CN107979150A - 基于sg3525芯片的数控动态输出充电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，包括整流电路、开关变换电路、主输出电路、脉冲宽度调制电路、信号调理电路、处理模块和电源模块；电源模块给脉冲宽度调制电路供电，整流电路接通交流电源并输出一次直流电，一次直流电经开关变换电路进行开关变换后转换为开关信号，主输出电路对开关信号进行处理后输出二次直流电供充电负载充电使用，并输出电压反馈信号和电流反馈信号至脉冲宽度调制电路；处理模块根据预设值及信号调理电路对二次直流电进行调理得到的采样信号，控制脉冲宽度调制电路调节开关变换电路输出的开关信号的脉宽，以调节二次直流电的恒压值或恒流值。如此，可满足多种充电方式，电能利用率高。

Description

基于SG3525芯片的数控动态输出充电器

技术领域

本发明涉及充电技术领域，特别是涉及一种基于SG3525芯片的数控动态输出充电器。

背景技术

充电器采用智能动态调整充电技术，可以实现对充电负载的恒流充电或恒压充电。传统的充电器一般采用脉冲宽度调制，通过调节电压反馈回路上的可调电阻，确定一个目标输出电压，通过分压电阻，确定一个电压基准；比较电压反馈值与电压基准，根据比较结果控制脉宽，达到输出电压恒定的目的；通过调节电流反馈回路上的可调电阻，采用与稳定输出电压相同的方式实现输出电流恒定。

传统的充电器采用的动态调整方式，通过可调电阻调节好输出电压的恒定值和输出电流的恒定值后，整个充电过程中只能确定一个恒压值与一个恒流值，实现常规的两阶段式充电曲线。充电方式单一，电能利用率低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种支持多种充电方式、电能利用率高的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器。

一种基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，包括整流电路、开关变换电路、主输出电路、脉冲宽度调制电路、信号调理电路、处理模块和电源模块，所述整流电路的输入端连接交流电源，所述整流电路的输出端连接所述开关变换电路的输入端，所述开关变换电路的控制端连接所述脉冲宽度调制电路，所述开关变换电路的输出端连接所述主输出电路的输入端，所述主输出电路的输出端连接所述信号调理电路，且用于连接充电负载，所述脉冲宽度调制电路还分别连接所述主输出电路的电压反馈端、电流反馈端、所述处理模块和所述电源模块，所述信号调理电路连接所述处理模块；

所述整流电路对输入的交流电进行整流得到一次直流电并输出至所述开关变换电路，所述开关变换电路对所述一次直流电进行开关变换得到开关信号并输出至所述主输出电路，所述主输出电路对所述开关信号进行处理后输出二次直流电至所述充电负载和所述信号调理电路，并输出电压反馈信号和电流反馈信号至所述脉冲宽度调制电路；

所述信号调理电路对所述二次直流电进行调理并输出采样信号至所述处理模块，所述处理模块根据所述采样信号与预设值输出第一电压信号和第二电压信号至所述脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路根据所述第一电压信号和所述电压反馈信号输出第一调制信号至所述开关变换电路，调节所述开关信号的脉宽以调节所述二次直流电的恒压值，或者根据所述第二电压信号和所述电流反馈信号输出第二调制信号至所述开关变换电路，调节所述开关信号的脉宽以调节所述二次直流电的恒流值。

上述基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，整流电路接通交流电源并输出一次直流电，一次直流电经开关变换电路进行开关变换后转换为开关信号，主输出电路对开关信号进行处理后输出二次直流电供充电负载充电使用，并输出电压反馈信号和电流反馈信号至脉冲宽度调制电路，同时信号调理电路对二次直流电进行调理得到的采样信号；处理模块根据采样信号和预设值控制脉冲宽度调制电路调节开关变换电路输出的开关信号的脉宽，以调节主输出电路输出的二次直流电的恒压值或恒流值。如此，基于SG3525芯片的数控动态输出充电器对充电负载进行充电的过程中可动态调节恒定的电压值大小或恒定的电流值大小，灵活性高，可满足多种充电方式，电能利用率高。

