CN113746185A - 双低频充电电路及其控制方法和双低频充电设备 - Google Patents

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CN113746185A CN202111161663.8A CN202111161663A CN113746185A CN 113746185 A CN113746185 A CN 113746185A CN 202111161663 A CN202111161663 A CN 202111161663A CN 113746185 A CN113746185 A CN 113746185A
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刘洋洋
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Abstract

本发明涉及电池充电技术领域，提供一种双低频充电电路及其控制方法和双低频充电设备。双低频充电电路包括：控制模块，连接交流输入端；大功率第一低频充电电路，连接在控制模块和直流输出端之间，包括依次串联的第一隔离驱动器、第一可控硅开关和第一低频充电器；小功率第二低频充电电路，连接在控制模块和直流输出端之间，包括依次串联的第二隔离驱动器、第二可控硅开关和第二低频充电器；输出采样模块，连接直流输出端和控制模块，控制模块用于根据输出采样模块采集的充电参数控制第一低频充电电路和第二低频充电电路的通断。本发明能够实现大功率低频充电和小功率低频充电的高效节能互补，使充电设备的转换效率最大化，满足DOE能效认证标准。

Description

双低频充电电路及其控制方法和双低频充电设备
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，具体地说，涉及一种双低频充电电路及其控制方法和双低频充电设备。
背景技术
充电机能够给汽车蓄电池以及其他类型电池充电。传统的充电机采用单一的低频变压器单独完成充电，低频变压器分为大功率低频变压器和小功率低频变压器。
大功率低频变压器在轻负载输出时转换效率较低，原因是变压器的铁损与铁芯重量相关，铁芯越重变压器的损耗越大，大功率变压器的铁芯重，导致大功率变压器的转换效率在轻负载输出时低于69％，满足不了行业内的DOE(Department ofEnergy)能效认证标准。
小功率低频变压器的转换效率基本能维持在75％至85％；但变压器的输出功率与铁芯重量呈正比关系，小功率变压器的铁芯轻，导致小功率低频变压器无法进行大电流充电和辅助汽车启动，满足不了用户的使用需求。
需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种双低频充电电路及其控制方法和双低频充电设备，通过结合大功率低频充电电路和小功率低频充电电路，在低负载时切换小功率低频充电电路，在高负载、大电流充电和启动汽车时自动启用大功率低频充电电路，实现大功率低频充电和小功率低频充电的高效节能互补，使充电设备的转换效率最大化，满足DOE能效认证标准。
本发明的一个方面提供一种双低频充电电路，包括：控制模块，连接交流输入端；第一低频充电电路，包括依次串联的第一隔离驱动器、第一可控硅开关和第一低频充电器，所述第一隔离驱动器连接所述控制模块，所述第一低频充电器连接直流输出端；第二低频充电电路，包括依次串联的第二隔离驱动器、第二可控硅开关和第二低频充电器，所述第二隔离驱动器连接所述控制模块，所述第二低频充电器连接所述直流输出端，所述第一低频充电器的输出功率大于所述第二低频充电器的输出功率；输出采样模块，连接所述直流输出端和所述控制模块，所述控制模块用于根据所述输出采样模块采集的所述直流输出端的充电参数控制所述第一低频充电电路和所述第二低频充电电路的通断。
在一些实施例中，所述第一隔离驱动器包括：第一光耦合器，所述第一光耦合器的输入二极管连接所述控制模块的第一输出端且输出三极管连接所述第一可控硅开关；所述第二隔离驱动器包括：第二光耦合器，所述第二光耦合器的输入二极管连接所述控制模块的第二输出端且输出三极管连接所述第二可控硅开关。
在一些实施例中，所述第一可控硅开关包括：串联的两个第一单向可控硅，两个所述第一单向可控硅的两个门极分别连接所述第一光耦合器的输出三极管的集电极和发射极、串联正极和串联负极均连接所述交流输入端的火线且串联节点连接所述第一低频充电器；两个第一二极管，各自连接在两个所述第一单向可控硅的负极和门极之间；所述第二可控硅开关包括：串联的两个第二单向可控硅，两个所述第二单向可控硅的两个门极分别连接所述第二光耦合器的输出三极管的集电极和发射极、串联正极和串联负极均连接所述火线且串联节点连接所述第二低频充电器；两个第二二极管，各自连接在两个所述第二单向可控硅的负极和门极之间。
在一些实施例中，所述第一可控硅开关包括：第一双向可控硅，所述第一双向可控硅的门极连接所述第一光耦合器的输出三极管的集电极、第一电极连接所述交流输入端的火线且第二电极连接所述第一低频充电器；第三二极管，连接在所述第一双向可控硅的第二电极与门极之间；所述第二可控硅开关包括：第二双向可控硅，所述第二双向可控硅的门极连接所述第二光耦合器的输出三极管的集电极、第一电极连接所述火线且第二电极连接所述第二低频充电器；第四二极管，连接在所述第二双向可控硅的第二电极与门极之间。
