專利名稱：一種智能充電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及充電技術(shù)，尤其是一種鉛酸蓄電池用高頻諧振軟開關(guān)變換技術(shù)型全自動充電機。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以及國家對清潔能源建設(shè)力度的加大，礦山、觀光、倉儲轉(zhuǎn)運等企業(yè)的產(chǎn)能逐年不斷提高，其運輸量逐年增加，以電池驅(qū)動的工具需求也就越來越多， 以電池做驅(qū)動工具以其環(huán)保、高效已成趨勢，因此對鉛酸蓄電池充電技術(shù)的安全性、可靠性、快速性要求也越來越高。目前，鉛酸蓄電池充電技術(shù)大部分采用的是單一的恒流或恒壓方式。恒壓方式的不足之處在于對新電池初充時，無法正確識別電池的真正容量。恒流方式的不足之處在于對電池常充時，充電時間較長，對電池溶液氣體析出量及溫度控制有限。這兩種方式只能分別滿足單一行業(yè)的單一充電方式。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種操作方便，可靠性高，效率高，兼容恒流恒壓方式的鉛酸蓄電池用智能充電機。本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種智能充電機包括輸入整流濾波單元、功率變換單元、環(huán)路控制單元、PWM控制及驅(qū)動單元；所述輸入整流濾波單元用于保護充電機、并將輸入交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電信號， 輸入整流濾波單元包括防浪涌電路、整流電路與濾波電路，所述防浪涌電路、整流電路與濾波電路順次連接，輸入整流濾波單元的輸出端與功率變換單元的輸入端連接；功率變換單元具有電壓輸出端與電流輸出端，功率變換單元用于實現(xiàn)輸入輸出電信號的功率變換以及輸入輸出電氣隔離，并輸出充電電壓和充電電流；功率變換單元還具有與充電電流大小成正比例關(guān)系的充電電流采樣電壓輸出端；環(huán)路控制單元具有電壓控制部分、電壓控制端、電流控制部分與電流控制端，功率變換單元輸出的充電電壓、充電電流采樣電壓分別接至環(huán)路控制單元的電壓控制端、電流控制端；環(huán)路控制單元用于根據(jù)充電電壓、充電電流采樣電壓的大小控制PWM控制信號的脈沖寬度，并輸出所述PWM控制信號；環(huán)路控制單元的PWM控制信號接至PWM控制及驅(qū)動單元的輸入端連接；所述PWM 控制及驅(qū)動單元用于加強PWM控制信號的驅(qū)動能力；所述PWM控制及驅(qū)動單元輸出的PWM控制信號用于控制功率變換單元實現(xiàn)輸入輸出電信號的功率變換。優(yōu)選地，所述環(huán)路控制單元的電壓控制部分電路結(jié)構(gòu)為功率變換單元輸出的充電電壓通過電阻網(wǎng)絡(luò)比例分壓取得電壓信號送至運算放大器IUi正相輸入端，運算放大器 IUl反相輸入端接MCU單元輸出的電壓基準！ Vadj，電容1C6、電阻1R9、電容1C7、運算放大器IUl組成電壓誤差放大器，且電容1C6和電阻1R9串聯(lián)后與電容1C7并聯(lián)，一起構(gòu)成運算放大器IUl的反饋網(wǎng)絡(luò)，運算放大器IUl輸出端與二極管1D2B的陽極連接；所述環(huán)路控制單元的電流控制部分電路結(jié)構(gòu)為包括PWM控制芯片、電容2C6、電容2C7、電阻2RA與運算放大器2U2 ；電容2C6、電容2C7、電阻2RA與運算放大器2U2組成電流誤差放大器，且電容2C7和電阻2RA串聯(lián)后與電容2C6并聯(lián)，一起構(gòu)成運算放大器2U2的反饋網(wǎng)絡(luò)，功率變換單元輸出的充電電流采樣電壓和MCU單元輸出的電流基準！Iadj同時接至運算放大器2U2的同相輸入端，，運算放大器2U2輸出端與二極管1D2A的陽極連接；二極管1D2A的陰極與二極管1D2B的陰極連接在一起，并通過開關(guān)三極管5Q3接至PWM控制芯片的控制信號輸入端，PWM控制芯片用于輸出PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB。優(yōu)選地，還包括MCU單元、顯示電路、輸出電壓過壓保護單元、輸出電流過流保護單元、機器內(nèi)部過熱保護單元與電池極性防反接單元；所述輸出電壓過壓保護單元用于檢測充電電壓大小，向MCU單元輸出過壓報警信號，同時控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB ；輸出電流過流保護單元用于檢測充電電流大小，向MCU單元輸出過流報警信號；機器內(nèi)部過熱保護單元用于檢測智能充電機內(nèi)部溫度，控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB ；電池極性防反接單元用于檢測接入充電電池極性，向MCU單元輸出電池極性反接報警信號，同時控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB ；MCU單元用于控制顯示電路顯示接收到的所述過壓報警信號、過流報警信號、過熱報警信號及電池極性反接報警信號，同時控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的PWM控制信號OUTA 及PWM控制信號OUTB。優(yōu)選地，還包括輸入電壓過欠壓保護單元；所述輸入電壓過欠壓保護單元包括輸入電壓采樣電路、低通濾波電路與過欠壓判斷電路； 輸入電壓采樣電路用于對輸入交流電壓半波整流，并輸出給低通濾波電路，低通濾波電路用于濾除整流后交流電壓的高頻干擾，并輸出給過欠壓判斷電路，所述過欠壓判斷電路用于將輸入交流電壓與設(shè)定的電壓范圍比較，當輸入交流電壓值大于或低于設(shè)定的電壓范圍時向MCU單元輸出輸入電壓過欠壓報警信號，同時關(guān)斷PWM控制芯片輸出PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB。優(yōu)選地，還包括電池防反接接觸器，MCU單元還用于控制所述防反接接觸器的吸合與斷開。優(yōu)選地，還包括電池充電輸出接觸器，MCU單元還用于控制所述電池充電輸出接觸器的吸合與斷開。優(yōu)選地，充電電壓經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后，進入電壓跟隨器7U3A，電壓跟隨器7U3A的輸出端接于MCU單元；MCU單元用于顯示電壓跟隨器7U3A輸出的電壓信號。優(yōu)選地，充電電流通過電阻2R1接至運算放大器2U1的反相輸入端，電容2C3與電阻2R2并聯(lián)后跨接于運算放大器2U1的輸出端及反向輸入端之間，運算放大器2U1的輸出電壓經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后接至MCU單元顯示。優(yōu)選地，PWM控制及驅(qū)動單元接收所述PWM控制信號OUTA及PWM控制信號0UTB，輸出三路均與PWM控制信號OUTA相位、頻率一致的脈沖信號脈沖信號OUT-Α、脈沖信號QG-C 與脈沖信號QG-D ；同時還輸出三路均與PWM控制信號OUTB相位、頻率一致的脈沖信號脈沖信號OUT-B、脈沖信號QG-A與脈沖信號QG-B。優(yōu)選地，所述功率變換單元包括變壓器初級能量轉(zhuǎn)換部分與變壓器次級整流濾波部分；所述變壓器初級能量轉(zhuǎn)換部分的電路結(jié)構(gòu)為包括8個開關(guān)電路、電感Lr，電容 Crl，電容Cr2與變壓器；PWM控制及驅(qū)動單元脈沖信號OUT-A輸出端通過電感Lr，電容Crl，電容Cr2與變壓器的初級線圈接至脈沖信號OUT-B輸出端，且電容Crl與電容Cr2并聯(lián)后與電感Lr、變壓器的初級線圈串聯(lián)；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路與脈沖信號OUT-A輸出端連接；脈沖信號QG-A控制第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路斷開與閉合；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的負極通過相互并聯(lián)的第三開關(guān)電路、第四開關(guān)電路與脈沖信號OUT-A輸出端連接；脈沖信號QG-B控制第三開關(guān)電路、第四開關(guān)電路斷開與閉合；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第五開關(guān)電路、第六開關(guān)電路與脈沖信號OUT-B輸出端連接；脈沖信號QG-C控制第五開關(guān)電路、第六開關(guān)電路斷開與閉合；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第七開關(guān)電路、第八開關(guān)電路與脈沖信號OUT-B輸出端連接；脈沖信號QG-D控制第七開關(guān)電路、第八開關(guān)電路斷開與閉合；變壓器次級整流濾波部分的電路結(jié)構(gòu)為所述變壓器的次級線圈中點引出有地線接至地，次級線圈的兩端分別接有4支相互并聯(lián)的二級管的陽極，所述8支二極管的陰極連接在一起與地作為功率變換單元的電壓輸出端；在所述變壓器的次級線圈中點與地之間串聯(lián)功率變換單元的電流輸出端，且在所述地線上串聯(lián)有電流取樣電阻，所述電流取樣電阻接近次級線圈中點的一端為充電電流采樣電壓輸出端。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是1.功率變換采用全橋LLC諧振軟開關(guān)技術(shù)設(shè)計，比傳統(tǒng)的硬開關(guān)變換技術(shù)具有體積小，電磁輻射低，變換效率高等優(yōu)點；2.環(huán)路控制采用電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)路設(shè)計，極易實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)輸出電壓、電流限流。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)框圖；圖2輸入整流濾波單元的實施例電路圖；圖3是輸入電壓過欠壓保護單元中電壓采樣電路的實施例電路圖；圖4是輸入電壓過欠壓保護單元中低通濾波電路與過欠壓判斷電路的實施例電路圖；[0042]圖5是功率變換單元變壓器初級能量轉(zhuǎn)換部分的實施例電路圖；[0043]圖6是功率變換單元變壓器次級整流濾波部分的實施例電路圖；[0044]圖7是環(huán)路控制單元的電壓控制部分的實施例電路圖；[0045]圖8是環(huán)路控制單元的電流控制部分的實施例電路圖；[0046]圖9是環(huán)路控制單元的PWM控制信號發(fā)生單元的實施例電路圖；[0047]圖10是本實用新型的實施例3的電氣原理圖；[0048]圖11是本實用新型的實施例3的電氣原理圖；[0049]圖12是輸出電壓過壓保護單元的實施例電路圖；[0050]圖13是輸出電流過流保護單元的實施例電路圖；[0051]圖14是機器內(nèi)部過熱保護單元的實施例電路圖；[0052]圖15是電池極性防反接單元的實施例電路圖；[0053]圖16是充電電壓顯示預(yù)處理電路的實施例電路圖；[0054]圖17是充電電流顯示預(yù)處理電路的實施例電路圖；[0055]圖18是MCU單元的實施例電路圖；[0056]圖19是MCU單元控制防反接接觸器的實施例電路圖；[0057]圖20是MCU單元控制電池充電輸出接觸器的實施例電路圖；[0058]圖21是MCU單元與輸出電壓過壓保護單元、輸出電流過流保護單元、機器內(nèi)部過
熱保護單元與電池極性防反接單元報警信號輸出端連接的實施例電路圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。1.輸入整流濾波單元這一部分電路主要是將電網(wǎng)提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為后面的功率變換單元做準備，防止電網(wǎng)對充電機供電的干擾，同時也要處理好充電機對電網(wǎng)的污染，必須采取以下電路措施(1)電源輸入側(cè)的防浪涌和防電磁輻射處理如圖2所示，在供電電源的輸入進線側(cè)，采用3拼的交流斷路器控制充電機的電源交流三相380V “開”、“關(guān)”，即AC/A、AC/B、AC/C為進線，由壓敏電阻YMU YM2、YM3、YM4，Y 