CN210780186U

CN210780186U - 一种高压电池充电器

Info

Publication number: CN210780186U
Application number: CN201922206113.8U
Authority: CN
Inventors: 王春华
Original assignee: Nanjing Qinheng Microelectronics Co ltd
Current assignee: Nanjing Qinheng Microelectronics Co ltd
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-10

Abstract

本实用新型公开了一种高压电池充电器，包括变压器原边绕组、变压器副边整流滤波模块、电阻R7、电容C4及单片机，变压器副边整流滤波模块包括依次连接的变压器副边高压绕组、整流模块、滤波电容C1；电阻R7一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，电阻R7另一端连接电容C4的一端及单片机的电源引脚，电容C4的另一端接地及变压器副边整流滤波模块的负极；单片机包括内置并联稳压器，并联稳压器一端连接电源引脚，另一端接地。本实用新型省去了原有的低压绕组，充分利用高压端为单片机供电；整体结构更紧凑、成本更低廉，用电更省，提高了能源利用率，节约能源与使用成本。

Description

一种高压电池充电器

技术领域

本实用新型属于高压电池充电技术领域，尤其涉及一种电动车或者电动工具的充电器。

背景技术

现有的电动车或者电动工具充电器中经变压器变换后的电压包括高压和低压两个部分，如图1所示，高压为36V、48V、60V、64V或72V等，为主电路供电；由于高电压的LDO、高电压的风扇和继电器成本较高，所以现有高压充电器会另设一个低压绕组，低压一般为12-20V，为控制电路和低压风扇和低压继电器供电，元器件使用较多，结构较为复杂。另外，高压侧为了稳压效果，往往需要并联电阻R1＇、R2＇、R3＇作为假负载释放部分电能，使得这部分电能白白浪费掉，造成能源的浪费，使用成本的增加。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中的高压电池充电器结构复杂能源利用率低的问题，本实用新型提供一种高压电池充电器。

技术方案：一种高压电池充电器，包括变压器原边绕组、变压器副边整流滤波模块、电阻R7、电容C4及单片机，变压器副边整流滤波模块包括依次连接的变压器副边高压绕组、整流器件、滤波电容C1，电阻R7一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，电阻R7另一端连接电容C4的一端及单片机的电源引脚，电容C4的另一端接地及变压器副边整流滤波模块的负极；所述单片机包括内置的并联稳压器，并联稳压器一端连接单片机电源引脚，另一端接地。

进一步地，还包括第一MOS管Q3、第二开关管Q4及电阻R8，第一MOS管Q3为PMOS管，第一MOS管Q3的源极连接变压器副边整流滤波模块的正极，第一MOS管Q3的漏极为充电器的输出端，第一MOS管Q3的栅极与源极之间连接电阻R8；第一MOS管Q3的栅极与第二开关管Q4的输出端连接；第二开关管Q4的公共端接地、输入端连接单片机的第二I/O口，或者第二开关管Q4的输入端连接单片机的电源引脚、公共端连接单片机的第二I/O口。

进一步地，还包括继电器、第二开关管Q4及二极管D4，继电器的开关一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，开关另一端为充电器的输出端，继电器的控制正极连接变压器副边整流滤波模块的正极，继电器的控制负极连接第二开关管Q4的输出端；二极管的负极连接变压器副边整流滤波模块的正极，二极管的正极连接第二开关管Q4的输出端；第二开关管Q4的公共端接地，第二开关管Q4的输入端连接单片机的第二I/O口。对于高压继电器，第二开关管Q4工作于静态开关状态，对于低压继电器，第二开关管Q4通常工作于PWM驱动状态。

进一步地，还包括第三MOS管Q5、二极管D5、二极管D6、电阻R9及电容C5，第三MOS管Q5为NMOS管，第三MOS管Q5的漏极与变压器副边整流滤波模块的正极连接，第三MOS管Q5的源极为输出端，二极管D5的正极通过电容C5连接单片机的第二I/O口，二极管D5的负极连接第三MOS管Q5的栅极，第三MOS管Q5的栅极与源极之间连接电阻R9，二极管D6的正极连接第三MOS管Q5的源极，二极管D6的负极连接二极管D5的正极。