在一些实施例中，所述第一低频充电器包括：第一变压器，包括第一初级线圈和第一次级线圈；所述第一初级线圈具有至少三个节点，所述第一初级线圈的头节点连接所述第一可控硅开关、中间节点和尾节点分别通过变压器切换开关连接所述控制模块的第三输出端和第四输出端；所述第一次级线圈具有三个节点，所述第一次级线圈的头节点和尾节点分别通过两个第一整流二极管连接所述直流输出端的正极且中间节点连接所述直流输出端的负极；所述第二低频充电器包括：第二变压器，包括第二初级线圈和第二次级线圈；所述第二初级线圈具有两个节点，所述第二初级线圈的头节点连接所述交流输入端的零线且尾节点连接所述第二可控硅开关；所述第二次级线圈具有三个节点，所述第二次级线圈的头节点和尾节点分别通过两个第二整流二极管连接所述直流输出端的正极且中间节点连接所述直流输出端的负极。
在一些实施例中，所述变压器切换开关包括：串联的第一三极管和第一输入继电器，所述第一三极管的基极连接所述控制模块的第三输出端且集电极连接所述第一输入继电器，所述第一输入继电器的两个常开触点分别连接所述零线和所述第一初级线圈的中间节点；串联的第二三极管和第二输入继电器，所述第二三极管的基极连接所述控制模块的第四输出端且集电极连接所述第二输入继电器，所述第二输入继电器的两个常开触点分别连接所述零线和所述第一初级线圈的尾节点。
在一些实施例中，所述第一低频充电电路还包括连接在所述第一低频充电器和所述直流输出端之间的第一输出开关，所述第一输出开关包括：串联的第三三极管和第一输出继电器，所述第三三极管的基极连接所述控制模块的第五输出端、集电极连接所述第一输出继电器且发射极连接所述直流输出端的负极，所述第一输出继电器的两个常开触点分别连接所述第一低频充电器和所述直流输出端的正极；所述第二低频充电电路还包括连接在所述第二低频充电器和所述直流输出端之间的第二输出开关，所述第二输出开关包括：串联的第四三极管和第二输出继电器，所述第四三极管的基极连接所述控制模块的第六输出端、集电极连接所述第二输出继电器且发射极连接所述直流输出端的负极，所述第二输出继电器的两个常开触点分别连接所述第二低频充电器和所述直流输出端的正极。
在一些实施例中，所述的双低频充电电路还包括连接在所述交流输入端与所述控制模块之间的过零检测模块，所述过零检测模块包括：第三光耦合器，所述第三光耦合器的输入二极管的正极和负极分别连接所述交流输入端的零线和火线，所述第三光耦合器的输出三极管连接所述控制模块的第一输入端；第三整流二极管，连接在所述零线和所述第三光耦合器的输入二极管的正极之间。
在一些实施例中，所述输出采样模块包括：串联的第一采样电阻和第二采样电阻，连接在所述直流输出端的正极和地之间，且所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的串联节点连接所述控制模块的第二输入端。
本发明的又一个方面提供一种双低频充电设备，所述双低频充电设备包括如上述任意实施例所述的双低频充电电路。
本发明的又一个方面提供一种双低频充电电路的控制方法，应用于如上述任意实施例所述的双低频充电电路，所述控制方法包括：所述控制模块依次响应于所述交流输入端的接通信号、充电模式信号和所述直流输出端的接通信号，通过所述输出采样模块采集所述直流输出端的充电参数；于所述充电参数指示充电电压位于预设电压区间，所述控制模块控制所述第一低频充电电路导通且所述第二低频充电电路截断；于所述充电参数指示所述充电电压超出所述预设电压区间，所述控制模块控制所述第二低频充电电路导通且所述第一低频充电电路导通或截断。
在一些实施例中，所述的控制方法还包括：所述控制模块依次响应于所述交流输入端的接通信号、启动模式信号和所述直流输出端的接通信号，监测是否有发动机启动信号；当监测到所述发动机启动信号，所述控制模块控制所述第一低频充电电路导通且所述第二低频充电电路截断。
在一些实施例中，当所述充电模式信号或所述启动模式信号与所述直流输出端的接通信号的触发顺序错误时，所述控制模块输出错误提示信息。
本发明与现有技术相比的有益效果至少包括：
通过结合大功率低频充电电路和小功率低频充电电路，在低负载时启动小功率低频充电电路，在高负载和启动汽车时启用大功率低频充电电路进行大电流充电，实现大功率低频充电和小功率低频充电的高效节能互补，使充电设备的转换效率最大化，满足DOE能效认证标准；
大功率低频充电和小功率低频充电的切换由控制模块根据输出采样模块采集的充电参数进行，实现根据被充电池的状态实时调整输出功率；大功率低频充电电路和小功率低频充电电路中均采用隔离驱动器和可控硅开关，实现将控制信号安全隔离地传输给可控硅开关，精准地控制大功率低频充电电路和小功率低频充电电路。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明一实施例中双低频充电电路的模块示意图；
图2示出本发明一实施例中双低频充电电路的原理示意图；
图3示出本发明一实施例中双低频充电电路的控制方法的步骤示意图；
图4示出本发明又一实施例中双低频充电电路的控制方法的步骤示意图；
