CN2604814Y

CN2604814Y - 蓄电池活化充电机

Info

Publication number: CN2604814Y
Application number: CNU032114982U
Authority: CN
Inventors: 王巍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-21

Abstract

一种蓄电池活化充电机；解决了传统充电机由整流变压器、半控整流桥、单结晶触发电路连接构成。单结晶触发电路输出脉冲的功率小，移相范围小，脉冲宽度窄，稳定性差，抗干扰能力低；不具备蓄电池活化功能的问题。包括充电触发脉冲信号形成电路，去极化放电脉冲信号形成电路，去极化放电驱动电路，充电触发驱动电路，充电机主电路连接构成。充电主电路采用了由一只可控硅和四只二极管构成的桥式全波整流可控硅开关调压主电路，提高了可靠性，而且还使触发控制电路的负担变轻，触发控制电路采用两块通用集成电路和相应的分立电子元件构成，其结构并不复杂，具有移相范围宽，脉冲宽度可调，稳定性好等特点。

Description

蓄电池活化充电机

技术领域

本实用新型为一种蓄电池活化充电机。

背景技术

现有的大部分传统充电机由整流变压器、半控整流桥、单结晶触发电路连接构成。

所说的半控整流桥包括两只功率二极管和两只可控硅，两只可控硅的触发输入电阻几乎都不一样，对于只能输出一路触发信号的触发电路来讲，很难同时满足两只可控硅所需不同触发电流的要求。单结晶触发电路结构简单，但输出脉冲的功率小，移相范围小，脉冲宽度窄，稳定性差，抗干扰能力低；所以当电源有一点波动或外界电磁干扰时，就会出现误触发，失控，可控硅击穿、过流和熔断器烧断等频繁的故障现象，使充电机根本无法长期、稳定的按额定的充电电流工作。而且不具备蓄电池活化功能。

另外，近年来又出现了一类快速充电机，广泛采用了直流斩波或逆变等技术。基本上包括电源输入整流桥、滤波电容器、逆变桥和高频变压器，充电输出整流桥和去极化放电电路等几个部分。虽然高频变压器的体积和质量都比工频整流变压器小了许多，但主电路的其它元器件却增多，结构明显变复杂，很难保证长期工作的可靠性，而且成本将提高。又因为电路都工作在高频状态，蓄电池被充电和去极化放电的时序配合将变得来容易，一般采用定时方式，但这种方式对去极化放电的效果又不十分理想，所以整机的控制电路将有一定的复杂性，必须有两路或四路独立的充电触发信号输出。相比之下，成本又将提高，可靠性由于其主电路和控制电路结构复杂也将降低。

发明内容

本实用新型的目的在于，在不提高很多成本的基础上，解决上述现有所存在的问题，提供一种蓄电池活化充电机。

本实用新型是这样实现的：包括充电触发脉冲信号形成电路，去极化放电脉冲信号形成电路，去极化放电驱动电路，充电触发驱动电路，充电机主电路连接构成。

其控制主电路由充电触发脉冲信号形成电路和去极化放电脉冲信号形成电路两部分组成，共用一组由控制同步变压器B₁二次12v独立绕组、整流桥、稳压电源7812及电容器C₁、C₂构成的直流稳压电源供电。

本实用新型的优点在于，充电主电路采用了由一只可控硅和四只二极管构成的桥式全波整流可控硅开关调压主电路，由于减少了一只耐压和过流能力低的可控硅，不但提高了可靠性，而且还使触发控制电路的负担变轻，本机的触发控制电路采用两块通用集成电路(与去极化放电控制电路共用)和相应的分立电子元件构成，其结构并不复杂，具有移相范围宽，脉冲宽度可调，稳定性好等特点，而且它并不直接触发可控硅，而是通过一个结构简单能提供反向偏压功能，又有足够功率的独立的驱动电路来触发可控硅元件。其放电主电路与被充电蓄电池构成并联关系，采用一只电力晶体管(或IGBT管)来完成蓄电池的活化放电；对于放电能量的处理并不反馈回电网，而是通过一台与贮能电容器并联的风扇电动机给充电机或被充电的蓄电池进行冷却散热来保证充电机可以长时间可靠工作或蓄电池温度不致于太高。

