CN108282002A - 一种智能型三段式充电电路 - Google Patents
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Classifications
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- H02J7/0086—
Abstract
本发明公开了一种智能型三段式充电电路，通过设置有主电路模块、稳压机驱动模块、工作电源模块、逻辑控制模块和保护电路模块，使得本发明的充电电路输入电压范围宽，输出稳压精度高，充电自动分为三种模式，即恒流充电、均浮充转换充电、恒压充电，对深度放电的电池有很好的修复作用，充电电路支持多个并联，无需任何并联线缆，控制逻辑部分采用MCU芯片，检测、驱动及保护均采用纯模拟电路，可靠性高。当并联中的某个充电电路故障时，自动退出并联系统，不影响负载，系统平均无故障时间大大提高，多种保护功能：输入过欠压，输出过压、输出短路、电池反接、过温，可通过简单调节实现充电电压更改，适用于各种电池充电场合。
Description
技术领域
本发明涉及充电电路技术领域，尤其涉及一种智能型三段式充电电路。
背景技术
三段式充电电路一般指用于电动车的一种分三个阶段进行充电的装置，三段式充电是一个自动充电的过程，恒流、恒压和浮充是三段式充电的三个必须阶段。
铅酸电池正常情况下，影响其使用寿命的因素为硫化和失水，硫化的表现主要有欠冲和结晶堆积，欠冲时电池含多量硫酸铅、如不充电加以消除，会形成易溶解结晶，结晶堆积是由于放电产生硫酸铅形成结晶附着于极板形成积累；是谁的主要表现有极化和析气过热，极化是由于过电位导致的，造成原电池产生的电能下降，电池本身消耗的能量增加，析气过热是受高压、极化等因素的影响，造成内部温升高，水分丢失，铅酸电池在充电过程中不可避免产生极化现象，为了实现快速充满，目前可以大面积使用的电动车充电电路均采用三段式充电，在恒压阶段时提高电压，克服极化电势，维持预定的充电电量，而高恒压，小电流充电对电池本身是不利的，但是现有的三段式充电电路使用效率较低，保护功能较为单一，导致使用寿命不高，以此，解决这一类的问题显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能型三段式充电电路，通过设置有主电路模块、稳压机驱动模块、工作电源模块、逻辑控制模块和保护电路模块使得充电电路输入电压范围宽，输出稳压精度高。为了解决上述问题，本发明提供了一种智能型三段式充电电路，该充电电路包括主电路模块、稳压机驱动模块、工作电源模块、逻辑控制模块和保护电路模块，所述主电路模块分为两级，前一极为BUCK斩波稳压，其中P501/502为直流正极输入，P503/504为直流负极(同时也为电池负)，输入经Q1/Q2斩波，变成脉动的直流电，经TX3与C3组成的LC滤波后变成稳定的直流电，D2为续流二极管，R1与D1、C2组成尖波吸收电路，R2/R3/R4为电流采样电阻，将电流信号IS1送至UC3843，控制充电板限流，BATQ为电压采样信号，反馈至控制电路时时调节直流稳压，后一极为开关保护电路，主要由保险管及继电器组成，电压正常时，经保险管、继电器给电池充电，D4与D20分别接继电器两端，LC滤波后用于提供整机工作电源；当稳压异常时，开关保护电路动作，此时继电器K1关断，无充电，遇极端恶劣情况，保险管熔断，保护后极电池，所述稳压机驱动模块中的R36与C33组成UC3843的RC震荡，6脚输出40KHZ的PWM波形，分别经驱动电阻R39、R42和R40、R41送到主电路MOS驱动极，D22与D23在驱动关断时作用，降低驱动电阻，加快关断时间电压反馈BATQ经电阻R27、R29、VR1、R47衰减后送到TL431的R脚，当充电板输出电压升高时，TL431的R脚电压上升，k脚电压下降，光耦TLP781的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R51上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。JP1-2为芯片控制信号，用于控制启动均充，原理同上。