TW202114321A - 高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器 - Google Patents
高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202114321A TW202114321A TW108134078A TW108134078A TW202114321A TW 202114321 A TW202114321 A TW 202114321A TW 108134078 A TW108134078 A TW 108134078A TW 108134078 A TW108134078 A TW 108134078A TW 202114321 A TW202114321 A TW 202114321A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- diode
- present
- battery
- current
- voltage
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 33
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 43
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本發明係有關於一種高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器,其主要係使用了串聯負載共振式轉換器電路操作於非連續電流模式,並於整流器的輸入端設計一高頻儲能電感器,以穩定充電器輸出端的輸出充電電流的大小,可以使開關在切換時,達到零電壓切換[Zero Voltage Switching;ZVS]或零電流切換[Zero Current Switching;ZCS],擁有柔性切換的特性,可有效的降低切換時的損失,且可以提高電源的轉換效率,並令電路架構簡易化、可將體積縮小、減輕重量、節省電路開發成本,同時可達成安全且良好的快速充電之效果,而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
Description
本發明係有關於一種高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器,尤其是指一種可穩定充電器輸出端的輸出充電電流的大小,使開關在切換時,達到零電壓切換[Zero Voltage Switching;ZVS]或零電流切換[Zero Current Switching;ZCS],擁有柔性切換的特性,可有效的降低切換時的損失,且可以提高電源的轉換效率,並令電路架構簡易化、可將體積縮小、減輕重量、節省電路開發成本,同時可達成安全且良好的快速充電之效果,而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
按,現今科技的日新月異,提高了人類生活的品質,但也因為快速的發展,帶給人類更多負面的傷害及危害;由於科技的進步與世界人口快速成長,因此能源的消耗與環境污染問題一直是現今社會的重點議題,而石油是目前使用最為廣泛的代表性能源,但石油開採及加工卻是非常昂貴與汙染的,大量開採石油,不僅加速地球環境汙染,且更造成地球的氣候改變,使得全球溫度不斷提高,不斷地侵蝕危害著地球上所居住的所有生物。
在這樣的危害地球環境下,使得人類環保意識抬頭,也不斷的開發新型態的能源,以用來替代石油燃料開採過程與製造時所產生的危害與污染;其中,電能不僅可以做任何型態的方式儲存,也是一種可以替代石油的能源,且其可以在不破壞環境的方式下的產生,同時不會像石油燃燒時會產生廢氣造成負面影響,讓電能具有更佳的環保及安全性,使得電能若能在生產後加以好好保存,其將會是一種取之不盡的能源,所以電能的使用與保存將是一大課題,同時在電力電子相關領域方面中,該如何提升電力轉換效率且又同時降低成本和損失,已成為現今科學家及各大科技產業中所重視的其中一個環節。
而現有的共振式充電器之電路架構,其多半以切換式的架構為主體,此種電路架構不僅體積龐大,而且切換功率不佳以及電路容易發熱增加耗損,更可能帶來不可預測的傷害與危機。
緣是,發明人有鑑於此,秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗,針對現有之結構及缺失再予以研究改良,提供一種高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器,以期達到更佳實用價值性之目的者。
本發明之主要目的在於提供一種高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器,主要係使用了串聯負載共振式轉換器電路操作於非連續電流模式,並於整流器的輸入端設計一高頻儲能電感器,以穩定充電器輸出端的輸出充電電流的大小,可以使開關在切換時,達到零電壓切換[Zero Voltage Switching;ZVS]或零電流切換[Zero Current Switching;ZCS],擁有柔性切換的特性,可有效的降低切換時的損失,且可以提高電源的轉換效率,並令電路架構簡易化、可將體積縮小、減輕重量、節省電路開發成本,同時可達成安全且良好的快速充電之效果,而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露,茲於下詳細說明之,並請一併參閱所揭之圖式及圖號:
