CN213637495U - 一种基于buck电路的恒流充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了恒流充电领域的一种基于BUCK电路的恒流充电电路，包括PWM控制器，PWM控制器的定时端连接有外部定时器，其推挽输出端通过隔离驱动模块连接到功率管的驱动端，功率管另外两端的其中一端连接高压输入正极，另外一端依次串联取样电阻R12、电感L1与电容C17后接高压输入负极；取样电阻R12的两端连接到线性隔离光耦，线性隔离光耦通过误差放大模块与PWM控制器的电流检测输入端连接。本实用新型采用自适应的PWM控制，可实现恒电流充电和安全的短路保护功能，且具有恒电流值可调、结构简单、成本低、控制可靠、灵活简便的操作特性，为直流高压系统电力应用提供了新的安全可靠实现方式。

Description

一种基于BUCK电路的恒流充电电路

技术领域

本实用新型涉及恒流充电领域，具体是一种基于BUCK电路的恒流充电电路。

背景技术

在直流中高压系统中，负载类型的不同，影响着电路接通关断的方式，实际应用中没有纯理想的阻性、容性和感性负载之分，实际模型往往是三种某种形式的组合模型。一种就是动力负载，如电机类负载，该类负载往往具有独立的控制器，控制器输入端接有一定容量的电容；另一种常见的如电源负载(DC-DC，DC-AC)，前端都有连接电容。这两种负载直接上电启动，往往冲击电流会很高，甚至会触发电路中的过流保护动作，冲击电流值与输入电压的升高、电容容量的增加呈现正比增长。

目前，可以采用传统的串电阻方式充电或者基于定时预设占空比的方式进行充电，传统的串电阻方式充电对电阻的要求高，电阻需要无感、阻值尽可能低、保证较高的功率，但是后级降压明显。而采用定时预设占空比的方式进行充电，整个工作过程是预先设定好的，固定不变，容性负载大小的变化影响的是充电电流值的大小，对充电时间影响不大，这样会出现大负载大电流、小负载长时间的现象。

想做到快速、高效、稳定、无明显压差的实现充电，上述两种方式都不能良好兼顾，申请人对此提出改进方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于BUCK电路的恒流充电电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于BUCK电路的恒流充电电路，包括PWM控制器，PWM控制器的定时端连接有外部定时器，其推挽输出端通过隔离驱动模块连接到功率管的驱动端，功率管另外两端的其中一端连接高压输入正极，另外一端依次串联取样电阻R12、电感L1与电容C17后接高压输入负极；取样电阻R12的两端连接到线性隔离光耦，线性隔离光耦通过误差放大模块与PWM控制器的电流检测输入端连接。

作为本实用新型的改进方案，所述定时器通过电阻R7与电容C8、C9组成，电阻R7的第一端连接PWM控制器的定时端以及电容C8、C9的第一端，电容C8、C9的第二端接地，电阻R7的第二端连接PWM控制器的基准电压输出端，并通过电阻R8连接到PWM控制器的使能控制端。

作为本实用新型的改进方案，PWM控制器的电流检测输入端还连接有斜坡补偿电路，所述斜坡补偿电路包括电阻R9、电容C12、C13与C14，其中，电容C12、C13、C14的第二端连接PWM控制器的定时端，第一端连接电阻R9的第一端，电阻R9的第二端连接PWM控制器的电流检测输入端。

作为本实用新型的改进方案，所述PWM控制器型号为UC3842。

作为本实用新型的改进方案，所述功率管为IGBT管或MOSFET管。

有益效果：本实用新型采用自适应的PWM控制，在取样电阻传递到PWM控制器的反馈值小于1V时，PWM控制器输出的占空比保持不变，当反馈值大于1V时，占空比调小直至反馈值再次小于1V，当反馈值始终大于1V时，PWM控制器停止工作一段时间后再次尝试接通电路。本实用新型可以实现对整个周期的短路保护，可实现恒电流充电和安全的短路保护功能，并且设置隔离驱动模块与线性隔离光耦，增强电路的强抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1-2，一种基于BUCK电路的恒流充电电路，包括PWM控制器，PWM控制器的定时端连接有外部定时器，其推挽输出端通过隔离驱动模块连接到功率管的驱动端，功率管另外两端的其中一端连接高压输入正极，另外一端依次串联取样电阻R12、电感L1与电容C17后接高压输入负极；取样电阻R12的两端连接到线性隔离光耦，线性隔离光耦通过误差放大模块与PWM控制器的电流检测输入端连接。