電容CY1、CY2、CY3, X電容CXI、CX2、CX3、CX4，接地電阻RGl及共模電感FLl組成EMI/EMC 電路，防止浪涌電壓的吸收及防電磁輻射濾波；如果“雷擊浪涌電壓”是以“共模形式”輸入的，即“雷擊浪涌電壓”同時從三相交流進線“AC/A”、“AC/B”、“AC/C”任意兩相間回路灌入，可以通過壓敏電阻任意兩相之間互相吸收，如“ AC/A，，與“ AC/B，，間通過YM3、CX3和YM2、CX2串接后，箝位吸收“ AC/A，，與“ AC/ B”兩相間的浪涌電壓，如“AC/A”與“AC/C”間通過YM3、CX3和YM1、CX1串接后，箝位吸收， “AC/A”與“AC/C”兩相間的浪涌電壓，如“AC/B”與“AC/C”間通過YM2、CX2和YMU CXl 串接后，箝位吸收，“AC/B”與“AC/C”兩相間的浪涌電壓。[0066]如果“雷擊浪涌電壓”是以“差模形式”輸入的，即“雷擊浪涌電壓”分別從三相交流進線“AC/A”、“AC/B”、“AC/C”任意一相和大地之間回路灌入，如從“AC/A”相和大地回路灌入，通過壓敏YM3和YM4、CY1吸收；如從“AC/B”相和大地回路灌入，通過壓敏YM2和YM4、 CYl吸收；如從“AC/C”相和大地回路灌入，通過壓敏YMl和YM4、CY1吸收。由于功率變換單元開關(guān)管的開通和關(guān)斷是交替變換的，也會產(chǎn)生脈動紋波電壓干擾到電網(wǎng)，所以在回路中串接一個共模電感FL1，防止電磁對外的輻射，同時將一些其它差模干擾信號經(jīng)過RG1、CY2、CY3對大地泄放。(2)三相電源進線經(jīng)過防止浪涌電壓的吸收后，由2個整流橋QL1、QL2整流，由 CX4、HCl、HC2、HC3、HC4、HC5濾波，由于HCl、HC2、HC3、HC4串接后，各個電容內(nèi)阻不一至?xí)?dǎo)致上下兩組電容電壓不平衡，所以曾加HR1、HR2起到電容電壓平衡和關(guān)機后將電容的高壓電放電作用。網(wǎng)絡(luò)標號“VH+”是高壓直流電源正極，“VH-”是高壓直流電源負極。由于電解電容HC1、HC2、HC3、HC4內(nèi)阻比較小，在上電瞬間會有很大的充電電流， 電網(wǎng)電壓瞬間被拉低，造成電網(wǎng)電壓波動。必須增加上電軟啟動功能保證開機瞬間不會對電網(wǎng)造成沖擊現(xiàn)象。上電瞬間，JKl處于斷開狀態(tài)，直流電壓“UH+”通過熱敏電阻RM1、RM2 (PTC電阻， 電流越大溫度上升越快，電阻越大)限流往電解電容HC1、HC2、HC3、HC4充電及輔助電源供電，當電解電容HC1、HC2、HC3、HC4給充電后電壓(VH+)上升到接近“UH+”時，即繼電器觸點間壓差非常小的時候，繼電器吸合，這樣開機瞬間沒有沖擊電流，自然不會造成對電網(wǎng)電壓的沖擊。(3)輸入電壓的過欠壓保護和軟啟動控制如圖3、4 所示，進線 AC/A、AC/B、AC/C 網(wǎng)絡(luò)分別經(jīng)過電阻HR7、HR8、HR9、HRlO、HRl 1、 HRl2, HRl3, HR14、HRl5, HR16、HRl7 和二極管 HD1、HD2、HD3 采樣，采樣信號"AC-DET"連至由運放HUl組成的過欠壓比較器進行過壓、欠壓的判斷?！癆C-EDT”經(jīng)過HR1A、HRlB和HR2 分壓，分壓信號通過HC2、HC3、HC4、HR4、HUlA處理峰值濾波后，分別與欠壓比較器“HU1D” 和過壓比較器“HU1C”進行閥值比較；當輸入市電采樣電壓的分壓信號(HU1D的13腳)低于 HR9.HRA的分壓值(HU1D的12腳，欠壓設(shè)定基準即對應(yīng)市電電壓304Vac)，也就是說HUlD的反相輸入端(13腳)電壓低于同相輸入端(12腳)電壓，所以HUlD的第14腳輸出高電平， 再與HUB的5腳(VRE基準電壓5V)比較，即HUlB的6腳(反相輸入端)電壓高于5腳(同相輸入端)電壓，所以HUlB的7腳會輸出低電平，HQ2的1、2腳沒有電流流過無法導(dǎo)通，HQl 基極電壓沒有，HQl無法導(dǎo)通，“JK” (輸入繼電器JKl線圈控制信號)沒法拉到低電平，即輸入繼電器JKl不會吸合，同時HQ2的另一側(cè)“AC0K”也是沒法變?yōu)榈碗娖?，鎖住了 PWM控制回路的脈沖輸出，即輸入電壓欠壓保護。