通用多功能自動充電器的製作方法
2023-05-19 09:45:36
專利名稱：通用多功能自動充電器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬充電裝置，特別是一種通用多功能自動充電器。
目前，市面上出售的充電器品種繁雜，規格多樣，但就其原理上講，不外乎是恆壓充電和恆流充電兩種。但大多數都不具備檢測功能，即使有檢測功能的，也僅僅是對電池進行定性檢測。因此，用這樣的充電器充電，無法知道電池是否充好，何時能充好，更無法確認充電後的電池能承受何種負荷。
本實用新型的目的是提供一種結構簡單、使用方便、功能較全的通用自動充電器，它不僅能自動控制對電池進行充電或停止充電，又能長期無維護工作，自動補充電池自放電損失的能量，而且還能對電池的貯電狀況、承受輕或重負荷的能力、舊電池的可利用性等方面進行檢測。
本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的由電源電路[1]、基準電壓電路[2]、控制電路[3]、功率電路[4]、檢測電路[5]和電池[6]組成的充電器中，電源電路[1]的穩壓輸出端分別與基準電壓電路[2]、控制電路[3]和檢測電路[5]相接，供給它們穩定的工作電壓，電源電路[1]的另一路半波或全波整流輸出經功率電路[4]後送往電池[6]，作充電電源；基準電壓電路[2]輸出充電基準電壓至控制電路[3]，與電池[6]送來的電壓比較後，控制電路[3]輸出控制信號至功率電路[4]；檢測電路[5]通過轉換開關K1與電池[6]相接。
圖1為本實用新型的電原理方框圖。
圖2a為本實用新型的半波整流電源電路組成及電原理圖。
圖2b為本實用新型的全波整流電源電路組成及電原理圖。
圖3a為本實用新型的基準電壓電路組成及電原理圖。
圖3b為本實用新型的控制電路組成及電原理圖。
圖3c為本實用新型的功率電路組成及電原理圖。
圖4為本實用新型的檢測電路組成及電原理圖。
圖5為本實用新型實施例的電路組成及電原理圖。
以下結合附圖進一步詳述本實用新型的技術方案和工作原理。
如圖2a所示，電源電路[1]由變壓器B，整流二極體D1、D2，電阻R1、R2、R3，電容C1、C2、C3及穩壓器IC1組成。變壓器B的輸入端接220V交流電源，其輸出端之一端接地，另一端的一條支路經二極體D1半波整流、電容C1的一端、電阻R1、電容C2的一端與穩壓器IC1的輸入端2相連，電容C2控制該輸入電壓的紋波特性，IC1的控制端1通過R2、R3調節輸出電壓，R2與IC1的輸出端3相連，R3的另一端接地，IC1的輸出端3與電容C3的一端相連後輸出，電容C1、C2、C3的另一端接地，調整電阻R2、R3就可獲得不同的輸出電壓值，電容C3控制IC1輸出電壓的瞬間特性，從而得到一個穩定的輸出電壓Vcc，分別與基準電壓電路[2]的電阻6、控制電路[3]中IC2、檢測電路[5]的電阻R27～R31相連，作為基準電壓電路[2]、IC2和檢測電路[5]的工作電壓，變壓器B的另一路輸出經二極體D2的陰極通過A點與功率電路[4]的紅色發光二極體LED1的陽極及電阻R20串接，作為對電池[6]充電的充電電源。如圖2b所示，電源電路[1]的整流部分也可採用全波整流方式，由二極體D3～D6組成整流橋，其輸入端與變壓器B的輸出端連接，輸出端一端接地，另一端與二極體D1的陽極連接並同時作為充電電源輸出而經A點與功率電路[4]相連。