图5示出本发明一实施例中双低频充电设备的工作流程示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使本发明全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
此外，附图中所示的流程仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤可以分解，有的步骤可以合并或部分合并，且实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。具体描述时使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
本发明所说的低频充电，是与高频充电相对的，根据行业常规认知，低频充电的频率在47HZ至63HZ之间。
图1示出一实施例中双低频充电电路的组成模块，参照图1所述，本实施例中双低频充电电路包括：控制模块100，连接交流输入端AC。第一低频充电电路，包括依次串联的第一隔离驱动器310、第一可控硅开关320和第一低频充电器330，第一隔离驱动器310连接控制模块100，第一低频充电器330连接直流输出端400。第二低频充电电路，包括依次串联的第二隔离驱动器510、第二可控硅开关520和第二低频充电器530，第二隔离驱动器510连接控制模块100，第二低频充电器530连接直流输出端400，第一低频充电器330的输出功率大于第二低频充电器530的输出功率。输出采样模块600，连接直流输出端400和控制模块100，控制模块100用于根据输出采样模块600采集的直流输出端400的充电参数控制第一低频充电电路和第二低频充电电路的通断。
第一低频充电电路为大功率低频充电电路，第二低频充电电路为小功率低频充电电路。第一低频充电器330的输出功率和第二低频充电器530的输出功率可根据需要设置，以给12V的汽车蓄电池充电为例，第一低频充电器330的输出电压一般在9V至14.4V之间，输出电流在1A至100A之间，第二低频充电器530的输出电压在0.5V至16V之间，输出电流在4A以下，但不以此为限。在给其他类型电池充电时，根据不同的变压器配置，双低频充电电路的输出电压可在6V至36V之间，大电流输出小于等于500A。
通过结合大功率低频充电电路和小功率低频充电电路，能够充分利用大小功率低频充电器的各自优势，在低负载时启动小功率低频充电电路，在高负载和启动汽车时启用大功率低频充电电路进行大电流充电，实现大功率低频充电和小功率低频充电的高效节能互补，使充电设备的转换效率最大化。在铁损固定的情况下，大功率低频充电器在小功率输出时转换效率小于69％，而在大功率输出时转换效率维持在75％以上，且小功率低频充电器的转换效率始终维持在75％以上；从而，通过大小功率低频充电结合的双低频充电电路，在低负载时自动选择小功率低频充电器工作，大功率低频充电器在高负载情况下开启工作，能够提高整个充电设备的转换效率，使充电设备满足DOE能效认证标准。
进一步地，在大小低频充电电路互补高效节能之外，本发明的双低频充电电路还具备大电流辅助启动功能，可以在短时间内输出大电流辅助汽车启动，且耐冲击能力强。在汽车蓄电池因电量不足或电量耗尽而无法启动汽车的情况下，能利用大电流给汽车蓄电池充电，在较短时间内让汽车蓄电池的温度升高，电阻下降，并重新获得启动汽车的电量。
大功率低频充电和小功率低频充电的切换由控制模块根据输出采样模块采集的充电参数进行，实现根据被充电池的状态实时调整输出功率。大功率低频充电电路和小功率低频充电电路中均采用隔离驱动器和可控硅开关，实现将控制信号安全隔离地传输给可控硅开关，精准地控制大功率低频充电电路和小功率低频充电电路。大功率低频充电和小功率低频充电切换时，能够实现无缝切换衔接，不影响输出电压，使被充电池在充电过程中实现不断电连续充电，进一步提高充电效率。并且，双低频充电电路中还采用限时、限流、限压、反接等保护控制输出，能够有效地保护被充电池和充电设备本身。
图2示出一实施例中双低频充电电路的电路原理，下面结合图1和图2对双低频充电电路进行详细说明。
控制模块100采用MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片，具有多个引脚，图2中标示出1号引脚至10号引脚共10个引脚，但不以此为限。交流输入端AC用于连接交流电源，双低频充电电路具有内部辅助电源，用于接入交流电源给整个系统供电，当控制模块100有了供电，就会与相连的电路模块通讯工作，控制模块100根据充电指令或者大电流启动指令，发出相应的控制信号以控制双低频充电电路完成相应工作。直流输出端400用于连接被充电池，例如汽车蓄电池或其他类型电池。
第一隔离驱动器310包括：第一光耦合器PC1，第一光耦合器PC1的输入二极管连接控制模块100的第一输出端RUN(即MCU芯片的6号引脚)，第一光耦合器PC1的输出三极管连接第一可控硅开关320。第一光耦合器PC1能够把控制信号安全隔离地传输给第一可控硅开关320。
