CN104333095A - 一种多功能自动全断电充电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能自动全断电充电器，充电器的电路包括多路恒流充电电路、内部供电模块电路、定时控制电路、继电器控制电路和电压比较控制电路，由220V市电经多路恒流源充电电路向蓄电池提供充电电流，内部供电模块电路给充电器内其他电路供电，定时控制电路和电压比较控制电路共同控制继电器控制电路，继而通过继电器控制电路控制各路恒流充电电路的投切以及整个电路的完全隔离。本充电器能对多种不同电压等级和容量的蓄电池组进行充电，可设置充电时间，充电过程保持恒流充电，接近充满时能自动减小充电电流，基本充满后能自动进入涓流再充电一段时间，完全充满后可以自动将充电器和市电以及蓄电池完全断开。

Description

一种多功能自动全断电充电器

技术领域

本发明涉及一种蓄电池充电器，具体是一种具有恒流充电、自动电压检测和定时充电功能的，充电完成后能自动和输入输出端完全隔离的蓄电池充电器。

背景技术

随着我国人民生活水平的提高及各种用电设备的广泛使用，需要用到蓄电池的地方很多，对蓄电池充电则必然要用到充电器，为了保证充电器给蓄电池充电时的高效和安全，要求充电器既能在充电过程中实现自动控制，又能在充电结束后及时将市电和蓄电池完全隔离。目前市面上常见的铅酸蓄电池，充电的要求都是按10小时充电率进行，对于容量大些的蓄电池，如150AH以上容量的蓄电池，其对应的充电器一般仍需使用带工频变压器的老式充电器，其对硅钢片和铜线的消耗很大，既笨重又昂贵。对于容量小一些的蓄电池，一般采用带高频变压器的开关电源式充电器，此类充电器对于蓄电池的内阻稳定要求很高，一旦蓄电池使用一段时间后内阻发生变化，很容易造成电池鼓包的现象，或是会使充电器过载发热甚至燃烧，造成安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用范围宽且轻便安全的蓄电池充电器，该充电器能对多种不同电压等级和容量的蓄电池组进行充电，可设置充电时间，充电过程保持恒流充电，接近充满时能自动减小充电电流，基本充满后能自动进入涓流再充电一段时间，完全充满后可以自动将充电器和市电以及蓄电池完全断开。

本发明的具体技术方案为：

一种多功能自动全断电充电器，其特征是：充电器的电路包括多路恒流充电电路、内部供电模块电路、继电器控制电路和电压比较控制电路，由220V市电经多路恒流源充电电路向蓄电池提供充电电流，内部供电模块电路给充电器内其他电路供电，电压比较控制电路控制继电器控制电路，通过继电器控制电路控制各路恒流充电电路的投切状态，使蓄电池接近充满时自动减小充电电流，完全充满时自动将整个充电器电路和市电及蓄电池双向完全隔离。

所述多路恒流充电电路包括三路并联的阻容电路，第一路包括电容C2并联电阻R2，第二路包括电容C3并联电阻R4，电容C3之前还串联有第三继电器常闭触点J3-1，第三路包括电容C11并联电阻R20，电容C11之前还串联有第二继电器常闭触点J2-1；三路并联阻容电路之前串联有第一继电器常开触点J1-3，并接入220V市电的一端，三路并联阻容电路之后接入由二极管D18、D19、D20、D21组成的全桥整流电路的一个输入端，全桥整流电路的另一个输入端串联一个保险管FUSE和第一继电器的常开触点J1-2，并接入220V市电的另一端，全桥整流电路的输出端经并联电容C6滤波后，其正极串联第一继电器的常开触点J1-1后接入蓄电池正极V+，第一继电器常开触点J1-1上还并联有一个由反向连接的二极管D2和开关K1串联的电路，全桥整流电路的输出的地线端接入蓄电池负极V-。

所述内部供电模块电路包括一个三端稳压器模块IC1，模块IC1采用7812，全桥整流输出端经电阻R6、R7串联分压，R6和R7之间的电位点D接入IC1的1脚，IC1的2脚接地，3脚输出+12V电压，给定时控制电路的模块IC4、继电器控制电路、电压比较控制电路的模块IC2和IC3供电。

