CN209184295U - 一种智能安全型电动车充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种智能安全型电动车充电器，包括壳体，设置在壳体内部的充电模块，与充电模块输入端连接的市电接口，与充电模块输出端连接的充电口；其中，在充电模块上通过功率变换电路的设置，提高了电路瞬时响应特性，使得输出功率达到150W；通过PWM控制电路的设置，智能调节输出电压的PWM占空比，具有更快的动态响应速度，使得充电过程更稳定；同时设置有防反接电路、输入保护电路和输出保护电路，大大提升了充电器的安全性能及使用寿命。

Description

一种智能安全型电动车充电器

技术领域

本发明涉及一种电动车充电器。

背景技术

现有的充电器基本都是由单端反激开关电源和多重保护电路结合设计而成。单端反激开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源，单端反激指的是在单个开关管接通的情况下，当输入为高电平时输出线路中串联的电感为放电状态；相反，在开关管断开的情况下，当输入为高电平时输出线路中的串联的电感为充电状态。

单端反激开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低和性能稳定的特点被广泛应用，但输出负载功率最大仅为100W，而充电器充电功率要求达 150W，这导致了充电器普遍存在变压器初级和次级线圈的漏感比较大，发热严重、瞬时响应特性差、输出不稳定和容易烧坏等应用问题。

发明内容

本发明为解决以上现有充电器存在变压器初级和次级线圈的漏感比较大，发热严重、瞬时响应特性差、输出不稳定和容易烧坏的技术问题，提供一种智能安全型电动车充电器。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种智能安全型电动车充电器，包括壳体，设置在壳体内部的充电模块，与充电模块输入端连接的市电接口，与充电模块输出端连接的充电口；所述充电模块包括防雷电路、EMI电路、第一整流滤波电路、输入保护电路、功率变换电路、 PWM控制电路、第二整流滤波电路、输出保护电路、防反接电路和DC输出电路，其中：

