CN201674260U - 一种智能型充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能型充电器，包括整流滤波和启动回路、控制回路、变压器、输出整流滤波回路和反馈回路；市电进入经整流滤波和启动回路转为高压直流电，再经控制回路和变压器转为高频率低压脉冲，然后经输出整流滤波回路输出低电压的直流电；反馈回路用于输出稳压；还包括连接在输出整流滤波回路和充电器正、负输出端之间的防反接回路；所述防反接回路包括光电耦合器U1和MOS管V2，光电耦合器U1根据电池和充电器的极性是否对应决定是否导通MOS管V2。本实用新型采用防反接回路有效的解决了充电器与电池极性相反时，造成充电器的损坏的问题，适用于各种充电器，方便了用户的使用。

Description

一种智能型充电器

技术领域

本实用新型涉及一种充电器，特别涉及一种电动车用的智能型充电器。

背景技术

随着电动车行业的迅速发展，电池的使用十分广泛。电池虽然具有制造成本低、容量大、价格低廉的优点，但由于其固有的特性，若使用不当，寿命将大大缩短。影响电池寿命的因素很多，采用正确的充电方式，能有效延长电池的使用寿命。而电动车的主要部件是电池，成本最高的也是电池，目前损耗最快的还是电池。因此，生产厂家设计出了各种各样的电池充电器。就目前电动车充电器存在以下问题：

一、当使用的充电器与电池极性相反时，会造成充电器的损坏。对于不同的厂家，由于没有统一的标准，各厂家生产的电池充电插座正负极和充电器输出正负极不尽相同。当用户将不同品牌车配充电器相互借用时，会导致电池和充电器损坏，这不仅通用性不够，造成了大量的浪费，而且也不方便用户使用。

二、对电池进行阀值电压长时间充电。这会造成电池的损坏。目前，电动车的电池大多是铅酸电池。专家指出：一般充电时间控制在8小时左右为宜，充电时间过长不仅浪费了电能，而且会使电瓶严重失水，加速极板的硫化过程，从而大大缩短电池的使用寿命，这是电池短命的主要原因。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种智能型电池充电器，它能以简单的方法彻底解决当充电器与电池极性相反时对充电器的损害问题，方便用户的操作使用。

实现本实用新型目的的技术方案是一种智能型充电器，包括整流滤波和启动回路、控制回路、变压器、输出整流滤波回路和反馈回路；市电进入经整流滤波和启动回路转为高压直流电，再经控制回路和变压器转为高频率低压脉冲，然后经输出整流滤波回路输出低电压的直流电；反馈回路用于输出稳压；还包括连接在输出整流滤波回路和充电器正、负输出端之间的防反接回路；所述防反接回路包括光电耦合器U1和MOS管V2，光电耦合器U1根据电池和充电器的极性是否对应决定是否导通MOS管V2。

所述防反接回路的光电耦合器U1的发光二极管的阳极经过电阻连接充电器正输出端，阴极连接充电器负输出端；光电耦合器U1的光敏三极管的集电极通过电阻连接所述变压器的次级，发射极经过电阻R48接地；所述防反接回路的MOS管V2的G极连接光电耦合器U1的光敏三极管的发射极，D极连接充电器负输出端，S极接地。

所述防反接回路的光电耦合器U1的型号为817，MOS管V2的型号为IRF540。

智能型充电器还包括定时回路；定时回路包括四运算放大器IC3和单片机IC4；单片机IC4内存储有最长恒流恒压充电时间和最长阀值充电时间；四运算放大器IC3控制单片机IC4启动最长恒流恒压充电时间和最长阀值充电时间两种计时功能，当各定时时间到时电池未转入浮充阶段，则控制单片机IC4强制执行恒压充电到浮充阶段的转换。

所述定时回路的四运算放大器IC3的型号是LM2902；单片机IC4的型号是108。

所述定时回路单片机IC4的引脚1为电源端，引脚2为定时启动端，引脚5通过四运算放大器IC3的引脚9控制电池进入浮充阶段，引脚8接地；四运算放大器IC3的引脚11接地，引脚4为电源正，引脚1为单片机IC4的引脚2提供定时启动电压。

