CN103178594B - 防噪声防反电防自充控制器 - Google Patents
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Abstract
一种防噪声防反电防自充控制器，主要由整流滤波电路、稳压电路、振荡电路以及比较判断电路依次级联组成，振荡电路的振荡频率为100Hz，主要采用六非门集成块组成；比较判断电路主要采用基准稳压二极管以及运算放大器组成。本控制器采用两对复合三极管分别作为振荡电路和电压比较单元的执行元件，而组成“与门”关系，替代了现有继电器，因此具有运行无噪声、充电速度快，关断可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及充电装置，特别是无噪声、无泄漏电流、关断控制可靠的蓄电池充电器。
背景技术
请见图1，这是一个常用的充电控制电路，蓄电池Ec所含电量的多少，经跨线引入含有基准电压的集成运放IC1进行比较判断，当缺电时，启动继电器J1，J1常开结点J1-1接通准备好的充电脉动电源，向蓄电池充电。10-500kV高压验电器试验仪便采用了此电路。
以上电路虽然能够完成充电功能，但应用中也发现较严重问题，比如，充电中往往会出现断续的“啪-啪”和连续的“呜呜”声音，而且持续时间较长。形成噪声污染，使在场工作人员心烦，故需改进。
针对问题，经仔细观察和辨析，发现产生“啪-啪”或“呜呜”声音一般出现在两个阶段：
1、电压降低，判断电路IC1将要翻转启动继电器的时候；
2、电能充满，判断电路IC1将要转为截止，关断继电器的时候。
在这两个时期，电压有着过渡过程，并非一步跨出或一步进入某个设定值。比如9V的蓄电池，往往在8.8—9.2V中出现IC3“启动—截止”或“截止-启动”的情况，由此造成继电器J1的抖动，抖动中使结点在“吸合--断开”、“断开—吸合”中产生碰闯，断续时发出“啪-啪”声，连续是发出“呜呜”的振动声音。
抖动噪声给工作性能和人员情绪带来影响，所以，应设法消除，由此，需对电路进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种无噪声、启断可靠、充电快速的防噪声防反电防自充控制器。
本发明的目的是这样实现的：一种防噪声防反电防自充控制器，由整流滤波电路、稳压电路、振荡电路以及比较判断电路依次级联组成，振荡电路为100Hz振荡电路：六非门集成块IC2的14脚接于所述稳压电路的正输出端，IC2的7脚接于稳压电路的负输出端，IC2的2脚、3脚均接于11脚，IC2的10脚接于9脚，IC2的4脚、5脚均接于电容C2一端，IC2的1脚接于电容C2另一端，IC2的6脚接于电位器W1一端及其动触头，电位器W1另一端串接电阻R2后接于IC2的1脚；
所述(执行与)比较判断电路组成为：二极管D5正极接于IC2的8脚，二极管D5负极接于二极管D6正极，二极管D6负极接于三极管BG1基极，三极管BG1发射极接于三极管BG2的基极，三极管BG2的发射极接于三极管BG3的集电极以及三极管BG4的集电极，三极管BG4的发射极接IC2的7脚，三极管BG1的集电极和三极管BG2的集电极均接于蓄电池EC的负极，蓄电池EC的正极接于二极管D9负极，二极管D9正极串接电阻R4后接于IC2的14脚，三极管BG4的基极接于三极管BG3的发射极，三极管BG3的基极接于二极管D7负极，二极管D7正极接于二极管D8负极，二极管D8正极接于运算放大器IC3输出端，IC3的4脚接于三极管BG4的发射极，IC3的7脚接于IC2的14脚，IC3的正相输入端接于稳压二极管WY2的负极，稳压二极管WY2的正极接于IC2的7脚，IC3负相输入端接于电位器W2的动触头，IC3的正相输入端串接电阻R6后接于IC2的14脚，电阻R5一端接地，另一端串接电位器W2后接于二极管D9正极；上述IC2型号为74LS04，IC3的型号为HA17741。
所述稳压电路输出电压为+12V。
所述二极管D9型号为1N60P锗型二极管，电容C2为10uf/16v，电位器W2的电阻为68kΩ。
还具有充电指示电路：三极管BG1的集电极顺次串接电阻R3和发光二极管Fg2后接于六非门集成块IC2的14脚。
所述整流滤波电路和稳压电路组成为：变压器B1初级绕组引入220V交流电，变压器B1次级绕组两端分别与整流二极管D1-4两输入端连接，整流二极管D1-4负输出端接于稳压电路的负输出端即集成稳压块WY1负输出端，整流二极管D1-4正输出端接于WY1输入端，WY1正输出端接于六非门集成块IC2的14脚，电解电容C1正极接于WY1输入端，电解电容C1负极接IC2的7脚。
