CN102386661A - 便携式光电仪器用通电和充放电设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种便携式光电仪器用通电和充放电设备，包括DC/AC逆变电路、第一整流滤波电路、无源PFC电路、DC/DC变换电路、PWM脉宽调制电路、第二整流滤波电路、通电电路、单片机控制电路、操作显示电路、放电电路和保护电路等部分。本发明主要应用于各种便携式光电仪器的通电保养，以及光电仪器配用镍镉、镍氢、锂电池的充电和放电，可将各种便携式光电仪器的稳压电源和充电设备的主要功能有机整合，使之集仪器通电、电池充电和放电等功能于一体，由此大大提高了便携式光电仪器所用保障设备的集成化程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流或交流功率输入变换为直流功率输出的电力变换装置，具体地说是一种便携式光电仪器用通电和充放电设备。
背景技术
便携式光电仪器主要包括微光夜视仪、激光测距机和红外热像仪等，是用于执行观察、测量、瞄准等功能的光电仪器。这类光电仪器所配用的电池一般为镍镉、镍氢、锂电池等。当电池电量耗尽时，需利用充电机对电池进行充电；在电池损坏的情况下，要利用外接的稳压电源，为便携式光电仪器提供工作所需的额定电压。
为了保证便携式光电仪器的正常使用，就需要配备不同型号的充电机和稳压电源，而各型充电设备和稳压电源的功能单一，互用性差，重复设置又造成购置及维护成本高、维护保障负担重以及管理和使用不便等问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种便携式光电仪器用通电和充放电设备，以解决使用便携式光电仪器存在的充电设备和稳压电源配置多、负担重、成本高和使用维护不便的问题。
本发明是这样实现的：一种便携式光电仪器用通电和充放电设备，包括有：
DC/AC逆变电路，与第一整流滤波电路相接，用于将车载直流电源转换成设备所需的交流输入电源；
第一整流滤波电路，分别与所述DC/AC变换电路和无源PFC电路相接，用于对外部输入的或逆变得到的交流电源进行一次整流滤波；
无源PFC电路，分别与所述第一整流滤波电路和DC/DC变换电路相接，用于对整流滤波后的直流电进行功率因数校正，使成高压直流电；
DC/DC变换电路，分别与所述无源PFC电路、PWM脉宽调制电路和单片机控制电路相接，用于将所接收的高压直流电转换成低压直流电；
PWM脉宽调制电路，分别与所述DC/DC变换电路、第二整流滤波电路和单片机控制电路相接，用于将所接收的低压直流电调制成高频交流电；
第二整流滤波电路，分别与所述PWM脉宽调制电路和通电电路相接，用于对输入的高频交流电进行二次高频整流滤波，使成电压可变的平滑直流电；
通电电路，与第二整流滤波电路相接，用于连接光电仪器，对其进行通电操作；
单片机控制电路，分别与所述DC/DC变换电路、所述PWM脉宽调制电路、放电电路和操作显示电路相接，用于进行通电、放电或充电工作状态的选定，并根据不同的光电仪器，调整通电或充电所需直流输出电压的高低；
操作显示电路，与所述单片机控制电路相接，用于人机对话，确定设备工作状态；以及
放电电路，与所述单片机控制电路相接，用于对光电仪器上的电池进行放电操作。
在上述结构的基础上，本发明还包括有保护电路，与所述单片机控制电路相接，用于对单片机控制电路进行过流、过压或欠压保护。
本发明采用高频开关电源作为主电路，以单片机控制电路作为控制单元；主电路由AC220V交流电直接经第一整流滤波电路进行一次整流滤波，再经无源PFC电路的功率因数校正后，得到高压直流电；经DC/DC变换电路转化成低压直流电后，再经PWM脉宽调制电路进行脉宽调制而成高频交流；最后经第二整流滤波电路的二次高频整流滤波后，得到平滑电压可变的直流电，实现输出电压从低电压到高电压的无级调节，从而满足了不同种类及不同型号的光电仪器所需不同电压等级的充电和通电工作的使用需要。
