CN107706957A - 对直流充电器输入输出的控制处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对直流充电器输入输出的控制处理方法及装置，装置包括输入充电电源：用于提供交流和/或直流电源；MCU控制器：用于控制接入的输入充电电源、并根据电流值、电压值进行判断，控制电源设备充电放电状态；恒压转换模块：用于将输入的交直流电经过变压整理和恒压处理，向电源设备输出与之相匹配的恒压源；电流检测模块：用于采集恒压转换模块与电源设备之间的电流方向及电流值；电压检测模块：用于采集电源设备的电压值；电源设备：用于向外接设备提供电源，并通过充电端口接受电源通过放电端口释放电源。本发明兼容多种不同电压值的交直流电实现充电，以提高电子产品充电的灵活性、便利性、实用性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于充电电源技术领域，具体地指一种对直流充电器输入输出的控制处理方法及装置。
背景技术
随着电子产品的迅速发展，供电的电源的使用寿命很大程度上影响人们对电子产品的使用选择，而合理的充电和放电可以实现合理的使用电源目的，从而达到延长电源使用的寿命，同时也避免过充和过放带来的隐患。同时，生活中存在不同电压值的交流电和直流电，为了更好的适应充电环境，亟需设计兼容多种不同电压值的交流电和直流电实现充电，以提高电子产品使用的灵活性、便利性、实用性和安全性。
发明内容
针对充电环境中存在不同电压值的交流电、直流电，电子产品不能适应接入充放电的问题，本发明提出了一种电流检测装置及方法及装置。
为实现上述目的，本发明所设计的一种对直流充电器输入输出的控制处理方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
1)检测输入充电电源是否插入；
2)将所述输入充电电源经过变压整理和恒压处理，输出与电源设备相匹配的恒压源；
3)将所述恒压源输出至电源设备，并采集恒压源与电源设备之间的实际电流值I；
4)根据所述实际电流值I的电流方向判断电源设备为充电状态还是放电状态，若为充电状态，当所述实际电流值I超过过流阀值则发出过流报警，并切断输入充电电源；若为放电状态，当所述实际电流值I低于欠流阀值则发出欠流报警；
5)采集电压设备的实际电压值V，当所述实际电压值V超过过压阀值则发出过压报警，并切断输入充电电源，当所述实际电压值V低于欠压阀值则发出欠压报警。
优选地，所述步骤5)中还包括将实际电压值V与预先设置的临近电压值相比较，当实际电压值V超过临近电压值时，采用涓流充电方式向电源设备充电。
优选地，所述步骤3)中实际电流值I通过电流检测芯片A1和采样电阻R_sampl实现，所述电流检测芯片A1的工作输入电压为V_in、基准电压数值为V_cri、电流检测芯片A1正常输出电压数值为V_ad，采样电阻R_sampl的阻值为R，则所述实际电流值I为：I＝|V_ad-V_cri|*V_in/V_cri/R。
优选地，所述步骤1)输入充电电源包括若干个直流电源和若干个交流电源。
优选地，所述步骤1)中检测到有多于一个输入充电电源插入时，根据电压值大小，按照保留小电压、切断大电压的原则接入输入充电电源。
一种应用于上述对直流充电器输入输出的控制处理方法的装置，其特殊之处在于，包括输入充电电源、MCU控制器、恒压转换模块、电流检测模块、电压检测模块和电源设备；
所述输入充电电源用于提供交流和/或直流电源；
所述MCU控制器用于控制选择接入的输入充电电源、并根据电流检测模块采集的电流值、电压检测模块采集的电压值进行判断，控制电源设备充电放电状态；
所述恒压转换模块用于将输入的交流电或者直流电经过变压整理和恒压处理，向电源设备输出与之相匹配的恒压源；
所述电流检测模块用于采集恒压转换模块与电源设备之间的电流，从而判断电流的方向和大小；
所述电压检测模块用于采集电源设备的电压值；
所述电源设备用于向外接设备提供电源，并通过充电端口实现电源充电，通过放电端口释放电源。
进一步地，所述恒压转换模块中每个输入充电电源的交流接口设置有一个接入检测电路，所述接入检测电路包括分别连接交流电两端的两个光耦U1和一个限流电阻R。
更进一步地，所述电流检测模块包括电流采集芯片A1和采样电阻R_sampl。
