CN203617739U - 一种电子控制充电器及电路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种电子控制充电器及电路结构，用于蓄电池充电的开关电源式电子控制充电器产品，本实用新型充电器设计为单电路板的内部结构，充电器的主要零部件包括：塑料壳底座、外壳上盖、电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子，所述的充电器可对30AH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。已成为出口家用小型蓄电池充电器的主流产品。控制电路以开关电源变换、L6565芯片及其外围电路为核心，具有充电、充满、接反等状态控制功能，电路和电路板及整机的结构设计合理，安装方便，故生产效率高、制作成本低。

Description

一种电子控制充电器及电路结构

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，具体是一种电子控制充电器产品的结构和电路。 

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充电器及电路结构，充电器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：

     一种电子控制充电器及电路结构，它包括塑料壳底座、外壳上盖、电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子；电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子之间电连接；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，其特征在于：所述的电路板组件部分采用单电路板，单电路板上包括共模电感、共模电容、输入滤波电容、主开关管、安规电容、PTC自恢复保险丝、输出电容、输出电感、指示灯插座、L6565控制芯片、输出二极管、输出二极管散热器、高频变压器、主开关管散热器、PWM控制芯片、差模电容以及电阻、电容、二极管、三极管，上述元件连接组成的电源电路和控制电路。

本实用新型控制电路以开关电源变换、L6565芯片及其外围电路为核心，具有充电、充满、接反等状态控制功能，可对30AH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，由于电路和电路板及整机的结构设计合理，安装方便，故生产效率高、制作成本低；采用了先进的开关电源控制技术，充电器具有结构合理、体积小、重量轻、成本低、生产效率高的特点。 

附图说明

图1是本实用新型充电器的结构示意图；

图2是本实用新型充电器的电路原理图（一）；

图3是本实用新型充电器的电路原理图（二）；

图4是本实用新型充电器的PCB元器件布局设计图。

附图1中各部件的名称如下：1、反接指示灯；2、充满指示灯；3、充电指示灯；4、上盖；5、自攻螺丝；6、输入保险丝；7、共模电感；8、共模电容；9、共模电感；1输入滤波电容；11、主开关管、12、安规电容；13、PTC自恢复保险丝；14、输出电容；15、输出电感；16、指示灯插座；17、控制芯片；18、输出二极管；19、输出二极管散热器；20、变频变压器；21、主开关管散热片；22、PWM控制芯片；23、差模电容；24、电源线；25、拉不脱；26、底壳；27、自攻螺丝；28、负极输出夹子；29、正极输出夹子。 

具体实施方式

如图1-4所示，本实用新型充电器：一种电子控制充电器及电路结构，它包括塑料壳底座（26）、外壳上盖（4）、电路板组件、供电电源线（24）、两个蓄电池电瓶夹子（28和29）；电路板组件、供电电源线（24）、两个蓄电池电瓶夹子（28和29）之间进行相应的电连接；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，所述的电路板组件部分采用单电路板，单电路板上包括由共模电感（7）、共模电容（8）、共模电感（9）、输入滤波电容（10）、主开关管（11）、安规电容（12）、PTC自恢复保险丝（13）、输出电容（14）、输出电感（15）、指示灯插座（16）、L6565控制芯片（17）、输出二极管（18）、输出二极管散热器（19）、高频变压器（20）、主开关管散热器（21）、PWM控制芯片（22）、差模电容（23）以及电阻、电容、二极管、三极管这些元件连接组成的电源电路和控制电路，从而构成一个完整的开关电源控制式充电器。 

供电电源线24为充电器的电路板提供外部供电电源，两个蓄电池电瓶夹子28、29分为红色和黑色。正确的接线方法是：充电时，红色代表充电器输出的“+或正”极性，应与蓄电池的“+或正”极性端子进行连接；黑色代表充电器输出的“－或负”极性，应与蓄电池的“－或负”极性端子进行连接。 

本实用新型充电器的电路主要由保险丝F1、D3~D6组成的整流器、场效应MOS管Q1、开关电源变压器T1、快速恢复整流二极管（含D10、D9、D2和D6）、MOS管开关控制芯片（L6565）、集成运算放大器U1、蓄电池接反LD1红色指示灯、充电状态LD3黄色指示灯、充满状态LD2绿色指示灯，以及很多的电阻、电容、二极管、三极管、稳压管（如Z1、Z3等）、光电耦合器OP1和OP2（EL817）等组成。供电电源可为AC 180~230V，50Hz或60Hz。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，所设计的电路PCB板布局设计如图4所示，当然，元器件布局的不同，最终制成的电路板也会与图4的形式不同。 

