CN217607529U - 高可靠性电动自行车充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高可靠性电动自行车充电器。其包括电源模块、用于与待充电电池连接的充电第一连接端Vout+以及用于与待充电电池连接的充电第二连接端Vout‑，电源模块的第一输出端通过开关管S1与充电第一连接端Vout+电连接，电源模块的第二输出端通过电阻Rs与充电第二连接端Vout‑电连接；还包括用于控制电源模块输出增益的电源模块增益控制电路以及用于控制开关管S1开关状态的开关控制电路，其中，所述电源模块增益控制电路包括用于实现电流环与电压环竞争调节的双环控制电路，所述双环控制电路的输出端与电源模块适配连接。本实用新型能有效提高充电时的安全性与可靠性。

Description

高可靠性电动自行车充电器

技术领域

本实用新型涉及一种充电器，尤其是一种高可靠性电动自行车充电器。

背景技术

随着现代化的发展，电动自行车日益增多，电动自行车给人们带来了诸多出行便利，因此，充电器的需求量也越来越大。目前，电动自行车电池包含多种类的电池，其中，包括三元锂电池、铅酸电池、磷酸铁锂电池等。

随着电动自行车充电起火或者燃烧爆炸的事故增加，电动自行车充电的安全性问题得到更多的重视。为了保证充电的安全性，充电器的输出端需要满足防反接、防电池倒灌、输出短路保护等功能，目前的充电器一般采用输出串接开关管来实现防电池倒灌，然而，当充电器输出侧被短路时，会出现很大的短路冲击电流，如何提高电动自行车充电时的可靠性是目前急需解决的技术难题。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高可靠性电动自行车充电器，其能有效提高充电时的安全性与可靠性。

按照本实用新型提供的技术方案，所述高可靠性电动自行车充电器，包括电源模块、用于与待充电电池连接的充电第一连接端Vout+以及用于与待充电电池连接的充电第二连接端Vout-，电源模块的第一输出端通过开关管S1与充电第一连接端Vout+电连接，电源模块的第二输出端通过电阻Rs与充电第二连接端Vout-电连接；

还包括用于控制电源模块输出增益的电源模块增益控制电路以及用于控制开关管S1开关状态的开关控制电路，其中，

所述电源模块增益控制电路包括用于实现电流环与电压环竞争调节的双环控制电路，所述双环控制电路的输出端与电源模块适配连接。

所述双环控制电路包括电流环电路、电压环电路以及隔离连接电路，其中，电流环电路、电压环电路通过隔离连接电路与电源模块适配连接。

电流环电路包括与充电第二连接端Vout-适配连接的电阻R3，电阻R3的一端与充电第二连接端Vout-连接，电阻R3的另一端与运算放大器U4的反相端、电容C1的一端以及电容C2的一端连接，电容C2的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端、电容C1的另一端与二极管D2的阴极端以及运算放大器U3的输出端连接；

运算放大器U3的同相端与电容C3的一端以及电阻R5的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接调节基准电流I1，二极管D2的阳极端与隔离连接电路适配连接。

所述电压环电路包括与电源模块第一输出端适配连接的电阻R7，电阻R7的一端与电源模块的第一输出端适配连接，电阻R7的另一端与运算放大器U4的反相端、电阻R8的一端、电容C5的一端以及电容C4的一端连接，电阻R8的一端连接，电容C5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端、电容C4的另一端与二极管D3的阴极端以及运算放大器U4的输出端连接；

运算放大器U4的同相端与电容C6的一端以及电阻R9的一端连接，电容C6的一端接地，电阻R9的另一端连接调节基准电压V1，二极管D3的阳极端与隔离连接电路适配连接。

所述隔离连接电路包括光耦隔离器U1，光耦隔离器U1内发光二极管的阳极端与电阻R1的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端接电压VCC，电阻R2的另一端、光耦隔离器U1内发光二极管的阴极端与二极管D2的阳极端以及二极管D3的阳极端连接；

光耦隔离器U1内光电三极管的发射极接地，光耦隔离器U1内光电二极管的集电极与电源模块适配连接。

还包括用于产生调节基准电流I1与调节基准电压V1的充电调节控制电路，所述充电调节控制电路包括充电控制器以及与所述充电控制器电连接的短路检测电路，所述短路检测电路包括短路检测运算放大器，所述充电控制器与电池BMS系统电连接。

所述充电控制器与电池BMS系统采用串口通讯。

所述开关管S1为NMOS管，开关管S1的漏极端与电源模块的第一输出端连接，开关管S1的源极端与二极管D1的阳极端连接，二极管D1的阴极端形成充电第一连接端Vout+，开关管S1的栅极端与开关控制电路连接。