定时器通过RC确定PWM的频率与占空比，生成PWM控制信号，并输出到隔离驱动模块。隔离驱动模块产生隔离的驱动信号，通过驱动电路驱动功率管依照设定的PWM工作。功率管工作后，回路中产生电流，电流经取样电阻产生压降电压，电流取样信号通过线性隔离光耦进行取样隔离，然后通过误差放大电路进行比较差分放大，然后输出到PWM控制器作为比较信号，实时调节PWM控制器的输出占空比，从而调节预充电回路的电流值，实现恒流充电。

本实施方式采用隔离驱动模块进行驱动隔离，线性隔离光耦进行取样隔离，抗干扰能力强，因此采用两路隔离DC-DC电源，可采用市场上的标准的电源模块，附图中不再单独示出。

此外，本实施方式中，功率管的驱动级保护周围电路属于本领域技术人员能实施的常规技术，也不在附图中单独示出。

实施例2，PWM控制器的型号优选为UC3842，采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共包括8个引脚。其中，1脚为PWM控制器内部误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；2脚是反馈电压输入端，此脚的反馈电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；3脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时，PWM控制器缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；4脚为定时端，PWM控制器内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f＝1.8/(RT×CT)；5脚为公共地端；6脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns，驱动能力为±1A；7脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；8脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。

定时器通过电阻R7与电容C8、C9组成，电阻R7的第一端连接PWM控制器的定时端(4脚)以及电容C8、C9的第一端，电容C8、C9的第二端接+5.0V电源负极，电阻R7的第二端连接PWM控制器的基准电压输出端(8脚)，并通过电阻R8连接到PWM控制器的使能控制端(1脚)。电阻R7、电容C8、C9组成的定时器确定了PWM控制器输出的占空比和频率，电阻阻值大，占空比大，电容容值小，频率高。电阻R7与电容C8、C9一旦选定，频率和初始占空比固定。

PWM控制器的2脚接地，7脚接入+24V电源正极，其中+24V与+5.0V电源共地，7脚还连接有相并联的滤波电容C15、C16，滤波电容C15、C16的另一端接地。PWM控制器的6脚与隔离驱动模块E2的2脚连接，E2的3脚接地，5脚接GND2，8脚接+15V2，6、7脚串联电阻R11后连接功率管Q1的驱动端。优选地，功率管为IGBT管或MOSFET管，漏极连接高压输入正极，源极依次串联取样电阻R12、电感L1与电容C17后接入高压输入负极。取样电阻R12的两端参考网络分别为GND2与GND3。

其中GND2连接到线性隔离光耦E1的VIN端(2脚)，GND3连接到线性隔离光耦E1的SHDN端(3脚)与GND1端(4脚)，且GND2与GND3之间并联有电容C1、C2。线性隔离光耦E1的VDD1端(1脚)连接+5V1电源正极，+5V1与GND3之间连接滤波电容C3。线性隔离光耦E1的VCC端(8脚)接+5.0V电源正极，GND2端(5脚)作为+5.0V电源的负极，+5.0V正负极之间连接C4电容。线性隔离光耦E1的VO-端(6脚)串联电阻R2后接入误差放大器N1A的负输入端(2脚)，VO+端(7脚)串联电阻R1后接入误差放大器N1A的正输入端(3脚)。

误差放大器N1A的正输入端与电源负极之间并联连接电容C5与电阻R3，输出端(1脚)与2脚之间并联连接电容C6与电阻R4。误差放大器N1A的电源端(8脚)连接+5.0V电源正极，地端(4脚)连接+5.0V电源的负极，其8脚与+5.0V负极之间连接电容C7。误差放大器N1A的1脚与电阻R5的第一端连接，电阻R5的第二端连接PWM控制器的3脚，同时还连接电阻R6与电容C10，电阻R6与电容C10并联后连接到+5.0V电源负极。

