CN107769348A - 具有滤波充电的工频逆变充电一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有滤波充电的工频逆变充电一体机，包括滤波单元、工频降压单元、充电单元、辅助供电单元、数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元、电路保护单元和微处理器控制单元，滤波单元通过工频降压单元与充电单元连接，数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元和电路保护单元均与微处理器控制单元连接；充电单元包括第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管、第二电解电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第五电阻、第六电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻和第十八电阻。实施本发明的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，具有以下有益效果：结构新颖、功能齐备、结构较为简单、成本较低、稳定性较好。

Description

具有滤波充电的工频逆变充电一体机

技术领域

本发明涉及逆变充电领域，特别涉及一种具有滤波充电的工频逆变充电一体机。

背景技术

蓄电池充电器，将高频开关电源技术与嵌入式微机控制技术有机地结合，运用先进的智能动态调整技术，实现优化充电特性曲线，有效延长蓄电池的使用寿命。它采用恒流/W阶段/恒压/小恒流四个阶段充电方式，具有充电效率高，可靠性高、操作简便，重量轻，体积小等特点。然而，传统蓄电池充电器拓扑需要对能量进行AC-DC-DC转换，最终实现对蓄电池进行充电，该电路只能作为充电功能使用，不具有逆变功能，功能较为单一。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种结构新颖、功能齐备、结构较为简单、成本较低、稳定性较好的具有滤波充电的工频逆变充电一体机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有滤波充电的工频逆变充电一体机，包括滤波单元、工频降压单元、充电单元、辅助供电单元、数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元、电路保护单元和微处理器控制单元，所述滤波单元通过所述工频降压单元与所述充电单元连接，所述数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元和电路保护单元均与所述微处理器控制单元连接，所述辅助供电单元分别与所述数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元和电路保护单元连接、用于供电，所述功率管驱动单元还与所述充电单元连接，所述电路保护单元还与所述数据采集单元连接；

所述充电单元包括第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管、第二电解电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第五电阻、第六电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻和第十八电阻，所述第二电解电容的正极连接蓄电池的正极，所述第二电解电容的负极连接所述蓄电池的负极，所述第二电解电容的正极还分别与所述第三电容的一端、第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电阻的一端和第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端连接第一PWM控制端，所述第二电阻的另一端分别与所述第一MOS管的源极、第四MOS管的漏极和工频降压单元连接；

所述第四MOS管的栅极分别与所述第十三电阻的一端和第十四电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端连接第二PWM控制端，所述第十四电阻的另一端分别与所述第三电容的另一端和第四MOS管的源极连接，所述第三MOS管的栅极分别与所述第五电阻的一端和第六电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端连接第三PWM控制端，所述第六电阻的另一端分别与所述第三MOS管的源极、第六MOS管的漏极和工频降压单元连接，所述第六MOS管的栅极分别与所述第十七电阻的一端和第十八电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端连接第四PWM控制端，所述第十八电阻的另一端分别与所述第四MOS管的源极和第六MOS管的源极连接。

在本发明所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机中，所述工频降压单元包括第一变压器，所述第一变压器的次级线圈的一端与所述第三MOS管的源极连接，所述第一变压器的次级线圈的另一端与所述第一MOS管的源极连接，所述第一变压器的初级线圈与所述滤波单元连接。

在本发明所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机中，所述滤波单元包括第四电容、第五电容、第十五电容、第十六电容、第二变压器、交流电的火线端和交流电的零线端，所述第四电容的一端与所述第一变压器的初级线圈的一端连接，所述第四电容的另一端与所述第一变压器的初级线圈的另一端连接，所述第四电容的一端还分别与所述第十五电容的一端和第二变压器的初级线圈的一端连接，所述第十五电容的另一端接地，所述第四电容的另一端分别与所述第十六电容的一端和第二变压器的次级线圈的一端连接，所述第十六电容的另一端接地，所述第二变压器的初级线圈的另一端分别与所述第五电容的一端和交流电的火线端连接，所述第二变压器的次级线圈的另一端分别与所述第五电容的另一端和交流电的零线端连接。

在本发明所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机中，所述第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第六MOS管均为P沟道MOS管。