所述市电接口与所述防雷电路输入端电性连接；

所述防雷电路输出端与所述EMI电路输入端电性连接；

所述EMI电路输出端与所述第一整流滤波电路输入端电性连接；

所述第一整流滤波电路输出端与所述功率变换电路输入端电性连接；

所述功率变换电路输出端与所述第二整流滤波电路输入端电性连接；

所述第二整流滤波电路输出端与所述防反接电路输入端电性连接；

所述防反接电路输出端与所述DC输出电路电性连接；

所述第一整流滤波电路输出端通过所述输入保护电路与所述PWM控制电路输入端电性连接；

所述DC输出电路输出端通过所述输出保护电路与所述PWM控制电路输入端电性连接；

所述PWM控制电路输出端与所述功率变换电路输入端电性连接；

所述DC输出电路与所述充电口电性连接。

其中，所述防雷电路具体连接为：

将市电接口火线串联保险丝、压敏电阻和放电管到地形成火线保护回路；

将市电接口零线串联保险丝、压敏电阻和放电管到地形成零线保护回路；

火零线之间通过串联保险丝和压敏电阻形成后级保护电路。

其中，所述功率变换电路上设置有RCD吸收子电路。

其中，所述防反接电路具体为：将二极管串接在输出正电压上，若负载反接，则二极管不导通。

其中，所述输出保护电路包括稳压子电路、过压保护子电路、短路保护子电路；其中：

所述稳压子电路输入端、过压保护子电路输入端、短路保护子电路输入端均与所述DC输出电路输出端电性连接；

所述述稳压子电路输出端、过压保护子电路输出端、短路保护子电路输出端均与所述PWM控制电路输入端电性连接。

其中，所述输入保护电路包括输入过欠压保护子电路和输入过流保护子电路，其中：

所述输入过欠压保护子电路输入端、输入过流保护电路输入端均与所述第一整流滤波电路输出端电性连接；

所述输入过欠压保护子电路输出端、输入过流保护电路输出端与所述PWM 控制电路输入端电性连接。

其中，所述充电模块还包括输出电流采样电路、过流保护电路、状态监控电路、指示灯控制电路和风扇控制电路；其中：

所述输出电流采样电路输入端与所述DC输出电路输出端电性连接；

所述输出电流采样电路输出端通过所述过流保护电路与所述PWM控制电路电性连接；

所述输出电流采样电路输出端与所述状态监控电路输入端电性连接；

所述状态监控电路输出端与所述指示灯控制电路、风扇控制电路电性连接。

其中，所述状态监控电路通过电压比较器输出高电平或低电平到所述指示灯控制电路、风扇控制电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种智能安全型电动车充电器，通过功率变换电路的设置，提高了电路瞬时响应特性，使得输出功率达到150W；通过PWM控制电路的设置，智能调节输出电压的PWM占空比，具有更快的动态响应速度，使得充电过程更稳定；同时设置有防反接电路、输入保护电路和输出保护电路，大大提升了充电器的安全性能及使用寿命。

附图说明

图1为电动车充电器结构示意图；

图2为充电模块电路连接示意图；

图3为防雷电路、EMI电路和第一整流滤波电路示意图；

图4为充电模块电路主体连接图。

其中：1、壳体；2、充电模块；201、防雷电路；202、EMI电路；203、第一整流滤波电路；204、输入保护电路；2041、输入过欠压保护子电路；2042、输入过流保护子电路；205、功率变换电路；206、PWM控制电路；207、第二整流滤波电路；208、输出保护电路；2081、稳压子电路；2082、过压保护子电路；2083、短路保护子电路；209、防反接电路；210、DC输出电路；211、输出电流采样电路；212、过流保护电路；213、状态监控电路；214、指示灯控制电路；215、风扇控制电路；3、市电接口；4、充电口。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1、图2所示，一种智能安全型电动车充电器，包括壳体1，设置在壳体1内部的充电模块2，与充电模块2输入端连接的市电接口3，与充电模块2 输出端连接的充电口4；所述充电模块2包括防雷电路201、EMI电路202、第一整流滤波电路203、输入保护电路204、功率变换电路205、PWM控制电路 206、第二整流滤波电路207、输出保护电路208、防反接电路209和DC输出电路210，其中：

