CN109088464A - 具有保护功能的充电电路及具有该电路的充电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电技术领域，涉及一种具有保护功能的充电电路及充电器，其包括：第二比较电路、第一控制电路、第二控制电路和主充电电路；主充电电路包括第一电源、第一开关器件、第二开关器件、取样电阻和蓄电池，第二控制电路和第二比较电路共同控制第二开关器件通断；第一电源能够向蓄电池充电；第二比较电路分别与主充电电路和第二开关器件电连接，当相应电流超过限值时，第二比较电路控制第二开关器件断路；第一控制电路根据流经取样电阻的电流来控制第一开关器件的通断。与现有技术比较本发明的有益效果在于：该充电电路具有防反接功能和防过流功能，其功能多样且集成度高。所述的充电器功能丰富，且安全性和稳定性有较大的提高。

Description

具有保护功能的充电电路及具有该电路的充电器

技术领域

本发明涉及充电装置技术领域，具体涉及一种具有保护功能的充电电路，还涉及一种具有该充电电路的充电器。

背景技术

目前，可移动终端的研发和创新越来越受到各国及各大企业的重视，可移动终端的研发和创新也是科技发展的前瞻，使用者也不断提高对未来可移动终端产品的期待，尤其在性能和功能两个方面，可移动终端也在向着高性能、多功能的发展方向不断前进。在可移动终端的发展过程中，也并不是一帆风顺，与可移动终端相关的众多子领域中，电池及充电技术正逐步成为阻碍可移动终端发展的瓶颈。在耗电量越来越高且电池能量密度不能获得突飞猛进的前提下，可移动终端对于使用者来说变得也开始不友好了，而近期的共享电源、共享充电装置的普及能够从侧面说明问题。针对这一问题，有部分厂商选择在充电器领域寻求突破，例如开始研究快速充电技术以及设计便捷化的充电器，但目前，仍然存在有相关的弊端，主要弊端在于：在满足充电器的制造标准的前提下，充电器的性能与其体积呈反比，即现有技术中的充电器始终没有解决易于携带等问题。出现这种问题的主要原因在于，充电器设计多为模块化设计，模块结构和模块功能相互独立化，设计理念多是以集成度换取稳定性，这样的充电器体积稍大，不易于携带。所以，市场上一直需要一种功能齐备且集成度高的充电器，需要该充电器能够轻松实现例如防反接、防过流等功能。

另外，各国正在相继出台禁售燃油动力车辆的政策，转而发展清洁能源车辆，而清洁能源车辆无疑是未来发展的主流，使用者也不断提高对未来清洁能源车辆的期待，尤其在性能和功能两个方面，清洁能源车辆也在向着高性能、多功能的发展方向不断前进。但是就目前而言，清洁能源车辆的技术还是有待进一步突破的，有很多亟待解决的问题，其中重点问题就在于电池和充电装置问题，电池的能量密度远不及燃油的能量密度，充电装置的便携性较差，充电时间长，充电效率低等问题都一直困扰着使用者和各大新能源车辆生产厂商。

也可以说，电池及充电技术成为了阻碍清洁能源车辆发展的瓶颈。在耗电量越来越高且电池能量密度不能获得突飞猛进的前提下，清洁能源车辆对于使用者来说变得也开始不友好了。针对这一问题，有部分厂商在充电器领域寻求突破，例如开始研究快速充电技术以及设计便捷化的充电器，但目前，仍然存在有相关的弊端，主要弊端在于：在满足充电器的制造标准的前提下，充电器的性能与其体积呈反比，即现有技术中的充电器始终没有解决易于携带等问题。出现这种问题的主要原因在于，充电器设计多为模块化设计，模块结构和模块功能相互独立化，设计理念多是以集成度换取稳定性，这样的充电器体积稍大，即便通过车辆携带，也不易于携带。所以，市场上一直需要一种功能齐备且集成度高的充电器，需要该充电器能够轻松实现例如防反接、防过流等功能。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，本发明提供一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，其包括：第二比较电路、第一控制电路、第二控制电路和主充电电路；所述主充电电路包括第一电源、第一开关器件、第二开关器件、取样电阻和蓄电池，所述第二控制电路和所述第二比较电路共同控制所述第二开关器件通断；

当所述主充电电路正常充电状态时，所述第一电源、所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述取样电阻和所述蓄电池形成回路，所述第一电源向所述蓄电池充电；

所述第二比较电路分别与所述主充电电路和所述第二开关器件电连接，当所述主充电电路的监控电流超过限值，所述第二比较电路控制所述第二开关器件断路；

所述第一控制电路控制所述第一开关器件的通断，所述第一控制电路中包括微控制单元，所述微控制单元监控流经所述取样电阻的电流，当流经所述取样电阻的电流超过限值，所述所述第一控制电路控制第一开关器件断路。

较佳地，所述第一开关器件为第一场效应管，所述第二开关器件为第二场效应管，所述第一场效应管和所述第二场效应管均为N沟道增强型场效应管；

所述主充电电路上沿充电时电流流向依次设有多个结点，第一结点分别与所述第一场效应管的漏极、主充电电路第一电阻一端和所述第一电源的正极连接；第二结点分别与所述第一场效应管的源极和第三结点连接，所述第三结点还与第五结点以及所述主充电电路第一电阻的另一端连接；第五结点还与所述蓄电池的正极连接；第六结点分别与所述蓄电池的负极和所述第二场效应管的漏极连接；第九结点与第一控制电路连接；第十二结点接地，且分别所述第一电源的负极与所述取样电阻的另一端连接。