附图说明

图1为一实施例中基于SG3525芯片的数控动态输出充电器的结构框图；

图2为另一实施例中基于SG3525芯片的数控动态输出充电器的结构图。

具体实施方式

参考图1，一实施例中的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，包括整流电路110、开关变换电路120、主输出电路130、脉冲宽度调制电路140、信号调理电路150、处理模块160和电源模块170，整流电路110的输入端连接交流电源，整流电路110的输出端连接开关变换电路120的输入端，开关变换电路120的控制端连接脉冲宽度调制电路140，开关变换电路120的输出端连接主输出电路130的输入端，主输出电路130的输出端连接信号调理电路150，且用于连接充电负载，脉冲宽度调制电路140还分别连接主输出电路130的电压反馈端、电流反馈端、处理模块160和电源模块170，信号调理电路150连接处理模块160。

整流电路110对输入的交流电进行整流得到一次直流电并输出至开关变换电路120，开关变换电路120对一次直流电进行开关变换得到开关信号并输出至主输出电路130，主输出电路130对开关信号进行处理后输出二次直流电至充电负载和信号调理电路150，并输出电压反馈信号和电流反馈信号至脉冲宽度调制电路140。二次直流电用于供充电负载充电使用，同时，信号调理电路150可以对二次直流电进行调理采样。

信号调理电路150对二次直流电进行调理并输出采样信号至处理模块160，处理模块160根据采样信号与预设值输出第一电压信号和第二电压信号至脉冲宽度调制电路140，脉冲宽度调制电路140根据第一电压信号和电压反馈信号输出第一调制信号至开关变换电路120，调节开关信号的脉宽以调节二次直流电的恒压值，或者根据第二电压信号和电流反馈信号输出第二调制信号至开关变换电路120，调节开关信号的脉宽以调节二次直流电的恒流值。

整流电路110用于将交流电转换为直流电，可以采用整流桥实现。开关变换电路120用于将直流电转换为高频开关状态的开关信号，可以采用功率开关管实现。主输出电路130对开关信号的处理包括功率耦合和整流滤波，将开关变换电路120输出的开关信号处理为直流电以供充电使用。可以理解，在其他实施例中，主输出电路130对开关信号的处理还可以包括其他处理，以得到更佳的直流电。

信号调理电路150输出的采样信号为二次直流电调理成电压小信号之后的信号，供处理模块160检测判断。预设值指预先设置的对应当前充电时刻的基准电压值或基准电流值，可以通过预存储充电曲线、根据充电曲线和当前的充电时刻对应获取，或者根据预存储的充电时刻与充电电压、充电电流的对应关系直接获取，其中，充电曲线可以是根据充电负载的种类、容量、串并联组合方式、数量等信息确定。第一电压信号和第二电压信号为两路独立的信号，处理模块160具体根据采样信号和预设值调节第一电压信号对应的电压值大小，或调节第二电压信号对应的电压值大小，使脉冲宽度调制电路140根据第一电压信号的电压值输出第一调制信号以进行恒压调节，根据第二电压信号的电压值输出第二调制信号以进行恒流调节。例如，处理模块160输出的第一电压信号对应的电压值增大，第一调制信号对应调节开关变换电路120输出的开关信号的脉宽加宽，主输出电路130输出的二次直流电的恒压值增大。第二电压信号的电压值增大，第二调制信号对应调节开关变换电路120输出的开关信号的脉宽加宽，主输出电路130输出的二次直流电的恒流值增大。