充放电流时序设计，在每二个相邻的充电脉冲电流之间加入一个放电脉冲电流，并且放电脉冲的幅度在用户及厂家设定的基础上，还具有以一定的比例自动跟踪充电电流的功能，即充电脉冲电流变大时，放电脉冲也相应变大，反之也然，以便实现最佳的去极化反应。其放电时刻T规定在可控硅开关未导通的关断状态或四只二极管全波整流后充电电压低于被充电蓄电池电压时的某一区间，并且充电脉冲和放电脉冲之间有可靠的锁止和死区时间。因而，具有一定的蓄电池活化功能，并且能使一部分旧蓄电池的容量得到恢复，延长其使用寿命，大大缩短充电时间。

附图说明

图1为充电机工作原理框图；

图2为充电触发脉冲信号形成电路原理图；

图3为去极化放电脉冲信号形成电路原理图；

图4为去极化放电驱动电路原理图；

图5为充电触发驱动电路原理图；

图6为充电机主电路原理图；

图7为电机充放电工作时序图；

具体实施方式

下面结合附图详细说明：如图所示，所说的充电触发脉冲信号形成电路见图2，由电压比较器N₃，电阻R₂、R₃、R₄、R₆及二极管D₃，三极管T₁构成的过零检测复位移相电路。

因为电阻R₃、R₄上端电压取自二极管D₁的阳极，未经电容器C₁滤波，所以此处直流电压波形有过零点，每当电压过零时，电压比较器N₃才输出低电平，控制T₁导通，将电容器C₃短接放电，复位下级的触发移相电路，准备下周期的触发移相工作。

由电压比较器N₄、电阻R₇、R₈、R₉及电位器R_W1、电容器C₃构成了触发移相控制电路，调节R_w1的阻值；就可以改变电容器C₃的充电时间及速度，从同步电源电压刚过零开始，电容器C₃经电阻R₇、R_W1充电到电压高于电压比较器N₄的反相输入端电压时，电压比较器N₄将输出高电平，直至检测到同步电源电压再次过零点时，三极管T₁又导通，才返回低电平状态。

由三极管T₂、T₃、T₄、T₅；二极管D₄、D₅、D₆；电容器C₄、C₅、C₆；电阻R₁₁、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、R_W2、R₁₈、R₁₉；与门N₅、N₆组成了分支提前脉冲和充电触发脉冲信号的发生单元电路。

当电压比较器N₄输出高电平后，首先经过电阻R₁₁对电容器C₄充电，电阻R₁₁开始瞬间的压降几乎等于电压比较器N₄输出的高电平电压，所以与门N₅也瞬间输出高电平(其另一输入端接电源正极)，其中一路经电阻R₁₅送至去极化放电脉冲信号形成电路中的三极管T₈的基极，同时另一路经电阻R₁₄使三极管T₃立即截止，三极管T₂也跟着截止；当电容器C₄快被充满电时，电阻R₁₁上的压降也相应变低，当低于与门N₅的高低电平槛值时，与门N₅的输出端立即变成低电平，实际上就是输出了一个分支提前脉冲，这时三极管T₃又立即导通，三极管T₂也随之导通，电压比较器N₄输出高电平又开始通过三极管T₂，电阻R₁₆、R_W2对电容器C₅进行充电；同理电阻R₁₆、R_W2上的压降开始瞬间升高，三极管T₄立即截止，这样与门N₆的两输入端均为高电平，(另一端经电阻R₁₂连接电压比较器N₃的输出端，此时同步电源不是过零点，所以也输出高电平)与门N₆输出端也跳变成高电平；而当电容器C₅也快被充满电时，电阻R₁₆、R_W2上的压降很快降低，三极管T₄又逐渐导通，与门N₆的相应输入端电位又降为低电平，其输出端也跳变成低电平，这样实际上经过与门N₆输出端产生了一个脉冲，即为充电触发脉冲信号，脉冲的宽度可以通过调整电阻R_W2的阻值调节，该脉冲信号通过电阻R₁₈、R₁₉、三极管T₅、光电耦合器N₁(与图5中的光电耦合器N₁为同一元件)送出至充电触发驱动电路，实现充电触发控制。等到同步电源过零点出现时，因为三极管T₁将导通，电压比较器N₄又输出低电平，则电容器C₄经二极管D₅迅速放电；同时电容器C₅经二极管D₄、D₆迅速放电，准备下一周期重新产生各自的脉冲信号。