进一步地，还包括风扇、二极管D3、第一开关管Q1，所述风扇的正极连接变压器副边整流滤波模块的正极，风扇的负极连接第一开关管Q1的输出端，第一开关管Q1的输入端连接单片机的第一I/O口，第一开关管Q1的公共端接地；二极管D3的正极连接风扇负极，二极管D3的负极连接风扇的正极。对于高压风扇，第一开关管Q1工作于静态开关状态，对于低压风扇，第一开关管Q1通常工作于PWM驱动状态。

进一步地，变压器副边整流滤波模块的输出电压不小于24V。

进一步地，所述单片机还包括内置的基准参考源，基准参考源一端连接电源引脚，另一端接地；基准参考源的输出端连接并联稳压器。

进一步地，所述并联稳压器用于将电压稳定在5V或3.3V。

进一步地，还包括假负载电阻R10，假负载电阻R10一端连接与变压器副边整流滤波模块的正极，另一端接地。

第一开关管Q1是NMOS管，输出端为漏极，输入端为栅极，公共端为源极；或者第一开关管Q1是NPN三极管，输出端为集电极，输入端为基极，公共端为发射极；

第二开关管Q4是NMOS管，输出端为漏极，输入端为栅极，公共端为源极；或者第二开关管Q4是NPN三极管，输出端为集电极，输入端为基极，公共端为发射极。

有益效果：本实用新型提供的一种高压电池充电器，相比较现有技术，省去了原有的低压绕组及高压LDO等；将单片机直接连接在变压器整流滤波模块输出端，将原本通过假负载电阻释放掉的能量供给单片机，此外风扇和继电器也直接由高压端通过PWM控制的开关管供电，省去了原有的变压器副边低压绕组；可选的，还可以使用MOS管替换原有的继电器，可以进一步节省继电器开启能耗，整体的结构更加紧凑、成本更加低廉，用电也更省，提高了能源利用率，节约能源，降低成本。

附图说明

图1为现有的高压电池充电器的示意图；

图2为实施例一高压电池充电器的示意图；

图3为实施例二高压电池充电器的示意图；

图4为实施例三高压电池充电器的示意图；

图5为实施例四高压电池充电器的示意图；

图6为单片机MCU的内部结构示意图；

图7为并联稳压器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。

实施例一：

如图2所示，一种高压电池充电器，包括变压器原边绕组、变压器副边整流滤波模块、电阻R7、电容C4及单片机，变压器副边整流滤波模块包括依次连接的变压器副边高压绕组、整流模块、滤波电容C1，本实施例中的整流模块采用整流二极管D1；电阻R7一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，电阻R7另一端连接电容C4的一端及单片机的电源引脚，电容C4的另一端接地及变压器副边整流滤波模块的负极；所述单片机包括内置的并联稳压器，并联稳压器一端连接单片机的电源引脚，另一端接地，具体结构如图7所示给出了一个实例，实际也可以用其他可实现的并联稳压器代替。如图6所示，单片机还包括内置的基准参考源，基准参考源一端连接单片机的电源引脚，另一端接地；基准参考源的输出端连接并联稳压器。电阻R7的阻值大于200Ω，实际取值一般在几KΩ到几十KΩ，电容C4的容量大于1000pF，实际取值一般在0.01uF到1uF。电阻R7、电容C4、基准参考源及并联稳压器形成一个完整的并联稳压模块，该模块通过负反馈调节单片机的电源电压，使单片机电源电压输出一个稳定的标准CMOS逻辑电压，如3.3V或5V等，使芯片内部器件全部工作在标准CMOS逻辑电压下，保护了单片机内部器件不会暴露在高压下，这样就实现了让普通3.3V或5V的单片机在48V或高于48V的高电压下间接使用起来，无需依靠变压器副边低压绕组。

基准参考源为并联稳压器提供稳定的参考源，从而保证IC芯片的电源电压稳定在3.3V或5V。单片机的GND引脚接地，图中已省略。当然，电源中还包括其他部分，因不涉及本实用新型的发明点，不做赘述，附图中也省去了该部分内容。变压器副边整流滤波模块将电流释放给单片机，为单片机供电，省去了原有的变压器副边低压绕组，也省去了原有假负载电阻。变压器副边整流滤波模块输出的电压常见为48V，至少为24V。