所述开关控制电路包括光耦隔离器U2，光耦隔离器U2内发光二极管的阴极端接地，光耦隔离器U2内发光二极管的阳极端与电阻R10连接，光耦隔离器U2内光电三极管的集电极与电压VCC连接，光耦隔离器U2内光电三极管的发射极与开关管S1的栅极端连接。

所述开关控制电路还包括防反接电路；

所述防反接电路包括三极管T1，所述三极管T1的集电极端与开关管S1的控制端以及电阻R12的一端连接，三极管T1的基极端与电阻R14的一端以及电阻R13的一端连接，三极管T1的发射极端、电阻R12的另一端以及电阻R14的另一端均与开关管S1适配连接，电阻R13的另一端与二极管D4的阴极端连接，二极管D4的阳极端与充电第二连接端Vout-连接。

本实用新型的优点：通过电源模块增益控制电路控制电源模块工作时的增益，通过开关控制电路控制开关管S1的开关状态，所述电源模块增益控制电路包括用于实现电流环与电压环竞争调节的双环控制电路，能有效提高充电时的安全性与可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型双环控制电路的电路原理图。

图3为本实用新型开关控制电路的示意图。

附图标记说明：1-充电控制器、2-双环控制电路、3-电源模块、4-开关控制电路、5-电池BMS系统、6-短路检测运算放大器。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：为了能有效提高充电时的安全性与可靠性，本实用新型包括电源模块3、用于与待充电电池连接的充电第一连接端Vout+以及用于与待充电电池连接的充电第二连接端Vout-，电源模块3的第一输出端通过开关管S1与充电第一连接端Vout+电连接，电源模块3的第二输出端通过电阻Rs与充电第二连接端Vout-电连接；

还包括用于控制电源模块3输出增益的电源模块增益控制电路以及用于控制开关管S1开关状态的开关控制电路4，其中，

所述电源模块增益控制电路包括用于实现电流环与电压环竞争调节的双环控制电路2，所述双环控制电路2的输出端与电源模块3适配连接。

具体地，通过电源模块3能与市电连接，以便通过电源模块3对市电处理后满足对电动自行车充电的要求。电源模块3可以采用现有常用的形式，如AC-DC变换和/或DC-DC变换等形式，电源模块3的具体形式可以根据需要选择，以能满足对电动自行车充电的需求为准。在充电时，通过充电第一连接端Vout+、充电第二连接端Vout-与电动自行车的电池适配连接，具体连接形式与现有相一致。具体实施时，为了能对充电过程进行开关控制，电源模块3的第一输出端通过开关管S1与充电第一连接端Vout+电连接，电源模块3的第二输出端通过电阻Rs与充电第二连接端Vout-电连接，即能形成所需的充电回路。

本实用新型实施例中，通过电源模块增益控制电路与电源模块3适配连接，以控制电源模块3充电工作时的增益；通过开关控制电路4控制开关管S1的开关状态，开关管S1的开关状态具体为导通状态或关断状态，当开关管S1处于导通状态时，则能形成充电回路；当开关管S1关断时，则充电回路断开，此时无法对电动自行车进行充电。

具体实施时，所述电源模块增益控制电路包括用于实现电流环与电压环竞争调节的双环控制电路2，所述双环控制电路2的输出端与电源模块3适配连接，即通过双环控制电路2控制电源模块3的增益时，可以利用充电时的电流环或电压环相应的工作状态调节控制，从而能有效提高充电时的安全性与可靠性。

进一步地，所述双环控制电路2包括电流环电路、电压环电路以及隔离连接电路，其中，电流环电路、电压环电路通过隔离连接电路与电源模块3适配连接。

为了实现电流环与电压环的竞争控制，本实用新型实施例中，双环控制电路2包括电流环电路与电压环电路，其中，电流环电路、电压环电路通过隔离连接电路与电源模块3适配连接。下面对电流环电路、电压环电路以及隔离连接电路的具体情况进行具体说明。

如图2所示，电流环电路包括与充电第二连接端Vout-适配连接的电阻R3，电阻R3的一端与充电第二连接端Vout-连接，电阻R3的另一端与运算放大器U4的反相端、电容C1的一端以及电容C2的一端连接，电容C2的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端、电容C1的另一端与二极管D2的阴极端以及运算放大器U3的输出端连接；

运算放大器U3的同相端与电容C3的一端以及电阻R5的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接调节基准电流I1，二极管D2的阳极端与隔离连接电路适配连接。

本实用新型实施例中，运算放大器U4可采用现有常用的形式，通过充电第二连接端Vout-连接，能获取充电时的电流Io。调节基准电流I1具体可以根据充电时的状态设置，具体设置调节基准电压I1的方式以及过程可以根据需要选择，以能满足实际充电需求为准，此处不再赘述。