更进一步地，所述电压检测模块包括电压检测继电器K8、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，电压输出端位于第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间。
更进一步地，所述电源设备的充电端口设置有涓流充电电路，所述涓流充电电路包括与涓流继电器K1连接的两条并联支路，其中一条直接与电源设备的充电端口连接，另一条支路设置有第一涓流电阻R5、第二涓流电阻R6，并与电源设备的充电端口连接，通过继电器K1进行切换选择其中一条支路。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)当电源设备处于充电状态时，实时的监测可以保证充电过程电源设备处于正常充电状态，同时按照合理的方法处理在电源设备即将充满时的充电流程处理，避免充电不饱和与过充，提高了电源的使用寿命和充电效果。避免过流、过压充电时出现电源损坏或爆炸等危险情况；
2)当电源设备处于放电状态时，实时监测放电状态，当出现异常欠流、欠压放电时则报警，等待人为关电，避免特殊情况发生时出现电源关电输出的情况，提高电源使用的灵活性。
3)本发明能满足多种不同日用交流电压的充电，极大的提高了充电的便利性；
4)本发明可以在不改变整体设计方案的情况下根据实际需要修改整体框架设计的电子元器件等参数，实现对特殊充电交流或直流电的支持和电源设备需求电压的输出。
附图说明
图1为本发明对直流充电器输入输出的控制处理装置的结构示意图。
图2为接入检测电路的电路图。
图3为接入继电器K7的电路图。
图4为恒压转换模块中变压整理和恒压处理的结构框图。
图5为电流检测模块的电路图。
图6为电压检测模块的电路图。
图7为涓流充电电路的电路图。
图中：输入充电电源1，MCU控制器2，恒压转换模块3，电流检测模块4，电压检测模块5，电源设备6，外接设备7，触摸显示屏8。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种对直流充电器输入输出的控制处理装置，它包括输入充电电源1、MCU控制器2、恒压转换模块3、电流检测模块4、电压检测模块5、电源设备6和触摸显示屏8。触摸显示屏8与MCU控制器2电相连，输入充电电源与恒压转换模块3电连接。MCU控制器2分别与恒流转换模块3、电流检测模块4、电压检测模块5、电源设备6电相连，恒流转换模块3、电流检测模块4、电压检测模块5分别与电源设备6电相连。
输入充电电源1用于提供交流和/或直流电源的输入插口。输入充电电源1包括48V、110V、220V、480V等常见的交流直流电源，可以根据实际需要进行扩充，实现对其他不同电压充电电源的支持。充电电源经由输入充电接口进入恒压转换模块3。
MCU控制器2用于控制选择接入的输入充电电源1、并根据电流检测模块4采集的电流值、电压检测模块5采集的电压值进行判断，控制电源设备6处于合理的状态。
恒压转换模块3用于将输入的交流电或者直流电经过变压整理和恒压处理，向电源设备6输出与之相匹配的恒压源。每个输入充电电源的交流接口设置有一个接入控制继电器K7和接入检测电路，接入检测电路包括分别连接交流电两端的两个光耦U1_1、U1_2和一个限流电阻R，如图2所示。以110V交流接口为例，使用两个光耦U1_1、U1_2分别连上外接的交流电两端，根据交流电接入后的震荡特性，光耦U1选择的驱动电流I＝V/R；
所以限流电阻R需要根据选择的光耦U1的特性来决定阻值大小，当接入110V，同时I满足驱动光耦二极管后，交流电交替驱动上下两个二极管，则如图2中的pt0输出低电平，否则一直输出高电平，此设计可以简单而有效的解决对是否有输入指定大小交流电的检测。同上原理可以检测220V、380V等交流电压是否接上，直流电只需连接一个光耦，按照上述原理，实现检测直流电是否接入。
检测交流电是否接入的信号pt0接入到MCU控制器2上，MCU控制器2获取当前接入的交流电情况，根据断大留小原则对接入继电器K7进行控制，实现上述流程目的，如图3所示。
经由MCU控制器2判断处理后，只有一路交流电或直流电接通，本实施例中电源设备的额定电压/电流是60V/3A。所以根据这一类型的电源设计交流电转为恒压电的电路处理(可根据实际不同的电源设备进行设计)，输出60V/3A，如图4所示。此部分可针对不同需求参数的电源设备做相对应的处理，根据实际情况而定。