所述继电器控制电路包括三路并联的继电器线圈电路，其中：第一路的第一继电器线圈J1一端连接IC1的3脚+12V输出，另一端连接三级管Q5的集电极，Q5的发射极接地，另有电阻R18、R19的串联电路并联于第一继电器线圈J1的+12V连接端和三级管Q5的基极之间，电阻R18、R19之间的电位点连接三级管Q4的集电极，Q4的发射极连接至Q5的发射极；第二路的第二继电器线圈J2一端连接IC1的3脚+12V输出，另一端连接三级管Q3的集电极，Q3的发射极接地；第三路的第三继电器线圈J3一端连接IC1的3脚+12V输出，另一端连接三级管Q2的集电极，Q2的发射极接地。

所述电压比较控制电路包括一个电压比较器模块IC2和一个运算放大器模块IC3，模块IC2采用LM339，模块IC3采用LM324，模块IC1的3脚+12V输出连接IC2的3脚供电，并分别串联电阻R25、R26、R27分别接入IC2的2、1、14脚，IC2的12脚接地；全桥整流输出端连接有电阻串联分压采样电路，电路为：电阻R5一端连接全桥整流输出正极，另一端连接电阻R21的一端，R21的另一端连接电阻R33的一端，R33的另一端连接选择开关K3的动触头，K3的静触头分别连接电阻R9、R48、R34的一端，电阻R9、R48、R34的另一端并联接地；电阻R5和R21之间的电位点A串联电阻R23后接入IC2的5脚，电阻R21和R33之间的电位点B串联电阻R35后接入IC2的7脚，电阻R33和选择开关K3的动触头之间的电位点C串联电阻R36后接入IC2的9脚；IC1的3脚+12V输出串联电阻R22后，再串联稳压二级管ZD2接地，电阻R22和稳压二极管ZD2之间的电位点分别接入IC2的4、6、8脚；IC2的2脚输出串联二极管D3接入IC3的3脚，IC1的3脚+12V输出通过电阻R29、R41串联分压接地，电阻R29和R41之间的电位点接入IC3的2脚，IC3的1脚输出一路串接二级管D8和电阻R15后接入三极管Q2的基极，另一路串接电阻R37、R42后接地，R37和R42之间的电位点反馈连接至IC3的3脚，IC3的3脚和2脚之间还连接有两个串接的钳位二极管D4、D5，从而形成高电位自锁电路；IC2的1脚输出串联二极管D11接入IC3的5脚，IC1的3脚+12V输出通过电阻R30、R43串联分压接地，电阻R30和R43之间的电位点接入IC3的6脚，IC3的7脚输出一路串接二级管D9和电阻R49后接入三极管Q3的基极，另一路串接电阻R38、R44后接地，R38和R44之间的电位点反馈连接至IC3的5脚，IC3的5脚和6脚之间还连接有两个串接的钳位二极管D12、D14，从而形成高电位自锁电路；IC2的14脚输出串联二极管D13接入IC3的10脚，IC1的3脚+12V输出端通过电阻R32、R45串联分压接地，电阻R32和R45之间的电位点接入IC3的9脚，IC3的8脚输出一路串接二级管D22和电阻R31后接入三极管Q4的基极，另一路串接电阻R40、R46后接地，R40和R46之间的电位点反馈连接至IC3的10脚，IC3的10脚和9脚之间还连接有两个串接的钳位二极管D15、D16，从而形成高电位自锁电路；IC3的7脚输出还设有一路串联二级管D17、电阻R39后分两路，一路接入IC3的12脚，一路接电容C10后接地，电容C10上还并联有电阻R49，电阻R22和稳压二级管ZD之间的电位点接入IC3的13脚，IC3的14脚输出串接二级管D10和电阻R31后接入三极管Q4的基极，此为涓流充电控制电路。

所述充电器还可以加入定时控制电路，定时控制电路包括一个二进制分频器/振荡器模块IC4，模块IC4采用CD4060，模块IC1的3脚经二级管D1给IC4的16脚供电，二级管D1还通过电容C4连接到IC4的12脚复位端，IC4的9脚接电容C5，11脚接电阻R11，C5和R11的另一端并联接入选择开关K2的动触头，K2的静触头分别连接电阻R12、R13、R14的一端，R12、R13、R14的另一端并联接入IC4的10脚，从而构成可选择时间的定时电路，IC4的3脚为输出脚，3脚经过电阻R28，二极管D7，电阻R31后连接到继电器控制电路的三极管Q4的基极。

