CN207082888U - 一种防反充交直流自动转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防反充交直流自动转换装置，包括充电单元、负载和电池单元，充电单元的输入端与市电连接，输出端分别与负载和电池单元连接，在充电单元与所述负载之间设置有用于切换交直流供电状态的防反冲自转换单元，防反冲自转换单元的输入端分别与市电和充电单元连接，电池单元经过防反冲自转换单元与负载连接，充电单元用于将外接市电的AC220V电压转换为低压直流电压，为电池单元充电或者为负载提供所需直流电压，电池单元用于给负载提供电压。本装置各状态相互独立，不存在充电单元同时给电池单元和负载模块供电的情况，因此可以减轻充电单元的负担，提高其使用寿命。

Description

一种防反充交直流自动转换装置

技术领域

本实用新型属于充电电池设备的供电方式技术，具体涉及一种防反充交直流自动转换装置。

背景技术

随着社会科技的快速发展，充电电池已经广泛于电动汽车、电动工具、电动玩具、家用电器、电子设备等领域。尤其针对一些无法提供市电的场合下，带充电电池的设备的重要性更加突出。因此，如何能够解决好带充电电池的设备的供电方式技术显得极为重要

传统的电池充电方式就是给设备外加市电，直接通过充电单元给设备充电，再通过电源开关来控制电池单元是否给负载模块供电。这样的供电方式存在以下缺点：无法直接利用市电通过充电单元单独给负载模块供电；在非充电状态下电池单元会向充电单元反充供电，增加了能量消耗；负载工作状态下给电池单元充电可能会降低充电单元的使用寿命。另外，目前针对非充电状态下电池单元向充电单元反充供电的缺点，使用二极管串接在回路中，利用二极管单相导通的特性来防止反充供电。此方法虽然能够解决反充供电问题，但是由于二极管有正向压降，在充电过程中仍然会有能量损失，另外该方法造成充电单元给电池单元提供的电压降低，对有电压检测保护的电池单元可能使其一直处于未充满状态，降低充电单元和电池使用寿命。

综上所述，目前急需一种防反充交直流自动转换装置来优化传统的充电设备的供电切换问题及防反充供电问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种防反充交直流自动转换装置，解决充电电池设备AC档独立供电、DC档独立供电、电池单元独立充电及非工作状态的自动切换问题，另外还能有效的防止电池单元和充电单元反充供电问题。

本实用新型采用以下技术方案：

一种防反充交直流自动转换装置，包括充电单元、负载和电池单元，所述充电单元的输入端与市电连接，输出端分别与所述负载和电池单元连接，在所述充电单元与所述负载之间设置有用于切换交直流供电状态的防反冲自转换单元，所述防反冲自转换单元的输入端分别与所述市电和充电单元连接，所述电池单元经过所述防反冲自转换单元与所述负载连接，所述充电单元用于将外接市电的AC220V电压转换为低压直流电压，为所述电池单元充电或者为所述负载提供所需直流电压，所述电池单元用于给所述负载提供电压。

进一步的，所述防反冲自转换单元包括档位开关和AC220V继电器，所述档位开关分三路，一路与所述负载连接，另两路经过所述AC220V继电器与电池单元连接。

进一步的，所述充电单元的正极分两路，分别与第一组档位开关的左侧静触点和第二组档位开关的中间动触点连接，所述第一组档位开关的中间动触点与所述负载的正极连接，所述第一组档位开关的右侧静触点与所述AC220V继电器的常闭触点相连接，所述AC220V继电器的动触点与所述电池单元的正极连接；所述第二组档位开关的右侧静触点与所述AC220V继电器的常开触点相连接，所述充电单元的负极分别与所述电池单元和负载的负极相连接。

进一步的，所述市电的L相分两路，一路接所述充电单元的正极，另一路接所述AC220V 继电器的线圈正极，所述市电的N相分两路，一路接所述充电单元的负极，另一路与所述AC220V 继电器的线圈负极连接。

进一步的，所述电池单元包括3组额定电压为3.7V的单个锂电池串联构成，1#锂电池的负极与2#锂电池的正极相连，2#锂电池的负极与3#锂电池的正极相连，1#锂电池的正极和3# 锂电池的负极分别作为电池单元的正极和负极。

进一步的，单个所述锂电池的充电截止电压为4.2V，放电截止电压3V，所述电池单元的充电截止电压为12.6V，放电截止电压为9V。

进一步的，所述充电单元包括依次连接的输入整流模块、高频变压模块、反馈控制模块、稳压模块和输出整流模块。

进一步的，所述充电单元的输入整流模块具体为：市电的L与第一二极管D1的正极相连，市电的N与第一电阻R1的一端相连，第一二极管D1的负极与第一电解电容C1的正极相连，第一电解电容C1的另一端与第一电阻R1的另一端相连。