第一光耦合器PC1具有1号引脚至6号引脚共6个引脚。在输入二极管侧，1号引脚(即输入二极管的正极)通过第一电阻R1连接至控制模块100的第一输出端RUN，2号引脚(即输入二极管的负极)接地并通过第二电阻R2连接至1号引脚，3号引脚为NC(Not Connected)引脚。当控制模块100的第一输出端RUN输出高电平，则第一光耦合器PC1的输入二极管导通发光，进而触发第一光耦合器PC1的输出三极管导通，向第一可控硅开关320传递控制信号。
可控硅(Silicon Controlled Rectifier)简称SCR。第一可控硅开关320包括：串联的两个第一单向可控硅SCR1和SCR2，两个第一单向可控硅SCR1和SCR2的两个门极分别连接第一光耦合器PC1的输出三极管的集电极和发射极，两个第一单向可控硅SCR1和SCR2的串联正极和串联负极均连接交流输入端AC的火线AC-L，两个第一单向可控硅SCR1和SCR2的串联节点连接第一低频充电器330。
在第一光耦合器PC1的输出三极管侧，4号引脚(即输出三极管的发射极)连接第一单向可控硅SCR2的门极，5号引脚(即输出三极管的集电极)与6号引脚(即输出三极管的基极)之间可通过电阻相连，图2中未具体示出。5号引脚和6号引脚相连后通过第三电阻R3连接第一单向可控硅SCR1的门极，第三电阻R3的电阻值为510R。
第一可控硅开关320还包括两个第一二极管D1和D2，各自连接在两个第一单向可控硅SCR1和SCR2的负极和门极之间，用于为两个第一单向可控硅SCR1和SCR2的触发供电。当第一光耦合器PC1的输出三极管导通，控制信号传递至第一可控硅开关320的两个第一单向可控硅SCR1和SCR2，使两个第一单向可控硅SCR1和SCR2导通，从而火线AC-L的电压通过第一单向可控硅SCR1或SCR2传递至第一低频充电器330。
图2中采用加粗框示意出第二低频充电电路500。第二隔离驱动器510包括：第二光耦合器PC2，第二光耦合器PC2的输入二极管连接控制模块100的第二输出端CHARGING(2)(即MCU芯片的9号引脚)，第二光耦合器PC2的输出三极管连接第二可控硅开关520。第二光耦合器PC2能够把控制信号安全隔离地传输给第二可控硅开关520。
第二光耦合器PC2具有1号引脚至6号引脚共6个引脚。在输入二极管侧，1号引脚(即输入二极管的正极)通过第四电阻R4连接至控制模块100的第二输出端CHARGING(2)，2号引脚(即输入二极管的负极)接地并通过第五电阻R5连接至1号引脚，3号引脚为NC引脚。当控制模块100的第二输出端CHARGING(2)输出高电平，则第二光耦合器PC2的输入二极管导通发光，进而触发第二光耦合器PC2的输出三极管导通，向第二可控硅开关520传递控制信号。
第二可控硅开关520包括：串联的两个第二单向可控硅SCR3和SCR4，两个第二单向可控硅SCR3和SCR4的两个门极分别连接第二光耦合器PC2的输出三极管的集电极和发射极，两个第二单向可控硅SCR3和SCR4的串联正极和串联负极均连接火线AC-L，两个第二单向可控硅SCR3和SCR4的串联节点连接第二低频充电器530。
在第二光耦合器PC2的输出三极管侧，4号引脚(即输出三极管的发射极)连接第二单向可控硅SCR4的门极，5号引脚(即输出三极管的集电极)与6号引脚(即输出三极管的基极)之间可通过电阻相连，图2中未具体示出。5号引脚和6号引脚相连后通过第六电阻R6连接第二单向可控硅SCR3的门极，第六电阻R6的电阻值为510R。
第二可控硅开关520还包括两个第二二极管D3和D4，各自连接在两个第二单向可控硅SCR3和SCR4的负极和门极之间，用于为两个第二单向可控硅SCR3和SCR4的触发供电。当第二光耦合器PC2的输出三极管导通，控制信号传递至第二可控硅开关520的两个第二单向可控硅SCR3和SCR4，使两个第二单向可控硅SCR3和SCR4导通，从而火线AC-L的电压通过第二单向可控硅SCR3或SCR4传递至第二低频充电器530。
在其他实施例中，第一可控硅开关也可采用双向可控硅。具体来说，第一可控硅开关可包括：一第一双向可控硅，该第一双向可控硅的门极连接第一光耦合器的输出三极管的集电极，该第一双向可控硅的第一电极连接交流输入端的火线，该第一双向可控硅的第二电极连接第一低频充电器；一第三二极管，连接在该第一双向可控硅的第二电极与门极之间。采用第一双向可控硅，同样能实现在接收到第一光耦合器传递的控制信号时导通，将火线电压传递至第一低频充电器。
第二可控硅开关也可采用双向可控硅。具体来说，第二可控硅开关可包括：一第二双向可控硅，该第二双向可控硅的门极连接第二光耦合器的输出三极管的集电极，该第一双向可控硅的第一电极连接火线，该第一双向可控硅的第二电极连接第二低频充电器；一第四二极管，连接在该第二双向可控硅的第二电极与门极之间。采用第二双向可控硅，同样能实现在接收到第二光耦合器传递的控制信号时导通，将火线电压传递至第二低频充电器。
继续结合图1和图2，第一低频充电器330包括：第一变压器T1，包括第一初级线圈和第一次级线圈。第一初级线圈具有至少三个节点，第一初级线圈的头节点(即第一变压器T1的1号节点)连接第一可控硅开关320，具体是连接两个第一单向可控硅SCR1和SCR2的串联节点；第一初级线圈的中间节点(即第一变压器T1的2号节点)和尾节点(即第一变压器T1的3号节点)分别通过变压器切换开关340连接控制模块100的第三输出端START(即MCU芯片的7号引脚)和第四输出端CHARGING(1)(即MCU芯片的8号引脚)。第一次级线圈具有三个节点，第一次级线圈的头节点(即第一变压器T1的4号节点)和尾节点(即第一变压器T1的6号节点)分别通过两个第一整流二极管D5和D6连接直流输出端400的正极Bat+，第一次级线圈的中间节点(即第一变压器T1的5号节点)连接直流输出端400的负极Bat-。
