電池充電器的製作方法

2023-09-22 01:40:10 1

專利名稱：電池充電器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種充電器，具體地涉及一種恆流穩壓的電池充電器。
背景技術：
目前電池充電器都存在若干問題，例如充電器能快速充電，但影響電池
使用壽命；實現恆流充電，能延長電池壽命，但充電時間長。為了兼顧電池 使用壽命和充電時間，採用單片機來控制充電器對電池的充電方法，但單片 機控制程序複雜、成本高。
公開號CN 1738148A的專利申請公開了一種充電器，該充電器充電時 間較短、能延長電池使用壽命且成本低。該充電器包括變壓器、輸出整流濾 波電路、電流檢測反饋電路、電壓檢測反饋電路、光電耦合電路以及脈寬調 制控制電路。電流和電壓檢測反饋電路檢測充電器輸出端的電流和電壓，通 過光電耦合電路將相應的電流和電壓信號反饋到脈寬調製控制電路，控制電 路根據接收到的信號調節變壓器原邊線圈的電壓大小，從而能調節充電器輸 出的電流和電壓。
但是給該充電器的輸出給光電耦合電路提供電源，由於在充電過程中， 充電器輸出的電壓是不斷變化的，這會給輸出的電流信號帶來幹擾，尤其是 給鐵電池充電時，鐵電池的充電電流很大，因而充電電壓很小。當充電器輸 出電壓很小時，通過光電耦合電路輸出的電流信號非常小，這會導致電流反 饋控制失調。此外，脈寬調製控制電路是根據電流檢測反饋電路輸出的反映 檢測到的電流大小的信號，按比例地調節變壓器原邊線圈的電壓大小。但是， 從檢測的電流變化到變壓器原邊線圈的電壓變化之間要經過多次線性關係 轉換，每一次線性關係轉換都會存在誤差，這會影響電流反饋的準確性。

實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種充電器，當該充電器輸出電壓很小的時 候，也能很好地實現電流反饋控制。
為實現上述目的，本實用新型提供一種充電器，包括變壓器、輸出整流 濾波單元、電流反饋單元、光電耦合單元、控制單元、開關管，所述變壓器 的輸出端接輸出整流濾波單元的輸入端，輸出整流濾波單元的輸出端接所述 電流反饋單元的電流信號輸入端，電流反饋單元的輸出端接所述光電耦合單 元的第一信號輸入端，光電耦合單元的信號輸出端接所述控制單元的反饋信 號輸入端，控制單元的信號輸出端接所述開關管的控制端，開關管串接在變
壓器的原邊線圈的迴路上；其中，所述充電器還包括穩壓源和基準電壓單元， 所述穩壓源的電壓輸出端分別接所述光電耦合單元、電流反饋單元以及基準 電壓單元的電壓輸入端，所述基準電壓單元的電壓輸出端接電流反饋單元的 參考電壓輸入端。
本實用新型提供的一種充電器，當給電池充電時，控制單元根據電流反 饋單元反饋的電流信號控制開關管的佔空比，從而調節變壓器原邊線圈的電 壓，以調節充電器輸出的電流大小。電流反饋單元和光電耦合單元是由穩壓 源提供電壓，即使充電器輸出的電壓很小，導致檢測到的電流很小，但由於 穩壓源給電流反饋單元和光電耦合單元提供電壓，因此光電耦合單元依然能 輸出較強的信號，從而控制單元在充電器輸出的電壓很低的情況下仍然能實 現對輸出電流的反饋控制。


圖1是本實用新型的實施例提供的充電器的結構框圖; 圖2是本實用新型的實施例提供的充電器的電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步描述
文中所提到的"零電位點"是指設定的零電勢參考點，即"接地"或 "地端"，在該點的電勢為零。
如圖1、圖2所示，本實用新型提供一種充電器，包括變壓器l、輸出
