CN103840514A - 多功能充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种多功能充电装置，包括输入软启动电路、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、信号采集电路、辅助电源供电电路、CPU控制器、输入继电器、输出继电器及人机界面控制器，该人机界面控制器包括初始化模块、计时模块、信号采集模块、告警模块及控制模块。借由本发明，能够实现对充电机、实验室电源或超级电容的充电，克服了现有充电装置用途单一的问题。

Description

多功能充电装置

技术领域

本发明涉及一种充电装置，特别是涉及一种多功能充电装置。

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一种电能转换设备。超级电容器应用于便携式电子产品、太阳能产品、电动玩具、燃气表和电动汽车灯等领域，还能配合蓄电池组应用于各种内燃发动机的电启动系统。实验室电源主要应用于对直流输出电压需求较高，输出电流较大的实验室用，而输出电压及电流均可调节。

传统的充电装置一般只能做为上述的一种使用，不能兼用。因此用户想用于另外一种产品使用时，需重新购买。本发明多功能充电装置就克服了这一缺点，将三者结合在一起，从而实现三者的功能。

有鉴于上述现有充电装置中所存在的不足,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，设计出一种能克服现有所存在问题的充电装置，使其更具有先进性。经过不断的研究设计,并经过反复试作样品及改进，终于设计出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能充电装置，其集充电机、实验室电源、超级电容充电为一体，克服了现有充电装置用途单一的问题。

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。本发明一种多功能充电装置，包括输入软启动电路、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、信号采集电路、辅助电源供电电路、CPU控制器、输入继电器及输出继电器，还包括人机界面控制器，该人机界面控制器包括初始化模块、计时模块、信号采集模块、告警模块及控制模块；其中，该人机界面控制器与CPU控制器连接，而人机界面控制器的控制模块分别与计时模块、信号采集模块和告警模块相连，初始化模块与计时模块连接。

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，前述的多功能充电装置，其充电模式包括充电机、实验室电源及超级电容。

借由上述技术方案，本发明多功能充电装置至少具有下列优点及有益效果：

1、借由人机界面控制器，根据其内部设定值，可实现自动调整，满足相应的要求。

2、本发明为一体机，采用标准机架式2U结构，不仅能摆置于台面，且可以安装于标准机柜上。

3、因继电器隔离式电路的设计，该多功能充电装置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，同时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为本发明多功能充电装置的结构示意图。

图2为本发明的人机界面控制器的内部结构示意图。

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多功能充电装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

参阅图1所示，为本发明多功能充电装置的结构示意图；该多功能充电装置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、信号采集电路Ⅵ、辅助电源供电电路Ⅶ、CPU控制器Ⅷ、输入继电器JK1、输出继电器JK2及人机界面控制器Ⅸ；其中，输入继电器JK1和输出继电器JK2分别位于该多功能充电装置的输入端和输出端，以有效地降低电源瞬间启动功率，及隔离输出端负载与主功率电路，从而减少待机状态下元件的功率损耗，实现充电装置在待机状态下功耗近似为零。

输入软启动电路Ⅰ处于充电装置的输入端，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PTC1的通断。在本实施例中，该充电装置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，在该充电装置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可以保证该充电装置在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不超过一定的限值，同时使充电装置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可以提高该充电装置整机的功率因数，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是该充电装置的主电路，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，满足需求。

信号采集电路Ⅵ处于该充电装置的输出端，采集充电信息，并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，以保护该充电装置。

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IC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，保证该充电装置的正常运行。

CPU控制器Ⅷ与信号采集电路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，接收信号采集电路Ⅵ所传输的电压信号，并将该电压信号输送至该人机界面控制器Ⅸ，与其一起完成该充电装置的充电任务。

该人机界面控制器Ⅸ是实现本发明多功能充电的最重要的部件，其与CPU控制器Ⅷ相连，并辅助该CPU控制器Ⅷ控制各个电路的工作状态。该人机界面控制器Ⅸ主要包括初始化模块1、计时模块2、信号采集模块3、告警模块4及控制模块5，其连接关系如图2，控制模块5分别与计时模块2、信号采集模块3和告警模块4相连。

其中，初始化模块1设置该CPU控制器Ⅷ和人机界面控制器Ⅸ内部的基准参数，例如充电电压、充电电流及充电时间等并存储；该计时模块2为充电装置的充电时间计时，当充电时间达到设定时间时，其发出信号到控制模块，控制模块再发出指令，即关闭输出，充电装置停止充电；该信号采集模块3接收该DC/DC转换电路Ⅳ、输出滤波电路Ⅴ、信号采集电路Ⅵ等电路的模拟量，并和初始化模块1内部设置的基准参数进行比较，若正常，则正常工作，若不正常，则发信号至告警模块4，告警模块4开始工作，发出告警信息（可以是LED灯的组合或鸣笛，本发明并不对此加以限制）；控制模块5借由CPU控制器Ⅷ，再根据信号采集模块3采集到的模拟量，实现对各个电路的控制，从而实现充电机、实验室电源及超级电容三种模式中的一种模式工作。

本发明多功能充电装置具体实现多功能充电的方式如下：

（1）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、输入继电器JK1、输出继电器JK2及电池信号采集电路等提供电源；

（2）进入人机界面控制器Ⅸ进行模式选择，如选择充电机，随后初始化模块1设置相应的基准参数，控制模块发送指令到CPU控制器，CPU控制器接到指令后，接收电池信号采集电路采集到的电池信号，并经处理后送至人机界面控制器的信号采集模块，与内部的基准参数作比较，如果正常，则充电装置正常充电；如果没有采集到充电信息或充电信息不正常时，控制模块不发出指令，整个主电路不工作，即充电装置完全处于近似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有充电需求，会及时将所采集信息发送到CPU控制器，再至控制模块，并与内部基准信号进行比对，若正常，控制模块发出指令，计时模块开始工作，计时开始，同时充电装置输出额定电压和电流，步骤如下：

时序1，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，电源输出端与电池接通；

时序2，开启功率因数校正电路；

时序3，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，将PTC1短接，电源输入端与主电路接通；

时序4，开启DC/DC转换电路，充电装置开始进入充电工作状态。

当充电时间到后，计时模块发送信号至控制模块，控制模块收到信息后，发出指令至CPU控制器关闭输出，充电装置停止充电，同时发送指令到告警模块，随后告警模块发出告警信息，表示充电已完成。当然，在充电过程中，如果某电路或电池出现异常，该告警模块同样会发出不同的告警信息。

（4）依据电池信号采集电路所采集的信息，或模式选择的更改，如需充电装置关机或切断输出时，则控制模块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，使充电装置无输出，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。

当充电模式选择为实验室电源或超级电容充电时，该多功能充电装置的充电流程如前所述，在此不再赘述。

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 (2)

1.一种多功能充电装置，包括输入软启动电路、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、信号采集电路、辅助电源供电电路、CPU控制器、输入继电器及输出继电器，其特征在于还包括人机界面控制器，该人机界面控制器包括初始化模块、计时模块、信号采集模块、告警模块及控制模块；

其中，该人机界面控制器与CPU控制器连接，而人机界面控制器的控制模块分别与计时模块、信号采集模块和告警模块相连，初始化模块与计时模块连接。

2.根据权利要求1所述的多功能充电装置，其特征在于其充电模式包括充电机、实验室电源及超级电容。

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