变压器切换开关340具体包括串联的第一三极管Q1和第一输入继电器K1。第一三极管Q1的基极通过第七电阻R7连接控制模块100的第三输出端START，第一三极管Q1的集电极连接第一输入继电器K1的1号触点，第一三极管Q1的发射极接地。第一输入继电器K1的2号触点连接内部电源电压VCC，第一输入继电器K1的两个常开触点(即第一输入继电器K1的4号触点和3号触点)分别连接交流输入端AC的零线AC-N和第一初级线圈的中间节点(即第一变压器T1的2号节点)。
变压器切换开关340还包括串联的第二三极管Q2和第二输入继电器K2。第二三极管Q2的基极通过第八电阻R8连接控制模块100的第四输出端CHARGING(1)，第二三极管Q2的集电极连接第二输入继电器K2的1号触点，第二三极管Q2的发射极接地。第二输入继电器K2的2号触点连接内部电源电压VCC，第二输入继电器K2的两个常开触点(即第二输入继电器K2的4号触点和3号触点)分别连接零线AC-N和第一初级线圈的尾节点(即第一变压器T1的3号节点)。
第一变压器T1用于将高压交流电高效地转换成大电流低压交流电，再通过第一整流二极管D5和D6将低压交流电整流成直流电输出给被充电池。变压器切换开关340用于改变第一变压器T1的匝比关系，实现第一变压器T1的不同输出功率，同时还能有效地提高第一变压器T1的效率。第一变压器T1的不同输出功率可用于实现充电和启动功能，例如，在启动模式下，控制模块100通过第三输出端START导通变压器切换开关340的第一三极管Q1和第一输入继电器K1，使第一变压器T1实现大电流辅助启动功能；在充电模式下，控制模块100通过第四输出端CHARGING(1)导通变压器切换开关340的第二三极管Q2和第二输入继电器K2，使第一变压器T1实现大电流快速充电功能。
第二低频充电器530包括：第二变压器T2，包括第二初级线圈和第二次级线圈。第二初级线圈具有两个节点，第二初级线圈的头节点(即第二变压器T2的1号节点)连接零线AC-N，第二初级线圈的尾节点(即第二变压器T2的2号节点)连接第二可控硅开关520，具体是连接两个第二单向可控硅SCR3和SCR4的串联节点。第二次级线圈具有三个节点，第二次级线圈的头节点(即第二变压器T2的3号节点)和尾节点(即第二变压器T2的5号节点)分别通过两个第二整流二极管D7和D8连接直流输出端400的正极Bat+，第二次级线圈的中间节点(即第二变压器T2的4号节点)连接直流输出端400的负极Bat-。
第二变压器T2用于将高压交流电高效地转换成低压交流电，再通过第二整流二极管D7和D8将低压交流电整流成直流电输出给被充电池。
继续结合图1和图2，第一低频充电电路还包括连接在第一低频充电器330和直流输出端400之间的第一输出开关350，第一输出开关350包括串联的第三三极管Q3和第一输出继电器K3。第三三极管Q3的基极通过第九电阻R9连接控制模块100的第五输出端ON/OFF(1)(即MCU芯片的10号引脚)，第三三极管Q3的集电极连接第一输出继电器K3的1号触点，第三三极管Q3的发射极连接直流输出端400的负极Bat-。第一输出继电器K3的2号触点连接内部电源电压VCC，第一输出继电器K3的两个常开触点(即第一输出继电器K3的4号触点和3号触点)分别连接第一低频充电器330的第一整流二极管D5和D6以及直流输出端400的正极Bat+。
第二低频充电电路500还包括连接在第二低频充电器530和直流输出端400之间的第二输出开关540，第二输出开关540包括串联的第四三极管Q4和第二输出继电器K4。第四三极管Q4的基极通过第十电阻R10连接控制模块100的第六输出端ON/OFF(2)(即MCU芯片的2号引脚)，第四三极管Q4的集电极连接第二输出继电器K4的1号触点，第四三极管Q4的发射极连接直流输出端400的负极Bat-。第二输出继电器K4的2号触点连接内部电源电压VCC，第二输出继电器K4的两个常开触点(即第二输出继电器K4的4号触点和3号触点)分别连接第二低频充电器530的第二整流二极管D7和D8以及直流输出端400的正极Bat+。
第一输出开关350用于控制第一低频充电电路的输出，防止反接、短路、过压等损坏，起到保护电路的作用；第二输出开关540用于控制第二低频充电电路500的输出，防止反接、短路、过压等损坏，起到保护电路的作用。通过第一输出开关350和第二输出开关540，能够更好地保护充电电路和被充电池。在被充电池反接、短路等情况下，控制模块100没有检测到直流输出端400的接通信号，不会闭合第一输出开关350和第二输出开关540，起到保护充电设备本身的作用。在充电过程中，若控制模块100检测到输出电流/输出电压发生异常，则立即切断第一输出开关350和第二输出开关540，以有效地保护被充电池。
