CN201066798Y - 一种脉冲恒能充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脉冲恒能充电装置，包括全波整流电路、供电控制单元、间歇脉冲调制单元、模拟多谐振荡器、反激式电压变换器，与反激式电压变换器输出端连接的能量输出控制电路，所述能量输出控制电路通过其中的光耦器件反馈信号，接入模拟多谐振荡器构成反馈电路，且能量输出控制电路有用于连接蓄电池组输入端的输出端。本实用新型能够通过成本低廉、且电路简单的硬件恒能自适应控制充电过程，能减少充电电源瞬时波动产生的机械应力，避免蓄电池的极板损坏，有效的延长了铅酸蓄电池的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种充电装置，具体是指一种脉冲恒能充电装置。
背景技术
由于近年来电动车的兴起，铅酸蓄电池被广泛地用于助动车、电讯等行业之上。之前酸蓄电池主要用于工作主电源的备用，而像助动车这样强放强充的工作模式对于该电池来说是不利的，所以过去已有的许多充电模式对于目前这种强充过程已经不太合适。铅酸蓄电池的工作原理是将电能转变为化学能的方式进行能量贮存，放电则由化学能转变为电能向负荷提供电能，而现行的充电设备有恒压模式，恒流模式等，均设有考虑电能转换时的化学反应过程。现有蓄电池充电装置中脉冲充电控制一般采用编程智能芯片来完成控制，成本较高，可靠性较弱，还有部分采用的恒压充电在电池电势低时容易过电流；而恒流充电在电池电势高时容易过负荷发热，都不能达到对铅酸电池最佳充电模式的要求，因而限制了铅酸蓄电池的使用寿命。
实用新型内容
针对现有技术的缺陷，本实用新型旨在根据铅酸蓄电池化学反应过程的特点，提供一种脉冲恒能充电装置，能够通过成本低廉、且电路简单的硬件恒能自适应控制充电过程，能减少充电电源瞬时波动产生的机械应力，避免蓄电池的极板损坏，有效的延长了铅酸蓄电池的使用寿命。
为达到上述发明目的，本实用新型提供所述脉冲恒能充电装置，包括全波整流电路、供电控制单元、间歇脉冲调制单元、模拟多谐振荡器和反激式电压变换器能量输出及充电曲线跟踪控制回路，还包括与反激式电压变换器输出端连接的能量输出控制电路，其中所述全波整流电路和供电控制单元设有用来连接交流电源的输入端，供电控制单元的一输出端连接模拟多谐振荡器的输入端，其另一输出端接入间歇脉冲调制单元的输入端；间歇脉冲调制单元的输出端与模拟多谐振荡器的输入端连接，模拟多谐振荡器和全波整流电路的输出端分别连接反激式电压变换器的输入端，所述能量输出控制电路通过其中的光耦器件反馈信号，接入模拟多谐振荡器构成反馈电路，且能量输出控制电路有用于连接蓄电池组输入端的输出端。
所述能量输出控制电路由电压比较器U4与外围器件构成，其中6R1与稳压二极管6W1构成一稳压电路，形成参考基准电压，电阻6R7与光耦器件4G1连接，通过光耦器件4G1形成信号反馈接入模拟多谐振器，6R2与6R5构成分压网络接入U4反相输入端，6R3与6R4构成的分压网络接入U4的同相输入端，U4输出端和限流电阻6R7接入光耦器件4G1，在电压比较器U4的同相输入端与输出端之间连接有反馈电阻6R6形成回差电路。
所述全波整流电路包括整流二极管1D1、1D2、1D3和1D4构成，经滤波电容1C1与其并联的泄放电阻1R1接入反激式电压变换器高压直流输入端。
所述供电控制单元由交流电源接入变压器2B1，经整流桥BR、滤波电容器2C1、限流电阻2R1、稳压管2W1与毛刺吸收电容2C2构成直流工作电源，再通过电源输出端分别接入模拟多谐振荡器、间歇脉冲调制单元。
所述模拟多谐振荡器包括电压比较器U1、U2，其中决定振荡频率的4R4和4C1接入U1的反相输入端，上拉电阻4R5与4R3连接入U1同相输入端，U1通过其输出端连接的4R6与4C2并联接入电压比较器U2的反相输入端，4R7与4R8并联接入U2的同相输入端，且4R8并联有光耦器件4G1，U2输出端接入推动晶体管对3Q1与3Q2。
所述反激式电压变换器通过高频变压器3T1接入由6D1、6C2构成的高频整流电路，同时由全波整流输入的高压直流直接接入由3C1、3R3构成的尖峰吸收回路后，再与高反压VMOS管3Q3连接；高反压VMOS管的栅极通过3R1与用于脉冲信号放大的3Q1与3Q2组成的晶体管对连接。
所述间歇脉冲调制电路包括电压比较器U3，U3输出端通过接入二极管5D1的负极，与模拟多谐振器中的3Q1与3Q2的基极连接。
