CN105576786A - 车用充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车用充电器,包括:MCU、输入滤波电路、整流滤波电路、输入电压检测电路、过热检测电路、电源控制电路、隔离变压器T1、副边供电电路、同步整流电路、输出滤波电路、输出与反接保护电路、输出电压检测电路、过压保护电路、输出电流检测电路、过流保护电路、反馈控制电路、过热检测电路、电池温度检测电路;本发明提供全面的保护功能:输入端过压保护、输出端过压、过流、短路保护、输出端极性反接保护,以及充电器高温过热保护,能够延长电池使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种车用设备,尤其是一种车用充电器。
背景技术
目前汽车作为私人交通工具,已经越来越普及,汽车保有量逐年增加。通常由于人们开车距离较短,频繁启停,且汽车自身充电方式简单,无法在不同温度条件下调节充电参数,导致蓄电池长时间未工作在理想状态,使用寿命大为缩短,一般只能使用2~3年,不光经济受损,给环境造成也了极大的破坏。
使用高质量车用充电器进行维护充电直接关系到电瓶的寿命,如果充电器的保护电路完善,则可以实现过压过流保护,并且当充电器连接电瓶错接线时可以提供极性反接保护,确保使用安全。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种车用充电器,各种保护电路和保护机制完善,特有添加充电电压温度补偿;能够有效延长电瓶寿命。本发明采用的技术方案是:
一种车用充电器,包括:MCU、输入滤波电路、整流滤波电路、输入电压检测电路、过热检测电路、电源控制电路、隔离变压器T1、副边供电电路、同步整流电路、输出滤波电路、输出与反接保护电路、输出电压检测电路、过压保护电路、输出电流检测电路、过流保护电路、反馈控制电路;
输入滤波电路的输入端接交流电,输出端接整流滤波电路;整流滤波电路的输出端接电源控制电路;输入电压检测电路从整流滤波电路的整流输出端监测电压HV1并反馈相应信号至MCU;过热检测电路检测充电器中关键元件或部位的温度并反馈至MCU;电源控制电路与隔离变压器T1原边绕组连接;隔离变压器T1的副边绕组接副边供电电路和同步整流电路;同步整流电路的输出端接输出滤波电路;输出滤波电路的输出端接输出与反接保护电路;输出与反接保护电路通过输出线接蓄电池;
反馈控制电路的输入端接输出滤波电路输出端进行电压采样,同时受到MCU输出的电压控制信号Vset的控制;反馈控制电路的输出端接电源控制电路,完成闭环控制;
输出电压检测电路的输入端接输出滤波电路输出的电压Vo和/或输出与反接保护电路输出端的电压+Batt,并将采集的电压信号反馈至MCU;MCU连接过压保护电路,过压保护电路连接电源控制电路;
输出电流检测电路检测同步整流电路输出端回路中的电流信号,反馈至MCU,并同时反馈至过流保护电路;过流保护电路连接电源控制电路;
输出与反接保护电路提供充电器输出端极性反接保护,并同时连接MCU,向MCU反馈所连接的蓄电池极性状态;
MCU根据各输入信号,进行充电器输入端过压保护、输出端过压、过流保护、输出端极性反接保护,以及充电器过热保护的控制。
进一步地,输入电压检测电路包括电阻R12、R17、R205、齐纳二极管ZD205、光耦U3;整流滤波电路整流输出端电压HV1接电阻R12一端,电阻R12另一端接齐纳二极管ZD205阴极,并通过电阻R17接原边地;齐纳二极管ZD205阳极接光耦U3输入端阳极,U3输入端阴极接原边地;光耦U3输出端集电极通过上拉电阻R205接正电压VDD,并向MCU输出信号AC-OK;光耦U3的输出端发射极接副边地。
进一步地,电源控制电路包括电源芯片IC1、功率管Q2、热敏电阻NTC2、光耦U1的输出端U1B、光耦U101的输出端U10B;
整流滤波电路正输出端接电容C12和电阻R9的一端以及隔离变压器T1原边主绕组T1A一端;电容C12和电阻R9的另一端接二极管D8阴极,二极管D8阳极接原边主绕组T1A另一端和功率管Q2漏极;电容C11并联在Q2的漏极和源极;功率管Q2的源极接电阻R13一端并通过采样电阻R15接原边地;电阻R13另一端接电源芯片IC1的采样端并通过电容C10接原边地;电源芯片IC1的驱动端接电阻R8的一端、PNP三极管Q1的基极;三极管Q1的发射极接电阻R8另一端、功率管Q2的栅极以及电阻R14一端;三极管Q1的集电极接电阻R14另一端和功率管Q2的源极;
隔离变压器T1的原边供电绕组T1C的一端接原边地,另一端接高频滤波元件B2的一端,高频滤波元件B2的另一端接二极管D5的阳极、电容C17一端;电容C17的另一端通过电阻R129接二极管D5的阴极和电阻R128一端;电阻R128的另一端接二极管D2阳极、齐纳二极管D10阴极和电容C4一端,电容C4另一端接原边地;二极管D2阴极接电源芯片IC1的电源端并通过电容C6接原边地;IC1的电源端还通过电阻R3接整流滤波电路正输出端;齐纳二极管D1的阳极接电源芯片IC1的电压检测端、电阻R16一端、电容C3一端;电阻R16另一端通过负温系数的热敏电阻NTC2接原边地;电容C3的另一端接原边地;电源芯片IC1的定时电容外接端通过电容C8接原边地;IC1接地端接原边地;
电源芯片IC1的零电流检测端接电阻R6一端、二极管D3阴极、电容C7和电阻R5一端、二极管D4阳极;电容C7和电阻R5另一端、二极管D4阴极接原边地;电阻R6另一端接二极管D3阳极和电阻R7一端;电阻R7另一端接隔离变压器T1原边辅助绕组T1D的一端,原边辅助绕组T1D另一端接原边地;
