CN203537032U - 一种电子控制蓄电池充电器及电路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种电子控制蓄电池充电器及电路结构，包括充电器主要零部件包括：充电器底壳、充电器上盖、电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子、电缆紧固器等，充电器可对70AH及以下的蓄电池进行自动充电，不仅体积小，而且重量轻，携带十分方便，利用本实用新型所述的充电器电路的原理还可形成其它规格的产品，扩大产品的应用范围。

Description

一种电子控制蓄电池充电器及电路结构

技术领域

本实用新型涉及一种小型电子控制的蓄电池充电器产品，具体是电子控制蓄电池充电器及电路结构。

技术背景

当前，充电器产品市场的竞争，不仅体现在技术的先进性上，还在很大程度上取决于充电器的功能、外观和结构设计、生产制造工艺的先进性、生产效率的高低、生产成本的多少，产品的一致性和可靠性等方面。

目前，国内外市场上小型蓄电池充电器的输出电压通常有6V/12V/24V等几个等级，额定电流通常在1~50A，少数大型充电器的电流可达上百安培的水平，在考虑低成本、易生产的情况下，小电流等级（如2A、4A、8A等）的充电器产品通常是主流的产品，市场上，很多此类产品是采用变压器整流器式的结构设计，此类充电器，由于是采用电网电压经低频（50Hz或60Hz）变压器变换为低压交流电，再经过整流控制的方式来设计，因此，产品存在着技术档次低，变压器和整流器笨重，发热量大，工作能量转换效率低，产品体积大、重量重等众多问题。

近年来，电子控制技术的发展也推动了电子控制式蓄电池充电器的发展，这类充电器，由于为满足输出要求而采用的控制技术方式与变压器整流器式的（传统型）充电器产品有着显著的不同，因此，技术性能和节能等指标大大优于传统型的充电器，先进的技术，使此类充电器的变压器大为减小，不是普通变压器的形式，而是采用中或高频开关电源或逆变电源的变压器，不仅体积小，而且重量非常轻，更加方便携带和运输，整流器也不是普通的二极管构成的整流器，而是采用快速恢复二极管的整流器，发热也非常小，电源的能量转换效率高，节能和节材等方面非常突出，直流输出参数（电压和电流）的控制是采用开关电源变换或逆变等方式来解决；因此，开关稳压或逆变电源的充电器被誉为“新型高效节能电源”，代表着稳压电源的发展方向，由于内部器件工作在高频开关状态，故本身消耗的能量极低；充电器效率可以达到90%以上，比传统变压器整流的充电器的效率提高近一倍；随着充电器电源技术的飞速发展，高效率的开关稳压或逆变电源充电器正朝着小型化、高频化、集成化的方向发展，并得到越来越广泛的应用。未来肯定是传统型充电器的替代者。

电子控制类充电器，主要是依靠电路板及其上面的控制电路来实现产品的功能，通常，与传统型的充电器相比，它们的电路相对复杂，生产方式也主要变化为以电路板的生产制造为主，当然，在相同输出电压和电流等级下，不同的产品，其电路原理和电路板的设计，以及生产方式都可能是完全不同的，这些都影响着产品的技术性能、可靠性、生产和制造成本、产品市场竞争力等。也就是说，结构和电路设计不同的充电器，其技术参数、使用性能、生产效率，甚至产品外观和可靠性以及市场竞争力等是差别比较大的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电子控制蓄电池充电器及电路结构，其内部采用单一控制板结构，外加塑料机壳、供电电源线和带夹子的充电器控输出线等部分，产品生产主要是解决电路板的加工和调试问题，产品的总装比较简单；利用本实用新型所述的充电器电路的原理还可形成其它规格的产品，扩大产品的应用范围，电路和电路板及整机的结构设计合理，安装方便，生产效率高、制作成本低。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种电子控制蓄电池充电器及电路结构，它包括充电器底壳、充电器上盖、电路板组件、供电电源线和两个蓄电池电瓶夹子；电路板组件设置在充电器底壳和充电器上盖组合的壳体内部，电路板组件两侧分别与供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子进行相应的电路连接；其特征在于：所述的电路板组件部分采用单电路板，包括由输入滤波器电路、整流器、场效应MOS管、开关电源变压器、快速恢复整流二极管、MOS管开关控制芯片U1、程控管、光电耦合器、集成运算放大器U4、充电状态指示灯以及电阻、电容、二极管、三极管和稳压管这些元件连接组成的电源电路和控制电路；供电电源线为充电器的电路板组件提供外部供电电源。

