CN205039601U - 一种电池充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种电池充电器，包括采样单元，采样单元分为电压采样电路和温度采样电路，通过对待充电池性能参数、待充电池的温度和待充电池所处的温度综合进行分析，实现了精确控制充电器的充电过程，提高了充电器充电的效率和质量，完成了对待充电池的充电过程的精确控制；通过脉冲信号驱动单元实现对电池的化成充电模式，充电时间有效缩短，同时也解决了待充电池在低温下充电不足的问题，提高充电效率，均衡电池组，从而使电池既不易硫化，也不会臌胀充分延长了待充电池使用寿命。

Description

一种电池充电器

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种电池充电器。

背景技术

从电池问世至今，被人们作为移动电源广泛用于各种领域，通讯设备、电动工具、仪器、助力车等等，随着时代变化，电池的种类、容量也在扩展，充电器也随着电池的扩展而扩展。目前，市面上普遍的充电器都采用模拟硬件电路，经采集模拟信号控制充电过程。但是，模拟信号容易受温度，元器件参数的变化而受影响，这样将造成采集和控制的精度下降，影响了充电器本身的使用寿命和效果，同时影响了待充电池的充电效果和使用寿命。

为解决上述存在的这些不足，人们在充电器内部开始采用单片机(微处理器)控制，辅助进行模拟信号取样和自动化控制模式，来提高充电器的控制精度，但是由于模拟信号容易受温度的影响，这种方法并不能消除模拟采样和控制的误差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种根据待充电池性能参数、待充电池的温度和待充电池所处的环境温度为待充电池充电的充电器。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种电池充电器，电池充电器包括220V的交流电源、供电电源单元、采样单元、中央处理器控制单元和脉冲信号驱动单元；

供电电源单元，供电电源单元包括整流滤波电路和功率变换电路，整流滤波电路连接220V的交流电源的输出端，整流滤波电路将220V的交流电转换为直流电压，功率变换电路分别与整流滤波电路及脉冲信号驱动单元连接，在脉冲信号驱动单元的驱动下，功率变换电路将直流电压生成待充电池所需的充电电压与电流；

采样单元，用于采集待充电池的性能参数、待充电池的温度以及待充电池所处的环境温度；

中央处理器控制单元，中央处理器控制单元分别连接采样单元和脉冲信号驱动单元，中央处理器控制单元对采样单元采集的数据进行分析处理后输出脉冲信号传送到脉冲信号驱动单元；

脉冲信号驱动单元，脉冲信号驱动单元连接供电电源单元，脉冲信号驱动单元接收脉冲信号从而控制供电电源单元的输出。

作为本实用新型的优化方案，整流滤波电路包括熔断丝F1、热敏电阻NTC、安规电容C1、安规电容C2、共模线圈T1、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4和滤波电容C3，220V的交流电源的输出端分别与熔断丝F1和热敏电阻NTC连接，共模线圈T1的第一线圈的输入端串联熔断丝F1，共模线圈T1的第二线圈的输入端串联热敏电阻NTC，共模线圈T1的第一线圈和第二线圈的输入端并联安规电容C1，共模线圈T1的第一线圈和第二线圈的输出端并联安规电容C2，整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4组成桥式整流电路，桥式整流电路的一个交流输入端连接共模线圈T1的第一线圈的输出端，桥式整流电路的另一个交流输入端连接共模线圈T1的第二线圈的输出端，滤波电容C3的正极连接桥式整流电路直流输出端的正极，滤波电容C3的负极连接桥式整流电路直流输出端的负极。

作为本实用新型的优化方案，功率变换电路包括电容C4、电阻R1、二极管D6、高频脉冲变压器T2、二极管D8、二极管D9、电容C7、电容C8、电容C9，电阻R11和熔断丝F2，桥式整流电路直流输出端的正极分别连接电容C4一端、电阻R1的一端和高频脉冲变压器T2的第一原边，电容C4的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极连接高频脉冲变压器T2的第二原边，二极管D9的正极和电容C7的一端分别连接高频脉冲变压器T2的第一副边，二极管D9的负极和电容C7的另一端分别连接电容C8的正极，熔断丝F2的一端连接二极管D9的负极，熔断丝F2的另一端连接待充电池，二极管D8的正极连接高频脉冲变压器T2的第二副边，二极管D8的负极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电容C9的正极。

作为本实用新型的优化方案，脉冲信号驱动单元包括电阻R13、三极管V5、脉冲信号驱动变压器T3、二极管D7、电容C5、电阻R4、电阻R5、三极管V3、三极管V4，场效应管V1，中央处理器控制单元与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端连接三极管V5的基极，三极管V5的集电极连接脉冲信号驱动变压器T3的初级线圈，脉冲信号驱动变压器T3的次级线圈连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接电容C5的正极，电容C5的负极连接滤波电容C3的负极，二极管D7的正极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接三极管V3的基极和三极管V4的基极，三极管V3的发射极和三极管V4的发射极分别连接场效应管V1的栅极。

