CN203326682U - 电动自行车充电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种电动自行车充电器，它包括开关电源(1)、电流取样电阻(2)、电压取样电路(5)、电流信号放大电路(3)、A/D转换电路(4)、恒流充电控制电路(9)、单片机电路(8)、电压跟随器(6)、电压比较器(7)、恒压充电控制电路(11)、涓流充电控制电路(10)和光电耦合器(12)。本实用新型的充电器采用了单片机实现智能控制，在恒压充电阶段的对充电电流进行检测，当充电电流在长时间内不再减小时结束恒压充电，过渡到涓流充电阶段。该充电器适用于电瓶电压指标已经下降了的旧电瓶充电，防止旧电瓶充电时不能自动结束，导致电瓶爆壳报废的现象发生。
Description
技术领域：
本实用新型涉及电动自行车充电器，具体地说，涉及一种给电动自行车电瓶充电的充电器，属于电子技术领域。
背景技术
电动自行车不但环保而且效率高，现在随着人们生活水平的提高，骑电动车出行的人越来越多，这确实给人们带来了很多方便，但是电动自行车跑几十公里路程后，电瓶中的电能就会耗尽，需要定时充电。现在用的电动车充电器种类繁多，大都采用恒流充电、恒压充电和涓流充电三个充电过程，三个充电过程的转换是依据充电时电瓶电压值的大小自动实现。
依据电压大小实现充电过程转换的方法对新电瓶是可行的，但是对于使用了较长时间，电瓶电压指标已经下降了的旧电瓶就不适用，旧电瓶充电时往往因为电瓶电压上升不到规定值，充电器不能自动结束恒压充电，自动过渡到涓流充电阶段，电瓶始终保持恒压充电状态，导致电瓶发热甚至爆壳，最终彻底报废。
实用新型内容
本实用新型针对以上不足，提供一种新型的电动自行车充电器，该充电器利用单片机对充电电压和充电电流两个参数进行监控，实现充电过程的恒流充电、恒压充电和涓流充电三个阶段自动转换。该充电器在实现从恒流充电到恒压充电的转换时，也采用电压监控方法实现控制，但不同的是，在恒压充电阶段通过对充电电流的检测，当检测到充电电流长时间内(如10分钟)不再减小时结束恒压充电，转换到涓流充电阶段时。
为解决以上问题，本实用新型所采用的技术方案是：电动自行车充电器，其特征在于：开关电源1输出电瓶充电电压VD，VD串联电流取样电阻2、接电压取样电路5，取样电阻2接电流信号放大电路3，电流信号放大电路3分别接A/D转换电路4、恒流充电控制电路9，A/D转换电路4接单片机电路8；所述电压取样电路5接电压跟随器6，电压跟随器6分别接电压比较器7、恒压充电控制电路11，电压比较器7接单片机电路8；单片机电路8分别接恒流充电控制电路9、恒压充电控制电路11、涓流充电控制电路10；所述恒流充电控制电路9、恒压充电控制电路11、涓流充电控制电路10接光电耦合器12，光电耦合器12接开关电源1。
开关电源电路1由电源模块IC2和外围电路组成，IC2型号为MC3842，IC2的2脚为电压控制脚，外光电耦合器12，电耦合器12型号为PC817，电耦合器12的1、2接控制信号，4接电源，3脚接IC2的2脚；当输入到电耦合器12的控制信号增大时，IC2的2脚输出电 压增大，开关电源1输出电压下降，当输入到电耦合器12的控制信号减小时，IC2的2脚输出电压减小，开关电源1输出电压升高。
开关电源1输出三路直流电压，VD为电瓶充电电压，VC电压为+5V，是单片机电路8和A/D转化电路4的供电电源，VE电压为+12V，是集成运放和其它控制电路供电电源。
在VD端设有电压取样电路5，电压取样电路5由电阻R13和R14串联组成，电阻R13和R14连接点输出电压取样信号PV；在VD输出回路中串联了电阻R15，电阻R15构成电流取样电阻2，R15阻值0.1Ω功率为2W，充电电流流经R15形成电压信号PI，PI为电流检测信号。
电压跟随器6由四运放器LM324的第二运放IC6B、R22和R23组成。IC6B反相端接电阻R22，电阻R22另一端接IC6B的输出端，IC6B同相端接电压取样信号PV，电压跟随器6作用是放大信号PV。IC6B输出端一路接电阻R23，；另一路接电阻R35接三极管T3集电极。
电压比较器7由IC6C、R24、R25、R26、R27、D10和电容C19组成，电阻R23另一端接IC6C反相端，IC6C反相端接电阻R24，R24串电容C19后接IC6C的输出端，IC6C的同相端接R25与R26连接点，R26另一端接电源VE，R25的另一端接地，IC6C的输出端经电阻R27接稳压管D10的正极和芯片IC7的14脚，D10负极接地，D10为5V的稳压管，作用是对限幅IC6C输出的信号。
电流信号放大器3由第一运放IC6A、R16、R17、R18和D9组成，IC6A反相端接电阻R16与R17的连接点，电阻R17接12V电源VE，并与电阻R16串联，R16另端接地，IC6A同相端接电流取样信号PI，共同组成同相放大器对信号PI放大，IC6A输出端一路接电阻R18，电阻R18另一端接稳压管D9的正极和芯片IC7的2脚，D9负极接地，D9为5V的稳压管，作用是对限幅IC6A输出的信号；IC6A输出端另一路接电阻R34，电阻R34另一端接IC8的1脚。