为了能够实现大电流快充的目的，所述多路恒流源充电电路还可以在三路并联的阻容电路的基础上再并联一路阻容电路，此电路包括电容C1并联电阻R1，电容C1之前还串联有开关K1。    

本发明的优点为：和一般的充电器相比，本充电器采用多路阻容电路以恒流充电的形式给蓄电池进行充电，电路不需要使用工频变压器或高频变压器，既节省材料也更加轻便，可对多种电压等级的蓄电池组进行充电。本充电器开始充电时以大电流进行充电，当蓄电池接近充满时，阻容电路会逐路依次断开，最后只留下一路对电池进行涓流充电，当充电时间达到设定时间时，或电压比较控制电路检测到电池电压达到限定值时，或涓流充电达到一定的时间时，此三个条件只要满足一个，充电器就会自动断开，从而使蓄电池不会因过充而鼓包损坏，而且由于采用输入输出双隔离的设计，充电器断开时能同时断开与市电和蓄电池的连接，充电器完全不工作，从而保证了安全，防止火灾的发生。

附图说明

图1为本多功能自动全断电充电器的总电路图。

图2为定时控制电路部分的电路图。

图3为电压比较控制电路部分的电路图。

图4为基于模块IC3的三个高电位自锁电路图。

图5为基于模块IC3的涓流充电控制电路图。

具体实施方式

本充电器的工作过程及原理如下：

当开始充电时，按下开关K1，三端稳压器模块IC1的1脚得电，其3脚+12V输出通过电阻R18、R19给三极管Q5的基极供电，Q5导通，第一继电器线圈J1得电，第一继电器常开触点J1-1、J1-2、J1-3同时吸合，220V交流市电开始通过由电容C2、C3、C11构成的三路阻容电路，二极管D18、D19、D20、D21构成的全桥整流电路给蓄电池进行大电流恒流充电，此时模块IC1的3脚+12V输出分别给模块IC2、IC3、IC4和继电器线圈J1、J2以及稳压二级管ZD2供电，并由稳压二级管ZD2提供向IC2的4、6、8脚及IC3的13脚提供基准电压，由于电阻R5、R21、R33、R9组成的串联电路并联在电池的正负极两端，所以通过监控此串联电路上的各电位点的电压可以对蓄电池的实时电压进行监控。当需要对不同电压等级的蓄电池进行充电时，可调整选择开关K3连接至相应的电阻档位，使监控电压和蓄电池电压等级相匹配。

当蓄电池接近充满时，电位点A的电压达到相应的数值，使得IC2的5脚电压高于4脚的基准电压，IC2的2脚会输出高电位，并通过二极管D3加载到IC3的3脚，在高电位自锁电路的作用下，IC3的1脚能持续保持输出高电位，并通过二级管D8和电阻R15加载至三极管Q2的基极，Q2导通，第三继电器线圈J3得电，其常闭触点J3-1断开，第二路阻容电路从充电线路断开，充电电流降低。

当蓄电池基本充满时，蓄电池的电压进一步升高，电位点B的电压达到相应的数值，使得IC2的7脚电压高于6脚的基准电压，IC2的1脚会输出高电位，并通过二级管D11加载到IC3的5脚，在高电位自锁电路的作用下，IC3的7脚能持续保持输出高电位，并通过二级管D9和电阻R49加载至三极管Q3的基极，Q3导通，第二继电器线圈J2得电，其常闭触点J2-1断开，第三路阻容电路从充电线路断开，充电电流进一步降低，仅靠第一路阻容电路维持给蓄电池进行涓流充电。IC3的7脚同时还通过二级管D17和电阻R39给电容C10充电， 电容C10的正电压加在IC3的12脚上，当涓流充电进行1～2个小时后，随着电容C10正电压的升高，当IC3的12脚电压高于13脚的基准电压时，IC3的14脚会输出高电位，并通过二级管D10和电阻R31加载至三级管Q4的基极，Q4导通，加载在三级管Q5基极上的正电压被旁路，Q5截止，第一继电器线圈J1失电，其常开触点J1-1、J1-2、J1-3同时断开，充电器和市电及蓄电池均保持隔离，充电结束。

