CN106712226A - 充电机、直流充电防反灌装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电机、直流充电防反灌装置及控制方法，充电线路的二极管同向并联有电控型开关管，当充电装置输出电压大于蓄电池电压时，才控制蓄电池进行充电，并且，由于二极管在小电流下的功耗较小，那么当充电电流较小时，只利用二极管实现充电导通，但是，当充电电流较大时，二极管的功耗就会很大，这时候控制开关管导通，由于开关管的导通阻抗很小，开关管导通之后就会短路掉二极管，二极管上就不会产生功耗，而且，开关管由于阻抗较小，其功耗也就较小，因此，即便在大电流下，开关管的功耗也很小，因此，该装置降低了整体功耗，提升了充电效率。

Description

充电机、直流充电防反灌装置及控制方法

技术领域

本发明涉及充电机、直流充电防反灌装置及控制方法。

背景技术

近年来利用直流充电机给蓄电池充电的应用越来越广泛。现有的直流充电机在给蓄电池充电时，其输出的正负母线需要同蓄电池连接。这样当蓄电池的电压高于直流充电机时，蓄电池会反向对充电机内部的电容进行充电，长时间容易造成充电机的失效。尤其是在直流充电机与蓄电池连接时，会导致蓄电池瞬间产生极大的电流或产生电弧，严重时可能导致发生火灾，因此需要在充电机的输出端增加防反灌电路以杜绝此类隐患。

现有的技术是一般采用二极管作为防倒流装置，如图1所示，当蓄电池(或者蓄电池组)电压高于充电机输出电压时，二极管截止，蓄电池不能反灌到充电机中，当蓄电池电压低于充电机输出电压时，二极管导通，充电机通过二极管对蓄电池充电。这种方式的缺点是，当充电机通过二极管对蓄电池的充电时，二极管的前向导通压降大，随着导通电流的增大，二极管产生的功耗也会逐渐增大，直接影响充电机的散热和充电机的效率，同时需要采用散热器来保证二极管的安全工作。由于通常情况下，充电电流很大，所以，二极管的功耗也就很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流充电防反灌装置，用以解决充电电流很大时，二极管的功耗很大的问题。本发明同时提供一种充电机和一种直流充电防反灌控制方法。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种直流充电防反灌装置，包括电控型开关管、充电机输出电压检测模块、蓄电池电压检测模块、充电线路电流检测模块和控制模块，所述电控型开关管用于与充电线路上串设的二极管同向并联，当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制模块控制所述电控型开关管导通。

所述充电线路电流检测模块包括用于串设在所述充电线路上的采样电阻，通过检测所述采样电阻上的电压来获取充电线路的电流。

所述控制模块由用于数据处理的检测控制单元和用于输出驱动信号的隔离驱动单元构成。

所述检测控制单元包括第一比较器、第二比较器和与门，所述第一比较器的两个输入端用于分别输入所述充电机输出电压和蓄电池电压，所述第二比较器的两个输入端用于分别输入所述充电线路的电流与所述设定阈值，所述第一比较器和第二比较器的输出端连接所述与门的输入端，所述与门的输出端输出的信号输入给所述隔离驱动单元，隔离驱动单元根据所述与门输出的信号生成所述电控型开关管的驱动信号。

所述电控型开关管为MOSFET。

一种充电机，包括充电线路和一种直流充电防反灌装置，充电线路上串设有二极管，所述防反灌装置包括电控型开关管、充电机输出电压检测模块、蓄电池电压检测模块、充电线路电流检测模块和控制模块，所述电控型开关管与所述二极管同向并联，当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制模块控制所述电控型开关管导通。