當輸入市電采樣電壓的分壓信號(HU1D的13腳)高于HR9、HRA的分壓值(HU1D的 12腳，欠壓設(shè)定基準即對應(yīng)市電電壓304Vac)，也就是說HUlD的反相輸入端(13腳)電壓高于同相輸入端(12腳)電壓，所以HUlD的第14腳輸出會低電平，再與HUB的5腳(VRE基準電壓5V)比較，即HUlB的6腳(反相輸入端)電壓低于5腳(同相輸入端)電壓，所以HUlB 的7腳輸出高電平，HQ2有電流流過導(dǎo)通，HQl基極有飽和導(dǎo)通電壓，“JK”(輸入繼電器JKl 線圈控制信號)被拉到低電平，即輸入繼電器JKl吸合，同時HQ2的另一側(cè)“AC0K”也變?yōu)榈碗娖?，打開輸出控制脈沖，即輸入電壓正常。[0074]當輸入市電采樣電壓的分壓信號(連至HUlC的10腳)高于HUlC的9腳(基準電壓，即對應(yīng)市電電壓456Vac)，也就是說HUlC的同相輸入端(10腳)電壓高于反相輸入端 (9腳)電壓，所以HUlC的第8腳輸出高電平，再與HUB的5腳(VRE基準電壓5V)比較，即 HUlB的6腳(反相輸入端)電壓高于5腳(同相輸入端)電壓，所以HUlB的7腳輸出低電平， HQ2的1、2腳沒有電流流過無法導(dǎo)通，HQl基極電壓沒有，HQl無法導(dǎo)通，“ JK” (輸入繼電器JKl線圈控制信號)沒法拉到低電平，即輸入繼電器JKl不會吸合，同時HQ2的另一側(cè) “AC0K”也是沒法變?yōu)榈碗娖剑i住了 PWM控制回路的脈沖輸出，即輸入電壓過壓保護。2.功率變換單元這一部分電路主要是通過高頻PWM開關(guān)方式(脈寬控制方式)實現(xiàn)輸入輸出的電氣隔離。( 1)變壓器初級能量轉(zhuǎn)換部分如圖5所示前級功率變換采用全橋LLC諧振主拓撲結(jié)構(gòu)，由大功率MOSFET管1Q1、 1Q2、1Q3、1Q4、1Q5、1Q6、1Q7、1Q8，諧振電感 Lr、諧振電容 Crl、Cr2，變壓器 3T1，組成全橋 LLC 諧振軟開關(guān)變換，即完成從“DC”到“AC”的轉(zhuǎn)換過程。大功率MOSFET管IQl、電阻1R1、1R2、1R3、二極管IDl組成第一開關(guān)電路，大功率 M0SFET管1Q2、電阻1R4、1R5、1R6、二極管1D2組成第二開關(guān)電路，依次類推，第三、第四、第五、第六、第七、第八開關(guān)電路由相應(yīng)的大功率MOSFET管、電阻、二極管組成，其電路結(jié)構(gòu)與第一、第二開關(guān)電路一致，在此不再贅述。MOSFET管1Q1、1Q2與1Q7、1Q8同時導(dǎo)通(兩個同相橋臂)，即“VH+”電源經(jīng)開通的lQl、lQ2、Lr、Crl、Cr2、3Tl原邊、1Q7、1Q8到電源“VH-”，形成變壓器初級的正相周期充電；MOSFET管1Q3、1Q4與1Q5、1Q6同時導(dǎo)通(兩個同相橋臂)，即“VH+”電源經(jīng)開通的 1Q5、1Q6、3T1原邊、Crl、Cr2、Lr、lQ3、lQ4到電源“VH-”，形成變壓器初級的反相周期充電。( 2 )變壓器次級整流濾波部分圖6所示變壓器的初、次級通過磁場耦合后將能量傳遞過來，由變壓器次級繞組線圈、快恢復(fù)整流二極管 3D1、3D2、3D3、3D4、3D5、3D6、3D7、3D8 和濾波電容 3C5、3C6、3C7、 3C8完成整流濾波，即將變壓器初級儲存的“交變”能量傳遞到次級變換成“連續(xù)”的直流能量，即完成從“AC”到“DC”的轉(zhuǎn)換過程。所述變壓器的次級線圈中點引出有地線接至地，次級線圈的兩端分別接有4支相互并聯(lián)的二級管的陽極，所述8支二極管的陰極連接在一起與地作為功率變換單元的電壓輸出端；在所述變壓器的次級線圈中點與地之間串聯(lián)功率變換單元的電流輸出端，且在所述地線上串聯(lián)有電流取樣電阻，所述電流取樣電阻接近次級線圈中點的一端為充電電流采樣電壓輸出端。當變壓器次級回路為正相周期時，3D1、3D2、3D5、3D6導(dǎo)通，將變壓器初級傳遞過來的交流方波電壓變成直流電壓；當變壓器次級回路為反相周期時，3D3、3D4、3D7、3D8導(dǎo)通， 將變壓器初級傳遞過來的交流方波電壓變成直流電壓，在經(jīng)電解電容3C5、3C6、3C7、3C8濾波輸出。其中JM3、JM4、JM5、JM6、JM7是變壓器的次級接線端子。3.