电流检测模块4用于采集恒压转换模块3与电源设备6之间的电流方向及电流值。电流检测模块4采用现有高精度的电流采集芯片INA1991，将采集接口接入上述电源设备6的线路中的低阻值采样电阻R_sampl，通过采集电阻采样电阻R_sampl两端电压的差值关系可以判断此时是给电源设备6充电还是电源设备6放电，同时根据差值计算出当前流入或流出电源设备6的电流；如图5所示。
电压检测模块5用于采集电源设备6的电压值，包括电压检测继电器K8、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，电压输出端位于第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间。MCU控制器2根据实际电流值I的检测状态控制电压检测继电器K8开关，从而实现控制电压检测模块5是否接入实现电压检测；此部分避免电压检测电路长期接入电路中形成回路而增加功耗；由于电流检测电阻阻值很小，故可以忽略其造成的功耗；电压检测模块5的电路如图6所示。
电源设备6用于向外接设备7提供电源，并通过充电端口实现电源充电，通过放电端口释放电源。
MCU控制器2根据采集的电压和电流值进行计算，得出当前电源设备充放电时的实际电流值I、实际电压值V，从而获知电源设备6的当前状态；MCU控制器2驱动触摸显示屏8，显示当前电源设备6处于充放电状态、当前充放电电流和电源设备当前电压、外接充电接口插入的交流或直流电压等信息，同时可手动在触摸显示屏8上设置电压和电流理论正常范围，当电压、电流不在设定范围内时，判断当前是处于正常充放电、过流、过压、欠流、欠压的状态，并作出异常显示告警。
如果放电时处于输出欠流、欠压的情况，MCU控制器2检测后报警，但不切断控制继电电源设备6与外接设备7之间的回路，避免紧急情况下使用电源情况发生，只有当人为点击触摸显示屏8上的确认触摸按钮后才会切断输出回路，切断后显示对应状态报警，直到点击触摸显示屏8上面的复位图片按钮才再次重新将切断的回路恢复连接。
如果充电时处于输入过流、过压时，MCU控制器2则直接控制接入继电器K7切断输入充电电源1，并报警，直到点击触摸显示屏8上面的复位图片按钮才再次重新将切断的回路恢复连接。避免过流、过压导致电源爆炸等危险出现。
电源设备6的充电端口设置有涓流充电电路，如图7所示。涓流充电电路有两种实施方式。第一种实施方式为在电源设备6输入充电端串联与涓流继电器K1连接的两条并联支路，其中一条直接与电源设备6的充电端口连接，另一条支路设置有第一涓流电阻R5、第二涓流电阻R6，并与电源设备6的充电端口连接。
另一种实施方式为在电源设备6的输入充电端串联一个电阻可调器，正常输入充电或输出放电时，MCU控制器2控制电阻可调器阻值为0Ω，当在充电时，如果充电接近饱和状态时则加大电阻从而实现降低电流充电，实现涓流充电方式。根据上述的采集充电电压可知当前电源充电饱和状态，如果电压接近电源本身额定电压，则开始调节电阻阻值大小，最终当充电电压几乎等于检测电压时，停止充电，MCU控制器2控制接入继电器K7切断输入充电交流电。
上述对直流充电器输入输出的控制处理装置，有两种使用模式，作为电源输出给外部设备7供电或作为存储电源端被充电；以下按照充电和放电两种使用情况做具体实施：
首先需要设置触摸显示屏8的过流阀值、欠流阀值、过压阀值、欠压阀值、临近电流值、正常电流、电压等参数，点击触摸屏上的保存按钮后，MCU会将数据存储到自身FLASH区域，实现掉电保存。如果需要修改，重复上述步骤。
充电模式：
1)MCU控制器2根据恒压转换模块3里面的接入检测电路(图2)对输入的交流或直流电进行检测，判断指定的输入交流或直流是否接上。
根据光耦U1的驱动电流来实现检测是否插入指定日常大小电源。如果驱动光耦U1最小电流为I，输入电压为V，则按照图2电路，则要进行检测电源是否插入，则R＝V/I；所以当指定大小电源插入时，则可以驱动光耦工作，输出低电平信号给MCU控制器2，实现对输入电源的插入与否进行检测。如果当有多个电源同时插入时，按照上述方式检测后，MCU控制器2根据优先级顺序关电低优先级，只保留高优先级电源。本设计采用电源大小越低，优先级越高原则来实现。其中MCU控制器2关闭输入充电电源通过上述图3原理来实现，将接入继电器K7串联到充电电源输入电路中，然后切断输入通路来实现。