在本发明所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机中，所述风扇控制单元包括第二插槽、第六电解电容、第十五电容、第十一电阻、第十三电阻、第十五电阻、第十七电阻、第十三二极管、第十MOS管、第一电源和第二电源，所述第二插槽的第一引脚与所述第十MOS管的漏极连接，所述第十MOS管的栅极分别与所述第十五电阻的一端和第十七电阻的一端连接，所述第十五电阻的另一端连接风扇，所述第十七电阻的另一端和第十MOS管的源极均接地，所述第二插槽的第二引脚通过所述第十三电阻与所述第十三二极管的阴极连接，所述第十三二极管的阳极分别与所述第十一电阻的一端、第十五电容的一端和微处理器控制单元连接，所述第十一电阻的另一端连接所述第二电源，所述第十五电容的另一端接地，所述第二插槽的第三引脚分别与所述第六电解电容的正极和第一电源连接，所述第六电解电容的负极接地。

在本发明所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机中，所述第一电源提供的电压为+12V，所述第二电源提供的电压为+5V。

在本发明所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机中，所述电路保护单元包括第九运算放大器、第四十二电容、第四十三电容、第一百零八电阻、第一百二十七电阻、第一百二十八电阻和第一百二十九电阻，所述第九运算放大器的反相输入端分别与所述第四十二电容的一端和第一百零八电阻的一端连接，所述第四十二电容的另一端接地，所述第一百零八电阻的另一端与所述数据采集单元连接，所述第九运算放大器的同相输入端分别与所述第一百二十七电阻的一端和第一百二十八电阻的一端连接，所述第一百二十七电阻的另一端与所述第二电源连接，所述第一百二十八电阻的另一端接地，所述第九运算放大器的输出端分别与所述第一百二十九电阻的一端和第四十三电容的一端连接，所述第一百二十九电阻的另一端与所述第二电源连接，所述第四十三电容的另一端接地。

实施本发明的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，具有以下有益效果：由于设有包括滤波单元、工频降压单元、充电单元、辅助供电单元、数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元、电路保护单元和微处理器控制单元，充电单元包括第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管、第二电解电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第五电阻、第六电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻和第十八电阻，该具有滤波充电的工频逆变充电一体机在未增加任何外围元器件的基础上，只是利用能量的双向流动，通过控制相关MOS管(第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管或第六MOS管)，即达到对蓄电池的充电管理，通过电路保护单元可以提高电路的稳定性，本发明与传统充电器相比，其结构新颖、功能齐备、结构较为简单、成本较低、稳定性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有滤波充电的工频逆变充电一体机一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中滤波单元、工频降压单元和充电单元的电路原理图；

图3为所述实施例中风扇控制单元的电路原理图；

图4为所述实施例中电路保护单元的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明具有滤波充电的工频逆变充电一体机实施例中，该具有滤波充电的工频逆变充电一体机的结构示意图如图1所示。图1中，该具有滤波充电的工频逆变充电一体机包括滤波单元1、工频降压单元2、充电单元3、辅助供电单元4、数据采集单元5、功率管驱动单元6、风扇控制单元7、电路保护单元8和微处理器控制单元9，其中，滤波单元1通过工频降压单元2与充电单元3连接，数据采集单元5、功率管驱动单元6、风扇控制单元7和电路保护单元8均与微处理器控制单元9连接，辅助供电单元4分别与数据采集单元5、功率管驱动单元6、风扇控制单元7和电路保护单元8连接、用于供电，功率管驱动单元6还与充电单元3连接，电路保护单元8还与数据采集单元5连接，采用电路保护单元8可以提高电路的稳定性。

图2为本实施例中滤波单元、工频降压单元和充电单元的电路原理图。图2中，充电单元3包括第一MOS管Q1、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第六MOS管Q6、第二电解电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5、第六电阻R6、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十七电阻R17和第十八电阻R18，其中，第二电解电容C2的正极连接蓄电池的正极BAT+，第二电解电容C2的负极连接蓄电池的负极BAT-，第二电解电容C2的正极还分别与第三电容C3的一端、第一MOS管Q1的漏极和第三MOS管Q3的漏极连接，第一MOS管Q1的栅极分别与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端连接，第一电阻R1的另一端连接第一PWM控制端PWM-A，第二电阻R2的另一端分别与第一MOS管Q1的源极、第四MOS管Q4的漏极和工频降压单元2连接。