单片机控制电路是由ATMEGA16单片机、运算放大器、A/D和D/A转换电路等组成，主要对输出电压、电流进行采集，实施A/D和D/A转换，对电池的充放电状况进行监控，依据内部数据进行管理和控制。首先，将取样的电压电流信号经A/D转换电路转换成数字信号，经单片机运算处理后，通过D/A转换电路转换成模拟信号，由运算放大器给出控制信号进行比较后，再送至PWM脉宽调制电路，改变脉宽的占空比，完成充电、放电和稳压过程的控制，同时输出运行状态信息到操作显示电路，实时显示本设备的工作情况。
本发明通过设置DC/AC逆变电路，可实现DC24V向 AC220V的转换，以作为本设备的工作电源，满足设备在无AC220V情况下的野外环境中使用。
本发明电池充放电操作所用的电池夹持装置是在一端密封的筒状金属壳体的开口端螺纹连接有端盖，在所述壳体的密封端内设置有作为电池负极接触端的弹性体，在所述端盖的内端面中心部设置有与端盖绝缘的接触电极，所述电缆线穿过所述端盖，分别与所述端盖和所述接触电极电连接。
这种电池夹持装置构成了一种可调式的电池盒，因为设置在壳体内的作为电池负极接触端的弹性体具有较大的弹性伸缩量，这样就可在装入电池并将端盖扣接在壳体开口端之后，使电池正极与端盖内侧的接触电极保持密切接触，由此即可满足对不同长度和粗细电池的稳定夹持，实现了对不同型号的电池进行充放电的电池夹持要求。
本发明主要应用于各种便携式光电仪器的通电保养，以及光电仪器配用镍镉、镍氢、锂电池的充电和放电，可将各种便携式光电仪器的稳压电源和充电设备的主要功能有机整合，使之集仪器通电、电池充电和放电等功能于一体，由此大大提高了便携式光电仪器所用保障设备的集成化程度。
本发明通电和充放电设备既可在光电仪器配用电池电量不足的情况下，利用光电仪器的外接接口，通过配套电缆与本设备的连接，完成通电操作和通电保养；也可通过外接可调式的电池夹持装置装配光电仪器配用的镍镉、镍氢或锂电池，对各种电池进行充电或放电激活操作，由此将便携式光电仪器的通电保养、通电保障和所配用电池的充电、放电等功能有机结合在一起。本发明功能强大，自动化和集成化程度高，便于操作和掌握，减轻了便携式光电仪器的维护保障负担，对确保便携式光电仪器的正常使用具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图。
图2是单片机控制电路电路的电原理图。
图3是可调式电池盒的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明便携式光电仪器用通电和充放电设备包括DC/AC逆变电路1、第一整流滤波电路2、无源PFC电路3、DC/DC变换电路4、PWM脉宽调制电路5、第二整流滤波电路6、通电电路7、单片机控制电路8、操作显示电路9、放电电路10和保护电路11等部分。
在第一整流滤波电路2上分设有AC220V电源输入端和逆变电源输入端，逆变电源输入端与DC/AC逆变电路1的输出端相接。DC/AC逆变电路1用于将车载直流电源转换成设备所需的交流输入电源。DC/AC逆变电路是采用常规电路搭接构成，输出AC220V50Hz交流电，并由功率变压器隔离升压至AC220V+10%输出到系统中。
本发明是由第一整流滤波电路2、无源PFC电路3、DC/DC变换电路4 、PWM脉宽调制电路5和第二整流滤波电路6依次串接，构成主电路；由单片机控制电路8和操作显示电路9构成控制单元。
在主电路的第二整流滤波电路6上设有两路输出端，一路连接通电电路7，以实现对便携式光电仪器的通电保养和通电保障；另一路用于外接充放电的电池负载。