较佳地，所述第一控制电路包括第三电源、开关组件、微控制单元、所述第一场效应管和第一控制电路第一电阻，所述微控制单元上的第一输入端与所述第九结点连接，所述微控制单元对主充电电路的电流进行取样，所述微控制单元与所述开关组件连接，所述微控制单元控制所述开关组件的通断；

所述第三电源的正极通过所述开关组件分别与所述第一场效应管的栅极以及所述第一控制电路第一电阻一端连接，所述第一控制电路第一电阻的另一端与所述第二结点连接，所述第三电源的负极与所述第五结点连接；

所述微控制单元的第二输入端空接，或者与所述第二场效应管的栅极连接以监测电压变化。

较佳地，所述第二控制电路包括第二电源和第二控制电路第一结点，所述第二控制电路第一结点与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二控制电路第一结点还直接或者通过第二控制电路第一电阻与第二电源第一正极连接，所述第二电源的负极接地。

较佳地，所述第二比较电路包括第二比较电路第一结点、第二比较电路第一稳压二极管和第二电压比较器，第二电压比较器第一输入端与第二电源第二正极连接，第二电压比较器第二输入端直接或通过第二比较电路第一电阻与第十一结点连接，所述第二比较电路第一结点分别与所述第二比较电路第一稳压二极管的负极、第二电压比较器输出端和所述第二控制电路第一结点连接，所述第二比较电路第一稳压二极管的正极接地。

较佳地，其还包括第一比较电路和稳压电路，所述第一比较电路分别与所述主充电电路和所述第二开关器件电连接，所述稳压电路分别与所述第二控制电路和所述主充电电路连接；当所述主充电电路、所述第一控制电路和所述第二控制电路的电源处于未上电状态且所述蓄电池反接时，所述第一比较电路和所述稳压电路共同作用以控制第二开关器件断路。

较佳地，所述第一开关器件为第一场效应管，所述第二开关器件为第二场效应管，所述第一场效应管和所述第二场效应管均为N沟道增强型场效应管；

所述主充电电路上沿充电时电流流向依次设有多个结点，第一结点分别与所述第一场效应管的漏极、主充电电路第一电阻一端和所述第一电源的正极连接；第二结点分别与所述第一场效应管的源极和第三结点连接，所述第三结点还与第四结点以及所述主充电电路第一电阻的另一端连接；第五结点分别与所述蓄电池的正极和所述第四结点连接；第六结点分别与所述蓄电池的负极和所述第二场效应管的漏极连接；从所述第二场效应管的源极到所述取样电阻之间的等电位电路上设置依次连接的第七结点、第八结点、第九结点、第十结点和第十一结点，所述第九结点与第一控制电路连接；所述第十二结点接地，且分别所述第一电源的负极与所述取样电阻的另一端连接。

较佳地，所述第一比较电路包括第一电压比较器、第一比较电路第一电阻、第一比较电路第二电阻、第一比较电路第三电阻、第一比较电路第一稳压二极管、第一比较电路第二稳压二极管、第一比较电路第一结点、第一比较电路第二结点和第一比较电路第三结点；所述第一比较电路第一结点分别与所述第一比较电路第一电阻、所述第一比较电路第一稳压二极管的负极和第一电压比较器第一输入端连接，所述第一比较电路第一电阻还与所述第四结点连接，所述第一比较电路第一稳压二极管的正极与所述第十结点连接；所述第一比较电路第二结点分别与所述第一比较电路第二稳压二极管的负极、所述第一比较电路第三电阻和所述第一比较电路第三结点连接；所述第一比较电路第二稳压二极管的正极与所述第八结点连接；所述第一比较电路第三电阻还与所述第七结点连接；所述第一比较电路第三结点分别与所述第一比较电路第二结点、第一电压比较器第二输入端和所述第一比较电路第二电阻连接；所述第一比较电路第二电阻还与所述第六结点连接；第一电压比较器输出端与第二控制电路第一结点连接。

较佳地，所述稳压电路包括三极管、五个二极管、稳压电路第一结点、稳压电路第一电阻稳压电路第二电阻、稳压电路稳压二极管；

稳压电路第一二极管和稳压电路第三二极管的正极均接地，所述稳压电路第一二极管的负极与稳压电路第二二极管的正极均与所述蓄电池的正极连接，所述稳压电路第三二极管的负极与稳压电路第四二极管的正极均与所述蓄电池的负极连接，所述稳压电路第二二极管和所述稳压电路第四二极管的负极均与所述稳压电路第一电阻一端连接；

所述稳压电路第一结点分别与所述稳压电路第一电阻另一端、所述三极管的集电极、所述稳压电路第二电阻一端连接，所述稳压电路第二电阻另一端分别与所述三极管的基极和所述稳压电路稳压二极管的负极连接，所述稳压电路稳压二极管的正极接地；所述稳压电路第五二极管的正极和负极分别与所述三极管的发射极和第二电源第一正极连接。

本发明还提供一种充电器，其特征在于，其包括上述的一种具有保护功能的充电电路。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种具有保护功能的充电电路，其具有防反接功能和防过流功能，其功能多样且集成度高。本发明还提供的一种包括该充电电路的充电器，该充电器功能丰富，且安全性和稳定性有较大程度的提高。