参照附图，本实用新型的工作原理如下所述：全波整流电路采用常规整流电路将交流220伏电压变换成直流310伏左右的工作电源，给反激式电压变换器供电，而供电控制单元是将交流220伏电压经变压器2B1降压之后经过常规的整流，滤波、稳压电路后给整个控制回路供电，供电电压为+12伏；反激式电压变换器由高反压VMOS管3Q3与高频变压器3T1构成，利用电能-磁能-电能转换的方式将由全波整流电路提供的高压直流电能转换为低压直流电能，同时以控制脉冲宽度的方式实现恒定能量的传递，进一步实现恒能充电的目的。模拟多谐振荡器产生定宽的驱动脉冲来推动高反压VMOS管3Q3进行DC/DC变换。其脉冲占空比的调整由后述能量输出控制电路来完成。所述多谐振荡器由通用电压比较器U1与外围电路构成，4R4和4C1决定其振荡频率，4R5为上拉电阻。4R6与4C2对U1输出波形进行变换，使U2的负相输入端为一三角波，在4R7与4R8的作用下，使U2输出的脉冲宽度受光耦器件4G1的控制。当4G1导通时，U2输出的脉冲宽度将逐步变窄直至关断。其中4G1的导通与否则通过能量输出控制电路控制，即视电池充电情况而定。
3Q1与3Q2组成晶体管对，将U2输出的脉冲进行放大，然后通过3R1对高反压VMOS管3Q3进行驱动，使3Q3工作在开关状态，当3Q3导通时，由220V整流后得到高压直流电源通过3T1的初级对地形成通路，高频变压器3T1充磁；当3Q3截止时，高频变压器初级电流被突然切断，而变压器中的磁场能量将通过变压器的次级绕组形成电流通过高频整流二极管6D1向负荷供电，其电能的多少是由3Q3导通时间来决定。因此通过对3Q3脉冲宽度的控制，就可以实现对充电能量的控制。
U3与外围电路共同组成间歇脉冲调制电路，其实现原理同模拟多谐振荡器部分一样，只是震荡周期较长，远远大于U1，通过二极管5D1对晶体管3Q1与3Q2进行控制，使得充电过程时断时停，以满足电解液扩散的要求，以避免局部电解液的浓度过高。
U4与相应的阻容网络构成了能量输出控制电路，该电路可根据蓄电池得状态给出合适得控制信号，对充电能量的分段控制，使整个系统从能量补充上满足对蓄电池充电的要求，其原理是在蓄电池充电初期，以补充能量为主要目的进行充电，而在蓄电池充电接近终3电位时，进行小能量补充充电方式，以实现既要充电充分又不导致极板发热的目的，并在适当的时刻停止充电，当电势跌落到一定数值时，重新启动补充充电过程控制。
参照附图3，蓄电池充电曲线可知：在曲线OA段，为蓄电池能量补充段，此段按正常充电能量充电；而在AB段，蓄电池的端电势上升较快，此时蓄电池内阻增大，应适当减少充电能量，避免极板发热；在BC段为停止向蓄电池提供能量后电势得自动回落阶段，当电势跌回C点后，充电装置应再次启动，继续向蓄电池补充能量周而复始，直到额定值为止。
本实用新型所述脉冲恒能充电装置，采用纯硬件电路完成，因此成本低，可靠性高，而且电路简单。其中间歇式充电让蓄电池内电解液有充足的扩散时间，避免局部电解液浓度过高而形成硫酸铅大颗粒，造成蓄电池容量下降；且利用脉冲变压器构成激式变换器，以恒定能量向蓄电池充电；不采用智能器件构成，而利用常规廉价集成电路实现其充电控制回路，从而避开智能器件软失效的可能，提高电路的可靠性，同时降低总体成本；输出能量根据蓄电池的充电曲线进行跟踪控制，返回信号由光耦器件完成，能根据电池实际状态，自动调整充电能量与间歇时间，既保证了每组电池电量能充足，又避免了因过充造成水解而损失电液；充电末端时间采用短脉冲形成短时过充对轻微硫化极板进行了修复。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型一种实施例的电路图；
图3是蓄电池充电时间-电势曲线图。
具体实施方式
交流220伏电压通过全波整流电路中的整流桥堆整流、电容滤波变换成直流310伏左右的工作电源，给反激式电压变换器供电，交流220伏电压同时也经供电控制单元中的变压器2B1降压之后经过整流桥BR整流，电容2C1、2R1滤波、稳压管2W1稳压后给整个控制回路提供+12伏电压；所述多谐振荡器中的电压比较器U1采用LM339，多谐振荡器的振荡频率由4R4和4C1决定，约为50KHZ，4R5为上拉电阻。4R6与4C2对U1输出波形进行变换，使U2的负相输入端为一三角波，在4R7与4R8的作用下，使U2输出的脉冲宽度受光耦器件4G1的控制。当4G1导通时，U2输出的脉冲宽度将逐步变窄直至关断。其中震荡周期为0.3HZ的间歇脉冲调制电路中U3采用LM339，通过二极管5D1对晶体管3Q1与3Q2进行控制，使得充电过程时断时停，以满足电解液扩散得要求，以避免局部电解液得浓度过高。3Q1与3Q2组成的晶体管对将U2输出的脉冲进行放大，然后通过3R1对高反压VMOS管3Q3进行驱动，使3Q3工作在开关状态：当3Q3导通时，由220V整流后得到高压直流电源通过3T1的初级对地形成通路，高频变压器3T1充磁；当3Q3截止时，高频变压器初级电流被突然切断，而变压器中的磁场能量将通过变压器的次级绕组形成电流通过高频整流二极管6D1向负荷供电，其电能的多少是由3Q3导通时间来决定。