如圖3a所示，基準電壓電路[2]由分壓電阻R4、R5、R6，雙路轉換開關K5，紅色發光二極體LED9及綠色發光二極體LED10和電阻R38組成。其中R6與電源電路[1]的穩壓輸出端相連，R6的另一端分別與開關K5的一個轉接點及R5相連，R5的另一端與開關K5的另一轉接點相連，並通過R4接地。從電源電路[1]送來的工作電壓Vcc經分壓電阻R4、R5、R6分壓後，通過開關K5轉換，可獲得不同值的充電基準電壓VREF，經控制電路[3]中的電阻R12而與該電路中集成電路電壓比較器(1/4IC2)的同相輸入端9相接，以滿足各種類型電池的充電要求。紅色發光二極體LED9和綠色發光二極體LED10的一端接地，另一端通過K5的聯動轉接點經限流電阻R38、A點而與電源電路[1]的半波或全波整流輸由端連接，作電源指示燈及電池種類指示燈用。
如圖3b所示，控制電路[3]由電阻R9、R12、R39及電壓比較器(1/4 IC2)組成。集成電路IC2中的一個電壓比較器與電阻R9、R12構成施密特觸發電路，R12的另一端與開關K5相連，IC2中的一個電壓比較器的反相輸出端與開關K1相連，電阻R39一端與電源電路[1]的穩壓輸出端Vcc相連，另一端與IC2電壓比較器的輸出端14連接，IC2還分別與電源電路[1]的穩壓輸出端相連和接地。從基準電壓電路[2]送來的VREF經電阻R12輸入到IC2中的一個電壓比較器的同相輸入端9，通過開關K1取出電池[6]的電壓輸入到比較器的反相輸入端8，以實現電池電壓與基準電壓VREF相比較。1/4 IC2的反相輸入端8還與功率電路[4]中的三極體BG1的發射極相連，其輸出端14則經電阻R10與BG1的基極相連。電阻R10、R39均起限流作用。調整或選取不同阻值的R9和R12，即可限定被充電電池的上、下限電壓值，以控制功率電路[4]對電池[6]進行充電或停止充電。所謂上限電壓值是指被充電電池充滿時的終止電壓，下限電壓值是指電池開路狀態下的保存電壓。如可調整電阻R9、R12，限定Ni-Cd電池的電壓為1.25V～1.45V，鹼性Zn-Mn電池的電壓為1.45V～1.65V等。在充電過程中，若電池[6]的電壓低於其下限電壓值時(如Ni-Cd電池為1.25V)，IC2中電壓比較器的反相輸入端8的電壓就低於同相輸入端9的電壓，輸出端14為高電平，從而控制功率電路[4]對電池[6]充電。而隨著充電的進行，電池[6]的電壓達到其上限電壓值時(如Ni-Cd電池為1.45V)，電壓比較器的反相輸入端8的電壓就高於同相輸入端9的電壓，輸出端14為低電平，控制功率電路[4]停止對電池[6]充電。
如圖3c所示，功率電路[4]由一隻NPN型功率管或達林頓管BG1、電阻R10、R19、R20及紅色發光二極體LED1組成。其中三極體BG1的基極通過R10與控制電路[3]中的IC2電壓比較器的輸出端相連，發射極與控制電路[3]中IC2電壓比較器的反相輸入端相連，並經轉換開關K1與電池[6]的正極相接，BG1的集電極通過R20並通過R19和LED1經A點與電源電路[1]的半波或全波整流輸出端相連，其中的R20用於限制充電電流的大小。當控制電路[3]中電壓比較器的輸出端14為高電平時(即電池[6]電壓低於其下限電壓值時)，功率管BG1導通，從電源電路[1]來的脈動充電電流流入電池[6]，紅色發光二極體LED1同時點亮，表示充電正在進行。電阻R19起保護LED1的作用。當控制電路[3]中電壓比較器的輸出端為低電平時(即電池[6]電壓已被充電至其上限電壓值時)，功率管BG1截止，充電電流不能流入電池，LED1同時熄滅，表示充電停止。
圖3b、圖3c為針對充一個電池所需的一套控制電路和功率電路。根據不同使用要求所設計的充電器，它能同時充幾個電池就相應有幾套組成及原理完全相同的功率電路和控制電路，且這幾套控制及功率電路各自針對所充的電池獨立工作，互不幹擾。但並不要求它們同時工作，即若充電器最多可充n個電池時，使用中可任意對1～n個電池充電。