双低频充电电路还包括连接在交流输入端AC与控制模块100之间的过零检测模块200，过零检测模块200包括：第三光耦合器PC3，第三光耦合器PC3的输入二极管的正极和负极分别连接交流输入端AC的零线AC-N和火线AC-L，第三光耦合器PC3的输出三极管连接控制模块100的第一输入端(即MCU芯片的5号引脚)。第三整流二极管D9，连接在零线AC-N和第三光耦合器PC3的输入二极管的正极之间。
第三光耦合器PC3具有1号引脚至4号引脚共4个引脚。在输入二极管侧，1号引脚(即输入二极管的正极)依次通过第十一电阻R11和第三整流二极管D9连接至零线AC-N，2号引脚(即输入二极管的负极)连接至火线AC-L。在输出三极管侧，3号引脚(即输出三极管的发射极)接地，4号引脚(即输出三极管的集电极)连接至控制模块100的第一输入端，4号引脚还通过第十二电阻R12连接内部电源电压+5V。
过零检测模块200用于检测交流过零点信号AC ZERO，并将交流过零点信号ACZERO反馈给控制模块100，实现过零后开启，防止误开启。
输出采样模块600包括：串联的第一采样电阻R13和第二采样电阻R14，连接在直流输出端400的正极Bat+和地之间，且第一采样电阻R13和第二采样电阻R14的串联节点连接控制模块100的第二输入端(即MCU芯片的1号引脚)。输出采样模块600采集被充电池的电压，使控制模块100根据被充电池的电压切换合适的低频充电电路。
在其他实施例中，输出采样模块600可以采用其他采集元件，采集其他充电参数，例如被充电池的电压下跌值、电流值和温度信号等，控制模块100同样能够根据相关的充电参数切换合适的低频充电电路。
本发明实施例还提供一种双低频充电电路的控制方法，应用于上述任意实施例描述的双低频充电电路。上述任意实施例描述的双低频充电电路的特征和原理均可应用至下面的控制方法实施例。在下面的控制方法实施例中，对已经阐明的关于双低频充电电路的特征和原理不再重复说明。
图3示出一实施例中双低频充电电路的控制方法的主要步骤，参照图3所示，本实施例中双低频充电电路的控制方法包括：步骤S710，控制模块依次响应于交流输入端的接通信号、充电模式信号和直流输出端的接通信号，通过输出采样模块采集直流输出端的充电参数；步骤S720，于充电参数指示充电电压位于预设电压区间，控制模块控制第一低频充电电路导通且第二低频充电电路截断；步骤S730，于充电参数指示充电电压超出预设电压区间，控制模块控制第二低频充电电路导通且第一低频充电电路导通或截断。
交流输入端接通后，双低频充电电路所在的充电设备获得供电，从而能够供用户选择工作模式，包括充电模式和启动模式。当选择充电模式并确定相关充电条件后，接通直流输出端，从而整个双低频充电电路闭合，控制模块获取到被充电池的电压，导通合适的低频充电电路进行充电输出。以12V汽车蓄电池为例，预设电压区间为10V至14.6V，但不以此为限。当充电电压位于10V至14.6V的预设电压区间内，控制模块控制第一低频充电电路导通且第二低频充电电路截断，进行大电流充电输出；当充电电压小于10V或大于14.6V，控制模块控制第二低频充电电路导通，进行小功率充电输出。在小功率充电输出时，第一低频充电电路和第二低频充电电路可以同时输出或者仅第二低频充电电路输出。
图4示出又一实施例中双低频充电电路的控制方法的主要步骤，参照图4所示，本实施例中双低频充电电路的控制方法包括：步骤S740，控制模块依次响应于交流输入端的接通信号、启动模式信号和直流输出端的接通信号，监测是否有发动机启动信号；步骤S750，当监测到发动机启动信号，控制模块控制第一低频充电电路导通且第二低频充电电路截断。
控制模块可与汽车的发动机通讯连接。当选择启动模式并接通直流输出端后，控制模块监测发动机启动信号，在发动机未启动时不进行大电流输出，而是处于预充低电流输出，以避免大电流对汽车蓄电池的损伤；一旦检测到发动机启动信号，则立刻输出大电流辅助汽车启动。
另外，在充电模式信号与直流输出端的接通信号、或者启动模式信号与直流输出端的接通信号的触发顺序错误时，控制模块输出错误提示信息，以避免充电电路和被充电池损坏。
通过上述的控制方法，结合双低频充电电路和电路控制切换，利用大小低频充电电路各自的优势，实现充电设备的转换效率最大化，满足DOE能效认证标准。大功率低频充电电路能够提供大电流充电和辅助汽车启动功能，小功率低频充电电路的转换效率高，通过大功率低频充电电路和小功率低频充电电路的自动无缝切换输出，实现充电设备的持续输出工作，不影响输出电压，实现双低频充电电路的互补高效节能。
图5示出一实施例中双低频充电设备的工作流程，本实施例中的双低频充电设备包括上述任意实施例描述的双低频充电电路，且控制流程基于上述任意实施例描述的控制方法。上述各实施例描述的双低频充电电路及其控制方法的特征和原理均可应用至下面的双低频充电设备的控制流程实施例。在下面的双低频充电设备的控制流程实施例中，对已经阐明的关于双低频充电电路及其控制方法的特征和原理不再重复说明。
参照图5所示，以被充电池为12V汽车蓄电池为例，双低频充电设备的工作流程包括如下步骤。
S810-1，连接AC，即将交流输入端连接交流电源；S810-2，连接夹子，即将直流输出端连接被充电池。此时，双低频充电设备进入空闲状态，不进行充电输出。若未连接夹子而接通了双低频充电设备的POWER键，则控制模块报错，显示ERR。
