CN201011706Y - 镍氢镍镉电池组充电器控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种可适用于镍氢镍镉电池组的充电器控制电路，其包含电源电路和充电管理电路。电源电路由AC输入、电磁兼容元件、输入整流滤波电路、脉宽调制电路、调压电路、输出整流滤波电路、定电流定电压电路和回馈电路构成。AC输入、电磁兼容元件和输入整流滤波电路依次电连接后分别输出到脉宽调制电路和调压电路，调压电路又与输出整理滤波电路、定电压定电流电路、回馈电路和脉宽调制电路依次连接，脉宽调制电路对输入进行处理后，输出给调压电路，再经输出整流滤波电路后为充电管理电路提供输入。本实用新型使用脉冲方式充电，可以保证电池充饱而不过饱，能选择和自动调节充电电流、自动设置充电电压，还具有反接和反充保护功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种充电器控制电路，尤其是一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路。
背景技术
镍氢电池具有体积小、容量大、记忆效应小、安全性能好并且环保组合时无需保护板等优点，正广泛应用在电子词典、数码相机、遥控汽车、遥控飞机、动力电池等领域。镍镉电池具有可大电池充放电、安全性能好、组合时无需保护板等优点，缺点是有记忆效应，不环保。但有些需大电流放电工具仍需使用镍镉电池，如移动式电话、移动式电锯等工具以及其它一些需大电流放电之场合。因此，设计适合于镍氢、镍镉电池组之充电器是大势所趋。
目前的镍镉、镍镉电池充电器控制电路存在以下不足：(1)需要人为控制充电时间，否则容易过充电引起电池发热带来火灾隐患，使用极为不便；(2)充电电压和电流固定，不能根据需要选择；(3)充电过程中电池的温升难以控制；(4)充电器对电网产生干扰。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型要解决的问题是提供一种可适用于镍氢、镍镉电池组的、充电电流可选择的脉冲式可控快速充电器控制电路。
为解决上述问题，本实用新型采用的以下技术方案：
本实用新型包含将市电输入转换成定电压定电流直流输出的电源电路和充电管理电路，充电器控制电路电源电路由AC输入、电磁兼容元件、输入整流滤波电路、脉宽调制电路、调压电路、输出整流滤波电路、定电流定电压电路和回馈电路构成。AC输入、电磁兼容元件和输入整流滤波电路依次电连接后分别输出到脉宽调制电路和调压电路，调压电路的输出依次与输出整理滤波电路、定电压定电流电路、回馈电路和脉宽调制电路电连接，脉宽调制电路对输入进行处理后，输出给调压电路，再经输出整流滤波电路后为充电管理电路提供输入。
其中：充电器控制电路电磁兼容元件主要包含依次电连接的电容CY1、电容CY2、电容CX1、过流开路保护的保险丝F1、热敏电阻THR01、差模电感LF1、突波吸收器ZNR1和共模电感LF2。
其中：充电器控制电路输入整流滤波电路主要由桥堆BD1和大电容C1电连接组成。
其中：充电器控制电路脉宽调制电路包含芯片IC1、电流检测电阻R18、稳压二极管ZD1、过流保护的电阻R14和电容C8。
其中：充电器控制电路调压电路包含脉冲变压器T1、开关管Q01、二极管D1、滤波电容C4、滤波电容C3和电阻R3，其中充电器控制电路脉冲变压器T1的输出绕组为两组，分别经输出整流滤波电路与芯片IC102和单片机IC103相连；供电绕组经二极管D1与电容C4、芯片IC1依次电连接；初级绕组与电容C3和电阻R3依次电连接；开关管Q01分别与芯片IC1、脉冲变压器T1供电绕组和电流监测电阻R18连接。
其中：充电器控制电路输出整流滤波电路包含整流管D101、整流管D102、滤波电容C104、滤波电容C105、滤波电容C101、稳压芯片IC101和滤波电感L101，其中：整流管D101、滤波电容C104、滤波电容C105和滤波电感L101与脉冲变压器T1的一组输出绕组依次电连接，整流管D102、滤波电容C101和稳压芯片IC101与脉冲变压器T1的另一组输出绕组依次电连接。
其中：充电器控制电路定电压定电流电路主要包含芯片IC102、输出电流检测电阻R104和可以调整为任一两挡所需电流的开关SW1，其中芯片IC102分别经光耦U1的AK级和稳压管IC104与脉冲变压器T1输出绕组相连；输出电流检测电阻R104分别与脉冲变压器T1输出绕组和充电接地端相连，开关SW1分别与芯片IC102和稳压管IC104相连。