所述充电线路电流检测模块包括用于串设在所述充电线路上的采样电阻，通过检测所述采样电阻上的电压来获取充电线路的电流。

所述控制模块由用于数据处理的检测控制单元和用于输出驱动信号的隔离驱动单元构成。

所述检测控制单元包括第一比较器、第二比较器和与门，所述第一比较器的两个输入端用于分别输入所述充电机输出电压和蓄电池电压，所述第二比较器的两个输入端用于分别输入所述充电线路的电流与所述设定阈值，所述第一比较器和第二比较器的输出端连接所述与门的输入端，所述与门的输出端输出的信号输入给所述隔离驱动单元，隔离驱动单元根据所述与门输出的信号生成所述电控型开关管的驱动信号。

一种直流充电防反灌控制方法，充电线路上的二级管同向并联有电控型开关管，当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制所述电控型开关管导通。

本发明提供的直流充电防反灌装置中，充电线路上的二极管与电控型开关管同向并联，当充电装置输出电压大于蓄电池电压时，才控制为蓄电池进行充电，并且，由于二极管在小电流下的功耗较小，那么当充电电流较小时，只利用二极管实现充电导通，但是，当充电电流较大时，二极管的功耗就会很大，这时候控制开关管导通，由于开关管的导通阻抗很小，开关管导通之后就会短路掉二极管，二极管上就不会产生功耗，而且，开关管由于阻抗较小，其功耗也就较小，因此，即便在大电流下，开关管的功耗也很小，因此，该装置降低了整体功耗，提升了充电效率。

附图说明

图1是现有的充电机与蓄电池之间的充电连接示意图；

图2是充电机与蓄电池通过本发明提供的防反灌装置的连接关系示意图；

图3是直流充电防反灌装置组成结构示意图；

图4是检测控制单元的电路结构示意图。

具体实施方式

充电机实施例

如图2所示，充电机与蓄电池充电连接，为蓄电池提供电能。其中，充电机包括充电机本体、充电线路和一个直流充电防反灌装置，充电机本体包括高频整流电路，可以是全波整流、全桥整流、同步整流和倍压整流等整流方式，或是它们的结构变形。由于充电机本体属于常规技术，这里就不再具体说明。以下对直流充电防反灌装置的具体组成以及工作过程进行说明。

充电机本体有两个直流电压输出端，蓄电池有两个充电端，充电机的直流电压输出端连接充电线路的一端，蓄电池的充电端连接充电线路的另一端。充电线路上设置有二极管，与二极管同向并联有电控型开关管。由于二极管的通态功耗计算方式是压降乘以电流，压降一般大于0.5V；而电控型开关管，本实施例中，电控型开关管采用金属氧化物半导体场效应管(MOSFET管)，通态功耗计算方式是电流的平方乘以导通阻抗(即导通电阻)，导通阻抗有大有小，十几毫欧的比较常见，还有几毫欧的。那么，电控型开关管的导通阻抗通常很小，要小于二极管的阻抗，相应地，电控型开关管的功耗也就很小，要小于二极管的功耗。而且，为了进一步降低功耗，要选择低导通阻抗的电控型开关管，即低导通阻抗的MOSFET管。

同向并联是指：如果二极管和MOSFET管均流有电流，两路电流同向。并且，本实施例中，给出一种具体的连接方式，充电机本体输出的正极电压连接MOSFET管的源极S和二极管的阳极，MOSFET管的漏极和二极管的阴极连接蓄电池的正极，那么，当蓄电池突然接入时，二极管能够阻碍电流的快速反向流动并且不阻碍充电机电流的流出。