第四MOS管Q4的栅极分别与第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端连接，第十三电阻R13的另一端连接第二PWM控制端PWM-B，第十四电阻R14的另一端分别与第三电容C3的另一端和第四MOS管Q4的源极连接，第三MOS管Q3的栅极分别与第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端连接，第五电阻R5的另一端连接第三PWM控制端PWM-C，第六电阻R6的另一端分别与第三MOS管Q3的源极、第六MOS管Q6的漏极和工频降压单元2连接，第六MOS管Q6的栅极分别与第十七电阻R17的一端和第十八电阻R18的一端连接，第十七电阻R17的另一端连接第四PWM控制端PWM-D，第十八电阻R18的另一端分别与第四MOS管Q4的源极和第六MOS管Q6的源极连接。

本实施例中，滤波单元1对输入的交流电(市电)进行滤波处理，处理后的交流市电通过工频降压单元2转换为低压交流能量，该低压交流能量通过充电单元3对蓄电池进行充电。辅助供电单元4为其他工作单元提供供电电源；数据采集单元5采集当前充电状态，包括蓄电池电压、充电电流、散热器温度和风扇工作状态等，数据采集单元5将采集的数据经过放大滤波处理后，送入微处理器控制单元9。功率管驱动单元6驱动功率MOS管(第一MOS管Q1、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第六MOS管Q6)实现BOOST升压充电，将低压交流电平转变为可供蓄电池充电的直流电平。

风扇控制单元7控制风扇的运行，并实时检测风扇的运行情况，当风扇出现异常时，将异常情况送入微处理器控制单元9；电路保护单元8具有过压保护和过流保护作用，当蓄电池的电压或者充电电流超过设定值时，电路保护单元8立即关闭该具有滤波充电的工频逆变充电一体机，防止具有滤波充电的工频逆变充电一体机的电路损坏；微处理器控制单元9对数据采集单元5以及风扇控制单元7的信号进行处理，并发出相应的控制信号，控制信号通过功率管驱动单元6控制MOS管，实现对蓄电池的充电管理。

该具有滤波充电的工频逆变充电一体机的具体工作过程如下：当输出侧接入蓄电池且交流电(市电)接入后，辅助供电单元4开始工作，为各单元提供电源，数据采集单元5将采集到的信息经过放大滤波处理后，送入微处理器控制单元9，微处理器控制单元9对采样信息进行分析处理，判断外部环境是否发生异常，若外部环境一切正常，则发出PWM控制信号，PWM控制信号通过功率管驱动单元6控制MOS管(第一MOS管Q1、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第六MOS管Q6)，对蓄电池进行充电管理。当微处理器控制单元9检测到数据采集单元5的信息超出正常值范围时，发出控制信号，关闭PWM控制信号，停止充电。该具有滤波充电的工频逆变充电一体机在正常运行过程中，当温度达到一定值或者输出功率到达一定值后，微处理器控制单元9发出控制信号，控制风扇控制单元7开始工作，开启风扇为一体机散热。

该具有滤波充电的工频逆变充电一体机具有逆变与充电两种功能，当蓄电池的电量变低后，该具有滤波充电的工频逆变充电一体机自动切换到充电模式，对蓄电池实现快速充电。该具有滤波充电的工频逆变充电一体机的电路是一个双向电路拓扑，能量可正反双向流动，当能量正向运行时为逆变功能，当能量反向运行时为充电功能；能量反向流动过程如下：输入交流电滤波后，经过工频降压单元2降压，该电压经过充电单元3对蓄电池进行充电。

本发明通过第一MOS管Q1、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第六MOS管Q6的转换能量流通路径，在不增加元器件的基础上实现对蓄电池的充电管理。本发明与传统充电器的充电控制策略相比，具有结构新颖、功能齐备、结构较为简单、成本较低、稳定性较好等优点。

值得一提的是，本实施例中，第一MOS管Q1、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第六MOS管Q6均为P沟道MOS管。当然，在实际应用中，第一MOS管Q1、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第六MOS管Q6也可以均采用N沟道MOS管，但这时电路的结构也要相应发生变化。