2)将输入的充电电源经过变压整理和恒压处理，输出与电源设备6相匹配的恒压源；本实施例中电源设备的额定电压/电流为60V/3A，此处设计可根据电源设备实际参数来进行设计。
3)将恒压源输出至电源设备6，并采集恒压源与电源设备6之间的实际电流值I。输出恒压源连接到电源设备6上。在此连接电路上串入阻值采样电阻R_sampl，采样电阻R_sampl的阻值很小，为了减少功耗，本实施例选择0.5mΩ。本发明选择电流检测芯片A1为高精度放大的INA1991A1，其输入接口分别连接到采样电阻R_sampl两端，然后根据采集电阻R_sampl的两端电压差，检测芯片A1采集后进行放大处理输出对应电压，MCU控制器2采集电流检测芯片A1放大处理后输出的电压值，根据MCU的AD采样值与电流IC对应实际0V时MCU的AD采样基准电压数值判断是充电还是放电和计算出实际对应的电流值(电流检测芯片A1输出按照输出最大值的)；电流IC工作输入电压为V_in，电流检测芯片A1对应实际0V时MCU的AD采样基准电压数值为V_cri(基准电压指电流为0时，电流检测芯片A1输出给MCU的AD采集的数值)，采样电阻R_sampl阻值R，MCU控制器2的AD采集电压数值为V_ad(MCU控制器2的AD采集的数值)，实际电流值I；如果充电时，则V_ad>V_cri；如果放电时，则V_ad<V_cri；如果没有充放电时，则V_ad＝V_cri；所以根据上述计算的实际电流值为：
4)根据实际电流值I的电流方向判断电源设备6为充电状态还是放电状态，充电时，当实际电流值I超过过流阀值则发出过流报警，并切断输入充电电源。MCU控制器2将计算的实际电流I显示在触摸显示屏8上，同时与预先设置的过流阀值进行比较，如果超出范围则报警，同时MCU控制器2驱动接入继电器K7切断充电电源回路；直至点击触摸显示屏8上的复位图片按钮。
5)采集电压设备的实际电压值V，充电时，当实际电压值V超过过压阀值则发出过压报警，并切断输入充电电源。
MCU控制器2驱动电压检测继电器K8将电压检测模块5接入电路中，按图6所示，MCU控制器2通过自身的AD采集模块连接上述分压电路，然后读取当前采样值，转换为实际电压值V；定义AD采集当前电压为V_ad1，分压电阻分别为第一分压电阻R1、第二分压电阻R2，采集实际电压为V；则V＝V_ad1*(R1+R2)/R2；MCU控制器2将计算的实际电压值V显示在触摸显示屏8上，同时与预先设置的过压阀值进行比较，如果超出范围则报警，同时MCU控制器2驱动接入继电器K7切断充电电源回路；直至点击触摸显示屏8上的复位按钮。
本实施例根据采集的实际电压值V与实际需求充电电压60V作比较，设置临近电压值，比如59V，如果正常充电状态下，没有接近60V则继续按照当前电流充电，如果采集电压V>59V，则MCU控制器切换带有电阻的回路接入，实现涓流充电，如图7所示。，图中第一涓流电阻R5、第二涓流电阻R6可根据实际测量选择合理的阻值实现涓流充电方式，本设计选择R5、R6都为60Ω，理论涓流充电时的电流为<500MA；当采集电压V＝60V时，电流检测模块采集的V_ad＝V_cri时，即MCU控制器2通过电压检测继电器K8切断电压检测回路，同时通过接入继电器K7切断充电电源输入端。
放电模式：
1)外接设备7与电源设备6连接，电源设备6与外接设备7形成回路；恒压转换模块3中的电流采集芯片采集的V_ad<V_cri，MCU控制器2根据采样结果判断当前处于放电状态；然后按照上述公式计算得出实际电流值I，根据实际电流值I与设置的欠流阀值进行比较，判断是否处于欠流状态，如果处于欠流，则MCU控制器2开始报警，等待人为点击触摸屏显示的确认按钮后关闭电源输出回路，此处设计避免在特殊情况时由于自动关电导致被使用设备不能工作；同时报警可让人们根据实际情况判断是否需要切断，这样做符合人性化设计；
2)当放电电流在正常范围内，则MCU控制器2切换电压检测继电器K8，将电压检测模块5接入电路中，采集当前电压，MCU控制器2根据计算的实际电压值V与触摸显示屏8上设置的欠压阀值进行比较，如果超出范围则报警，控制接入继电器K7是否切断输出回路，与电流处理流程一致。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以设计出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种对直流充电器输入输出的控制处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)检测输入充电电源(1)是否插入；