整流濾波單元2、電流反饋單元8、光電耦合單元3、控制單元4、開關管5， 所述變壓器1的輸出端接輸出整流濾波單元2的輸入端，輸出整流濾波單元 2的輸出端Cout接所述電流反饋單元8的電流信號輸入端，電流反饋單元8 的輸出端接所述光電耦合單元3的第一信號輸入端，光電耦合單元3的信號 輸出端接所述控制單元4的反饋信號輸入端42，控制單元4的信號輸出端 44接所述開關管5的控制端，開關管5串接在變壓器1的原邊線圈的迴路上; 其中，所述充電器還包括穩壓源7和基準電壓單元6，所述穩壓源7的電壓 輸出端分別接所述光電耦合單元3、電流反饋單元8以及基準電壓單元6的 電壓輸入端，所述基準電壓單元6的電壓輸出端接電流反饋單元8的參考電 壓輸入端。
所述穩壓源7可以是本領域技術人員公知的用於提供穩定電壓的器件， 或者對輸入到充電器的輸入電壓進行反激產生的電壓並經過整流穩壓後的 輸出。
該充電器還包括電壓反饋單元9，所述穩壓源7的電壓輸出端接該電壓 反饋單元9的電壓輸入端，電壓反饋單元9的電壓信號輸入端接所述輸出整 流濾波單元2的輸出端Cout，電壓反饋單元9的參考電壓輸入端接所述基準 電壓單元6的電壓輸出端，電壓反饋單元9的輸出端接所述光電耦合單元3 的第二信號輸入端。
所述基準電壓單元6包括第一電阻62和三端穩壓管64，所述第一電阻 62的一端接所述穩壓源7的電壓輸出端，另一端與所述三端穩壓管64的陰 極連接，三端穩壓管64的陽極接零電位點，其控制端與陰極連接，並作為基準電壓單元6的電壓輸出端。
穩壓源7輸出穩定的電壓到基準電壓單元6的第一電阻62的一端，通 過第一電阻62產生一定的壓降，三端穩壓管64使第一電阻62另一端的電 壓穩定，該電壓即為基準電壓單元6輸出的基準電壓，優選為2.5V。
所述光電耦合單元3包括光耦32、第一二極體34和第二二極體36，所 述光耦32包括發光二極體和光感測器，發光二極體的陽極通過電阻與所述 穩壓源7的電壓輸出端連接，陰極分別與所述第一二極體34和第二二極體 36的陽極連接，所述第一二極體34和第二二極體36的陰極分別接所述電流 反饋單元8和電壓反饋單元9的輸出端，所述光感測器的輸入端接所述控制 單元4的反饋信號輸入端42，光感測器的輸出端接零電位點。
所述控制單元4可以是集成晶片及其外圍電路，集成晶片可以是本領域 技術人員公知的2843、 3842等常用的PWM控制晶片，有選為2843晶片。 該晶片具有可微調的振蕩器，能進行精確的佔空比控制，能夠根據輸入信號 調節輸出佔空比。
所述控制單元4的參考電壓輸出端46通過電阻分別與所述光感測器的 輸入端和控制單元4的反饋信號輸入端42連接。
所述電流反饋單元8包括第一比較器82、第二電阻84和第三電阻86， 所述第一比較器82的正電壓輸入端接所述穩壓源7的電壓輸出端，第一比 較器82的負電壓輸入端接零電位點，所述第二電阻84的一端接零電位點， 另一端通過第三電阻86接第一比較器82的正相輸入端，比較器的負相輸入 端接零電位點，輸出端接所述第一二極體34的陰極，並分別通過兩個電容 接零電位點，所述基準電壓單元6的電壓輸出端通過電阻與第一比較器82 的正相輸入端連接。
第二電阻84的一端接零電位點，另一端接第三電阻86的一端，第三電 阻86的另一端接第一比較器82的正相輸入端。第二電阻84沒有電流流過
時，在第三電阻86的一端處的電位為零，此時第一比較器82正相輸入端的 電位為由基準電壓單元6輸入的正的參考電壓(2.5V)，因此第一比較器82 輸出端輸出的電壓為穩壓源7輸出的正電壓，即所述第一二極體34陰極處 的電位為高電位，發光二極體不導通。當第二電阻84有電流流過時，第三 電阻86的一端電位為負，當該電位的值超過基準電壓單元6輸出的參考電 壓時，則輸入到第一比較器82的正相輸入端的電位為負，此時輸出端的電 位為第一比較器82的負電壓輸入端的電位，即零電位。第一二極體34的陰 極電位為零，所述發光二極體導通，光感測器也因而導通，又所述控制單元 4的參考電壓輸出端46通過電阻分別與所述光感測器的輸入端和控制單元4 的反饋信號輸入端42連接，因此此時該電阻有電流流過，從而在該電阻上 產生壓降，該電阻與控制單元4的反饋信號輸入端42連接的一端的電位減 小，將該電位作為反饋信號輸入到控制單元4的反饋信號輸入端42，控制單 元4根據該信號輸出相應的控制信號到開關管5的控制端以減小開關管5的 佔空比，通過開關管5來減小變壓器1原邊線圈的電壓，從而減小充電器輸 出的電流大小。