PWM控制器的电流检测输入端还连接有斜坡补偿电路，具有自纠错能力，用于抑制PWM占空比大于50％时电路的不稳定现象。斜坡补偿电路包括电阻R9、电容C12、C13与C14，其中，电容C12、C13、C14的第二端连接PWM控制器的定时端，第一端连接电阻R9的第一端，电阻R9的第二端连接PWM控制器的电流检测输入端。

电路工作时，PWM控制器的1脚可以作为使能控制端使用，高电平有效，低电平不工作。6脚以初始设定的PWM输出特征信号输出，驱动功率管Q1工作，功率管Q1导通后高压电源开始给电容C17充电，回路产生电流，取样电阻R12作为回路电流取样，通过线性隔离光耦E1取样隔离以及误差放大器N1A滤波放大后反馈给PWM控制器，如果反馈值小于1V，PWM保持不变，如果反馈值大于1V，PWM占空比迅速减小，直至反馈值小于1V，如果出现短路、PWM足够小时，反馈值一直大于1V，PWM控制器便停止工作，等待一段时间后其又会自动尝试接通，如此反复。此时控制1脚的使能信号，便可控制是否允许尝试接通，尝试接通次数等。

回路充电电流取样信号首先经过线性隔离光耦E1进行隔离处理，线性隔离光耦E1将强电与弱电、模拟信号与数字信号进行隔离，隔离处理后的取样信号经误差放大模块处理，分压、RC滤波后送入PWM控制器的电流检测输入端进行比较，调节PWM输出信号，PWM输出经隔离驱动模块将PWM控制信号转换成功率管Q1的驱动信号，完成功率管Q1的驱动，实现整个电路一个周期的控制循环。电感L1、取样电阻R12的阻值、误差放大模块的增益、分压比、RC滤波常数等决定了电路恒流充电的上限电流值、电路的反应时间和恒流调节效果。

本实用新型适用DC0V～DC600V宽范围的输入电压，适用温度在-45℃～85℃之间，容性负载不低于3000μF，可适用不同大小的容性负载需求。本实用新型采用自适应的PWM控制，可实现恒电流充电和安全的短路保护功能，且具有恒电流值可调、结构简单、成本低、控制可靠、灵活简便的操作特性，为直流高压系统电力应用提供了新的安全可靠实现方式。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于BUCK电路的恒流充电电路，包括PWM控制器，PWM控制器的定时端连接有外部定时器，其特征在于，其推挽输出端通过隔离驱动模块连接到功率管的驱动端，功率管另外两端的其中一端连接高压输入正极，另外一端依次串联取样电阻R12、电感L1与电容C17后接高压输入负极；取样电阻R12的两端连接到线性隔离光耦，线性隔离光耦通过误差放大模块与PWM控制器的电流检测输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于BUCK电路的恒流充电电路，其特征在于，所述定时器通过电阻R7与电容C8、C9组成，电阻R7的第一端连接PWM控制器的定时端以及电容C8、C9的第一端，电容C8、C9的第二端接地，电阻R7的第二端连接PWM控制器的基准电压输出端，并通过电阻R8连接到PWM控制器的使能控制端。

3.根据权利要求1所述的一种基于BUCK电路的恒流充电电路，其特征在于，PWM控制器的电流检测输入端还连接有斜坡补偿电路，所述斜坡补偿电路包括电阻R9、电容C12、C13与C14，其中，电容C12、C13、C14的第二端连接PWM控制器的定时端，第一端连接电阻R9的第一端，电阻R9的第二端连接PWM控制器的电流检测输入端。

4.根据权利要求1所述的一种基于BUCK电路的恒流充电电路，其特征在于，所述PWM控制器型号为UC3842。

5.根据权利要求1所述的一种基于BUCK电路的恒流充电电路，其特征在于，所述功率管为IGBT管或MOSFET管。

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