所述单片机IC4内存储的最长恒流恒压充电时间为11小时，最长阀值充电时间为3小时。

所述控制回路的主控芯片IC1的型号为UC3842，用于驱动型号为8N60的MOS管V1；所述反馈回路包括型号为TL431的精密稳压源IC2和型号为817的光电耦合器U2，利用精密稳压源IC2构成误差电压放大器，通过光电耦合器U2对输出进行调整。

所述输出整流滤波回路还包括由型号为IN5404的二极管D16、D17构成的防止电池电流回流回路。

智能型充电器还包括由发光二极管组成的指示模块；所述指示模块包括电源指示灯LED1和充电指示灯LED2。

本实用新型采用了上述技术方案后，具有以下的积极效果：(1)本实用新型采用防反接回路有效的解决了充电器与电池极性相反时，造成充电器的损坏的问题，适用于各种充电器，方便了用户的使用。同时根据国家标准GB4706.18-2005中的《10.101》条款规定，空载直流输出电压不应超过42.4V。本实用新型的防反接回路可使充电器在不连接电池的状态下输出为零，插上电池后输出正常，这不仅符合了国家标准又确保了人身安全。

(2)本实用新型采用定时回路实现双定时功能，是解决电池长时间以闸值电压充电造成损坏这一难题的最简单、最有效、最经济的方法，在该定时回路的控制下，电池能自动转换为浮充状态充电，方便又安全。有效避免了充电器充电时间过长，延长了充电器的使用寿命，同时节省电费，经过计算一月能节电5度，一年可节电60度，折合人民币30元。

(3)本实用新型的智能型充电器还具有短路保护、防止电池电流回流以及指示灯附加功能，进一步提高了充电器的稳定性，使用更加方便。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型的电路原理图。

附图中标号为：

整流滤波和启动回路1、控制回路2、变压器3、输出整流滤波回路4、反馈回路5、防反接回路6、定时回路7、指示模块8。

具体实施方式

见图1，本实施例的智能型充电器是以主控芯片IC1为核心控制部件配合四运算放大器IC3，设计的一款输入为220VAC，输出为48V的智能型电池充电器，实现对充电器的防反充保护功能以及对电池的恒流-恒压-浮充的三阶段充电过程的控制。智能型充电器的电路包括整流滤波和启动回路1、控制回路2、变压器3、输出整流滤波回路4、反馈回路5、防反接回路6、包括定时回路7和指示模块8。市电进入经整流滤波和启动回路1转为高压直流电，再经控制回路2和变压器3转为高频率低压脉冲，然后经输出整流滤波回路(4)输出低电压的直流电。

具体来说，整流滤波和启动回路1对市电整流滤波并启动控制回路2中的主控芯片IC1。交流电由C22、TL1、C21进行低通滤波，其中C22、C21组成抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声，对电磁干扰有很强的衰减旁路作用。滤波后的交流电压经D1～D4桥式整流以及电解电容C2滤波后变成310V的脉动直流电压，此电压经R51、R54降压后给C4充电，当C4的电压达到控制回路2中的主控芯片IC1的启动电压门槛值时，主控芯片IC1开始工作并提供驱动脉冲，由起引脚6输出启动控制回路2中的MOS管V1工作。随着主控芯片IC1的启动，R51、R54的工作也就基本结束，余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产生电压给主控芯片IC1供电。由于输入电压超过了主控芯片IC1的工作电压，为了避免意外，用ZD1稳压管限定主控芯片IC1的输入电压，避免主控芯片IC1被损坏。

控制回路2的主控芯片IC1的型号为UC3842，用于驱动型号为8N60的MOS管V1。主控芯片IC1的引脚1外接反馈回路5的阻容元件，用来补偿误差放大器的频率特性；引脚2是反馈电压输入端，将取样电压加到误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的基准电压进行比较，产生误差电压；引脚3是电流检测输入端，与电阻配合，构成过流保护电路；引脚4外接锯齿波振荡器外部定时电阻R6与定时电容C7，决定振荡频率；引脚5接地；引脚6输出方波脉冲驱动MOS管V1工作；引脚7为电源正极；引脚8的基准电压VREF为0.5V。调整R1的阻值可以调整充电器的最大电流。由于输入电压的不稳定，或者一些其他的外在因素，有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具有一定的保护功能。当由于某种原因，输出端短路而产生过流，MOS管V1的D极电流将大幅度上升，R1两端的电压上升，主控芯片IC1的引脚3上的电压也上升。当引脚3的电压超过正常值0.3V达到1V时，主控芯片IC1的PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。这时，主控芯片IC1的引脚6无输出，MOS管V1截止，从而保护了电路。如果供电电压发生过压，如在265V以上，主控芯片IC1无法调节占空比，变压器3的初级绕组电压大大提高，主控芯片IC1的脚7供电电压也急剧上升，其脚2的电压也上升，关闭输出。如果电网的电压低于85V，主控芯片IC1的脚1电压也下降，当下降到1V(正常值是3.4V)以下时，PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。