直到流過第二電阻84的電流減小到使所述第三電阻86的一 端的電位的值小於所述參考電壓，則第一比較器82正相輸入端的電位為正， 從而使第一比較器82的輸出端輸出到第一二極體34陰極的電壓為穩壓源7 的輸出電壓，此時發光二極體不導通，所述控制單元4的反饋信號輸入端42 沒有反饋信號輸入，控制單元4不再減小開關管5的佔空比，從而不再減小 充電器的輸出的電流大小。
所述電壓反饋單元9包括第二比較器92、第一電容94和第四電阻96， 所述第二比較器92的正電壓輸入端接所述穩壓源7的電壓輸出端，第二比 較器92的負電壓輸入端接零電位點，第二比較器92的負相輸入端分別通過 電阻與零電位點和整流濾波器的輸出端Cmit連接，第二比較器92的正相輸 入端接所述基準電壓單元6的電壓輸出端，第二比較器92的輸出端與所述
第二二極體36的陰極連接，並通過所述第一電容94和第四電阻96與其負 相輸入端連接。所述整流濾波器的輸出端Cout作為充電器的輸出端。
所述第一電容94和第四電阻96串聯後串接在第二比較器92的負相輸 入端和輸出端之間構成負反饋。電壓反饋單元9的工作原理與電路反饋單元 的工作原理相似，當輸入到第二比較器92的負相輸入端的充電器的輸出電 壓小於從第二比較器92正相輸入端輸入的參考電壓時，第二比較器92的輸 出端輸出到第二二極體36的電壓為穩壓源7輸出的電壓，發光二極體不導 通。反之，當充電器的輸出電壓大於所述參考電壓時，發光二極體導通，光 感測器也隨之導通，控制單元4的反饋信號輸入端42有反饋信號輸入，控 制單元4輸出相應的控制信號到開關管5的控制端以減小開關管5的佔空比， 通過開關管5來減小變壓器1原邊線圈的電壓，從而減小充電器輸出的電壓 大小。如果光感測器不導通，則所述反饋信號輸入端42無反饋信號輸入， 控制單元輸出控制信號。
所述比較器可以為本領域技術人員所公知的運算放大器。
所述開關管5 —端與所述變壓器1原邊線圈的一端連接，另一端接零電 位點，開關管5的兩端還串接有電容。所述開關管5可以是本領域技術人員 公知的具有控制端，能對其進行脈寬調製控制的開關管5，例如場效應管、 IGBT等，優選為場效應管。
所述輸出整流濾波單元2包括一個二極體202、 一個電阻204和三個電 容(206、 208、 210)，所述電阻204和一個電容206串聯，該電阻204的一 端接所述二極體202的陽極，該電容206的一端接所述二極體202的陰極， 二極體202的陰極接所述變壓器1副邊線圈的一端，二極體202的陽極接所 述第二電阻84的另一端，三個電容中的其他兩個電容(208、 210)分別串 接在所述二極體202的陽極和所述變壓器1副邊線圈的另一端。變壓器1副 邊線圈的另一端與所述兩個電容的接點(208、 210)作為輸出整流濾波單元
2的輸出端Cout。
優選地，所述輸出整流濾波單元2的輸出端Cout和零電位點之間還串 接有電容。
所述充電器還包括輸入整流濾波單元10，該輸入整流濾波單元10包括 第二電容102、第三電容104、第五電阻106和第三二極體108，第三二極體 108的陽極接變壓器1原邊線圈的一端，所述第三電容104和第五電阻106 並聯，並聯後的一端接所述變壓器l原邊線圈的另一端，並聯後的另一端接 所述第三二極體108的陰極，所述第二電容102的一端接所述變壓器1原邊 線圈的另一端，第二電容102的另一端接零電位點。
優選地，輸入到所述充電器的輸入電壓可以給所述控制單元4和穩壓源 7供電。