其中：充电器控制电路回馈电路主要由光耦U1构成，光耦U1分别与芯片IC102和芯片IC1相连。
其中：充电器控制电路充电管理电路包含单片机IC103、晶体管开关Q101、电阻R115、电阻R116和发光二极管LEDA、发光二极管LEDB，其中晶体管开关Q101分别与脉冲变压器T1输出绕组和单片机IC103相连。
其中：充电器控制电路充电管理器还包含与充电器控制电路单片机IC103外接并置于充电电池中的热敏电阻NTC。
AC输入经过EMC元件过滤，再经过整流及大电容滤波得到低链波与杂讯的直流电压。直流电压启动脉宽调制电路，同时启动调压电路的脉冲变压器T1。变压器T1次级输出分别经过整流管D101、整流管D102整流、输出滤波电容C101、滤波电容C104、滤波电容C105滤波后得到直流输出。一路输出经过定电压、定电流电路，通过光耦U1回馈给初级的脉宽调制电路，脉宽调制电路调节变压器T1的占空比，达到定电压定电流输出的目的。另一路稳定的输出电压同时给单片机IC103供电，当此充电器连接到正确的电池组，单片机IC103检测到正确的电压，可根据电池组自动设置电压。单片机IC103控制开关晶体管Q101的导通与关断：快充时，以脉冲充电方式给电池充电，大大减小了电池在充电过程中的温升，同时单片机IC103点亮红色发光二极管LEDA。当单片机IC103侦测到-ΔV后，认为电池组已充饱，单片机IC103将充电模式由快充转为涓流充电，红色发光二极管LEDA熄灭，绿色发光二极管LEDB点亮，表示电池已充饱。此时，可以随时取下电池组。单片机IC103另设过温保护脚，外接热敏电阻NTC可监控电池组的温升，当电池组的温升超过55℃，单片机IC103控制开关晶体管Q101，使充电器进入涓流充电状态，达到保护电池组的目的。充电器还有电流选择开关SW1，可根据电池组容量选定充电器电流。
由于采用以上方案，本实用新型具有以下优点：
1.可充的Ni-MH/Ni-Cd电池组范围广；
2.强大的电磁兼容元件大大降低了充电器对电网的干扰；
3.脉冲式快充模式减少了电池组在充电过程中的温升；
4.反充与反接保护功能；
5.-ΔV与0ΔV侦测，保证电池100％充饱且无过饱产生
6.可根据电池组的电压自动设置输出电压；
7.电流可选择；
8.过温保护功能。
附图说明：
图1为本实用新型电路原理框图；
图2为本实用新型电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
如图1所示，本实用新型由电源电路和充电管理电路构成。电源电路又包含AC输入、电磁兼容元件(EMC)、输入整流滤波电路、调压电路、脉宽调制电路、输出整流滤波电路、定电流、定电压电路。充电管理电路主要由开关Q101和单片机IC103控制构成，开关Q101为晶体管，单片机IC103用三星S9444。
电源电路主要用来将市电输入转换成定电压、定电流直流输出，即给充电管理电路提供稳定、安全的供电，从而确保充电管理电路更稳定、安全的工作。如图2所示，电磁兼容元件主要由X电容CXI、Y电容CY1、Y电容CY2，差模电感LF1、共模电感LF2组成；输入整流滤波电路主要由桥堆BD1和大电容C1组成；脉宽调制电路主要由芯片IC1(UC3843)控制调压电路的占空比；调压电路主要由脉冲变压器T1构成；输出整流滤波电路由整流管D101、整流管D102、输出滤波电容C101、滤波电容C104、滤波电容C105与滤波电感L101构成；定电压定电流由芯片IC102(LM358)控制；回馈电路主要由光耦UI在芯片IC102(LM358)与芯片IC1(UC3843)的共同参与下完成。
