CN103094942B - 一种恒压限流充电电路及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明适用于充电电路领域，尤其涉及一种恒压限流充电电路及灯具。在本发明实施例中，恒压限流充电电路采用控制芯片、电压比较器和分立元件构成，该恒压限流充电电路采用直流24V电源为铅酸电池充电，具有输出电压恒定的优点，并且具有短路和过流保护的功能。因此，使用者采用直流24V电源为包含该恒压限流充电电路的灯具中的铅酸电池充电就显得非常方便。

Description

一种恒压限流充电电路及灯具

技术领域

本发明属于充电电路领域，尤其涉及一种恒压限流充电电路及灯具。

背景技术

随着科学技术的不断发展，新材料新技术不断革新，铅酸电池作为新型电能储存介质被广泛应用，它有着能量密度大、输出电压高、自放电小、长循环寿命等优点，技术已经成熟并应用于各个领域，尤其在便携灯具行业人们普遍采用铅酸电池作为供电电源，目前市面上有各种各样的铅酸电池充电电路，其中都是以交流220V作为充电电源，但是当我们周围没有交流220V电源的时候，给灯具充电就变得非常困难，因而会给使用者带来很大的不便。目前车载电源以直流24V居多，而目前还没有采用直流24V电源为铅酸电池充电的充电电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种恒压限流充电电路，旨在解决现在的充电电路存在无法采用直流24V电源为铅酸电池充电的问题。

本发明是这样实现的，一种恒压限流充电电路，分别接电源和充电电池，所述恒压限流充电电路包括：

充电端子J1、变压器BT1、滤波电容C1、储能电容C2、补偿电容C3、滤波电容C4、储能电容C5、滤波电容C6、泻放电阻R1、振荡电阻R2、补偿电阻R3、感应电阻R4、反馈电阻R5、反馈电阻R6、分压电阻R7、分压电阻R8、采样电阻R9、限流电阻R10、分压电阻R11、泻放二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、控制芯片U1、电压比较器U2、N型MOS管Q1、第一开关管和第二开关管；

所述变压器BT1的初级绕组的第一端为所述恒压限流充电电路的输入端接所述电源的正极，所述泻放电阻R1和泻放二极管D1串接在所述变压器BT1的初级绕组的第一端和第二端之间，所述滤波电容C1连接在所述电源的正极和负极之间，所述储能电容C2连接在所述电源的正极和地之间，所述变压器BT1的次级绕组的第一端接所述整流二极管D2的阳极，所述整流二极管D2的阴极接所述充电端子J1的第一端，所述变压器BT1的次级绕组的第二端接地，所述储能电容C5连接在所述充电端子J1的第一端与地之间，所述反馈电阻R5、分压电阻R7和分压电阻R8串联在所述整流二极管D2的阴极与地之间，所述采样电阻R9连接在所述充电端子J1的第三端与地之间，所述第一开关管的高电位端接所述整流二极管D2的阴极，所述第一开关管的低电位端接所述电压比较器U2的电源端，所述滤波电容C6连接在所述电压比较器U2的电源端与地之间，所述第二开关管的高电位端通过所述分压电阻R11接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的控制端通过所述限流电阻R10接所述第一开关管的高电位端，所述第二开关管的低电位端接地，所述电压比较器U2的同相输入端接所述充电端子J1的第三端，所述电压比较器U2的反相输入端接所述分压电阻R7和分压电阻R8的公共连接端，所述电压比较器U2的输出端接所述整流二极管D3的阳极，所述整流二极管D3的阴极接所述反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，所述控制芯片U1的电压反馈采样端接所述反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，所述反馈电阻R6连接在所述电压反馈采样端与地之间，所述控制芯片U1的驱动输出端接所述N型MOS管Q1的栅极，所述N型MOS管Q1的源极接所述泻放二极管D1的阳极，所述N型MOS管Q1的漏极通过所述感应电阻R4接地，所述控制芯片U1的电流感应输入端接所述N型MOS管Q1的漏极和所述感应电阻R4的公共连接端，所述滤波电容C4连接在所述电流感应输入端与地之间，所述控制芯片U1的电源端接所述电源的正极，所述控制芯片U1的频率补偿端通过串联的补偿电容C3和补偿电阻R3接地，所述控制芯片U1的使能端通过所述振荡电阻R2接地。

