一種具有掉電檢測功能的智能充電器的製作方法
2023-06-04 09:39:41 1
本實用新型涉及充電器領域，具體涉及一種具有掉電檢測功能的智能充電器。
背景技術：
可充電電池具有較高的性能價格比、放電電流大、壽命長等特點，廣泛應用於各種通信設備、儀器儀表、電氣測量裝置中。不同類型的電池應採用不同的充電控制技術，常用的控制技術有：電壓負增量控制、時間控制、溫度控制、最高電壓控制技術等，與之對應的是現有的各種各樣的智能充電器。但是，現有的智能充電器在無輸入220V電壓的情況下無法對電池的殘餘電量進行準確的測量，從而無法精準選擇相應的充電模式。
技術實現要素：
本實用新型解決的技術問題在於提供一種具有掉電檢測功能的智能充電器，實現智能充電和無輸入電壓的情況下測試電池電壓電量的功能。
為了解決上述問題，本實用新型採用了如下技術方案：
一種具有掉電檢測功能的智能充電器，包括從輸入端到輸出端依次連接的EMC/EMI整流濾波單元、DC/DC變換單元、輸出端整流濾波單元、MOS管控制單元，以及連接DC/DC變換單元的開關管、連接開關管的PWM控制單元和連接PWM控制單元的電壓電流穩壓反饋單元，所述電壓電流穩壓反饋單元連接DC/DC變換單元的輸出端和充電器的負極輸出端以採集電壓和電流反饋信號，還包括單片機、連接單片機的顯示單元，以及充電迴路檢測單元，所述充電迴路檢測單元用於檢測待測電池的剩餘電壓，包括電阻R2-R5、電容C1及放大器A1，其中，電阻R3的一端連接充電器的負極輸出端和電阻R2的一端，另一端連接放大器A1的同向輸入端，電阻R2的另一端接地；電阻R4的一端連接放大器A1的反向輸入端和電阻R5、電容C1的一端，另一端接地；電阻R5和電容C1的另一端連接放大器A1的輸出端，放大器A1的輸出端連接單片機IC的PL0腳。
進一步的，還包括電池電壓採集單元，所述電池電壓採集單元設於MOS管控制單元和充電器輸出端接口之間，包括電阻R6、R7和電容C2；其中，電阻R6的一端連接充電器的正極輸出端，另一端連接電阻R7的一端和單片機IC的PL2腳，電阻R7的另一端接地，電容C2並聯於電阻R7兩端。
進一步的，所述電壓電流穩壓反饋單元包括電流控制電路、電壓控制電路及5V供電模塊；電流控制電路包括電阻R8-R10、電容C3-C5、放大器A2和二極體D1，其中，電阻R8的一端連接5V供電模塊，另一端連接電阻R9、R10、R11、電容C4、C5的一端和放大器A2的反向輸入端；電阻R9和電容C4的另一端接地，電阻R10的另一端連接單片機IC的P3.3腳，電阻R11的另一端連接電容C3的一端；電容C3和C5的另一端連接放大器A2的輸出端，放大器A2的輸出端連接二極體D1的正極，二極體D1的負極連接電路輸出端；放大器A2的同向輸入端連接電流採樣輸入端；
電壓控制電路包括電阻R12-R17、電容C6、C7、二極體D2及放大器A3，其中，電阻R15的一端連接5V供電模塊，另一端連接電阻R12、R16、R17、電容C7的一端和放大器A3的反向輸入端；電阻R17的另一端連接單片機IC的P3.7腳，電阻R12的另一端連接電容C6的一端，電容C6的另一端連接放大器A3的輸出端和二極體D2的正極，二極體D2的負極連接電路輸出端；電阻R13的一端連接實際控制電壓輸入端，另一端連接電阻R14的一端和放大器A3的同向輸入端，電阻R14、R16和電容C7的另一端接地。
進一步的，MOS管控制單元包括P溝道MOS管Q2，其型號為TPC8107，三極體Q3、電阻R25-R29及電容C14；其中，Q2的1、2、3腳連接輸出端整流濾波單元的輸出端及電阻R25和電容C14的一端，4腳連接電阻R25的另一端和Q3的集電極，5、6、7、8腳連接充電器的正極輸出端和電容C14的另一端；Q3的基極連接電阻R26和R27的一端，發射極連接電阻R26的另一端並接地；電阻R27的另一端連接電阻R28和R29的一端，電阻R28的另一端連接單片機IC的P1.2腳，R29的另一端接地。
優選的，單片機IC的型號為STC15W408AS，放大器的型號為LM2902。