电容器C₆的作用是为了防止“分支提前脉冲”前沿产生的同时，与门N₆的相应输入端(2号引脚)也瞬间产生一高电平，因为电压比较器N₄刚输出高电平时，三极管T₂并不能立即完全截止。

所说的去极化放电脉冲信号形成电路见图3，由运算放大器N₇、N₈、N₉；精密电阻R₂₀、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆组成的测量放大器，通过采样主充电电路中的分流器FL₁(如果采用霍尔电流传感器，效果将更好，能实现主电路与控制电路的完全隔离。)对每一个周期的充电脉冲电流进行实时放大处理，输出信号的最大宽度(波长)即代表着该时间段内，蓄电池才接受充电脉冲电流；而在一周期内的其它时间则不接受充电脉冲电流；输出信号的幅值又代表着蓄电池接受充电脉冲电流的大小。

被测量放大器检测到并放大输出的充电脉冲电流信号一路送至电压比较器N₁₁的反相输入端，因为电压比较器N₁₁同相输入端电位被电阻R₂₇、R₂₈固定，并只稍高于零电位(为了抵消测量放大器的漂移及共模电压输出)所以比较器N₁₁在充电脉冲电流信号的最大宽度区间内基本输出低电平，电容器C₈经二极管D₉迅速放电；与门N₁₃输出低电平，与门N₁₄也输出低电平，光电耦合器N₂也就无脉冲信号输出。

另一方面，在本周期内，蓄电池所要接受的充电脉冲电流出现之前，来自充电触发脉冲信号电路的分支提前脉冲信号就通过控制本电路中三极管T₈的基极使与门N₁₃的另一输入端变成低电平，使其与门N₁₃、N₁₄稍有提前就输出低电平，防止蓄电池被充电的同时，去极化脉冲放电主电路误导通。

同时，测量放大器输出的充电脉冲电流信号的另一路经二极管D₈、电阻R₃₁对电容器C₇进行充电，充电量的多少直接决定于此时测量放大器输出的充电脉冲电流信号的幅值和宽度，这样电容器C₇储存电量的多少就能基本上反映这一周期蓄电池接受充电脉冲电流的大小，二极管D₈的作用是防止电容器C₇反方向放电。电容器C₇储存的电量又以电压作用的形式分成两路，一路与由电压比较器N₁₀、电阻R₄₁、R₄₂、稳压管D_w1、三极管T₆、继电器J₁(独立双接点型)组成的充电过流检测保护单元电路相连，实现充电过流保护功能；另一路送至电压比较器N₁₂的同相输入端，电压比较器N₁₂的反相输入端电位可调，电阻R_w3为去极化放电深度调节旋钮；电压比较器N₁₂的反相输入端电位应适当的低于电容器C₇被充电电压的最大值(根据蓄电池需要的去极化放电程度调节)；则电压比较器N₁₂的输出端将输出一定宽度的高电平脉冲，并送至与门N₁₄的一个输入端，并保持一段时间，作为最后确定去极化放电脉冲宽度的重要参考信号。