电流采样信号经R52、C32送到UC3843的电流测试输入3脚，当电流过大时，控制3843脉宽，限流输出，所述工作电源模块的CN501为交流220V电源，市电正常时，经变压器TX2产生三路隔离电源，第一路13V整流稳压后形成12V电源VDD，提供给3843及MOS管驱动；第二路12V经MC33269形成3.3V电源，给芯片MC9S08QG8提供工作电源，同时经稳压管ZD1产生VREF，提供电路基准电压；第三路20V整流后产生24V及12V电源，12V经CN503直接输出，提供外接电源输出，另一路12V经U9、TR2控制，只有当FAN CON控制信号为低电平时，CN504才输出12V电压提供给风扇，24V经U8、TR1控制，当MCU充电启动延时信号为低电平时，CN502输出24V，控制外接的直流输入继电器吸合，所述逻辑控制模块的MC9S08QG8为MCU芯片，其1、2脚为程序烧录脚，3、4脚为工作电源，5脚为LED3控制，LED3用于指示短路及过温，8脚为风扇控制，当功率部分温度高于50℃时，输出低电平，风扇启动，9脚为温度检测，温度传感器在不同温度时产生不周的电阻值，转换成电压后通过第9脚输入给芯片，10脚为均浮充控制信号，均充时，输出低电平，控制电压反馈，详见驱动电路说明，11脚为充电开关，当输入电压过高或输出异常时，控制主电路及保护电路动作，低电平有效，12脚为输入/输出过压指示，发生此故障时，输出低电平，LED2亮，12脚为市电电压检测，当市电电压低于165V时，关闭充电电路，14脚为软启动控制，开机8秒后输出低电平，控制开关机继电器吸合，15、16脚为充电电压采样，分别采样继电器前与电池端，用于控制保护电路，所述保护电路模块的OUT+为充电输出正极信号，当电池反接时，U5的1、2脚产生电流，U5导通，U6的3脚变低，U6输出翻转变为低电平，LED1熄灭，Q1关断，继电器断开，此回路中，C16用于开机启动时的缓冲，即当开机VREF建立后，V+通过电阻R19对C16充电，充至高于VREF电位时，电路动作，继电器吸合U10-11为芯片控制信号，当发生输出过压等异常时，输出低电平，经D3控制LED1及继电器关断，同时，U15导通，控制关闭3843驱动。
进一步改进在于：该充电电路包括有三种充电模式，分别为恒流充电模式、均浮充转换充电模式和恒压充电模式。
进一步改进在于：该充电电路与其他充电电路可进行并联连接。
进一步改进在于：所述逻辑控制模块采用MCU芯片。
本发明的有益效果是：
1、本发明的充电电路输入电压范围宽，输出稳压精度高，充电自动分为三种模式，即恒流充电、均浮充转换充电、恒压充电，对深度放电的电池有很好的修复作用。
2、充电电路支持多个并联(最多5个)，无需任何并联线缆。
3、控制逻辑部分采用MCU芯片，检测、驱动及保护均采用纯模拟电路，可靠性高。
4、当并联中的某个充电电路故障时，自动退出并联系统，不影响负载，系统平均无故障时间大大提高。
5、多种保护功能：输入过欠压，输出过压、输出短路、电池反接、过温。
6、可通过简单调节实现充电电压更改，适用于各种电池充电场合。
附图说明
图1是本发明中主电路模块原理图
图2是本发明中稳压机驱动模块原理图
图3是本发明中工作电源模块原理图
图4是本发明中逻辑控制模块原理图
图5是本发明中保护电路模块原理图
图6是本发明工作逻辑框架图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。如图1所示，本实施例提供了一种智能型三段式充电电路，该充电电路包括主电路模块、稳压机驱动模块、工作电源模块、逻辑控制模块和保护电路模块，所述主电路模块分为两级，前一极为BUCK斩波稳压，其中P501/502为直流正极输入，P503/504为直流负极(同时也为电池负)，输入经Q1/Q2斩波，变成脉动的直流电，经TX3与C3组成的LC滤波后变成稳定的直流电，D2为续流二极管，R1与D1、C2组成尖波吸收电路，R2/R3/R4为电流采样电阻，将电流信号IS1送至UC3843，控制充电板限流，BATQ为电压采样信号，反馈至控制电路时时调节直流稳压，后一极为开关保护电路，主要由保险管及继电器组成，电压正常时，经保险管、继电器给电池充电，D4与D20分别接继电器两端，LC滤波后用于提供整机工作电源；当稳压异常时，开关保护电路动作，此时继电器K1关断，无充电，遇极端恶劣情况，保险管熔断，保护后极电池。