进一步的，所述高频变压模块具体为：第一电解电容C1的正极还分别与第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2的一端以及高频变压器T1初级主绕组的一端相连，第三电阻R3的另一端分别于第二电容C2的另一端和第二二极管D2的负极相连，第二二极管D2的正极分别于第一三极管Q1的集电极、高频变压器T1初级主绕组的另一端相连；第二电阻R2的另一端分别与第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的集电极、第五稳压管二极管D5的负极、第五电阻R5的一端相连，第一三极管Q1的发射机分别与第三二极管D3的正极、第四电阻R4的一端相连，第三二极管D3的负极与第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的发射机分别与第一电解电容C1的负极、第四电阻R4的另一端、第二电解电容C2的正极、高频变压器T1初级副绕组的一端相连。

进一步的，所述反馈控制模块和稳压模块具体为：第二电解电容C2的负极分别与第五稳压管二极管D5的正极、第四二极管D4的正极相连，第四二极管D4的负极分别与高频变压器 T1初级副绕组的另一端、第四电容C4的一端相连，第四电容C4的另一端与第五电阻R5的另一端相连；

所述输出整流模块具体为：高频变压器T1次级绕组的一端与第六二极管D6的正极相连，第六二极管D6的负极分别与第五电解电容C5的正极、第六电阻R6的一端以及充电单元的输出正极相连，第六电阻R6的另一端与第七二极管D7的正极相连，高频变压器T1次级绕组的另一端分别与第五电解电容C5的负极、第七二极管D7的负极以及充电单元的输出负极相连。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型防反充供电自动切换装置包括充电单元、负载和电池单元，由充电单元接市电给负载供电或给电池单元充电，由电池单元给负载供电，通过在充电单元和负载之间增加防反冲自转换单元，用于切换交直流供电状态，供电方式切换简单有效，起到防反充供电，有效延长充电单元的使用寿命。

进一步的，防反冲自转换单元包括档位开关和AC220V继电器，所述档位开关分三路，一路与所述负载连接，另两路经过所述AC220V继电器与电池单元连接，通过三档开关可实现AC档位、 DC档位以及非工作档位的切换，每种状态都是彼此独立，互补影响，在DC档位下，通过是否给装置外接市电AC220V来触发AC220继电器，实现内部的自动切换功能。保证在电池单元在充电状态下无法带载工作，而电池单元在带载工作状态下不会给充电单元反充供电。

进一步的，本装置各状态相互独立，不存在充电单元同时给电池单元和负载模块供电的情况，因此可以减轻充电单元的负担，提高其使用寿命。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型自动切换装置原理框图；

图2为本实用新型自动切换装置在非工作档位连接原理图；

图3为本实用新型自动切换装置在AC档位的工作原理图；

图4为本实用新型自动切换装置在DC档位负载工作的原理图；

图5为本实用新型自动切换装置在DC档位电池充电工作原理图；

图6为本实用新型自动切换装置充电单元的工作原理图；

图7为本实用新型自动切换装置电池单元的工作原理图。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型一种防反充交直流自动转换装置，包括充电单元、负载和电池单元，所述充电单元的输入端与市电连接，输出端分别与所述负载和电池单元连接，所述充电单元用于将外接市电的AC220V电压转换为低压直流电压，为所述电池单元充电或者为所述负载提供所需直流电压，在所述充电单元与所述负载之间设置有防反冲自转换单元，所述防反冲自转换单元的输入端分别与所述市电和充电单元连接，所述电池单元经过所述防反冲自转换单元与所述负载连接，所述防反冲自转换单元用于切换交直流供电状态，完成电源保护；所述电池单元用于给所述负载提供电压。

其中，市电为充电单元提供AC220V电压。充电单元将市电AC220V电压转换为较低的直流电压，在连接至所述防反充自转换模块。

请参阅图6，充电单元包括输入整流模块、高频变压模块、反馈控制模块、稳压模块、输出整流模块。其中，市电的L与第一二极管D1的正极相连，市电的N与第一电阻R1的一端相连，第一二极管D1的负极与第一电解电容C1的正极相连，第一电解电容C1的另一端与第一电阻R1的另一端相连，这一部分的主要作用是对市电交流电压进行单向整流。

第一电解电容C1的正极还分别与第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2的一端以及高频变压器T1初级主绕组的一端相连。