本发明的另一目的在于提供一种灯具，所述灯具包括上述的恒压限流充电电路。

在本发明中，恒压限流充电电路采用控制芯片、电压比较器和分立元件构成，该恒压限流充电电路采用直流24V电源为铅酸电池充电，具有输出电压恒定的优点，并且具有短路和过流保护的功能。因此，使用者采用直流24V电源为包含该恒压限流充电电路的灯具中的铅酸电池充电就显得非常方便。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的恒压限流充电电路的电路结构图；

图2是本发明第二实施例提供的恒压限流充电电路的电路结构图。

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。

图1示出了本发明第一实施例提供的恒压限流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，详述如下：

一种恒压限流充电电路100，分别接电源200和充电电池300，恒压限流充电电路100包括：

充电端子J1、变压器BT1、滤波电容C1、储能电容C2、补偿电容C3、滤波电容C4、储能电容C5、滤波电容C6、泻放电阻R1、振荡电阻R2、补偿电阻R3、感应电阻R4、反馈电阻R5、反馈电阻R6、分压电阻R7、分压电阻R8、采样电阻R9、限流电阻R10、分压电阻R11、泻放二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、控制芯片U1、电压比较器U2、N型MOS管Q1、第一开关管101和第二开关管102；

变压器BT1的初级绕组的第一端为恒压限流充电电路100的输入端接电源200的正极，泻放电阻R1和泻放二极管D1串接在变压器BT1的初级绕组的第一端和第二端之间，滤波电容C1连接在电源200的正极和负极之间，储能电容C2连接在电源200的正极和地之间，变压器BT1的次级绕组的第一端接整流二极管D2的阳极，整流二极管D2的阴极接充电端子J1的第一端1，变压器BT1的次级绕组的第二端接地，储能电容C5连接在充电端子J1的第一端1与地之间，反馈电阻R5、分压电阻R7和分压电阻R8串联在整流二极管D2的阴极与地之间，采样电阻R9连接在充电端子J1的第三端3与地之间，第一开关管101的高电位端接整流二极管D2的阴极，第一开关管101的低电位端接电压比较器U2的电源端VCC，滤波电容C6连接在电压比较器U2的电源端VCC与地之间，第二开关管102的高电位端通过分压电阻R11接第一开关管101的控制端，第二开关管102的控制端通过限流电阻R10接第一开关管101的高电位端，第二开关管102的低电位端接地，电压比较器U2的同相输入端INPUTA接充电端子J1的第三端3，电压比较器U2的反相输入端N-INPUTA接分压电阻R7和分压电阻R8的公共连接端，电压比较器U2的输出端OUTA接整流二极管D3的阳极，整流二极管D3的阴极接反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，控制芯片U1的电压反馈采样端FB接反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，反馈电阻R6连接在电压反馈采样端FB与地之间，控制芯片U1的驱动输出端Drive接N型MOS管Q1的栅极，N型MOS管Q1的源极接泻放二极管D1的阳极，N型MOS管Q1的漏极通过感应电阻R4接地，控制芯片U1的电流感应输入端Isen接N型MOS管Q1的漏极和感应电阻R4的公共连接端，滤波电容C4连接在电流感应输入端Isen与地之间，控制芯片U1的电源端Vin接电源200的正极，控制芯片U1的频率补偿端COMP通过串联的补偿电容C3和补偿电阻R3接地，控制芯片U1的使能端FA/SD通过振荡电阻R2接地。

在本发明实施例中，充电电池300为铅酸电池、电源200为直流24V电源。

作为本发明一实施例，第一开关管101采用PNP型三极管Q2，PNP型三极管Q2的基极为第一开关管101的控制端，PNP型三极管Q2的发射极为第一开关管101的高电位端，PNP型三极管Q2的集电极为第一开关管101的低电位端。

作为本发明一实施例，第二开关管102采用NPN型三极管Q3，NPN型三极管Q3的基极为第二开关管102的控制端，NPN型三极管Q3的集电极为第二开关管102的高电位端，NPN型三极管Q3的发射极为第二开关管102的低电位端。

