全自動控制恆壓恆限流電子充電器的製作方法

2023-05-01 21:16:46

專利名稱：全自動控制恆壓恆限流電子充電器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於充電器設計技術領域。
蓄電池和多種多樣的可充電電池(統稱蓄電池)的應用日趨廣泛。通常為了給蓄電池充電，一般採用恆壓式或恆流式兩種類型充電器。採用恆壓式充電器給蓄電池充電，則充電器在充電過程中電壓恆定，由於充電開始階段，蓄電池端電壓低，電流將過大，為避免變壓器過熱，電路中一般需串聯一限流電阻。限流電阻阻值過大，必然發熱嚴重，減小電阻又起不到限流的作用。另外，在調整好限流電阻的阻值後，若電網電壓波動，例如，交流220V電壓變大時，由於限流電阻阻值不變而電壓升高，故電路的電流必將變大，從而使變壓器和限流電阻過熱，而損壞充電器；若交流220V電壓變小，由於限流阻值不變，故充電電流將顯著變小，使充電電流不足，並將加長充電時間。因此這種電路對電網電壓的波動不能適應。特別是在很多電網波動範圍較大的地區，這種充電器的缺點更為突出。採用恆流式充電器給蓄電池充電，則充電器在充電過程中電流恆定。由於蓄電池充電時，接受電流的能力為負指數關係(I＝C－ t其中I為充電電流，t為充電時間，C為常數)，即剛開始充電時，接受電流的能力強，而充電一段時間後，接受電流的能力大大減弱。所以在恆流充電時，若始終以同一恆定電流充電，將使充電電池嚴重極化而損壞電池，因此這種充電器需分階段使用不同大小的恆流來分段充電，但充電時間難於控制，很易發生過充電現象而損壞電池。
本實用新型的目的在於克服已有的充電器的不足之處，設計出一種新型電子充電器，能自動對充電過程調節、控制，具有恆壓、自動恆限流的功能，能適應電網電壓的波動情況等特點。
本實用新型設計的一種充電器，包括將市電轉換成充電電池所需電壓的變壓器，將所說變壓器輸出的交流電信號進行整流的整流電路，其特徵在於還包括恆壓、自動恆限流充電電路及充滿電後自動停充、顯示電路，所說的充電電路包括由二極體，電容積分元件及採樣電阻組成的能夠對充電電流信號單向積分瞬時採樣並延時保持的電路；產生與所說整流後的電信號嚴格同步的由集成比較器和電阻、電容元件組成的同步鋸齒波發生器；將所說採樣電壓與鋸齒波電壓進行比較處理得到相位控制信號的由集成比較器構成的恆限流相位控制電路；所說的停充、顯示電路由集成比較器、發光二極體、電阻元件組成。
本實用新型綜合了已有的恆壓式與恆流式充電器的優點，並克服了這兩種充電器各自固有的缺點，設計出新的恆壓自動恆限流充電電路，可自動對充電過程調節、控制。既使在電源電網電壓嚴重波動的條件下及充電負載變化的條件下，均能使充電器工作在最佳狀態，並且整個充電過程全部自動完成。
附圖簡要說明圖1為本實用新型一種實施例充電電路圖；圖2為本實施例外形結構示意圖。
本實用新型設計出一種全自動控制恆壓恆限流電子充電器實施例，如圖1～2所示，結合
描述如下圖1為本實施例充電電路圖。本電路由變壓整流電路Ⅰ、單向積分瞬時採樣並延時保持電路Ⅱ、同步鋸齒波發生電路Ⅲ、恆限流相位控制電路Ⅳ、自動停充顯示電路五大部分組成(圖中用虛線框示出)。其中變壓整流電路由直接與220V交流電網電壓相接的變壓器和4隻1N5404整流二極體構成的整流電橋所組成，這部分為通用電路，其他部分均為本申請設計人特別設計的電路，分別描述如下
1、單向積分瞬時採樣及延時保持線路由電容C2，電阻R8，R9和整流二極體D6組成。為了實現自動恆限流控制，電路必須瞬時採樣並將此採樣結果延時保持到下一個整流波形以進行恆限流相位控制。為此設計了特殊的單向積分瞬時採樣及延時保持電路。其中，R9為採樣電阻，因僅為提取採樣電壓而不是用此電阻限流，故其電阻值可取得很小，避免嚴重發熱。採樣電壓由電容C2積分。為瞬時響應採樣，電容充電時採樣電路的電阻值應較小。而採樣後為延時保持，電容的放電電阻又需較大。為此，電路中採用了二極體D6，利用其正、反向不同的特性而達到上述目的。在電路中串聯了電阻R8，以調整自動恆限流時的線性。