处理模块160根据采样信号和预设值调节第一电压信号或第二电压信号对应的电压值大小的过程包括：处理模块160可以预先存储充电曲线，根据信号调理电路150输出的采样信号的电压大小以及采样信号与二次直流的对应关系计算出二次直流电的物理量电压大小，根据物理量电压大小对照充电曲线可以分析当前所处的充电阶段。若当前所处的充电阶段为恒压阶段，则处理模块160根据充电曲线对应当前充电时刻的基准电压值与计算得到的物理量电压大小比较，根据比较结果动态改变输出到脉冲宽度调制电路140的第一电压信号对应的电压大小；若当前所处的充电阶段为恒流阶段，则处理模块160根据充电曲线对应当前充电时刻的基准电流值与计算得到的物理量电压大小对应的电流值比较，根据比较结果动态改变输出到脉冲宽度调制电路140的第二电压信号对应的电压大小。

上述基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，整流电路110接通交流电源并输出一次直流电，一次直流电经开关变换电路120进行开关变换后转换为开关信号，主输出电路130对开关信号进行处理后输出二次直流电供充电负载充电使用，并输出电压反馈信号和电流反馈信号至脉冲宽度调制电路140，同时信号调理电路150对二次直流电进行调理得到的采样信号；处理模块160根据采样信号和预设值控制脉冲宽度调制电路140调节开关变换电路120输出的开关信号的脉宽，以调节主输出电路130输出的二次直流电的恒压值或恒流值。如此，基于SG3525芯片的数控动态输出充电器对充电负载进行充电的过程中可动态调节恒定的电压值大小或恒定的电流值大小，灵活性高，可满足多种充电方式，电能利用率高。

在一实施例中，第一电压信号和第二电压信号为0-5V(伏)模拟电压信号。第一电压信号和第二电压信号对应的具体电压值由处理模块160根据采样信号与预设值动态调整。第一电压信号和第二电压信号的电压取值范围可根据处理模块160的工作电压和脉冲宽度调制信号的工作电压确定，可以理解，在其他实施例中，第一电压信号和第二电压信号还可以为其他数值范围的模拟电压信号。

在一实施例中，主输出电路130包括功率耦合器和滤波整流器，功率耦合器一端作为主输出电路130的输入端并连接开关变换电路120的输出端，功率耦合器另一端连接滤波整流器一端，滤波整流器另一端作为主输出电路130的输出端并连接信号调理电路150。通过功率耦合器对开关变换电路120输出的开关信号进行功率耦合，并通过滤波整流器进行整流滤波，得到的二次直流电质量佳。可以理解，在其他实施例中，主输出电路130还可以包括其他器件以便得到更佳的二次直流电。

在一实施例中，脉冲宽度调制电路140根据第一电压信号和电压反馈信号输出第一调制信号之前、以及根据第二电压信号和电流反馈信号输出第二调制信号之前，脉冲宽度调制电路140输出第一自调信号至开关变换电路120，调节开关变换电路120输出的开关信号的脉宽，以使二次直流电的电压恒定在初始电压值；脉冲宽度调制电路140输出第二自调信号至开关变换电路120，调节开关变换电路120输出的开关信号的脉宽，以使二次直流电的电流恒定在初始电流值。

第一自调信号和第二自调信号为两路独立的信号。第一自调信号和第二自调信号的输出可以采用人工操作可调电阻实现，也可以预先设置。

在处理模块160根据采样信号控制脉冲宽度调制电路140调节开关变换电路120输出的开关信号的脉宽之前，脉冲宽度调制电路140自调开关信号的脉宽，以使主输出电路130输出的二次直流电的电压恒定在初始电压值、电流恒定在初始电流值。如此，采用硬件方式限定基于SG3525芯片的数控动态输出充电器输出的最大电压电流，之后处理模块160控制脉冲宽度调制电路140进行的恒流和恒压调节分别在初始电压值和初始电流值的范围内，实现硬件限压限流保护，避免器件烧坏，可提高基于SG3525芯片的数控动态输出充电器的使用安全性。