高压电池充电器还包括风扇和继电器风扇和继电器供电也均由变压器副边整流滤波模块提供。

所述风扇的正极连接变压器副边整流滤波模块的正极，风扇的负极连接第一开关管Q1的输出端，第一开关管Q1的输入端连接单片机的第一I/O口，第一开关管Q1的公共端接地；二极管D3的正极连接风扇负极，二极管D3的负极连接风扇的正极。所述单片机的第一I/O口输出PWM波，通过PWM波的占空比控制风扇的电流大小，从而将常用的低成本的低压风扇应用于较高电源电压下。本实施例的第一开关管Q1采用NMOS管实现，输出端为漏极，输入端为栅极，公共端为源极。除此之外，第一开关管Q1也可以是NPN三极管，输出端为集电极，输入端为基极，公共端为发射极，根据需要在基极串接电阻。

继电器的开关一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，开关另一端为充电器的输出端，继电器的控制正极连接变压器副边整流滤波模块的正极，继电器的控制负极连接第二开关管Q4的输出端；二极管D4的负极连接变压器副边整流滤波模块的正极，二极管的正极连接第二开关管Q4的输出端；第二开关管Q4的公共端接地，第二开关管Q4的输入端连接单片机的第二I/O口，可根据需要串接电阻R12。本实施例中，第二开关管Q4是NPN三极管，输出端为集电极，输入端为基极，公共端为发射极。除此之外，第二开关管Q4也可以是NMOS管，输出端为漏极，输入端为栅极，公共端为源极。所述单片机的第二I/O口输出PWM波，通过PWM波的占空比控制继电器线圈的电流，从而将继电器应用于较高电源电压下。

图中R6为采样电阻，电阻R6连接充电输出端，通常也连接到单片机的第三I/O口，单片机第三I/O口是模拟I/O口，电阻R6用于监控充电电流，实现恒流控制或者过流保护，一般取值不大于100mΩ。

实施例二：

如图3，实施例二与实施例一相比，采用第一MOS管Q3代替继电器。

第一MOS管Q3采用PMOS管，用PMOS管替代原有电源中的继电器。配合PMOS管使用的还有第二开关管Q4，本实施例中的第二开关管Q4为NMOS管，输出端为漏极，输入端为栅极，公共端为源极，也可以使用NPN三极管。还包括电阻R8，第一MOS管Q3的源极连接变压器副边整流滤波模块的正极，第一MOS管Q3的漏极为充电器的输出端，第一MOS管Q3的栅极与源极之间连接电阻R8；第一MOS管Q3的栅极与第二开关管Q4的输出端连接，第二开关管Q4的公共端接地，第二开关管Q4的输入端连接单片机的第二I/O口I/O2，或者第二开关管Q4的输入端连接单片机的电源引脚、公共端连接单片机的第二I/O口。单片机的第二I/O口通过输出高低电平控制第二开关管Q4通断来进一步控制第一MOS管Q3的通断。

还包括电容C3、电阻R4，电容C3与风扇并联，电阻R4与风扇串联。其中，电阻R4和电容C3是可选器件。

实施例三：

如图4所示，实施例三和实施例二相比，区别在于继电器采用第三MOS管Q5代替。

第三MOS管Q5为NMOS管，因为在实际生产中，PMOS管的成本要比NMOS管高，为了进一步减少成本，使用NMOS管实现原有电源中的继电器的功能，因此，第三MOS管Q5的外围电路也有所区别。如图4所示，还包括二极管D5、二极管D6、电阻R9、电容C5，其中电容C5为耐高压电容。第三MOS管Q5的漏极与变压器副边整流滤波模块的正极连接，第三MOS管Q5的源极为充电器的输出端，二极管D5的正极通过电容C5连接单片机的第二I/O口I/O2，二极管D5的负极连接第三MOS管Q5的栅极，第三MOS管Q5的栅极与源极之间连接电阻R9，二极管D6的正极连接第三MOS管Q5的源极，二极管D6的负极连接二极管D5的正极。原理上电阻R9还需要并联一个电容，实际应用中可利用NMOS管Q5自身的栅源电容代替。单片机的第二I/O口输出方波信号，所述方波信号与二极管和电容等产生升压，用于控制NMOS管通断来控制输出，一定频率的方波开启NMOS管，低电平关断NMOS管。