A/D转换电路4由IC7、R19、R20和R21组成，A/D转换芯片IC7型号为ADC0832，其1脚接电阻R19，R19的另一端接单片机IC5的12脚，IC7的6脚为串行信号输出，接电阻R20，R20的另一端接单片机IC5的10脚，IC7的7脚接电阻R21，R21的另一端接单片机IC5的11脚。
恒流控制充电电路9由IC8、电位器RP、电阻R30、R31、R32和R33组成，单片机IC5的2脚接电阻R30，R30的另一端接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接IC1的1脚，T2的集电极接IC8的2脚，IC8的3脚经电阻R32接电源VE，电位器RP一端接电源VE，另一端接电阻R33，R33另一端接IC8的1脚、R31和R34的连接点，R31的另一端接地。
恒压控制充电电路11由T3、R29和R35组成，单片机IC5的1脚接电阻R29，R29的另 一端接三极管T3的基极，三极管T3的发射极接IC1的1脚，三极管T3的集电极接电阻R35，R35接电压控制信号。
涓流控制电路12由三极管T4、R36和R37组成，单片机IC5的3脚接电阻R36，电阻R36另一端接三极管T4的基极，三极管T4的发射极接IC1的1脚，集电极接电阻R37，R37的另一端接电源VE，IC1的2脚接地。
本新型采取以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：恒压充电阶段采用了电流监控方式，电流信号经过放大并转化为8位数字信号输入单片机电路，单片机电路对两次电流信号比较，最终实现控制，能够避免电瓶因过充电而造成损坏的现象发生。
下面结合附图和实施对本新型作进一步说明。
附图说明
附图1为本新型实施例中电动自行车充电器结构方框图；
附图2为本新型实施例中电动自行车充电器开关电源电路图；
附图3为本实用新型实施例中控制电路电路图；
图中：
1-开关电源，2-电流取样电路，3-电流信号放大电路，4-A/D转换电路，5-电压取样电路，6-电压跟随器，7-电压比较器，8-单片机电路，9-恒流充电控制电路，10-涓流充电控制电路，11-恒压充电控制电路，12-光电耦合器。
具体实施方式
实施例为48V电动自行车充电器，如图1所示，开关电源1输出电瓶充电电压VD，VD串联电流取样电阻2、接电压取样电路5，取样电阻2接电流信号放大电路3，电流信号放大电路3分别接A/D转换电路4、恒流充电控制电路9，A/D转换电路4接单片机电路8；所述电压取样电路5接电压跟随器6，电压跟随器6分别接电压比较器7、恒压充电控制电路11，电压比较器7接单片机电路8；单片机电路8分别接恒流充电控制电路9、恒压充电控制电路11、涓流充电控制电路10；所述恒流充电控制电路9、恒压充电控制电路11、涓流充电控制电路10接光电耦合器12，光电耦合器12接开关电源1。
如图2所示，开关电源电路1由电源模块IC2和外围电路组成，IC2型号为MC3842，IC2的2脚为电压控制脚，外光电耦合器12，电耦合器12型号为PC817，电耦合器12的1、2接控制信号，4接电源，3脚接IC2的2脚；当输入到电耦合器12的控制信号增大时，IC2的2脚输出电压增大，开关电源1输出电压下降，当输入到电耦合器12的控制信号减小时，IC2的2脚输出电压减小，开关电源1输出电压升高。
开关电源1输出三路直流电压，VD为电瓶充电电压，VC电压为+5V，是单片机电路8 和A/D转化电路4的供电电源，VE电压为+12V，是集成运放和其它控制电路供电电源。
在VD端设有电压取样电路5，电压取样电路5由电阻R13和R14串联组成，电阻R13和R14连接点输出电压取样信号PV；在VD输出回路中串联了电阻R15，电阻R15构成电流取样电阻2，R15阻值0.1Ω功率为2W，充电电流流经R15形成电压信号PI，PI为电流检测信号。
如图3所示，电压跟随器6由四运放器LM324的第二运放IC6B、R22和R23组成。IC6B反相端接电阻R22，电阻R22另一端接IC6B的输出端，IC6B同相端接电压取样信号PV，电压跟随器6作用是放大信号PV。IC6B输出端一路接电阻R23，；另一路接电阻R35接三极管T3集电极。
电压比较器7由IC6C、R24、R25、R26、R27、D10和电容C19组成，电阻R23另一端接IC6C反相端，IC6C反相端接电阻R24，R24串电容C19后接IC6C的输出端，IC6C的同相端接R25与R26连接点，R26另一端接电源VE，R25的另一端接地，IC6C的输出端经电阻R27接稳压管D10的正极和芯片IC7的14脚，D10负极接地，D10为5V的稳压管，作用是对限幅IC6C输出的信号；
