CN107994636A - 一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,包含反激式开关电源以及与其连接的充放电控制模块;所述反激式开关电源包含EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器以及环路补偿模块;所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、单片机、放电电流检测模块、人机交互模块、驱动器;本发明通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析,合理控制蓄电池的工作进程,从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

Description

一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置
技术领域
[0001]本发明属于智能监控领域,尤其涉及一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装 置。
背景技术
[0002]蓄电池被广泛应用于多种工业领域和人们的日常生活当中,其使用寿命与欠充、 过充以及过放密切相关。如何有效保证和提高蓄电池的使用寿命是蓄电池管理系统设计中 急需解决的问题。
[0003]蓄电池管理系统的设计主要从充电和放电两个方面进行,不同的应用场景所采取 的充放电控制策略也各有侧重。目前,充电策略主要采用三段式充电,研宄较热的主要是脉 冲充电,旨在避免蓄电池欠充与过充;放电策略主要采用设置门限电压的方式,旨在避免蓄 电池过放。
[0004]开关电源以小型、轻量和高效率等特点被广泛应用于几乎所有的电子设备,是当 今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。原边反馈开关电源因省去光耦加 TL431的结构,节省了系统板上的空间,降低了成本并且提高了系统的可靠性,在电源管理 中得以快速发展并广泛应用。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对背景的不足提供了一种路边广告片蓄电池充 放电状态检测装置,通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析,合理控制蓄电 池的工作进程,从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案 一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,包含广告牌,在所述广告牌上设有蓄电 池,以及与蓄电池连接的充放电控制模块; 所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、 端电压检测模块、单片机、放电电流检测模块、人机交互模块、驱动器; 所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一 M0S管和第二M0S管;其中,所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地;所述三极 管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端,所述三极管的集电极通过第四电阻连接 所述第二MOS管的栅极,还通过第三电阻连接所述第一 M0S管的源极,所述三极管的发射极 接地;所述第二M0S管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端,漏极连接所述设备供电 端;所述第一 M0S管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端,栅极连接所述第一电阻和 第二电阻的连接点,漏极连接所述电池端; 充电控制电路连接蓄电池,用于控制蓄电池充电; 蓄电池与放电控制电路,用于控制蓄电池放电; 充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和单片机连接,用于分别 实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流,将采集的电信号上传至单 片机,人机交互模块与单片机连接,所述驱动器分别和单片机、充电控制电路、放电控制电 路连接,进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
[0007]作为本发明一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置的进一步优选方案,蓄电 池和充放电控制模块之间还设有一 EMI滤波模块。
[0008]作为本发明一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置的进一步优选方案,所述 EMr滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻; 所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成,用于消除回路差分电流; X电容并接在共模电感两侧,用于消除差模干扰; Y电容跨接在输出端且串联中点接地,用于抑制共模干扰; 泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。
[0009] 作为本发明一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置的进一步优选方案,所述 蓄电池的端电压为10.5 V〜14.0 V。
[0010] 作为本发明一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置的进一步优选方案,所述 驱动器的芯片型号为IR4427。
[0011] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果: 本发明通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析,合理控制蓄电池的工作 进程,从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命; 本发明具有多重保护、计量准确、可靠性高、实用性和智能化强、成本低廉等特点,可以 有效减少家居电器用电开支,帮助家居电器有效节能; 采用了M0S管作为功率器件,电源效率高;在设备电池充电时,能够切断电池供电,改 为电源为设备供电,以保护电池,延长电池寿命;可以通过硬件和软件控制设备的开关机, 还可以通过硬件复位口进行复位,从而使设备关机; 本发明的EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻,可以有效滤除电网中 的共模与差模干扰,所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成,用于消除回路差分电流; X电容并接在共模电感两侧,用于消除差模干扰;Y电容跨接在输出端且串联中点接地, 用于抑制共模干扰;泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。
附图说明
[0012] 图1是本发明充电控制电路电路图。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明: 一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,包含广告牌,在所述广告牌上设有蓄电 池,以及与蓄电池连接的充放电控制模块; 所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、 端电压检测模块、单片机、放电电流检测模块、人机交互模块、驱动器; 如图1所示,所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三 极管、第一M0S管和第二MOS管;其中,所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接 地;所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端,所述三极管的集电极通过 第四电阻连接所述第二MOS管的栅极,还通过第三电阻连接所述第一 MOS管的源极,所述三 极管的发射极接地;所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端,漏极连接 所述设备供电端;所述第一 MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端,栅极连接所 述第一电阻和第二电阻的连接点,漏极连接所述电池端; 充电控制电路连接蓄电池,用于控制蓄电池充电; 蓄电池与放电控制电路,用于控制蓄电池放电; 充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和单片机连接,用于分别 实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流,将采集的电信号上传至单 片机,人机交互模块与单片机连接,所述驱动器分别和单片机、充电控制电路、放电控制电 路连接,进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
[0014] 蓄电池和充放电控制模块之间还设有一 EMI滤波模块。
[0015] 所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻; 所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成,用于消除回路差分电流; X电容并接在共模电感两侧,用于消除差模干扰; Y电容跨接在输出端且串联中点接地,用于抑制共模干扰; 泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。
[0016] EMI滤波模块:开关电源产生的电磁干扰(EMI)主要以传导干扰和近场干扰为主, 包括共模干扰和差模干扰2种状态。EMI滤波器可以有效滤除电网中的共模与差模千扰。EMI 滤波电路主要由共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻组成。共模电感由两个同向绕制的线圈 组成,用于消除回路差分电流;X电容并接在共模电感两侧,用于消除差模干扰;Y电容跨接 在输出端且串联中点接地,用于抑制共模千扰;泄放电阻用于消除在滤波器中可能出现的 静电积累。
[0017]高频变压器:高频变压器设计是开关电源设计中最重要的环节,变压器性能的优 劣直接影响开关电源的工作稳定性和使用性能。
[0018]所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测、 端电压检测、单片机、放电电流检测、人机交互模块、驱动器; 反激式开关电源通过充电控制电路连接蓄电池,用于控制蓄电池充电; 蓄电池与放电控制电路,用于控制蓄电池放电; 充电电流检测、端电压检测、放电电流检测分别和单片机连接,用于分别实时检测蓄电 池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流,已经将采集的电信号上传至单片机; 人机交互模块与单片机连接,用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态,以及用 于设定微控制器参数阈值; 所述驱动器分别和单片机、充电控制电路、放电控制电路连接,用于根据采集的电压及 电流参数,进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
[0019] 12 V蓄电池在工作过程中端电压在10.5 V〜14.0 V之间变化,单片机AD转换参考 电压为5 V,因此需要对采样信号进行线性调理。本设计采用阻值为400 kQ和100 kD,精 度为1%的电阻进行分压采样,分压系数k=0.2。
[0020]蓄电池充放电电流采用霍尔传感器获取。由于传感器的输出存在2.5 V直流偏置, 为消除偏置电压,减少单片机转换与计算时间,使用LM358构建差分电路,获取实际的电流 转换电压进行AD采样。
[0021]电路噪声和外界干扰的存在使得AD采样信号中混有各种噪声,为提高采样信号信 噪比,本文采用巴特沃斯低通滤波器设计方法设计了通带截止频率为100 Hz,阻带截止频 率为500 Hz,输出增益为1的二阶有源低通滤波器对信号进行滤波处理。
[0022]系统采用PWM方式实现对蓄电池充放电过程的统一管理。根据场效应管的伏安特 性可知,在M0S管的饱和区,当VGS固定时,VDS的变化对IDS的影响不大,具有恒流源特性。因 此,通过数字PI控制器自适应调整场效应管的栅源电压可以得到设定的恒流输出,实现多 段式恒压限流充电管理。放电过程中,蓄电池端电压会从13.1 V逐渐下降至工作截止电压 10.5 V,使得蓄电池的输出不稳定。因此,采用pwm脉宽调制的方式对直流负载进行供电,使 蓄电池稳定输出。
[0023]为防止由于交流电源断开后蓄电池对开关电源电路反向放电,利用二极管的单向 导通特性,通过在回路中串接肖特基二极管MBR20100防止蓄电池逆向放电。同时,考虑到蓄 电池接入时可能出现反接,造成电路板元件损坏,设计采用M0S管反接保护电路,通过电阻 R9和稳压二极管D2提供场效应管的栅源电压。当蓄电池反接时,栅源电压VGS=〇,场效应管 截止,充电回路被断开。