电源芯片IC1的反馈端接电容C9的一端、光耦U1的输出端U1B集电极、以及光耦U101的输出端U10B集电极;电容C9的另一端、光耦U1的输出端U1B发射极、以及光耦U101的输出端U10B发射极接原边地。
更进一步地,热敏电阻NTC2在线路板上设置在功率管Q2旁。
进一步地,同步整流电路包括电容C18、C190、C16,电阻R18、R24、R10、R120、R125、R126,NMOS管Q3,同步整流芯片IC2;IC2采样NCP4304B;
输出滤波电路包括电容C93、C97、C29、C28,电感滤波器L5;
隔离变压器副边主绕组T1E的一端输出电压VS,接电容C93、C97的一端和电感滤波器L5第一输入端;电感滤波器L5第二输入端接电阻R34一端,电阻R34另一端、电容C93和C97另一端接副边地;副边主绕组T1E的另一端接电容C190、C18一端、NMOS管Q3的漏极、以及电阻R120一端;电容C190另一端接Q3源极和电阻R24一端以及副边地;电容C18另一端通过电阻R18接NMOS管Q3源极和副边地;电阻R24另一端接NMOS管Q3栅极并通过电阻R10接同步整流芯片IC2的驱动端;同步整流芯片IC2的采样端接电阻R120另一端;同步整流芯片IC2的电源端接电压VS,并通过电容C16接副边地;IC2的接地端接副边地;IC2的最大开通时间设定端和最小开通时间设定端分别通过电阻R126和R125接副边地;
电感滤波器L5的第一输出端输出电压Vo,第二输出端作为车用充电器的负输出端;电容C29和C28与电感滤波器L5的两个输出端并联。
进一步地,副边供电电路包括隔离变压器T1的副边供电绕组T1B、高频滤波元件B3(B3具体采用磁珠)、二极管D10、D7、D12、D9、电阻R104、R198、电容C78、C73、C5、C108;稳压芯片U402、U9,电容C27、C39、C61和C31;
副边供电绕组T1B的一端接副边地,另一端接高频滤波元件B3的一端,B3的另一端接二极管D10和D7的阳极、电阻R104的一端;电阻R104的另一端通过电容C78接二极管D10和D7的阴极,以及电容C73和C5的一端、电阻R198的一端;二极管D10和D7的阴极输出电压Vp;电容C73和C5的另一端接副边地;电阻R198的另一端接二极管D12阳极,二极管D12阴极接二极管D9阴极和电容C108一端;电容C108另一端接副边地;二极管D9阳极接隔离变压器副边主绕组T1E一端的输出电压VS;二极管D9的阴极输出电压VCCS;
电压VCCS接至电容C27和C39一端以及稳压芯片U402输入端;电容C27和C39另一端接副边地;稳压芯片U402调整端接副边地,稳压芯片U402的输出端输出电压Vdd5;电容C61的一端接U402的输出端和稳压芯片U9的输入端和使能端,电容C61的另一端接副边地;稳压芯片U9的接地端接副边地,输出端接电容C31一端并输出电压VDD;电容C31另一端接副边地。
进一步地,输出与反接保护电路包括继电器RT1,二极管D22、D14、D15,NPN三极管Q5,熔丝F2,电阻R137、R138、R46、R43、R47、R127;
继电器RT1的开关一端接输出滤波电路17输出的电压Vo,另一端输出电压+Batt,继电器RT1开关另一端接熔丝F2一端和二极管D15阴极,熔丝F2另一端作为充电器的正输出端;电阻R137和R138的一端接二极管D22的阴极和电压Vp,二极管D22的阳极接电压VCCS;电压Vp通过副边供电绕组T1B的输出经过二极管整流取得;电压VCCS通过副边主绕组T1E的一端输出电压VS经过二极管D9,以及电压Vp经过电阻R198和二极管D12后比较所得;电阻R137和R138的另一端接继电器RT1线圈一端,二极管D14阴极并通过电容C115接副边地;继电器RT1线圈另一端接二极管D14阳极和三极管Q5集电极;三极管Q5的基极接电阻R46一端、R47一端和R127一端,并通过电阻R43接副边地和Q5发射极;电阻R46另一端接二极管D15阳极;电阻R47接收MCU发出的控制信号Vrelay;电阻R127另一端向MCU反馈一个表示充电器输出端所连接蓄电池极性状态的电压反馈信号Rev_Protect。
进一步地,反馈控制电路包括电阻R31、R25、R22、R26、R20、R21,基准电压源U2、光耦U1的输入端U1A,二极管D102;
电阻R31一端接收MCU发出的电压控制信号Vset,另一端接基准电压源U2的调节端、电阻R25的一端、R26的一端、电容C19和C197的一端;电阻R25另一端接电压Vo;电阻R26的另一端接U2的阳极和副边地;电容C19另一端接电阻R22的一端,电阻R22的另一端接电容C197另一端和基准稳压源U2的阴极;U2的阴极接电阻R21一端和光耦U1输入端U1A的阴极,电阻R1的另一端接光耦U1输入端U1A的阳极和电阻R20的一端,电阻R20的另一端接二极管D102阴极,二极管D102阳极接电压VCCS;电压Vo来自输出滤波电路17的输出;电压VCCS通过副边主绕组T1E的一端输出电压VS经过二极管D9,以及电压Vp经过电阻R198和二极管D12后比较所得;电压Vp通过副边供电绕组T1B的输出经过二极管整流取得。
进一步地,输出电流检测电路包括电阻R34、R82、R135、R119,以及一个放大电路;电阻R34设置在同步整流电路16输出端回路中,一端接副边地,另一端接电阻R82一端;电阻R82另一端接放大电路的输入端;放大电路的输出端通过电阻R135向MCU反馈信号Ioc,通过电阻R119输出信号Iout;