如图2所示，所述稳压机驱动模块中的R36与C33组成UC3843的RC震荡，6脚输出40KHZ的PWM波形，分别经驱动电阻R39、R42和R40、R41送到主电路MOS驱动极，D22与D23在驱动关断时作用，降低驱动电阻，加快关断时间电压反馈BATQ经电阻R27、R29、VR1、R47衰减后送到TL431的R脚，当充电板输出电压升高时，TL431的R脚电压上升，k脚电压下降，光耦TLP781的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R51上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。JP1-2为芯片控制信号，用于控制启动均充，原理同上。电流采样信号经R52、C32送到UC3843的电流测试输入3脚，当电流过大时，控制3843脉宽，限流输出。
如图3所示，所述工作电源模块的CN501为交流220V电源，市电正常时，经变压器TX2产生三路隔离电源，第一路13V整流稳压后形成12V电源VDD，提供给3843及MOS管驱动；第二路12V经MC33269形成3.3V电源，给芯片MC9S08QG8提供工作电源，同时经稳压管ZD1产生VREF，提供电路基准电压；第三路20V整流后产生24V及12V电源，12V经CN503直接输出，提供外接电源输出，另一路12V经U9、TR2控制，只有当FAN CON控制信号为低电平时，CN504才输出12V电压提供给风扇，24V经U8、TR1控制，当MCU充电启动延时信号为低电平时，CN502输出24V，控制外接的直流输入继电器吸合。
如图4所示，所述逻辑控制模块的MC9S08QG8为MCU芯片，其1、2脚为程序烧录脚，3、4脚为工作电源，5脚为LED3控制，LED3用于指示短路及过温，8脚为风扇控制，当功率部分温度高于50℃时，输出低电平，风扇启动，9脚为温度检测，温度传感器在不同温度时产生不周的电阻值，转换成电压后通过第9脚输入给芯片，10脚为均浮充控制信号，均充时，输出低电平，控制电压反馈，详见驱动电路说明，11脚为充电开关，当输入电压过高或输出异常时，控制主电路及保护电路动作，低电平有效，12脚为输入/输出过压指示，发生此故障时，输出低电平，LED2亮，12脚为市电电压检测，当市电电压低于165V时，关闭充电电路，14脚为软启动控制，开机8秒后输出低电平，控制开关机继电器吸合，15、16脚为充电电压采样，分别采样继电器前与电池端，用于控制保护电路。
如图5所示，所述保护电路模块的OUT+为充电输出正极信号，当电池反接时，U5的1、2脚产生电流，U5导通，U6的3脚变低，U6输出翻转变为低电平，LED1熄灭，Q1关断，继电器断开，此回路中，C16用于开机启动时的缓冲，即当开机VREF建立后，V+通过电阻R19对C16充电，充至高于VREF电位时，电路动作，继电器吸合U10-11为芯片控制信号，当发生输出过压等异常时，输出低电平，经D3控制LED1及继电器关断，同时，U15导通，控制关闭3843驱动。
该充电电路包括有三种充电模式，分别为恒流充电模式、均浮充转换充电模式和恒压充电模式。该充电电路与其他充电电路可进行并联连接。所述逻辑控制模块采用MCU芯片。
本发明的充电电路输入电压范围宽，输出稳压精度高，充电自动分为三种模式，即恒流充电、均浮充转换充电、恒压充电，对深度放电的电池有很好的修复作用。充电电路支持多个并联(最多5个)，无需任何并联线缆。控制逻辑部分采用MCU芯片，检测、驱动及保护均采用纯模拟电路，可靠性高。当并联中的某个充电电路故障时，自动退出并联系统，不影响负载，系统平均无故障时间大大提高。多种保护功能：输入过欠压，输出过压、输出短路、电池反接、过温。可通过简单调节实现充电电压更改，适用于各种电池充电场合。
Claims (4)