作为本实用新型的优化方案，功率变换电路还包括控制充电电流的电流限制电路，所述的电流限制电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R34、电阻R8、电容C11和可控硅SCR，电容C11、电阻R7、电阻R34、电阻R6分别连接可控硅SCR的栅极，电阻R4和电阻R5分别与可控硅SCR的阳极连接，电阻R8与电阻R6连接。

作为本实用新型的优化方案，功率变换电路还包括限制供电电源单元输入电压过高的过流保护电路，所述的过流保护电路包括电阻R5和可控硅SCR，电阻R5与可控硅SCR的阳极连接。

作为本实用新型的优化方案，采样单元包括电压采样电路和温度采样电路。

本实用新型具有积极的效果：本实用新型的采样单元包括电压采样电路和温度采样电路，通过对待充电池性能参数、待充电池的温度和待充电池所处的温度综合进行分析，实现了精确控制充电器的充电过程，提高了充电器充电的效率和质量，完成了对待充电池的充电过程的精确控制；通过脉冲信号驱动单元实现对电池的化成充电模式，使充电时电池的充电时间有效缩短，同时也解决了待充电池在低温下充电不足的问题，提高充电效率，从而使待充电池既不易硫化，也不会臌胀充分延长了待充电池使用寿命；而且包括电流限制电路和过流保护电路进行有效保护，在电池充电完成后，停止输出脉冲信号，进入零功耗状态，不仅节能环保而且大大提高了充电器的可靠性。

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：

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示公开了一种电池充电器，包括220V的交流电源、供电电源单元、采样单元、中央处理器控制单元和脉冲信号驱动单元；

供电电源单元，供电电源单元包括整流滤波电路和功率变换电路，整流滤波电路连接220V的交流电源的输出端，整流滤波电路将220V的交流电转换为直流电压，功率变换电路分别与整流滤波电路及脉冲信号驱动单元连接，在脉冲信号驱动单元的驱动下，功率变换电路将直流电压生成待充电池所需的充电电压与电流；

采样单元，用于采集待充电池的性能参数、待充电池的温度以及待充电池所处的环境温度；

中央处理器控制单元，中央处理器控制单元分别连接采样单元和脉冲信号驱动单元，中央处理器控制单元对采样单元采集的数据进行分析处理后输出脉冲信号传送到脉冲信号驱动单元；

脉冲信号驱动单元，脉冲信号驱动单元连接供电电源单元，脉冲信号驱动单元接收脉冲信号从而控制供电电源单元的输出。

其中，如图1所示，整流滤波电路包括熔断丝F1、热敏电阻NTC、安规电容C1、安规电容C2、共模线圈T1、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4和滤波电容C3，220V的交流电源的输出端分别与熔断丝F1和热敏电阻NTC连接，共模线圈T1的第一线圈的输入端串联熔断丝F1，共模线圈T1的第二线圈的输入端串联热敏电阻NTC，共模线圈T1的第一线圈和第二线圈的输入端并联安规电容C1，共模线圈T1的第一线圈和第二线圈的输出端并联安规电容C2，整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4组成桥式整流电路，桥式整流电路的一个交流输入端连接共模线圈T1的第一线圈的输出端，桥式整流电路的另一个交流输入端连接共模线圈T1的第二线圈的输出端，滤波电容C3的正极连接桥式整流电路直流输出端的正极，滤波电容C3的负极连接桥式整流电路直流输出端的负极。

如图1所示，功率变换电路包括电容C4、电阻R1、二极管D6、高频脉冲变压器T2、二极管D8、二极管D9、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R11和熔断丝F2，桥式整流电路直流输出端的正极别连接电容C4一端、电阻R1的一端和高频脉冲变压器T2的第一原边，电容C4的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极连接高频脉冲变压器T2的第二原边，二极管D9的正极和电容C7的一端分别连接高频脉冲变压器T2的第一副边，二极管D9的负极和电容C7的另一端分别连接电容C8的正极，熔断丝F2的一端连接二极管D9的负极，熔断丝F2的另一端连接待充电池，二极管D8的正极连接高频脉冲变压器T2的第二副边，二极管D8的负极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电容C9的正极。功率变换电路还包括控制充电电流的电流限制电路，电流限制电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R34、电阻R8、电容C11和可控硅SCR，电容C11、电阻R7、电阻R34、电阻R6分别连接可控硅SCR的栅极，电阻R4和电阻R5分别与可控硅SCR的阳极连接，电阻R8与电阻R6连接。

电流限制电路的工作原理：当电阻R6阻值变大时，可控硅SCR的栅极触发电压低，可控硅SCR的阳极与可控硅SCR的阴极的持续电流变小，送入三极管V3基极的电压Ub上升，三极管V3发射极的Ue上升，场效应管V1的栅极Ug上升，高频脉冲变压器T2初级线圈电流上升，高频脉冲变压器T2的自感电动势加强，输出功率上升，给待充电池的充电电流上升；当电阻R6阻值变小时，可控硅SCR的栅极触发电压上升，可控硅SCR的阳极与可控硅SCR的阴极的持续电流变大，送入三极管V3基极的电压Ub下降，三极管V3发射极的电压Ue下降，场效应管V1的栅极的电压Ug下降，高频脉冲变压器T2初级线圈电流下降，高频脉冲变压器T2的自感电动势减弱，输出功率下降，给待充电池的充电电流下降。

功率变换电路还包括限制供电电源单元输入电压过高的过流保护电路，过流保护电路包括电阻R5和可控硅SCR，电阻R5与可控硅SCR的阳极连接，当某种原因交流电压升高时，流过高频脉冲变压器T2的电流急剧上升，场效应管V1漏极与源极之间的电流也急剧上升,电阻R8连接场效应管V1的一端电压上升，可控硅SCR的栅极触发电压上升，可控硅SCR阳极与阴极的持续电流变大，脉冲信号经电阻R5、可控硅SCR的衰减，送入三极管V3基极的电压Ub下降，三极管V3发射极的电压Ue下降，场效应管V1的栅极的电压Ug下降，从而使，场效应管V1的漏极与源极之间的电流下降，进行电流保护。

采样单元包括电压采样电路和温度采样电路，其中电压采样电路采集待充电池的电量、充电时间、充电的电压以及充电的电流，温度采样电路采集待充电池的温度以及待充电池所处的环境温度，其中电压采样电路可以采用常用的电压采样电路，温度采样电路可以采用常用的温度采样电路，电压采样电路和温度采样电路采集的都是模拟量。

中央处理器控制单元包括模拟信号处理单元、数字信号处理单元和脉冲信号PWM生成单元，模拟信号处理单元接收电压采样电路和温度采样电路传输的模拟量，根据电池本身的温度特性，当环境温度较高的状态下，中央处理器控制单元根据采集到的数据，经中央处理器控制单元处理后，降低充电器输出最高电压，防止待充电池过充过热；当环境温度较低的状态下，中央处理器控制单元根据采集到的数据，经中央处理器控制单元后，升高充电器输出最高电压，防止电池欠充，模拟信号处理单元将接收到的模拟量转换为数字信号，由于模拟信号易受外界干扰因素如温度、时间以及电路中元器件参数变化的影响，这样不利于对充电过程的精确控制，所以通过模拟信号处理单元、数字信号处理单元将采样单元采集的待充电池相关数据以及环境温度数据等各种模拟信号，转换为不会随时间和温度漂移的数字信号。数字信号处理单元与模拟信号处理单元连接，用于接收模拟信号转换来的数字信号，数字信号处理单元将根据其内部存储的充电控制数据，对传入的数字信号进行分析，判断出待充电池目前的综合状态。然后，根据电池的状态，选择一定的充电模式。不同的充电模式对应不同的控制信号，这些控制信号将决定生成可变频率的脉冲信号的占空比以及向脉冲信号驱动单元输出脉冲信号的时间，并判断待充电池充电完成情况，根据待充电池电压以及采集到的温度数据，通过中央处理器控制单元内部计算后，通过脉冲信号PWM生成单元生成化成脉冲信号经脉冲信号驱动单元、电压变换电路进行维护待充电池或修复待充电池及脉冲信号停止输出等。

脉冲信号驱动单元包括电阻R13、三极管V5、脉冲信号驱动变压器T3、二极管D7、电容C5、电阻R4、电阻R5、三极管V3、三极管V4，场效应管V1，中央处理器控制单元与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端连接三极管V5的基极，三极管V5的集电极连接脉冲信号驱动变压器T3的初级线圈，脉冲信号驱动变压器T3的次级线圈连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接电容C5的正极，电容C5的负极连接电容C3的负极，二极管D7的正极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接三极管V3的基极和三极管V4的基极，三极管V3的发射极和三极管V4的发射极分别连接场效应管V1的栅极。脉冲信号驱动单元将中央处理器控制单元传入的脉冲信号，进行高压端与低压端的隔离；当脉冲信号驱动变压器T3的次级线圈为正向脉冲时，正脉冲一路经电阻R5、R4，三极管V3的基极、三极管V3的发射极，驱动场效应管V1，场效应管V1导通，通过场效应管V1的导通，高频脉冲变压器T2产生感应电动势，感应到高频脉冲变压器T2的次级线圈，产生待充电池所需的充电电压和电流，给待充电池充电。当脉冲信号驱动变压器T3的次级线圈为负向脉冲时，三极管V3截止，三极管V4导通，关断场效应管V1，V1截止。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池充电器，其特征在于：所述的一种电池充电器包括220V的交流电源、供电电源单元、采样单元、中央处理器控制单元和脉冲信号驱动单元；

供电电源单元，所述的供电电源单元包括整流滤波电路和功率变换电路，所述的整流滤波电路连接220V的交流电源的输出端，所述的整流滤波电路将220V的交流电转换为直流电压，所述的功率变换电路分别与整流滤波电路及脉冲信号驱动单元连接，在脉冲信号驱动单元的驱动下，功率变换电路将所述的直流电压生成待充电池所需的充电电压与电流；

采样单元，用于采集待充电池的性能参数、待充电池的温度以及待充电池所处的环境温度；

中央处理器控制单元，所述的中央处理器控制单元分别连接采样单元和脉冲信号驱动单元，所述的中央处理器控制单元对采样单元采集的数据进行分析处理后输出脉冲信号传送到脉冲信号驱动单元；

脉冲信号驱动单元，所述的脉冲信号驱动单元连接供电电源单元，所述的脉冲信号驱动单元接收脉冲信号从而控制供电电源单元的输出。

2.根据权利要求1所述的一种电池充电器，其特征在于：所述的整流滤波电路包括熔断丝F1、热敏电阻NTC、安规电容C1、安规电容C2、共模线圈T1、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4和滤波电容C3，220V的交流电源的输出端分别与所述的熔断丝F1和热敏电阻NTC连接，共模线圈T1的第一线圈的输入端串联熔断丝F1，共模线圈T1的第二线圈的输入端串联热敏电阻NTC，共模线圈T1的第一线圈和第二线圈的输入端并联安规电容C1，共模线圈T1的第一线圈和第二线圈的输出端并联安规电容C2，所述的整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4组成桥式整流电路，桥式整流电路的一个交流输入端连接共模线圈T1的第一线圈的输出端，桥式整流电路的另一个交流输入端连接共模线圈T1的第二线圈的输出端，滤波电容C3的正极连接桥式整流电路直流输出端的正极，滤波电容C3的负极连接桥式整流电路直流输出端的负极。

3.根据权利要求2所述的一种电池充电器，其特征在于：所述的功率变换电路包括电容C4、电阻R1、二极管D6、高频脉冲变压器T2、二极管D8、二极管D9、电容C7、电容C8、电容C9，电阻R11和熔断丝F2，桥式整流电路直流输出端的正极分别连接电容C4一端、电阻R1的一端和高频脉冲变压器T2的第一原边，电容C4的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极连接高频脉冲变压器T2的第二原边，二极管D9的正极和电容C7的一端分别连接高频脉冲变压器T2的第一副边，二极管D9的负极和电容C7的另一端分别连接电容C8的正极，熔断丝F2的一端连接二极管D9的负极，熔断丝F2的另一端连接待充电池，二极管D8的正极连接高频脉冲变压器T2的第二副边，二极管D8的负极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电容C9的正极。

4.根据权利要求3所述的一种电池充电器，其特征在于：所述的脉冲信号驱动单元包括电阻R13、三极管V5、脉冲信号驱动变压器T3、二极管D7、电容C5、电阻R4、电阻R5、三极管V3、三极管V4，场效应管V1，中央处理器控制单元与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端连接三极管V5的基极，三极管V5的集电极连接脉冲信号驱动变压器T3的初级线圈，脉冲信号驱动变压器T3的次级线圈连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接电容C5的正极，电容C5的负极连接滤波电容C3的负极，二极管D7的正极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接三极管V3的基极和三极管V4的基极，三极管V3的发射极和三极管V4的发射极分别连接场效应管V1的栅极。

5.根据权利要求4所述的一种电池充电器，其特征在于：所述的功率变换电路还包括控制充电电流的电流限制电路，所述的电流限制电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R34、电阻R8、电容C11和可控硅SCR，电容C11、电阻R7、电阻R34、电阻R6分别连接可控硅SCR的栅极，电阻R4和电阻R5分别与可控硅SCR的阳极连接，电阻R8与电阻R6连接。

6.根据权利要求5所述的一种电池充电器，其特征在于：所述的功率变换电路还包括限制供电电源单元输入电压过高的过流保护电路，所述的过流保护电路包括电阻R5和可控硅SCR，电阻R5与可控硅SCR的阳极连接。

7.根据权利要求1所述的一种电池充电器，其特征在于：所述的采样单元包括电压采样电路和温度采样电路。