过流保护电路包括电阻R404、R405、R401、R403,电容C68、C21,二极管D11、运算放大器U5A、NPN三极管Q402、光耦U101的输入端U10A;电阻R404一端接电压Vdd5,另一端接运算放大器U5A的反向输入端、二极管D11阳极,并通过电容C68、电阻R405接副边地;输出电流检测电路21输出的信号Ioc接至运算放大器U5A的同相输入端;电容一端接U5A同相输入端,另一端接副边地;运算放大器U5A的输出端接三极管Q402基极并通过电阻R401接副边地;三极管Q402的发射极接副边地,集电极接二极管D11阴极和光耦U10输入端U10A的阴极,光耦U10输入端U10A的阳极通过电阻接电压VCCS;
输出电压检测电路包括电阻R39、R40、R44、R45;电阻R39一端接输出滤波电路17输出的电压Vo,另一端接电阻R40的一端,并输出信号Vout至MCU;电阻R40的另一端接副边地;电阻R44的一端接输出与反接保护电路18输出端的电压+Batt,另一端接电阻R45的一端,并输出信号Vbatt至MCU;电阻R45的另一端接副边地;
过压保护电路包括NPN三极管Q401、电阻R402;电阻R402的一端接三极管Q401的基极并接收MCU输出的控制信号OVP;电阻R402的另一端接副边地;三极管Q401的发射极接副边地,集电极接光耦U10输入端U10A的阴极。
进一步地,还包括一过热检测电路,包括:包括电阻R99、热敏电阻NTC3;电阻R99一端接电压VDD,另一端接热敏电阻NTC3一端,并输出检测信号Vtemp1至MCU,热敏电阻NTC3的另一端接副边地;热敏电阻NTC3安装在同步整流电路16中NMOS管Q3的散热器上,或其附近;
以及一个电池温度检测电路,电池温度检测电路包括电阻R100、电感滤波器L201,接头JP505,以及一个安装在蓄电池上的热敏电阻;蓄电池上的热敏电阻通过接头JP505连接电感滤波器L201输入端;电感滤波器L201的一个输出端接副边地,另一个输出端通过电阻R100接电压VDD,并输出检测信号Vtemp2至MCU。
本发明的优点在于:
1)可提供全面的保护功能:输入端过压保护、输出端过压、过流、短路保护、输出端极性反接保护,以及充电器高温过热保护。
2)较低的冲击电流限制,使用温度范围广:-35℃~+50℃。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的主要部分电路图。
图3为本发明的输入电压检测电路原理图。
图4为本发明的副边供电电路第二部分原理图。
图5为本发明的过流保护电路和过压保护电路原理图。
图6为本发明的过热检测电路示意图。
图7为本发明的电池温度检测电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出的一种车用充电器,如图1所示,包括:
MCU、输入滤波电路10、整流滤波电路11、输入电压检测电路12、过热检测电路13、电源控制电路14、隔离变压器T1、副边供电电路15、同步整流电路16、输出滤波电路17、输出与反接保护电路18、输出电压检测电路19、过压保护电路20、输出电流检测电路21、过流保护电路22、反馈控制电路23、电池温度检测电路24;过热检测电路;
输入滤波电路10的输入端接交流电,输出端接整流滤波电路11;整流滤波电路11的输出端接电源控制电路14;输入电压检测电路12从整流滤波电路11的整流输出端监测电压HV1并反馈相应信号至MCU;过热检测电路13检测充电器中关键元件或部位的温度并反馈至MCU;电源控制电路14与隔离变压器T1原边绕组连接;隔离变压器T1的副边绕组接副边供电电路15和同步整流电路16;同步整流电路16的输出端接输出滤波电路17;输出滤波电路17的输出端接输出与反接保护电路18;输出与反接保护电路18通过输出线接蓄电池;电池温度检测电路24对蓄电池温度进行检测并反馈至MCU;
反馈控制电路23的输入端接输出滤波电路17输出端进行电压采样,同时受到MCU输出的电压控制信号Vset的控制,Vset是个模拟量输出电压,其值的大小可以影响充电器最终输出电压大小;反馈控制电路23的输出端接电源控制电路14,完成闭环控制;
输出电压检测电路19的输入端接输出滤波电路17输出的电压Vo和/或输出与反接保护电路18输出端的电压+Batt,并将采集的电压信号反馈至MCU;MCU连接过压保护电路20,过压保护电路20连接电源控制电路14;
输出电流检测电路21检测同步整流电路16输出端回路中的电流信号,反馈至MCU,并同时反馈至过流保护电路22;过流保护电路22连接电源控制电路14;
输出与反接保护电路18提供充电器输出端极性反接保护,并同时连接MCU,向MCU反馈所连接的蓄电池极性状态;
MCU根据各输入信号,进行充电器输入端过压保护、输出端过压、过流保护、输出端极性反接保护,以及充电器过热保护的控制。
本申请电原理图中的光电耦合器简称为光耦,特此说明。
输入滤波电路10如图2中所示,包括:熔丝F1、热敏电阻NTC1和NTC6、压敏电阻VAR1、电阻R1、R2、安规电容CX1、CX2;电感滤波器L101;热敏电阻NTC6限制冲击电流,压敏电阻VAR1用于电压尖峰吸收;电感滤波器L101和电容CX1、CX2衰减电磁干扰信号。电容C101接外壳用,电容C112接地用。
整流滤波电路11如图2中所示,包括整流桥DB1和电容C2、C102,电感L10;整流桥DB1的正输出端输出电压HV1;电感L10和电容C2、C102接成π型低通滤波器;低通滤波器输出电压HV;