AC输入经过Y电容CY1、Y电容CY2滤波，经过保险丝F1、热敏电阻THR01、差模电感LF1、突波吸收器ZNR1、共模电感LF2和X电容CX1。保险丝F1主要起过流开路作用，当充电器由于故障而导致输入电流增加时，保险丝F1开路，起到保护作用。热敏电阻THR01减少冷启动时输入冲击电流。差模电感LF1、电容CX1、共模电感LF2可以防止充电器产生的干扰影响电网。突波吸收器ZNR1防止AC输入高电压串入从而破坏充电器。AC输入经过上述元件后流入桥堆BD1整流，大电容C1滤波，得到直流电压，直流电压经过电阻R1、电阻R5、电阻R6给脉宽调制电路的芯片IC1(UC3843)提供启动电压与电流。启动瞬间，芯片IC1的6脚输出高电平，开关管Q01导通，脉冲变压器T1励磁。变压器T1供电绕组经过整流管D1整流、滤波电容C4滤波后给芯片IC1的7脚供电，脉宽调制电路进入正常工作阶段。脉冲变压器T1次级绕组输出矩阵方波，输出绕组1经过整流管D101整流、电容C104、滤波电容C105和电感L101滤波给芯片IC102(LM358)供电，启动定电压电路。输出电压经过电阻R105进入稳压管IC104(TL431)得到精度为1％的2.5V电压，2.5V电压作为芯片IC102(LM358)3脚电压的基准电压。输出电压另一路经过电阻R106、电阻R109分压，进入芯片IC102(LM358)2脚。当输出电压过高时，即2脚电压高于2.5V时，芯片IC102(LM358)输出低电平，光耦U1的AK级流过电流，此电流经过光耦U1回馈到脉冲调制电路芯片IC1(UC3843)2脚。2脚电压变低，芯片IC1(UC384 3)输出占空比减小，输出电压减少。反之，如输入电压过低时，2脚电压低于2.5V，芯片IC102(LM358)1脚输出高电平，光耦U1的AK级无电流流过，无回馈信号，2脚电压变高，芯片IC1(UC3843)输出占空比增大，输出电压增大，脉冲调制电路、回馈电路和定电压电路就是通过以上的方式，达到稳定输出电压的作用。
初级线路中，二极管D1、电容C3、电阻R3吸收脉冲变压器T1漏感而产生的尖峰电压，保护开关管Q01。R18为电流检测电阻，当流过电阻R18的尖峰电压超过1V时，芯片IC1(UC3843)关断，从而起到限制输入电流的作用。电阻R14与电容C8组成过流保护过滤网，避免杂讯等原因引起芯片IC1(UC3843)误动作。稳压管ZD1起输出过压的作用，当回馈出现问题而导致输出电压升高时，稳压管ZD1导通，使芯片IC1(UC3843)3脚电压高于1V，脉冲调制电路关断，从而达到过压保护的目的。脉冲变压器T1输出绕组2经过整流管D102整流、电容C101滤波再经过稳压芯片IC101(7805)，给单片机IC103(S9444，充电管理的核心部分)提供稳定的5V供电，单片机IC103(S9444)一旦通电，其3脚与5脚交替各2次输出高电平，然后输出低电平，红色发光二极管LEDA与绿色发光二极管LEDB交替闪烁2次后熄掉。此时，表示电源电路与充电管理电路已作好充电准备，只需在输出端接上电池。当单片机IC103(S9444)7脚检测到的电池电压正确，其2脚输出矩阵方波，同时3脚输出高电平，红色发光二极管LEDA点亮，充电器以脉冲式快充方式对电池充电。当接上电池后，定电流电路将启动，保证充电器以稳定的电流给电池充电。
定电流的工作原理如下：精度为1％的2.5V基准电压经过电阻R111、电阻R110和电阻R113给芯片IC102(LM358)5脚提供电流、基准电压。R104为输出电流检测电阻，电阻R104检测到的电压高于芯片IC102(LM358)5脚电压时，7脚输出低电平，此信号经过光耦U1回馈到初级脉冲调制电路，通过调节占空比来达到稳定电流输出的目的。在定电流电路动作过程中，定电压电路完全处于不工作状态。由于定电流电路增加了开关SW1，所以定电流可以调整为任意二档所需的电流。
当单片机IC103(S9444)7脚侦测到-ΔV电池已充饱，其2脚输出低电平，转为对电池组进行涓流充电状态。同时单片机IC103(S9444)5脚输出高电平，绿色发光二极管LEDB点亮，表明电池已充饱，可随时取下电池使用。
当电池反接时，由于单片机IC103(S9444)7脚侦测到负电压，其2脚输出低电平，开关管Q101不导通，充电器不给电池组充电，有效地起到了反充保护的作用。当未接AC电源而反接电池时，由于单片机IC103(S9444)未得电，其2脚输出低电平，开关管Q101不导通，电池无放电回路，有效地起到了反接保护的作用。
本实用新型除以上功能外，还具有过温保护功能。单片机IC103(S9444)6脚为过温保护检测脚，NTC为外接热敏电阻，充电时，将热敏电阻NTC插入电池组中，当热敏电阻NTC检测到电池组温度高于55℃，热敏电阻NTC的电阻将低于3.3K，单片机IC103(S9444)的6脚电压将低于1.25V，其2脚输出低电平，使充电器进入涓流充电状态，从而起到过温保护作用。