能量输出控制电路中6R1与6W1构成一稳压电路，当充电电势接近曲线A点时，8R6与6R9的分压点电势将高于6W1上电压，光耦器件4G1通过6R7将逐步导通，此时4R8上的电位下降，从而导致U2脉冲变窄，充电装置向蓄电池提供能量将逐步减少，当蓄电池电势进一步升高到B点时，此时6R2与6R5的分压将高于6R3与6R4的分压，此时U4输出将由高变低，此时G41将完全导通，进而导致U2关断，使得装置停止向外供电。由于U4输出为低时，通过6R6的作用将U4锁死，只有当外电势降低C点时，6R2与6R5分压降低到可以使U4发生翻转，此时电路又重新开始工作。
Claims (7)
1.一种脉冲恒能充电装置，包括全波整流电路、供电控制单元、间歇脉冲调制单元、模拟多谐振荡器和反激式电压变换器，其特征在于，还包括与反激式电压变换器输出端连接的能量输出控制电路，其中所述全波整流电路和供电控制单元设有用来连接交流电源的输入端，供电控制单元的一输出端连接模拟多谐振荡器的输入端，其另一输出端接入间歇脉冲调制单元的输入端；间歇脉冲调制单元的输出端与模拟多谐振荡器的输入端连接，模拟多谐振荡器和全波整流电路的输出端分别连接反激式电压变换器的输入端，所述能量输出控制电路通过其中的光耦器件反馈信号，接入模拟多谐振荡器构成反馈电路，且能量输出控制电路有用于连接蓄电池组输入端的输出端。
2.根据权利要求1所述脉冲恒能充电装置，其特征在于，所述能量输出控制电路由电压比较器(U4)与外围器件构成，其中电阻(6R1)与稳压二极管(6W1)构成一稳压电路，形成参考基准电压，限流电阻(6R7)与光耦器件(4G1)连接，通过光耦器件(4G1)形成信号反馈接入模拟多谐振器，电阻(6R2)与电阻(6R5)构成分压网络接入电压比较器(U4)反相输入端，电阻(6R3)与电阻(6R4)构成的分压网络接入电压比较器(U4)的同相输入端，电压比较器(U4)输出端和限流电阻(6R7)接入光耦器件(4G1)，在电压比较器(U4)的同相输入端与输出端之间连接有反馈电阻(6R6)形成回差电路。
3.根据权利要求1所述脉冲恒能充电装置，其特征在于，所述全波整流电路包括四个整流二极管(1D1、1D2、1D3和1D4)构成，经滤波电容(1C1)与其并联的泄放电阻(1R1)接入反激变换器高压直流输入端。
4.根据权利要求1所述脉冲恒能充电装置，其特征在于，所述供电控制单元由交流电源接入变压器(2B1)，经整流桥(BR)、滤波电容器(2C1)、限流电阻(2R1)、稳压管(2W1)与毛刺吸收电容(2C2)构成直流工作电源，再通过电源输出端分别接入模拟多谐振荡器、间歇脉冲调制单元。
5.根据权利要求1所述脉冲恒能充电装置，其特征在于，所述多谐振荡器包括电压比较器(U1、U2)，其中决定振荡频率的电阻(4R4)和电容器(4C1)接入电压比较器(U1)的反相输入端，上拉电阻(4R5)与上拉电阻(4R3)连接入电压比较器(U1)同相输入端，电压比较器(U1)通过其输出端连接的电阻(4R6)与电容器(4C2)并联接入电压比较器(U2)的反相输入端，电阻(4R7)与电阻(4R8)并联接入电压比较器(U2)的同相输入端，且电阻(4R8)并联有光耦器件(4G1)，电压比较器(U2)输出端接入推动晶体管对(3Q1、3Q2)。
6.根据权利要求1所述脉冲恒能充电装置，其特征在于，所述反激变换器通过高频变压器(3T1)接入由二极管(6D1)、电容器(6C2)构成的高频整流电路，同时由全波整流输入的高压直流直接接入由电容器(3C1)、电阻(3R3)构成的尖峰吸收回路后，再与高反压VMOS管(3Q3)连接；高反压VMOS管(3Q3)的栅极通过电阻(3R1)与用于脉冲信号放大的晶体管对(3Q1、3Q2)连接。
7.根据权利要求1所述脉冲恒能充电装置，其特征在于，所述间歇脉冲调制电路包括电压比较器(U3)，电压比较器(U3)输出端通过接入二极管(5D1)的负极，与模拟多谐振器中的晶体管对(3Q1、3Q2)的基极连接。
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