本實用新型的具有掉電檢測功能的智能充電器，結合了智能充電電路和充電迴路檢測單元，其中，智能充電電路可用於對12V和6V電池進行充電，且能根據電池電壓自動選擇充電電壓；而充電迴路檢測單元可實現在無220V輸入電源的情況下測量電池電壓功能，從而實現了智能充電器與測電器功能的結合，節省了單純意義上的測電器，方便用戶使用，實現了一機多功能的情況。
另一方面，本實用新型的智能充電器其電壓電流穩壓反饋單元在傳統電路的基礎上採用單片機控制和5V供電模塊電阻分壓兩種方式相結合，使得穩壓和電流控制依據單片機電壓基準的輸出變化而變化，可以模擬出電池的充電曲線，滿足電池更合理的充電要求，且使充電器在空載與負載切換時更穩定。
附圖說明
圖1為本實用新型的智能充電器實施例的結構示意圖。
圖2為圖1中實施例的電路單元連接示意圖。
圖3為圖2中電壓電流穩壓反饋單元的電路示意圖。
圖4為圖2中DC/DC變換單元、開關管及PWM控制單元的電路示意圖。
圖5為圖2中MOS管控制單元的電路示意圖。
具體實施方式
為了進一步理解本實用新型，下面結合實施例對本實用新型優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本實用新型的特徵和優點，而不是對本實用新型權利要求的限制。
本實用新型提供了一種具有掉電檢測功能的智能充電器。如圖1所示為其一個實施例的結構示意圖，包括主體1和設於主體1上的指示燈11和顯示單元12，主體1的兩端分別設有用於連接電源和電池充電接口的連接線。本實用新型的智能充電器，其主要特徵體現在結合了智能充電和充電迴路檢測功能，能夠實現有電源情況下的智能充電和無220V輸入電源情況下電池電壓的測量，從而節省了單純意義上的測電器，方便用戶使用。下面對此進行詳細說明。
如圖2所示為本實用新型的智能充電器內部電路單元連接示意圖，包括從輸入端到輸出端依次連接的EMC/EMI整流濾波單元、DC/DC變換單元、輸出端整流濾波單元、MOS管控制單元、電池電壓採集單元，以及連接DC/DC變換單元的開關管、連接開關管的PWM控制單元和連接PWM控制單元的電壓電流穩壓反饋單元，電壓電流穩壓反饋單元連接DC/DC變換單元的輸出端和充電器的負極輸出端以採集電壓和電流反饋信號；還包括單片機、連接單片機的顯示單元，以及充電迴路檢測單元，其中，充電迴路檢測單元用於檢測待測電池的剩餘電壓。
如圖2所示，充電迴路檢測單元包括電阻R2-R5、電容C1及放大器A1，其中，電阻R3的一端連接充電器的負極輸出端和電阻R2的一端，另一端連接放大器A1的同向輸入端，電阻R2的另一端接地；電阻R4的一端連接放大器A1的反向輸入端和電阻R5、電容C1的一端，另一端接地；電阻R5和電容C1的另一端連接放大器A1的輸出端，放大器A1的輸出端連接單片機IC的PL0腳。運算放大器A1主要檢測電流，R5與R4比值為100，所以運算放大器A1的放大倍數為100倍。如R2為10mΩ的採樣電阻，充電器最小的輸出電流為0.3A，則當採樣電阻R2上的電流為0.3A時，放大器的輸出為0.3A*10mΩ*100=0.3V。
當充電器作為測電器工作時，其正負極輸出端連接待測電池，待測電池通過反充電給檢測電路和單片機供電。若採樣電阻R2上的電流小於0.3A，則單片機的PL0腳檢測放大器A1的輸出電壓小於0.3V，此時單片機認為電路沒有電流，按靜態測試電池電壓和電量，從而實現在無220V輸入電源的情況下測量電池電壓，測得的電池電壓在顯示單元上進行顯示。當充電器連接220V電源時，放大器A1的輸出電壓大於0.3V，單片機認為充電迴路有電流，則依據程序設定的充電曲線進行充電。
電池電壓採集單元包括電阻R6、R7和電容C2；其中，電阻R6的一端連接充電器的正極輸出端，另一端連接電阻R7的一端和單片機IC的PL2腳，電阻R7的另一端接地，電容C2並聯於電阻R7兩端。電阻R6和R7主要是採集電池電壓，當電池電壓低於8.5V時，可以判定為6V電池，當高於8.5V、低於17V時，可以判定為12V電池。單片機根據採集的電池電壓，給出不通的輸出電流，當電池充滿電時（主要依據電池電壓決定），關閉輸出電路；從而實現針對不同電壓電池智能選擇充電模式充電。
優選的，上述實施例中，單片機IC的型號為STC15W408AS，放大器的型號為LM2902。
