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一种自动适应铅酸电池组电压的充电器 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，包括晶闸管智能整流电路、开关电源电路、电压取样电路、电池电压检测电路和单片机控制电路。单片机根据电池组的节数，输出一路控制信号到晶闸管整流电路，控制晶闸管整流电路的导通角，电池节数越多，控制晶闸管导通角越大，整流输出的直流电压越高；单片机输出第二路信号到开关电源的电压取样电路，用于改变电压取样电路的数据。通过以上两个方面的协调控制，使开关电源输出电压高、低值之比达9倍。

Description

一种自动适应铅酸电池组电压的充电器
技术领域：
本发明涉及一种铅酸电池充电器。具体地说，涉及一种通过检测电池组电压，判断铅酸电池组节数，确定充电电压的铅酸电池充电器，属于电子技术领域。
背景技术
随着生活水平的提高，使用铅酸电池供电的电动自行车、电动汽车等电器设备得到普及，但是不同电器设备，由于使用的铅酸电池节数不一样，用的充电器输出电压也就不同，不同电器设备的充电器一般不能混用，所以每个电器设备都配备了专用的充电器，这样导致了电器设备成本的升高。
发明内容
本发明针对以上不足，提供一种能对电器设备使用电池组串联节数的多少做出判断，并确定的充电器充电电压的铅酸电池充电器。
铅酸电池刚充满电时，每节电池电压最高可到12.5V以上，在使用过程中，电压随着放电过程而逐渐降低，当电压下降到一定程度时(例如9V)，电池能输出的电流显著减小，这时就需要再次充电。但是在空载时，电池的电压变化不大，每节电池电压基本都在11.5V-12.5V之间，所以，通过铅酸电池组空载时的电压，可以判断出电池组的串联节数。
本发明所述的铅酸电池充电器，设有电池电压检测电路，作用是在充电器给电池组开始充电之前，首先测量电池空载电压，将电压信号经过A/D转换路转换成8位二进制数字信号，输送到单片机电路，单片机电路将测得的电压数值除以11.5，取整数N作为判断电池串联节数的依据。单片机电路根据电池节数输出两路控制信号，一路控制晶闸管整流电路的导通角，调整晶闸管整流电路输出电压，使供给开关电源的直流电压为合适的数值；另一路控制电压取样电路，选取适合的数据，使开关电源输出电压为(12*N+2)V，充电电压比电池电压高出2V，本充电器中可适应的电池节数N为1-9节。
本充电器采用了晶闸管整流电路，是因为开关电源模块TL494的占空比在10％-50％之间，根据开关电源的工作原理可知，开关电源使用二极管整流时，整流电路供给开关电源的直流电压为固定的300V，要改变开关电源的输出电压只能通过调整开关电源的电压取样电路的数据实现，所以开关电源能输出电压的最高和最低电压比为4倍。如果使开关电源输出电压适应1-9节电池充电，则输出最高电压和最低电压比为9倍，所以采用一般二极管整流电路，不能实现输出电压高低值之比达9倍的充电器。
本充电器中，单片机根据电池组的串联节数，输出一路控制信号到晶闸管整流电路，控制晶闸管整流电路的导通角，电池串联节数越多，控制晶闸管导通角越大，整流输出的直流电压越高；单片机输出第二路信号到开关电源的电压取样电路，用于改变电压取样电路的数据，电压取样电路的输出电压为取样电压，取样电压由取样电路从开关电源输出电压中分压产生，电压取样电路数据决定了取样电压与电源输出电压比例，而开关电源是通过改变输出电压，使取样电压与电源的基准电压相等，实现稳压目的。因此，不同的电压取样电路的数据决定开关电源的不同占空比，也就出现不同的输出电压。通过以上两个方面的协调控制，使开关电源输出电压高、低值之比达9倍。
为解决以上问题，本发明所采用的技术方案是：一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，包括晶闸管智能整流电路、开关电源电路、电压取样电路、电池电压检测电路和单片机控制电路；
晶闸管智能整流电路，接收单片机控制电路的控制信号，改变晶闸管导通角，调整整流输出的直流电压；
开关电源电路，通过改变电压取样电路的数据，输出适合电池组充电电压的稳压电源电路；