控制单元中的单片机控制电路8分别与DC/DC变换电路4、PWM脉宽调制电路5和放电电路8相接，以根据用户的设置，控制DC/DC变换电路4实现高压直流电向低压直流电的变换，控制PWM脉宽调制电路5实现低压直流电向高频交流电的调制，控制主电路与放电电路10一道对电池负载进行放电操作。放电电路10的主要器件是采用大功率铝壳电阻，电池负载通过大功率MOSFET器件进行脉宽调制式的放电操作。
操作显示电路9与单片机控制电路8相接，作为人机对话单元，用于向单片机控制电路8输入本设备进行通电、放电或充电的工作状态的选项，并输入不同工作对象的代码，以使单片机根据不同的光电仪器的需要，自行调整通电或充电所需直流输出电压的高低。操作显示电路9由薄膜按键、发光二极管、全中文液晶显示器等组成，液晶显示器为4行8列中文点阵屏。单片机将数据通过并行通信口接收，发送显示器工作情况给控制系统，按照响应的操作步骤，操作显示电路9完成充电、放电和稳压功能的选择、电池种类的选择、电池和直流供电电压等级的选择，并实时显示电压、电流、容量及故障信息等内容。
如图2所示，单片机控制电路8的一种具体实现方式，是由ATMEGA16单片机、运算放大器等器件连接组成。ATMEGA16单片机的内部自带有A/D转换器和D/A转换器；ATMEGA16单片机的工作频率为0～16MHz；16K字节的系统内可编程Flash，1K字节的片内SRAM；8路10位ADC，ATMEGA16单片机工作电源为DC5V，运算放大器的电源为DC15V。ATMEGA16单片机的PA5端口为电压A/D采集口，PA6端口为充电/通电电流的A/D采集口，PA7端口为放电电流的A/D采集口；每个端口信号都经过电容滤波、经由运放（U3A、U3B、U2A）组成的跟随器和电位器（RP1、RP2、PR3）的调节。继电器（j5、j6、j7）分别驱动采用光耦器件，与继电器线圈相隔离。
图1中，在单片机控制电路8上还接有保护电路11，该保护电路由过压、过流、过放、欠压及过热等电路环节组成，用于对单片机控制电路8进行过流、过压、过放、过热或欠压保护。其中，过压、过流、过放和欠压保护是由单片机软件与外设硬件共同完成；过热保护是由保护电路11或驱动控制芯片（MOSFET驱动器）完成，同时用风机及时冷却。
如图3所示，本发明所用的可调式电池盒是在一端密封的筒状壳体21的开口端螺纹连接有端盖22，在壳体21的密封端内设置有作为电池正极接触端的金属弹片，在壳体21的开口端上设置有金属环23，金属环23与金属弹片电连接；在端盖22的内部设置有作为电池负极接触端的弹性金属凸起24，在端盖22的侧壁上设置有与壳体21上的金属环23相接触的环圈25，电缆线26穿过端盖22，分别与端盖内的弹性金属凸起24和环圈25电连接。
本发明所用的配套电缆包括有24芯、9芯、7芯、3芯、2芯和3个1芯电缆共8种航空电缆及配接的插座，可利用光电仪器外接接口对光电仪器进行通电保养。
本发明的工作过程如下：
一、在利用本发明对便携式光电仪器进行通电保养时，可利用不同类型的通电电缆将本设备与需要通电的仪器进行可靠连接，然后接通交流电源，进入显示器主界面，首先显示设备名称，3秒后转入待机状态。点击“菜单”键进入电池电压设定界面，当前电压为通电模式下的设备输出电压，选择输出电压等级，如对某型光电仪器进行通电保养，需要12V稳压输出，移动光标到12V后确定。点击“菜单”键进入电池容量设置界面，当前的工作模式为通电模式，选择“电池电压”。点击“菜单”键进入通电时间设置界面，选择所需要的通电时间。通电时间最大设定为50min，在通电时间达到预设时间后，通电设备将自动断电，结束通电保养过程。
二、在利用通电设备进行通电保障时，不需要设定通电时间，这时选择“通电”选项。再次点击菜单键，进入功能设置界面，选择通电模式。再次点击菜单键，进入数据保存界面，数据保存。按下“运行”键，设备以通电模式运行，界面显示当前通电电压12V。待用户需关停通电设备时，可按下“取消”键，通电保障过程结束。