电流信号放大器3由第一运放IC6A、R16、R17、R18和D9组成，IC6A反相端接电阻R16与R17的连接点，电阻R17接12V电源VE，并与电阻R16串联，R16另端接地，IC6A同相端接电流取样信号PI，共同组成同相放大器对信号PI放大，IC6A输出端一路接电阻R18，电阻R18另一端接稳压管D9的正极和芯片IC7的2脚，D9负极接地，D9为5V的稳压管，作用是对限幅IC6A输出的信号；IC6A输出端另一路接电阻R34，电阻R34另一端接IC8的1脚。
A/D转换电路4由IC7、R19、R20和R21组成，A/D转换芯片IC7型号为ADC0832，其1脚接电阻R19，R19的另一端接单片机IC5的12脚，IC7的6脚为串行信号输出，接电阻R20，R20的另一端接单片机IC5的10脚，IC7的7脚接电阻R21，R21的另一端接单片机IC5的11脚。
恒流控制充电电路9由IC8、电位器RP、电阻R30、R31、R32和R33组成，单片机IC5的2脚接电阻R30，R30的另一端接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接IC1的1脚，T2的集电极接IC8的2脚，IC8的3脚经电阻R32接电源VE，电位器RP一端接电源VE，另一端接电阻R33，R33另一端接IC8的1脚、R31和R34的连接点，R31的另一端接地。
恒压控制充电电路11由T3、R29和R35组成，单片机IC5的1脚接电阻R29，R29的另一端接三极管T3的基极，三极管T3的发射极接IC1的1脚，三极管T3的集电极接电阻R35，R35接电压控制信号。
涓流控制电路12由三极管T4、R36和R37组成，单片机IC5的3脚接电阻R36，电阻R36另一端接三极管T4的基极，三极管T4的发射极接IC1的1脚，集电极接电阻R37，R37的另一端接电源VE，IC1的2脚接地。
在开始充电时，由于电瓶电压比较低，电压取样信号PV低，IC6B输出电压也低，电压比较器IC6C的反相端电压低于同相端电压，输出高电平到单片机IC5的14脚，单片机IC5的2脚输出高电平，三极管T2导通；单片机IC5的1脚输出低电平，三极管T3截止；三极管T2导通后，从电源VE正极经电阻R32、IC8为三极管T2集电极供电，三极管T2发射极电流驱动IC1，由于IC8为恒流源所以驱动IC1的电流为恒定值，从而实现恒流充电的目的。在恒流充电过程中如果充电电流发生波动，电流取样信号PI经IC6A放大后，经电阻R34改变IC8的1脚电压，使充电电流保持恒定状态。
在恒流充电过程中，当电瓶电压达到恒流充电结束的电压值，如57.8V时，IC6B输出电压高于IC6C的同相端电压时，IC6C输出变为低电平，单片机IC5的14脚电压也变为低平，单片机IC5的2脚输出低电平，三极管T2截止，IC5的1脚输出高电平，三极管T3导通，恒流充电过程结束。三极管T3导通后，IC6B输出电压经电阻R35为三极管T3集电极供电，三极管T3发射极电流驱动IC1，实现恒压充电，恒压充电的电压值设定为54.8V。在恒压充电过程中如果充电电压发生波动，例如充电电压升高，PV电压升高，IC6B输出电压也增大，由于三极管T3处于饱和导通状态，T3集电极电流正比增加，驱动IC1的电流增大，IC1输出电压升高，使IC2的2脚电压升高，电源输出电压下降，达到恒压充电的目的。
在恒压充电的过程中，充电电流开始时最大可达1.8A，随后电流逐渐减小，当电瓶电压达到最大值后充电电流基本保持恒定，此时结束恒压充电进入涓流充电过程。控制过程是，电流取样信号PI经IC6A放大后，由IC7转化为数字信号，数字信号从IC7的6脚串行输入到单片机IC5的10脚，单片机IC5每隔10分钟读入一次数据，并写入内存，将刚读入的数据与内存中的数据进行比较，当两组数据相等时单片机IC5的1脚输出低电平，三极管T3截止，IC5的3脚输出高电平，三极管T4导通，进入涓流充电阶段，在涓流充电阶段三极管T4导通电流大，电源输出电压VD低，充电电流保持在40mA的小电流充电状态。
以上仅仅是本实用新型的一个具体电路，本发明不局限于以上电路，本领域的技术人员在以上技术方案的启示下，可以对以上电路进行改进实现其它型号电瓶充电器的改进。
Claims (10)
1.电动自行车充电器，其特征在于：开关电源(1)输出电瓶充电电压VD，VD分别接电压取样电路(5)、串联电流取样电阻(2)，电流取样电阻(2)接电流信号放大电路(3)，电流信号放大电路(3)分别接A/D转换电路(4)恒流充电控制电路(9)，A/D转换电路(4)接单片机电路(8)；所述电压取样电路(5)接电压跟随器(6)，电压跟随器(6)分别接电压比较器(7)、恒压充电控制电路(11)，电压比较器(7)接单片机电路(8)；单片机电路(8)分别接恒流充电控制电路(9)、恒压充电控制电路(11)、涓流充电控制电路(10)；所述恒流充电控制电路(9)、恒压充电控制电路(11)、涓流充电控制电路(10)接光电耦合器(12)，光电耦合器(12)接开关电源(1)。