在一实施例中，参考图2，脉冲宽度调制电路140包括脉宽调制器U1、第一电阻R1、第二电阻R3、第三电阻R5、第四电阻R8、第五电阻R10、第一可调电阻VR1、第二可调电阻VR2、电容C1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和比较器U2。

第一电阻R1和第一可调电阻VR1串联后，一端连接主输出电路130的电压反馈端，另一端连接脉宽调制器U1，且第一可调电阻VR1接地。比较器U2的反相输入端通过第二电阻R3连接主输出电路130的电流反馈端，比较器U2的同相输入端接地，比较器U2的输出端通过第三电阻R5连接第一开关管Q1的输入端，电容C1连接比较器U2的反相输入端和输出端。

第一开关管Q1的输入端还连接第二开关管Q2的输入端，第一开关管Q1的控制端通过第四电阻R8连接处理模块160，第一开关管Q1的输出端通过第二可调电阻VR2连接主输出电路130的电流反馈端。第二开关管Q2的输入端连接电源模块170，本实施例中，电源模块170的输出电压为12V。第二开关管Q2的控制端连接脉宽调制器U1，第二开关管Q2的输出端通过第五电阻R10连接第三开关管Q3的控制端，第三开关管Q3的输入端连接脉宽调制器U1，第三开关管Q3的输出端接地。

第一可调电阻VR1通过第一电阻R1连接主输出电路130的电压反馈端，输出电压反馈信号至脉宽调制器U1。通过第二可调电阻VR1和第二电阻R3连接主输出电路130的电流反馈端，输出电流反馈信号至脉宽调制器U1。具体地，本实施例中，脉冲宽度调制电路140的工作过程包括初始自调过程和动态调节过程，具体如下：

初始自调过程：处理模块160输出的第一电压信号和第二电压信号的电压值不变，手动调节第一可调电阻VR1的阻值大小，脉宽调制器U1可改变开关变换电路120输出的开关信号的脉宽大小，进而可改变主输出电路130输出的二次直流电的电压值大小；第一可调电阻VR1的阻值与二次直流电的电压值成反比，第一可调电阻VR1的阻值增大，二次直流电的电压值减小。手动调节第二可调电阻VR2的阻值大小，脉宽调制器U1可改变开关变换电路120输出的开关信号的脉宽大小，进而可改变主输出电路130输出的二次直流电的电流值大小；第二可调电阻VR2的阻值与输出的电流值成反比，第二可调电阻VR2的阻值增大，二次直流电的电流值减小。

动态调节过程：脉冲宽度调制电路140的第一可调电阻VR1和第二可调电阻VR2的阻值不变，经处理模块160控制，增大与脉宽调制器U1相连的第一电压信号的电压值，脉宽调制器U1可增大开关变换电路120输出的开关信号的脉宽，进而主输出电路130输出的二次直流电的电压值增大，反之，减小与脉宽调制器U1相连的第一电压信号的电压值，主输出电路130输出的二次直流电的电压值减小。处理模块160控制增大与第四电阻R8一端相连的第二电压信号的电压值，脉宽调制器U1可增大开关变换电路120输出的开关信号的脉宽，进而主输出电路130输出的二次直流电的电流值增大，反之，减小与第四电阻R8一端相连的第二电压信号的电压值，脉宽调制器U1可减小开关变换电路120输出的开关信号的脉宽，主输出电路130输出的二次直流电的电流值减小。

具体地，脉冲宽度调制电路140还可以包括接地电阻R2和保护电阻R4。第一可调电阻VR1通过接地电阻R2接地；第二开关管Q2的输入端通过保护电阻R4连接电源模块170。通过采用接地电阻R2和保护电阻R4，可提高脉冲宽度调制电路140的可靠性。

第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3可以为三极管。具体地，本实施例中，第一开关管Q1为NPN三极管，第二开关管Q2为PNP三极管，第三开关管Q3为NPN三极管。通过采用三极管作为开关管，结构简单且成本低。可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他类型器件的开关管，例如MOS(metal oxide semiconductor金属氧化物半导体)管。

