CN1738148A

CN1738148A - 电池充电器

Info

Publication number: CN1738148A
Application number: CN 200510060349
Authority: CN
Inventors: 陈国成; 朱士海; 谢旭明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2006-02-22

Abstract

本发明涉及一种电池充电器，它包括输入整流滤波电路、高频反激式变换电路、输出整流滤波电路和辅助电源电路，以及温度检测与控制电路，其特征在于：一恒流稳压控制电路，由电流电压检测反馈电路、光电耦合电路、脉宽调制控制电路依次串联组成。由整流滤波电路将市电交流输入整流为直流电，再经过高频反激式变换电路隔离输出直流电压给电池充电；采用恒流稳压控制电路与脉宽调制控制芯片结合进行恒流充电及稳压保护控制；采用温度检测控制电路为电池进行温度保护，防止电池过充电。本发明具有性能价格比高，安全可靠的优点，可广泛应用于各种镍镉电池、镍氢电池和锂电池等电池的充电。

Description

电池充电器

技术领域

本发明涉及一种充电器，尤其是一种恒流稳压的电池充电器。

背景技术

目前电池充电器都存在诸多不足之处，例如手机电池充电器就存在充电时间长，通用性差、携带不便和安全可靠性差等问题。其它的电动工具或电动车充电器也同样存在充电时间长，放电时间短，电池使用寿命短等问题，其中充电时间长，电池寿命短都被认为是电池充电器技术攻关的主题，为解决这一技术难题，一般从充电方式和控制方法入手，充电方式有线性和开关二种，线性放大方式使充电器主开关工作在线性区域，实现恒流充电，能延长电池寿命，但线性电效率低，充电时间长，适应不了宽电压范围要求。开关电源方式，充电快速、效率高，但影响电池寿命，而且控制方法复杂。对电池充电的控制方法，有用简单模拟控制方式，也有用单片机管理控制，单片机控制程序复杂，可靠性好，成本高。而简单的模拟控制电路性能差，在通用性、安全性、可靠性和完善保护以及直观显示等方面都达不到单片机控制的性能，因此在性能与成本中寻求适中的技术解决方案，就为人们对电池充电器的一种期望。

发明内容

本发明的目的是针对目前电池充电器所存在的普遍问题，设计一种高性能低成本的充电器，具体地说是设计一种充电时间较短、能延长电池使用寿命，同时具有通用性好、使用安全、充电可靠、保护功能完善、成本低的电池充电器。

本发明的设计方案是，一种电池充电器，它包括输入整流滤波电路、高频反激式变换电路、输出整流滤波电路和辅助电源电路，以及温度检测与控制电路，其特征在于：一恒流稳压控制电路，由电流电压检测反馈电路、光电耦合电路、脉宽调制控制电路依次串联组成，电流电压检测反馈电路接于输出整流滤波电路的输出端，脉宽调制控制电路接于高频反激式变换电路的一输入端。

上述设计的特点是以开关电源的结构实现恒流的充电方式，也就是利用高频反激式变换电路与脉宽调制电路相结合，使整流滤波电路输出为恒流输出，从而实现对充电池稳定可靠地充电，具有开关电源高效率的充电效果，又具有恒流充电，延长电池使用寿命的优点。其控制方法是根据检测充电电流的大小决定脉宽调制控制电路输出控制开关的占空比，从而调整输出电流，使输出充电电流恒定，同时还根据简单的稳压控制电路检测充电电压，当电池充电到一定的电压时，控制脉宽调制电路输出开关占空比，减小电池的充电电流，使电池电压不再升高，实现充电终止，当电路空载即电池末接入时，电流电压检测反馈电路使电路输出恒定电压，消耗极小的功率。将高频反激式变换电路与脉宽调制控制电路与电池温度检测电路相结合组成电池温度检测保护电路，当电池温度高出某范围时，使充电电路无输出，保护电池不过热而不被损坏。利用高频反激式变换电路与脉宽调制控制电路相结合，反馈控制开关电路输出的占空比，实现恒流充电、稳压保护，代替单片机程序控制，具有结构简单、工作稳定可靠，性能价格比高的优点，这是本发明的显著优点和进步。