电压取样电路，是开关电源电路的一个组成单元，由两个并联的上取样电阻和两个并联的下取样电阻组成，每个取样电阻分别与一个场效应管串联，在单片机控制电路的控制下，通过不同效应管导通，可选择一个或二个上取样电阻和一个或二个下取样电阻接通，共获得9种取样电阻的组合，每种取样电阻值开关电源对应一种输出电压，开关电源电路可输出9种电压值；
所述电池电压检测电路，测量电池空载电压，将电压信号经过A/D转换路转换成8位二进制数字信号给单片机电路，作为判断电池节数的依据；
单片机控制电路，接收电池电压检测电路的信号，判断电池的节数，根据电池节数输出两路控制信号，一路控制晶闸管智能整流电压的导通角，另一路控制电压取样电路的数值，使开关电源输出相应的稳定电压。
晶闸管智能整流电路由芯片IC1、IC2、电阻R1-R5、电容器C1-C2组成；芯片IC1为智能可控整流芯片，型号为MJYD-JL-100，芯片IC1的两个交流端接220V交流电，两个直流端并接电容C1，芯片IC1的直流供电端DC12V接12V电源，两个接地端GND接地，芯片IC1的控制端CON外接电阻R5，R5的另一端接集成运放IC2，IC2集成运放IC2的型号为LM324，IC2的输出端与电阻R3连接点，R3的另一端接与运放IC1的反相端，IC2的同相端经电阻R4接地，IC2的反相端接电阻R2，R2的另一端接电阻R1与C2的连接点，C2另一端接地，R1的另一端接单片机控制电路。
开关电源电路由芯片IC3和外围元件构成，芯片IC3为电源专用芯片，型号为TL494；芯片IC3的1脚接电阻R6，R6的另一端接电压取样电路输出端VF，电压取样电路“+”、“-”分别接电池的正极和负极，构成电压反馈电路，实现稳压电源；电流取样电阻R13一端接地，另一端接电阻R11，电阻R11的另一端接芯片IC3的15脚，实现电流反馈电路，构成限流保护电路。
电压取样电路由芯片IC4、IC5、场效应管T1-T4、电阻R14-R29组成；芯片IC4、IC5为双运放，型号为LM324，四个运放器与外围电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R24、R25、R26、R27、R28、R29组成4个反相放大器，单片机控制电路(4)输出的控制信号经电阻R14、R17、R26、R29，分别输入到4个反相放大器的反相输入端；4个反相放大器的输出信号分别经过电阻阻R16、R19、R24、R27接场效应管T1-T4的栅极，场效应管T1、T3的源极和场效应管T2、T4的漏极接在一起，连取样电压输出端VF，场效应管T1、T3的漏极分别接电阻R20和R22，电阻R20和R22另一端接电源输出的正极，电阻R20和R22为上取样电阻；场效应管T2、T4的源极分别接电阻R21和R23，电阻R21和R23的另一端接地，电阻R21和R23为下取样电阻。
电池电压检测电路由芯片IC6、电阻R30和R31组成，电阻R30和R31串联，上端接电池正极，下端接地，R30和R31连接点与芯片的26脚的连接，芯片IC6的8、14、15、17、18、19、20和21脚接单片机电路，芯片IC6型号是ADC0809，为A/D转换芯片，输出8位数字信号到单片机控制电路，实现电池充电前电压检测功能。
本新型采取以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：本充电器能给使用电池组电压不同的电器设备充电，实现一个充电器多用，节约了电器设备的成本，使用更加方便。
下面结合附图和实施对本新型作进一步说明。
附图说明
附图1为本发明实施例中一种自动适应铅酸电池组电压的充电器的结构方框图；
附图2为本发明实施例中一种自动适应铅酸电池组电压的充电器的晶闸管智能整流电路图；
附图3为本发明实施例中一种自动适应铅酸电池组电压的充电器的开关电源结构图；
附图4为本发明实施例中一种自动适应铅酸电池组电压的充电器的电压取样电路结构图；
附图5为本发明实施例中一种自动适应铅酸电池组电压的充电器的电池电压检测电路结构图；
图中：
1-晶闸管智能整流电路，2-开关电源电路，3-电池电压检测电路，4-单片机控制电路，5-电压取样电路。
具体实施方式