输入电压检测电路12如图3所示,包括电阻R12、R17、R205、齐纳二极管ZD205、光耦U3;整流滤波电路11整流输出端电压HV1接电阻R12一端,电阻R12另一端接齐纳二极管ZD205阴极,并通过电阻R17接原边地;齐纳二极管ZD205阳极接光耦U3输入端阳极,U3输入端阴极接原边地;光耦U3输出端集电极通过上拉电阻R205接正电压VDD,并向MCU输出信号AC-OK;光耦U3的输出端发射极接副边地。其中正电压VDD来自副边供电电路15的一个输出;当输入交流电压过高时,电压HV1也变高,光耦U3会导通,信号AC-OK会变化,MCU的输入I/O口检测到后,MCU输出控制信号Vrelay变低,使得输出与反接保护电路18中的三极管Q5截止,继电器RT1断开,切断车用充电器的输出。
电源控制电路14如图2所示,包括电源芯片IC1、功率管Q2、热敏电阻NTC2、光耦U1的输出端U1B、光耦U101的输出端U10B;电源芯片IC1采用NCP1380,1脚为零电流检测端,2脚为反馈端,3脚为采样端,4脚为接地端,5脚为驱动端,6脚为电源端,7脚为电压监测端,8脚为定时电容(TimingCapacitor)外接端;功率管Q2为NMOS管;
整流滤波电路11正输出端接电容C12和电阻R9的一端以及隔离变压器T1原边主绕组T1A一端;电容C12和电阻R9的另一端接二极管D8阴极,二极管D8阳极接原边主绕组T1A另一端和功率管Q2漏极;电容C11并联在Q2的漏极和源极;功率管Q2的源极接电阻R13一端并通过采样电阻R15接原边地;电阻R13另一端接电源芯片IC1的采样端并通过电容C10接原边地;电源芯片IC1的驱动端接电阻R8的一端、PNP三极管Q1的基极;三极管Q1的发射极接电阻R8另一端、功率管Q2的栅极以及电阻R14一端;三极管Q1的集电极接电阻R14另一端和功率管Q2的源极;
隔离变压器T1的原边供电绕组T1C的一端接原边地,另一端接高频滤波元件B2的一端,高频滤波元件B2的另一端接二极管D5的阳极、电容C17一端;本例中B2采用磁珠,可过滤去高频杂散;电容C17的另一端通过电阻R129接二极管D5的阴极和电阻R128一端;电阻R128的另一端接二极管D2阳极、齐纳二极管D10阴极和电容C4一端,电容C4另一端接原边地;二极管D2阴极接电源芯片IC1的电源端并通过电容C6接原边地;IC1的电源端还通过电阻R3接整流滤波电路11正输出端;齐纳二极管D1的阳极接电源芯片IC1的电压检测端、电阻R16一端、电容C3一端;电阻R16另一端通过负温系数的热敏电阻NTC2接原边地;电容C3的另一端接原边地;电源芯片IC1的定时电容外接端通过电容C8接原边地;IC1接地端接原边地;热敏电阻NTC2可以起到过热保护作用,热敏电阻NTC2在线路板上设置在功率管Q2旁;当发生过热现象时,NTC2阻值下降,电源芯片IC1的7脚检测到的电压会超出允许范围,引起电源芯片IC1实时保护动作,比如5脚可控制暂时关断功率管Q2;电源芯片IC1启动时通过电阻R3取电,正常工作后由原边供电绕组T1C供电;
电源芯片IC1的零电流检测端接电阻R6一端、二极管D3阴极、电容C7和电阻R5一端、二极管D4阳极;电容C7和电阻R5另一端、二极管D4阴极接原边地;电阻R6另一端接二极管D3阳极和电阻R7一端;电阻R7另一端接隔离变压器T1原边辅助绕组T1D的一端,原边辅助绕组T1D另一端接原边地;原边辅助绕组T1D为电流过零检测用;
电源芯片IC1的反馈端接电容C9的一端、光耦U1的输出端U1B集电极、以及光耦U101的输出端U10B集电极;电容C9的另一端、光耦U1的输出端U1B发射极、以及光耦U101的输出端U10B发射极接原边地;光耦U1的输入端在反馈控制电路23,后文介绍;光耦U101的输入端在过压保护电路20中,后文介绍;
同步整流电路16、输出滤波电路17如图2所示;同步整流电路16包括电容C18、C190、C16,电阻R18、R24、R10、R120、R125、R126,NMOS管Q3,同步整流芯片IC2;IC2采样NCP4304B;输出滤波电路17包括电容C93、C97、C29、C28,电感滤波器L5;电阻R34为输出电流检测电路21的采样电阻;IC2采用NCP4304B,1脚为电源端,2脚(Toff)为最大开通时间设定端,3脚(Ton)为最小开通时间设定端,4脚为逻辑控制端(本例中没用到,直接接副边地),5脚为采样端,6脚为补偿端,7脚为接地端,8脚为驱动端;
隔离变压器副边主绕组T1E的一端输出电压VS,接电容C93、C97的一端和电感滤波器L5第一输入端;电感滤波器L5第二输入端接电阻R34一端,电阻R34另一端、电容C93和C97另一端接副边地;副边主绕组T1E的另一端接电容C190、C18一端、NMOS管Q3的漏极、以及电阻R120一端;电容C190另一端接Q3源极和电阻R24一端以及副边地;电容C18另一端通过电阻R18接NMOS管Q3源极和副边地;电阻R24另一端接NMOS管Q3栅极并通过电阻R10接同步整流芯片IC2的驱动端;同步整流芯片IC2的采样端接电阻R120另一端;同步整流芯片IC2的电源端接电压VS,并通过电容C16接副边地;IC2的接地端接副边地;IC2的最大开通时间设定端和最小开通时间设定端分别通过电阻R126和R125接副边地;为了增大输出电流,本例中副边主绕组为两个,即并联输出的T1E和T1F;
电感滤波器L5的第一输出端输出电压Vo,第二输出端作为车用充电器的负输出端,用于连接蓄电池负极;电容C29和C28与电感滤波器L5的两个输出端并联;
