CN201813199U

CN201813199U - 法拉电容充电器

Info

Publication number: CN201813199U
Application number: CN2010205628705U
Authority: CN
Inventors: 方继尧; 葛淇聪; 向可为
Original assignee: Nanjing Super Science & Technology Industrial Co ltd; NANJING LONGLING MACHINERY TRADE CO Ltd
Current assignee: Nanjing Super Science & Technology Industrial Co ltd; NANJING LONGLING MACHINERY TRADE CO Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2020-10-15

Abstract

本实用新型涉及一种法拉电容充电器，充电器输入端与交流电源间串联有输入取样电阻，充电器输出端与被充法拉电容间串联有输出取样电阻，该输出取样电阻两端接有比较放大器，充电器输入端与高频变压器间串联有场效应管，该场效应管的G极接脉宽发生器，该脉宽发生器受充电器输入端与比较放大器共同控制，被充法拉电容二端并联有电压转换器，该电压转换器接电流放大比较器。在脉宽发生器与比较放大器间串联有光耦。电压转换器为单片机、集成电压比较器、集成运算放大器或分立元件电路。在不增大充电器功率的前提下，减少充电时间，在把电容充满的前提下，减小平衡电路的功率，可节省充电器的制造成本。

Description

法拉电容充电器

技术领域

本实用新型属于法拉电容充电技术领域，特别是一种法拉电容充电器。

背景技术

人们在日常工作与生活中经常会使用各种电动器具，传统的电动器具使用的能源大体有二种，交流电源与蓄电池电源。交流电源使用最普遍，它的优势是电压稳定并可连续使用，但也存在不足，一是使用场所必需有就近的交流电源，二是电动器具拖有一根电源线，在有些环境中使用不便，并存有一定的触电安全隐患。使用蓄电池电源可以克服交流电源的上述不足，但蓄电池必需在使用前充足电，并且充电时间较长，一般都需数小时，给使用带来不便。因此近来市场出现用法拉电容作为能源的电动器具，法拉电容是一种电容量较大的电容，充电后能储蓄一定的电能，其特点是：1、可以用较大的电流对之充电，因此充电时间短，一般只需几十秒即可完成充电，克服了蓄电池电源充电时间较长的缺撼；2、特别环保，从制造过程到废弃物都无污染；3、使用寿命长，电容的充放电次数可达数十万次，而蓄电池的充放电次数仅有数百次。如何对法拉电容充电是一项全新的重要技术，法拉电容与传统的电解电容有较大的区别，其单个电容额定电压值较低，一般只有2.5～2.7V，大多需多个串联使用，以提高工作电压；另外法拉电容在制造时本身不可避免存在容量、内阻等方面的差异，在使用过程中这种容量差异会变得更大；在串联充电时容量小的法拉电容先充满，如果继续充电，该法拉电容将出现过充现象，并击穿法拉电容使之失效。现有的充电技术采用了以下几种方式来克服法拉电容过充的现象：一是采用恒流充电，还未充到法拉电容的额定电压值就停止充电，其不足之处是，法拉电容存储的能量将大大降低，因为电容上存储的能量是与电压的二次方成正比；二是采用先恒流后恒压方式，其不足之处是，由于转入恒压充电方式工作，充电电流将逐步减少，增加了充电时间；三是采用恒流加大功率平衡电路，将多余的电通过平衡电路短路掉，其不足之处是，随着充电电压的提升，充电器输出功率也同步增加，另外还大幅度地增加了损耗与发热，提高了制造成本，例如：对2.7V法拉电容用20A电流恒流充电，这时串联使用的每节法拉电容平衡电路的功耗就是：

2.7V×20A＝54W。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种法拉电容充电器，根据被充电法拉电容上的电压变化，实时调整对法拉电容进行充电的模式。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种法拉电容充电器，包括充电器输入端、充电器输出端和高频变压器，充电器输入端与交流电源间串联有输入取样电阻，充电器输出端与被充法拉电容间串联有输出取样输出电阻，该取样电阻两端连接比较放大器，充电器输入端与高频变压器间串联有场效应管，该场效应管的G极接脉宽发生器，该脉宽发生器分别与充电器输入端、比较放大器连接，被充法拉电容两端并联有电压转换器，该电压转换器的输出端接电流放大比较器；电压转换器向比较放大器输出电平信号，再结合输出取样电阻上的电流压降值，向脉宽发生器输出调制信号；另外，当输入取样电阻上的电流压降值达到临界值，充电器输入端进入恒流状态，向脉宽发生器发出调制信号，脉宽发生器控制场效应管的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：由于采用了大恒流+恒功率+小恒流的分段充电模式，在不增大充电器功率的前提下，减少充电时间，在把电容充满的前提下，减小平衡电路的功率，因此在满足充电要求的条件下，可大幅度节省充电器的制造成本。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1是本实用新型法拉电容充电器的原理框图。

