CN104539011A - 一种升压充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升压充电器,克服现有技术中利用太阳能板只能对相对固定的电池或者电池组进行充电而使得应用场景受限的缺陷。该升压充电器包括升压电路、输出反馈电路和充电控制电路;升压电路,根据充电控制电路发送的控制信号以及输出反馈电路发送的第一反馈信号,对工作电压进行升压,产生充电电压;输出反馈电路,在升压电路采用充电电压对电池进行充电时产生第一反馈信号;充电控制电路向升压电路发送控制信号,以控制升压电路根据电池中的电量对电池进行针对性的充电;升压电路基于不同电压的第一反馈信号产生不同的充电电压。本发明的实施例根据用户的调节产生不同的充电电压,扩大了产品的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及充电器,尤其涉及一种升压充电器。
背景技术
随着太阳能技术的普及,利用太阳能对电池进行充电的需求已经越来越广泛。当前,利用太阳能板对电池进行充电的技术中,对于同一个产品,还只能以窄范围的输入电压进行处理后对固定的电池或者电池组进行充电。
上述的窄范围的输入电压经过一定的处理后对固定的电池或者电池组进行充电的技术,无法满足同一款产品广泛应用于各种场景,当前的充电技术已经落后于实际需求,有必要加以改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中利用太阳能板只能对相对固定的电池或者电池组进行充电而使得应用场景受限的缺陷。
为了解决上述技术问题,本发明的实施例首先提供了一种升压充电器,用于对电池进行充电;该升压充电器包括升压电路(10)、输出反馈电路(20)和充电控制电路(30),所述升压电路(10)、输出反馈电路(20)和充电控制电路(30)均接入工作电压;其中:所述升压电路(10),根据所述充电控制电路(30)发送的控制信号以及所述输出反馈电路(20)发送的第一反馈信号,对所述工作电压进行升压,产生充电电压并采用所述充电电压对所述电池进行充电;所述输出反馈电路(20),在所述升压电路(10)采用所述充电电压对所述电池进行充电时,产生所述第一反馈信号;所述充电控制电路(30),向所述升压电路(10)发送所述控制信号,以控制所述升压电路(10)根据所述电池中的电量对所述电池进行针对性的充电;其中,所述升压电路(10)基于不同电压的所述第一反馈信号,产生不同的所述充电电压。
其中,所述输出反馈电路(20)设置为接受用户的调节,并根据所述调节产生不同电压的所述第一反馈信号;其中,所述升压电路(10)根据不同电压的所述第一反馈信号,产生相应的充电电压;其中,不同电压的所述第一反馈信号对应于不同的所述充电电压。
其中,该升压充电器包括:输入反馈电路(40),根据所述充电电压产生第二反馈信号;其中,所述工作电压由太阳能板提供,所述升压电路(10)根据所述第二反馈信号控制所述工作电压接近所述太阳能板在最大功率输出状态下的输出电压。
其中,所述输入反馈电路(40)在所述太阳能板输出的实际的所述工作电压低于所述太阳能板的标称电压时,输出变化的所述第二反馈信号;其中,所述第二反馈信号的电压越大,所述充电电压的电平越低,对所述电池的充电电流越小。
其中,该升压充电器包括:温度补偿控制电路(50),在所述升压充电器超出预设的常温范围时,向所述输入反馈电路(40)发送温度变化信号;所述输入反馈电路(40)根据所述温度变化信号升高或者降低所述第二反馈信号的电压。
其中,所述电池的电量低于第一阈值时,所述充电控制电路(30)向所述升压电路(10)发送第一控制信号;所述升压电路(10)根据所述第一控制信号对所述电池进行浮充充电;所述电池的电量达到第二阈值时,所述充电控制电路(30)向所述升压电路(10)发送第二控制信号;所述升压电路(10)根据所述第二控制信号对所述电池进行涓流充电;所述电池的电量被充满时,所述充电控制电路(30)向所述升压电路(10)发送第三控制信号;所述升压电路(10)根据所述第三控制信号关闭对所述电池进行的充电。
其中,所述充电控制电路(30)接入所述工作电压的线路中还设置有第一指示灯和第二指示灯;所述升压电路(10)根据所述第一控制信号对所述电池进行浮充充电时,所述第一指示灯被点亮;所述升压电路(10)根据所述第二控制信号对所述电池进行涓流充电时,所述第一指示灯和所述第二指示灯被点亮;所述升压电路(10)根据所述第三控制信号关闭对所述电池进行的充电,所述第二指示灯被点亮。