本实用新型充电器的电路板部分，除了少量尺寸大的元器件需要手工装配和焊接外，其它的很多插件和贴片式电子元器件都采用高效率的设备自动完成器件的安装和焊接的，因此，电路板的生产效率很高，出错率低，制作质量都比较高，最终可使产品生产时的一次合格率很高。

本实用新型不仅采用了先进的开关电源控制技术，而且还采用了先进的加工工艺来生产电路板，充电器具有结构合理、体积小、重量轻、成本低、生产效率高、制造技术先进等优点。

附图说明

图1是本实用新型充电器的结构设计示意图；

图2是本实用新型充电器的电路原理图；

图3是本实用新型充电器的PCB上部分元器件的布局设计图（一）；

图4是本实用新型充电器的PCB上部分元器件的布局设计图（二）；

图1中部件的名称如下：1、充电器输出电缆（红色夹子） 2、充电器输出电缆（黑色夹子） 3、线缆锁紧螺母 4、线缆紧固器 5、紧固器固定螺母 6、螺丝 7、充电器底座 8、电路板组件 9、指示灯 10、整流管 11、整流管散热器 12、开关电源变压器 13、电容 14、开关管散热器 15、开关管 16、螺丝 17、充电器上盖 18、带插头的电源输入电缆。

具体实施方式

如图1-4所示，本实用新型充电器的结构和电路设计特征在于：内部采用单电路板。主要零部件包括：充电器外壳底座7、充电器外壳上盖17、电路板组件8、供电电源线18、充电器输出电缆（红色夹子）1、充电器输出电缆（黑色夹子）2等部分，电路板组件8、供电电源线18、两根充电器输出电缆1、2之间进行相应的电路连接； 所述的电路板组件8部分，主要由MOS开关管15及散热器14、指示灯9（含电池充满状态指示灯、充电指示灯）、整流管10及其散热器11、开关电源变压器12和电容13，还有大量的插件和贴片式电子元器件组成；电路板上的这些元器件与供电电源线18、两根充电器输出电缆1、2等部分如图2原理图的连接关系组合在一起，构成一个完整的开关电源控制式充电器。

如图2所示，本实用新型充电器的电路主要由保险丝F、输入滤波器电路、D1~D4组成的整流器、场效应MOS管Q1和Q4、开关电源变压器T1、快速恢复整流二极管（含D6、D7、D9和D13等）、MOS管开关控制芯片U1（CR6850）、程控管U2（TL431）、光电耦合器U3（PC817）、集成运算放大器U4、充电状态LED1指示灯、充满状态LED2指示灯，以及很多的电阻、电容、二极管、三极管、稳压管等组成；供电电源220~230V，50Hz或60Hz，从L、N端输入，充电器的输出端为“VOUT+”和“VOUT－”，分别与对应颜色的两个蓄电池电瓶夹子相连接，本实用新型电路原理图中的各电子元器件，按照电路的连接原理。

本实用新型充电器的工作原理简述如下：通电后，从电网来的交流电源220~230VAC和电流，首先经过由LF1和LF2电感、RX1和RX2电阻、CX1电容、RV1压敏电阻等器件组成的输入滤波电路后输入到D1~D4组成的整流桥，经整流后变为直流电，再经过电解电容C1的滤波，变为较为稳定的+300V直流电；供给由MOS管Q1、开关变压器T1和CR6850及外围器件等组成的开关电源和控制电路部分工作；+300V电压经电阻R1和R20降压后，经电容C4滤波，向CR6850及外围器件等组成的电路提供正常工作的启动电压。

在控制电路的作用下，充电器的能量变换是通过高频变压器T1把原边绕组的能量传递到付边各绕组，再经相应的整流、滤波后输出各数值不同的直流电压供负载使用，CR6850芯片1脚输出的方波信号经栅极限流电阻R8和R11 后驱动MOS管Q1；当MOS管Q1导通后，与之相连接的高频变压器T1的初级绕组线圈N1就会储存电能，只有该绕组线圈存储能量后才可能通过其它方式供给负载；Q1导通后，高频变压器T1的初级线圈N1电流线性增大，磁场增强。次级线圈N2和N3中D7、D9、D13截止，分别由电容C5和C10、C25向各自的负载（电路）供电，当MOS管Q1截止后，初级线圈N1电流减小，磁场减弱。次级线圈N3回路中D9导通，能量通过D9及电容向其负载释放，输出直流电压VOUT+。部分能量由D6向电容C6和电阻R3～R5、R60～R62释放。同时，另一个次级线圈N2回路中D7导通，能量通过D7及电容C5向其负载释放，输出直流电压，为后级电路供电。