如圖4所示，檢測電路[5]由集成電路IC3(內含四個電壓比較器)、電阻R27～R37、橙色發光二極體LED5～LED8組成。其中電源電路[1]的穩壓輸出端分別經R27和LED5、R28和EDL6、R29和LED7、R30和LED8與IC3中對應的四個電壓比較器的輸出端相連，還經R31～R34分壓後與IC3中四個電壓比較器的同相輸入端相連，之後再經R35接地，電阻R27～R30分別起保護各發光二極體的作用。IC3中四個電壓比較器的反相輸入端經B點與轉換開關K1的另一接點相連。R37通過開關K6與R36組成並聯電路，該電路一端經B點接轉換開關K1，另一端接地，電阻R36、R37為模擬電池負荷的負載電阻，開關K6實現不同負荷檢測時的轉換。當開關K6斷開時，電阻R36模擬輕負荷，此時可檢測電池[6]承受輕負荷的能力；當開關K6閉合時，電阻R36與R37並聯後模擬重負荷，此時可檢測電池[6]承受重負荷的能力。從電源電路[1]送來的工作電壓Vcc經電阻R31～R35分壓後，分別輸入到IC3的四個同相輸入端5、7、9、11，作為比較基準電壓，而待檢測電池[6]的正極經開關K1轉換後經B點與電阻R36、R37並聯，同時其電壓輸入至IC3中的四個反相輸入端4、6、8、10，與同相輸入端的基準電壓相比較。當電池帶負載後的電壓達到IC3中某個或幾個電壓比較器同相輸入端的比較基準電壓時，該電壓比較器輸出端呈低電平，使得所對應的橙色發光二極體導通而被點亮。因此，四個發光二極體被點亮的多少就表明了被檢測電池[6]的電量多少。本電路可設計成對Ni-Cd電池為LED5～LED7三個點亮，對鹼性或普通Zn-Mn電池為LED5～LED8四個都點亮來表示被測電池[6]的電量充足，能夠承受所選擇的負荷要求。
本檢測電路[5]不僅可對各種狀態下(正在充電的、用過一段時間、放置很久的等)的電池進行檢測，也可對電池的真偽進行判定，如用鹼性Zn-Mn電池仿冒Ni-Cd電池，因其電壓往往大於1.5V，檢測時會使四個發光二極體全亮，還可對舊電池的可利用性進行鑑定，如某個電池雖然不能承受重負荷，但也許還可承受輕負荷，使其潛能得以充分利用。
本實用新型的控制電路[3]、功率電路[4]和電池[6]的數目可以是1個，也可以是多個，檢測電路[5]可以是1個，也可以是多個。集成電路四電壓比較器可以是1個，也可以是多個，並可按公式充電電池總數+檢測電路中檢測指示燈數＝4n(n為集成電路四電壓比較器的數目，n≥1)構成多種組合的系列產品。
本實用新型能自動開始充電，自動停止充電並轉入存貯狀態，能對Ni-Cd、Ni-H、鹼性Zn-Mn及普通Zn-Mn等多種類型及多種規格(1#、2#、5#、7#)的電池進行充電，可隨時檢測被充電電池的充電狀況及承受輕、重負荷的能力，同時也可對正在使用中、長期放置後等多種情況下的電池及舊電池的可利用性等進行檢測。
如圖5所示，本實用新型的實施例是採用兩個四電壓比較器構成對四個電池分別單獨進行充電以及分別在輕、重負荷下對每個電池單獨進行檢測時用四個橙色發光二極體作檢測指示的多功能自動充電器。
由於本實用新型實施例的可充電電池數是四個，因此其中的控制電路和功率電路就有與圖3b、圖3c完全相同的四套，其組成是集成電路IC2及電阻R7、R9、R11、R12、R13、R14、R16、R18、R39～R42構成四個控制電路；功率管BG1～BG4、紅色發光二極體LED1～LED4及電阻R8、R10、R15、R17、R19～R26構成四個功率電路，再加上與四個電池對應的開關K1～K4。其餘的電源電路、基準電壓電路、檢測電路與前述完全一樣。其中的IC1可選用317或7800系列的集成電路穩壓器，IC2和IC3可選用339型集成電路四電壓比較器。