附图说明

图1为本发明电路方框图；

图2为充电器充电输出特性图。

图3为充电器电路图。

具体实施方式

下面根据附图对实施例作进一步详细说明。

图1为电路方框图，包括输入整流滤波电路1、高频反激式变换电路2、输出整流滤波电路3、电流电压检测反馈电路4、光电耦合P1电路5、脉宽调制控制电路6、光电耦合P2电路9和辅助电源10。光电耦合电路5根据电流电压检测反馈电路4给定信号输入脉宽调制控制电路6反馈输出占空比。温度检测保护电路由电池温度检测电路8、光电耦合电路P2、脉宽调制控制电路6组成，光电耦合P2接电池温度检测电路8输出端和脉宽调制控制电路6的输入端。光电耦合电路9根据电池温度检测保护电路8给定信号输入脉宽调制控制电路6，当电池温度过高时使脉宽调制控制电路6不再工作。

输入整流滤波电路1由电感L1、电容C1、C2、C3，二极管D1～D4组成。由市电输入交流电经C1，L1，C2组成的滤波器后，经二极管D1～D4组成的整流桥整流和电解电容C3滤波后，变为平滑的直流电。高频反激式变换电路2由变压器T1、开关管Q1、二极管D5、稳压管Z1、电阻R2、R11和电容C4组成，高频变换后，输出隔离的交流电压，二极管D6和电容C5组成的输出整流滤波电路将它整流滤波为充电所需的直流电压。变压器T1中NP和NS的匝比决定了输出电压的大小，具体匝数可以根据需要进行参数设计。T1中NB为辅助电源绕组，二极管D7、稳压Z2和电容C6组成辅助电源。当开关管Q1导通时，输入电压加在变压器T1的NP绕组两端，由于NP绕组有一定电感量，流经NP绕组的电流线性上升，同时，能量储存在变压器T1中。由于二极管D6、D7截止，此时，NS和NB绕组中没有电流流过。当开关管Q1关断时，NP绕组中能量有三个输出，一是经D5、Z1、R2和C4嵌位吸收；二是经D6，Z2稳压，C7滤波作为辅助电源输出，供给芯片；三是主要能量向变压器T1副边绕组NS泄放，从而完成能量的隔离和变压输出。

脉宽调制控制电路6由光电耦合电路P1、集成芯片IC1、电阻R15、R16、R17、R18，电容C7、C8、C9、C10组成。光电耦合P1集电极的输出经电阻R15与集成芯片IC1的RT/CT端相连接。IC1为常用的PWM控制芯片，价格低廉。具有可微调的振荡器，能进行精确的占空比控制，能够根据输入信号大小反馈调节输出占空比，从而调节反激式变换器输出电压和电流，达到所需的大小。可用型号类，如UC3842、UC3844或AZ3842等。

电流电压检测反馈电路4，由三极管Q2、光电耦合P1、二极管D9、电容C11、电阻R8、R9、R10组成电流检测反馈电路，由三端稳压管Z3电阻R3、R4、R6、电容C12组成稳压电路。三端稳压管Z3为一个三端可调稳压器件，内部有一个精密恒定参考电压，可用型号类，如TL431、TL432、AZ431、AZ432等。

当电池电压未达到充满的电压时，R4和R6组成的电阻分压网络检测的电压值输入三端稳压管Z3控制端，此时该电压值低于Z3内部参考值2.5V，则Z3阴极端为高电压，约等于输出电压，因此D9截止，流经光电耦合P1原边二极管的电流就是流经三极管Q2的集电极电流。电阻R10检测充电电流大小，电阻R10两端压降决定了三极管Q2的基极电流，由于三极管工作在放大状态，基极电流与集电极电流成一定比例关系，因此光电耦合P1的输出能反映充电电流大小。光电耦合P1的输出与输入成一定比例线形关系，即流经P1的1脚到2脚的电流大小决定了流经4到3脚的大小。流经4到3脚的的电流再经过R17到地端，R17两端产生一定的电压。脉宽调制控制芯片IC1的1脚、2脚内部为一个带有2.5V参考的运算放大电路，电阻R16、R18，电容C8和IC1的1脚、2脚组成电压负反馈电路。当R17两端电压高时，负反馈电路使IC1的1脚输出变低，脉宽调制IC1的输出占空比就会变小；当R17两端电压低时，负反馈电路使IC1的1脚输出变高，脉宽调制IC1的输出占空比就会变大。因此，电阻R10检测的充电电流大小决定了脉宽调制控制芯片IC1的输出占空比的大小，它们成负反馈关系，经负反馈控制作用能实现充电电流保持恒定。

当电池电压即将达到充满时的电压时，R4和R6组成的电阻分压网络检测的电压值逐渐上升，接近三端稳压管Z3控制端的2.5V内部参考值，此时Z3阴极端电压逐渐下降，直到约等于2.5V。这段时间D9开始导通，流经光电耦合P1原边二极管的电流是流经D9、R7、Z3的电流和三极管Q2集电极电流之和，该电流决定了IC1输出占空比。随着电池电压的不断升高，充电电流也不断减小，从恒流充电变为涓流充电，直到为0，如附图2所示。当充电电流很小时，三极管Q2截止，充电指示发光二极管D10熄灭，流经光电耦合P1原边二极管的电流就是流经D9、R7、Z3的电流，该电流决定了IC1输出占空比，使输出电压保持恒定。

