CN109617199A - 多功能充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多功能充电器，包括控制模块、操作显示模块、通讯模块、输入模块、交错PFC电路、全桥变压整流模块、检测模块以及输出模块，输入模块用于输入交流电并对交流电整流滤波；交错PFC电路用于将整流滤波后的直流电升压；全桥变压整流模块用于将升压后的直流电进行全桥移相变换、变压、同步整流并输出至输出模块；检测模块用于检测电池电流、电压、电池电压、环境温度、电池健康；操作显示模块用于给控制模块指令并显示指令；通讯模块用于实现控制模块与外部电路通讯。本发明提高了产品的功率因数和EMI；有效提高了产品的转换效率；通过高压脉冲修复技术，可以提升电池性能，延长电池寿命。
Description
技术领域
本发明涉及充电领域，具体地，涉及一种多功能充电器。
背景技术
传统充电器功能单一：随着科技的发展，电池技术的成熟，以及新能源的推广，在各个领域(汽车，移动设备，节能设备，应急电源设备)等行业都大量使用电池作为储能，需要使用时由电池为设备提供能量；在设备空闲时有其它电源(市电)通过充电器给电池充电，由于电池种类很多，不同类型的电池所需要的充电电压电流充电模式也不同。所以传统的充电器都只能一种电池配一种充电器。充电器也只有供电功能，其功能单一，不能用一款充电器给多种电池充电。
传统充电器没有电池检测功能：因电池都有一定的使用寿命(或一定的充放电次数)，使用者在使用过程中无法判断电池的健康状况，往往都是找专业的电池维修人员或购买专业电池检测设备来检测电池的健康情况。给使用者带来诸多不便。
传统的充电器没有环境温度补偿功能：因电池是将化学能转换为电能的，在充放电过程中受环境温度影响比较大，传统的充电器没有温度补偿功能，在充电时往往会出现电池充不满的现象，当实际使用时因电池电量不足就会缩短使用时间。
传统的充电器没有快充功能：使用者往往会因忘记充电，或需要紧急使用时发现电池没有电，用传统的充电器给电池充电往往需要很长时间才能满足应急使用一次的需求，如汽车应急启动等情况，使用者只能等待慢慢充电或更换电池。
传统充电器不能作为电源来使用：在实际使用中使用者在使用时发现电池完全没有电或没有电池，用传统的充电器因检测不到电池或检测到电池是坏的，充电器没有办法给设备供电，使用者就没有办法零时使用设备。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多功能充电器。
根据本发明提供的一种多功能充电器，包括控制模块、操作显示模块、通讯模块、输入模块、交错PFC电路、全桥变压整流模块、检测模块以及输出模块，其中：
控制模块连接操作显示模块、通讯模块、输入模块、交错PFC电路、全桥变压整流模块、检测模块以及输出模块；
所述输入模块用于输入交流电并对所述交流电整流滤波；
交错PFC电路用于将整流滤波后的直流电升压；
全桥变压整流模块用于将升压后的直流电进行全桥移相变换、变压、同步整流并输出至输出模块；
检测模块用于检测电池电流、电压、电池电压、环境温度、电池健康；
操作显示模块用于给控制模块指令并显示指令；
通讯模块用于实现控制模块与外部电路通讯。
优选地，所述输入电路包括AC输入电路、EMC电路以及整流滤波电路，其中：AC输入电路、EMC电路以及整流滤波电路依次连接。
优选地，所述操作显示模块包括操作面板和LCD显示模块，作面板和LCD显示模块分别连接控制模块。
优选地，所述全桥变压整流电路包括全桥电路、变压器以及同步整流电路，其中：全桥电路、变压器以及同步整流电路以及连接，全桥电路连接至交错PFC电路，同步整流电路连接至输出模块。
优选地，所述输出模块包括输出控制开关和DC输出电流，输出控制开关和DC输出电流连接，输出控制开关连接全桥变压整流模块和控制模块。
优选地，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块、电池电压检测模块、环境温度检测模块以及电池健康检测模块，其中：电压检测模块、电流检测模块、电池电压检测模块、环境温度检测模块以及电池健康检测模块与控制模块连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明交错式功率因数校正电路有效提高了产品的功率因数和EMI；有效提高了产品的转换效率(可达93％以上)；
2、本发明通过高压脉冲修复技术，可以提升电池性能，延长电池寿命；
3、本发明通过高精度恒流控制软启动技术的开发和应用，使蓄电池在充电起始无冲击电流，使整个充电过程更加安全可靠；
3、本发明利用IGBT或MOS管大功率器件，通过MCU自动控制加同步整流技术，使产品的整体效率提升，功率增大。
4、本发明通过嵌入式软件逻辑计算技术和微处器软硬件控制技术，实现各模块功能智能化控制；
5、本发明通过对多段式充电方法的研究，最大限度保护电池，并延长电池寿命；
6、本发明通过高频逆变技术将交流AC转化为直流DC输出，使整个充电过程更加节能、高效、环保。