本实施例中，工频降压单元2包括第一变压器T1，第一变压器T1的次级线圈的一端与第三MOS管Q3的源极连接，第一变压器T1的次级线圈的另一端与第一MOS管Q1的源极连接，第一变压器T1的初级线圈与滤波单元1连接。第一变压器T1为工频变压器。

本实施例中，滤波单元1包括第四电容CX4、第五电容CX5、第十五电容CY15、第十六电容CY16、第二变压器L2、交流电的火线端P2和交流电的零线端P1，其中，第四电容CX4的一端与第一变压器T1的初级线圈的一端连接，第四电容CX4的另一端与第一变压器T1的初级线圈的另一端连接，第四电容CX4的一端还分别与第十五电容CY15的一端和第二变压器L2的初级线圈的一端连接，第十五电容CY15的另一端接地EARTH，第四电容CX4的另一端分别与第十六电容CY16的一端和第二变压器L2的次级线圈的一端连接，第十六电容CY16的另一端接地EARTH，第二变压器L2的初级线圈的另一端分别与第五电容CX5的一端和交流电的火线端P2连接，第二变压器L2的次级线圈的另一端分别与第五电容CX5的另一端和交流电的零线端P1连接。

图3为本实施例中风扇控制单元的电路原理图，图3中，该风扇控制单元7包括第二插槽CN02、第六电解电容C06、第十五电容C15、第十一电阻R11、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十三二极管D13、第十MOS管Q10、第一电源和第二电源，本实施例中，第一电源提供的电压为+12V，第二电源提供的电压为+5V。第二插槽CN02的第一引脚与第十MOS管Q10的漏极连接，第十MOS管Q10的栅极分别与第十五电阻R15的一端和第十七电阻R17的一端连接，第十五电阻R15的另一端连接风扇FAN1，第十七电阻R17的另一端和第十MOS管Q10的源极均接地，第二插槽CN02的第二引脚通过第十三电阻R13与第十三二极管D13的阴极连接，第十三二极管D13的阳极分别与第十一电阻R11的一端、第十五电容C15的一端和微处理器控制单元9连接，第十一电阻R11的另一端连接第二电源，第十五电容C15的另一端接地，第二插槽CN02的第三引脚分别与第六电解电容C06的正极和第一电源连接，第六电解电容C06的负极接地GND。

图4为本实施例中电路保护单元的电路原理图，图4中，该电路保护单元8包括第九运算放大器U9B、第四十二电容C42、第四十三电容C43、第一百零八电阻R108、第一百二十七电阻R127、第一百二十八电阻R128和第一百二十九电阻R129，其中，第九运算放大器U9B的反相输入端分别与第四十二电容C42的一端和第一百零八电阻R108的一端连接，第四十二电容C42的另一端接地GND，第一百零八电阻R108的另一端与数据采集单元5连接，第九运算放大器U9B的同相输入端分别与第一百二十七电阻R127的一端和第一百二十八电阻R128的一端连接，第一百二十七电阻R127的另一端与第二电源连接，第一百二十八电阻R128的另一端接地，第九运算放大器U9B的输出端分别与第一百二十九电阻R129的一端和第四十三电容C43的一端连接，第一百二十九电阻R129的另一端与第二电源连接，第四十三电容C43的另一端接地GND。

总之，本发明在未增加任何元器件的基础上，通过能量双向流动，实现对蓄电池的充电管理，当蓄电池的电量亏空后，可以对蓄电池进行快速有效充电，能降低系统成本。通过电路保护单元8可以提高电路的稳定性。本发明的结构新颖、功能齐备、结构较为简单、成本较低、稳定性较好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有滤波充电的工频逆变充电一体机，其特征在于，包括滤波单元、工频降压单元、充电单元、辅助供电单元、数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元、电路保护单元和微处理器控制单元，所述滤波单元通过所述工频降压单元与所述充电单元连接，所述数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元和电路保护单元均与所述微处理器控制单元连接，所述辅助供电单元分别与所述数据采集单元、功率管驱动单元、风扇控制单元和电路保护单元连接、用于供电，所述功率管驱动单元还与所述充电单元连接，所述电路保护单元还与所述数据采集单元连接；

所述充电单元包括第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管、第二电解电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第五电阻、第六电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻和第十八电阻，所述第二电解电容的正极连接蓄电池的正极，所述第二电解电容的负极连接所述蓄电池的负极，所述第二电解电容的正极还分别与所述第三电容的一端、第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电阻的一端和第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端连接第一PWM控制端，所述第二电阻的另一端分别与所述第一MOS管的源极、第四MOS管的漏极和工频降压单元连接；

所述第四MOS管的栅极分别与所述第十三电阻的一端和第十四电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端连接第二PWM控制端，所述第十四电阻的另一端分别与所述第三电容的另一端和第四MOS管的源极连接，所述第三MOS管的栅极分别与所述第五电阻的一端和第六电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端连接第三PWM控制端，所述第六电阻的另一端分别与所述第三MOS管的源极、第六MOS管的漏极和工频降压单元连接，所述第六MOS管的栅极分别与所述第十七电阻的一端和第十八电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端连接第四PWM控制端，所述第十八电阻的另一端分别与所述第四MOS管的源极和第六MOS管的源极连接。

2.根据权利要求1所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，其特征在于，所述工频降压单元包括第一变压器，所述第一变压器的次级线圈的一端与所述第三MOS管的源极连接，所述第一变压器的次级线圈的另一端与所述第一MOS管的源极连接，所述第一变压器的初级线圈与所述滤波单元连接。

3.根据权利要求2所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，其特征在于，所述滤波单元包括第四电容、第五电容、第十五电容、第十六电容、第二变压器、交流电的火线端和交流电的零线端，所述第四电容的一端与所述第一变压器的初级线圈的一端连接，所述第四电容的另一端与所述第一变压器的初级线圈的另一端连接，所述第四电容的一端还分别与所述第十五电容的一端和第二变压器的初级线圈的一端连接，所述第十五电容的另一端接地，所述第四电容的另一端分别与所述第十六电容的一端和第二变压器的次级线圈的一端连接，所述第十六电容的另一端接地，所述第二变压器的初级线圈的另一端分别与所述第五电容的一端和交流电的火线端连接，所述第二变压器的次级线圈的另一端分别与所述第五电容的另一端和交流电的零线端连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，其特征在于，所述第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第六MOS管均为P沟道MOS管。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，其特征在于，所述风扇控制单元包括第二插槽、第六电解电容、第十五电容、第十一电阻、第十三电阻、第十五电阻、第十七电阻、第十三二极管、第十MOS管、第一电源和第二电源，所述第二插槽的第一引脚与所述第十MOS管的漏极连接，所述第十MOS管的栅极分别与所述第十五电阻的一端和第十七电阻的一端连接，所述第十五电阻的另一端连接风扇，所述第十七电阻的另一端和第十MOS管的源极均接地，所述第二插槽的第二引脚通过所述第十三电阻与所述第十三二极管的阴极连接，所述第十三二极管的阳极分别与所述第十一电阻的一端、第十五电容的一端和微处理器控制单元连接，所述第十一电阻的另一端连接所述第二电源，所述第十五电容的另一端接地，所述第二插槽的第三引脚分别与所述第六电解电容的正极和第一电源连接，所述第六电解电容的负极接地。

6.根据权利要求5所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，其特征在于，所述第一电源提供的电压为+12V，所述第二电源提供的电压为+5V。

7.根据权利要求6所述的具有滤波充电的工频逆变充电一体机，其特征在于，所述电路保护单元包括第九运算放大器、第四十二电容、第四十三电容、第一百零八电阻、第一百二十七电阻、第一百二十八电阻和第一百二十九电阻，所述第九运算放大器的反相输入端分别与所述第四十二电容的一端和第一百零八电阻的一端连接，所述第四十二电容的另一端接地，所述第一百零八电阻的另一端与所述数据采集单元连接，所述第九运算放大器的同相输入端分别与所述第一百二十七电阻的一端和第一百二十八电阻的一端连接，所述第一百二十七电阻的另一端与所述第二电源连接，所述第一百二十八电阻的另一端接地，所述第九运算放大器的输出端分别与所述第一百二十九电阻的一端和第四十三电容的一端连接，所述第一百二十九电阻的另一端与所述第二电源连接，所述第四十三电容的另一端接地。