使用本實用新型之實施例對電池充電時，接通電源，發光二極體LED9和LED10中之一個點亮，然後根據待充電之電池的類型是否與亮起的指示燈對應來決定是否撥動開關K5。對Ni-Cd電池充電時，應是綠色指示燈LED10亮起；而對Zn-Mn電池充電時，應是紅色指示燈LED9亮起，若不對應，則須撥動開關K5使其對應。此時就可將充電電池裝入電池盒的電池夾上，脈動充電電流經功率電路對電池充電。所對應的指示充電狀態的紅色發光二極體點亮。當電池充滿電時，控制電路控制其功率電路停止對電池充電，對應指示充電狀態的紅色發光二極體熄滅。隨著時間的推移，電池容量因自身放電而降低，當其電壓降至其下限值時，控制電路控制功率電路又開始對電池充電，指示充電狀態的紅色發光二極體又亮起。此時常會出現紅色發光二極體(充電指示燈)一閃一滅的現象，表明電池處於即將充滿狀態。
本實施例對電池的檢測已在前面檢測電路中詳述，不過，其檢測開關K1～K4還可當作快速充電的復位開關使用。如果某個電池充好後不急於使用而較長時間未從電池夾上取下，且其充電下限電壓值調得較低時，則電池就會因其自身放電而降至較低的下限電壓。當此時又需馬上用該電池，便可接通充電器電源，選擇重負荷狀態並按下對應的檢測開關，充電器隨即對該電池進行充電，充足後便可取下使用。
權利要求1.一種通用多功能自動充電器，由電源電路[1]、基準電壓電路[2]、控制電路[3]、功率電路[4]、檢測電路[5]和電池[6]組成，其特徵在於電源電路[1]的穩壓輸出端分別與基準電壓電路[2]、控制電路[3]和檢測電路[5]相連，另一路半波或全波整流輸出經功率電路[4]與電池[6]相連，基準電壓電路[2]輸出充電基準電壓至控制電路[3]，與電池[6]送來的電壓比較後，控制電路[3]輸出控制信號至功率電路[4]，檢測電路[5]通過轉換開關K1與電池[6]相接。
2.根據權利要求1所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於電源電路[1]由變壓器B，整流二極體D1、D2，電阻R1、R2、R3，電容C1、C2、C3及集成電路穩壓器IC1組成，其中變壓器B的輸入端接市電，其輸出端的一端接地，另一端的一條支路經二極體D1、電容C1的一端、電阻R1、電容C2的一端與IC1的輸入端2相連，IC1的控制端1通過電阻R2、R3調節輸出電壓，R2與IC1的輸出端3相連，R3的另一端接地，IC1的輸出端3與電容C3的一端相連後作為電源電路[1]的穩壓輸出Vcc，電容C1、C2、C3的另一端接地；變壓器B輸出端的另一條支路經二極體D2，其陰極作為半波輸出端與功率電路[4]相連。
3.根據權利要求2所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於電源電路[1]的整流部分亦可採用全波整流方式，它主要由整流橋D3～D6組成，變壓器B的輸出端與整流橋D3～D6的輸入端相接，整流橋D3～D6的輸出端一端接地，另一端與二極體D1的陽極連接並同時作為充電電源輸出而與功率電路[4]相連。
4.根據權利要求1所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於基準電壓電路[2]由分壓電阻R4、R5、R6，雙路轉換開關K5，電阻R38，紅色發光二極體LED9及綠色發光二極體LED10組成，其中R6與電源電路[1]的穩壓輸出端相連，R6的另一端分別與開關K5的一個轉接點及R5相連，R5的另一端與開關K5的另一轉接點相連，並通過R4接地，基準電壓電路[2]通過開關K5輸出充電基準電壓至控制電路[3]，LED9和LED10的一端接地，另一端通過K5的聯動轉接點經電阻R38與電源電路[1]的半波或全波整流輸出端相連。