7、本发明通过MCU智能设计，可以实现一机多用途：(1)做充电机：可以选择电池类型，电流可以选择10A/40A/60A/100A；(2)做电源使用(恒流恒压输出，且电压可调)；(3)快充功能(做汽车起动电源，可提供200A/1分钟的大电流，直接启动汽车)
8本发明通过通讯电路外加物联网模块技术，可时时监控产品的使用地点和使用状况。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的整体系统结构图；
图2为本发明的输入部分的具体电路示意图；
图3为本发明的全桥整流部分的具体电路示意图；
图4为本发明的操作面板部分的具体电路示意图；
图5为本发明的LCD显示电路的具体电路示意图；
图6为本发明的MCU控制电路和通讯电路的具体电路示意图；
图7为本发明的检测电路的具体电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一机多功能包括快充功能，电池检测功能，电源输出功能，电池环境温度补偿功能。一键选择电池的充电类型，通过一个按键给MCU发出充电指令，MCU可根据指令选择正确的充电曲线，给不同类型的电池充电。充电状态电压电流通过数码管或LCD显示出来。本发明实现一键选择，通过一个按键给MCU发出充电指令，MCU可根据指令选择电池健康状态的测试程序，通过电池健康状态的检测电路，测试电池的健康状态，测试结果通过数码管或LCD显示出来。通过环境温度检测电路，将检测到的环境温度自动传递给MCU，通过MCU的计算自动给充电曲线做补偿。以最佳的充电模式维护电池，通过一键长按自动检测环境温度并时时显示当前的环境温度。通过一个按键，给MCU发出指令，MCU控制输出占空比以最大电流给电池短时间快速充电。通过一个按键，给MCU发出指令，MCU以稳压电源的输出控制方式，输出稳定的电压电流，还可以通过面板上的上下键，调节输出电压的高低。
具体的，本发明解决了传统充电器的功能单一问题，一台机器可以给铅酸电池充电，也可以给锂电池充电。电路实现及工作原理如下：参见操作面板电路，通过操作面板中SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8功能选择及控制开关分别控制整机的工作状态，SW6为输出选择开关(电源或充电)，SW7为LED数码显示内容切换开关包括环境温度显示，SW8为电池健康状态检测开关，SW2电池类型选择开关，SW3充电电流选择开关，SW4为选择在电源输出时电压调节+，SW5为选择在电源输出时电压调节-；SW1为输出确认开关,SW9为快充开关,通过面板上的功能选择开关给MCU提供指令，通过原理方框图中的检测电路控制电路实现了一机多功能。例如：开机后机器自动默认状态为电源输出模式，SW6为充电和电源切换开关，这时可以通过面板上的SW4和SW5调节输出电压的高低，调节所需要的输出电压并通过原理方框图中的LED显示电路显示出来，完成输出电压调节后，再按下SW1输出确认开关，CPU收到相关指令后执行输出，控制输出控制开关，原理方框图中的输出控制开关电路，MCU执行电源输出程序，实现电源输出功能。当通过面板上S6开关选择充电模式，MUC接到指令后控制点亮LED3告知用户选择的工作状态为充电状态，提醒用户选择电池类型，用户再通过面板上SW2切换电池类型(铅酸电池或锂电电池)，MCU接到指令后控制点亮LED16或LED12告知用户选择的电池类型，这时用户再按下SW1输出确认开关，MCU收到相关指令后执行选择的充电模式执行选择的充电模式的程序输出控制输出控制开关，原理方框图中的输出控制开关电路,实现给铅酸电池充电或给锂电池充电。
本发明具有电池健康检测功能，可以让使用者，利用充电器检测电池的健康状况。
电路实现及工作原理：参见操作面板电路，通过按下SW8选择电池健康状态，MCU收到指令后执行电池健康状态检测程序,MCU的IO口ER引脚输出控制信号控制电池健康检测电路原理方框图中的(15)电池健康检测电路，对电池放电，MCU同时通过电池电压检测电路，原理方框图中的(12)电池电压检测电路检测电池电压；MCU通过固定的放电电流和检测到的电池电压下降速率，分析计算后将电池的将健康状态，通过原理方框图中的(18)LED数码显示电路，显示出电池的健康状态。实现了电池健康状态检测。
本发明具有环境温度自动补偿功能，在寒冷的北方或炎热的南方，机器都能自动监测环境温度，根据环境状态为电池提供最佳的充电曲线。
电路实现及工作原理如下：在充电状态下或机器在充电过程中，机器通过环境温度检测电路原理方框图中的(11)，在(11)环境温度检测电路中R8TC1C6构成的温度检测电路，将环境温度信号给到MCU，有MCU根据检测到的外部环境温度通过计算后给电池提供最佳的充电控制。实现了机器具有环境温度自动补偿功能，在寒冷的北方或炎热的南方，机器都能自动监测环境温度，根据环境状态为电池提供最佳的充电曲线。
本发明还具有快充功能，能一键启动快充功能后，1分钟就能为电池提供能量，足以让电池用于汽车应急点火。