与现有技术相比,本发明的实施例根据用户的调节,可以基于充电电压产生不同的反馈,从而产生不同的充电电压,方便了同一款充电器应用到多种使用场合,扩大了产品的应用范围,降低了用户的使用成本。本发明的实施例还可以并联或者串联使用,提高充电效率,延长太阳能板的使用寿命。
附图说明
附图用来提供对本发明的技术方案或现有技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分。其中,表达本发明实施例的附图与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案,但并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明的升压充电器的实施例的构造示意图。
图2为本发明的升压充电器的另一个实施例的构造示意图。
图3为本发明的升压充电器的再一个实施例的构造示意图。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。以及,附图只是示意性地显示本发明的装置的构造,并未按照实际的比例和位置关系进行绘制。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本发明实施例以及实施例中的各个特征,在不相冲突前提下可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明的升压充电器,可以用来对电池(BAT)或者电池组等进行充电。
如图1所示,本发明的升压充电器的实施例,主要包括有升压电路10、输出反馈电路20和充电控制电路30。升压电路10、输出反馈电路20和充电控制电路30均接入工作电压(或者称之为输入电压)Vin。
升压电路10,与输出反馈电路20及充电控制电路30相连,根据输出反馈电路20发送的第一反馈信号FB以及充电控制电路30发送的控制信号Vf3,对所接入的该工作电压Vin进行升压,产生充电电压Vo。并采用该充电电压Vo对电池(或者电池组)进行充电。
输出反馈电路20,在升压电路10采用该充电电压Vo对电池进行充电时,产生不同电压的该第一反馈信号FB。升压电路10基于不同电压的该第一反馈信号FB,可以产生不同的充电电压Vo。
充电控制电路30,向升压电路10发送控制信号Vf3,控制升压电路10根据电池中的电量,针对性地对电池进行充电。比如,电池中的电量偏低时,可以通过控制信号Vf3来控制升压电路10以较快的速度对电池进行充电。当电池中的电量达到较高的一定程度时,可以通过控制信号Vf3来控制升压电路10以较慢的速度对电池进行充电。在电池中的电量被充满时,可以通过控制信号Vf3来控制升压电路10停止对电池进行充电。
如图1所示,本发明的实施例中,升压电路10、输出反馈电路20和充电控制电路30还一起,分别接入公共接地端VSS。
本发明的实施例中,输出反馈电路20设置为接受用户对充电电压Vo的调节。输出反馈电路20根据用户的调节,产生不同电压的第一反馈信号FB。升压电路10根据不同电压的第一反馈信号FB,产生用户所期望的相应的充电电压Vo。不同电压的第一反馈信号FB对应于不同的充电电压Vo。其中,输出反馈电路20上设置有电位器,该电位器可以接受对充电电压Vo的调节。用户通过该电位器来改变第一反馈信号FB的电压,从而达到调节充电电压Vo的目的。
如图2所示,本发明的该升压充电器的另一个实施例,在图1所示实施例的基础上,还包括输入反馈电路40。输入反馈电路40与升压电路10相连,并同升压电路10、输出反馈电路20和充电控制电路30一样,也接入公共接地端VSS。
输入反馈电路40根据该充电电压Vo,可以产生变化的第二反馈信号Vf2。本发明的实施例中,工作电压Vin可以由太阳能板提供。该升压电路10根据该第二反馈信号Vf2,控制该工作电压Vin接近该太阳能板在最大功率输出状态下的输出电压。
本发明的实施例中,输入反馈电路40在该太阳能板输出的实际的工作电压Vin低于该太阳能板的标称电压Vp时,输出第二反馈信号Vf2,确保工作电压Vin接近或者等于太阳能板的标称电压Vp,保证太阳能板一直处于最大输出功率状态进行作业。而且,第二反馈信号Vf2的电压越大,该充电电压Vo的电平就越低,对电池进行充电时的电流就越小。本发明的实施例采用最大功率点追踪(MPPT)技术,增强太阳能板的工作效率,延长太阳能板的寿命。