S810-5，控制模块判断是否反接，若是则执行S810-6，反接报错，此时双低频充电设备的反接灯亮，且蜂鸣器同步响，显示CLP。继续S810-7，判断反接是否取消，若否则持续报错，若是则双低频充电设备的反接灯灭，并返回空闲状态。
S820-1，控制模块检测MODE键。MODE键供选择充电输出、放电、激活、测试等工作模式。若MODE键被操作，继续S820-2，判断是否选择了充电输出模式；MODE键未被操作时则维持空闲状态。若选择了充电输出模式，则继续后续工作流程。
S830-1，控制模块检测RATE键。RATE键供选择充电模式下的充电电流或者选择启动模式。
若选择启动模式，执行S840-1，检测POWER键是否接通，若POWER键接通，执行S840-2，检测是否有启动信号，若POWER键未接通则持续检测。若检测到启动信号，双低频充电设备的启动灯亮，执行S840-3，控制模块导通大功率低频充电电路输出大电流辅助启动，能够利用快速瞬间大电流实现汽车的快速应急启动，启动完成断开夹子回到空闲状态。
若选择充电模式下的充电电流，包括慢充电流和快充电流，继续S850-1，控制模块检测TYPE键，TYPE键供选择被充电池的电池类型，包括蓄电池、锂电池等等；以及S850-2，控制模块检测VOLT键，VOLT键供选择被充电池的电池电压，包括12V、24V等等。
相关充电条件确定后，双低频充电设备的对应充电电流、对应电池类型和对应电池电压的指示灯亮。继续S860，检测POWER键是否接通，若是则执行S870，开始充电，表现为双低频充电设备的CHARGED灯快闪。
开始充电的瞬间，控制模块会判断初始的充电电压的大小。S870-1，若初始的充电电压，也即电池实际电压小于10V(对应低负载)或大于14V(对应快充满)，则执行S870-2，导通小功率低频充电电路进行小功率输出充电。在低负载充电时，大功率低频变压器的功率大于60W，不利于能效测试，因此切换为小功率低频变压器，也可大小功率低频变压器同时工作。在被充电池即将充满时，大功率低频变压器的空载损耗大于20W，小功率低频变压器的空载损耗小于3W，因此切换至小功率低频充电电路。
S870-3，若初始的充电电压位于10V至14V之间，则执行S870-4，导通大功率低频充电电路进行大电流输出充电，并随着充电进行继续S870-5，判断充电电压是否大于14V。若充电电压大于14V，表明快充满，则执行S870-2切换至小功率低频充电，否则持续进行大功率低频充电。
S880-1，判断被充电池是否充满，若否则继续根据充电电压进行合适的充电输出。被充电池充满后双低频充电设备的CHARGED灯长亮。若被充电池充满，继续S880-2，判断此时是否位于充满后2min内，在超出2min后执行S880-3，判断充电电压是否小于12.8V，若否则持续监测，若是则返回S870重新开始充电。
需要说明的是，本实施例中描述的电压值等具体数值均是举例，而不作为本发明的限制。
本发明的双低频充电设备，能够适用于多种不同电池类型，尤其能够实现汽车蓄电池的高效节能充电和大电流辅助启动。当稳定的交流电接入双低频充电设备，并选择了充电模式或者启动模式，控制模块能够自动判定被充电池的状态，导通对应的低频充电电路进行高效输出，整个双低频充电设备操作简单，使用便捷，高效节能，安全稳定，满足DOE能效认证标准。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种双低频充电电路，其特征在于，包括：
控制模块，连接交流输入端；
第一低频充电电路，包括依次串联的第一隔离驱动器、第一可控硅开关和第一低频充电器，所述第一隔离驱动器连接所述控制模块，所述第一低频充电器连接直流输出端；
第二低频充电电路，包括依次串联的第二隔离驱动器、第二可控硅开关和第二低频充电器，所述第二隔离驱动器连接所述控制模块，所述第二低频充电器连接所述直流输出端，所述第一低频充电器的输出功率大于所述第二低频充电器的输出功率；
输出采样模块，连接所述直流输出端和所述控制模块，所述控制模块用于根据所述输出采样模块采集的所述直流输出端的充电参数控制所述第一低频充电电路和所述第二低频充电电路的通断。
2.如权利要求1所述的双低频充电电路，其特征在于，所述第一隔离驱动器包括：
第一光耦合器，所述第一光耦合器的输入二极管连接所述控制模块的第一输出端且输出三极管连接所述第一可控硅开关；
所述第二隔离驱动器包括：
第二光耦合器，所述第二光耦合器的输入二极管连接所述控制模块的第二输出端且输出三极管连接所述第二可控硅开关。
3.如权利要求2所述的双低频充电电路，其特征在于，所述第一可控硅开关包括：
串联的两个第一单向可控硅，两个所述第一单向可控硅的两个门极分别连接所述第一光耦合器的输出三极管的集电极和发射极、串联正极和串联负极均连接所述交流输入端的火线且串联节点连接所述第一低频充电器；
两个第一二极管，各自连接在两个所述第一单向可控硅的负极和门极之间；
所述第二可控硅开关包括：
串联的两个第二单向可控硅，两个所述第二单向可控硅的两个门极分别连接所述第二光耦合器的输出三极管的集电极和发射极、串联正极和串联负极均连接所述火线且串联节点连接所述第二低频充电器；
两个第二二极管，各自连接在两个所述第二单向可控硅的负极和门极之间。