2、嚴格與整流波形同步的鋸齒波發生器該部分電路由集成塊IC1和R2，R3，R5，R6及電容C1構成。
電阻R2，R3取出整流波形位相信號。每個整流波形為正弦180°。整流波形從0°開始時，這時，電容C1經過電阻R5充電。當整流波形接近180°時，電容充電電壓超過整流波形電壓，這時電容電壓經過R6由IC1放電。重複以上步驟即形成嚴格與整流波形同步的鋸齒波。IC1可選用比較器LM339，運放LM324或脈寬調製控制器TL494。
3、恆限流位相控制電路由集成塊IC2，可控矽D8，雙向可控矽D9，整流二極體D5及電阻R7，R11構成。IC2將採樣電壓與鋸齒波電壓進行比較，形成嚴格與整流波形同步，而相位與延時保持的採樣電壓反相比例的相位控制信號。其中IC2可選用集成比較器LM339，運算放大器LM324或脈寬調製控制器TL494構成。D8可選用可控矽BT151或大功率三極體TIP132等，D9可選用雙向可控矽MAC97A6。
由上述三部分電路組成了恆壓自動恆限流充電線路。
以上線路可自動調節充電電流的導通相位，以達到自動恆限流的目的。當充電電流超過恆限流的電流值時，通過採樣保持線路等，將此信號反饋，線路自動調小導通位相使電流值變小。反之，亦能進行自動調整。同時，當220V交流電網電壓波動時，在相當大的波動範圍內，例如上至240V，下至180V，該電路都能自動調整電流保持在恆限流的電流值，使充電器安全正常的工作，這一電源電網波動範圍足以適應我國廣大地區電網電壓的波動情況。
當充電一段時間後，若電池的充電接受能力變小，因該實用新型充電電路中變壓器副邊經整流後基本為一恆壓源，故電流可隨電池充電接受能力的變化而變小，因而也不會像恆流式充電方式那樣使電池過充電或發生極化現象。這正是恆流式與恆壓恆限流式的區別所在。
4、電池充滿後自動停充並顯示的電路由集成塊IC3和IC4，穩壓管D7，電容C3及電阻R12，R13，R14，R15及發光二極體LED1構成。IC3將充電蓄電池的電壓與基準電壓進行比較，一旦蓄電池充滿電，IC3自動使充電電路停充，同時IC4使發光二極體點亮顯示充電已完成。其中IC3，IC4可選用集成比較器LM339，運算放大器LM324。
圖2為本實施例外形結構示意圖。其中，1為充電器箱體，其前面板安裝有充電電壓、電流指示表頭2(通過撥換開關實現電壓／電流指示的切換)，電源指示燈3，充電結束指示燈4。後面板分別引出蓄電池聯接線5及電源線6。充電電路均焊接在一電路板上並與變壓器一同安裝在箱內底板上。
本實用新型可形成系列產品，根據用戶的需要製做成適用於不同種類蓄電池的充電器。該類型充電器可適用於交流180V～240V的很寬的電網電壓範圍。
權利要求1.一種充電器，包括將市電轉換成充電電池所需電壓的變壓器，將所說變壓器輸出的交流電信號進行整流的整流電路，其特徵在於還包括恆壓、自動恆限流充電電路及充滿電後自動停充、顯示電路，所說的充電電路包括由二極體，電容積分元件及採樣電阻組成的能夠對充電電流信號單向積分瞬時採樣並延時保持的電路；產生與所說整流後的電信號嚴格同步的由集成比較器和電阻、電容元件組成的同步鋸齒波發生器；將所說採樣電壓與鋸齒波電壓進行比較處理得到相位控制信號的由集成比較器構成的恆限流相位控制電路；所說的停充、顯示電路由集成比較器、發光二極體、電阻元件組成。
專利摘要本實用新型屬電子充電器設計技術領域。由變壓整流電路，單向積分瞬時採樣並延時保持電路，與整流波形嚴格同步的鋸齒波發生電路，恆限流相位控制電路，自動停充並顯示電路所組成。本裝置可自動對充電過程調節、控制，具有恆壓自動恆限流等功能，即使在電源電網電壓嚴重波動的條件下及充電負載變化的條件下，均能使充電器工作在最佳狀態，並且整個充電過程全部自動完成。
文檔編號H02J7/10GK2188818SQ9420199
公開日1995年2月1日 申請日期1994年1月31日 優先權日1994年1月31日
發明者賈維溥 申請人:清華大學