本实施例中，脉宽调制器为SG 3525芯片。继续参考图2，开关变换电路120连接SG3525芯片的引脚14和引脚11，第一可调电阻VR1连接SG 3525芯片的引脚1，第二开关管Q2的控制端连接SG 3525芯片的引脚16，第三开关管Q3的输入端连接SG 3525芯片的引脚8。通过采用SG 3525芯片实现开关信号脉宽的调节，效率高。可以理解，在其他实施例中，脉宽调制器还可以为其他芯片，例如TL494脉宽调制芯片。

在一实施例中，第一可调电阻VR1和第二可调电阻VR2均为滑动变阻器。滑动变阻器方便调节电阻值，使用便利性高。可以理解，在其他实施例中，第一可调电阻VR1和第二可调电阻VR2还可以为其他类型的可变电阻，例如电位器、电阻箱等。

在一实施例中，信号调理电路150包括第六电阻R6、第七电阻R9和第八电阻R7。第六电阻R6和第七电阻R9串联，且公共端连接第八电阻R7一端，第六电阻R6另一端连接主输出电路130的输出端，第七电阻R9另一端接地，第八电阻R7另一端连接处理模块160。通过第六电阻R6、第七电阻R9和第八电阻R7组成分压电路，将二次直流电调理为电压值降低的采样信号，以供处理模块160检测判断，结构简单且易于实现。

在一实施例中，处理模块160包括单片机，单片机连接信号调理电路150和脉冲宽度调制电路140。通过向单片机内部烧录程序，以及预先存储充电曲线或预设值，实现根据采样信号动态调整第一电压信号和第二电压信号的电压值大小。具体地，处理模块160包括单片机和外围电路，外围电路用于支持单片机正常工作。

在一实施例中，请继续参考图2，上述基于SG3525芯片的数控动态输出充电器还包括输出开关电路180，主输出电路130的输出端通过输出开关电路180连接信号调理电路150和充电负载，输出开关电路180还连接处理模块160。处理模块160输出控制信号至输出开关电路180，以控制输出开关电路180的通断。如此，处理模块160可以控制主输出电路130的输出导通与断开，从而控制充电工作状态，提高基于SG3525芯片的数控动态输出充电器的使用便利性。

在一实施例中，上述基于SG3525芯片的数控动态输出充电器还包括连接处理模块160的显示器。处理模块160根据采样信号获取二次直流电的物理量电压大小后输出至显示器进行显示。处理模块160还可以根据采样信号判断当前所处的充电阶段后输出至显示器进行显示。如此，用户可直接通过查看显示器获取信息，提高基于SG3525芯片的数控动态输出充电器的使用遍历性。

在一实施例中，上述基于SG3525芯片的数控动态输出充电器还包括变压器，变压器的一次侧连接交流电源，变压器的二次侧连接整流电路110的输入端。通过变压器对接入的交流电进行变压处理，方便整流电路110进行整流。

本实施例中，变压器为隔离变压器。通过采用隔离变压器，可提高抗干扰性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，包括整流电路、开关变换电路、主输出电路、脉冲宽度调制电路、信号调理电路、处理模块和电源模块，所述整流电路的输入端连接交流电源，所述整流电路的输出端连接所述开关变换电路的输入端，所述开关变换电路的控制端连接所述脉冲宽度调制电路，所述开关变换电路的输出端连接所述主输出电路的输入端，所述主输出电路的输出端连接所述信号调理电路，且用于连接充电负载，所述脉冲宽度调制电路还分别连接所述主输出电路的电压反馈端、电流反馈端、所述处理模块和所述电源模块，所述信号调理电路连接所述处理模块；