附图说明

图1所示为本发明实施例1中的具有保护功能的充电电路的电路结构示意图；

图2所示为本发明实施例1中的主充电电路的结点位置示意图；

图3所示为本发明实施例7中第一电源的电路结构示意图；

图4所示为本发明实施例8中第二电源的电路结构示意图；

图5所示为本发明实施例9中第三电源的电路结构示意图；

图6所示为本发明实施例11中第二比较电路的结构示意图；

图7所示为本发明实施例12中稳压电路的结构示意图。

附图标记：

取样电阻1、蓄电池2、微控制单元3、光控开关组件5、第一电压比较器6、第二电压比较器7、第一场效应管8、三极管9、第二场效应管11、第二比较电路第一稳压二极管21、第一比较电路第一稳压二极管31、第一比较电路第二稳压二极管32、第一比较电路第一电阻34、第一比较电路第二电阻36、第一比较电路第三电阻37、第二控制电路第一电阻38、第一比较电路第一结点41、第一比较电路第二结点42、第一比较电路第三结点43、执行开关51、控制端52、第一电压比较器第一输入端61、第一电压比较器第二输入端62、第二电压比较器第一输入端71、第二电压比较器第二输入端72、主充电电路第一电阻75、第二比较电路第一电阻81、第二比较电路第二电阻82、第二比较电路第三电阻83、第一控制电路第一电阻84、第一控制电路第二电阻88、稳压电路第一二极管91、稳压电路第二二极管92、稳压电路第三二极管93、稳压电路第四二极管94、稳压电路第一结点95、稳压电路第一电阻96、稳压电路第二电阻97、稳压电路稳压二极管98、稳压电路第五二极管99、第一电源101、第一变压器绕组102、第一电源输入端103、第一电源输出端104、第一极性电容116、第一二极管121、第二二极管122、第一电阻144、第二电源201、第二电源第二正极202、第二电源第一正极203、第二电源输出端204、第二变压器绕组205、第二电源输入端206、第二电源第一电阻243、第三二极管245、第二控制电路第一结点211、第二比较电路第一结点221、第三电源301、第三电源负极302、第三变压器绕组305、第三电源输入端306、第三电源输出端307、第三电源第一稳压二极管308、第二极性电容309、第四二极管310、第三电源第一电阻346、第一结点501、第二结点502、第三结点503、第四结点504、第五结点505、第六结点506、第七结点507、第八结点508、第九结点509、第十结点510和第十一结点511和第十二结点512。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

实施例1

如图1所示，为本发明实施例1中的具有保护功能的充电电路的电路结构示意图。如图2所示，为本发明实施例1中的主充电电路的结点位置示意图。

本发明实施例1中提供了一种具有保护功能的充电电路，其包括：第一比较电路、第二比较电路、第一控制电路、第二控制电路和主充电电路。

主充电电路包括第一电源101、第一开关器件、第二开关器件、取样电阻1、蓄电池2，第二控制电路、第一比较电路和第二比较电路共同控制第二开关器件通断。

当主充电电路正常充电状态时，第一电源101、第一开关器件、第二开关器件、取样电阻1和蓄电池2形成回路，第一电源101向蓄电池2充电。

第一比较电路分别与主充电电路和第二开关器件电连接。

第二比较电路分别与主充电电路和第二开关器件电连接，当主充电电路的监控电流超过限值，第二比较电路控制第二开关器件断路。

第一控制电路控制第一开关器件的通断，第一控制电路中包括微控制单元3(MCU)，微控制单元3监控流经取样电阻1的电流，当流经取样电阻1的电流超过限值，第一控制电路控制第一开关器件断路。

优选地，第一开关器件为第一场效应管8，第二开关器件为第二场效应管11，进一步，第一场效应管8和第二场效应管11均为N沟道增强型场效应管。

优选地，第一比较电路、第一控制电路和第二控制电路与主充电电路共用部分电路和器件。

主充电电路上沿充电时电流流向依次设有十二个结点，第一结点501分别与第一场效应管8的漏极、主充电电路第一电阻75一端和第一电源101的输出端的正极连接；第二结点502分别与第一场效应管8的源极和第三结点503连接，第三结点503还与第四结点504以及主充电电路第一电阻75的另一端连接。第五结点505分别与蓄电池2正极和第四结点504连接。第六结点506分别与蓄电池2负极和第二场效应管11的漏极连接。从第二场效应管11的源极到取样电阻1之间的等电位电路上设置依次连接的第七结点507、第八结点508、第九结点509、第十结点510和第十一结点511。第十二结点512接地，且分别第一电源负极与取样电阻1另一端连接。

第一控制电路包括第三电源301、开关组件、微控制单元3(MCU)、第一场效应管8和第一控制电路第一电阻84。微控制单元3(MCU)上的第一输入端与第九结点509连接。微控制单元3(MCU)对主充电电路的电流进行取样。微控制单元3(MCU)与开关组件连接。微控制单元3(MCU)控制开关组件的通断。

第三电源301的正极通过开关组件分别与第一场效应管8的栅极以及第一控制电路第一电阻84一端连接，第一控制电路第一电阻84的另一端与第二结点502连接。第三电源负极302与第五结点505连接。