2)将所述输入充电电源经过变压整理和恒压处理，输出与电源设备(6)相匹配的恒压源；
3)将所述恒压源输出至电源设备(6)，并采集恒压源与电源设备(6)之间的实际电流值I；
4)根据所述实际电流值I的电流方向判断电源设备(6)为充电状态还是放电状态，若为充电状态，当所述实际电流值I超过过流阀值则发出过流报警，并切断输入充电电源；若为放电状态，当所述实际电流值I低于欠流阀值则发出欠流报警；
5)采集电压设备的实际电压值V，当所述实际电压值V超过过压阀值则发出过压报警，并切断输入充电电源，当所述实际电压值V低于欠压阀值则发出欠压报警。
2.根据权利要求1所述的对直流充电器输入输出的控制处理方法，其特征在于：所述步骤5)中还包括将实际电压值V与预先设置的临近电压值相比较，当实际电压值V超过临近电压值时，采用涓流充电方式向电源设备(6)充电。
3.根据权利要求1所述的对直流充电器输入输出的控制处理方法，其特征在于：所述步骤3)中实际电流值I通过电流检测芯片A1和采样电阻R_sampl实现，所述电流检测芯片A1的工作输入电压为V_in、基准电压数值为V_cri、电流检测芯片A1正常输出电压数值为V_ad，采样电阻R_sampl的阻值为R，则所述实际电流值I为：I＝|V_ad-V_cri|*V_in/V_cri/R。
4.根据权利要求1所述的对直流充电器输入输出的控制处理方法，其特征在于：所述步骤1)输入充电电源(1)包括若干个直流电源和若干个交流电源。
5.根据权利要求4所述的对直流充电器输入输出的控制处理方法，其特征在于：所述步骤1)中检测到有多于一个输入充电电源(1)插入时，根据电压值大小，按照保留小电压、切断大电压的原则接入输入充电电源(1)。
6.一种对直流充电器输入输出的控制处理装置，其特征在于：包括输入充电电源(1)、MCU控制器(2)、恒压转换模块(3)、电流检测模块(4)、电压检测模块(5)和电源设备(6)；
所述输入充电电源(1)用于提供交流或直流电源；
所述MCU控制器(2)用于控制选择接入的输入充电电源(1)、并根据电流检测模块(4)采集的电流值、电压检测模块(5)采集的电压值进行判断，控制电源设备(6)充电放电状态；
所述恒压转换模块(3)用于将输入的交流电或者直流电经过变压整理和恒压处理，向电源设备(6)输出与之相匹配的恒压源；
所述电流检测模块(4)用于采集恒压转换模块(3)与电源设备(6)之间的电流，从而判断电流的方向和大小；
所述电压检测模块(5)用于采集电源设备(6)的电压值；
所述电源设备(6)用于向外接设备(7)提供电源，并通过充电端口实现电源充电，通过放电端口释放电源。
7.根据权利要求6所述的对直流充电器输入输出的控制处理装置，其特征在于：所述恒压转换模块(3)中每个输入充电电源的交流接口设置有一个接入检测电路，所述接入检测电路包括分别连接交流电两端的两个光耦U1和一个限流电阻R。
8.根据权利要求6所述的对直流充电器输入输出的控制处理装置，其特征在于：所述电流检测模块(4)包括电流采集芯片A1和采样电阻R_sampl。
9.根据权利要求6所述的对直流充电器输入输出的控制处理装置，其特征在于：所述电压检测模块(5)包括电压检测继电器K8、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，电压输出端位于第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间。
10.根据权利要求6所述的对直流充电器输入输出的控制处理装置，其特征在于：所述电源设备(6)的充电端口设置有涓流充电电路，所述涓流充电电路包括与涓流继电器K1连接的两条并联支路，其中一条直接与电源设备(6)的充电端口连接，另一条支路设置有第一涓流电阻R5、第二涓流电阻R6，并与电源设备(6)的充电端口连接。
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