为了防止电容C10失效造成充电电路无法完全断开从而导致电池过充鼓包的现象，电路还设有电池极限电压监控保护，当蓄电池充电至其极限电压时，电位点C的电压达到相应的数值，使得IC2的9脚电压高于8脚的基准电压，IC2的14脚会输出高电位，并通过二级管D13加载到IC3的10脚，在高电位自锁电路的作用下，IC3的8脚能持续保持输出高电位，并通过二级管D22和电阻R31加载至三极管Q4的基极，Q4导通，三极管Q5截止，第一继电器线圈J1失电，其常开触点J1-1、J1-2、J1-3同时断开，充电器和市电及蓄电池均保持隔离，充电结束。

本充电器还设有定时控制电路，按下开关K1开始充电时，IC1的3脚+12V输出通过二级管D1和电容C4给IC4的12脚复位端一个正信号，由IC4及相关电路构成的定时电路开始计数，当选择开关K2调整至不同的电阻位置时，可以设定不同的定时时间，当计数到达设定时间后，IC4的3脚会输出高电位，并通过电阻R28、二级管D7和电阻R31加载至三级管Q4的基极，Q4导通，三极管Q5截止，第一继电器线圈J1失电，其常开触点J1-1、J1-2、J1-3同时断开，充电器和市电及蓄电池均保持隔离，充电结束。

另外还可以在三路并联的阻容充电电路的基础上再多并联一路阻容电路，此电路串联有开关K1，开关K1平时处于断开状态，当需要对蓄电池进行快速充电时，可合上开关K1使充电电流进一步加大，从而达到快充的目的。

Claims (5)

1.一种多功能自动全断电充电器，其特征是：充电器的电路包括多路恒流充电电路、内部供电模块电路、继电器控制电路和电压比较控制电路，由220V市电经多路恒流源充电电路向蓄电池提供充电电流，内部供电模块电路给充电器内其他电路供电，电压比较控制电路控制继电器控制电路，继而通过继电器控制电路控制各路恒流充电电路的投切状态以及满足设定条件时将整个充电器电路和市电及蓄电池实现双向完全隔离。

2.根据权利要求1所述的充电器，其特征是：所述多路恒流充电电路包括三路并联的阻容电路，第一路包括电容C2并联电阻R2，第二路包括电容C3并联电阻R4，电容C3之前还串联有第三继电器常闭触点J3-1，第三路包括电容C11并联电阻R20，电容C11之前还串联有第二继电器常闭触点J2-1；三路并联阻容电路之前串联有第一继电器常开触点J1-3，并接入220V市电的一端，三路并联阻容电路之后接入由二极管D18、D19、D20、D21组成的全桥整流电路的一个输入端，全桥整流电路的另一个输入端串联一个保险管FUSE和第一继电器的常开触点J1-2，并接入220V市电的另一端，全桥整流电路的输出端经并联电容C6滤波后，其正极串联第一继电器的常开触点J1-1后接入蓄电池正极V+，第一继电器常开触点J1-1上还并联有一个由反向连接的二极管D2和开关K1串联的电路，全桥整流电路的输出的地线端接入蓄电池负极V-；

所述内部供电模块电路包括一个三端稳压器模块IC1，模块IC1采用7812，全桥整流输出端经电阻R6、R7串联分压，R6和R7之间的电位点D接入IC1的1脚，IC1的2脚接地，3脚输出+12V电压，给定时控制电路的模块IC4、继电器控制电路、电压比较控制电路的模块IC2和IC3供电；

所述继电器控制电路包括三路并联的继电器线圈电路，其中：第一路的第一继电器线圈J1一端连接IC1的3脚+12V输出，另一端连接三级管Q5的集电极，Q5的发射极接地，另有电阻R18、R19的串联电路并联于第一继电器线圈J1的+12V连接端和三级管Q5的基极之间，电阻R18、R19之间的电位点连接三级管Q4的集电极，Q4的发射极连接至Q5的发射极；第二路的第二继电器线圈J2一端连接IC1的3脚+12V输出，另一端连接三级管Q3的集电极，Q3的发射极接地；第三路的第三继电器线圈J3一端连接IC1的3脚+12V输出，另一端连接三级管Q2的集电极，Q2的发射极接地；