作为本发明一实施例，控制芯片U1采用型号为LM3478的芯片。

作为本发明一实施例，电压比较器U2采用型号为LM258的芯片。

图2示出了本发明第二实施例提供的恒压限流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，详述如下：

作为本发明一实施例，第一开关管101采用P型MOS管Q4，P型MOS管Q4的栅极为第一开关管101的控制端，P型MOS管Q4的源极为第一开关管101的高电位端，P型MOS管Q4的漏极为第一开关管101的低电位端。

作为本发明一实施例，第二开关管102采用N型MOS管Q5，N型MOS管Q5的栅极为第二开关管102的控制端，N型MOS管Q5的漏极为第二开关管102的高电位端，N型MOS管Q5的源极为第二开关管102的低电位端。

下面以第一开关管101采用PNP型三极管Q2，第二开关管102采用NPN型三极管Q3为例，对恒压限流充电电路100的工作原理进行说明：

接通直流24V电源后，控制芯片U1得电，电路在控制芯片U1的控制下开始工作，输出恒定电压为铅酸电池负载充电。

在充电过程中，随着电池电压的不断升高，充电电流逐步降低，直到电池电压达到恒压限流充电电路100的输出电压，那么充电完成，即停止为铅酸电池充电；当铅酸电池电压再次低于恒压限流充电电路100的输出电压时，恒压限流充电电路100可自动启动充电，直到充满电为止。

在充电过程中，三极管Q2的基极一直保持高电平，三极管Q2则一直处于导通状态，三极管Q3的基极电平低于发射极，三极管Q3也一直导通工作，为电压比较器U2提供工作电源回路。

在充电过程中，当电池负载出现短路、过流故障时，那么采样电阻R9处的电压升高，即电压比较器U2的同相输入端INPUTA的电压高于反相输入端N-INPUTA的电压，那么电压比较器U2的输出端OUTA电平翻转，输出的电压远大于1.26V，直接把控制芯片U1的电压反馈采样端FB电压嵌位在高电压，那么控制芯片U1则会关闭输出，起到保护的作用。

控制芯片U1的工作原理就是根据反馈电阻R5反馈的电压(为恒定值)自动调整其驱动输出端Drive输出脉冲的占空比，从而控制外部N型MOS管Q1的开关占空比，从而实现输出电压恒定的目的。N型MOS管Q1开关频率很高，在一个周期内，当N型MOS管Q1开通，电源200通过变压器BT1初级线圈、N型MOS管Q1、感应电阻R4形成回路，次级回路中依靠储能电容C5维持供电。当N型MOS管Q1关闭，初级电流回路断开，变压器BT1初级线圈中的能量感应到次级线圈，次级线圈依靠感应到的能量为储能电容C5和电池充电，直到下一个周期N型MOS管Q1开通，从而达到恒定电压的目的，即只要反馈电阻R5的阻值确定，那么输出恒定电压即确定。电压反馈采样端FB和控制芯片U1内部的基准电压源形成一个比较器，电压反馈采样端FB根据反馈电压和基准电压的比较后，控制芯片U1内部自动调整控制N型MOS管Q1开通、关闭脉冲的占空比，如果反馈电压大于基准电压，说明输出电压大于设定值，那么脉冲的占空比就升高，降低输出电压到设定值，如果反馈电压小于基准电压，说明输出电压小于设定值，那么脉冲的占空比就降低，升高输出电压到设定值。

另外，本发明还提供一种灯具，以上述充电电池300作为供电电源，该灯具包括上述的恒压限流充电电路100。

相对于现有技术，本发明实施例提供的恒压限流充电电路采用控制芯片、电压比较器和分立元件构成，该恒压限流充电电路采用直流24V电源为铅酸电池充电，具有输出电压恒定的优点，并且具有短路和过流保护的功能。因此，使用者采用直流24V电源为包含该恒压限流充电电路的灯具中的铅酸电池充电就显得非常方便。

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)