環(huán)路控制單元圖7所示功率變換單元輸出的充電電壓“V0UT”通過電阻SR1、SR2、1R4、1R10比例分壓取得電壓信號和MCU板給出“電壓設(shè)置”基準信號“ ！ Vadj”同時與運放IUl組成一個電壓誤差放大器，電容1C6和電阻1R9串聯(lián)后與電容1C7并聯(lián)，一起構(gòu)成運算放大器IUl 的反饋網(wǎng)絡(luò)，誤差放大器輸出端接至二極管1D2B的陽極，通過二極管1D2B控制ERR點的電位。假如當前設(shè)定基準電壓為2. 5V，對應(yīng)要輸出60V的電壓，如果輸出電壓比設(shè)置的基準對應(yīng)電壓偏高時，運放IUl輸出的誤差信號就會比較大，通過ERR的大小來控制調(diào)節(jié)輸出脈寬變小，使得輸出電壓變低，如果輸出電壓比設(shè)置的基準對應(yīng)電壓偏低時，運放IUl輸出的誤差信號就會比較小，通過ERR的大小來控制調(diào)節(jié)輸出脈寬變大，使得輸出電壓變高， 這個過程是一個動態(tài)調(diào)節(jié)過程，直到輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)置值。圖6所示功率變換單元輸出的充電電流CS-和MCU單元給出的“電流設(shè)置”基準 “ ！Iadj ”同時與運放2U2組成一個電流誤差放大器，電容2C7和電阻2RA串聯(lián)后與電容2C6 并聯(lián)，一起構(gòu)成運算放大器2U2的反饋網(wǎng)絡(luò)，誤差放大器輸出端接至二極管1D2A的陽極，通過二極管1D2A控制ERR點的電位。例如當前設(shè)定基準電壓為2. 5V，對應(yīng)要輸出90A的電流，如果輸出電流比設(shè)置的基準對應(yīng)電流偏高時，運放IUl輸出的誤差信號就會比較大，通過“ERR”的大小來控制調(diào)節(jié)輸出脈寬變小，即限制輸出電流變大，如果輸出電流比設(shè)置的基準對應(yīng)電流壓偏低時，運放皿輸出的誤差信號就會比較小，通過“ERR”的大小來控制調(diào)節(jié)輸出脈寬變大，使得輸出電流限流點放開，這個過程是一個動態(tài)調(diào)節(jié)過程，直到輸出電流穩(wěn)定在設(shè)置值。以上電壓、電流誤差放大器輸出信號都是經(jīng)過了二極管1D2A、1D2B隔離最終控制 “ERR”電壓大小，即電壓電流兩個環(huán)路同時作用到“ERR”信號，兩個環(huán)路在不同狀態(tài)下切換， 即當工作在穩(wěn)壓模式時候，電壓環(huán)路作用調(diào)節(jié)“ERR”。“ERR”電壓越高，5Q3的導(dǎo)通電流越大，芯片6U1 (6U1為PWM控制芯片)的第9腳電壓就會被拉得越低，6U1的輸出脈沖0UTA、 OUTB寬度就會越小，輸出電壓就會變低，“ERR”電壓越低，5Q3的導(dǎo)通電流越小，6U1的第9 腳電壓就會變高(5RA上拉電阻接到5V基準)，6U1的輸出脈沖0UTA、0UTB寬度就會越大，輸出電壓就會變高，整個反復(fù)調(diào)節(jié)的過程就是電壓環(huán)路穩(wěn)壓的過程；當工作在限流模式時候， 電流環(huán)路作用調(diào)節(jié)ERR，ERR電壓越高，5Q3的導(dǎo)通電流越大，6U1的第9腳電壓就會被拉得越低，6U1的輸出脈沖OUTA、OUTB寬度就會越小，輸出電流限流點就會被限的更小，ERR電壓越低，5Q3的導(dǎo)通電流越小，6U1的第9腳電壓就會變高(5RA上拉電阻接到5V基準)，6U1 的輸出脈沖OUTA、OUTB寬度就會越大，輸出電流限流點就會被放得更開，整個反復(fù)調(diào)節(jié)的過程就是電流環(huán)路穩(wěn)流的過程。4. PWM控制及驅(qū)動單元圖10、圖11所示由于6U1輸出的2路脈沖信號0UTA、0UTB的帶載能力有限，不能直接驅(qū)動由多個MOSFET組成的全橋開關(guān)電路，必需采用TTL方式(或其他驅(qū)動方式)驅(qū)動2 個隔離變壓器變換成四路方波信號，每兩路同相，分別驅(qū)動4個“橋臂”的大功率M0SFET。當輸出脈沖OUTA為高電平，OUTB為低電平時，AQ1、AQ3、BQ2、BQ4同時打開，驅(qū)動變壓器3T1和3T2初級1腳為低電平，3T1和3T2的2腳為高電平，同時驅(qū)動變壓器3T1和 3T2次級的6、4腳(即VHl-、OUT-B、QG-A、QG-B)為低電平，3、5腳為高電平(即VH2-、OUT-A、 QG-C、QG-D )。當輸出脈沖OUTA為低電平，OUTB為高電平時，AQ2、AQ4、BQ1、BQ3同時打開，驅(qū)動