第三电阻R3的另一端分别于第二电容C2的另一端和第二二极管D2的负极相连，第二二极管D2的正极分别于第一三极管Q1的集电极、高频变压器T1初级主绕组的另一端相连，该部分的主要作用是吸收高频变压器主绕组上的感应电压，避免击穿三极管Q1。

第二电阻R2的另一端分别与第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的集电极、第五稳压管二极管D5的负极、第五电阻R5的一端相连，第一三极管Q1的发射机分别与第三二极管D3 的正极、第四电阻R4的一端相连，第三二极管D3的负极与第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的发射机分别与第一电解电容C1的负极、第四电阻R4的另一端、第二电解电容C2 的正极、高频变压器T1初级副绕组的一端相连。

第二电解电容C2的负极分别与第五稳压管二极管D5的正极、第四二极管D4的正极相连，第四二极管D4的负极分别与高频变压器T1初级副绕组的另一端、第四电容C4的一端相连，第四电容C4的另一端与第五电阻R5的另一端相连，该部分的主要作用是通过负反馈电压调节三极管的通断，以此来控制高频变压器次级输出，同时具有过流保护和稳压功能。

高频变压器T1次级绕组的一端与第六二极管D6的正极相连，第六二极管D6的负极分别与第五电解电容C5的正极、第六电阻R6的一端以及充电单元的输出正极相连，第六电阻R6 的另一端与第七二极管D7的正极相连，高频变压器T1次级绕组的另一端分别与第五电解电容 C5的负极、第七二极管D7的负极以及充电单元的输出负极相连，该部分的主要作用是对次级感应出的交流电压进行整流，转换为给电池单元充电的直流电压，同时通过发光二级指示充电状态。

所述负载模块主要是完成某种特定功能的耗电模块，属于该装置的终端模块。

请参阅图7，电池单元由3个单独的锂电池串联组成，1#锂电池的负极与2#锂电池的正极相连，2#锂电池的负极与3#锂电池的正极相连，1#锂电池的正极和3#锂电池的负极分别作为电池单元的正极和负极。

其中，单个锂电池的充电截止电压为4.2V，放电截止电压3V，所以组合而成的电池单元的充电截止电压为12.6V，放电截止电压为9V。

所述防反充自转换单元包括第一组档位开关、第二组档位开关和AC220V继电器，通过内部的两组档位开关和AC220V继电器的组合动作，实现以下三种供电方式：

1、非工作档位；

此时无论是否给装置外接市电AC220V，即无论AC220V继电器是否动作，装置的充电单元的正极、电池单元的正极及负载的正极都是彼此断开的，所以该状态下不存在任何充电或者供电情况，整个装置属于关闭状态。

2、AC工作档位，即通过充电单元仅给负载模块供电；

同时给装置外接市电AC220V电压，此时充电单元的正极与负载的正极连通，与电池单元的正极断开，同时三个单元的负极是始终保持连通的，所以该状态下仅是由市电给充电单元供电，再由充电单元仅给负载供电。该状态避免了电池电量不足而负载无法工作的情况；另外，该状态下充电单元无法给电池单元充电，避免同时给负载和电池单元供电而损坏充电单元的情况

3、DC工作档位。

根据是否给自动切换装置外接市电AC220V可分为两种状态。不外接市电状态下：AC220V 继电器不动作，电池单元的正极与负载单元的正极连通，与充电单元的正极断开，而三个模块的负极始终保持连通，所以该状态下仅是电池单元为负载提供电压，而不会给充电单元供电，避免造成反充供电现象，减小能量损耗。

在外接市电状态下：AC220V继电器动作，电池单元的正极与充电单元的正极连通，与负载的正极断开，而三个单元的负极始终保持连通，所以该状态下只是市电给充电单元供电，再由充电单元仅给电池单元充电；另外，该状态下充电单元无法给负载供电，避免同时给电池单元和负载供电而损坏充电单元的情况。

完成两种工作状态：

A、通过电池单元仅给负载供电；

B、通过充电单元仅给电池单元充电。

所述防反充自转换模块的具体电路连接如下：

市电的L和N相分别于与充电单元的正极和负极连接，并分别与AC220V继电器的线圈正负极连接，所述充电单元的正极分两路，分别与所述第一组档位开关的左侧静触点和第二组档位开关的中间动触点连接，所述第一组档位开关的中间动触点与所述负载的正极连接，所述第一组档位开关的右侧静触点与所述AC220V继电器的常闭触点相连接，所述AC220V继电器的的动触点与所述电池单元的正极连接；