优选地，开关组件为光控开关组件5，光控开关组件5包括执行开关51和控制端52，执行开关51受控制端52的光信号控制，当控制端52有光线发出时，执行开关51导通，执行开关51的一端与第三电源301的正极连接，其另一端分别与第一控制电路第一电阻84和第一场效应管8的栅极连接。

控制端52优选为发光二极管，发光二极管的正极通过第一控制电路第二电阻88与微控制单元3(MCU)连接，或者发光二极管的正极直接与微控制单元3(MCU)连接。发光二极管的负极接地。

执行开关51除具有导通电路的作用外，其还能够具有叠加电压的效果，从而使得，第一场效应管8更容易导通。微控制单元3(MCU)通过控制发光二极管的发光间接控制执行开关51的通断，执行开关51进一步控制第一场效应管8处于导通或截止状态。

第二控制电路包括第二电源201和第二控制电路第一结点211，第二控制电路第一结点211与第二场效应管11的栅极连接，第二控制电路第一结点211还直接或者通过第二控制电路第一电阻38与第二电源第一正极203连接。第二电源201的负极接地。

第一比较电路包括第一电压比较器6、第一比较电路第一电阻34、第一比较电路第二电阻36、第一比较电路第三电阻37、第一比较电路第一稳压二极管31、第一比较电路第二稳压二极管32、第一比较电路第一结点41、第一比较电路第二结点42和第一比较电路第三结点43。第一比较电路第一结点41分别与第一比较电路第一电阻34、第一比较电路第一稳压二极管31的负极和第一电压比较器第一输入端61连接，第一比较电路第一电阻34还与第四结点504连接，第一比较电路第一稳压二极管31的正极与第十结点510连接。第一比较电路第二结点42分别与第一比较电路第二稳压二极管32的负极、第一比较电路第三电阻37和第一比较电路第三结点43连接。第一比较电路第二稳压二极管32的正极与第八结点508连接。第一比较电路第三电阻37还与第七结点507连接。第一比较电路第三结点43分别与第一比较电路第二结点42、第一电压比较器第二输入端62和第一比较电路第二电阻36连接。第一比较电路第二电阻36还与第六结点506连接。第一电压比较器输出端与第二控制电路第一结点211连接。

第二比较电路包括第二比较电路第一结点221、第二比较电路第一稳压二极管21和第二电压比较器7。第二电压比较器第一输入端71与第二电源第二正极202连接，第二电压比较器第二输入端72直接或通过第二比较电路第一电阻81与第十一结点511连接。第二比较电路第一结点221分别与第二比较电路第一稳压二极管21的负极、第二电压比较器输出端和第二控制电路第一结点211连接。第二比较电路第一稳压二极管21的正极接地。

优选地，第一电源101的额定输出电压为36VDC-84VDC，额定输出电流为2A-12A。

第二电源第二正极202与第二电源201的负极之间的额定输出电压为5VDC。第二电源第一正极203与第二电源201的负极之间的额定输出电压为12VDC-24VDC。第三电源301额定输出电压为12VDC。蓄电池2额定电压36VDC-72VDC。

优选地，主充电电路第一电阻75的阻值为150千欧至510千欧。第一控制电路第一电阻84的阻值为22千欧。取样电阻1的阻值为25毫欧至0.1欧。第一控制电路第二电阻88的阻值为300欧至1千欧。第一比较电路第一电阻34的阻值为100千欧。第一比较电路第二电阻36的阻值为20千欧至51千欧。第一比较电路第三电阻37的阻值为10千欧。第二控制电路第一电阻38的阻值为10千欧。第二比较电路第一电阻81的阻值为20千欧。

优选地，第二比较电路第一稳压二极管21的稳压值为13V、第一比较电路第一稳压二极管31的稳压值5.6V、第一比较电路第二稳压二极管32的稳压值12V。

本发明实施例1中的具有保护功能的充电电路的原理为：

第一电源101通过主充电电路向蓄电池2进行充电，第一控制电路根据测量到的主充电电路的电流来控制第一场效应管8的导通或截止。第二控制电路、第一比较电路和第二比较电路共同来控制第二场效应管11的导通或截止。

首先，微控制单元3(MCU)通过向控制端52输出脉冲信号，执行开关51开始动作，第一场效应管8执行导通和截止指令，这种脉冲导通的有益效果在于：

1、使主电电路对外输出电压的输出端的平均电压不大于42VDC，从而符合充电器制造的国家标准；

2、脉冲式导通，利于微控制单元3(MCU)对主充电电路的电流检测，也就利于判断蓄电池2是否接入电路，即通过第一场效应管8导通时的电流可以判断蓄电池2是否接入电路中。

3、与现有技术中的通过继电器判断是否接入电池的方法相比，这种脉冲工作方式可以给无电的蓄电池充电，解决了继电器无法判断是否接上了没有电压的蓄电池的问题(放空电量的电池)，因为，继电器的判断逻辑是以蓄电池的电压为基础的。