11變壓器3T1和3T2初級1腳為高電平，3T1和3T2的2腳為低電平，同時驅(qū)動變壓器3T1和 3T2 次級的 6、4 腳(8口 VH1-、OUT-B, QG-A, QG-B)為高電平，3、5 腳(8口 VH2-、OUT-A、QG-C, QG-D )為低電平。驅(qū)動脈沖OUTA、OUTB高低電平按一定周期交替驅(qū)動3T1和3T2初級，次級輸出兩兩同相的四路方波脈沖信號控制功率變換單元包括變壓器初級能量轉(zhuǎn)換部分的開關(guān)電路導(dǎo)通或關(guān)閉。驅(qū)動脈沖OUTA、OUTB的頻率發(fā)生變化將改變變壓器次級線圈輸出的電壓、電流大小，進而實現(xiàn)充電電壓、充電電流的無級調(diào)節(jié)。具體是PWM控制及驅(qū)動單元脈沖信號OUT-A輸出端通過電感Lr，電容Crl，電容 Cr2與變壓器的初級線圈接至脈沖信號OUT-B輸出端，且電容Crl與電容Cr2并聯(lián)后與電感 Lr、變壓器的初級線圈串聯(lián)。輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路與脈沖信號OUT-A輸出端連接；脈沖信號QG-A控制第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路斷開與閉合。輸入整流濾波單元輸出電壓信號的負極通過相互并聯(lián)的第三開關(guān)電路、第四開關(guān)電路與脈沖信號OUT-A輸出端連接；脈沖信號QG-B控制第三開關(guān)電路、第四開關(guān)電路斷開與閉合。輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第五開關(guān)電路、第六開關(guān)電路與脈沖信號OUT-B輸出端連接；脈沖信號QG-C控制第五開關(guān)電路、第六開關(guān)電路斷開與閉合。輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第七開關(guān)電路、第八開關(guān)電路與脈沖信號OUT-B輸出端連接；脈沖信號QG-D控制第七開關(guān)電路、第八開關(guān)電路斷開與閉合。5.保護措施為保證整個電路的安全穩(wěn)定工作，提高設(shè)備的運行可靠性必需采用各種保護措施(1)圖12所示輸出電壓過壓保護由“比較器” 3U2A和9U2A組成，設(shè)定規(guī)定的過壓點對應(yīng)基準給3U2A的2腳(VREF經(jīng)3RA、3RB分壓，反相輸入端)，與輸出電壓采樣值“UB” (連至電阻3RC輸入3U2A的3腳，同相輸入端)比較，如果3U2A的3腳電壓高于設(shè)定的基準電壓閥值，比較器輸出一個高與IOV的電平，打開二極管9D1B作用到9U2A的2腳(反相輸入端)與9U2A的3腳(默認！ ON電壓為5V)比較，9U2A的1腳輸出一個低電平信號“SHDN” 將6U1的8腳電壓拉低，使得6U1關(guān)斷輸出第11和14腳的脈沖信號“0UTA”、“0UTB”，起到過壓保護作用；同時與3U2A的1腳相連的3Q1三極管開通，與MCU連通的過壓保護信號“ ！ 0VP"為低電平信號，MCU (單片機)就會收到過壓保護信號告警顯示。(2)圖13所示輸出電流過流保護(或輸出短路保護)在功率變壓器的初級引線上套接了一個環(huán)狀電流互感器，將電流互感器的交流采樣信號“CT+”、“CT-”電流信號通過電阻6RS1、6RS2、6R3、6R4接地，形成電流互感器的次級回路，在6R3、6R4兩端上產(chǎn)生交流電壓，當“CT+”為正相周期時，6D1B導(dǎo)通，經(jīng)6R5接地形成回路，當“CT-”為正相周期時，6D1A 導(dǎo)通經(jīng)6R5接地形成回路，將“CT+”、“CT-”的交流電流信號整流轉(zhuǎn)換成直流脈動的峰值電壓信號，6Z1穩(wěn)壓二極管防止輸入的峰值電壓過高損壞9U2B起箝位保護作用，峰值電壓加到9U2B的反相輸入端6腳，與9U2B的同相輸入端5腳基準比較，如果出現(xiàn)輸出短路時，原邊的電流就會增大，電流互感器采樣的信號也增大，當電流互感器采樣信號峰值電壓高于 9U2B的5腳基準時，9U2B的7腳輸出的低電平連至6U1的8腳“SHDN”關(guān)斷6U1的11、14 腳脈沖輸出，起到輸出過流或輸出短路保護作用。