2.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述电流取样电阻(2)为R15，R15取值为阻值0.1Ω功率2W的电阻，R15上的电压为电流取样信号PI；所述电压取样电路(5)由电阻R13、R14组成，R13一端接电源VD，R13另一端与R14串联，R14另一端接地，R13、R14的连接点接电压取样信号PV。
3.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述电流信号放大电路(3)由四运放器LM324的第一运放IC6A、电阻R16、R17、R18和D9组成，IC6A反相端接电阻R16与R17的连接点，电阻R17接电源VE，并与电阻R16串联，R16另一端接地，IC6A同相端接电流取样信号PI，共同组成同相放大器对信号PI放大；IC6A输出端一路接电阻R18，电阻R18另一端接稳压管D9的负极和芯片IC7的2脚，D9正极接地，D9为5V的稳压管，作用是对IC6A输出的信号限幅；IC6A输出端另一路接电阻R34，电阻R34另一端接IC8的1脚。
4.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述A/D转换电路(4)由A/D转换芯片IC7、电阻R19、R20和R21组成；A/D转换芯片IC7型号为ADC0832，其1脚接电阻R19，R19的另一端接单片机IC5的12脚；IC7的6脚为串行信号输出端，接电阻R20，R20的另一端接单片机IC5的10脚；IC7的7脚接电阻R21，R21的另一端接单片机IC5的11脚。
5.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述电压跟随器(6)由IC6B和R22组成；IC6B反相端接电阻R22，电阻R22另一端接IC6B的输出端，IC6B同相端接电压取样信号PV；IC6B输出端一路接电阻R23，另一路接电阻R35接三极管T3集电极。
6.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述电压比较器(7)由IC6C、电阻R23、R24、R25、R26、R27、C19和D10组成；IC6C反相端接电阻R24，R24串电容C19，电容C19另一端接IC6C的输出端，IC6C的同相端接R25与R26连接点，R26另一端接电源VE，R25的另一端接地，组成电压比较器；IC6C的输出端经电阻R27接稳压管D10 的负极和芯片IC7的14脚，D10正极接地，D10为5V的稳压管，作用是对IC6C输出的信号限幅。
7.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述恒流充电控制电路(9)由三极管T2、IC1、IC8、电位器RP、电阻R31、R32和R33组成；单片机IC5的2脚接电阻R30，R30的另一端接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接IC1的1脚，T2的集电极接IC8的2脚，IC8的3脚接电阻R32，R32另一端接电源VE；电位器RP一端接电源VE，另一端接电阻R33，R33另一端接IC8的1脚、R31和R34的连接点，R31的另一端接地；IC8为恒流源芯片，型号选为TL431。
8.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述恒压充电控制电路(11)由三极管T3、IC1、R29和R35组成；三极管T3的发射极接IC1的1脚，三极管T3的基极经电阻R29接单片机IC5的1脚，三极管T3的集电极接电阻R35。
9.如权利要求1所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述涓流充电控制电路(10)由T4、IC1和R37组成；IC5的3脚接电阻R36，电阻R36另一端接三极管T4的基极，三极管T4的发射极接IC1的1脚，T4的集电极接电阻R37，R37的另一端接电源VE。
10.如权利要求1、7、8、9中任一权利要求所述的电动自行车充电器，其特征在于：所述光电耦合器(12)为芯片IC1，IC1选用型号为PC817，IC1的1脚接三极管T2、T3和T4三者的发射极，IC1的2脚接地，4脚接开关电源的电压控制端。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131204 Termination date: 20140427 |