本发明的实施例中,输入反馈电路40检测工作电压Vin产生第二反馈信号Vf2来控制升压电路10输出变化的充电电压Vo,使充电器输入电压Vin(工作电压)约等于或高于太阳能板的标称电压Vp,令太阳能板获得合理利用。
在具体实现时,输入反馈电路40采用开机延时来控制升压电路10延时输出充电电压Vo。之后,通过控制第二反馈信号Vf2来控制升压电路10所输出的电压缓慢升高至所需的充电电压Vo。然后,根据所用太阳能板的标称电压Vp,利用开关或短路帽,选择与该标称电压Vp相对应的稳压电路产生参考电压Vps,当Vin>Vps时,保持Vps=Vp不变,当Vin<Vp时,使得Vps随着Vp降低,且保证Vps<Vp。产生随着Vps降低的放大变化信号S1,利用该放大变化信号S1控制第二反馈信号Vf2随之改变。而Vo随着第二反馈信号Vf2的变化而改变,从而可以使得Vin大于或约等于太阳能板标称电压Vp。
或者,另一种实现方式,输入反馈电路40利用检测工作电压Vin的方法,产生第二反馈信号Vf2来改变升压电路10的输出电压Vo,获得太阳能板最大输出功率点。首先,利用开机延时来控制升压电路10延时输出充电电压Vo。之后,控制升压电路10的输出缓慢升高至电池组所需的充电电压Vo(上升所用时间0.05秒-20秒内可选)。检测太阳能板开路电压Vk,自动判断出所用的太阳能板的开路电压Vk和标称电压Vp。然后,根据工作电压Vin的变化,输出变化的第二反馈信号Vf2,用于改变升压电路10输出的充电电压Vo,使工作电压Vin约等于或大于太阳能板的标称电压Vp,使太阳能板工作于最佳电压点。
或者,还一种实现方式,输入反馈电路40利用检测充电电压Vo和充电电流的方法来控制升压电路10改变所输出的充电电压Vo,获得太阳能板的最大输出功率点。首先,利用开机延时来控制升压电路10延时输出充电电压Vo。之后,控制升压电路10所输出的电压渐渐升高。同时检测工作电压Vin。利用互感器或串在Vo输出电路中的电阻,测量出输出电流。然后,根据入工作电压Vin和输出电流的变化,计算出最大功率点,输出第二反馈信号Vf2来控制升压电路10输出的充电电压Vo,促使太阳能板工作在最大输出功率中。
如图3所示,本发明的升压充电器的另一个实施例,在图2所示实施例的基础上,还包括温度补偿控制电路50。温度补偿控制电路50与输入反馈电路40相连,输入反馈电路40与充电控制电路30相连。同输入反馈电路40一样,温度补偿控制电路50也接入公共接地端VSS。也即,温度补偿控制电路50连接在输入反馈电路40与公共接地端VSS之间。
图3所示的实施例,可以适用于各种室外使用环境,比如高温、严寒等多种地区,充电器本身的温度就会受环境温度及自身功率、散热等各方面的影响。图3所示实施例中,温度补偿控制电路50在充电器的温度超出预设的常温范围时,向输入反馈电路40发送表示充电器当前温度较高或者较低的温度变化信号Vf4。输入反馈电路40根据该温度变化信号Vf4输出与该温度变化信号Vf4相适应的第二反馈信号Vf2,促使升压电路10所输出的充电电压Vo产生有利于调节充电器温度的变化。在充电电压Vo产生变化时,充电器的功率就会产生相应的变化,从而充电器相应地就会产生较低或者较高的热量,来调节自身的温度。
比如,在充电器的温度低于预设的常温范围的下限值时,温度补偿控制电路50向输入反馈电路40发送较高电压的温度变化信号Vf4。输入反馈电路40收到较高电压的温度变化信号Vf4后,就降低第二反馈信号Vf2的电压,使得升压电路10输出的充电电压Vo升高,整个充电器的输出功率加大,提高充电器内部温度来抵御较低的环境温度,为充电器的各元器件提供一个相对而言更为适宜的工作环境。较为适宜的工作环境,可以保证各器件稳定工作的同时,尽量延长各元器件的使用寿命。而且,环境温度越低于该常温范围的下限值,温度变化信号Vf4的电压就越大,第二反馈信号Vf2的电压就越低,升压电路10输出的充电电压Vo就越高,整个充电器的输出功率就越大。
又如,在充电器的温度高于预设的常温范围的上限值时,温度补偿控制电路50向输入反馈电路40发送较低电压的温度变化信号Vf4。输入反馈电路40收到较低电压的温度变化信号Vf4后,就升高第二反馈信号Vf2的电压,使得升压电路10输出的充电电压Vo降低,整个充电器的输出功率下降,降低充电器内部温度来抵御较高的环境温度,为充电器的各元器件提供一个相对而言更为适宜的工作环境。而且,环境温度越高于该常温范围的上限值,温度变化信号Vf4的电压就越小,第二反馈信号Vf2的电压就越高,升压电路10输出的充电电压Vo就越低,整个充电器的输出功率就越小。