当微控制单元3(MCU)通过电流判断蓄电池2接入电路中后，微控制单元3(MCU)通过变化后控制信号控制第一场效应管8持续导通，这样蓄电池2能够进行持续的充电。

本发明实施例1中的具有保护功能的充电电路能够实现过流保护和短路保护。在正常工作状态下，电路处于以下状态。

1、微控制单元3(MCU)控制第一场效应管8导通。

2、由于此时，第一电压比较器第一输入端61的电压高于第一电压比较器第二输入端62的电压，因此第一电压比较器6的输出端输出高电平。同时，由于第二电压比较器第一输入端71的电压高于第二电压比较器第二输入端672的电压，因此第二电压比较器7的输出端输出高电平。

3、第一比较电路、第二比较电路、第二控制电路共同对第二场效应管11产生作用。第二场效应管11的栅极接入高电平，使得第二场效应管11处于导通状态。

4、第一电源101通过主充电电路向蓄电池2充电。

实现过流保护和短路保护功能：

当微控制单元3(MCU)上的第一输入端通过第九结点509监测到主充电电路的电流(流经取样电阻1的电流)过大时，微控制单元3(MCU)控制开关组件，使得第一场效应管8截止，从而对主充电电路进行过流保护和短路保护功能。避免因为电流过大导致电路器件击穿或损坏。

实现防止蓄电池2反接的功能：

当蓄电池2反接后，主充电电路的电流会过大，第十一结点511处的电压变大，从而使得第二电压比较器第一输入端71的电压增高，当第二电压比较器第一输入端71的电压大于第二电压比较器第二输入端72的电压时，第二电压比较器输出端输出低电平(由原来的高电平转换为低电平)，进而使得第二场效应管11的栅极与源极间的电压差降低，第二场效应管11随即进入截至状态。第二场效应管11截至实现反接保护，第一电源101不向蓄电池2充电，保护主充电电路上的器件。

优选地，微控制单元3的第二输入端接入第二比较电路第一结点221和第二控制电路第一结点211之间的电路。微控制单元3监控第二场效应管11的栅极的电压变化，当微控制单元3监控到第二电压比较器7的输出端电压发生变化时，微控制单元3能够进行动作，微控制单元3通过开关组件对第一场效应管8进行控制，使得在蓄电池2反接时，不仅第二场效应管11截止，第一场效应管8也处于截止状态。这样第一控制电路还能够对主充电电路进行二次保护。

本发明实施例1还提供一种包括上述具有保护功能的充电电路的充电器，充电电路的各个元件可以集成在电路板上。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于，第一电压比较器6和第二电压比较器7优选为运算放大器。第一电压比较器第一输入端61和第一电压比较器第二输入端62分别为运算放大器的同相输入端和反相输入端。第二电压比较器第一输入端71和第二电压比较器第二输入端72分别为运算放大器的同相输入端和反相输入端。

实施例3

本实施例与实施例1-2的不同之处在于，实施例1-2中的第一比较电路可以省略，即第一电压比较器6、第一比较电路第一电阻34、第一比较电路第二电阻36、第一比较电路第三电阻37、第一比较电路第一稳压二极管31、第一比较电路第二稳压二极管32、第一比较电路第一结点41、第一比较电路第二结点42和第一比较电路第三结点43可以省略。第一比较电路与主充电电路的连接点处的原结点失去将电路进行分支的功能，这些结点仅保留主充电电路导通即可，例如第四结点504删除，第三结点503与第五结点505连接，第七结点507、第八结点508、第十结点510与第四结点504类似。

本实施例中提供了一种具有保护功能的充电电路，其包括：第二比较电路、第一控制电路、第二控制电路和主充电电路。

主充电电路包括第一电源101、第一开关器件、第二开关器件、取样电阻1、蓄电池2，第二控制电路和第二比较电路共同控制第二开关器件通断。

当主充电电路正常充电状态时，第一电源101、第一开关器件、第二开关器件、取样电阻1和蓄电池2形成回路，第一电源101向蓄电池2充电。

第二比较电路分别与主充电电路和第二开关器件电连接，当主充电电路的监控电流超过限值，第二比较电路控制第二开关器件断路。

第一控制电路控制第一开关器件的通断，第一控制电路中包括微控制单元3(MCU)，微控制单元3监控流经取样电阻1的电流，当流经取样电阻1的电流超过限值，第一控制电路控制第一开关器件断路。

本发明实施例3中的具有保护功能的充电电路的原理为：

第一电源101通过主充电电路向蓄电池2进行充电，第一控制电路根据测量到的主充电电路的电流来控制第一场效应管8的导通或截止。第二控制电路和第二比较电路共同来控制第二场效应管11的导通或截止。

首先，微控制单元3(MCU)通过向控制端52输出脉冲信号，执行开关51开始动作，第一场效应管8执行导通和截止指令，这种脉冲导通的有益效果在于：

1、使主电电路对外输出电压的输出端的平均电压不大于42VDC，从而符合充电器制造的国家标准；

2、脉冲式导通，利于微控制单元3(MCU)对主充电电路的电流检测，也就利于判断蓄电池2是否接入电路，即通过第一场效应管8导通时的电流可以判断蓄电池2是否接入电路中。

3、与现有技术中的通过继电器判断是否接入电池的方法相比，这种脉冲工作方式可以给无电的蓄电池充电，解决了继电器无法判断是否接上了没有电压的蓄电池的问题(放空电量的电池)，因为，继电器的判断逻辑是以蓄电池的电压为基础的。