还具有电源指示电路：发光二极管Fg1正极接于稳压集成块WY1正输出端，Fg1负极串接电阻R1后接于电解电容C1负极。
所述变压器B1初级绕组的一端上顺次串接有保险管BX1和开关K1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、运行时无噪声：
由于现有蓄电池充电器采用继电器的开关作为启断器件，从而产生运行噪声。而本充电控制器采用两对复合三极管(BG1、BG2和BG3、BG4)分别作为频率振荡和电压比较单元的输出执行元件，两者形成互控“与门”关系，替代了现有继电器的开断方式，因此，电路运行时消除了继电器运作的噪声。
2、关断控制可靠、无泄漏电流产生：
1)、电位限制器电路中的D5、D6和D7、D8是作为防止低电平误动设置的。在数字和运放电路中，存在着导通高电平和截止低电平的两个参数值，我们在实用中发现所用的IC2六非门与IC3运放集成块，在截止时，复合三极管BG1、BG2和BG3、BG4仍然时常处于导通状态，经试验检测，发现截止电平约在2V左右，而复合管的门槛电压之和仅为1.2V,故即便IC2、IC3以及所带器件正常运行时有“与门”关系的互控功能，但因截止电压的存在，也会出现关而不断的长通、失控状态。为避免之，我们增设了D5、D6以及D7、D8两组二极管，既未改变电流方向和工作性质，却分别可降低电压1.2V，即截止时只余0.8V，由此便限制了低电平导通，避免了蓄电池的长充，老化快的副作用；
2)、蓄电池功率电压采集器
有经验的人都知道，蓄电池不论缺电与否，在空载时，测试电压都与额定值基本相同，故，如果将其电压直接引向比较判断器IC3的反相输入端(即2脚)，在与其正相输入端(即3脚)基准电压的比较中，将是不真实的，甚至做出错误判定。为此，本发明人做了电位器W2、电阻R5与蓄电池Ec的关联设计，相当于给Ec增加了一个负载支路。有了负载，蓄电池电压将会下降，呈现真实状态，所以，在电位器W2动触头采集到的电压是真实数据，用以作为是否充满电的比较判断是可信、可靠的。采集电路中R5是保护电阻，防止电位器动触头调到零值，造成蓄电池接地烧毁。
同时，为减少蓄电池待机状态经电阻放电，我们将W2和R5的阻值都取定在50kΩ以上，这样，平时泄漏电流极小。
3)、比较器反向脚不设直流工作点：
从图1和本控制器中还可对比看到：常规电路的比较器反相输入端(即2脚)在正负电源间设有不同数值的分压电阻，形成直流工作点，再将蓄电池电压反馈到2脚，以动态叠加形式与3脚基准电压作比较，确实能判断是否充满电能。但我们在实际工作中却发现了另一个问题：即便增加了限位二极管，使振荡和比较器都确实关断，但蓄电池充电电流依然存在，这又是另一种不正常充电现象。经测量和分析得知，该充电电流正是来源于2脚工作点设置的分压电阻连通电源所造成，为此，本发明人去掉了直流工作点得设置，即直接从蓄电池中采样送2脚，既起到比较作用，也避免了IC3截止却仍长充电的另一状态。
3、巧妙设计充电显示支路，同时避免了对充电电流的限制：
参见图3，常规充电电路发光二极管与与蓄电池在充电结构中相互串联，在充电的同时，即被点亮，以作充电指示。但因发光二极管的工作电流仅在20mA左右，限制了上100mA甚至更大的充电电流，不宜采样，为此，本发明人将发光二极管Fg2和电阻R3设计为与待充蓄电池相并联，这样，当振荡器与比较器导通，在蓄电池充电的同时，也同步被点亮，一样做充电指示，由此，回避了对充电电流的限制。
4、截止充电时，能有效防止蓄电池放电：
本控制器可以做到对蓄电池电量的自动检测判断，当缺电时自动启动电路充电。但截止充电时，蓄电池将经周边电位器、电阻放电，尤其在外部停电时，还会经R4、R1将发光管Fg2、Fg1点亮，出现更严重的放电现象。为防止该类事件的发生，我们增设了二极管D9，在充电时，D9为正向工作；在截止、甚至外部停电时，D9对蓄电池是反向状态，所以不会放电。
当然，由于二极管D9的引入，在充电和电量采集值上会有所提高，但由于我们在电能设计中留有较大裕度，所以对正常工作影响不大。尽管这样，我们还是选用结点电压小的1N60P锗型二极管，将影响降得更低。
5、充电快速
振荡电路的振荡频率选用100Hz，与50Hz正弦频率相比，具有充电速度更快，更宽的正脉冲控制功能。
电路改变后经实际应用，充电效果非常好，却优化电路，消除噪声干扰，提高了工作质量。
附图说明