当充电控制电路30控制充电器关闭充电时,输入反馈电路40对输出电压Vo的控制可视为无效。
本发明的实施例中,上述温度补偿控制电路50主要包括串连在一起的电阻R和NTC温敏电阻RT。串联后的电阻R和NTC温敏电阻RT,一端连接输入反馈电路40,另一端连接公共接地端VSS。当环境温度较低时,温敏电阻RT的阻值变大,温度变化信号Vf4的电压会升高。输入反馈电路40在温度变化信号Vf4升高电压后,控制升压电路10输出较高电压的充电电压Vo,从而提高充电器的温度。当环境温度较高时,温敏电阻RT的阻值变小,温度变化信号Vf4的电压会降低。输入反馈电路40在温度变化信号Vf4降低电压后,控制升压电路10输出较低电压的充电电压Vo,从而降低充电器的温度。
需要说明的是,上述的常温范围,表示电子设备通常可以正常工作的温度范围。比如,对于一般的电子设备,在10摄氏度到30摄氏度的温度范围内,均可以正常工作,在10摄氏度到30摄氏度之间的温度变化,通常都不会影响到电子设备的工作寿命和准确性。
本发明的充电器,具有防冻和防过热的功能,从而可以长期在室外使用,而且可以在低纬度到高纬度的环境下都可以使用,丰富了本发明的充电器的使用场景。
本发明的实施例中,太阳能板的标称电压Vp可以为12V、18V、24V、30V、36V或者42V等多种规格。所产生的充电电压Vo可以产生36V、48V、60V或者72V的充电电压。
本发明的实施例中,当电池的电量低于第一阈值时,比如电池当前的电量为电池总容量的20%,或者电池总容量的1/4等时,充电控制电路30向升压电路10发送第一控制信号。升压电路10就可以根据该第一控制信号对电池进行浮充充电。浮充充电的速度较快,可以较快地将含有较少电量的电池充到较多电量。此时,在第一控制信号的控制作用下,该升压电路10将工作电压Vin调整为等于或者小于太阳能板的标称电压Vp,此时充电电压Vo的充电电流较大,实现对电池的快速充电。
当电池的电量达到第二阈值,比如电池当前的电量为电池总容量的80%,或者电池总容量的2/3等时,充电控制电路30将对应于浮充充电的较高电压的第一控制信号渐变为较低电压的第二控制信号,并向升压电路10发送第二控制信号。升压电路10就可以根据该第二控制信号对电池进行涓流充电。涓流充电的充电速度较慢。此时,在第二控制信号的控制作用下,该升压电路10将工作电压Vin调整为大于太阳能板的标称电压Vp但小于太阳能板的开路电压Vk,且减小充电电流,对应的充电电压Vo相比浮充充电状态下的充电电压稍低(比如降低1-4伏)。
当电池的电量被充满时,充电控制电路30向该升压电路10发送第三控制信号,升压电路10根据该第三控制信号自动关闭对电池进行充电,以对电池进行保护。在电池的电量被充满时,因先前处于涓流充电的状态,因此充电电流很小,导致工作电压Vin会等于或者接近Vk。此时充电控制电路30输出高电平的第三控制信号,控制升压电路将充电电压Vo降低到低于电池满电量时的电压,电路实现自动关闭充电的功能。
本发明的该升压充电器的实施例,在充电控制电路30接入工作电压Vin的线路中,还设置有指示灯,可以通过该指示灯来指示升压电路10对电池的充电状态进行提示。
如图1所示,在充电控制电路30接入工作电压Vin的线路中设置有第一指示灯ZD1和第二指示灯ZD2。该第一指示灯ZD1比如是红灯,该第二指示灯ZD2比如是绿灯或者蓝灯。升压电路10根据该第一控制信号对电池进行浮充充电时,该第一指示灯ZD1被点亮。该升压电路10根据该第二控制信号对该电池进行涓流充电时,第一指示灯ZD1和第二指示灯ZD2均被点亮。升压电路10根据该第三控制信号自动关闭对电池的充电时,第二指示灯ZD2被点亮。
在对电池进行充电的过程中,红灯亮,绿灯灭。当电池接近充满时,充电电流会越来越小,此时工作电压Vin会大于太阳能板的标称电压Vp。当工作电压Vin快接近太阳能板的开路电压Vk时,充电控制电路30会输出控制信号Vf3,控制信号Vf3决定升压电路10输出的充电电压Vo等于或稍低于电池充满时的电压,此时充电器会停止对电池组进行浮充充电,红灯灭,绿灯亮。当电池电压低时,充电器开始对电池充电,控制信号Vf3停止输出,当控制信号Vf3停止输出时,充电电压Vo开始升高,对电池以浮充的方式进行快速充电。因为充电器本身输出电压可调节,所以只要选择合适的控制信号Vf3,充电器就可以为高于太阳能板开路电压Vk的任何电池组进行快速充电。
如图1所示,本发明的该升压充电器的实施例,在升压电路10对电池进行充电的充电线路上,还设置有二极管D。二极管D可以防止电池出现电流倒流现象,这样就可以采用多块太阳能板同时对一组电池进行充电。