所述第二组档位开关的左侧静触点不接线，右侧静触点与所述AC220V继电器的常开触点相连接，所述充电单元的负极分别与所述电池单元和负载的负极相连接。

请参阅图2，自动切换装置设置在非工作档位，整个自动切换装置处于关闭状态。具体连接如下描述：

市电的L、N分别于与充电单元的L、N相连接，同时分别与AC220V继电器的两端相连接，充电单元的负极与电池单元的负极、负载模块的负极相连接，充电单元的正极与三档开关的第一组的左边静触点相连，同时与第二组的动触点相连，三档开关的第一组的动触点与负载模块的正极相连，三档开关的第一组的右边静触点与AC220V继电器的常闭触点相连，三档开关的第二组的左边静触点悬空不接任何引脚，三档开关的第二组的右边静触点与AC220V 继电器的常开触点相连，AC220V继电器的动触点与电池单元的正极相连。装置在此状态下，无论是否外接市电AC220V电压，由于三档开关处于中间位置，充电单元的正极、电池单元的正极、负载模块的正极均是彼此断开的，所以不存在任何方式的供电状态。

请参阅图3，装置是在AC档位，即市电通过充电单元直接给负载模块供电。具体连接如下描述：市电模块的L、N分别于与充电单元的L、N相连接，同时分别与AC220V继电器的两端相连接，充电单元的负极与电池单元的负极、负载模块的负极相连接，充电单元的正极与三档开关的第一组的左边静触点相连，同时与第二组的动触点相连，三档开关的第一组的动触点与负载模块的正极相连，三档开关的第一组的右边静触点与AC220V继电器的常闭触点相连，三档开关的第二组的左边静触点悬空不接任何引脚，三档开关的第二组的右边静触点与AC220V继电器的常开触点相连，AC220V继电器的动触点与电池单元的正极相连。当三档开关打至“AC档位”，此时三档开关的第一组的动触点与其左边的静触点连通，三档开关的第二组的动触点与其左边的静触点连通，AC220V继电器的常开触点闭合，所以充电单元的正极与负载单元的正极连通，而充电单元的正极与电池单元的正极断开，这就实现了市电通过充电单元直接给负载供电的功能。

请参阅图4，装置是在DC档位，由电池单元直接给负载模块供电。具体连接如下描述：充电单元的L、N分别与AC220V继电器的两端相连接，充电单元的负极与电池单元的负极、负载模块的负极相连接，充电单元的正极与三档开关的第一组的左边静触点相连，同时与第二组的动触点相连，三档开关的第一组的动触点与负载模块的正极相连，三档开关的第一组的右边静触点与AC220V继电器的常闭触点相连，三档开关的第二组的左边静触点悬空不接任何引脚，三档开关的第二组的右边静触点与AC220V继电器的常开触点相连，AC220V继电器的动触点与电池单元的正极相连。当三档开关打至“DC档位”，且未连接市电AC220V时，此时三档开关的第一组的动触点与其右边的静触点连通，三档开关的第二组的动触点与其右边的静触点连通，AC220V继电器的常闭触点吸合，所以此时电池单元的正极与负载模块的正极连通，而电池单元的正极与充电单元的正极断开，这就实现了由电池单元直接给负载供电而且防止电池单元给充电单元反充供电的功能。

请参阅图5，装置是在DC档位，即市电通过充电单元直接给电池单元充电。具体连接如下描述：市电模块的L、N分别于与充电单元的L、N相连接，同时分别与AC220V继电器的两端相连接，充电单元的负极与电池单元的负极、负载模块的负极相连接，充电单元的正极与三档开关的第一组的左边静触点相连，同时与第二组的动触点相连，三档开关的第一组的动触点与负载模块的正极相连，三档开关的第一组的右边静触点与AC220V继电器的常闭触点相连，三档开关的第二组的左边静触点悬空不接任何引脚，三档开关的第二组的右边静触点与AC220V继电器的常开触点相连，AC220V继电器的动触点与电池单元的正极相连。当三档开关打至“DC档位”，且已经连接市电AC220V时，此时三档开关的第一组的动触点与其右边的静触点连通，三档开关的第二组的动触点与其右边的静触点连通，AC220V继电器的常开触点吸合，所以充电单元的正极与电池单元的正极连通，而充电单元的正极与负载模块的正极断开，同时电池单元的正极与负载模块的正极也断开，这就实现了市电通过充电单元直接给电池单元充电的功能。

如图3和图5所示，本实用新型利用市电，直接充电单元给负载模块供电或者直接给电池单元充电。两种状态下负载模块供电或者电池单元充电相互独立，无法同时进行，这样的设计减轻了充电单元的负担，延长其使用寿命。

