CN107093921B - 具有掉电检测功能的智能充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有掉电检测功能的智能充电器，包括从输入端到输出端依次连接的EMC/EMI整流滤波单元、DC/DC变换单元、输出端整流滤波单元、MOS管控制单元，以及连接DC/DC变换单元的开关管、连接开关管的PWM控制单元和连接PWM控制单元的电压电流稳压反馈单元，所述电压电流稳压反馈单元连接DC/DC变换单元的输出端和充电器的负极输出端以采集电压和电流反馈信号，还包括单片机和充电回路检测单元，所述充电回路检测单元可实现在无220V输入电源的情况下测量电池电压功能。本发明的具有掉电检测功能的智能充电器，实现了智能充电器与测电器功能的结合，节省了单纯意义上的测电器，方便用户使用，实现了一机多功能的情况。
Description
技术领域
本发明涉及充电器领域，具体涉及一种具有掉电检测功能的智能充电器。
背景技术
可充电电池具有较高的性能价格比、放电电流大、寿命长等特点，广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。不同类型的电池应采用不同的充电控制技术，常用的控制技术有：电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术等，与之对应的是现有的各种各样的智能充电器。但是，现有的智能充电器在无输入220V电压的情况下无法对电池的残余电量进行准确的测量，从而无法精准选择相应的充电模式。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种具有掉电检测功能的智能充电器，实现智能充电和无输入电压的情况下测试电池电压电量的功能。
为了解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
具有掉电检测功能的智能充电器，包括从输入端到输出端依次连接的EMC/EMI整流滤波单元、DC/DC变换单元、输出端整流滤波单元、MOS管控制单元，以及连接DC/DC变换单元的开关管、连接开关管的PWM控制单元和连接PWM控制单元的电压电流稳压反馈单元，所述电压电流稳压反馈单元连接DC/DC变换单元的输出端和充电器的负极输出端以采集电压和电流反馈信号，还包括单片机、连接单片机的显示单元，以及充电回路检测单元，所述充电回路检测单元用于检测待测电池的剩余电压，包括电阻R2-R5、电容C1及放大器A1，其中，电阻R3的一端连接充电器的负极输出端和电阻R2的一端，另一端连接放大器A1的同向输入端，电阻R2的另一端接地；电阻R4的一端连接放大器A1的反向输入端和电阻R5、电容C1的一端，另一端接地；电阻R5和电容C1的另一端连接放大器A1的输出端，放大器A1的输出端连接单片机IC的PL0脚。
进一步的，还包括电池电压采集单元，所述电池电压采集单元设于MOS管控制单元和充电器输出端接口之间，包括电阻R6、R7和电容C2；其中，电阻R6的一端连接充电器的正极输出端，另一端连接电阻R7的一端和单片机IC的PL2脚，电阻R7的另一端接地，电容C2并联于电阻R7两端。
进一步的，所述电压电流稳压反馈单元包括电流控制电路、电压控制电路及5V供电模块；电流控制电路包括电阻R8-R10、电容C3-C5、放大器A2和二极管D1，其中，电阻R8的一端连接5V供电模块，另一端连接电阻R9、R10、R11、电容C4、C5的一端和放大器A2的反向输入端；电阻R9和电容C4的另一端接地，电阻R10的另一端连接单片机IC的P3.3脚，电阻R11的另一端连接电容C3的一端；电容C3和C5的另一端连接放大器A2的输出端，放大器A2的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电路输出端；放大器A2的同向输入端连接电流采样输入端；
电压控制电路包括电阻R12-R17、电容C6、C7、二极管D2及放大器A3，其中，电阻R15的一端连接5V供电模块，另一端连接电阻R12、R16、R17、电容C7的一端和放大器A3的反向输入端；电阻R17的另一端连接单片机IC的P3.7脚，电阻R12的另一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端连接放大器A3的输出端和二极管D2的正极，二极管D2的负极连接电路输出端；电阻R13的一端连接实际控制电压输入端，另一端连接电阻R14的一端和放大器A3的同向输入端，电阻R14、R16和电容C7的另一端接地。