所述电压比较控制电路包括一个电压比较器模块IC2和一个运算放大器模块IC3，模块IC2采用LM339，模块IC3采用LM324，模块IC1的3脚+12V输出连接IC2的3脚供电，并分别串联电阻R25、R26、R27分别接入IC2的2、1、14脚，IC2的12脚接地；全桥整流输出端连接有电阻串联分压采样电路，电路为：电阻R5一端连接全桥整流输出正极，另一端连接电阻R21的一端，R21的另一端连接电阻R33的一端，R33的另一端连接选择开关K3的动触头，K3的静触头分别连接电阻R9、R48、R34的一端，电阻R9、R48、R34的另一端并联接地；电阻R5和R21之间的电位点A串联电阻R23后接入IC2的5脚，电阻R21和R33之间的电位点B串联电阻R35后接入IC2的7脚，电阻R33和选择开关K3的动触头之间的电位点C串联电阻R36后接入IC2的9脚；IC1的3脚+12V输出串联电阻R22后，再串联稳压二级管ZD2接地，电阻R22和稳压二极管ZD2之间的电位点分别接入IC2的4、6、8脚；IC2的2脚输出串联二极管D3接入IC3的3脚，IC1的3脚+12V输出通过电阻R29、R41串联分压接地，电阻R29和R41之间的电位点接入IC3的2脚，IC3的1脚输出一路串接二级管D8和电阻R15后接入三极管Q2的基极，另一路串接电阻R37、R42后接地，R37和R42之间的电位点反馈连接至IC3的3脚，IC3的3脚和2脚之间还连接有两个串接的钳位二极管D4、D5，从而形成高电位自锁电路；IC2的1脚输出串联二极管D11接入IC3的5脚，IC1的3脚+12V输出通过电阻R30、R43串联分压接地，电阻R30和R43之间的电位点接入IC3的6脚，IC3的7脚输出一路串接二级管D9和电阻R49后接入三极管Q3的基极，另一路串接电阻R38、R44后接地，R38和R44之间的电位点反馈连接至IC3的5脚，IC3的5脚和6脚之间还连接有两个串接的钳位二极管D12、D14，从而形成高电位自锁电路；IC2的14脚输出串联二极管D13接入IC3的10脚，IC1的3脚+12V输出端通过电阻R32、R45串联分压接地，电阻R32和R45之间的电位点接入IC3的9脚，IC3的8脚输出一路串接二级管D22和电阻R31后接入三极管Q4的基极，另一路串接电阻R40、R46后接地，R40和R46之间的电位点反馈连接至IC3的10脚，IC3的10脚和9脚之间还连接有两个串接的钳位二极管D15、D16，从而形成高电位自锁电路；IC3的7脚输出还设有一路串联二级管D17、电阻R39后分两路，一路接入IC3的12脚，一路接电容C10后接地，电容C10上还并联有电阻R49，电阻R22和稳压二级管ZD之间的电位点接入IC3的13脚，IC3的14脚输出串接二级管D10和电阻R31后接入三极管Q4的基极，此为涓流充电控制电路。

3.根据权利要求2所述的充电器，其特征是：所述充电器还设有定时控制电路。

4.根据权利要求3所述的充电器，其特征是：所述定时控制电路包括一个二进制分频器/振荡器模块IC4，模块IC4采用CD4060，模块IC1的3脚经二级管D1给IC4的16脚供电，二级管D1还通过电容C4连接到IC4的12脚复位端，IC4的9脚接电容C5，11脚接电阻R11，C5和R11的另一端并联接入选择开关K2的动触头，K2的静触头分别连接电阻R12、R13、R14的一端，R12、R13、R14的另一端并联接入IC4的10脚，从而构成可选择时间的定时电路，IC4的3脚为输出脚，3脚经过电阻R28，二极管D7，电阻R31后连接到继电器控制电路的三极管Q4的基极。

5.根据权利要求2所述的充电器，其特征是：所述多路恒流源充电电路在三路并联的阻容电路的基础上再并联一路阻容电路，此电路包括电容C1并联电阻R1，电容C1之前还串联有开关K1。