副边供电电路15如图2和图4中所示,图2中是副边供电电路15的第一部分,图4中是副边供电电路15的第二部分;
副边供电电路15包括隔离变压器T1的副边供电绕组T1B、高频滤波元件B3(B3具体采用磁珠)、二极管D10、D7、D12、D9、电阻R104、R198、电容C78、C73、C5、C108;稳压芯片U402、U9,电容C27、C39、C61和C31;稳压芯片U402、U9分别采用AZ1117和NCP551SN33T1G;
副边供电绕组T1B的一端接副边地,另一端接高频滤波元件B3的一端,B3的另一端接二极管D10和D7的阳极、电阻R104的一端;电阻R104的另一端通过电容C78接二极管D10和D7的阴极,以及电容C73和C5的一端、电阻R198的一端;二极管D10和D7的阴极输出电压Vp;电容C73和C5的另一端接副边地;电阻R198的另一端接二极管D12阳极,二极管D12阴极接二极管D9阴极和电容C108一端;电容C108另一端接副边地;二极管D9阳极接隔离变压器副边主绕组T1E一端的输出电压VS;二极管D9的阴极输出电压VCCS;
电压VCCS接至电容C27和C39一端以及稳压芯片U402输入端;电容C27和C39另一端接副边地;稳压芯片U402调整端接副边地,稳压芯片U402的输出端输出电压Vdd5,Vdd5的值为+5v;电容C61的一端接U402的输出端和稳压芯片U9的输入端和使能端,电容C61的另一端接副边地;稳压芯片U9的接地端接副边地,输出端接电容C31一端并输出电压VDD;电容C31另一端接副边地;
输出与反接保护电路18如图2所示,包括继电器RT1,二极管D22、D14、D15,NPN三极管Q5,熔丝F2(图中画了F2的两个熔丝座F2_A和F2_B,实际使用中,需插上熔丝F2),电容C115,电阻R137、R138、R46、R43、R47、R127;
继电器RT1的开关一端接输出滤波电路17输出的电压Vo(即与电容C29一端连接),另一端输出电压+Batt,当RT1开关断开则电压+Batt被切断消失;继电器RT1开关另一端接熔丝F2一端和二极管D15阴极,熔丝F2另一端作为充电器的正输出端,用于连接蓄电池正极;电阻R137和R138的一端接二极管D22的阴极和电压Vp,二极管D22的阳极接电压VCCS;电压Vp通过副边供电绕组T1B的输出经过二极管整流取得;电压VCCS通过副边主绕组T1E的一端输出电压VS经过二极管D9,以及电压Vp经过电阻R198和二极管D12后比较所得;这样对继电器RT线圈供电有个好处是,当蓄电池电压非常低时,电压VS被拉得较低,此时电压Vp高于电压VCCS,电压Vp依然可以保证继电器可靠动作;电阻R137和R138的另一端接继电器RT1线圈一端,二极管D14阴极并通过电容C115接副边地;继电器RT1线圈另一端接二极管D14阳极和三极管Q5集电极;三极管Q5的基极接电阻R46一端、R47一端和R127一端,并通过电阻R43接副边地和Q5发射极;电阻R46另一端接二极管D15阳极;电阻R47接收MCU发出的控制信号Vrelay;电阻R127另一端向MCU反馈一个表示充电器输出端所连接蓄电池极性状态的电压反馈信号Rev_Protect;
该充电器输出端极性反接保护机制如下所述:
首先为硬件电路保护:充电器输出端与蓄电池极性正常连接时,MCU发出的控制信号Vrelay为高电平,使得三极管Q5导通,继电器RT1吸合,电压Vo能够加至蓄电池两端;而当充电器输出端与蓄电池极性反接时,电流从蓄电池正极流出,会从图2中BAT-端子(充电器负输出端)经过L5,再流过R34,至副边地,再从副边地经过电阻R43,R46,二极管D15流向蓄电池负极(此时正输出端BAT+接的是蓄电池负极),三极管Q5的基极和发射极反偏,Q5立刻截止,使得继电器RT1断开,切断输出电压+Batt;
其次,电阻R43的图中下端为副边参考地,电流从R43下端往上端流,则电阻R127左边那一端变为负电位,电压反馈信号Rev_Protect就可以向MCU反馈此情况,MCU检测到后可以拉低控制信号Vrelay,进一步确保三极管Q5关断。
反馈控制电路23如图2所示,包括电阻R31、R25、R22、R26、R20、R21,基准电压源U2、光耦U1的输入端U1A,二极管D102;
电阻R31一端接收MCU发出的电压控制信号Vset,另一端接基准电压源U2的调节端、电阻R25的一端、R26的一端、电容C19和C197的一端;电阻R25另一端接电压Vo;电阻R26的另一端接U2的阳极和副边地;电容C19另一端接电阻R22的一端,电阻R22的另一端接电容C197另一端和基准稳压源U2的阴极;U2的阴极接电阻R21一端和光耦U1输入端U1A的阴极,电阻R1的另一端接光耦U1输入端U1A的阳极和电阻R20的一端,电阻R20的另一端接二极管D102阴极,二极管D102阳极接电压VCCS;电压Vo来自输出滤波电路17的输出;电压VCCS通过副边主绕组T1E的一端输出电压VS经过二极管D9,以及电压Vp经过电阻R198和二极管D12后比较所得;电压Vp通过副边供电绕组T1B的输出经过二极管整流取得;Vset是个模拟量输出电压,其值的大小可以调节充电器最终输出电压大小。
输出电流检测电路21如图2所示,包括电阻R34、R82、R156、R32、R135、R119,电容C34,运算放大器U4A;
电阻R34设置在同步整流电路16输出端回路中,一端接副边地,另一端接电阻R82一端;电阻R82另一端接运算放大器U4A同相输入端并通过电容C34接副边地;运算放大器U4A的反向输入端通过电阻R156接副边地并通过电阻R32接U4A的输出端;运算放大器U4A的输出端通过电阻R135向MCU反馈信号Ioc,通过电阻R119输出信号Iout;