当微控制单元3(MCU)通过电流判断蓄电池2接入电路中后，微控制单元3(MCU)通过变化后控制信号控制第一场效应管8持续导通，这样蓄电池2能够进行持续的充电。

本发明实施例3中的具有保护功能的充电电路能够实现过流保护和短路保护。在正常工作状态下，电路处于以下状态：

1、微控制单元3(MCU)控制第一场效应管8导通。

2、此时，由于第二电压比较器第一输入端71的电压高于第二电压比较器第二输入端672的电压，因此第二电压比较器7的输出端输出高电平。

3、第二比较电路、第二控制电路共同对第二场效应管11产生作用。第二场效应管11的栅极接入高电平，使得第二场效应管11处于导通状态。

4、第一电源101通过主充电电路向蓄电池2充电。

实现过流保护和短路保护功能：

当微控制单元3(MCU)上的第一输入端通过第九结点509监测到主充电电路的电流(流经取样电阻1的电流)过大时，微控制单元3(MCU)控制开关组件，使得第一场效应管8截止，从而对主充电电路进行过流保护和短路保护功能。避免因为电流过大导致电路器件击穿或损坏。

实现防止蓄电池2反接的功能：

当蓄电池2反接后，主充电电路的电流会过大，第十一结点511处的电压变大，从而使得第二电压比较器第一输入端71的电压增高，当第二电压比较器第一输入端71的电压大于第二电压比较器第二输入端72的电压时，第二电压比较器输出端输出低电平(由原来的高电平转换为低电平)，进而使得第二场效应管11的栅极与源极间的电压差降低，第二场效应管11随即进入截至状态。第二场效应管11截至实现反接保护，第一电源101不向蓄电池2充电，保护主充电电路上的器件。

本发明实施例3还提供一种包括上述具有保护功能的充电电路的充电器，充电电路的各个元件可以集成在电路板上。

实施例4

本实施例与实施例1-3的不同之处在于，微控制单元3的二次保护功能可以去除，即微控制单元3的第二输入端删除，微控制单元3不再接入第二比较电路第一结点221和第二控制电路第一结点211之间的电路。整个电路除二次保护功能失去外，其他功能不变。

实施例5

本实施例与实施例1-4的不同之处在于，主充电电路中还包括第三场效应管，第三场效应管的栅极与第一场效应管8的栅极等电位，第三场效应管的源极与第一场效应管8的源极等电位，第三场效应管的源极和第三场效应管的漏极分别与第二结点502和第三结点503连接。

优选地，第三场效应管为N沟道增强型场效应管。

第一场效应管8和第三场效应管共同组成防倒灌电路，其作用为防倒灌，第一场效应管8、第三场效应管均通过微控制单元3(MCU)和开关组件控制。

优选地，第一场效应管8、第三场效应管受微控制单元3(MCU)的控制信号同步控制。

实施例6

本实施例与实施例1-5的不同之处在于，

第一场效应管8的源极和漏极之间、第三场效应管的源极和漏极之间和第二场效应管11的源极和漏极之间各自设有稳压二极管，稳压二极管的正极接场效应管的源极，稳压二极管的负极接场效应管的漏极。

实施例7

本实施例与实施例1-6任一实施例不同之处在于：

如图3所示，为本发明实施例7中第一电源的电路结构示意图。第一电源101包括第一变压器绕组102，第一变压器绕组102的第一电源输入端103处输入交流电，第一电源输出端104输出直流电，第一变压器绕组102的次级线圈一端分别与第一二极管121的正极和第二二极管122正极连接，第一变压器绕组102的次级线圈另一端与第一极性电容116的负极连接，第一二极管121的负极和第二二极管122负极均与第一极性电容116的正极电连接，第一电源第一电阻144的两端分别接在第一极性电容116的两极上。第一电源输出端104接在第一极性电容116的两极上。

第一电源101可以使交流电变为直流电，可以使充电器接入市电的交流电网中，增大了充电器的使用范围。

实施例8

本实施例与实施例1-7任一实施例不同之处在于：

如图4所示，为本发明实施例8中第二电源的电路结构示意图。第二电源201包括第二变压器绕组205，第二变压器绕组205上的第二电源输入端206处输入交流电，第二变压器绕组205次级线圈的一端与第三二极管245的正极连接，第三二极管245的负极与第二电源第一电阻243一端连接。第二电源第一电阻243另一端与第二变压器绕组205次级线圈的另一端共同组成第二电源输出端204。

实施例9

本实施例与实施例1-8任一实施例不同之处在于：

如图5所示，为本发明实施例9中第三电源的电路结构示意图。第三电源301包括第三变压器绕组305，第三变压器绕组305上的第三电源输入端306、处输入交流电，第三变压器绕组305的次级线圈一端与第四二极管310正极连接，第三变压器绕组305的次级线圈另一端与第二极性电容309的负极连接，第四二极管310负极与第二极性电容309的正极间连接有第三电源第一电阻346，第三电源第一稳压二极管308的正极与第二极性电容309的负极连接，第三电源第一稳压二极管308的负极与第二极性电容309的正极连接。