所述整流电路对输入的交流电进行整流得到一次直流电并输出至所述开关变换电路，所述开关变换电路对所述一次直流电进行开关变换得到开关信号并输出至所述主输出电路，所述主输出电路对所述开关信号进行处理后输出二次直流电至所述充电负载和所述信号调理电路，并输出电压反馈信号和电流反馈信号至所述脉冲宽度调制电路；

所述信号调理电路对所述二次直流电进行调理并输出采样信号至所述处理模块，所述处理模块根据所述采样信号与预设值输出第一电压信号和第二电压信号至所述脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路根据所述第一电压信号和所述电压反馈信号输出第一调制信号至所述开关变换电路，调节所述开关信号的脉宽以调节所述二次直流电的恒压值，或者根据所述第二电压信号和所述电流反馈信号输出第二调制信号至所述开关变换电路，调节所述开关信号的脉宽以调节所述二次直流电的恒流值。

2.根据权利要求1所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，所述脉冲宽度调制电路根据所述第一电压信号和所述电压反馈信号输出第一调制信号之前、以及根据所述第二电压信号和所述电流反馈信号输出第二调制信号之前，所述脉冲宽度调制电路输出第一自调信号至所述开关变换电路，调节所述开关信号的脉宽，以使所述二次直流电的电压恒定在初始电压值；所述脉冲宽度调制电路输出第二自调信号至所述开关变换电路，调节所述开关信号的脉宽，以使所述二次直流电的电流恒定在初始电流值。

3.根据权利要求2所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，所述脉冲宽度调制电路包括脉宽调制器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一可调电阻、第二可调电阻、电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管和比较器；

所述第一电阻和所述第一可调电阻串联后，一端连接所述主输出电路的电压反馈端，另一端连接所述脉宽调制器，且所述第一可调电阻接地，所述比较器的反相输入端通过所述第二电阻连接所述主输出电路的电流反馈端，所述比较器的同相输入端接地，所述比较器的输出端通过所述第三电阻连接所述第一开关管的输入端，所述电容连接所述比较器的反相输入端和输出端；

所述第一开关管的输入端还连接所述第二开关管的输入端，所述第一开关管的控制端通过所述第四电阻连接所述处理模块，所述第一开关管的输出端通过所述第二可调电阻连接所述主输出电路的电流反馈端，所述第二开关管的输入端连接所述电源模块，所述第二开关管的控制端连接所述脉宽调制器，所述第二开关管的输出端通过所述第五电阻连接所述第三开关管的控制端，所述第三开关管的输入端连接所述脉宽调制器，所述第三开关管的输出端接地。

4.根据权利要求3所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，所述脉宽调制器为SG 3525芯片。

5.根据权利要求3所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，所述第一可调电阻和所述第二可调电阻均为滑动变阻器。

6.根据权利要求1所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，所述主输出电路包括功率耦合器和滤波整流器，所述功率耦合器一端作为所述主输出电路的输入端并连接所述开关变换电路的输出端，所述功率耦合器另一端连接所述滤波整流器一端，所述滤波整流器另一端作为所述主输出电路的输出端并连接所述信号调理电路。

7.根据权利要求1所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，所述信号调理电路包括第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第六电阻和所述第七电阻串联，且公共端连接所述第八电阻一端，所述第六电阻另一端连接所述主输出电路的输出端，所述第七电阻另一端接地，所述第八电阻另一端连接所述处理模块。

8.根据权利要求1所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，还包括输出开关电路，所述主输出电路的输出端通过所述输出开关电路连接所述信号调理电路和所述充电负载，所述输出开关电路还连接所述处理模块；

所述处理模块输出控制信号至所述输出开关电路，以控制所述输出开关电路的通断。

9.根据权利要求1所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，所述处理模块包括单片机，所述单片机连接所述信号调理电路和所述脉冲宽度调制电路。

10.根据权利要求1所述的基于SG3525芯片的数控动态输出充电器，其特征在于，还包括变压器，所述变压器的一次侧连接所述交流电源，所述变压器的二次侧连接所述整流电路的输入端。