变压器3为高频脉冲变压器，T1其作用有三个：第一是把高压脉冲将压为低压脉冲；第二是起到隔离高压的作用，以防触电；第三是为控制回路2中的主控芯片IC1提供工作电源。

输出整流滤波回路4中，D15为高频整流管，与R50及C16组成RC缓冲电路，以减小二极管D15的尖峰电压。C17、C23为低压滤波电容。D16、D17构成防止电池电流回流回路，起到防止电池电流倒灌给充电器的作用。R32是电流取样电阻(0.1欧姆，3w)。

反馈回路5包括型号为TL431的精密稳压源IC2和型号为817的光电耦合器U2，利用精密稳压源IC2构成误差电压放大器，通过光电耦合器U2对输出进行调整。利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过光电耦合器U2对输出进行精确的调整。R13、R15、R16、R64、R57是精密稳压源IC2的外接控制电阻，它们决定输出电压的高低，和精密稳压源IC2一并组成外部误差放大器。当输出电压升高时，R7上的取样电压也随之升高，设定电压大于精密稳压源IC2的基准电压2.5V，使精密稳压源IC2内的误差放大器的输出电压升高，致使片内驱动光敏三极管的输出电压降低，也使输出电压Vo下降，最后Vo趋于稳定；反之，输出电压下降引起设置电压下降，当输出电压低于设置电压时，误差放大器的输出电压下降，片内的驱动光敏三极管的输出电压升高，最终使得主控芯片IC1的引脚1的补偿输入电流随之变化，促使片内对PWM比较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。

防反接回路6连接在输出整流滤波回路4和充电器正、负输出端之间。包括光电耦合器U1和MOS管V2，光电耦合器U1的型号为817，MOS管V2的型号为IRF540。光电耦合器U1根据电池和充电器的极性是否对应决定是否导通MOS管V2。光电耦合器U1的发光二极管的阳极经过电阻R31连接充电器正输出端，阴极连接充电器负输出端；光电耦合器U1的光敏三极管的集电极通过电阻R34连接变压器3的次级，发射极经过电阻R48接地；防反接回路6的MOS管V2的G极连接光电耦合器U1的光敏三极管的发射极，D极连接充电器负输出端，S极接地。当充电器没有连接电池时没有输出电压。如果电池和充电器电压是对应的，此时的防反接回路6开始工作，即充电器正输出端DC+、R31、U1、充电器负输出端DC-形成回路，光电耦合器U1开始工作后，光电耦合器U1的发光二极管导通，此时变压器3的次级通过D7、R34、U1给MOS管V2一个驱动电压，R48形成U1中的光敏三极管的发射极的输出电压，同时又形成MOS管V2的G极电压，使MOS管V2的D、S极导通，即输出端和电源地线短接，整个电路形成回路，充电器开始工作。如果电池和充电器极性是反的，即电池的正极接电源负极，电池的负极接电源的正极时，光电耦合器U1的发光二级管处于反偏状态，即光电耦合器U1不工作，此状态下MOS管V2的D、S极不会导通，电路处于无输出状态。所以此种状况下电池电压电流不会反加到充电器的回路上，不致将充电器损坏。