第三电源输出端307接在第二极性电容309的两极上。

第三电源301可以使交流电变为直流电，可以使充电器接入市电的交流电网中，增大了充电器的使用范围。

实施例10

本实施例与实施例1-9任一实施例不同之处在于：

第一电源101、第二电源201和第三电源301可以是现有技术中的其他直流电源，或者带交直流转换装置的电源，均无不可。

实施例11

本实施例与实施例1-10任一实施例不同之处在于：

如图6所示，为本发明实施例11中第二比较电路的结构示意图。第二比较电路还包括第二比较电路第一电阻81、第二比较电路第二电阻82和第二比较电路第三电阻83。

第二比较电路中的第二电压比较器7为运算放大器，运算放大器的输出端与第二比较电路第一结点221连接。运算放大器的反相输入端直接或通过第二比较电路第一电阻81与第十一结点511连接。

第二比较电路第二电阻82的两端分别与运算放大器的同相输入端和第二电源第二正极202连接。第二比较电路第三电阻83一端与运算放大器的同相输入端连接，另一端接地。

优选地，第二比较电路第二电阻82的阻值为470千欧。第二比较电路第三电阻83的阻值为10千欧至51千欧。

实施例12

本实施例与实施例1实施例不同之处在于：

如图7所示，为本发明实施例12中稳压电路的结构示意图。该充电电路其还包括稳压电路，稳压电路包括三极管9、稳压电路第一二极管91、稳压电路第二二极管92、稳压电路第三二极管93、稳压电路第四二极管94、稳压电路第一结点95、稳压电路第一电阻96、稳压电路第二电阻97、稳压电路稳压二极管98和稳压电路第五二极管99。

稳压电路第一二极管91和稳压电路第三二极管93的正极均接地。稳压电路第一二极管91的负极与稳压电路第二二极管92的正极均与蓄电池2的正极连接。稳压电路第三二极管93的负极与稳压电路第四二极管94的正极与蓄电池2的负极连接。稳压电路第二二极管92和稳压电路第四二极管94的负极均与稳压电路第一电阻96一端连接。

稳压电路第一结点95分别与稳压电路第一电阻96另一端、三极管9的集电极、稳压电路第二电阻97一端连接。稳压电路第二电阻97另一端分别与三极管9的基极和稳压电路稳压二极管98的负极连接。稳压电路稳压二极管98的正极接地。稳压电路第五二极管99的正极和负极分别与三极管9的发射极和第二电源第一正极203连接。

优选地，稳压电路第一电阻96的阻值为100欧、稳压电路第二电阻97的阻值为47千欧。稳压电路稳压二极管98的稳压值为15V。

稳压电路与第一比较电路配合使用能够达到防止蓄电池2反接的功能，实施例1中，实现的是在第一电源101、第二电源201和第三电源301在能够对外输出的工作状态下(第一电源101、第二电源201和第三电源301正常上电后)，防止蓄电池2反接的功能。

而本实施例则可以使得在第一电源101、第二电源201和第三电源301未正常上电情况下，仍能为蓄电池提供防反接保护。

在第一电源101、第二电源201和第三电源301未正常上电情况下，不论蓄电池2正接或者反接，稳压电路以蓄电池2作为输入，从而能够向外供电，保持第二电源第一正极203有电压输出。

第二电源第一正极203有电压输出可以使以运算放大器形式存在的第一电压比较器6和第二电压比较器7能够正常工作。同时第二控制电路也能够工作。基于此，为第二场效应管11的导通提供了条件。

当蓄电池2反接时，使得第一电压比较器第一输入端61的电压低于第一电压比较器第二输入端62，因此第一电压比较器输出端输出低电平。第一电压比较器6的输出端拉低了第二场效应管11栅极和源极之间的电压，这时第二场效应管11进入截至状态，当第二场效应管11进入截至状态时，就实现了防止蓄电池2反接的功能。

另外，当第一电压比较器6的输出端输出低电平时，微控制单元3会及时监控到电压的变化，并做出相应的动作。微控制单元3会通过开关组件使第一场效应管8进入截至状态，这样就起到了二次保护的功能。

本发明实施例1-实施例12中的涉及的充电器优选匹配电动自行车。

以上仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本发明中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，其包括：第二比较电路、第一控制电路、第二控制电路和主充电电路；所述主充电电路包括第一电源、第一开关器件、第二开关器件、取样电阻和蓄电池，所述第二控制电路和所述第二比较电路共同控制所述第二开关器件通断；

当所述主充电电路正常充电状态时，所述第一电源、所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述取样电阻和所述蓄电池形成回路，所述第一电源向所述蓄电池充电；

所述第二比较电路分别与所述主充电电路和所述第二开关器件电连接，当所述主充电电路的监控电流超过限值，所述第二比较电路控制所述第二开关器件断路；

所述第一控制电路控制所述第一开关器件的通断，所述第一控制电路中包括微控制单元，所述微控制单元监控流经所述取样电阻的电流，当流经所述取样电阻的电流超过限值，所述所述第一控制电路控制第一开关器件断路。

2.如权利要求1所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，所述第一开关器件为第一场效应管，所述第二开关器件为第二场效应管，所述第一场效应管和所述第二场效应管均为N沟道增强型场效应管；

所述主充电电路上沿充电时电流流向依次设有多个结点，第一结点分别与所述第一场效应管的漏极、主充电电路第一电阻一端和所述第一电源的正极连接；第二结点分别与所述第一场效应管的源极和第三结点连接，所述第三结点还与第五结点以及所述主充电电路第一电阻的另一端连接；所述第五结点还与所述蓄电池的正极连接；第六结点分别与所述蓄电池的负极和所述第二场效应管的漏极连接；第九结点与所述第一控制电路连接；第十二结点接地，且分别所述第一电源的负极与所述取样电阻的另一端连接。