进一步的，MOS管控制单元包括P沟道MOS管Q2，其型号为TPC8107，三极管Q3、电阻R25-R29及电容C14；其中，Q2的1、2、3脚连接输出端整流滤波单元的输出端及电阻R25和电容C14的一端，4脚连接电阻R25的另一端和Q3的集电极，5、6、7、8脚连接充电器的正极输出端和电容C14的另一端；Q3的基极连接电阻R26和R27的一端，发射极连接电阻R26的另一端并接地；电阻R27的另一端连接电阻R28和R29的一端，电阻R28的另一端连接单片机IC的P1.2脚，R29的另一端接地。
优选的，单片机IC的型号为STC15W408AS，放大器的型号为LM2902。
本发明的具有掉电检测功能的智能充电器，结合了智能充电电路和充电回路检测单元，其中，智能充电电路可用于对12V和6V电池进行充电，且能根据电池电压自动选择充电电压；而充电回路检测单元可实现在无220V输入电源的情况下测量电池电压功能，从而实现了智能充电器与测电器功能的结合，节省了单纯意义上的测电器，方便用户使用，实现了一机多功能的情况。
另一方面，本发明的智能充电器其电压电流稳压反馈单元在传统电路的基础上采用单片机控制和5V供电模块电阻分压两种方式相结合，使得稳压和电流控制依据单片机电压基准的输出变化而变化，可以模拟出电池的充电曲线，满足电池更合理的充电要求，且使充电器在空载与负载切换时更稳定。
附图说明
图1为本发明的智能充电器实施例的结构示意图。
图2为图1中实施例的电路单元连接示意图。
图3为图2中电压电流稳压反馈单元的电路示意图。
图4为图2中DC/DC变换单元、开关管及PWM控制单元的电路示意图。
图5为图2中MOS管控制单元的电路示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了一种具有掉电检测功能的智能充电器。如图1所示为其一个实施例的结构示意图，包括主体1和设于主体1上的指示灯11和显示单元12，主体1的两端分别设有用于连接电源和电池充电接口的连接线。本发明的智能充电器，其主要特征体现在结合了智能充电和充电回路检测功能，能够实现有电源情况下的智能充电和无220V输入电源情况下电池电压的测量，从而节省了单纯意义上的测电器，方便用户使用。下面对此进行详细说明。
如图2所示为本发明的智能充电器内部电路单元连接示意图，包括从输入端到输出端依次连接的EMC/EMI整流滤波单元、DC/DC变换单元、输出端整流滤波单元、MOS管控制单元、电池电压采集单元，以及连接DC/DC变换单元的开关管、连接开关管的PWM控制单元和连接PWM控制单元的电压电流稳压反馈单元，电压电流稳压反馈单元连接DC/DC变换单元的输出端和充电器的负极输出端以采集电压和电流反馈信号；还包括单片机、连接单片机的显示单元，以及充电回路检测单元，其中，充电回路检测单元用于检测待测电池的剩余电压。
如图2所示，充电回路检测单元包括电阻R2-R5、电容C1及放大器A1，其中，电阻R3的一端连接充电器的负极输出端和电阻R2的一端，另一端连接放大器A1的同向输入端，电阻R2的另一端接地；电阻R4的一端连接放大器A1的反向输入端和电阻R5、电容C1的一端，另一端接地；电阻R5和电容C1的另一端连接放大器A1的输出端，放大器A1的输出端连接单片机IC的PL0脚。运算放大器A1主要检测电流，R5与R4比值为100，所以运算放大器A1的放大倍数为100倍。如R2为10mΩ的采样电阻，充电器最小的输出电流为0.3A，则当采样电阻R2上的电流为0.3A时，放大器的输出为0.3A*10mΩ*100=0.3V。
当充电器作为测电器工作时，其正负极输出端连接待测电池，待测电池通过反充电给检测电路和单片机供电。若采样电阻R2上的电流小于0.3A，则单片机的PL0脚检测放大器A1的输出电压小于0.3V，此时单片机认为电路没有电流，按静态测试电池电压和电量，从而实现在无220V输入电源的情况下测量电池电压，测得的电池电压在显示单元上进行显示。当充电器连接220V电源时，放大器A1的输出电压大于0.3V，单片机认为充电回路有电流，则依据程序设定的充电曲线进行充电。