所述电压环电路包括与电源模块3第一输出端适配连接的电阻R7，电阻R7的一端与电源模块3的第一输出端适配连接，电阻R7的另一端与运算放大器U4的反相端、电阻R8的一端、电容C5的一端以及电容C4的一端连接，电阻R8的一端连接，电容C5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端、电容C4的另一端与二极管D3的阴极端以及运算放大器U4的输出端连接；

运算放大器U4的同相端与电容C6的一端以及电阻R9的一端连接，电容C6的一端接地，电阻R9的另一端连接调节基准电压V1，二极管D3的阳极端与隔离连接电路适配连接。

本实用新型实施例中，通过电阻R7与电阻R8构成的分压网络，能得到充电时的采样电压值，通过运算放大器U4能对采样电压值与调节基准电压值V1进行比较处理。

具体实施时，在进行电流环或电压环控制时，由图2所示出的电路原理图可知，只有在比较后低电平时，电流环或电压环才会竞争胜出，以能实现得到增益控制信号VF。

进一步地，所述隔离连接电路包括光耦隔离器U1，光耦隔离器U1内发光二极管的阳极端与电阻R1的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端接电压VCC，电阻R2的另一端、光耦隔离器U1内发光二极管的阴极端与二极管D2的阳极端以及二极管D3的阳极端连接；

光耦隔离器U1内光电三极管的发射极接地，光耦隔离器U1内光电二极管的集电极与电源模块3适配连接。

本实用新型实施例中，光耦隔离器U1可以采用现有常用的形式，由上述说明可知，根据电流环或电压环的竞争关系，以及与调节基准值的不同，可以得到不同的增益控制信号VF，即通过光耦隔离器U1内光电三极管U1的集电极能向电源模块3加载增益控制信号VF，电源模块3根据增益控制信号VF控制对电动自行车的充电方式与现有相一致，此处不再赘述。

进一步地，还包括用于产生调节基准电流I1与调节基准电压V1的充电调节控制电路，所述充电调节控制电路包括充电控制器1以及与所述充电控制器1电连接的短路检测电路，所述短路检测电路包括短路检测运算放大器6，所述充电控制器1与电池BMS系统5电连接。

本实用新型实施例中，充电控制器1可以采用现有常用的微处理器形式，充电控制器1的具体形式可以根据需要选择，以能满足充电调节控制目的为准。电池BMS系统5可采用现有常用的电池管理系统，所述充电控制器1与电池BMS系统5采用串口通讯，所述串口通讯的具体方式可根据需要选择，以能满足串口通讯的要求为准。

短路检测运算放大器6可以采用现有常用的形式。具体实施时，短路检测运算放大器6的同相端接充电第二连接端Vout-，以能获取得到充电时的电流Io为准。短路检测运算放大器6的反相端接电路检测电流阈值Ioc-set，电路检测电流阈值Ioc-set值一般设定在最大额定电流的1.5-1.8倍，根据短路保护的实时性要求设计，将充电输出电流Io与电路检测电流阈值Ioc-set进行比较，当Io>Ioc-set，短路检测运算放大器6输出高电平，并通过充电控制器1通过开关控制电路4关断开关管S1，快速避免短路时对充电的影响，提高充电的安全性与可靠性。

此外，充电控制器1工作时，还需要与电源模块3的第一输出端、充电第二连接端Vout-以及充电第一连接端Vout+适配连接，以获取整个充电过程中的充电状态，可实现实时产生一相应的调节基准电流I1以及调节基准电压V1，进一步提高充电过程的安全性与可靠性。

进一步地，所述开关管S1为NMOS管，开关管S1的漏极端与电源模块3的第一输出端连接，开关管S1的源极端与二极管D1的阳极端连接，二极管D1的阴极端形成充电第一连接端Vout+，开关管S1的栅极端与开关控制电路4连接。

本实用新型实施例中，开关管S1采用NMOS管，开关管S1与电源模块3的第一输出端相互连接后，接形成Vo+端。

如图3所示，所述开关控制电路4包括光耦隔离器U2，光耦隔离器U2内发光二极管的阴极端接地，光耦隔离器U2内发光二极管的阳极端与电阻R10连接，光耦隔离器U2内光电三极管的集电极与电压VCC连接，光耦隔离器U2内光电三极管的发射极与开关管S1的栅极端连接。

本实用新型实施例中，光耦隔离器U2可以采用现有常用的形式，电阻R10的另一端接开关控制信号Vs，开关控制信号Vs由上述的充电控制器1产生，即当充电控制器1需要控制开关管S1导通时，则充电控制器1产生一有效的开关控制信号Vs，在有效的开关控制信号Vs作用下，开关管S1导通，否则，开关管S1关断。