三、在利用本发明对光电仪器的电池进行充电时，有3V、6V、12V、24V共4个电压等级可供选择。先将待充电电池放入可调式电池盒内，利用充电电缆接好电池盒与设备之间的航空插座，然后将设备上的交流电源插座接上220V电源，合上电源开关。进入操作主界面，首先显示设备名称，3秒后自动转入待机界面。点击“菜单”键进入电池电压设定界面，选择电池标称电压，点击“菜单”键，进入电池容量设置界面，选择相配的电池容量。点击“菜单”键，进入功能设置界面，充电功能有2.5小时的快充和5小时的慢充两个工作模式。移动光标选择快充或慢充模式。再次点击“菜单”键，进入数据保存界面，保存数据。最后点击“运行”键，本设备开始对电池进行充电，充电过程中绿灯亮，电池容量随充电过程逐步增加，当电池充满时，设备自动转入涓流充电，红绿灯间隔闪烁。按“取消”停止工作。
四、在利用本发明对光电仪器的电池进行放电时，先将待放电电池放入电池盒内，利用充电电缆接好电池盒与本设备之间的航空插座，然后将设备上的交流电源插座接上220V电源，合上电源开关。选择放电功能，按下“菜单”按键，保存数据，按“运行”键，设备运行，同时绿灯亮。电池放电结束后，通电设备自动停机，转入待机状态。
Claims (3)
1.一种便携式光电仪器用通电和充放电设备，其特征是，包括有：
DC/AC逆变电路（1），与第一整流滤波电路（1）相接，用于将车载直流电源转换成设备所需的交流输入电源；
第一整流滤波电路（2），分别与所述DC/AC变换电路（1）和无源PFC电路（3）相接，用于对外部输入的或逆变得到的交流电源进行一次整流滤波；
无源PFC电路（3），分别与所述第一整流滤波电路（2）和DC/DC变换电路（4）相接，用于对整流滤波后的直流电进行功率因数校正，使成高压直流电；
DC/DC变换电路（4），分别与所述无源PFC电路（3）、PWM脉宽调制电路（5）和单片机控制电路（8）相接，用于将所接收的高压直流电转换成低压直流电；
PWM脉宽调制电路（5），分别与所述DC/DC变换电路（4）、第二整流滤波电路（6）和单片机控制电路（8）相接，用于将所接收的低压直流电调制成高频交流电；
第二整流滤波电路（6），分别与所述PWM脉宽调制电路（5）和通电电路（7）相接，用于对输入的高频交流电进行二次高频整流滤波，使成电压可变的平滑直流电；
通电电路（7），与第二整流滤波电路（6）相接，用于连接光电仪器，对其进行通电操作；
单片机控制电路（8），分别与所述DC/DC变换电路（4）、所述PWM脉宽调制电路（5）、放电电路（10）和操作显示电路（9）相接，用于进行通电、放电或充电工作状态的选定，并根据不同的光电仪器，调整通电或充电所需直流输出电压的高低；
操作显示电路（9），与所述单片机控制电路（8）相接，用于人机对话，确定设备工作状态；以及
放电电路（10），与所述单片机控制电路（8）相接，用于对光电仪器上的电池进行放电操作。
2.根据权利要求1所述的便携式光电仪器用通电和充放电设备，其特征是，还包括有保护电路（11），与所述单片机控制电路（8）相接，用于对单片机控制电路（8）进行过流、过压或欠压保护。
3.根据权利要求1或2所述的便携式光电仪器用通电和充放电设备，其特征是，电池充放电操作所用的电池夹持装置是在一端密封的筒状金属壳体（21）的开口端螺纹连接有端盖（22），在所述壳体（21）的密封端内设置有作为电池负极接触端的弹性体，在所述端盖（22）的内端面中心部设置有与端盖绝缘的接触电极（24），所述电缆线（23）穿过所述端盖（22），分别与所述端盖和所述接触电极（24）电连接。
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