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，首先经过两级输入滤波电路（如附图2）后输入到D3~D6组成的整流桥，经整流后变为直流电，再经过电解电容E1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L6565及外围器件组成的开关电源部分工作，+300V电压经电阻R5降压后，给电容E5充电，向L6565芯片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（+VCC和VOUT+）供负载使用。L6565芯片7脚输出的方波信号经栅极限流电阻R7 后驱动MOS功率管Q1，当场效应管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N3和N4中D2、D9截止，分别由电容C9和E5、E2向各自的负载（电路）供电。此时，高频变压器T1的初级线圈N1起存储能量的作用，当MOS管Q1截止后，初级线圈N1电流减小，磁场减弱。次级线圈N2回路中D10导通，能量通过D10及电容向其负载释放，输出直流电压VOUT+，部分能量由D6向电阻R8和电容C5释放，同时，另一个次级线圈N4回路中D9导通，能量通过D9及电容E2向其负载释放，输出直流电压+VCC。 

L6565芯片是ST公司在近期推出的单片IC，是适用于准谐振（QR）零电压开关（ZVS）回扫变换器电流型初级控制器，L6565芯片的零电流检测（ZCD）及相关电路如附图3所示，为在QR下运行，该IC需要检测变压器的退磁信号，即该IC的5脚ZCD上的输入信号，可以从施加于变压器的辅助绕组获得，变换器功率容量随主线电压变化通过线路电压前馈补偿。在轻载时，L6565自动降低工作频率，但仍然尽可能保持接近ZVS运行，共有8 个引脚，各脚功能大致如下：①脚是误差放大器的输入端（INV）；②脚是误差放大器的输出端（COMP）；③脚为线路电压前馈（VFF）；④脚为电流感测输入（CS）；⑤脚为变压器退磁零电流检测输入（ZCD）；⑥脚为地端（GND）；⑦脚是栅极驱动器输出（GD）；⑧脚为电源电压（VCC）；当L6565芯片的8脚电压升高到大于该芯片的启动电压时，L6565芯片工作。L6565芯片工作后（其8脚电压通过初次反馈绕组供电），其7脚输出驱动脉冲信号，使开关管Q1工作，充电器的输出电压通过光耦OP1形成负反馈，输出产生设定的空载电压。输出电压可通过R29、R30阻值比例调节和控制输出空载电压的大小，在空载或轻载时，L6565会自动降低其工作频率，以减小开关管开关的损耗，因此，这就可提高空载和轻载时的效率，同时也起到省电、节能的效果。 

恒流充电状态：康铜丝J6作为采样电阻，刚开始充电时，从该采样电阻取得电压信号。该反馈信号经过误差放大器U1（LM358）电压放大，在U1（LM358）的1脚形成4V左右的恒定电压，使U1（LM358）1脚的输出电压不变，通过OP2（817C）光耦的反馈量不变，因此，可以实现恒流充电，由于刚充电时，蓄电池电瓶的电压很小，所以，光耦OP1基本上不参与反馈。此时，U1（LM358）的5脚电压高于其6脚的电压，其7脚输出高电平，此时，充电指示黄色LD3灯亮，充满指示绿色灯LD2熄灭。 

恒压充电状态：当充电一段时间后，并且蓄电池电瓶电压上升到14.1V左右时，OP1光耦也参与反馈。随着输出电压的逐渐升高，OP1反馈量逐渐增大，因此输出电流逐渐减小，当电流减小到设定的电流限制值时，也就是当LM358的5脚电压小于其6脚电压时，其7脚电压输出低电平，此时，充满指示绿色灯LD2亮，充电指示黄色灯LD3灭。 

停止充电：当U1（LM358）的7脚输出低电平时，三极管N1不工作。OP1反馈量瞬间增大，由L6565芯片第5脚检测开关变压器T1的退磁电流。当检测到的电压低于L6565芯片5脚的阈值电压后，L6565芯片关闭其7脚输出，使开关管Q1停止工作，可防止蓄电池电瓶过充而导致电瓶失水、充鼓等不良现象。 

充电器还设有蓄电池接反LD1红色指示灯，可指示充电器的接线是否正确，当充电器的两根红色和黑色输出电缆夹子与蓄电池电瓶的“+”和“-”对应关系连接错误（或接反）时，LD1红色指示灯点亮，提示操作者更正。 

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技术和工艺来生产电路板，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)

1.一种电子控制充电器及电路结构，它包括塑料壳底座（26）、外壳上盖（4）、电路板组件、供电电源线（24）、两个蓄电池电瓶夹子（28、29）；电路板组件、供电电源线（24）、两个蓄电池电瓶夹子（28、29）之间电连接；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，其特征在于：所述的电路板组件部分采用单电路板，单电路板上包括共模电感（7）、共模电容（8）、共模电感（9）、输入滤波电容（10）、主开关管（11）、安规电容（12）、PTC自恢复保险丝（13）、输出电容（14）、输出电感（15）、指示灯插座（16）、L6565控制芯片（17）、输出二极管（18）、输出二极管散热器（19）、高频变压器（20）、主开关管散热器（21）、PWM控制芯片（22）、差模电容（23）以及电阻、电容、二极管、三极管，上述元件连接组成的电源电路和控制电路。

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