如圖3所示，本實用新型的實施例中，電壓電流穩壓反饋單元包括電流控制電路、電壓控制電路及5V供電模塊。其中，電流控制電路包括電阻R8-R10、電容C3-C5、放大器A2和二極體D1，其中，電阻R8的一端連接5V供電模塊，另一端連接電阻R9、R10、R11、電容C4、C5的一端和放大器A2的反向輸入端；電阻R9和電容C4的另一端接地，電阻R10的另一端連接單片機IC的P3.3腳，電阻R11的另一端連接電容C3的一端；電容C3和C5的另一端連接放大器A2的輸出端，放大器A2的輸出端連接二極體D1的正極，二極體D1的負極連接電路輸出端；放大器A2的同向輸入端連接電流採樣輸入端。
電壓控制電路包括電阻R12-R17、電容C6、C7、二極體D2及放大器A3，其中，電阻R15的一端連接5V供電模塊，另一端連接電阻R12、R16、R17、電容C7的一端和放大器A3的反向輸入端；電阻R17的另一端連接單片機IC的P3.7腳，電阻R12的另一端連接電容C6的一端，電容C6的另一端連接放大器A3的輸出端和二極體D2的正極，二極體D2的負極連接電路輸出端；電阻R13的一端連接實際控制電壓輸入端，另一端連接電阻R14的一端和放大器A3的同向輸入端，電阻R14、R16和電容C7的另一端接地。
如圖4所示，DC/DC變換單元包括變壓器TR1、電阻R21、電容C9及二極體D3。其中，電阻R21和電容C9並聯後與二極體D3串接，連接於變壓器TR1的一次側，二極體D3的正極連接連接開關管Q1的源極；PWM控制單元包括PWM控制晶片U1、光耦IC2、電阻R18-R20、R22-R24、電容C10-C13，其中，PWM控制晶片U1的HV腳通過串聯的電阻R18、R19連接EMC/EMI整流濾波單元的輸出端和變壓器TR1的一次側輸入端，Adj腳經電阻R20接地，FB腳連接光耦IC2的輸出腳，並經電容C8接地，Drv腳經電阻R22連接開關管Q1的基極，CS腳連接開關管Q1的發射極，並經並聯的電阻R23、R24接地，VCC腳經並聯的電容C10、C11接地；光耦IC2的輸入腳連接電壓電流穩壓反饋單元的輸出端。
優選的，PWM控制晶片的型號為200D6。本電路前後端隔離採用光耦和變壓器隔離的方式，使用光耦隔離使輸入端和輸出端完全實現了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗幹擾能力強，工作穩定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。使用變壓器隔離使得在通電的情況下，使用者可以更加安全的操作。
如圖5所示， MOS管控制單元包括P溝道MOS管Q2，其型號為TPC8107，三極體Q3、電阻R25-R29及電容C14；其中，Q2的1、2、3腳連接輸出端整流濾波單元的輸出端及電阻R25和電容C14的一端，4腳連接電阻R25的另一端和Q3的集電極，5、6、7、8腳連接充電器的正極輸出端和電容C14的另一端；Q3的基極連接電阻R26和R27的一端，發射極連接電阻R26的另一端並接地；電阻R27的另一端連接電阻R28和R29的一端，電阻R28的另一端連接單片機IC的P1.2腳，R29的另一端接地。
上述電路使用P溝道的MOS管來控制輸出迴路的關斷，保證了輸出安全。只有當充電器的輸出端檢測到電池夾上的時候，單片機根據反饋得到檢測電壓值，讓單片機P1.2腳輸出高電平，使三極體Q3導通，而P溝道的MOS管Q2的G極的電壓被拉低，且遠低於S極的電壓值，使得MOS管S極和D極導通，最終使輸出迴路打開。如果單片機根據反饋得到的檢測電壓並不是電池電壓值，就讓單片機P1.2腳輸出低電平，從而關斷三極體Q3和MOS管Q2，最終輸出迴路斷開。
作為優選實施方案，本實用新型中使用了智能顯示單元，智能顯示單元可以實時顯示出當前電池的電壓和電量，以及充電的模式和報警狀態。顯示屏上的顯示內容包括電壓和電量顯示，充電模式的顯示，壞電池的顯示及短接/反接的報警顯示。
本實用新型的中， EMC/EMI整流濾波單元為本領域的常規電路，在此不作贅述。以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。