MOSFET管为直流充电防反灌装置的一部分，与之并联的二极管可以作为该防反灌装置的一部分，也可以不是该装置的一部分，而是充电线路上的一部分。

除此之外，直流充电防反灌装置还包括充电机输出电压检测模块、蓄电池电压检测模块和充电线路电流检测模块，如图3所示。相应地，充电机输出电压检测模块用于检测充电机本体输出的直流电压，蓄电池电压检测模块用于检测蓄电池的电压，充电线路电流检测模块用于检测充电线路上的充电电流。充电机输出电压检测模块可以为常规的直流电压检测设备，设置在充电机本体的输出端；蓄电池电压检测模块也可以是常规的直流电压检测设备，可以设置在充电线路中的用于连接蓄电池的一端。为了能够检测出直流电压，这两个电压检测模块均检测的是正极电压。充电线路电流检测模块可以为常规的直流电流检测设备，也可以是本实施例给出的检测结构，如图2所示，充电线路电流检测模块包括一个采样电阻，设置在某一条充电线路上，本实施例设置在负极充电线路上，通过检测采样电阻两端的电压能够获知充电线路上的电流，当然，为了避免不必要的功耗，采样电阻的阻值较小。

该直流充电防反灌装置还包括有控制模块，用于采集连接上述充电机输出电压检测模块、蓄电池电压检测模块和充电线路电流检测模块，控制模块对这三个模块传输来的数据信息进行分析处理，根据逻辑判断输出相应的控制信号来控制MOSFET管，使其导通或者关断。控制策略如下：

当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制MOSFET管导通。其中，当控制模块接收到的直接是经过转化后的电流值时，上述设定阈值就是设定电流阈值，当控制模块接收到的采样电阻两端的电压值时(以该电压值表征电流值)，那么，上述设定阈值就是设定电压阈值，本实施例以设定电压阈值为例进行说明。

本实施例中，控制模块包括检测控制单元和隔离驱动单元，检测控制单元用于处理数据，隔离驱动单元用于输出MOSFET管的驱动信号。所以，检测控制单元可以是控制芯片，通过内部加载的软件控制程序来实现数据的相应处理，当然，也可以是具体的控制电路。

本实施例中，该控制电路的作用为：1)当充电机输出电压大于蓄电池电压时，对应的比较电路输出高电平，若此时充电机没有输出电流或者输出电流较小，那么，最终控制输出低电平，MOSFET不导通；2)当充电机输出电压大于蓄电池电压时，对应的比较电路输出高电平，若此时充电机输出电流大于某一设定阈值时，相应的比较电路输出高电平，最终控制输出高电平，然后通过隔离驱动电路来驱动MOSFET导通，这时电流由二极管转移到MOSFET中，减小了损耗，提高了效率；3)当充电机输出电压小于蓄电池电压时，相应的比较电路输出低电平，最终输出低电平，则MOSFET不导通。

图4给出了检测控制单元的一种具体电路结构，充电机输出电压VF1经运放U1B跟随后接比较器U2A的正相输入端3脚，蓄电池电压BAT1经运放U1A跟随后接比较器U2A的方向输入端2脚，比较器U2A的输出1脚的网络标号为DRV1，那么，若VF1大于VBAT1，则比较器U2A的输出1脚输出高电平，若VF1小于VBAT1，则比较器U2A的输出1脚输出低电平。充电线路上的采样电路两端的电压值IF1(可以等效为充电电流)经运放U3A的跟随输出后由电阻R1接比较器U3B的正向输入端5脚，基准电压，即电压阈值VREF经电阻R2接比较器U3B的反相输入端6脚，同时比较器U3B的5脚与输出7脚之间接滞回电阻R3，防止比较的来回动作，比较器U3B的输出7脚的网络标号为DRV2，那么，若IF1大于VREF，即充电电流大于一设定阈值，则比较器U3B输出7脚为高电平，若IF1小于VREF，即充电电流小于一设定阈值，则比较器U3B输出7脚为低电平。比较器U3B输出7脚DRV2接与门U11输入端1脚，比较器U2A的输出1脚DRV1接与门U11输入端2脚，与门的输出端3脚的网络标号为DRVx，因此，当DRV1和DRV2都为高电平时，DRVx为高电平，只要DRV1和DRV2中有一个是低电平，DRVx就是低电平。DRVx经隔离驱动输出DRV来驱动MOSFET的导通与关断。由于运放U1B、U1A、U3A的作用是跟随，所以，作为其他的实施方式，这三个运放还可以不设置。