4.如权利要求2所述的双低频充电电路，其特征在于，所述第一可控硅开关包括：
第一双向可控硅，所述第一双向可控硅的门极连接所述第一光耦合器的输出三极管的集电极、第一电极连接所述交流输入端的火线且第二电极连接所述第一低频充电器；
第三二极管，连接在所述第一双向可控硅的第二电极与门极之间；
所述第二可控硅开关包括：
第二双向可控硅，所述第二双向可控硅的门极连接所述第二光耦合器的输出三极管的集电极、第一电极连接所述火线且第二电极连接所述第二低频充电器；
第四二极管，连接在所述第二双向可控硅的第二电极与门极之间。
5.如权利要求1所述的双低频充电电路，其特征在于，所述第一低频充电器包括：
第一变压器，包括第一初级线圈和第一次级线圈；
所述第一初级线圈具有至少三个节点，所述第一初级线圈的头节点连接所述第一可控硅开关、中间节点和尾节点分别通过变压器切换开关连接所述控制模块的第三输出端和第四输出端；
所述第一次级线圈具有三个节点，所述第一次级线圈的头节点和尾节点分别通过两个第一整流二极管连接所述直流输出端的正极且中间节点连接所述直流输出端的负极；
所述第二低频充电器包括：
第二变压器，包括第二初级线圈和第二次级线圈；
所述第二初级线圈具有两个节点，所述第二初级线圈的头节点连接所述交流输入端的零线且尾节点连接所述第二可控硅开关；
所述第二次级线圈具有三个节点，所述第二次级线圈的头节点和尾节点分别通过两个第二整流二极管连接所述直流输出端的正极且中间节点连接所述直流输出端的负极。
6.如权利要求5所述的双低频充电电路，其特征在于，所述变压器切换开关包括：
串联的第一三极管和第一输入继电器，所述第一三极管的基极连接所述控制模块的第三输出端且集电极连接所述第一输入继电器，所述第一输入继电器的两个常开触点分别连接所述零线和所述第一初级线圈的中间节点；
串联的第二三极管和第二输入继电器，所述第二三极管的基极连接所述控制模块的第四输出端且集电极连接所述第二输入继电器，所述第二输入继电器的两个常开触点分别连接所述零线和所述第一初级线圈的尾节点。
7.如权利要求1所述的双低频充电电路，其特征在于，所述第一低频充电电路还包括连接在所述第一低频充电器和所述直流输出端之间的第一输出开关，所述第一输出开关包括：
串联的第三三极管和第一输出继电器，所述第三三极管的基极连接所述控制模块的第五输出端、集电极连接所述第一输出继电器且发射极连接所述直流输出端的负极，所述第一输出继电器的两个常开触点分别连接所述第一低频充电器和所述直流输出端的正极；
所述第二低频充电电路还包括连接在所述第二低频充电器和所述直流输出端之间的第二输出开关，所述第二输出开关包括：
串联的第四三极管和第二输出继电器，所述第四三极管的基极连接所述控制模块的第六输出端、集电极连接所述第二输出继电器且发射极连接所述直流输出端的负极，所述第二输出继电器的两个常开触点分别连接所述第二低频充电器和所述直流输出端的正极。
8.如权利要求1所述的双低频充电电路，其特征在于，还包括连接在所述交流输入端与所述控制模块之间的过零检测模块，所述过零检测模块包括：
第三光耦合器，所述第三光耦合器的输入二极管的正极和负极分别连接所述交流输入端的零线和火线，所述第三光耦合器的输出三极管连接所述控制模块的第一输入端；
第三整流二极管，连接在所述零线和所述第三光耦合器的输入二极管的正极之间。
9.如权利要求1所述的双低频充电电路，其特征在于，所述输出采样模块包括：
串联的第一采样电阻和第二采样电阻，连接在所述直流输出端的正极和地之间，且所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的串联节点连接所述控制模块的第二输入端。
10.一种双低频充电设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的双低频充电电路。
11.一种双低频充电电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的双低频充电电路，所述控制方法包括：
所述控制模块依次响应于所述交流输入端的接通信号、充电模式信号和所述直流输出端的接通信号，通过所述输出采样模块采集所述直流输出端的充电参数；
于所述充电参数指示充电电压位于预设电压区间，所述控制模块控制所述第一低频充电电路导通且所述第二低频充电电路截断；
于所述充电参数指示所述充电电压超出所述预设电压区间，所述控制模块控制所述第二低频充电电路导通且所述第一低频充电电路导通或截断。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，还包括：
所述控制模块依次响应于所述交流输入端的接通信号、启动模式信号和所述直流输出端的接通信号，监测是否有发动机启动信号；
当监测到所述发动机启动信号，所述控制模块控制所述第一低频充电电路导通且所述第二低频充电电路截断。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，当所述充电模式信号或所述启动模式信号与所述直流输出端的接通信号的触发顺序错误时，所述控制模块输出错误提示信息。
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