3.如权利要求2所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，所述第一控制电路包括第三电源、开关组件、微控制单元、所述第一场效应管和第一控制电路第一电阻，所述微控制单元上的第一输入端与所述第九结点连接，所述微控制单元对主充电电路的电流进行取样，所述微控制单元与所述开关组件连接，所述微控制单元控制所述开关组件的通断；

所述第三电源的正极通过所述开关组件分别与所述第一场效应管的栅极以及所述第一控制电路第一电阻一端连接，所述第一控制电路第一电阻的另一端与所述第二结点连接，所述第三电源的负极与所述第五结点连接；

所述微控制单元的第二输入端空接，或者与所述第二场效应管的栅极连接以监测电压变化。

4.如权利要求2所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，所述第二控制电路包括第二电源和第二控制电路第一结点，所述第二控制电路第一结点与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二控制电路第一结点还直接或者通过第二控制电路第一电阻与第二电源第一正极连接，所述第二电源的负极接地。

5.如权利要求4所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，所述第二比较电路包括第二比较电路第一结点、第二比较电路第一稳压二极管和第二电压比较器，第二电压比较器第一输入端与第二电源第二正极连接，第二电压比较器第二输入端直接或通过第二比较电路第一电阻与第十一结点连接，所述第二比较电路第一结点分别与所述第二比较电路第一稳压二极管的负极、第二电压比较器输出端和所述第二控制电路第一结点连接，所述第二比较电路第一稳压二极管的正极接地。

6.如权利要求1所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，其还包括第一比较电路和稳压电路，所述第一比较电路分别与所述主充电电路和所述第二开关器件电连接，所述稳压电路分别与所述第二控制电路和所述主充电电路连接；当所述主充电电路、所述第一控制电路和所述第二控制电路的电源处于未上电状态且所述蓄电池反接时，所述第一比较电路和所述稳压电路共同作用以控制第二开关器件断路。

7.如权利要求6所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，所述第一开关器件为第一场效应管，所述第二开关器件为第二场效应管，所述第一场效应管和所述第二场效应管均为N沟道增强型场效应管；

所述主充电电路上沿充电时电流流向依次设有多个结点，第一结点分别与所述第一场效应管的漏极、主充电电路第一电阻一端和所述第一电源的正极连接；第二结点分别与所述第一场效应管的源极和第三结点连接，所述第三结点还与第四结点以及所述主充电电路第一电阻的另一端连接；第五结点分别与所述蓄电池的正极和所述第四结点连接；第六结点分别与所述蓄电池的负极和所述第二场效应管的漏极连接；从所述第二场效应管的源极到所述取样电阻之间的等电位电路上设置依次连接的第七结点、第八结点、第九结点、第十结点和第十一结点，所述第九结点与第一控制电路连接；所述第十二结点接地，且分别所述第一电源的负极与所述取样电阻的另一端连接。

8.如权利要求7所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，所述第一比较电路包括第一电压比较器、第一比较电路第一电阻、第一比较电路第二电阻、第一比较电路第三电阻、第一比较电路第一稳压二极管、第一比较电路第二稳压二极管、第一比较电路第一结点、第一比较电路第二结点和第一比较电路第三结点；所述第一比较电路第一结点分别与所述第一比较电路第一电阻、所述第一比较电路第一稳压二极管的负极和第一电压比较器第一输入端连接，所述第一比较电路第一电阻还与所述第四结点连接，所述第一比较电路第一稳压二极管的正极与所述第十结点连接；所述第一比较电路第二结点分别与所述第一比较电路第二稳压二极管的负极、所述第一比较电路第三电阻和所述第一比较电路第三结点连接；所述第一比较电路第二稳压二极管的正极与所述第八结点连接；所述第一比较电路第三电阻还与所述第七结点连接；所述第一比较电路第三结点分别与所述第一比较电路第二结点、第一电压比较器第二输入端和所述第一比较电路第二电阻连接；所述第一比较电路第二电阻还与所述第六结点连接；第一电压比较器输出端与第二控制电路第一结点连接。

9.如权利要求7或8所述的一种具有保护功能的充电电路，其特征在于，所述稳压电路包括三极管、五个二极管、稳压电路第一结点、稳压电路第一电阻稳压电路第二电阻、稳压电路稳压二极管；

稳压电路第一二极管和稳压电路第三二极管的正极均接地，所述稳压电路第一二极管的负极与稳压电路第二二极管的正极均与所述蓄电池的正极连接，所述稳压电路第三二极管的负极与稳压电路第四二极管的正极均与所述蓄电池的负极连接，所述稳压电路第二二极管和所述稳压电路第四二极管的负极均与所述稳压电路第一电阻一端连接；

所述稳压电路第一结点分别与所述稳压电路第一电阻另一端、所述三极管的集电极、所述稳压电路第二电阻一端连接，所述稳压电路第二电阻另一端分别与所述三极管的基极和所述稳压电路稳压二极管的负极连接，所述稳压电路稳压二极管的正极接地；所述稳压电路第五二极管的正极和负极分别与所述三极管的发射极和第二电源第一正极连接。

10.一种充电器，其特征在于，其包括如权利要求1-9任一所述的一种具有保护功能的充电电路。