当电池未接时，电阻R10两端无电压，三极管Q2不导通，充电器输出一恒定电压值，R4和R6组成的电阻分压网络检测的电压值高于三端稳压管Z3控制端的内部参考值2.5V，此时Z3阴极端为低电压，约等于2.5V，因此D9导通，流经光耦P1原边二极管的电流就是流经D9、R7和Z3的电流，该电流决定了IC1输出占空比，使输出电压保持恒定。

充电器电路包括两个充电指示发光发光二极管指示，D11指示输出电压，表明电路有电压输出；D10指示充电状态，表明电路正给电池充电，当充电满时，该发光二极管熄灭。

由电池内部温度保护开关S1、光电耦合P2、电阻R19、R20和可控硅Q3组成温度检测保护电路。当电池未接时，R19和光电耦合P2原边支路断开，光电耦合P2不导通，可控硅Q3无触发信号，也处于截止状态，因此温度检测保护电路不工作，电路输出一恒定电压。当接入但电池温度低时，S1处于导通状态，光电耦合P2原边压降为零，光电耦合P2不工作，可控硅Q3也不导通，充电器给电池正常充电。当电池温度高于一定温度时，S1关断，则电池电流经过R19和光电耦合P2原边，光电耦合P2导通，光电耦合P2副边输出信号控制可控硅Q3导通，脉宽调制芯片IC1的7脚电压被拉低，IC1无电源供给停止工作，从而保护了电池，防止过充电。保护动作发生后，即使电池温度再变低，由于可控硅Q3自锁效应，保持导通，IC1不会重新工作，必须切断输入电源，重新供电，可控硅Q3才能复位，电路重新工作，这样有效防止了误动作。

根据本实施例制作的实验样机作充电实验，其输出给多节1500mAh电池串联的18V电池充电，充电电流达到1A，充电时间1.5小时，电池充满时电压为21.5V，电路效率为80％，表明是一种快速高效安全充电器。

本设计电路能在宽输入电压范围下工作，具有高精度的恒流稳压功能，同时具有短路保护、温度保护功能，能防止电池电流反灌，充电指示简单直观，是一款性能价格比高的产品，可广泛应用于各种手持设备电池的充电。

Claims

1、电池充电器，它包括输入整流滤波电路(1)、高频反激式变换电路(2)、输出整流滤波电路(3)和辅助电源电路(10)，以及温度检测与控制电路(9)，其特征在于：一恒流稳压控制电路，由电流电压检测反馈电路(4)、光电耦合电路(5)、脉宽调制控制电路(6)依次串联组成，电流电压检测反馈电路(4)接于输出整流滤波电路(3)输出端，脉宽调制控制电路(6)接于高频反激式变换电路(2)的一输入端。

2、根据权利要求1所述的电池充电器，其特征是温度检测保护电路由电池温度检测(8)、光电耦合P2、脉宽调制控制电路(6)组成，光电耦合P2连接电池温度检测电路(8)的输出端和脉宽调制控制电路(6)的输入端。

3、根据权利要求1所述的电池充电器，其特征是由三极管Q2、光电耦合P1、二极管D9、电容C11，电阻R6、R8、R9、R10组成电流检测反馈电路。

4、根据权利要求1所述的电池充电器，其特征是由三端稳压管Z3、电阻R3、R4、R6，电容C12组成电压检测反馈电路。

5、根据权利要求2所述的电池充电器，其特征是温度检测保护电路由温度传感开关S1，光电耦合P2，可控硅Q3，电阻R19、R20组成。

6、根据权利要求1所述的电池充电器，其特征是高频反激式变换电路(2)由高频开关管Q1、二极管D5、稳压管Z1、电阻R2、R11，电容C4和变压器T1组成。

7、根据权利要求1所述的电池充电器，其特征是脉宽调制控制电路(6)由光电耦合电路P1、集成芯片IC1、电阻R15、R16、R17、R18，电容C8、C9、C10组成，光电耦合P1集电极的输出经电阻R15与集成芯片IC1的RT/CT端相连接。

8、根据权利要求7所述的电池充电器，其特征是由集成芯片IC1的1脚和2脚与电阻R16、R17、R18和电容C8组成脉宽调制电路的电压负反馈电路。