本实用新型中，CR6850是采用6脚SOT23-6L封装的芯片，CR6850是一款高集成度、低功耗的电流模PWM控制芯片，常用于离线式AC-DC反激拓扑的小功率电源模块，该芯片是通过外接电阻来改变工作频率，在轻载和无负载情况下，可自动进入PFM和CRM (周期复位) 工作模式。这样可有效减小本实用新型充电器的待机功耗，达到绿色节能的目的，CR6850具有很低的启动电流，为了提高系统的稳定性和防止次谐波振荡, CR6850内部集成了同步斜坡补偿电路。而梯形功率限制电路可有效减小因系统延时而带来的输出功率变化，降低外围变压器和功率管损坏的可能性，对于功率管的开关噪声，通过CR6850内部集成的前沿消隐电路可以有效的滤除，结合内部的过压保护和过流保护，大大地提高电源模块的可靠性，另外，输出驱动的高电平被钳位在16.6V以下，保证较高工作电压时，外部的功率开关管不会因栅击穿而损坏，驱动死区时间的引入减小了驱动时的贯通电流，而内部软驱动电路则大大降低了外部功率开关管的开关噪声，由于器件高度集成，性能优，故可简化外围的电路，提高产品可靠性，非常适合于本实用新型充电器电源的控制。

开关管Q4、三极管Q5、电阻R27、R28、R29组成充电器的输出控制回路，在充电器电路正常工作的情况下，当充电器输出两个夹子线与蓄电池电瓶的极性连接正确时，三极管Q5导通，开关管Q4导通，可对电瓶进行充电，反之，当充电器输出两个夹子线与蓄电池电瓶的极性连接不正确或接反时，三极管Q5载止，开关管Q4也不会导通。此时，充电器不会对电瓶充电。

程控管U2、电阻R17、R19等组成的电路可使U2的“3”脚输出一个2.5V的基准电压，在充电状态下，此电压连接到U4运放相应的输入端。即经分压后加到运放U4的13脚，使运放U4的14脚输出为低电压。最终使充电器工作在设定的充电电流状态，同时，运算放大器U4的7脚输出为高电位，使充电器的充电指示LED1灯亮。

随着充电过程的进行，蓄电池电瓶两端的电压会渐渐升高，当电瓶两端的电压达到13.8V时，运算放大器U4的1脚输出电平由高变为低，可控制U1（CR6850）6脚输出的开关管Q1的驱动脉冲宽度（或脉宽），使充电器输出的电流减少到电流设定值，此时程控管U2的“3”脚输出端电平也会降低，运算放大器U4的7脚输出为低电平，使充电器的充电指示LED1灯熄灭，充电器的充满指示LED2灯亮，正常情况下，充电时间越长，蓄电池电瓶两端的电压也会升的越高，这样，运算放大器U4的1脚输出控制着的，U1（CR6850）的输出脉冲宽度也会减小，使Q1的工作时间变少，充电器的充电电流越来越少，直到蓄电池电瓶被充满，可防止蓄电池电瓶过充而导致电瓶失水、充鼓等不良现象。

综上所述，充电器的输出电压和电流大小都是受电路控制的，这些控制是保证充电器稳定工作的重要前提，可见，良好的电路及其结构设计是本实用新型的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、制造技术先进性的重要保障。

本实用新型不仅采用了先进的开关电源控制技术，而且还采用了先进的插件和贴片加工技术及工艺来生产电路板。充电器具有结构合理、体积小、重量轻、成本低、生产效率高、制造技术先进等优点；通过改变不同器件或零部件的配置规格和参数，即可改变充电器的输出电流或功率及负载持续率的大小，容易形成符合国家和国际标准的系列化产品。例如，制成2A/12V、3A/12V等电流等级和规格型号的产品。

Claims (1)

1.一种电子控制蓄电池充电器及电路结构，它包括充电器底壳、充电器上盖、电路板组件、供电电源线和两个蓄电池电瓶夹子；电路板组件设置在充电器底壳和充电器上盖组合的壳体内部，电路板组件两侧分别与供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子进行相应的电路连接；其特征在于：所述的电路板组件部分采用单电路板，包括输入滤波器电路、整流器、场效应MOS管、开关电源变压器、快速恢复整流二极管、MOS管开关控制芯片U1、程控管、光电耦合器、集成运算放大器U4、充电状态指示灯以及电阻、电容、二极管、三极管和稳压管；供电电源线为充电器的电路板组件提供外部供电电源。

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