定时回路7包括四运算放大器IC3和单片机IC4；单片机IC4内存储有最长恒流恒压充电时间11小时和最长阀值充电时间3小时；四运算放大器IC3控制单片机IC4启动最长恒流恒压充电时间和最长阀值充电时间两种计时功能，当各定时时间到时电池未转入浮充阶段，则控制单片机IC4强制执行恒压充电到浮充阶段的转换。四运算放大器IC3的型号是LM2902；单片机IC4的型号是108。单片机IC4的引脚1为电源端，引脚2为定时启动端，引脚5通过四运算放大器IC3的引脚9控制电池进入浮充阶段，引脚8接地；四运算放大器IC3的引脚11接地，引脚4为电源正，引脚1为单片机IC4的引脚2提供定时启动电压。充电器对电池进行恒流-恒压-浮充三个充电阶段，当充电器启动第一阶段的恒流充电时，单片机IC4自动启动最长恒流恒压充电时间11小时的计时功能。当电池电压上升到57.6V左右时，充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在57.6V左右，充电器进入恒压充电阶段后电流逐渐减小。当充电器在恒压阶段电流降到1.4A左右时，四运算放大器IC3的1脚输出高电平触发单片机IC4的2脚，使其开始3小时最长阀值充电时间的计时阶段。在3小时的最长阀值充电时间阶段内，如果充电器已经完成恒压充电到浮充的转换，说明充电已经完成，如果在3小时时间到，但仍没有完成恒压充电到浮充的转换，则单片机IC4的5脚输出将强制执行该转换，即强制执行恒压充电到浮充的转换。当没有自动完成恒压充电到浮充的转换，或3小时后还是强制转换由于意外未能执行时，最长恒流恒压充电时间11小时到达后，单片机IC4再次强制执行恒压充电到浮充的转换，这样就双重定时防止了电池长时间的大电流充电以致损坏。改变R59^*、R24的阻值可以调整充电器转浮充的转点电流。

指示模块8包括电源指示灯LED1和充电指示灯LED2。充电状态指示灯LED2包括绿灯和红灯，绿灯表示正处于充电阶段。

通电开始时，C2上有300V左右的电压。此电压一路经变压器T1加载到MOS管V1。第二路经R51、R54、C4，达到主控芯片IC1的第7脚，强迫主控芯片IC1启动。主控芯片IC1的6脚输出方波脉冲，驱动MOS管V1工作，电流经R1到地。同时变压器T1副线圈产生感应电压，T1输出线圈的电压经D15、C17、C23整流滤波得到稳定的电压。此电压一路经D16、D17给电池充电。第二路经D7、R68、R49为IC3和IC4及其外围电路提供工作电源。另一路经D8，R35到达反馈回路5，使电压降低。D9为IC3提供基准电压，经R21、R17分压达到IC3的第12脚。正常充电时，R21上端有0.18V左右电压，此电压加到IC3第12脚，IC3的13脚为充电时采样电压，当13脚大于12脚电压时从14脚送出低电压。此时IC3的10脚电压高于9脚，8脚输出高电平从而LED2红灯点亮，同时7脚输出低电平，LED2绿灯点亮充电器进入恒流充电阶段。当电池电压上升到57.6V左右时，充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在57.6V左右，充电器进入恒压充电阶段，电流逐渐减小。当充电电流减小到400mA-500mA时，IC3的9脚电压高于10脚，8脚输出低电压，LED2红灯灭，同时7脚输出高电压，LED2绿灯亮，充电器进入浮充充电阶段。当充电器开始恒流充电时，IC3的1脚输出低电平信号触发单片机IC4的2脚开始最长恒流恒压充电时间11小时的计时。D9提供的5.1V基准电压经R28、R30分压后为IC3的3脚提供0.12V左右的电压，当充电器充电电流达到恒压阶段的1.4A左右时，IC3的2脚就采样到一个0.12V左右的电压，IC3的2脚电压低于该电压，然后3脚和2脚进行比较，3脚电压高于2脚电压，IC3的1脚输出高电平，该高电平经电阻R20、R20^*、R38分压后为单片机IC4的2脚提供了5V的定时启动电压，此时最长阀值充电时间3小时的定时功能开始启动。在3小时计时阶段，如果充电器已经完成恒压充电到浮充的转换，说明充电已经完成，如果在3小时计时阶段还没有完成恒压充电到浮充的转换，单片机IC4在3小时满后就会使该芯片的5脚输出高电平，该高电平经R29、D10到达运放IC3的9脚，9脚和10脚进行比较后使运放8脚输出低电平，此时充电指示灯LED2的红灯灭。IC3的8脚、6脚是通的，因此6脚也是低电平，6脚与5脚进行比较，5脚基准5.1V，得到7脚为高电平，此时充电指示灯LED2的绿灯亮，D11截止，充电器进入浮充阶段充电，即最长阀值充电时间3小时的定时功能起到作用，此时最长恒流恒压充电时间11小时的定时功能自动失效。当恒压充电到浮充的转换或3小时定时功能由于意外情况没有起到作用，充电达到11小时后，单片机IC4将启动5脚对运放IC3进行控制，原理与最长阀值充电时间3小时定时时间到执行强制转换时的原理一致，11小时后程序片再次强制执行恒压充电到浮充的转换，这样就双重定时防止了电池长时间的大电流充电以致损坏。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种智能型充电器，包括整流滤波和启动回路(1)、控制回路(2)、变压器(3)、输出整流滤波回路(4)和反馈回路(5)；市电进入经整流滤波和启动回路(1)转为高压直流电，再经控制回路(2)和变压器(3)转为高频率低压脉冲，然后经输出整流滤波回路(4)输出低电压的直流电；反馈回路(5)用于输出稳压；其特征在于：还包括连接在输出整流滤波回路(4)和充电器正、负输出端之间的防反接回路(6)；所述防反接回路(6)包括光电耦合器(U1)和MOS管(V2)，光电耦合器(U1)根据电池和充电器的极性是否对应决定是否导通MOS管(V2)。