电池电压采集单元包括电阻R6、R7和电容C2；其中，电阻R6的一端连接充电器的正极输出端，另一端连接电阻R7的一端和单片机IC的PL2脚，电阻R7的另一端接地，电容C2并联于电阻R7两端。电阻R6和R7主要是采集电池电压，当电池电压低于8.5V时，可以判定为6V电池，当高于8.5V、低于17V时，可以判定为12V电池。单片机根据采集的电池电压，给出不通的输出电流，当电池充满电时（主要依据电池电压决定），关闭输出电路；从而实现针对不同电压电池智能选择充电模式充电。
优选的，上述实施例中，单片机IC的型号为STC15W408AS，放大器的型号为LM2902。
如图3所示，本发明的实施例中，电压电流稳压反馈单元包括电流控制电路、电压控制电路及5V供电模块。其中，电流控制电路包括电阻R8-R10、电容C3-C5、放大器A2和二极管D1，其中，电阻R8的一端连接5V供电模块，另一端连接电阻R9、R10、R11、电容C4、C5的一端和放大器A2的反向输入端；电阻R9和电容C4的另一端接地，电阻R10的另一端连接单片机IC的P3.3脚，电阻R11的另一端连接电容C3的一端；电容C3和C5的另一端连接放大器A2的输出端，放大器A2的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电路输出端；放大器A2的同向输入端连接电流采样输入端。
电压控制电路包括电阻R12-R17、电容C6、C7、二极管D2及放大器A3，其中，电阻R15的一端连接5V供电模块，另一端连接电阻R12、R16、R17、电容C7的一端和放大器A3的反向输入端；电阻R17的另一端连接单片机IC的P3.7脚，电阻R12的另一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端连接放大器A3的输出端和二极管D2的正极，二极管D2的负极连接电路输出端；电阻R13的一端连接实际控制电压输入端，另一端连接电阻R14的一端和放大器A3的同向输入端，电阻R14、R16和电容C7的另一端接地。
如图4所示，DC/DC变换单元包括变压器TR1、电阻R21、电容C9及二极管D3。其中，电阻R21和电容C9并联后与二极管D3串接，连接于变压器TR1的一次侧，二极管D3的正极连接连接开关管Q1的源极；PWM控制单元包括PWM控制芯片U1、光耦IC2、电阻R18-R20、R22-R24、电容C10-C13，其中，PWM控制芯片U1的HV脚通过串联的电阻R18、R19连接EMC/EMI整流滤波单元的输出端和变压器TR1的一次侧输入端，Adj脚经电阻R20接地，FB脚连接光耦IC2的输出脚，并经电容C8接地，Drv脚经电阻R22连接开关管Q1的基极，CS脚连接开关管Q1的发射极，并经并联的电阻R23、R24接地，VCC脚经并联的电容C10、C11接地；光耦IC2的输入脚连接电压电流稳压反馈单元的输出端。
优选的，PWM控制芯片的型号为200D6。本电路前后端隔离采用光耦和变压器隔离的方式，使用光耦隔离使输入端和输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。使用变压器隔离使得在通电的情况下，使用者可以更加安全的操作。
如图5所示， MOS管控制单元包括P沟道MOS管Q2，其型号为TPC8107，三极管Q3、电阻R25-R29及电容C14；其中，Q2的1、2、3脚连接输出端整流滤波单元的输出端及电阻R25和电容C14的一端，4脚连接电阻R25的另一端和Q3的集电极，5、6、7、8脚连接充电器的正极输出端和电容C14的另一端；Q3的基极连接电阻R26和R27的一端，发射极连接电阻R26的另一端并接地；电阻R27的另一端连接电阻R28和R29的一端，电阻R28的另一端连接单片机IC的P1.2脚，R29的另一端接地。
上述电路使用P沟道的MOS管来控制输出回路的关断，保证了输出安全。只有当充电器的输出端检测到电池夹上的时候，单片机根据反馈得到检测电压值，让单片机P1.2脚输出高电平，使三极管Q3导通，而P沟道的MOS管Q2的G极的电压被拉低，且远低于S极的电压值，使得MOS管S极和D极导通，最终使输出回路打开。如果单片机根据反馈得到的检测电压并不是电池电压值，就让单片机P1.2脚输出低电平，从而关断三极管Q3和MOS管Q2，最终输出回路断开。
作为优选实施方案，本发明中使用了智能显示单元，智能显示单元可以实时显示出当前电池的电压和电量，以及充电的模式和报警状态。显示屏上的显示内容包括电压和电量显示，充电模式的显示，坏电池的显示及短接/反接的报警显示。