图1是现有充电控制电路图(带继电器)。
图2是本控制器电路图。
图3是现有采集指示电路图。
具体实施方式
图2示出，整流滤波电路和稳压电路组成为：变压器B1初级绕组引入220V交流电，变压器B1次级绕组两端分别与整流二极管D1-4两输入端连接，整流二极管D1-4负输出端接于稳压电路的负输出端即集成稳压块WY1负输出端，整流二极管D1-4正输出端接于WY1输入端，WY1正输出端接于六非门集成块IC2的14脚，电解电容C1正极接于WY1输入端，电解电容C1负极接IC2的7脚。
振荡电路为100Hz振荡电力路：六非门集成块IC2的14脚接于所述稳压电路的正输出端，IC2的7脚接于稳压电路的负输出端，IC2的2脚、3脚均接于11脚，IC2的10脚接于9脚，IC2的4脚、5脚均接于电容C2一端，IC2的1脚接于电容C2另一端，IC2的6脚接于电位器W1一端及其动触头，电位器W1另一端串接电阻R2后接于IC2的1脚；
所述(执行与)比较判断电路组成为：二极管D5正极接于IC2的8脚，二极管D5负极接于二极管D6正极，二极管D6负极接于三极管BG1基极，三极管BG1发射极接于三极管BG2的基极，三极管BG2的发射极接于三极管BG3的集电极以及三极管BG4的集电极，三极管BG4的发射极接IC2的7脚，三极管BG1的集电极和三极管BG2的集电极均接于蓄电池EC的负极，蓄电池EC的正极接于二极管D9负极，二极管D9正极串接电阻R4后接于IC2的14脚，三极管BG4的基极接于三极管BG3的发射极，三极管BG3的基极接于二极管D7负极，二极管D7正极接于二极管D8负极，二极管D8正极接于运算放大器IC3输出端，IC3的4脚接于三极管BG4的发射极，IC3的7脚接于IC2的14脚，IC3的正相输入端接于稳压二极管WY2的负极，稳压二极管WY2的正极接于IC2的7脚，IC3负相输入端接于电位器W2的动触头，IC3的正相输入端串接电阻R6后接于IC2的14脚，电阻R5一端接地，另一端串接电位器W2后接于二极管D9正极；上述IC2型号为74LS04，IC3的型号为HA17741。
稳压电路输出电压为+12V。
还具有充电指示电路：三极管BG1的集电极顺次串接电阻R3和发光二极管Fg2后接于六非门集成块IC2的14脚。
还具有电源指示电路：发光二极管Fg1正极接于稳压集成块WY1正输出端，Fg1负极串接电阻R1后接于电解电容C1负极。
变压器B1初级绕组的一端上顺次串接有保险管BX1和开关K1。
图2中电路由几大部分组成。
1、交直流电源单元
220V交流电源经开关K1，保险管BX1传递给变压器B1原边，变压器降压，副边后输出又经整流二极管D1-4桥式整流，电容C1滤波，集成稳压块IC1稳压，然向后续电路送出直流工作电源。电阻R1与发光管Fg1分压，做电源正常与否的工作指示。
2、振荡单元
在图2虚线框中的IC2是由六非门集成块构成的环形多谐振荡器，其中R2、W1和C2为时间参数，改变R2、C2大小可以较大范围的调整振荡频率，改变W1，则可对频率进行细调。我们这里选择振荡频率为100Hz，因这样比直接采用50Hz基波充电有更快、更宽的正脉冲控制功能。
振荡器由二极管D5、D6和复合三极管BG1、BG2输出，以其正负脉冲的振荡变化，形成开关作用，将直流电源变成脉动电流，做好向蓄电池充电的准备。
3、比较判断单元
图2中电阻R6、稳压二极管WY2构成基准电压；蓄电池Ec、电位器W2、电阻R4构成采样电路；集成运放IC3为比较判断器。图中将电位器W2动触头(即滑动臂)采集到的电压传送给IC3反向输入端的2脚，与正向输入端3脚的基准电压进行比较，电量足，则U2＞U3时，IC3截止；但当蓄电池电量降低，即U2＜U3，集成运放IC3将会翻转，送出高电平。
比较判断器的高电平经6脚传送给复合管BG3、BG4，使其导通，再同振荡器高电平导通的复合管BG1、BG2形成串联，将直流电源转化为脉动电流，向蓄电池Ec充电。
电阻R3与发光管Fg2串联，做充电指示。
电路主要元器件表
| 元件名称 | 型号规格 | 元件名称 | 型号规格 |
| 开关K | KQ-2A | 六非门集成块IC2 | 74LS04 |
| 保险BX1 | 3A | 集成运放IC3 | HA17741 |
| 变压器B1 | 220V/12V 5W | 晶体管BG1.BG3 | S8050 |
| 硅型二极管D1-8 | 1N007 | 晶体管BG2.BG4 | 3DG27 |
| 锗型二极管D9 | 1N60P | 电位器W1 | 多圈20kΩ |