图2是在脉宽发生器A3与比较放大器A5间串联有光耦A4的电原理图。

在图中：A1是充电器输入端，A2是充电器输出端，A3是脉宽发生器，A4是光耦，A5是比较放大器，Q是场效应管，R1是输入取样电阻，R2是输出取样电阻，T是高频变压器，U是电压转换器，C是被充法拉电容，AC220V是交流电源。

具体实施方式

结合图1，本实用新型法拉电容充电器，包括充电器输入端A1、充电器输出端A2和高频变压器T，充电器输入端A1与交流电源间串联有输入取样电阻R1，充电器输出端A2与被充法拉电容C间串联有输出取样电阻R2，该取样电阻R2两端连接比较放大器A5，充电器输入端A1与高频变压器T间串联有场效应管Q，该场效应管Q的G极接脉宽发生器A3，该脉宽发生器A3分别与充电器输入端A1、比较放大器A5连接，被充法拉电容C两端并联有电压转换器U，该电压转换器U的输出端接电流放大比较器A5；电压转换器U向比较放大器A5输出电平信号，该比较放大器A5再结合输出取样电阻R2上的电流压降值，向脉宽发生器A3输出调制信号；另外，输入取样电阻R1上的电流压降值达到临界值，充电器输入端A1进入恒流状态，向脉宽发生器A3发出调制信号，脉宽发生器A3控制场效应管Q的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。

在图1中，法拉电容充电器以高频变压器T为界，分为充电器输入端A1与充电器输出端A2，充电器输入端A1与交流电源(AC220V、230V或者其他根据需要的电压)之间串联有输入取样电阻R1，该输入取样电阻R1的作用是通过充电器输入端A1控制脉宽发生器A3，限制充电器的最大输入电流。在充电器输出端A2与被充法拉电容C间串联有输出取样电阻R2，该输出取样电阻R2两端接有比较放大器A5，在被充法拉电容C二端并联有电压转换器U，该电压转换器U可以为单片机、集成电压比较器、集成运算放大器或分立元件电路。通过电压转换器U的AD脚采样，可即时检测到被充法拉电容C上的电压，依据C上的电压变化，电压转换器U决定比较放大器A5的恒流工作模式，比较放大器A5再依据输出取样电阻R2上的压降，控制脉宽发生器A3。充电器输入端A1与高频变压器T间串联有场效应管Q，Q的G极接脉宽发生器A3，场效应管Q的导通与截止时间比(即占空比)，直接决定充电器的输入功率。

下面以实施例来阐述本实用新型的工作原理。

单个被充法拉电容C的额定电压是2.7V，容量是180F，3只串联使用，充满后电压值为8.1V，充电器额定输出电流为20A，额定输出功率为100W，分为3个充电阶段：

第一阶段电压值为0～5V，是大恒流充电阶段，电压转换器U向比较放大器A5输出高(或低)电平信号，使比较放大器A5在20A恒流状态下工作，该比较放大器A5再结合输出取样电阻R2上的电流压降值，向脉宽发生器A3输出调制信号，脉宽发生器A3依据调制信号，发出适当占空比的方波，控制场效应管Q的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。该阶段充电器输出功率从小逐步增大到100W，充电时间约15秒。如果输出电流大于20A时，输出取样电阻R2上的电流压降值就变大，比较放大器A5输出的信号发生变化，使脉宽发生器A3输出的方波占空比减小，充电器的输入功率也减小，直至输出电流不偏离20A，反之亦然。恒流值的大小，可调整输出取样电阻R2、比较放大器A5、脉宽发生器A3的参数来实现。