本发明的中， EMC/EMI整流滤波单元为本领域的常规电路，在此不作赘述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.具有掉电检测功能的智能充电器，包括从输入端到输出端依次连接的EMC/EMI整流滤波单元、DC/DC变换单元、输出端整流滤波单元、MOS管控制单元，以及连接DC/DC变换单元的开关管、连接开关管的PWM控制单元和连接PWM控制单元的电压电流稳压反馈单元，所述电压电流稳压反馈单元连接DC/DC变换单元的输出端和充电器的负极输出端以采集电压和电流反馈信号，其特征在于：还包括单片机、连接单片机的显示单元，以及充电回路检测单元，所述充电回路检测单元用于检测待测电池的剩余电压，包括电阻R2-R5、电容C1及放大器A1，其中，电阻R3的一端连接充电器的负极输出端和电阻R2的一端，另一端连接放大器A1的同向输入端，电阻R2的另一端接地；电阻R4的一端连接放大器A1的反向输入端和电阻R5、电容C1的一端，另一端接地；电阻R5和电容C1的另一端连接放大器A1的输出端，放大器A1的输出端连接单片机IC的PL0脚；
当充电器连接220V电源时，放大器A1的输出电压大于预设电压，单片机判定充电回路有电流，依据程序设定的充电曲线进行充电；
当充电器作为测电器工作时，其正负极输出端连接待测电池，待测电池通过反充电给充电回路检测单元和单片机供电；若采样电阻R2上的电流小于预设电流，则单片机的PL0脚检测放大器A1的输出电压小于预设电压，此时单片机判定电路没有电流，按静态测试电池电压和电量，从而实现在无220V输入电源的情况下测量电池电压，测得的电池电压在显示单元上进行显示；
所述的具有掉电检测功能的智能充电器还包括电池电压采集单元，所述电池电压采集单元设于MOS管控制单元和充电器输出端接口之间，包括电阻R6、R7和电容C2；其中，电阻R6的一端连接充电器的正极输出端，另一端连接电阻R7的一端和单片机IC的PL2脚，电阻R7的另一端接地，电容C2并联于电阻R7两端；
所述电压电流稳压反馈单元包括电流控制电路、电压控制电路及5V供电模块；电流控制电路包括电阻R8-R10、电容C3-C5、放大器A2和二极管D1，其中，电阻R8的一端连接5V供电模块，另一端连接电阻R9、R10、R11、电容C4、C5的一端和放大器A2的反向输入端；电阻R9和电容C4的另一端接地，电阻R10的另一端连接单片机IC的P3.3脚，电阻R11的另一端连接电容C3的一端；电容C3和C5的另一端连接放大器A2的输出端，放大器A2的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电路输出端；放大器A2的同向输入端连接电流采样输入端；
电压控制电路包括电阻R12-R17、电容C6、C7、二极管D2及放大器A3，其中，电阻R15的一端连接5V供电模块，另一端连接电阻R12、R16、R17、电容C7的一端和放大器A3的反向输入端；电阻R17的另一端连接单片机IC的P3.7脚，电阻R12的另一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端连接放大器A3的输出端和二极管D2的正极，二极管D2的负极连接电路输出端；电阻R13的一端连接实际控制电压输入端，另一端连接电阻R14的一端和放大器A3的同向输入端，电阻R14、R16和电容C7的另一端接地；
所述MOS管控制单元包括P沟道MOS管Q2，其型号为TPC8107，三极管Q3、电阻R25-R29及电容C14；其中，Q2的1、2、3脚连接输出端整流滤波单元的输出端及电阻R25和电容C14的一端，4脚连接电阻R25的另一端和Q3的集电极，5、6、7、8脚连接充电器的正极输出端和电容C14的另一端；Q3的基极连接电阻R26和R27的一端，发射极连接电阻R26的另一端并接地；电阻R27的另一端连接电阻R28和R29的一端，电阻R28的另一端连接单片机IC的P1.2脚，R29的另一端接地。
2.如权利要求1所述的具有掉电检测功能的智能充电器，其特征在于：单片机IC的型号为STC15W408AS，放大器的型号为LM2902。
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