过流保护电路22如图5所示,包括电阻R404、R405、R401、R403,电容C68、C21,二极管D11、运算放大器U5A、NPN三极管Q402、光耦U101的输入端U10A;
电阻R404一端接电压Vdd5,另一端接运算放大器U5A的反向输入端、二极管D11阳极,并通过电容C68、电阻R405接副边地;输出电流检测电路21输出的信号Ioc接至运算放大器U5A的同相输入端;电容一端接U5A同相输入端,另一端接副边地;运算放大器U5A的输出端接三极管Q402基极并通过电阻R401接副边地;三极管Q402的发射极接副边地,集电极接二极管D11阴极和光耦U10输入端U10A的阴极,光耦U10输入端U10A的阳极通过电阻接电压VCCS;
该充电器输出端过流保护的机制为:
当输出端的输出电流过大甚至输出端短路时,电阻R34上采样的电压也变大,信号Ioc变大,使得运算放大器U5A输出高电平,使得三极管Q402导通,光耦U10导通,反馈信号至电源芯片IC1的反馈端,完成过流保护的闭环控制。
同时,信号Ioc也变大,MCU检测到以后,可以将输出的控制信号Vrelay拉低,使得继电器RT1断开,切断充电器的输出。
输出电压检测电路19如图2中所示,包括电阻R39、R40、R44、R45;电阻R39一端接输出滤波电路17输出的电压Vo,另一端接电阻R40的一端,并输出信号Vout至MCU;电阻R40的另一端接副边地;电阻R44的一端接输出与反接保护电路18输出端的电压+Batt,另一端接电阻R45的一端,并输出信号Vbatt至MCU;电阻R45的另一端接副边地;
过压保护电路20如图5所示,包括NPN三极管Q401、电阻R402;电阻R402的一端接三极管Q401的基极并接收MCU输出的控制信号OVP;电阻R402的另一端接副边地;三极管Q401的发射极接副边地,集电极接光耦U10输入端U10A的阴极;
该充电器输出端过压保护的机制为:
MCU同时监测继电器RT1之前的电压Vo和之后的蓄电池两端电压;任一电压过高时,将控制信号OVP拉低,Q401导通,光耦U10导通,反馈信号至电源芯片IC1的反馈端,完成过压保护的闭环控制;同时,还可以将输出的控制信号Vrelay拉低,使得继电器RT1断开,切断充电器的输出。
另外,本充电器还包括一个过热检测电路,如图6所示,包括电阻R99、热敏电阻NTC3;电阻R99一端接电压VDD,另一端接热敏电阻NTC3一端,并输出检测信号Vtemp1至MCU,热敏电阻NTC3的另一端接副边地;热敏电阻NTC3安装在同步整流电路16中NMOS管Q3的散热器上,或其附近;当NMOS管Q3过热时,NCT3分压下降,MCU检测到以后,可以拉低控制信号Vrelay,使得继电器RT1断开,切断充电器的输出。
电池温度检测电路24如图7所示,包括电阻R100、电感滤波器L201,接头JP505,以及一个安装在蓄电池上的热敏电阻(图中未画出);蓄电池上的热敏电阻通过接头JP505连接电感滤波器L201输入端;电感滤波器L201的一个输出端接副边地,另一个输出端通过电阻R100接电压VDD,并输出检测信号Vtemp2至MCU;根据外置蓄电池环境温度检测热敏电阻上报到MCU的温度,MCU调节电压控制信号Vset的大小,实时补偿修正充电电压,保证充电安全并且充满电量。
Claims (10)
1.一种车用充电器,其特征在于,包括:
MCU、输入滤波电路(10)、整流滤波电路(11)、输入电压检测电路(12)、过热检测电路(13)、电源控制电路(14)、隔离变压器T1、副边供电电路(15)、同步整流电路(16)、输出滤波电路(17)、输出与反接保护电路(18)、输出电压检测电路(19)、过压保护电路(20)、输出电流检测电路(21)、过流保护电路(22)、反馈控制电路(23);
输入滤波电路(10)的输入端接交流电,输出端接整流滤波电路(11);整流滤波电路(11)的输出端接电源控制电路(14);输入电压检测电路(12)从整流滤波电路(11)的整流输出端监测电压HV1并反馈相应信号至MCU;过热检测电路(13)检测充电器中关键元件或部位的温度并反馈至MCU;电源控制电路(14)与隔离变压器T1原边绕组连接;隔离变压器T1的副边绕组接副边供电电路(15)和同步整流电路(16);同步整流电路(16)的输出端接输出滤波电路(17);输出滤波电路(17)的输出端接输出与反接保护电路(18);输出与反接保护电路(18)通过输出线接蓄电池;
反馈控制电路(23)的输入端接输出滤波电路(17)输出端进行电压采样,同时受到MCU输出的电压控制信号Vset的控制;反馈控制电路(23)的输出端接电源控制电路(14),完成闭环控制;
输出电压检测电路(19)的输入端接输出滤波电路(17)输出的电压Vo和/或输出与反接保护电路(18)输出端的电压+Batt,并将采集的电压信号反馈至MCU;MCU连接过压保护电路(20),过压保护电路(20)连接电源控制电路(14);
输出电流检测电路(21)检测同步整流电路(16)输出端回路中的电流信号,反馈至MCU,并同时反馈至过流保护电路(22);过流保护电路(22)连接电源控制电路(14);
输出与反接保护电路(18)提供充电器输出端极性反接保护,并同时连接MCU,向MCU反馈所连接的蓄电池极性状态;
MCU根据各输入信号,进行充电器输入端过压保护、输出端过压、过流保护、输出端极性反接保护,以及充电器过热保护的控制。
