正常工作状态。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，当正极输出电压Vout＜V时，则
＜，开关管Q1截止，二极管D4导通，电压源VCC通过二极管D4抬高电压Vfb的值， AC/DC转换控制器控制AC/DC转换器停止工作，充电器处于短路保护状态。
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