所述市电接口3与所述防雷电路201输入端电性连接；

所述防雷电路201输出端与所述EMI电路202输入端电性连接；

所述EMI电路202输出端与所述第一整流滤波电路203输入端电性连接；

所述第一整流滤波电路203输出端与所述功率变换电路205输入端电性连接；

所述功率变换电路205输出端与所述第二整流滤波电路207输入端电性连接；

所述第二整流滤波电路207输出端与所述防反接电路209输入端电性连接；

所述防反接电路209输出端与所述DC输出电路210电性连接；

所述第一整流滤波电路203输出端通过所述输入保护电路204与所述PWM 控制电路206输入端电性连接；

所述DC输出电路210输出端通过所述输出保护电路208与所述PWM控制电路206输入端电性连接；

所述PWM控制电路206输出端与所述功率变换电路205输入端电性连接；

所述DC输出电路210与所述充电口4电性连接。

更具体的，所述防雷电路201具体连接为：

将市电接口3火线串联保险丝、压敏电阻和放电管到地形成火线保护回路；

将市电接口3零线串联保险丝、压敏电阻和放电管到地形成零线保护回路；

火零线之间通过串联保险丝和压敏电阻形成后级保护电路。

更具体的，所述功率变换电路205上设置有RCD吸收子电路。

更具体的，所述防反接电路209具体为：将二极管串接在输出正电压上，若负载反接，则二极管不导通。

更具体的，所述输出保护电路208包括稳压子电路2081、过压保护子电路 2082、短路保护子电路2083；其中：

所述稳压子电路2081输入端、过压保护子电路2082输入端、短路保护子电路2083输入端均与所述DC输出电路210输出端电性连接；

所述述稳压子电路2081输出端、过压保护子电路2082输出端、短路保护子电路2083输出端均与所述PWM控制电路206输入端电性连接。

更具体的，所述输入保护电路204包括输入过欠压保护子电路2041和输入过流保护子电路2042，其中：

所述输入过欠压保护子电路2041输入端、输入过流保护子电路2042输入端均与所述第一整流滤波电路203输出端电性连接；

所述输入过欠压保护子电路2041输出端、输入过流保护子电路2042输出端与所述PWM控制电路206输入端电性连接。

更具体的，所述充电模块2还包括输出电流采样电路211、过流保护电路212、状态监控电路213、指示灯控制电路214和风扇控制电路215；其中：

所述输出电流采样电路211输入端与所述DC输出电路210输出端电性连接；

所述输出电流采样电路211输出端通过所述过流保护电路212与所述PWM 控制电路206电性连接；

所述输出电流采样电路211输出端与所述状态监控电路213输入端电性连接；

所述状态监控电路213输出端与所述指示灯控制电路214、风扇控制电路 215电性连接。

更具体的，所述状态监控电路213通过电压比较器输出高电平或低电平到所述指示灯控制电路214、风扇控制电路215。

在具体实施过程中，本实用新型通过功率变换电路205的设置，提高了电路瞬时响应特性，使得输出功率达到150W；通过PWM控制电路206的设置，智能调节输出电压的PWM占空比，具有更快的动态响应速度，使得充电过程更稳定；同时设置有防反接电路209、输入保护电路204和输出保护电路208，大大提升了充电器的安全性能及使用寿命。

实施例2

如图3所示，在防雷电路201中，F为保险丝，RV为压敏电阻，FDG1为放电管，火线串联F3、RV2和FDG1到地形成火线保护电路；零线串联F4、RV3 和FDG1到地形成零线保护电路；火零线之间串F5和RV4形成后级保护电路及接口。

在具体实施过程中，当雷击较弱时，各路压敏电阻起作用，限制后级电路的电压，有效保护，属于可恢复保护；当雷击较强时，压敏电阻起作用的同时，保险丝也烧断，进行保护，属于不可恢复保护。

更具体的，在EMI电路202中，由电容C10、C14和共模电感LF2组成串模干扰滤除电路；由电容C12、C13和共模电感LF2组成共模干扰滤除电路；R1 和R29为泄放电阻，可将C14上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性，且断电后使电源的火零线不带电，保证安全性。

在具体实施过程中，串模共模干扰滤除电路，不仅对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源的干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网的干扰。

更具体的，市电经过防雷电路201和EMI电路202后，进入由二极管D12、 D13、D14和D16组成的第一整流滤波电路203中，经电解电容CD2滤波，变为较纯净的直流电压。聚丙烯电容CBB1对后级功率变换电路产生的高频噪声进行有效滤除，防止对其他电路的干扰。

在具体实施过程中，当电源开启瞬间，要对电解电容CD2充电，由于瞬间电流大，在零线上串接负温度系数热敏电阻RZ3，能有效防止浪涌电流，因瞬时能量全消耗在热敏电阻上，一定时间后温度升高后其阻值减小，其消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。

更具体的，如图4所示，在功率变换电路205中，Q6为MOS管，作为变压器初级输入的通断开关，串接在变压器初级输入端，耐高压、可通大电流，导通电阻小，驱动电压低等特点；使用散热片S-Q1，进一步提升MOS管Q6的散热能力；PWM控制电路206通过专门的开关电源芯片U7输出PWM驱动信号，控制MOS管Q6的通断，即控制功率变压器初级输入的通断。

更具体的，由PNP三极管Q5，电阻R58、R60、R59和二极管D25组成的泄放回路，加快MOS管的通断时间；电阻R52是固定上电时初始状态，保证 MOS管上电瞬间不误动作。

更具体的，RCD吸收子电路由高速二极管D21、电容CH3和电阻R32、R33、 R34、R35组成，保护MOS管在断开时不被高压击穿。当MOS管断开瞬间，变压器的漏感产生感应电压，容易击穿MOS管，而有了RCD吸收子电路，感应电压被RCD吸收子电路限制在安全电压内。

在具体实施过程中，串接小电阻R68和二极管D26形成单向整流，CD8和 C18整流滤波，得到输入端辅助电压VDD。VDD随输入电压变化而变化。

在具体实施过程中，因开关电源专用芯片U7的工作电压VDD岁输入电压变化而变化，输入电压只有在设计的范围内，U7才能正常工作；通过输入过欠压保护子电路2041设置，在欠压时，输入端辅助电压VDD达不到U7的工作电压，无PWM驱动输出，MOS管Q6处于开关断开状态，变压器初级无输入；在过压时，输入端辅助电压VDD超过了U7的工作电压范围，MOS管Q6处于开关断开状态，变压器初级无输入；在输入过流保护子电路2042中，将电阻R65串接在 MOS管Q6和变压器初级到地端，作为输入电流采样，当输入过流时，R65端电压高，即接到U7检测引脚电压高，U7停止PWM输出，Q6处于开关断开状态，变压器初级无输入，从而保护电路过流情况。