太阳能板一般都有多格电芯组成,电芯本身的内阻较大,较多的太阳能电芯串联时,就会使太阳能板的内阻进一步加大,从而容易降低工作中的太阳能板的工作效率,容易导致太阳能板过热。本发明的实施例可以将多个升压充电器以并联的方式进行使用,降低太阳能板的内阻,提升对电池或者电池组的充电效率,缩短充电时间,提供对太阳能板的保护。本发明的升压充电器还可以串联使用。本发明的实施例可以为大功率用电设备提供充足的能量,保证设备能长时间不间断工作。
本领域的技术人员应该明白,上述的本发明实施例所提供的装置,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上。可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现。从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明技术方案而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (7)
1.一种升压充电器,用于对电池进行充电;其特征在于,该升压充电器包括升压电路(10)、输出反馈电路(20)和充电控制电路(30),所述升压电路(10)、输出反馈电路(20)和充电控制电路(30)均接入工作电压;其中:
所述升压电路(10),根据所述充电控制电路(30)发送的控制信号以及所述输出反馈电路(20)发送的第一反馈信号,对所述工作电压进行升压,产生充电电压并采用所述充电电压对所述电池进行充电;
所述输出反馈电路(20),在所述升压电路(10)采用所述充电电压对所述电池进行充电时,产生所述第一反馈信号;
所述充电控制电路(30),向所述升压电路(10)发送所述控制信号,以控制所述升压电路(10)根据所述电池中的电量对所述电池进行针对性的充电;
其中,所述升压电路(10)基于不同电压的所述第一反馈信号,产生不同的所述充电电压。
2.根据权利要求1所述的升压充电器,其特征在于:
所述输出反馈电路(20)设置为接受用户的调节,并根据所述调节产生不同电压的所述第一反馈信号;
其中,所述升压电路(10)根据不同电压的所述第一反馈信号,产生相应的充电电压;其中,不同电压的所述第一反馈信号对应于不同的所述充电电压。
3.根据权利要求1所述的升压充电器,其特征在于,该升压充电器包括:
输入反馈电路(40),根据所述充电电压产生第二反馈信号;
其中,所述工作电压由太阳能板提供,所述升压电路(10)根据所述第二反馈信号控制所述工作电压接近所述太阳能板在最大功率输出状态下的输出电压。
4.根据权利要求3所述的升压充电器,其特征在于:
所述输入反馈电路(40)在所述太阳能板输出的实际的所述工作电压低于所述太阳能板的标称电压时,输出变化的所述第二反馈信号;其中,所述第二反馈信号的电压越大,所述充电电压的电平越低,对所述电池的充电电流越小。
5.根据权利要求3所述的升压充电器,其特征在于,该升压充电器包括:
温度补偿控制电路(50),在所述升压充电器超出预设的常温范围时,向所述输入反馈电路(40)发送温度变化信号;
所述输入反馈电路(40)根据所述温度变化信号升高或者降低所述第二反馈信号的电压。
6.根据权利要求1所述的升压充电器,其特征在于:
所述电池的电量低于第一阈值时,所述充电控制电路(30)向所述升压电路(10)发送第一控制信号;所述升压电路(10)根据所述第一控制信号对所述电池进行浮充充电;
所述电池的电量达到第二阈值时,所述充电控制电路(30)向所述升压电路(10)发送第二控制信号;所述升压电路(10)根据所述第二控制信号时所述电池进行涓流充电;
所述电池的电量被充满时,所述充电控制电路(30)向所述升压电路(10)发送第三控制信号;所述升压电路(10)根据所述第三控制信号关闭对所述电池进行的充电。
7.根据权利要求6所述的升压充电器,其特征在于:
所述充电控制电路(30)接入所述工作电压的线路中还设置有第一指示灯和第二指示灯;所述升压电路(10)根据所述第一控制信号对所述电池进行浮充充电时,所述第一指示灯被点亮;所述升压电路(10)根据所述第二控制信号对所述电池进行涓流充电时,所述第一指示灯和所述第二指示灯被点亮;所述升压电路(10)根据所述第三控制信号关闭对所述电池进行的充电,所述第二指示灯被点亮。
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