1.一种恒压限流充电电路，分别接电源和充电电池，其特征在于，所述恒压限流充电电路包括：

充电端子J1、变压器BT1、滤波电容C1、储能电容C2、补偿电容C3、滤波电容C4、储能电容C5、滤波电容C6、泻放电阻R1、振荡电阻R2、补偿电阻R3、感应电阻R4、反馈电阻R5、反馈电阻R6、分压电阻R7、分压电阻R8、采样电阻R9、限流电阻R10、分压电阻R11、泻放二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、控制芯片U1、电压比较器U2、N型MOS管Q1、第一开关管和第二开关管；

所述变压器BT1的初级绕组的第一端为所述恒压限流充电电路的输入端接所述电源的正极，所述泻放电阻R1和泻放二极管D1串接在所述变压器BT1的初级绕组的第一端和第二端之间，且泻放二极管D1的阳极与变压器BT1的初级绕组的第二端或者泻放二极管D1的阴极与变压器BT1的初级绕组的第一端连接，所述滤波电容C1连接在所述电源的正极和负极之间，所述储能电容C2连接在所述电源的正极和地之间，所述变压器BT1的次级绕组的第一端接所述整流二极管D2的阳极，所述整流二极管D2的阴极接所述充电端子J1的第一端，所述变压器BT1的次级绕组的第二端接地，所述储能电容C5连接在所述充电端子J1的第一端与地之间，所述反馈电阻R5、分压电阻R7和分压电阻R8串联在所述整流二极管D2的阴极与地之间，所述采样电阻R9连接在所述充电端子J1的第三端与地之间，所述第一开关管的高电位端接所述整流二极管D2的阴极，所述第一开关管的低电位端接所述电压比较器U2的电源端，所述滤波电容C6连接在所述电压比较器U2的电源端与地之间，所述第二开关管的高电位端通过所述分压电阻R11接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的控制端通过所述限流电阻R10接所述第一开关管的高电位端，所述第二开关管的低电位端接地，所述电压比较器U2的同相输入端接所述充电端子J1的第三端，所述电压比较器U2的反相输入端接所述分压电阻R7和分压电阻R8的公共连接端，所述电压比较器U2的输出端接所述整流二极管D3的阳极，所述整流二极管D3的阴极接所述反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，所述控制芯片U1的电压反馈采样端接所述反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，所述反馈电阻R6连接在所述电压反馈采样端与地之间，所述控制芯片U1的驱动输出端接所述N型MOS管Q1的栅极，所述N型MOS管Q1的源极接所述泻放二极管D1的阳极，所述N型MOS管Q1的漏极通过所述感应电阻R4接地，所述控制芯片U1的电流感应输入端接所述N型MOS管Q1的漏极和所述感应电阻R4的公共连接端，所述滤波电容C4连接在所述电流感应输入端与地之间，所述控制芯片U1的电源端接所述电源的正极，所述控制芯片U1的频率补偿端通过串联的补偿电容C3和补偿电阻R3接地，所述控制芯片U1的使能端通过所述振荡电阻R2接地。

2.如权利要求1所述的恒压限流充电电路，其特征在于，所述第一开关管采用PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的基极为所述第一开关管的控制端，所述PNP型三极管Q2的发射极为所述第一开关管的高电位端，所述PNP型三极管Q2的集电极为所述第一开关管的低电位端。

3.如权利要求1所述的恒压限流充电电路，其特征在于，所述第二开关管采用NPN型三极管Q3，所述NPN型三极管Q3的基极为所述第二开关管的控制端，所述NPN型三极管Q3的集电极为所述第二开关管的高电位端，所述NPN型三极管Q3的发射极为所述第二开关管的低电位端。

4.如权利要求1所述的恒压限流充电电路，其特征在于，所述第一开关管采用P型MOS管Q4，所述P型MOS管Q4的栅极为所述第一开关管的控制端，所述P型MOS管Q4的源极为所述第一开关管的高电位端，所述P型MOS管Q4的漏极为所述第一开关管的低电位端。

5.如权利要求1所述的恒压限流充电电路，其特征在于，所述第二开关管采用N型MOS管Q5，所述N型MOS管Q5的栅极为所述第二开关管的控制端，所述N型MOS管Q5的漏极为所述第二开关管的高电位端，所述N型MOS管Q5的源极为所述第二开关管的低电位端。