| 电容C1 | 2200uf/25v | 电位器W2 | 多圈68kΩ |
| 电容C2 | 10uf/16v | 电阻R1-R6 | 100Ω-51kΩ |
| 稳压块IC1 | L7812 | 发光管Fg1 | ф5红、绿色 |
| 稳压二极管WY2 | 1N47 | 蓄电池 | Ni-MH 200 |
扩展：
与图1相比较，图2的电路在集成运放IC3在输出部分去掉了继电器J1，没有了J1，便没有了常开结点J1-1的通断碰闯，故消除了噪声。但去掉了继电器，又怎样完成充电判断控制功能的呢？
通过图2可以看到：IC2、IC3输出的复合管BG1、BG2和BG3、BG4本身就起到开关作用，加之犹如高压验电器中采用的是9V小型蓄电池，电压不高，充电电流为毫安级，也很小，采用的小型三极管8050和中功率三极管3DG27构成的复合管，足以达到工作要求，所以用不着采用继电器作电量转换控制。
图2中的BG1、BG2和BG3、BG4分别作为频率振荡和电压比较的输出执行元件，两者又相串联，形成“与门”关系，只有在两管同时导通时，才能开启电源，向蓄电池Ec充电。
根据电流的大小，还可更换复合三级管，以适应不同充电器的需要。
Claims (7)
1.一种防噪声防反电防自充控制器，由整流滤波电路、稳压电路、振荡电路、比较判断电路、充电指示电路以及电源指示电路组成，其特征是，所述振荡电路为100Hz振荡电路：六非门集成块IC2的14脚接于所述稳压电路的正输出端，IC2的7脚接于稳压电路的负输出端，IC2的2脚、3脚均接于11脚，IC2的10脚接于9脚，IC2的4脚、5脚均接于电容C2一端，IC2的1脚接于电容C2另一端，IC2的6脚接于电位器W1一端及其动触头，电位器W1另一端串接电阻R2后接于IC2的1脚；
所述比较判断电路组成为：二极管D5正极接于IC2的8脚，二极管D5负极接于二极管D6正极，二极管D6负极接于三极管BG1基极，三极管BG1发射极接于三极管BG2的基极，三极管BG2的发射极接于三极管BG3的集电极以及三极管BG4的集电极，三极管BG4的发射极接IC2的7脚，三极管BG1的集电极和三极管BG2的集电极均接于蓄电池EC的负极，蓄电池EC的正极接于二极管D9负极，二极管D9正极串接电阻R4后接于IC2的14脚，三极管BG4的基极接于三极管BG3的发射极，三极管BG3的基极接于二极管D7负极，二极管D7正极接于二极管D8负极，二极管D8正极接于运算放大器IC3输出端，IC3的4脚接于三极管BG4的发射极，IC3的7脚接于IC2的14脚，IC3的正相输入端接于稳压二极管WY2的负极，稳压二极管WY2的正极接于IC2的7脚，IC3负相输入端接于电位器W2的动触头，IC3的正相输入端串接电阻R6后接于IC2的14脚，电阻R5一端接地，另一端串接电位器W2后接于二极管D9正极；上述IC2型号为74LS04，IC3的型号为HA17741。
2.根据权利要求1所述的一种防噪声防反电防自充控制器，其特征是，所述稳压电路输出电压为+12V。
3.根据权利要求2所述的一种防噪声防反电防自充控制器，其特征是，所述二极管D9型号为1N60P锗型二极管，电容C2为10uf/16v，电位器W2的电阻为68kΩ。
4.根据权利要求3所述的一种防噪声防反电防自充控制器，其特征是，所述充电指示电路为：三极管BG1的集电极顺次串接电阻R3和发光二极管Fg2后接于六非门集成块IC2的14脚。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种防噪声防反电防自充控制器，其特征是，所述整流滤波电路和稳压电路组成为：变压器B1初级绕组引入220V交流电，变压器B1次级绕组两端分别与整流二极管D1-4两输入端连接，整流二极管D1-4负输出端接于稳压电路的负输出端即集成稳压块WY1负输出端，整流二极管D1-4正输出端接于WY1输入端，WY1正输出端接于六非门集成块IC2的14脚，电解电容C1正极接于WY1输入端，电解电容C1负极接IC2的7脚。
6.根据权利要求5所述的一种防噪声防反电防自充控制器，其特征是，所述电源指示电路为：发光二极管Fg1正极接于稳压集成块WY1正输出端，Fg1负极串接电阻R1后接于电解电容C1负极。
7.根据权利要求6所述的一种防噪声防反电防自充控制器，其特征是，所述变压器B1初级绕组的一端上顺次串接有保险管BX1和开关K1。
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