更具体的，肖特基整流二极管D22单向整流，高频铝电解电容CD7和C17 滤波，电阻R30、R31和电容C16组成峰值吸收电路，保护肖特基整流二极管 D22，输出电压跟随输入电流变化而变化。

在具体实施过程中，在第二整流滤波电路207中，超快速整流二极管D28 单向整流，高频率电解电容CD9滤波，得到平稳的直流电压；电阻R36、R37、 R38、R39和电容CH4组成一个峰值吸收电路，吸收因开关变压器初级绕组自感电压，即开关管断开瞬间出现的反峰值高压耦合，保护超快速整流二极管D28；电阻R70、R71作为轻载时的负载，并接在高频率CD9之后，保证输出稳定。在整流后并接高频率电解电容CD10和串接电感LF3的CL滤波电路，进一步降低输出纹波和抗干扰。

在具体实施过程中，利用二极管单向导通特性，在第二整流滤波电路207 后设置防反接电路209，串接D23在输出正电压上，若负载反接，则D23不导通，无法接通内部电源，实现接错保护作用；经过防反接电路209后，在DC输出电路210直接输出充电电压。

在具体实施过程中，在稳压子电路2081中，输出电压经过电阻R46、R74、 R75、R57和可调电阻VR1和电阻R56组成取样电路，和基准源U9比较，比较结果直接影响反馈光耦的输出，进而改变专用芯片U7的PWM驱动信号占空比，调整输出电压。如当输出VBAT+升高，取样电压大于基准源U9的R端电压，基准电压为2.5V，则使流过U9的电流变大，也就是流过光耦输入级的电流变大，使U7的2引脚电压变小，输出的PWM占空比变小，最终使输出电压降低，如果输出电压升高过大，即过压，则导致U7直接停止PWM输出，即结果是停止输出。相反，如果输出VBAT+下降，U7输出的PWM占空比变大，输出电压升高。

在具体实施过程中，在短路保护子电路2083中，串接可恢复保险丝F7到输出地端进行短路保护，当负载短路时，F7阻值变得很大，保护负载不会因过流而烧坏，正常情况，F7阻值很小，不影响电路。

在具体实施过程中，在输出电流采样电路211中使用小阻值、大功率、低温漂的电阻RD2串联在负载的地端，取端电压VBAT-作为负载电流检测和其他功能检测依据。

在具体实施过程中，在状态监控电路213中，由基准源U10和电阻R77、 R78分压组成的基准电压，由RD2端采样电压VBAT-通过比较器U8B和基准电压比较，从比较器输出低电平或高电平提供给指示灯控制电路214和风扇控制电路215。

在具体实施过程中，在过流保护电路212中，由基准源U10和电阻R64、 R76分压组成的过流基准电压，由RD2端采样电压VBAT-通过比较器U8A和过流基准电压比较，一旦过流，比较器输出低电平，使反馈光耦反馈给U7的电压变小，进而输出的PWM占空比变小，输入变小，输出电流降低。如果瞬间过流很大，反馈光耦反馈给U7的电压很小，则直接停止PWM输出，即停止输出。

在具体实施过程中，指示灯控制电路214由基准源U10和电阻R77、R78 分压组成的涓流基准电压，由RD2端采样电压VBAT-通过比较器U8B和涓流基准电压比较，一旦负载电流小于设定的涓流电流值，比较器输出低电平，由电阻 R67、R50、R79、三极管Q8和双色发光二极管LED1组成的指示灯电路，因比较器输出低电平，使Q8截止，LED1的绿色灯点亮，表示已充满或者未接充电电池。反之，在负载电流大于涓流电流值时，比较器输出高电平，LED1的红色灯点亮，表示正在充电。