电路实现及工作原理如下：SW9为快充开关,当按下SW9快充开关后MCU收到快充指令后执行输出，控制输出控制开关，原理方框图中的(8)输出控制开关电路，MCU执行快充输出程序，提供时长2分钟的预充电流，使电池电压达到12V后，若这时给汽车点火启动，MCU通过电池电压检测电路(12)，原理方框图中的(12)电池电压检测电路突然检测到一个电压突然跌落信号，MCU立即启动时长1分钟的最大电流输出，为电池提供强大的能量，用于汽车应急点火。实现了汽车的应急启动点火功能。
本发明还可做为稳压电源来使用(可替代电池作电源使用)，电路实现及工作原理如下：面板上的SW6为电源与充电切换开关，当选择为电源模式时原理方框图中的(18)LED显示电路中的LED4被点亮，这时再按下控制面板(19)原理方框图中的(19)操作面板中的SW1确认键后MCU收到指令启动电源输出程序，控制输出控制开关；还可以通过面板上的SW4和SW5调节输出电压的高低，调节所需要的输出电压并通过原理方框图中的(18)LED显示电路显示出来，完成输出电压调节后，再按下SW1输出确认开关，CPU收到相关指令后执行输出，控制输出控制开关，原理方框图中的(8)输出控制开关电路，MCU执行电源输出程序，实现电源输出功能。
本发明的工作原理如下：整体电路设计是采用AC/DC-DC/DC的设计结构，首先是将交流市电经EMI整流滤波后，通过交错式功率因数校正电路，将整流后的直流电升压到380V直流，然后经全桥移相变换电路，同步整流电路以及MCU控制电路，保证输出电流电压满足充电电池的需求，电源使用需求，和汽车快充功能，用于汽车起动需求。其中交错式功率因数校正电路主要由MOSFET管、交错式升压电感、交错式PFC控制芯片以及直流滤波电容组成。DC/DC变换采用全桥式拓扑，主要由高频变压器、IGBT管或MOS管以及LC滤波电路，同步整流电路组成。控制部分通过对蓄电池端电压、电流信号的采集反馈，由专用IC产生双路PWM波控制全桥拓扑中IGBT管或MOS管的通断时间来控制输出电流和电压，其控制部分还包括对电流、电压、温度的采集监测以及实时显示。当选择作为电源输出时，可通过面板上的上下键调整输出电压的大小。当选择充电模式时可进一步选择电池类型和电池电压适合多种电池不同电压的电池充电。当选择快充功能时可用于快速给电池充电1分钟，用于应急启动汽车。
本发明的MCU控制：
(1)分别有环境温度采集电路，为MCU提供环境温度，有MCU通过计算后控制输出和充电状态，实现自动环境温度补偿功能。
(2)MCU在接受到面版上电池健康情况的命令后，自动打开电池容量检测电路，自动计算并通过面板的上LED或LCD屏显示电池的健康情况。
(3)MCU在接到充电指令时，并提示选择电池类型，只有在电池类型确认后，MCU才按最佳的充电模式(电池分析，根据分析结果自动以最佳的充电方式执行充电)，面板上实时显示充电状态(电压电流电池容量)。
(4)MCU在接受到快充命令后，自动以最大电流为电池提供1分钟的快速充电。通过快充后或正在快充时的电池可以用于汽车应急启动。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种多功能充电器，其特征在于，包括控制模块、操作显示模块、通讯模块、输入模块、交错PFC电路、全桥变压整流模块、检测模块以及输出模块，其中：
控制模块连接操作显示模块、通讯模块、输入模块、交错PFC电路、全桥变压整流模块、检测模块以及输出模块；
所述输入模块用于输入交流电并对所述交流电整流滤波；
交错PFC电路用于将整流滤波后的直流电升压；
全桥变压整流模块用于将升压后的直流电进行全桥移相变换、变压、同步整流并输出至输出模块；
检测模块用于检测电池电流、电压、电池电压、环境温度、电池健康；
操作显示模块用于给控制模块指令并显示指令；
通讯模块用于实现控制模块与外部电路通讯。
2.根据权利要求1所述的多功能充电器，其特征在于，所述输入电路包括AC输入电路、EMC电路以及整流滤波电路，其中：AC输入电路、EMC电路以及整流滤波电路依次连接。
3.根据权利要求1所述的多功能充电器，其特征在于，所述操作显示模块包括操作面板和LCD显示模块，作面板和LCD显示模块分别连接控制模块。
4.根据权利要求1所述的多功能充电器，其特征在于，所述全桥变压整流电路包括全桥电路、变压器以及同步整流电路，其中：全桥电路、变压器以及同步整流电路以及连接，全桥电路连接至交错PFC电路，同步整流电路连接至输出模块。
5.根据权利要求1所述的多功能充电器，其特征在于，所述输出模块包括输出控制开关和DC输出电流，输出控制开关和DC输出电流连接，输出控制开关连接全桥变压整流模块和控制模块。
6.根据权利要求1所述的多功能充电器，其特征在于，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块、电池电压检测模块、环境温度检测模块以及电池健康检测模块，其中：电压检测模块、电流检测模块、电池电压检测模块、环境温度检测模块以及电池健康检测模块与控制模块连接。
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