如图4所示，本实用新型通过电池单元直接给负载模块供电，但是断开了电池单元与充电单元的连接，这样能够避免由电池单元给充电单元反充供电的危害，减少能量损失，提高电池的供电时间。

综上，本实用新型克服了传统充电设备的充电过程中反充供电缺陷以及同时给电池充电和给负载供电的缺陷，通过简单有效的供电档位切换装置，实现各供电模式下工作回路彼此独立、互不干扰的功能，另外还能有效防止反充供电，减小能耗。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，包括充电单元、负载和电池单元，所述充电单元的输入端与市电连接，输出端分别与所述负载和电池单元连接，在所述充电单元与所述负载之间设置有用于切换交直流供电状态的防反冲自转换单元，所述防反冲自转换单元的输入端分别与所述市电和充电单元连接，所述电池单元经过所述防反冲自转换单元与所述负载连接，所述充电单元用于将外接市电的AC220V电压转换为低压直流电压，为所述电池单元充电或者为所述负载提供所需直流电压，所述电池单元用于给所述负载提供电压。

2.根据权利要求1所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述防反冲自转换单元包括档位开关和AC220V继电器，所述档位开关分三路，一路与所述负载连接，另两路经过所述AC220V继电器与电池单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述充电单元的正极分两路，分别与第一组档位开关的左侧静触点和第二组档位开关的中间动触点连接，所述第一组档位开关的中间动触点与所述负载的正极连接，所述第一组档位开关的右侧静触点与所述AC220V继电器的常闭触点相连接，所述AC220V继电器的动触点与所述电池单元的正极连接；所述第二组档位开关的右侧静触点与所述AC220V继电器的常开触点相连接，所述充电单元的负极分别与所述电池单元和负载的负极相连接。

4.根据权利要求3所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述市电的L相分两路，一路接所述充电单元的正极，另一路接所述AC220V继电器的线圈正极，所述市电的N相分两路，一路接所述充电单元的负极，另一路与所述AC220V继电器的线圈负极连接。

5.根据权利要求1所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述电池单元包括3组额定电压为3.7V的单个锂电池串联构成，1#锂电池的负极与2#锂电池的正极相连，2#锂电池的负极与3#锂电池的正极相连，1#锂电池的正极和3#锂电池的负极分别作为电池单元的正极和负极。

6.根据权利要求5所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，单个所述锂电池的充电截止电压为4.2V，放电截止电压3V，所述电池单元的充电截止电压为12.6V，放电截止电压为9V。

7.根据权利要求1所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述充电单元包括依次连接的输入整流模块、高频变压模块、反馈控制模块、稳压模块和输出整流模块。

8.根据权利要求7所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述充电单元的输入整流模块具体为：市电的L与第一二极管D1的正极相连，市电的N与第一电阻R1的一端相连，第一二极管D1的负极与第一电解电容C1的正极相连，第一电解电容C1的另一端与第一电阻R1的另一端相连。

9.根据权利要求8所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述高频变压模块具体为：第一电解电容C1的正极还分别与第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2的一端以及高频变压器T1初级主绕组的一端相连，第三电阻R3的另一端分别于第二电容C2的另一端和第二二极管D2的负极相连，第二二极管D2的正极分别于第一三极管Q1的集电极、高频变压器T1初级主绕组的另一端相连；第二电阻R2的另一端分别与第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的集电极、第五稳压管二极管D5的负极、第五电阻R5的一端相连，第一三极管Q1的发射机分别与第三二极管D3的正极、第四电阻R4的一端相连，第三二极管D3的负极与第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的发射机分别与第一电解电容C1的负极、第四电阻R4的另一端、第二电解电容C2的正极、高频变压器T1初级副绕组的一端相连。

10.根据权利要求9所述的一种防反充交直流自动转换装置，其特征在于，所述反馈控制模块和稳压模块具体为：第二电解电容C2的负极分别与第五稳压管二极管D5的正极、第四二极管D4的正极相连，第四二极管D4的负极分别与高频变压器T1初级副绕组的另一端、第四电容C4的一端相连，第四电容C4的另一端与第五电阻R5的另一端相连；

所述输出整流模块具体为：高频变压器T1次级绕组的一端与第六二极管D6的正极相连，第六二极管D6的负极分别与第五电解电容C5的正极、第六电阻R6的一端以及充电单元的输出正极相连，第六电阻R6的另一端与第七二极管D7的正极相连，高频变压器T1次级绕组的另一端分别与第五电解电容C5的负极、第七二极管D7的负极以及充电单元的输出负极相连。