1.一种智能型三段式充电电路，其特征在于：该充电电路包括主电路模块、稳压机驱动模块、工作电源模块、逻辑控制模块和保护电路模块，其特征在于：所述主电路模块分为两级，前一极为BUCK斩波稳压，其中P501/502为直流正极输入，P503/504为直流负极，同时也为电池负极，输入经Q1/Q2斩波，变成脉动的直流电，经TX3与C3组成的LC滤波后变成稳定的直流电，D2为续流二极管，R1与D1、C2组成尖波吸收电路，R2/R3/R4为电流采样电阻，将电流信号IS1送至UC3843，控制充电板限流，BATQ为电压采样信号，反馈至控制电路时时调节直流稳压，后一极为开关保护电路，主要由保险管及继电器组成，电压正常时，经保险管、继电器给电池充电，D4与D20分别接继电器两端，LC滤波后用于提供整机工作电源；当稳压异常时，开关保护电路动作，此时继电器K1关断，无充电，遇极端恶劣情况，保险管熔断，保护后极电池，所述稳压机驱动模块中的R36与C33组成UC3843的RC震荡，6脚输出40KHZ的PWM波形，分别经驱动电阻R39、R42和R40、R41送到主电路MOS驱动极，D22与D23在驱动关断时作用，降低驱动电阻，加快关断时间电压反馈BATQ经电阻R27、R29、VR1、R47衰减后送到TL431的R脚，当充电板输出电压升高时，TL431的R脚电压上升，k脚电压下降，光耦TLP781的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R51上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似，JP1-2为芯片控制信号，用于控制启动均充，电流采样信号经R52、C32送到UC3843的电流测试输入3脚，当电流过大时，控制3843脉宽，限流输出，所述工作电源模块的CN501为交流220V电源，市电正常时，经变压器TX2产生三路隔离电源，第一路13V整流稳压后形成12V电源VDD，提供给3843及MOS管驱动；第二路12V经MC33269形成3.3V电源，给芯片MC9S08QG8提供工作电源，同时经稳压管ZD1产生VREF，提供电路基准电压；第三路20V整流后产生24V及12V电源，12V经CN503直接输出，提供外接电源输出，另一路12V经U9、TR2控制，只有当FAN CON控制信号为低电平时，CN504才输出12V电压提供给风扇，24V经U8、TR1控制，当MCU充电启动延时信号为低电平时，CN502输出24V，控制外接的直流输入继电器吸合，所述逻辑控制模块的MC9S08QG8为MCU芯片，其1、2脚为程序烧录脚，3、4脚为工作电源，5脚为LED3控制，LED3用于指示短路及过温，8脚为风扇控制，当功率部分温度高于50℃时，输出低电平，风扇启动，9脚为温度检测，温度传感器在不同温度时产生不周的电阻值，转换成电压后通过第9脚输入给芯片，10脚为均浮充控制信号，均充时，输出低电平，控制电压反馈，详见驱动电路说明，11脚为充电开关，当输入电压过高或输出异常时，控制主电路及保护电路动作，低电平有效，12脚为输入/输出过压指示，发生此故障时，输出低电平，LED2亮，12脚为市电电压检测，当市电电压低于165V时，关闭充电电路，14脚为软启动控制，开机8秒后输出低电平，控制开关机继电器吸合，15、16脚为充电电压采样，分别采样继电器前与电池端，用于控制保护电路，所述保护电路模块的OUT+为充电输出正极信号，当电池反接时，U5的1、2脚产生电流，U5导通，U6的3脚变低，U6输出翻转变为低电平，LED1熄灭，Q1关断，继电器断开，此回路中，C16用于开机启动时的缓冲，即当开机VREF建立后，V+通过电阻R19对C16充电，充至高于VREF电位时，电路动作，继电器吸合U10-11为芯片控制信号，当发生输出过压等异常时，输出低电平，经D3控制LED1及继电器关断，同时，U15导通，控制关闭3843驱动。
2.如权利要求1所述的一种智能型三段式充电电路，其特征在于：该充电电路包括有三种充电模式，分别为恒流充电模式、均浮充转换充电模式和恒压充电模式。
3.如权利要求1所述的一种智能型三段式充电电路，其特征在于：该充电电路与其他充电电路可进行并联连接。
4.如权利要求1所述的一种智能型三段式充电电路，其特征在于：所述逻辑控制模块采用MCU芯片。
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