Claims (5)

1. 一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,包含广告牌,其特征在于:在所述广告 牌上设有蓄电池,以及与蓄电池连接的充放电控制模块; 所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、 端电压检测模块、单片机、放电电流检测模块、人机交互模块、驱动器; 所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一 MOS管和第二MOS管;其中,所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地;所述三极 管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端,所述三极管的集电极通过第四电阻连接 所述第二MOS管的栅极,还通过第三电阻连接所述第一 MOS管的源极,所述三极管的发射极 接地;所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端,漏极连接所述设备供电 端;所述第一 MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端,栅极连接所述第一电阻和 第二电阻的连接点,漏极连接所述电池端; 充电控制电路连接蓄电池,用于控制蓄电池充电; 蓄电池与放电控制电路,用于控制蓄电池放电; 充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和单片机连接,用于分别 实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流,将采集的电信号上传至单 片机,人机交互模块与单片机连接,所述驱动器分别和单片机、充电控制电路、放电控制电 路连接,进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
2. 根据权利要求1所述的一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,其特征在于:蓄 电池和充放电控制模块之间还设有一 EMI滤波模块。
3. 根据权利要求2所述的一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,其特征在于:所 述Effl滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻; 所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成,用于消除回路差分电流; X电容并接在共模电感两侧,用于消除差模干扰; Y电容跨接在输出端且串联中点接地,用于抑制共模干扰; 泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。
4. 根据权利要求1所述的一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,其特征在于:所 述蓄电池的端电压为10.5 V〜14.0 V。
5. 根据权利要求1所述的一种路边广告片蓄电池充放电状态检测装置,其特征在于:所 述驱动器的芯片型号为IR4427。
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