首先,請參閱第一圖本發明之電路圖所示,本發明之充電器(1)主要係於直流輸入電源之正極分別連接濾波電容之第一端、分壓電容之第一端及開關之第一端,而該直流輸入電源之負極則分別連接該濾波電容之第二端、分壓電容之第二端及開關之第二端,該分壓電容之第二端分別連接該分壓電容之第一端及共振電感之第一端,該開關之第二端分別連接該開關之第一端、分流電感之第二端、二極體之正極及二極體之負極,該共振電感之第二端連接共振電容之第一端,令該共振電感及該共振電容組成共振槽,該共振電容之第二端分別連接該分流電感之第一端、二極體之正極及二極體之負極,令該二極體、該二極體、該二極體、該二極體組成橋式整流器,該二極體之負極分別連接該二極體之負極與蓄電池之正極,而該二極體之正極分別連接該二極體之正極與該蓄電池之負極。
使得該充電器(1)於操作使用上,由該直流輸入電源輸入直流電壓,且驅動訊號電壓輸入至該開關及該開關,令該開關及該開關切喚導通,使得組成共振槽之該共振電感、該共振電容與做為儲能電感之該分流電感達成零電流切換之目的,以減少電路之切換損失之效果,再經由該二極體、該二極體、該二極體、該二極體所組成之橋式整流器進行整流,得到一穩定的非連續直流電壓,提供給負載端的該蓄電池進行充電,利用非連續性的直流電壓充電,給予該蓄電池在充電中有階段性休息效果,不僅達成快速充電,也使該蓄電池壽命更為延長。
工作模式一[]:請再一併參閱第三圖本發明之工作模式一等效線性電路圖所示,電路進入工作模式,驅動訊號電壓由低電位轉為高電位,功率開關電晶體MOSFET開始切換導通,電壓為零,電流為正半周,電流由該開關流入導通,經該開關後流入該二極體再流進該蓄電池,於充電電流流入該蓄電池後,該蓄電池之電壓進入脈動狀態,可知該蓄電池開始進行充電,電流由該蓄電池流出後進入該二極體再流入該共振槽所並聯的該分流電感,由於該共振槽之電流、、相同,驅動訊號仍未觸發,讓電流最後進入該分壓電容後流回輸入端形成一個迴路。
工作模式二[]:請再一併參閱第四圖本發明之工作模式二等效線性電路圖所示,在工作模式二時,由於驅動訊號電壓持續位於高電位,該開關持續導通中,電流走向依舊往該二極體流入該蓄電池後導通流至該二極體,此時該共振槽上並聯的該分流電感由正電流轉為負電流,電流流回該共振槽之該共振電容、該共振電感,最後進入該分壓電容形成一個迴路。此時當電流共振至零時,將進入工作模式三。
工作模式三[]:請再一併參閱第五圖本發明之工作模式三等效線性電路圖所示,進入工作模式三時,驅動訊號電壓持續位於高電位,這時功率電晶體MOSFET處於導通狀態,電流流進該開關為零,此時達到不連續電流,做為儲能電感之該分流電感提供一電流迴路,使得該蓄電池電壓與電流達到平衡狀態,令該蓄電池達到充電休息狀態。驅動訊號電壓由高電位切換至零時,驅動訊號電壓由低電位切換至高電位將進入工作模式四。
工作模式四[]:請再一併參閱第六圖本發明之工作模式四等效線性電路圖所示,進入工作模式四,由於驅動訊號電壓降至為零,此時驅動訊號電壓為高電位,功率電晶體MOSFET開始切換導通,電壓為零,電流為正半周,電流由該開關流入導通,該共振槽之電流、、相同,該分流電感電流為負電流,流入該二極體再進入該蓄電池,該蓄電池進入休息狀態後開始充電,電流由該蓄電池流出進入該二極體後,形成一個迴路,達到工作模式四的狀態。
工作模式五[]:請再一併參閱第七圖本發明之工作模式五等效線性電路圖所示,由於驅動訊號電壓仍處於為高電位,功率電晶體MOSFET開始持續導通,電流由該開關流入導通,該共振槽之電流、、持續不變,該分流電感電流由負電流轉為正電流,電流經該二極體再進入該蓄電池進行充電,該蓄電池流出再進入該二極體後,形成一個迴路,達到工作模式五的狀態。
工作模式六[]:請再一併參閱第八圖本發明之工作模式六等效線性電路圖所示,進入工作模式六時,驅動訊號電壓持續位於高電位,這時功率電晶體MOSFET處於導通狀態,電流流進該開關為零,此時再度達到不連續電流,做為儲能電感之該分流電感形成一電流迴路,使得該蓄電池電壓與電流再度致平衡,該蓄電池進入第二次充電休息狀態。驅動訊號電壓由高電位切換至零時,驅動訊號電壓由低電位切換至高電位,將再次進入工作模式一。
在切換頻率以之驅動下,對電路輸入之電壓進行該蓄電池之充電,請再一併參閱第九圖本發明之輸入電壓與輸入電流實測波型圖、第十圖本發明之濾波電容電壓與輸入電流實測波型圖、第十一圖本發明之分壓電容電壓與電流實測波型圖、第十二圖本發明之分壓電容電壓與電流實測波型圖、第十三圖本發明之驅動訊號電壓與開關跨壓實測波型圖、第十四圖本發明之驅動訊號電壓與開關跨壓實測波型圖所示,由該第十三圖及第十四圖可知,當該開關、該開關驅動信號切換的瞬間,該開關和該開關之跨壓和跨壓均已降為零,驅動訊號電壓和驅動訊號電壓才切換為高準位,達到ZVS切換為導通的特性,降低切換損失。