2.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
输入电压检测电路(12)包括电阻R12、R17、R205、齐纳二极管ZD205、光耦U3;整流滤波电路(11)整流输出端电压HV1接电阻R12一端,电阻R12另一端接齐纳二极管ZD205阴极,并通过电阻R17接原边地;齐纳二极管ZD205阳极接光耦U3输入端阳极,U3输入端阴极接原边地;光耦U3输出端集电极通过上拉电阻R205接正电压VDD,并向MCU输出信号AC-OK;光耦U3的输出端发射极接副边地。
3.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
电源控制电路(14)包括电源芯片IC1、功率管Q2、热敏电阻NTC2、光耦U1的输出端U1B、光耦U101的输出端U10B;
整流滤波电路(11)正输出端接电容C12和电阻R9的一端以及隔离变压器T1原边主绕组T1A一端;电容C12和电阻R9的另一端接二极管D8阴极,二极管D8阳极接原边主绕组T1A另一端和功率管Q2漏极;电容C11并联在Q2的漏极和源极;功率管Q2的源极接电阻R13一端并通过采样电阻R15接原边地;电阻R13另一端接电源芯片IC1的采样端并通过电容C10接原边地;电源芯片IC1的驱动端接电阻R8的一端、PNP三极管Q1的基极;三极管Q1的发射极接电阻R8另一端、功率管Q2的栅极以及电阻R14一端;三极管Q1的集电极接电阻R14另一端和功率管Q2的源极;
隔离变压器T1的原边供电绕组T1C的一端接原边地,另一端接高频滤波元件B2的一端,高频滤波元件B2的另一端接二极管D5的阳极、电容C17一端;电容C17的另一端通过电阻R129接二极管D5的阴极和电阻R128一端;电阻R128的另一端接二极管D2阳极、齐纳二极管D10阴极和电容C4一端,电容C4另一端接原边地;二极管D2阴极接电源芯片IC1的电源端并通过电容C6接原边地;IC1的电源端还通过电阻R3接整流滤波电路(11)正输出端;齐纳二极管D1的阳极接电源芯片IC1的电压检测端、电阻R16一端、电容C3一端;电阻R16另一端通过负温系数的热敏电阻NTC2接原边地;电容C3的另一端接原边地;电源芯片IC1的定时电容外接端通过电容C8接原边地;IC1接地端接原边地;
电源芯片IC1的零电流检测端接电阻R6一端、二极管D3阴极、电容C7和电阻R5一端、二极管D4阳极;电容C7和电阻R5另一端、二极管D4阴极接原边地;电阻R6另一端接二极管D3阳极和电阻R7一端;电阻R7另一端接隔离变压器T1原边辅助绕组T1D的一端,原边辅助绕组T1D另一端接原边地;
电源芯片IC1的反馈端接电容C9的一端、光耦U1的输出端U1B集电极、以及光耦U101的输出端U10B集电极;电容C9的另一端、光耦U1的输出端U1B发射极、以及光耦U101的输出端U10B发射极接原边地。
4.如权利要求3所述的车用充电器,其特征在于:
热敏电阻NTC2在线路板上设置在功率管Q2旁。
5.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
同步整流电路(16)包括电容C18、C190、C16,电阻R18、R24、R10、R120、R125、R126,NMOS管Q3,同步整流芯片IC2;IC2采样NCP4304B;
输出滤波电路(17)包括电容C93、C97、C29、C28,电感滤波器L5;
隔离变压器副边主绕组T1E的一端输出电压VS,接电容C93、C97的一端和电感滤波器L5第一输入端;电感滤波器L5第二输入端接电阻R34一端,电阻R34另一端、电容C93和C97另一端接副边地;副边主绕组T1E的另一端接电容C190、C18一端、NMOS管Q3的漏极、以及电阻R120一端;电容C190另一端接Q3源极和电阻R24一端以及副边地;电容C18另一端通过电阻R18接NMOS管Q3源极和副边地;电阻R24另一端接NMOS管Q3栅极并通过电阻R10接同步整流芯片IC2的驱动端;同步整流芯片IC2的采样端接电阻R120另一端;同步整流芯片IC2的电源端接电压VS,并通过电容C16接副边地;IC2的接地端接副边地;IC2的最大开通时间设定端和最小开通时间设定端分别通过电阻R126和R125接副边地;
电感滤波器L5的第一输出端输出电压Vo,第二输出端作为车用充电器的负输出端;电容C29和C28与电感滤波器L5的两个输出端并联。
6.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
副边供电电路(15)包括隔离变压器T1的副边供电绕组T1B、高频滤波元件B3、二极管D10、D7、D12、D9、电阻R104、R198、电容C78、C73、C5、C108;稳压芯片U402、U9,电容C27、C39、C61和C31;
副边供电绕组T1B的一端接副边地,另一端接高频滤波元件B3的一端,B3的另一端接二极管D10和D7的阳极、电阻R104的一端;电阻R104的另一端通过电容C78接二极管D10和D7的阴极,以及电容C73和C5的一端、电阻R198的一端;二极管D10和D7的阴极输出电压Vp;电容C73和C5的另一端接副边地;电阻R198的另一端接二极管D12阳极,二极管D12阴极接二极管D9阴极和电容C108一端;电容C108另一端接副边地;二极管D9阳极接隔离变压器副边主绕组T1E一端的输出电压VS;二极管D9的阴极输出电压VCCS;