Claims (10)
1.一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，包含将市电输入转换成定电压定电流直流输出的电源电路和充电管理电路，其特征在于：所述电源电路由AC输入、电磁兼容元件、输入整流滤波电路、脉宽调制电路、调压电路、输出整流滤波电路、定电流定电压电路和回馈电路构成，其中：AC输入、电磁兼容元件和输入整流滤波电路依次电连接后分别输出到脉宽调制电路和调压电路，调压电路的输出依次与输出整理滤波电路、定电压定电流电路、回馈电路和脉宽调制电路电连接，脉宽调制电路对输入进行处理后，输出给调压电路，再经输出整流滤波电路后为充电管理电路提供输入。
2.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述电磁兼容元件主要包含依次电连接的电容(CY1、CY2、CX1)、过流开路保护的保险丝(F1)、热敏电阻(THR01)、差模电感(LF1)、突波吸收器(ZNR1)和共模电感(LF2)。
3.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述输入整流滤波电路主要由桥堆(BD1)和大电容(C1)电连接组成。
4.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述脉宽调制电路包含芯片(IC1)、电流检测电阻(R18)、稳压二极管(ZD1)、过流保护的电阻(R14)和电容(C8)。
5.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述调压电路包含脉冲变压器(T1)、开关管(Q01)、二极管(D1)、滤波电容(C4、C3)和电阻(R3)，其中所述脉冲变压器(T1)的输出绕组为两组，分别经输出整流滤波电路与芯片(IC102)和单片机(IC103)相连；供电绕组经二极管(D1)与电容(C4)、芯片(IC1)依次电连接；初级绕组与电容(C3)和电阻(R3)依次电连接；开关管(Q01)分别与芯片(IC1)、脉冲变压器(T1)供电绕组和电流监测电阻(R18)连接。
6.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述输出整流滤波电路包含整流管(D101、D102)、滤波电容(C104、C105、C101)、稳压芯片(IC101)和滤波电感(L101)，其中：整流管(D101)、滤波电容(C104、C105)和滤波电感(L101)与脉冲变压器(T1)的一组输出绕组依次电连接，整流管(D102)、滤波电容(C101)和稳压芯片(IC101)与脉冲变压器(T1)的另一组输出绕组依次电连接。
7.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述定电压定电流电路主要包含芯片(IC102)、输出电流检测电阻(R104)和可以调整为任一两挡所需电流的开关(SW1)，其中芯片(IC102)分别经光耦(U1)的AK级和稳压管(IC104)与脉冲变压器(T1)输出绕组相连；输出电流检测电阻(R104)分别与脉冲变压器(T1)输出绕组和充电接地端相连，开关(SW1)分别与芯片(IC102)和稳压管(IC104)相连。
8.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述回馈电路主要由光耦(U1)构成，光耦(U1)分别与芯片(IC102)和芯片(IC1)相连。
9.如权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述充电管理电路包含单片机(IC103)、晶体管开关(Q101)、电阻(R115、R116)和发光二极管(LEDA、LEDB)，其中晶体管开关(Q101)分别与脉冲变压器(T1)输出绕组和单片机(IC103)相连。
10.如权利要求9所述的一种镍氢镍镉电池组充电器控制电路，其特征在于：所述充电管理器还包含与所述单片机(IC103)外接并置于充电电池中的热敏电阻(NTC)。
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