請再一併參閱第十五圖本發明之開關跨壓與電流實測波型圖、第十六圖本發明之開關跨壓與電流實測波型圖、第十七圖本發明之共振槽輸入端電壓與電流實測波型圖、第十八圖本發明之共振電感跨壓與電流實測波型圖、第十九圖本發明之共振電容跨壓與電流實測波型圖、第二十圖本發明之分流電感跨壓與電流實測波型圖、第二十一圖本發明之共振槽輸出端電壓與電流實測波型圖、第二十二圖本發明之全波整流二極體跨壓、與電流、實測波型圖、第二十三圖本發明之全波整流二極體跨壓、與電流、實測波型圖、第二十四圖本發明之蓄電池電壓與電流實測波型圖、第二十五圖本發明之共振槽輸入端電壓與共振槽輸出端電壓實測波型圖、第二十六圖本發明之共振電容電流與蓄電池電流實測波型圖所示,由上述各圖可知該蓄電池的充電電流頻率高達。
請再一併參閱第二十七圖本發明輸入電壓為150V的直流電時之輸入端電壓曲線圖、第二十八圖本發明之輸入端電流曲線圖、第二十九圖本發明之輸入功率曲線圖、第三十圖本發明之蓄電池充電至靜置電壓變化曲線圖所示,由上述各圖可知,該蓄電池充飽電只需耗費54.5分鐘,達到快速充電的功能;請再一併參閱第三十一圖本發明之蓄電池於充電期間端電壓變化曲線圖、第三十二圖本發明之蓄電池於充電期間出電電流變化曲線圖、第三十三圖本發明之蓄電池於出電期間輸入功率曲線圖、第三十四圖本發明之整體轉換效率變化曲線圖所示,由上述各圖可知,該充電器(1)最高效率達98.02%;第三十五圖本發明之Ah值與時間變化曲線圖、第三十六圖本發明之電壓與電池容量變化曲線圖、第三十七圖本發明之電池端電壓與SOC變化曲線圖所示,由上述各圖同樣可知,該蓄電池充飽電只需耗費54.5分鐘,而達到快速充電的功能。
藉由以上所述,本發明電路之組成與使用實施說明可知,本發明主要係使用了串聯負載共振式轉換器電路操作於非連續電流模式,並於整流器的輸入端設計一高頻儲能電感器,以穩定充電器輸出端的輸出充電電流的大小,可以使開關在切換時,達到零電壓切換[Zero Voltage Switching;ZVS]或零電流切換[Zero Current Switching;ZCS],擁有柔性切換的特性,可有效的降低切換時的損失,且可以提高電源的轉換效率,並令電路架構簡易化、可將體積縮小、減輕重量、節省電路開發成本,同時可達成安全且良好的快速充電之效果,而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式,任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾,皆應視為不脫離本發明之專利範疇。
綜上所述,本發明實施例確能達到所預期之使用功效,又其所揭露之具體構造,不僅未曾見諸於同類產品中,亦未曾公開於申請前,誠已完全符合專利法之規定與要求,爰依法提出發明專利之申請,懇請惠予審查,並賜准專利,則實感德便。
(1):轉換器
第一圖:本發明之電路圖
第二圖:本發明之主要元件時序波形圖
第三圖:本發明之工作模式一等效線性電路圖
第四圖:本發明之工作模式二等效線性電路圖
第五圖:本發明之工作模式三等效線性電路圖
第六圖:本發明之工作模式四等效線性電路圖
第七圖:本發明之工作模式五等效線性電路圖
第八圖:本發明之工作模式六等效線性電路圖
第二十七圖:本發明輸入電壓為150V的直流電時之輸入端電壓曲線圖
第二十八圖:本發明之輸入端電流曲線圖
第二十九圖:本發明之輸入功率曲線圖
第三十四圖:本發明之整體轉換效率變化曲線圖
第三十五圖:本發明之Ah值與時間變化曲線圖
第三十六圖:本發明之電壓與電池容量變化曲線圖
第三十七圖:本發明之電池端電壓與SOC變化曲線圖
(1):轉換器
Claims (2)
- 一種高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器,其主要係令充電器於直流輸入電源之正極分別連接濾波電容之第一端、分壓電容之第一端及開關之第一端,而該直流輸入電源之負極則分別連接該濾波電容之第二端、分壓電容之第二端及開關之第二端,該分壓電容之第二端分別連接該分壓電容之第一端及共振電感之第一端,該開關之第二端分別連接該開關之第一端、分流電感之第二端、二極體之正極及二極體之負極,該共振電感之第二端連接共振電容之第一端,令該共振電感及該共振電容組成共振槽,該共振電容之第二端分別連接該分流電感之第一端、二極體之正極及二極體之負極,令該二極體、該二極體、該二極體、該二極體組成橋式整流器,該二極體之負極分別連接該二極體之負極與蓄電池之正極,而該二極體之正極分別連接該二極體之正極與該蓄電池之負極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW108134078A TWI704745B (zh) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW108134078A TWI704745B (zh) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TWI704745B TWI704745B (zh) | 2020-09-11 |
TW202114321A true TW202114321A (zh) | 2021-04-01 |
Family