电压VCCS接至电容C27和C39一端以及稳压芯片U402输入端;电容C27和C39另一端接副边地;稳压芯片U402调整端接副边地,稳压芯片U402的输出端输出电压Vdd5;电容C61的一端接U402的输出端和稳压芯片U9的输入端和使能端,电容C61的另一端接副边地;稳压芯片U9的接地端接副边地,输出端接电容C31一端并输出电压VDD;电容C31另一端接副边地。
7.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
输出与反接保护电路(18)包括继电器RT1,二极管D22、D14、D15,NPN三极管Q5,熔丝F2,电阻R137、R138、R46、R43、R47、R127;
继电器RT1的开关一端接输出滤波电路17输出的电压Vo,另一端输出电压+Batt,继电器RT1开关另一端接熔丝F2一端和二极管D15阴极,熔丝F2另一端作为充电器的正输出端;电阻R137和R138的一端接二极管D22的阴极和电压Vp,二极管D22的阳极接电压VCCS;电压Vp通过副边供电绕组T1B的输出经过二极管整流取得;电压VCCS通过副边主绕组T1E的一端输出电压VS经过二极管D9,以及电压Vp经过电阻R198和二极管D12后比较所得;电阻R137和R138的另一端接继电器RT1线圈一端,二极管D14阴极并通过电容C115接副边地;继电器RT1线圈另一端接二极管D14阳极和三极管Q5集电极;三极管Q5的基极接电阻R46一端、R47一端和R127一端,并通过电阻R43接副边地和Q5发射极;电阻R46另一端接二极管D15阳极;电阻R47接收MCU发出的控制信号Vrelay;电阻R127另一端向MCU反馈一个表示充电器输出端所连接蓄电池极性状态的电压反馈信号Rev_Protect。
8.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
反馈控制电路(23)包括电阻R31、R25、R22、R26、R20、R21,基准电压源U2、光耦U1的输入端U1A,二极管D102;
电阻R31一端接收MCU发出的电压控制信号Vset,另一端接基准电压源U2的调节端、电阻R25的一端、R26的一端、电容C19和C197的一端;电阻R25另一端接电压Vo;电阻R26的另一端接U2的阳极和副边地;电容C19另一端接电阻R22的一端,电阻R22的另一端接电容C197另一端和基准稳压源U2的阴极;U2的阴极接电阻R21一端和光耦U1输入端U1A的阴极,电阻R1的另一端接光耦U1输入端U1A的阳极和电阻R20的一端,电阻R20的另一端接二极管D102阴极,二极管D102阳极接电压VCCS;电压Vo来自输出滤波电路(17)的输出;电压VCCS通过副边主绕组T1E的一端输出电压VS经过二极管D9,以及电压Vp经过电阻R198和二极管D12后比较所得;电压Vp通过副边供电绕组T1B的输出经过二极管整流取得。
9.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
输出电流检测电路(21)包括电阻R34、R82、R135、R119,以及一个放大电路;电阻R34设置在同步整流电路(16)输出端回路中,一端接副边地,另一端接电阻R82一端;电阻R82另一端接放大电路的输入端;放大电路的输出端通过电阻R135向MCU反馈信号Ioc,通过电阻R119输出信号Iout;
过流保护电路(22)包括电阻R404、R405、R401、R403,电容C68、C21,二极管D11、运算放大器U5A、NPN三极管Q402、光耦U101的输入端U10A;电阻R404一端接电压Vdd5,另一端接运算放大器U5A的反向输入端、二极管D11阳极,并通过电容C68、电阻R405接副边地;输出电流检测电路(21)输出的信号Ioc接至运算放大器U5A的同相输入端;电容一端接U5A同相输入端,另一端接副边地;运算放大器U5A的输出端接三极管Q402基极并通过电阻R401接副边地;三极管Q402的发射极接副边地,集电极接二极管D11阴极和光耦U10输入端U10A的阴极,光耦U10输入端U10A的阳极通过电阻接电压VCCS;
输出电压检测电路(19)包括电阻R39、R40、R44、R45;电阻R39一端接输出滤波电路(17)输出的电压Vo,另一端接电阻R40的一端,并输出信号Vout至MCU;电阻R40的另一端接副边地;电阻R44的一端接输出与反接保护电路(18)输出端的电压+Batt,另一端接电阻R45的一端,并输出信号Vbatt至MCU;电阻R45的另一端接副边地;
过压保护电路(20)包括NPN三极管Q401、电阻R402;电阻R402的一端接三极管Q401的基极并接收MCU输出的控制信号OVP;电阻R402的另一端接副边地;三极管Q401的发射极接副边地,集电极接光耦U10输入端U10A的阴极。
10.如权利要求1所述的车用充电器,其特征在于:
还包括一过热检测电路,包括:包括电阻R99、热敏电阻NTC3;电阻R99一端接电压VDD,另一端接热敏电阻NTC3一端,并输出检测信号Vtemp1至MCU,热敏电阻NTC3的另一端接副边地;热敏电阻NTC3安装在同步整流电路(16)中NMOS管Q3的散热器上,或其附近;
以及一个电池温度检测电路(24),电池温度检测电路(24)包括电阻R100、电感滤波器L201,接头JP505,以及一个安装在蓄电池上的热敏电阻;蓄电池上的热敏电阻通过接头JP505连接电感滤波器L201输入端;电感滤波器L201的一个输出端接副边地,另一个输出端通过电阻R100接电压VDD,并输出检测信号Vtemp2至MCU。
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