6.一种灯具，其特征在于，所述灯具包括恒压限流充电电路，分别接电源和充电电池，所述恒压限流充电电路包括：

充电端子J1、变压器BT1、滤波电容C1、储能电容C2、补偿电容C3、滤波电容C4、储能电容C5、滤波电容C6、泻放电阻R1、振荡电阻R2、补偿电阻R3、感应电阻R4、反馈电阻R5、反馈电阻R6、分压电阻R7、分压电阻R8、采样电阻R9、限流电阻R10、分压电阻R11、泻放二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、控制芯片U1、电压比较器U2、N型MOS管Q1、第一开关管和第二开关管；

所述变压器BT1的初级绕组的第一端为所述恒压限流充电电路的输入端接所述电源的正极，所述泻放电阻R1和泻放二极管D1串接在所述变压器BT1的初级绕组的第一端和第二端之间，且泻放二极管D1的阳极与变压器BT1的初级绕组的第二端或者泻放二极管D1的阴极与变压器BT1的初级绕组的第一端连接，所述滤波电容C1连接在所述电源的正极和负极之间，所述储能电容C2连接在所述电源的正极和地之间，所述变压器BT1的次级绕组的第一端接所述整流二极管D2的阳极，所述整流二极管D2的阴极接所述充电端子J1的第一端，所述变压器BT1的次级绕组的第二端接地，所述储能电容C5连接在所述充电端子J1的第一端与地之间，所述反馈电阻R5、分压电阻R7和分压电阻R8串联在所述整流二极管D2的阴极与地之间，所述采样电阻R9连接在所述充电端子J1的第三端与地之间，所述第一开关管的高电位端接所述整流二极管D2的阴极，所述第一开关管的低电位端接所述电压比较器U2的电源端，所述滤波电容C6连接在所述电压比较器U2的电源端与地之间，所述第二开关管的高电位端通过所述分压电阻R11接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的控制端通过所述限流电阻R10接所述第一开关管的高电位端，所述第二开关管的低电位端接地，所述电压比较器U2的同相输入端接所述充电端子J1的第三端，所述电压比较器U2的反相输入端接所述分压电阻R7和分压电阻R8的公共连接端，所述电压比较器U2的输出端接所述整流二极管D3的阳极，所述整流二极管D3的阴极接所述反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，所述控制芯片U1的电压反馈采样端接所述反馈电阻R5和分压电阻R7的公共连接端，所述反馈电阻R6连接在所述电压反馈采样端与地之间，所述控制芯片U1的驱动输出端接所述N型MOS管Q1的栅极，所述N型MOS管Q1的源极接所述泻放二极管D1的阳极，所述N型MOS管Q1的漏极通过所述感应电阻R4接地，所述控制芯片U1的电流感应输入端接所述N型MOS管Q1的漏极和所述感应电阻R4的公共连接端，所述滤波电容C4连接在所述电流感应输入端与地之间，所述控制芯片U1的电源端接所述电源的正极，所述控制芯片U1的频率补偿端通过串联的补偿电容C3和补偿电阻R3接地，所述控制芯片U1的使能端通过所述振荡电阻R2接地。

7.如权利要求6所述的灯具，其特征在于，所述第一开关管采用PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的基极为所述第一开关管的控制端，所述PNP型三极管Q2的发射极为所述第一开关管的高电位端，所述PNP型三极管Q2的集电极为所述第一开关管的低电位端。

8.如权利要求6所述的灯具，其特征在于，所述第二开关管采用NPN型三极管Q3，所述NPN型三极管Q3的基极为所述第二开关管的控制端，所述NPN型三极管Q3的集电极为所述第二开关管的高电位端，所述NPN型三极管Q3的发射极为所述第二开关管的低电位端。

9.如权利要求6所述的灯具，其特征在于，所述第一开关管采用P型MOS管Q4，所述P型MOS管Q4的栅极为所述第一开关管的控制端，所述P型MOS管Q4的源极为所述第一开关管的高电位端，所述P型MOS管Q4的漏极为所述第一开关管的低电位端。

10.如权利要求6所述的灯具，其特征在于，所述第二开关管采用N型MOS管Q5，所述N型MOS管Q5的栅极为所述第二开关管的控制端，所述N型MOS管Q5的漏极为所述第二开关管的高电位端，所述N型MOS管Q5的源极为所述第二开关管的低电位端。