等到测量放大器输出的充电脉冲电流信号变小并逐渐消失并接近于零时，说明这一周期内充电过程结束，电容器C₇上的电压被二极管D₈截止，不能反映到测量放大器的输出端，那么电压比较器N₁₁将输出高电平，电容器C₈经电阻R₃₀被充电电压经延时设定的时间后升高到高电平，(电容器C₈和电阻R₃₀的作用就是为蓄电池在接受充电脉冲电流和去极化放电脉冲电流之间产生一个死区时间间隔)。这时与门N₁₃的两个输入端应都为高电平；因为三极管T₈的在分支提前脉冲消失后立即截止，电容器C₉被很快充到高电平，所以与门N₁₃输出也将变成高电平，与门N₁₄的两个输入端也都应为高电平，所以与门N₁₄也将输出一个宽度受两个输入端调制的去极化放电脉冲信号，并通过光电耦合器N₂(与图4中的光电耦合器N₂为同一元件)送出至去极化放电驱动电路如图4。

与门N₁₃输出的高电平信号同时经电阻R₃₈控制三极管T₇导通，电容器C₇储存的电量开始通过电阻R₃₂、三极管T₇放电(1/2R₃₁≤R₃₂≤2/3R₃₁)，电容器C₇上的电压逐渐下降，当电容器C₇放电到一定程度时，电压比较器N₁₂输出低电平，控制与门N₁₄也输出低电平，结束去极化放电脉冲信号。

当测量放大器又检测到下一周期的蓄电池充电脉冲电流信号时，电压比较器N₁₁又立即输出低电平，电容器C₈经二极管D₉迅速放电，与门N₁₃、与门N₁₄输出低电平，保证蓄电池接受充电电流期间不输出去极化放电脉冲信号，重复上一周期的工作。

所说的去极化放电驱动电路由控制电源变压器B₁的二次18v独立绕组，稳压块7818、滤波电容C₁₀构成独立直流稳压电源供电，如图4所示，电路中的光电耦合器N₂与图3中的光电耦合器N₂为同一元件，并通过光电耦合器N₂接受图3电路产生的去极化放电脉冲信号。

当来自图3所示电路产生的去极化放电脉冲信号控制光电耦合器N₂的两个输出端导通时，电压比较器N₁₅的反相输入端电位接近零，同相输入端电位为一定值(约4-5v)，所以电压比较器N₁₅立即输出高电平，使三极管T₁₀截止，三极管T₉饱合导通，电力晶体管T_D(或IGBT)被触发导通，这样被充电的蓄电池通过储能电容器C_D和风扇电动机D进行去极化放电。

而当来自图3所示的电路的去极化放电脉冲信号消失时，光电耦合器N₂的两个输出端呈截止状态，电压比较器N₁₅的反相输入端电位变成与电源电压一样的高电平，所以电压比较器N₁₅将输出低电平，使三极管T₉截止，三极管T₁₀饱合，同时稳压二极管D_W2上的压降相当于一个电源经电力晶体管T_D的发射极、基极、电阻R₄₆、，三极管T₁₀构成回路使电力晶体管T_D迅速截止，结束这一周期的去极化脉冲放电任务。

电阻R₄₈、R₄₉、为检测蓄电池电压的分压取样电阻，取其被充电蓄电池组的四分之一电压值送至电压跟随器N₁₆的同相输入端进行阻抗变换，经过电压跟随器N₁₆输出后再送至由运算放大器N₁₇、电阻R₅₀、R₅₁、R₅₂、R₅₃构成差动减法器中，减去稳压管D_W2的稳压电压后，运算放大器N₁₇的输出电压值即为被充电蓄电池的四分之一电压值，该电压值经电容器C₁₁滤波后并送至由运算放大器N₁₈、电阻R₅₄、R₅₆、R₅₇、稳压管D_W3构成的迟滞比较器中进行比较处理，当经电容器C₁₁滤波后的电压值高于迟滞比较器中稳压管D_W3的稳压值时，可根据串联蓄电池个数，利用一开关转换设定不同的稳压值；说明被充电蓄电池电压已经过高或极化现象严重，则运算放大器N₁₈立即输出低电平，控制三极管T₁₁导通，继电器J₂动作，并保持一段时间，直至蓄电池电压降低，迟滞比较器返回输出高电平。