如图1所示，一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，包括晶闸管智能整流电路1、开关电源电路2、电压取样电路、电池电压检测电路3和单片机控制电路4。
晶闸管智能整流电路1，是能够在控制信号作用下改变输出电压的整流电路。
开关电源电路2，是通过改变电压取样电路的数据，可改输出电压大小的稳压电源电路；
电池电压检测电路3，测量电池空载电压，将电压信号经过A/D转换路转换成8位二进制数字信号给单片机电路4，作为判断电池节数的依据。
电压取样电路，是开关电源电路的一个单元，由两个并联的上取样电阻和两个并联的下取样电阻组成，每个取样电阻都与一个效应管串联，在单片机的控制下，通过不同效应管导通，可选择一个或二个上取样电阻和一个或二个下取样电阻接通，共获得9种取样电阻的组合，电源对应可输出9种电压值。
单片机控制电路4，接收电池电压检测电路3的信号，判断电池的节数，根据电池节数输出两路控制信号，一路控制晶闸管智能整流电路1的导通角，另一路控制电压取样电路5的数值，使开关电源电路2输出相应的稳定电压。
如图2所示，晶闸管智能整流电路1由芯片IC1、IC2、电阻R1-R5、电容器C1-C2组成；芯片IC1为智能可控整流芯片，型号为MJYD-JL-100，芯片IC1的两个交流端接220V交流电，两个直流端并接电容C1，芯片IC1的直流供电端DC12V接12V电源，两个接地端GND接地，芯片IC1的控制端CON外接电阻R5，R5的另一端接集成运放IC2，IC2集成运放C2的型号为LM324，IC2的输出端与电阻R3连接点，R3的另一端接与运放IC2的反相端，IC2的同相端经电阻R4接地，IC2的反相端接电阻R2，R2的另一端接电阻R1与C2的连接点，C2另一端接地，R1的另一端接单片机控制电路4。
如图3所示，开关电源电路2由芯片IC3和外围元件构成，芯片IC3为电源专用芯片，型号为TL494；芯片IC3的1脚接电阻R6，R6的另一端接电压取样电路5输出端VF，电压取样电路5“+”、“-”分别接电池的正极和负极，构成电压反馈电路，实现稳压电源；电流取样电阻R13一端接地，另一端接电阻R11，电阻R11的另一端接芯片IC3的15脚，实现电流反馈电路，构成限流保护电路。
如图4所示，电压取样电路5由芯片IC4、IC5、场效应管T1-T4、电阻R14-R29组成；芯片IC4、IC5为双运放，型号为LM324，四个运放器与外围电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R24、R25、R26、R27、R28、R29组成4个反相放大器，单片机控制电路4输出的控制信号经电阻R14、R17、R26、R29，分别输入到4个反相放大器的反相输入端；4个反相放大器的输出信号分别经过电阻阻R16、R19、R24、R27接场效应管T1-T4的栅极，场效应管T1、T3的源极和场效应管T2、T4的漏极接在一起，连取样电压输出端VF，场效应管T1、T3的漏极分别接电阻R20和R22，电阻R20和R22另一端接电源输出的正极，电阻R20和R22为上取样电阻；场效应管T2、T4的源极分别接电阻R21和R23，电阻R21和R23的另一端接地，电阻R21和R23为下取样电阻。
如图5所示，电池电压检测电路3由芯片IC6、电阻R30和R31组成，电阻R30和R31串联，上端接电池正极，下端接地，R30和R31连接点与芯片的26脚的连接，芯片IC6的8、14、15、17、18、19、20和21脚接单片机电路，芯片IC6型号是ADC0809，为A/D转换芯片，输出8位数字信号到单片机控制电路，实现电池充电前电压检测功能。
以上仅仅是本发明的一个具体电路，本发明不局限于以上电路，任何本领域的技术人员在本发明的范围内所作的变化涵盖在本发明专利范围之中。

Claims (5)

1.一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，包括晶闸管智能整流电路(1)、开关电源电路(2)、电压取样电路(5)、电池电压检测电路(3)和单片机控制电路(4)；
其特征在于：
所述晶闸管智能整流电路(1)，接收单片机控制电路(4)的控制信号，改变晶闸管导通角，调整整流输出电压；
所述开关电源电路(2)，通过改变电压取样电路(5)的数据，输出适合电池组充电电压的稳压电源电路；
所述电压取样电路(5)，是开关电源电路(2)的一个组成单元，由两个并联的上取样电阻和两个并联的下取样电阻组成，每个取样电阻分别与一个场效应管串联，在单片机控制电路(4)的控制下，通过不同效应管导通，可选择一个或二个上取样电阻和一个或二个下取样电阻接通，共获得9种取样电阻的组合，每一种取样电阻取值开关电源对应输出一种电压，开关电源电路(2)可输出9种电压值；
所述电池电压检测电路(3)，测量电池空载电压，将电压信号经过A/D转换路转换成8位二进制数字信号给单片机电路(4)，作为判断电池串联节数的依据；
所述单片机控制电路(4)，接收电池电压检测电路(3)的信号，判断电池的串联节数，根据电池串联节数输出两路控制信号，一路控制晶闸管智能整流电路(1)的导通角，另一路控制电压取样电路(5)的数值，使开关电源输出相应的稳定电压。
2.如权利要求1所述的一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，其特征在于：所述晶闸管智能整流(1)电路由芯片IC1、IC2、电阻R1-R5、电容器C1-C2组成；芯片IC1为智能可控整流芯片，型号为MJYD-JL-100，芯片IC1的两个交流端接220V交流电，两个直流端并接电容C1，芯片IC1的直流供电端DC12V接12V电源，两个GND接地端接地，芯片IC1的控制端CON外接电阻R5，R5的另一端接集成运放IC2，集成运放IC2的型号为LM324，IC2的输出端与电阻R3连接点，R3的另一端接与运放IC2的反相端，IC2的同相端经电阻R4接地，IC2的反相端接电阻R2，R2的另一端接电阻R1与C2的连接点，C2另一端接地，R1的另一端接单片机控制电路(4)。
3.如权利要求1所述的一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，其特征在于：所述开关电源电路(2)由芯片IC3和外围元件构成，芯片IC3为电源专用芯片，型号为TL494；芯片IC3的1脚接电阻R6，R6的另一端接电压取样电路(5)输出端VF，电压取样电路(5)“+”、“-”端分别接电池的正极和负极，构成电压反馈电路，实现稳压电源；电流取样电阻R13一端接地，另一端接电阻R11，电阻R11的另一端接芯片IC3的15脚，实现电流反馈电路，构成限流保护电路。
4.如权利要求1所述的一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，其特征在于：所述电压取样电路(5)由芯片IC4、IC5、场效应管T1-T4、电阻R14-R29组成；芯片IC4、IC5为双运放，型号为LM324，四个运放器IC4A、IC4B、IC5A、IC5B与外围电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R24、R25、R26、R27、R28、R29组成4个反相放大器，单片机控制电路(4)输出的控制信号经电阻R14、R17、R26、R29，分别输入到4个反相放大器的反相输入端；4个反相放大器的输出信号分别经过电阻R16、R19、R24、R27接场效应管T1-T4的栅极，场效应管T1、T3的源极和场效应管T2、T4的漏极接在一起，连取样电压输出端VF，场效应管T1、T3的漏极分别接电阻R20和R22，电阻R20和R22另一端接电源输出的正极，电阻R20和R22为上取样电阻；场效应管T2、T4的源极分别接电阻R21和R23，电阻R21和R23的另一端接地，电阻R21和R23为下取样电阻。
5.如权利要求1所述的一种自动适应铅酸电池组电压的充电器，其特征在于：所述电池电压检测电路(3)由芯片IC6、电阻R30和R31组成，电阻R30和R31串联，上端接电池正极，下端接地，R30和R31连接点与芯片IC6的26脚的连接，芯片IC6的8、14、15、17、18、19、20和21脚接单片机电路，芯片IC6型号是ADC0809，为A/D转换芯片，输出8位数字信号到单片机控制电路，实现电池充电前电压检测功能。
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