所以，在刚开始充电时，即充电电流较小时，利用二极管的单向导电性进行充电，当充电电流到达一定值时，为了降低二极管的导通损耗，控制导通MOSFET管，利用MOSFET管将二极管短接，电流由流经二级管转换到流经MOSFET管，二极管能够阻碍电流的快速反向流动并且不阻碍充电机电流的流出。并且由于MOSFET的导通阻抗很小，损耗很小，因此，这样既实现了防止反灌的功能，又能降低二极管的导通损耗，实现了高效率地防止直流充电机反灌的功能。

直流充电防反灌装置实施例

本实施例提供一种直流充电防反灌装置，该防反灌装置可以单独存在并单独生产制造，由于该装置的结构以及工作过程在上述充电机实施例中已给出了详细地描述，这里就不再具体说明。

直流充电防反灌控制方法实施例

本实施例提供一种直流充电防反灌控制方法，充电线路上的二级管同向并联有电控型开关管，当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制电控型开关管导通。由于在上述充电机实施例中已对该方法做出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流充电防反灌装置，其特征在于，包括电控型开关管、充电机输出电压检测模块、蓄电池电压检测模块、充电线路电流检测模块和控制模块，所述电控型开关管用于与充电线路上串设的二极管同向并联，当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制模块控制所述电控型开关管导通。

2.根据权利要求1所述的直流充电防反灌装置，其特征在于，所述充电线路电流检测模块包括用于串设在所述充电线路上的采样电阻，通过检测所述采样电阻上的电压来获取充电线路的电流。

3.根据权利要求1所述的直流充电防反灌装置，其特征在于，所述控制模块由用于数据处理的检测控制单元和用于输出驱动信号的隔离驱动单元构成。

4.根据权利要求3所述的直流充电防反灌装置，其特征在于，所述检测控制单元包括第一比较器、第二比较器和与门，所述第一比较器的两个输入端用于分别输入所述充电机输出电压和蓄电池电压，所述第二比较器的两个输入端用于分别输入所述充电线路的电流与所述设定阈值，所述第一比较器和第二比较器的输出端连接所述与门的输入端，所述与门的输出端输出的信号输入给所述隔离驱动单元，隔离驱动单元根据所述与门输出的信号生成所述电控型开关管的驱动信号。

5.根据权利要求1所述的直流充电防反灌装置，其特征在于，所述电控型开关管为MOSFET。

6.一种充电机，包括充电线路和一种直流充电防反灌装置，充电线路上串设有二极管，其特征在于，所述防反灌装置包括电控型开关管、充电机输出电压检测模块、蓄电池电压检测模块、充电线路电流检测模块和控制模块，所述电控型开关管与所述二极管同向并联，当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制模块控制所述电控型开关管导通。

7.根据权利要求6所述的充电机，其特征在于，所述充电线路电流检测模块包括用于串设在所述充电线路上的采样电阻，通过检测所述采样电阻上的电压来获取充电线路的电流。

8.根据权利要求6所述的充电机，其特征在于，所述控制模块由用于数据处理的检测控制单元和用于输出驱动信号的隔离驱动单元构成。

9.根据权利要求8所述的充电机，其特征在于，所述检测控制单元包括第一比较器、第二比较器和与门，所述第一比较器的两个输入端用于分别输入所述充电机输出电压和蓄电池电压，所述第二比较器的两个输入端用于分别输入所述充电线路的电流与所述设定阈值，所述第一比较器和第二比较器的输出端连接所述与门的输入端，所述与门的输出端输出的信号输入给所述隔离驱动单元，隔离驱动单元根据所述与门输出的信号生成所述电控型开关管的驱动信号。

10.一种直流充电防反灌控制方法，其特征在于，充电线路上的二级管同向并联有电控型开关管，当充电机输出电压大于蓄电池电压，且充电线路的电流大于一设定阈值时，控制所述电控型开关管导通。