ID=73644215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW108134078A TWI704745B (zh) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
TW (1) | TWI704745B (zh) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW200701592A (en) * | 2005-06-17 | 2007-01-01 | Univ Kun Shan | Charger for high-frequency series connected load resonance battery |
US20110211370A1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-01 | Texas Instruments Incorporated | Systems and Methods of Resonant DC/DC Conversion |
GB2540572B (en) * | 2015-07-21 | 2018-12-19 | Dyson Technology Ltd | Battery charger |
TWI586074B (zh) * | 2016-02-25 | 2017-06-01 | Fast and efficient high frequency chord pulsed electric locomotive chargers | |
WO2018169520A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | University Of Tennessee Research Foundation | Single-stage transmitter for wireless power transfer |
-
2019
- 2019-09-20 TW TW108134078A patent/TWI704745B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI704745B (zh) | 2020-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chuang et al. | Implementation and analysis of an improved series-loaded resonant DC–DC converter operating above resonance for battery chargers | |
CN203225573U (zh) | Mos管切换可复用dc-dc模块的储能led驱动器 | |
CN206250979U (zh) | 一种准谐振有源箝位反激式变换器 | |
CN105391287A (zh) | 基于双耦合电感和单开关的零输入电流纹波高增益变换器 | |
CN103684214A (zh) | 一种多模式风光发电系统 | |
CN204206069U (zh) | 一种太阳能移动电源箱 | |
CN201750187U (zh) | 一种太阳能充电装置 | |
CN201562997U (zh) | 电动自行车用快速充电装置 | |
CN203674746U (zh) | 一种具有mppt功能的便携式太阳能移动电源 | |
TW202114321A (zh) | 高頻弦波脈衝式高效能之蓄電池充電器 | |
CN204928319U (zh) | 一种移动电源电路 | |
CN201509097U (zh) | 一种电动三轮车充电装置 | |
CN203691279U (zh) | 一种微型光伏逆变器拓扑结构电路 | |
CN204068742U (zh) | 小功率电源适配器驱动电路 | |
CN204707033U (zh) | 一种电池充电电源变换器 | |
CN103607021B (zh) | 具有mppt功能的便携式太阳能移动电源 | |
CN102969900A (zh) | 便携式变频高压直流电源 | |
TWI465025B (zh) | Single Switch Zero Voltage Switching Resonant Converter | |
CN202949267U (zh) | 智能快慢充电机 | |
TWI736260B (zh) | 輕型電動載具雙蓄電池組之單開關零電壓切換無線交錯式高頻弦波脈衝式充電器 | |
CN202190117U (zh) | 一种大功率风光互补发电控制装置 | |
CN202285369U (zh) | 一种Sepic斩波电路 | |
CN206364570U (zh) | 一种基于单片机控制的新能源逆变电源 | |
CN205407587U (zh) | 一种直流升压电源控制电路 | |
CN203466612U (zh) | 一种无源压电式的能量获取电路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |