CN103825317A

CN103825317A - 节能充电机

Info

Publication number: CN103825317A
Application number: CN201210469052.4A
Authority: CN
Inventors: 张家书; 张家涛; 张品
Original assignee: LUOYANG GRASEN POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: LUOYANG GRASEN POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明是有关于一种节能充电机，其包括EMC滤波电路、功率因数校正电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路及辅助电源供电电路，还包含输入继电器及输出继电器，分别位于充电机的输入端和输出端，以有效地隔离输入端的电源与主功率电路，及输出端的负载与主功率电路；电池信号采集电路，与输出端的电池相连接，以采集该电池的信号；及CPU控制器，其会接收电池信号采集电路输入的电压信号，并进行处理后，按照预设的程序输出给输入继电器、输出继电器、功率因数校正电路及DC/DC转换电路，以决定是否开启主功率电路，从而对电池进行充电。借由本发明，能够有效控制充电机主电路在待机状态下不工作，实现近乎为零的待机功耗。

Description

节能充电机

技术领域

本发明涉及一种充电机，特别是涉及一种节能充电机。

背景技术

充电机是新能源概念下的产物,是一种专为电动汽车、电力通讯、铁路航空及风电储能等场合所使用的蓄电池组充电的电能转换设备。若按电路结构设计划分，可分为两种：隔离式和无隔离式。当充电机为大功率用电设备充电时,其内部电路构造多采用功率MOS管、变压器、整流桥、滤波电感、电容以及整流和快恢复二极管等器件，而这些器件在充电机待机空载无输出状态下，因内部电路设计会形成回路，这些阻性或容性器件会消耗一定的功率维持电路的待机状态，致使一部分功率就这样白白浪费掉。并且，元器件因长期工作在通电待机状态下，在一定程度上消耗了其使用寿命。为此曾采用新式电路拓扑结构设计及采用低内阻先进元器件加以改进，但还是不能从根本上解决空载状态下的无用功耗，并增加了产品的材料成本。

因此如何设计一种电路，能使设备在空载待机状态下主功率电路部分不工作，从而有效降低设备的空载待机功耗，并延长设备的使用寿命，成为近来研究的重点。分析现有大功率充电机的主功率电路，其多采用无隔离式电路设计，设备电源输入端及主功率电路和输出负载端中间无任何隔离，电路一直处于通路连接状态，故充电机在空载待机工作状态下，主功率电路和控制电路中的阻性和容性器件会消耗一定的功率来维持电路的暂稳态，并且负载端和输出端因为没有隔离，电池组电流会窜入设备内部，很容易造成电池损坏及出现安全隐患。

有鉴于上述现有充电机电路设计中所存在的不足,本发明人基于从事此类产品研发设计多年所积累的丰富经验及相关专业知识，运用科学的方法，积极加以研究创新，以期能设计出一种新型充电机控制电路，能克服现有充电机电路设计所存在的问题，使其更具有先进性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能充电机,其克服现有充电机待机状态下功耗过高的问题,在整个主电路结构设计中加入输入继电器和输出继电器，将电源输入端和主电路以及主电路和输出端通过继电器进行有效隔离，以有效控制充电机主电路在待机状态下不工作，实现近乎为零的待机功耗。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。本发明为一种节能充电机，其包括EMC滤波电路、功率因数校正电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路及辅助电源供电电路，还有输入继电器及输出继电器，分别位于充电机的输入端和输出端，以有效地隔离输入端的电源与主功率电路，及输出端的负载与主功率电路；电池信号采集电路，与输出端的电池相连接，以采集该电池的信号；及CPU控制器，与输入继电器、输出继电器、功率因数校正电路、DC/DC转换电路及电池信号采集电路相连接，其会接收电池信号采集电路输入的电压信号，并进行处理后，按照预设的程序输出给输入继电器、输出继电器、功率因数校正电路及DC/DC转换电路，以决定是否开启主功率电路，从而对电池进行充电。

本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

较佳的，前述的节能充电机，其中该节能充电机更包含输入软启动电路，该输入软启动电路内有热敏电阻及输入继电器。

具体而言，该节能充电机的工作方式如下：

1、当电源供电后，电源输入端经热敏电阻PTC1限流后，开始给容性负载充电，在电容充完电后，辅助电源供电电路开始工作，为电池信号采集电路、输入继电器及输出继电器等提供电源。

2、通过电池信号采集电路适时采集电池的信号，并将所采集信息与内部设定基准信号进行比对放大，进而控制充电机；当没有采集到电池信号或信号不正常时，CPU控制器不发送开机指令，整个主电路部分不工作(包括功率因数校正电路)，此时充电机完全处于近乎零损耗的节能省电模式。

3、当电池信号采集电路采集到输出端连接有电池，会及时将所采集信息发送到CPU控制器进行处理并与内部基准信号进行比对，根据所采集信息判断电池是否正常，若所采集的电池信号正常而需要充电，CPU控制器会适时发出控制指令使充电机输出额定电压和电流，步骤如下：

时序1、开启输入继电器JK1，输入继电器线圈的2脚和4脚中有电流通过，继电器开始吸合，常开点5和公共点1闭合，电源输入端与主电路接通；

时序2、开启输出继电器JK2，输出继电器线圈的2脚和4脚中有电流通过，继电器开始吸合，常开点5和公共点1闭合，输出端接通；

时序3、开启功率因数校正电路；

时序4、开启DC/DC转换电路，充电机开始进入充电工作状态。

4、依据电池信号采集电路所采集的信息，如需充电机关机或切断输出时，则CPU控制器会发出和上述时序刚好相反的控制指令，从时序4到时序1依次切断各部分电路，使充电机无输出，确保每一个阶段都处于空隙或轻隙状态下切断，保护各功率器件在零电流状态下关闭。

借由上述技术方案，本发明充电机至少具有下列优点及有益效果：

1、因继电器隔离式电路的设计，充电器在待机状态下近乎零损耗，且因主电路功率器件处于关闭工作状态，在一定程度上延长了充电设备的使用寿命；

2、因继电器隔离式电路的设计，充电器在无控制指令输出状态下实现了零电压输出的控制方式，通过继电器隔离，可防止电池负载端电压及电流窜入设备内部，损坏设备内部器件，进一步提高了设备的安全性能；

3、因继电器隔离式电路的设计，可完全依靠内部各部分控制电路，实现待机状态下的低损耗，无需外加配套管理系统。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本发明节能充电机的电路结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种节能充电机其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1所示，为本发明节能充电机的电路结构示意图，其包括输入软启动电路Ⅰ、EMC滤波电路Ⅱ、功率因数校正电路Ⅲ、DC/DC转换电路Ⅳ、输出滤波电路Ⅴ、电池信号采集电路Ⅵ、辅助电源供电电路Ⅶ及CPU控制器Ⅷ。除此之外，该节能充电机更包括输入继电器JK1和输出继电器JK2，它们能够将主功率电路部分与输入端的电源及输出端的负载进行有效的隔离，从而减少待机空载状态下元件的功率损耗，实现充电机在待机状态下功耗近似为零。

输入软启动电路Ⅰ处于充电机的输入端，以有效消除开关电源输入端的浪涌电流，该浪涌电流是在加电瞬间汲取到的一个较大的电流，可能达到电源静态工作电流的1O倍～100倍，会造成其它输入电源电压的降低，引起使用同一输入电源的其它动力设备瞬间掉电。其中，该输入软启动开关Ⅰ内包含输入继电器JK1及热敏电阻PTC1，当电源供电后，热敏电阻PTC1会对其限流，而输入继电器JK1可以实现主电路和电源输入端的通断。在本实施例中，该节能充电机的输入端设有输入软启动电路Ⅰ，但是，本发明并不以此为限，在该节能充电机中的所有电路都可配置有输入软启动电路，使各电路在零电压和零电流状态下进行开关通断，在空隙或轻隙状态下进行启动，降低了开关功率器件的开关应力及高频噪声损耗、EMI、EMC等不良现象，进一步提高设备的工作效率。

EMC滤波电路Ⅱ、功率因数校正电路Ⅲ、DC/DC转换电路Ⅳ及输出滤波电路Ⅴ依序相连接在一起，实现从电源电流到电池所需的平滑直流电流的有效转换。其中，该EMC滤波电路Ⅱ可以保证充电机在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值，同时使充电机对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。该功率因数校正电路Ⅲ可以提高充电机内部电流的功率因数，同时消除电流斜波的含量，从而提高用电质量及用电设备的利用率，减少线路的功率损失。该DC/DC转换电路Ⅳ是充电机的主电路，是将直流电通过功率管和变压器将能量传输到后一级，从而实现对电池的充电。该输出滤波电路Ⅴ是用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压，满足电池的需求。

电池信号采集电路Ⅵ处于充电机的输出端，与充电电池相连，以监测充电电池的电压，将采集到的电压信号送至CPU控制器Ⅷ,从而决定是否充电。其中，输出继电器JK2相连接在电池信号采集电路Ⅵ与输出滤波电路Ⅴ之间，将输出端与充电机的主电路部分隔离，以保护充电机。

CPU控制器Ⅷ与电池信号采集电路Ⅵ、功率因数校正电路Ⅲ、输入继电器JK1及输出继电器JK2等相连接，其会接收电池信号采集电路Ⅵ所传输的电压信号，并将采集到的各个数据进行集中处理，按照一定的逻辑运算执行相应的信号输出，以有效的保护和控制充电机，决定是否对电池进行充电。

辅助电源供电电路Ⅶ是将AC/DC整流后的高电压变换成各个芯片I C所需的稳定的较低的直流电压，给整个充电机信号检测处理及状态指示部分供电，保证充电机的正常运行。

再结合图1所示，介绍本发明节能充电机的工作方式：当电源供电后，输入端经热敏电阻PCT1限流，开始给输入容性负载充电，辅助电源供电电路Ⅶ开始工作，为CPU控制器Ⅷ、输入继电器JK1、输出继电器JK2及电池信号采集电路Ⅵ等提供电源；通过电池信号采集电路Ⅵ适时采集电池的电压信号，并将所采集信息送入CPU控制器Ⅷ与其内部设定基准信号进行比对放大，进而控制充电机输出；若所采集信号经处理后确认电池组有充电需求，则充电机会依据设定时序首先开启输入继电器JK1、接着开启输出继电器JK 2、再开启功率因数校正电路Ⅲ等，各电路开始进入充电工作状态，充电机按照预设程序输出额定电压和电流，满足电池组的充电需求；若电池信号采集电路Ⅵ所采集的信息需充电机关机或切断输出时，则CPU控制器Ⅷ会发出和上述时序刚好相反的控制信号，依次切断各部分电路，首先切断功率因数校正电路Ⅲ，再切断输出继电器JK2和输入继电器JK1，使充电机无电压及电流输出，确保各功率器件在零电压和零电流状态下关闭。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种节能充电机，其包括EMC滤波电路、功率因数校正电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路及辅助电源供电电路，其特征在于其还包含：

输入继电器及输出继电器，分别位于充电机的输入端和输出端，以有效地隔离输入端的电源与主功率电路，及输出端的负载与主功率电路；

电池信号采集电路，与输出端的电池相连接，以采集该电池的信号；及

CPU控制电路，与输入继电器、输出继电器、功率因数校正电路、DC/DC转换电路及电池信号采集电路相连接，其会接收电池信号采集电路输入的电池信号，并进行处理后，按照预设的程序输出给输入继电器、输出继电器、功率因数校正电路及DC/DC转换电路，以决定是否开启主功率电路，从而对电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的节能充电机，其特征在于，其更包括输入软启动电路，该输入软启动电路内有热敏电阻及输入继电器。