第二阶段电压值为5～7.5V，是恒功率充电阶段，输入取样电阻R1上的电流压降值达到临界值，同时充电器的输出功率为100W，充电器输入端A1进入恒流状态，向脉宽发生器A3发出调制信号，调节占空比大小，从而调节充电器的输入功率。该阶段充电器输出功率大致稳定在100W，充电时间约9.4秒。如果输入电流大于设定值，输入取样电阻R1上的电流压降值就变大，充电器输入端A1向脉宽发生器A3发出的调制信号发生变化，使脉宽发生器A3输出的方波占空比减小，充电器的输入功率也减小，直至输入电流不偏离设定值，反之亦然。AC220V交流电源的电压基本稳定，如果输入取样电阻R1上的电流恒定，则高频变压器T输入功率也就稳定，充电器输出功率同样也稳定，从而实现恒功率充电。恒功率值的大小，可调整输入取样电阻R1、充电器输入端A1的参数来实现。

第三阶段电压值为7.5～8.1V，是小恒流充电阶段，电压转换器U向比较放大器A5输出高(或低)电平信号，使比较放大器A5在3A恒流状态下工作，比较放大器A5再结合输出取样电阻R2上的电流压降值，向脉宽发生器A3输出调制信号，脉宽发生器A3依据调制信号，发出适当占空比的方波，控制场效应管Q的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。该阶段充电器输出功率为22.5W～24.3W，充电时间约12秒。这时每节法拉电容平衡电路的功耗就是：2.7V×3A＝8.1W。

这样，就实现在不增大充电器功率的前提下，减少了充电时间，合计约36.4秒，在把电容充满的前提下，减小了平衡电路的功率，只有8.1W。

以上所述仅为本实用新型的一个实施例，并不用以限制本实用新型。

在图2中，脉宽发生器A3与比较放大器A5间串联有光耦A4，因为脉宽发生器A3处于高频变压器T的输入端，属高压端，比较放大器A5处于高频变压器T的输出端，属低压端，在二者之间串联光耦A4，既可以传递信号，又可以解决元器件间的耐压以及用电安全问题。

电压转换器U可用单片机实现其功能，利用单片机的AD脚获取被充法拉电容C的电压，当被充法拉电容C的电压达到设定值，单片机通过其IO脚，向比较放大器A5输出高(或低)电平信号。

电压转换器U也可用集成电压比较器实现其功能，集成电压比较器是一款通用的集成电路产品，如LM339等，可预先设定其转换电压值，当被充法拉电容C的电压达到设定值，集成电压比较器的输出信号就会翻转，以此向比较放大器A5传递信号。

电压转换器U也可用集成运算放大器实现其功能，集成运算放大器也是一款通用的集成电路产品，如LM358、LM324等，其工作原理与集成电压比较器基本相同。

电压转换器U也可用分立元件实现其功能，可预先用电阻网络、稳压管等设定转换电压值，当被充法拉电容C的电压达到设定值，驱动三极管、场效应管等分立元件改变状态，以此向比较放大器A5传递信号。

Claims

1.一种法拉电容充电器，包括充电器输入端A1、充电器输出端A2和高频变压器T，其特征是：充电器输入端A1与交流电源间串联有输入取样电阻R1，充电器输出端A2与被充法拉电容C间串联有输出取样电阻R2，该输出取样电阻R2两端连接比较放大器A5，充电器输入端A1与高频变压器T间串联有场效应管Q，该场效应管Q的G极接脉宽发生器A3，该脉宽发生器A3分别与充电器输入端A1、比较放大器A5连接，被充法拉电容C两端并联有电压转换器U，该电压转换器U的输出端接电流放大比较器A5；电压转换器U向比较放大器A5输出电平信号，比较放大器A5再结合输出取样电阻R2上的电流压降值，向脉宽发生器A3输出调制信号；另外，输入取样电阻R1上的电流压降值达到临界值，充电器输入端A1进入恒流状态，向脉宽发生器A3发出调制信号，脉宽发生器A3控制场效应管Q的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。

2.根据权利要求1所述的法拉电容充电器，其特征是：在脉宽发生器A3与比较放大器A5间串联有光耦A4。

3.根据权利要求1所述的法拉电容充电器，其特征是：电压转换器U为单片机、集成电压比较器、集成运算放大器或分立元件电路。