下面闡述本實用新型提供的充電器是如何實現恆流穩壓充電的。 使用所述充電器給電池(例如，鐵電池)充電，給充電器的輸入端提供 輸入電壓(12V直流)。剛開始充電時，電池(例如，鐵電池)充電電流很 大，電池兩端電壓比較小，輸入到第二比較器92的負相輸入端的電壓低於 其正相輸入端的參考電壓(2.5V)，則第二比較器92的輸出端輸出的電壓等 於所述穩壓源7的輸出電壓(5V)，為高電位，如上所述，此時電壓反饋單 元9不向所述控制單元4輸出電壓反饋信號。但這時充電器輸出的電流比較 大，當流過第一電阻62的電流使所述第一電阻62兩端產生的壓降大於輸出 到第一比較器82的正相輸入端的參考電壓(2.5V)時，該正相輸入端的電 位為負，第一比較器82的輸出端的電位為零，則第一二極體34的陰極電位 為零，所述發光二極體導通，如前面所述，產生反饋信號給控制單元4，控 制單元4根據反饋信號輸出相應的控制信號到所述開關管5的控制端，減小 佔空比，通過開關管5減小變壓器1原邊線圈的電壓來減小輸出電流的大小， 直到第一電阻62產生的壓降等於參考電壓時，第一比較器82輸出端輸出的
電壓為穩壓源7的輸出電壓，即高電位，發光二極體不導通，此時，不產生 電流反饋信號給控制單元4，控制單元4不再減小開關管5的佔空比，從而 不再減小所述輸出電流大小，使其保持在一恆定值。
隨著充電的進行，電池電壓越來越大，當充電器輸出端輸出到第二比較 器92的負相輸入端的電壓大於第二比較器92正相輸入端上的所述參考電壓 時，第二比較器92的輸出端的電位為零，此時所述發光二極體導通，產生 電壓反饋信號並輸入到控制單元4的反饋信號輸入端42，和電流反饋的情形 類似，控制單元4輸出相應的控制信號減小開關管5的佔空比，通過開關管 5減小變壓器1原邊線圈的電壓大小從而減小輸出電壓的大小，直到所述輸 出到第二比較器92的負相輸入端的電壓等於第二比較器92正相輸入端上的 所述參考電壓時，控制單元不再控制開關管5減小所述原邊線圈的電壓，將 輸出電壓穩定在某個值。
為在電流反饋控制結束後立即切換到電壓反饋控制，需要確定電流反饋 控制和電壓反饋控制的交接點，可以將該交接點設定為當第一電阻62兩端 產生的壓降稍大於或等於輸出到第一比較器82的正相輸入端的參考電壓的 同時，輸出到第二比較器92的負相輸入端的電壓等於或稍大於第二比較器 92正相輸入端上的所述參考電壓。
本實用新型提供的充電器，對光電耦合單元3、基準電壓單元6以及電 流和電壓反饋單元9採用隔離的穩壓源7供電，因此，當充電器的輸出電壓 很低時，尤其是對鐵電池充電時(鐵電池的特性是充電電流大，剛開始充電 時的充電電壓很小)，也能很好的實現限流恆流輸出，且電流反饋根據採集 到的輸出電流與門限值的比較來確定電流反饋信號，避免了輸出電流與控制 信號之間多次複雜的線性轉換，減少電流反饋控制誤差，響應迅速。採用電 流反饋和電壓反饋交替的運行方式，使該充電器能對電池進行恆流穩壓充 電。
權利要求1、一種充電器，包括變壓器(1)、輸出整流濾波單元(2)、電流反饋單元(8)、光電耦合單元(3)、控制單元(4)、開關管(5)，所述變壓器(1)的輸出端接輸出整流濾波單元(2)的輸入端，輸出整流濾波單元(2)的輸出端(Cout)接所述電流反饋單元(8)的電流信號輸入端，電流反饋單元(8)的輸出端接所述光電耦合單元(3)的第一信號輸入端，光電耦合單元(3)的信號輸出端接所述控制單元(4)的反饋信號輸入端(42)，控制單元(4)的信號輸出端(44)接所述開關管(5)的控制端，開關管(5)串接在變壓器(1)的原邊線圈的迴路上；其特徵在於，所述充電器還包括穩壓源(7)和基準電壓單元(6)，所述穩壓源(7)的電壓輸出端分別接所述光電耦合單元(3)、電流反饋單元(8)以及基準電壓單元(6)的電壓輸入端，所述基準電壓單元(6)的電壓輸出端接電流反饋單元(8)的參考電壓輸入端。
2、 根據權利要求1所述的充電器，其特徵在於，該充電器還包括電壓 反饋單元(9)，所述穩壓源(7)的電壓輸出端接該電壓反饋單元(9)的電 壓輸入端，電壓反饋單元(9)的電壓信號輸入端接所述輸出整流濾波單元(2)的輸出端(Cout)，電壓反饋單元(9)的參考電壓輸入端接所述基準 電壓單元(6)的電壓輸出端，電壓反饋單元(9)的輸出端接所述光電耦合 單元(3)的第二信號輸入端。