同时，连接在图3电路中的继电器J₂的常闭触点断开，电阻R₃₄被接入电路中，控制其电压比较器N₁₂的反相输入端电位，使其变低一些(可具体设定)，则电压比较器N₁₂在一个周期内输出高电平占空比将增大，所以与门N₁₄输出去极化放电脉冲信号的宽度也将变大，这就实现了蓄电池加速去极化放电的程度，等到蓄电池电压降到一定值时，继电器J₂才返回，蓄电池去极化放电脉冲电流又减小到正常充电状态。

所说的充电触发驱动电路如图5所示，该电路采用了由控制电源变压器B₁的二次6v独立绕组，及整流桥、滤波电容器C₁₂组成的独立直流电源供电。图中的光电耦合器N₁与图2中的光电耦合器N₁为同一元件，当光电耦合器N₁接收到来自图2电路中的充电触发信号时(低电平有效)，光电耦合器N₁的两个输出端呈截止状态，电源的正极经电阻R₆₀使三极管T₁₃迅速截止，三极管T₁₂饱合导通，再通过连接端子X₁、X₂输出一高电平脉冲控制充电主电路中的可控硅元件VT导通来实现蓄电池充电功能。

当来自图2电路中的充电触发信号消失时，光电耦合器N₁的两个输出端呈导通状态，使三极管T₁₂、三极管T₁₃的基极电位变低，所以三极管T₁₂迅速截止，三极管T₁₃饱合导通，为了防止可控硅元件VT因干扰而误导通，稳压管D_W1为其提供一个反向偏压回路。

常闭接点J₁是控制主电路中图3所示电路部分的充电过流检测继电器J₁的常闭接点。当控制主电路检测到充电过流时，继电器J₁动作并通过另一对常开接点自保持，同时其常闭接点J₁打开，断开充电触发驱动电路，实现充电过流保护功能，按图3中(Reset)钮可复位过流保护壮态的充电机。

所说的充电机主电路如图6所示，220v市电经整流变压器B₀降压后，通过四只功率二极管D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₁₅桥式全波整流，再通过一只可控硅VT调压实现蓄电池的充电功能。

由储能电容器C_D，风扇电动机D、放电分流器FL₂、电力晶体管T_D(或IGBT管)构成去极化放电主电路，在去极化放电脉冲信号的控制下，电力晶体管T_D适时的导通和关断，实现去极化放电功能；因为储能电容器C_D的作用，不但能产生一定蓄电池放电脉冲电流幅值，而且还能给风扇电动机D续流。

指示灯HD和二极管D₁₃的作用是防止蓄电池极性反接充电，正确接线时指示灯HD不亮，当蓄电池正负极性与充电机接反时，指示灯HD立即点灯报警。

电容器C₁₃与电阻R₆₂构成阻容过压保护，防止变压器B₀二次侧过电压；同理电容器C₁₄与电阻R₆₃则完成可控硅VT的过电压保护功能；二极管D₁₂、电容器C₁₆及电阻R₆₄则完成电力晶体管T_D的过电压保护功能。

F_u1和F_u2分别为充电机充电过流和去极化放电过流短路保护熔断器；F_L1和F_L2分别是充电分流器和放电分流器；A₁和A₂分别是充电电流表和放电电流表。

在图7中I_c为充电电流，I_f放电电流，T为放电电流脉冲允许产生的时间范围。

Claims

1、一种蓄电池活化充电机；带有充电触发驱动电路，其特征在于，包括由充电触发脉冲信号形成电路和去极化放电脉冲信号形成电路两部分组成的控制主电路；和去极化放电驱动电路，充电机主电路连接构成。