5.根據權利要求1所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於控制電路[3]由電阻R9、R12、R39及集成電路電壓比較器IC2組成，其中IC2的一個電壓比較器與電阻R9、R12構成施密特觸發電路，R12的另一端與開關K5相連，IC2的一個電壓比較器的反相輸出端與開關K1相連，電阻R39一端與電源電路[1]的穩壓輸出Vcc相連，另一端與IC2電壓比較器的輸出端連接，IC2還分別與電源電路[1]的穩壓輸出端相連和接地。
6.根據權利要求1所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於功率電路[4]由NPN型功率管或達林頓管BG1、電阻R10、R19、R20及紅色發光二極體LED1組成，其中三極體BG1的基極通過R10與控制電路[3]中的IC2的電壓比較器的輸出端相連，發射極與控制電路[3]中IC2的電壓比較器的反相輸入端相連，並經轉換開關K1與電池[6]的正極相接，BG1的集電極分別經R20和R19、LED1與電源電路[1]的半波或全波整流輸出端相連。
7.根據權利要求1所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於檢測電路[5]由集成電路電壓比較器IC3、電阻R27～R37、橙色發光二極體LED5～LED8組成，其中電源電路[1]的穩壓輸出端分別經R27和LED5、R28和LED6、R29和LED7、R30和LED8與IC3中對應的四個電壓比較器的輸出端相連，還經R31、R32、R33、R34分壓後與IC3中四個電壓比較器的同相輸入端相連，之後再經R35接地，IC3中四個電壓比較器的反相輸入端與轉換開關K1的另一接點相連，R37通過開關K6與R36組成並聯電路，該電路一端接轉換開關K1，另一端接地。
8.根據權利要求1所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於控制電路[3]、功率電路[4]、檢測電路[5]和電池[6]的數量可以是1個，也可有多個，採用n個集成電路四電壓比較器，可按下式構成充電電池總數和檢測電路中檢測指示燈數多種組合的系列，即充電電池總數+檢測指示燈數＝4n，n≥1。
9.根據權利要求2、5或7所述的通用多功能自動充電器，其特徵在於集成電路穩壓器IC1可用317型或7800系列集成塊，集成電路電壓比較器IC2和IC3可用339型集成塊。
專利摘要一種通用多功能自動充電器，其電源電路[1]的穩壓輸出端分別與基準電壓電路[2]、控制電路[3]和檢測電路[5]相連，另一路半波或全波整流輸出經功率電路[4]與電池[6]相連，基準電壓電路[2]輸出充電基準電壓至控制電路[3]，與電池[6]送來的電壓比較後，控制電路[3]輸出控制信號至功率電路[4]，檢測電路[5]通過轉換開關K1與電池[6]相接。它結構簡單，使用方便，不僅能自動控制對電池進行充電或停止充電，又能長期無維護工作，自動補充電池自放電損失的能量，並可對電池貯電狀況、承受輕重負荷的能力、舊電池的可利用性等方面進行檢測。
文檔編號G01R31/36GK2257630SQ9524215
公開日1997年7月9日 申請日期1995年9月14日 優先權日1995年9月14日
發明者方園, 郭慎獨, 王雲森 申請人:郭慎獨, 王雲森