在具体实施过程中，风扇控制电路215通过电阻R55和Q7组成散热风扇的驱动，D27反接在风扇驱动的两端XH2提供断开时放电回路，电阻R72和R73 串接在风扇的正端，限制风扇的驱动电流。由基准源U10和电阻R77、R78分压组成的涓流基准电压，由RD2端采样电压VBAT-通过比较器U8B和涓流基准电压比较，一旦负载电流小于设定的涓流电流值，比较器输出低电平，Q7截止，风扇停止工作，表示充电已满或未接充电电池。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能安全型电动车充电器，包括壳体(1)，设置在壳体(1)内部的充电模块(2)，与充电模块(2)输入端连接的市电接口(3)，与充电模块(2)输出端连接的充电口(4)；其特征在于：所述充电模块(2)包括防雷电路(201)、EMI电路(202)、第一整流滤波电路(203)、输入保护电路(204)、功率变换电路(205)、PWM控制电路(206)、第二整流滤波电路(207)、输出保护电路(208)、防反接电路(209)和DC输出电路(210)，其中：

所述市电接口(3)与所述防雷电路(201)输入端电性连接；

所述防雷电路(201)输出端与所述EMI电路(202)输入端电性连接；

所述EMI电路(202)输出端与所述第一整流滤波电路(203)输入端电性连接；

所述第一整流滤波电路(203)输出端与所述功率变换电路(205)输入端电性连接；

所述功率变换电路(205)输出端与所述第二整流滤波电路(207)输入端电性连接；

所述第二整流滤波电路(207)输出端与所述防反接电路(209)输入端电性连接；

所述防反接电路(209)输出端与所述DC输出电路(210)电性连接；

所述第一整流滤波电路(203)输出端通过所述输入保护电路(204)与所述PWM控制电路(206)输入端电性连接；

所述DC输出电路(210)输出端通过所述输出保护电路(208)与所述PWM控制电路(206)输入端电性连接；

所述PWM控制电路(206)输出端与所述功率变换电路(205)输入端电性连接；

所述DC输出电路(210)与所述充电口(4)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能安全型电动车充电器，其特征在于：所述防雷电路(201)具体连接为：

将市电接口(3)火线串联保险丝、压敏电阻和放电管到地形成火线保护回路；

将市电接口(3)零线串联保险丝、压敏电阻和放电管到地形成零线保护回路；

火零线之间通过串联保险丝和压敏电阻形成后级保护电路。

3.根据权利要求1所述的一种智能安全型电动车充电器，其特征在于：所述功率变换电路上设置有RCD吸收子电路。

4.根据权利要求1所述的一种智能安全型电动车充电器，其特征在于：所述防反接电路(209)具体为：将二极管串接在输出正电压上，若负载反接，则二极管不导通。

5.根据权利要求1所述的一种智能安全型电动车充电器，其特征在于：所述输出保护电路(208)包括稳压子电路(2081)、过压保护子电路(2082)、短路保护子电路(2083)；其中：

所述稳压子电路(2081)输入端、过压保护子电路(2082)输入端、短路保护子电路(2083)输入端均与所述DC输出电路(210)输出端电性连接；

所述稳压子电路(2081)输出端、过压保护子电路(2082)输出端、短路保护子电路(2083)输出端均与所述PWM控制电路(206)输入端电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能安全型电动车充电器，其特征在于：所述输入保护电路(204)包括输入过欠压保护子电路(2041)和输入过流保护子电路(2042)，其中：

所述输入过欠压保护子电路(2041)输入端、输入过流保护子电路(2042)输入端均与所述第一整流滤波电路(203)输出端电性连接；

所述输入过欠压保护子电路(2041)输出端、输入过流保护子电路(2042)输出端与所述PWM控制电路(206)输入端电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种智能安全型电动车充电器，其特征在于：所述充电模块(2)还包括输出电流采样电路(211)、过流保护电路(212)、状态监控电路(213)、指示灯控制电路(214)和风扇控制电路(215)；其中：

所述输出电流采样电路(211)输入端与所述DC输出电路(210)输出端电性连接；

所述输出电流采样电路(211)输出端通过所述过流保护电路(212)与所述PWM控制电路(206)电性连接；

所述输出电流采样电路(211)输出端与所述状态监控电路(213)输入端电性连接；

所述状态监控电路(213)输出端与所述指示灯控制电路(214)、风扇控制电路(215)电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种智能安全型电动车充电器，其特征在于：所述状态监控电路(213)通过电压比较器输出高电平或低电平到所述指示灯控制电路(214)、风扇控制电路(215)。