2.根据权利要求1所述的一种智能型充电器，其特征在于：所述防反接回路(6)的光电耦合器(U1)的发光二极管的阳极经过电阻(R31)连接充电器正输出端，阴极连接充电器负输出端；光电耦合器(U1)的光敏三极管的集电极通过电阻(R34)连接所述变压器(3)的次级，发射极经过电阻(R48)接地；所述防反接回路(6)的MOS管(V2)的G极连接光电耦合器(U1)的光敏三极管的发射极，D极连接充电器负输出端，S极接地。

3.根据权利要求2所述的一种智能型充电器，其特征在于：所述防反接回路(6)的光电耦合器(U1)的型号为817，MOS管(V2)的型号为IRF540。

4.根据权利要求1至3之一所述的一种智能型充电器，其特征在于：还包括定时回路(7)；定时回路(7)包括四运算放大器(IC3)和单片机(IC4)；单片机(IC4)内存储有最长恒流恒压充电时间和最长阀值充电时间；四运算放大器(IC3)控制单片机(IC4)启动最长恒流恒压充电时间和最长阀值充电时间两种计时功能，当各定时时间到时电池未转入浮充阶段，则控制单片机(IC4)强制执行恒压充电到浮充阶段的转换。

5.根据权利要求4所述的一种智能型充电器，其特征在于：所述定时回路(7)的四运算放大器(IC3)的型号是LM2902；单片机(IC4)的型号是108。

6.根据权利要求5所述的一种智能型充电器，其特征在于：所述定时回路(7)的单片机(IC4)的引脚1为电源端，引脚2为定时启动端，引脚5通过四运算放大器(IC3)的引脚9控制电池进入浮充阶段，引脚8接地；四运算放大器(IC3)的引脚11接地，引脚4为电源正，引脚1为单片机(IC4)的引脚2提供定时启动电压。

7.根据权利要求6所述的一种智能型充电器，其特征在于：所述定时回路(7)的单片机(IC4)内存储的最长恒流恒压充电时间为11小时，最长阀值充电时间为3小时。

8.根据权利要求7所述的一种智能型充电器，其特征在于：所述控制回路(2)的主控芯片(IC1)的型号为UC3842，用于驱动型号为8N60的MOS管(V1)；所述反馈回路(5)包括型号为TL431的精密稳压源(IC2)和型号为817的光电耦合器(U2)，利用精密稳压源(IC2)构成误差电压放大器，通过光电耦合器(U2)对输出进行调整。

9.根据权利要求8所述的一种智能型充电器，其特征在于：所述输出整流滤波回路(4)还包括由型号为IN5404的二极管(D16、D17)构成的防止电池电流回流回路。

10.根据权利要求9所述的一种智能型充电器，其特征在于：还包括由发光二极管组成的指示模块(8)；所述指示模块(8)包括电源指示灯(LED1)和充电指示灯(LED2)。