实施例四

实施例四是在实施例三的基础上进行的改进，当为单片机供电之后仍然消耗不掉适当的功率，则在此基础上仍然需要在变压器副边整流滤波模块的输出端并联假负载电阻R10，如图5所示。假负载电阻的目的是克服空载或轻载输出不稳定。假负载电阻要求电阻功率要足够，阻值也要合适，太小会增大空载损耗，影响效率，太大不起作用。假负载电阻R10可以选择多个电阻并联实现，以减小电阻，增大电流，增加负载，这样可以消减掉部分电压过冲，以满足启动条件。

此外，本实施例中的第一开关管Q1采用NPN三极管实现，输出端为集电极，输入端为基极，公共端为发射极，并根据需要在第一开关管Q1的基极串接电阻R11。第一开关管Q1也可以采用NMOS管实现，输出端为漏极，输入端为栅极，公共端为源极。此外，在连接风扇时去除了电阻R4和电容C3，也可以实现相同效果。

Claims

1.一种高压电池充电器，其特征在于，包括变压器原边绕组、变压器副边整流滤波模块、电阻R7、电容C4及单片机，变压器副边整流滤波模块包括依次连接的变压器副边高压绕组、整流器件、滤波电容C1，电阻R7一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，电阻R7另一端连接电容C4的一端及单片机的电源引脚，电容C4的另一端接地及变压器副边整流滤波模块的负极；所述单片机包括内置的并联稳压器，并联稳压器一端连接单片机电源引脚，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的高压电池充电器，其特征在于，还包括第一MOS管Q3、第二开关管Q4及电阻R8，第一MOS管Q3为PMOS管，第一MOS管Q3的源极连接变压器副边整流滤波模块的正极，第一MOS管Q3的漏极为充电器的输出端，第一MOS管Q3的栅极与源极之间连接电阻R8；第一MOS管Q3的栅极与第二开关管Q4的输出端连接；第二开关管Q4的公共端接地、输入端连接单片机的第二I/O口，或者第二开关管Q4的输入端连接单片机的电源引脚、公共端连接单片机的第二I/O口。

3.根据权利要求1所述的高压电池充电器，其特征在于，还包括继电器、第二开关管Q4及二极管D4，继电器的开关一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，开关另一端为充电器的输出端，继电器的控制正极连接变压器副边整流滤波模块的正极，继电器的控制负极连接第二开关管Q4的输出端；二极管的负极连接变压器副边整流滤波模块的正极，二极管的正极连接第二开关管Q4的输出端；第二开关管Q4的公共端接地，第二开关管Q4的输入端连接单片机的第二I/O口。

4.根据权利要求1所述的高压电池充电器，其特征在于，还包括第三MOS管Q5、二极管D5、二极管D6、电阻R9及电容C5，第三MOS管Q5为NMOS管，第三MOS管Q5的漏极与变压器副边整流滤波模块的正极连接，第三MOS管Q5的源极为输出端，二极管D5的正极通过电容C5连接单片机的第二I/O口，二极管D5的负极连接第三MOS管Q5的栅极，第三MOS管Q5的栅极与源极之间连接电阻R9，二极管D6的正极连接第三MOS管Q5的源极，二极管D6的负极连接二极管D5的正极。

5.根据权利要求1至4任一所述的高压电池充电器，其特征在于，还包括风扇、二极管D3、第一开关管Q1，所述风扇的正极连接变压器副边整流滤波模块的正极，风扇的负极连接第一开关管Q1的输出端，第一开关管Q1的输入端连接单片机的第一I/O口，第一开关管Q1的公共端接地；二极管D3的正极连接风扇负极，二极管D3的负极连接风扇的正极。

6.根据权利要求1至4任一所述的高压电池充电器，其特征在于，变压器副边整流滤波模块的正极的输出电压不低于24V。

7.根据权利要求1至4任一所述的高压电池充电器，其特征在于，所述单片机还包括内置的基准参考源，基准参考源一端连接电源引脚，另一端接地；基准参考源的输出端连接并联稳压器。

8.根据权利要求1至4任一所述的高压电池充电器，其特征在于，所述并联稳压器用于将单片机电压稳定在5V或3.3V。

9.根据权利要求1至4任一所述的高压电池充电器，其特征在于，还包括假负载电阻R10，假负载电阻R10一端连接变压器副边整流滤波模块的正极，另一端接地。

10.根据权利要求2或3所述的高压电池充电器，其特征在于，第二开关管Q4是NMOS管，输出端为漏极，输入端为栅极，公共端为源极；或者第二开关管Q4是NPN三极管，输出端为集电极，输入端为基极，公共端为发射极。