2、根据权利要求1所说的一种蓄电池活化充电机；其特征在于，其充电触发脉冲信号形成电路，由电压比较器N₃，电阻R₂、R₃、R₄、R₆及二极管D₃，三极管T₁构成的过零检测复位移相电路；由电压比较器N₄、电阻R₇、R₈、R₉及电位器R_W1、电容器C₃构成了触发移相控制电路；由三极管T₂、T₃、T₄、T₅；二极管D₄、D₅、D₆；电容器C₄、C₅、C₆；电阻R₁₁、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、R_W2、R₁₈、R₁₉；与门N₅、N₆组成了分支提前脉冲和充电触发脉冲信号的发生单元电路。

3、根据权利要求1所说的一种蓄电池活化充电机；其特征在于，所说的去极化放电脉冲信号形成电路，由运算放大器N₇、N₈、N₉；精密电阻R₂₀、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆组成的测量放大器，通过采样主充电电路中的分流器FL₁对每一个周期的充电脉冲电流进行实时放大处理；电压比较器N₁₁同相输入端电位被电阻R₂₇、R₂₈固定，并只稍高于零电位，比较器N₁₁在充电脉冲电流信号的最大宽度区间内基本输出低电平，电容器C₈经二极管D₉迅速放电；与门N₁₃输出低电平，与门N₁₄也输出低电平，光电耦合器N₂也就无脉冲信号输出；被测量放大器检测到并放大输出的充电脉冲电流信号一路送至电压比较器N₁₁的反相输入端，电压比较器N₁₁同相输入端电位被电阻R₂₇、R₂₈固定；同时，测量放大器输出的充电脉冲电流信号的另一路经二极管D₈、电阻R₃₁对电容器C₇进行充电；电容器C₇储存的电量又以电压作用的形式分成两路，一路与由电压比较器N₁₀、电阻R₄₁、R₄₂、二极管D_w1、三极管T₆、继电器J₁组成的充电过流检测保护单元电路相连，实现充电过流保护功能；另一路送至电压比较器N₁₂的同相输入端，电压比较器N₁₂的反相输入端电位可调，电阻R_w3为去极化放电深度调节旋钮。

4、根据权利要求1所说的一种蓄电池活化充电机；其特征在于，所说的去极化放电驱动电路由电阻R₄₈、R₄₉、为检测蓄电池电压的分压取样电阻，取其被充电蓄电池组的四分之一电压值送至电压跟随器N₁₆的同相输入端进行阻抗变换，经过电压跟随器N₁₆输出后再送至由运算放大器N₁₇、电阻R₅₀、R₅₁、R₅₂、R₅₃构成差动减法器中，减去稳压管D_W2的稳压电压后，运算放大器N₁₇的输出电压值即为被充电蓄电池的四分之一电压值，该电压值经电容器C₁₁滤波后并送至由运算放大器N₁₈、电阻R₅₄、R₅₆、R₅₇、稳压管D_W3构成的迟滞比较器中进行比较处理，当经电容器C₁₁滤波后的电压值高于迟滞比较器中稳压管D_W3的稳压值时，可根据串联蓄电池个数，利用一开关转换设定不同的稳压值；被充电蓄电池电压已经过高或极化现象严重，则运算放大器N₁₈立即输出低电平，控制三极管T₁₁导通，继电器J₂动作，并保持一段时间，直至蓄电池电压降低，迟滞比较器返回输出高电平。

5、根据权利要求1所说的一种蓄电池活化充电机；其特征在于，所说的充电机主电路是经整流变压器B₀降压后，通过四只功率二极管D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₁₅桥式全波整流，再通过一只可控硅VT调压实现蓄电池的充电功能；由储能电容器C_D，风扇电动机D、放电分流器FL₂、电力晶体管T_D(或IGBT管)构成去极化放电主电路，在去极化放电信号的控制下，电力晶体管T_D适时的导通和关断，实现去极化放电功能；因为储能电容器C_D的作用，不但能产生一定蓄电池放电脉冲电流幅值，而且还能给风扇电动机D续流；指示灯HD和二极管D₁₃的作用是防止蓄电池极性反接充电，正确接线时指示灯HD不亮，当蓄电池正负极性与充电机接反时，指示灯HD立即点灯报警。