进一步地，所述开关控制电路4还包括防反接电路；

所述防反接电路包括三极管T1，所述三极管T1的集电极端与开关管S1的控制端以及电阻R12的一端连接，三极管T1的基极端与电阻R14的一端以及电阻R13的一端连接，三极管T1的发射极端、电阻R12的另一端以及电阻R14的另一端均与开关管S1适配连接，电阻R13的另一端与二极管D4的阴极端连接，二极管D4的阳极端与充电第二连接端Vout-连接。

本实用新型实施例中，三极管T1采用NPN三极管，电阻R12的另一端、三极管T1的发射极以及电阻R14的另一端与开关管S1的源极端以及二极管D4的阳极端连接。通过防反接电路能防止在充电时的反接，提高充电时连接的可靠性。

Claims (10)

1.一种高可靠性电动自行车充电器，包括电源模块(3)、用于与待充电电池连接的充电第一连接端Vout+以及用于与待充电电池连接的充电第二连接端Vout-，电源模块(3)的第一输出端通过开关管S1与充电第一连接端Vout+电连接，电源模块(3)的第二输出端通过电阻Rs与充电第二连接端Vout-电连接；其特征是：

还包括用于控制电源模块(3)输出增益的电源模块增益控制电路以及用于控制开关管S1开关状态的开关控制电路(4)，其中，

所述电源模块增益控制电路包括用于实现电流环与电压环竞争调节的双环控制电路(2)，所述双环控制电路(2)的输出端与电源模块(3)适配连接。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：所述双环控制电路(2)包括电流环电路、电压环电路以及隔离连接电路，其中，电流环电路、电压环电路通过隔离连接电路与电源模块(3)适配连接。

3.根据权利要求2所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：电流环电路包括与充电第二连接端Vout-适配连接的电阻R3，电阻R3的一端与充电第二连接端Vout-连接，电阻R3的另一端与运算放大器U4的反相端、电容C1的一端以及电容C2的一端连接，电容C2的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端、电容C1的另一端与二极管D2的阴极端以及运算放大器U3的输出端连接；

运算放大器U3的同相端与电容C3的一端以及电阻R5的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接调节基准电流I1，二极管D2的阳极端与隔离连接电路适配连接。

4.根据权利要求3所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：所述电压环电路包括与电源模块(3)第一输出端适配连接的电阻R7，电阻R7的一端与电源模块(3)的第一输出端适配连接，电阻R7的另一端与运算放大器U4的反相端、电阻R8的一端、电容C5的一端以及电容C4的一端连接，电阻R8的一端连接，电容C5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端、电容C4的另一端与二极管D3的阴极端以及运算放大器U4的输出端连接；

运算放大器U4的同相端与电容C6的一端以及电阻R9的一端连接，电容C6的一端接地，电阻R9的另一端连接调节基准电压V1，二极管D3的阳极端与隔离连接电路适配连接。

5.根据权利要求4所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：所述隔离连接电路包括光耦隔离器U1，光耦隔离器U1内发光二极管的阳极端与电阻R1的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端接电压VCC，电阻R2的另一端、光耦隔离器U1内发光二极管的阴极端与二极管D2的阳极端以及二极管D3的阳极端连接；

光耦隔离器U1内光电三极管的发射极接地，光耦隔离器U1内光电二极管的集电极与电源模块(3)适配连接。

6.根据权利要求4所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：还包括用于产生调节基准电流I1与调节基准电压V1的充电调节控制电路，所述充电调节控制电路包括充电控制器(1)以及与所述充电控制器(1)电连接的短路检测电路，所述短路检测电路包括短路检测运算放大器(6)，所述充电控制器(1)与电池BMS系统(5)电连接。

7.根据权利要求6所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：所述充电控制器(1)与电池BMS系统(5)采用串口通讯。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：所述开关管S1为NMOS管，开关管S1的漏极端与电源模块(3)的第一输出端连接，开关管S1的源极端与二极管D1的阳极端连接，二极管D1的阴极端形成充电第一连接端Vout+，开关管S1的栅极端与开关控制电路(4)连接。

9.根据权利要求8所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：所述开关控制电路(4)包括光耦隔离器U2，光耦隔离器U2内发光二极管的阴极端接地，光耦隔离器U2内发光二极管的阳极端与电阻R10连接，光耦隔离器U2内光电三极管的集电极与电压VCC连接，光耦隔离器U2内光电三极管的发射极与开关管S1的栅极端连接。

10.根据权利要求8所述的一种高可靠性电动自行车充电器，其特征是：所述开关控制电路(4)还包括防反接电路；

所述防反接电路包括三极管T1，所述三极管T1的集电极端与开关管S1的控制端以及电阻R12的一端连接，三极管T1的基极端与电阻R14的一端以及电阻R13的一端连接，三极管T1的发射极端、电阻R12的另一端以及电阻R14的另一端均与开关管S1适配连接，电阻R13的另一端与二极管D4的阴极端连接，二极管D4的阳极端与充电第二连接端Vout-连接。

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