3、 根據權利要求1所述的充電器，其特徵在於，所述基準電壓單元(6) 包括第一電阻(62)和三端穩壓管(64)，所述第一電阻(62)的一端接所 述穩壓源(7)的電壓輸出端，另一端與所述三端穩壓管(64)的陰極連接， 三端穩壓管(64)的陽極接零電位點，其控制端與陰極連接，並作為基準電 壓單元(6)的電壓輸出端。
4、 根據權利要求2所述的充電器，其特徵在於，所述光電耦合單元(3) 包括光耦(32)、第一二極體(34)和第二二極體(36)，所述光耦(32)包 括發光二極體和光感測器，發光二極體的陽極通過電阻與所述穩壓源(7) 的電壓輸出端連接，陰極分別與所述第一二極體(34)和第二二極體(36) 的陽極連接，所述第一二極體(34)和第二二極體(36)的陰極分別接所述 電流反饋單元(8)和電壓反饋單元(9)的輸出端，所述光感測器的輸入端 接所述控制單元(4)的反饋信號輸入端(42)，光感測器的輸出端接零電位 點。
5、 根據權利要求4所述的充電器，其特徵在於，所述電流反饋單元(8) 包括第一比較器(82)、第二電阻(84)和第三電阻(86)，所述第一比較器(82)的正電壓輸入端接所述穩壓源(7)的電壓輸出端，第一比較器(82) 的負電壓輸入端接零電位點，所述第二電阻(84)的一端接零電位點，另一 端通過第三電阻(86)接第一比較器(82)的正相輸入端，比較器的負相輸 入端接零電位點，輸出端接所述第一二極體(34)的陰極，並分別通過兩個 電容接零電位點，所述基準電壓單元(6)的電壓輸出端通過電阻與第一比 較器(82)的正相輸入端連接。
6、 根據權利要求4所述的充電器，其特徵在於，所述電壓反饋單元(9) 包括第二比較器(92)、第一電容(94)和第四電阻(96)，所述第二比較器(92)的正電壓輸入端接所述穩壓源(7)的電壓輸出端，第二比較器(92) 的負電壓輸入端接零電位點，第二比較器(92)的負相輸入端分別通過電阻 與零電位點和輸出整流濾波器的輸出端(Cout)連接，第二比較器(92)的 正相輸入端接所述基準電壓單元(6)的電壓輸出端，第二比較器(92)的 輸出端與所述第二二極體(36)的陰極連接，並通過所述第一電容(94)和 第四電阻(96)與其負相輸入端連接。
7、 根據權利要求4所述的充電器，其特徵在於，所述控制單元(4)的 參考電壓輸出端(46)通過電阻分別與所述光感測器的輸入端和控制單元(4) 的反饋信號輸入端(42)連接。
8、 根據權利要求7所述的充電器，其特徵在於，所述控制單元(4)為 2843晶片。
9、 根據權利要求l所述的充電器，其特徵在於，所述開關管(5) —端 與所述變壓器(1)原邊線圈的一端連接，另一端接零電位點，開關管(5) 的兩端還串接有電容。
專利摘要一種電池充電器，包括變壓器、輸出整流濾波單元、電流反饋單元、光電耦合單元、控制單元、開關管，變壓器的輸出端接輸出整流濾波單元的輸入端，輸出整流濾波單元的輸出端接電流反饋單元的電流信號輸入端，電流反饋單元的輸出端接光電耦合單元的第一信號輸入端，光電耦合單元的信號輸出端接控制單元的反饋信號輸入端，控制單元的信號輸出端接開關管的控制端，開關管串接在變壓器的原邊線圈的迴路上；其中，充電器還包括穩壓源和基準電壓單元，穩壓源的電壓輸出端分別接光電耦合單元、電流反饋單元以及基準電壓單元的電壓輸入端，基準電壓單元的電壓輸出端接電流反饋單元的參考電壓輸入端。當該充電器輸出電壓很小的時候，能很好地實現電流反饋控制。
文檔編號H02J7/00GK201207579SQ20082011592
公開日2009年3月11日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者張建華, 雷 石, 彬 郭 申請人:比亞迪股份有限公司