(3)圖14所示機器內(nèi)部過熱保護由2J3連接的"Ts+" "Ts-" (Ts-與ACOK同網(wǎng)絡(luò))的溫度開關(guān)信號是閉合的，“Ts+”的電壓是低電平，如果機器內(nèi)部過熱，溫度開關(guān)常閉觸點就會斷開，“Ts+”的電壓變高至“VCC”即9U2A的2腳(反相輸入端)電壓就會高于3腳電壓，9U1的1腳輸出的低電平連至拉低6U1的8腳“SHND”關(guān)斷6U1的11、14腳脈沖輸出， 起到機器內(nèi)部過熱保護作用，同時與“Ts+”相連的二極管9D3反相截止，JQ2三極管開通，與 MCU連通的過熱保護信號“！ 0CP”被拉為低電平信號，MCU (單片機)就會收到“過溫”保護告警信號顯示。(4)圖15所示電池極性防反接告警將被充電電池的電壓“BAT+”通過2J6連接至R32、R31、R30、R29分壓后，連至7U3B的6腳(反相輸入端)，與7U3的5腳(同相輸入端) 比較，如果電池極性接反了，7U3B的7腳輸出一個高電平控制JQ4導(dǎo)通，由4J3連至MCU的 “！ RLY”信號由原來的高電平被拉成為低電平，MCU做出判斷，認為電池極性接反，同時禁止打開防反接接觸器的吸合動作信號，完成電池防反接保護動作。6.充電機輸出電壓(即電池充電電壓)及輸出電流(即電池充電電電流)顯示電池的充電電壓、電流采樣信號送至MCU處理，一方面用于LED顯示，另一方面用于被充電電池的容量計算。如圖15、16，電池電壓即(充電機輸出電壓)由“BAT+”經(jīng)R32、R31、R30、R29 分壓得“B+”，在經(jīng)過由7U3A跟隨輸出“ ！ V0”，送至MCU顯示。如圖16所示功率變換單元輸出的充電電流采樣電壓CS-通過電阻2R1接至運算放大器2U1的反相輸入端，電容2C3與電阻2R2并聯(lián)后跨接于運算放大器2U1的輸出端及反向輸入端之間，運算放大器2U1的輸出電壓ISEN經(jīng)電阻2R3、2R4分壓后接至MCU單元處
理顯示。7. MCU智能管理:(1)圖18所示主控芯片TI公司的16位單片機處理器(2)遙控本實用新型還包括防反接接觸器、電池充電輸出接觸器，所述防反接接觸器、電池充電輸出接觸器的吸合與斷開由MCU單元控制。如圖19，1 ^單元12_1腳為高電平，經(jīng)過1 10，1 61分壓，02的1腳(基極)為高電平，Q2的1和2腳間有電流流過，Q2就飽和導(dǎo)通，與控制電池充電輸出接觸器的繼電器線圈相連的CH插座J8的11腳/JK被拉低，繼電器吸合，連通電池充電輸出接觸器的線圈供電，電池充電輸出接觸器吸合連通充電機與被充電電池的正極。YK2_JK為低電平，Q2的1腳(基極)被拉成低電平，Q2的1和2腳間有電流流過， Q2就不導(dǎo)通，與控制電池充電輸出接觸器的繼電器線圈相連的/JK不能被拉低，繼電器無法吸合，電池充電輸出接觸器的線圈供電沒有連通，電池充電輸出接觸器的觸點無法連通充電機與被充電電池的正極即關(guān)斷輸出。如圖20，MCU單元的 (1_0Ν為低電平時，Ql的1腳為低電平，Ql導(dǎo)通，與控制板
1相連的插座J8的10腳/ON信號被拉為低電平，連通防反接接觸器的線圈不供電，防反接接觸器斷開，充電機處于關(guān)機狀態(tài)。YK1_0N為高電平時，由R8、R62分壓，Ql的1腳為高電平，Ql不導(dǎo)通，與控制板相連的插座J8的10腳/ON信號為高電平，充電機處于開機狀態(tài)。(3)遙信輸入電壓過欠壓保護單元、輸出電壓過壓保護單元、機器內(nèi)部過熱保護單元與電池極性防反接單元輸出的報警信號通過圖21所示的電路與MCU單元連接。以輸入電壓過欠壓保護為例電阻R25 —端與Vcc連接，電阻R25的另一端與電阻似6連接，電阻R26的另一端接至MCU單元，電阻R26與MCU單元的連接點通過電容C34接地，輸入電壓過欠壓保護單元輸出的報警信號接至R25與R26的連接點， (1_ΙΝ0Κ處電位為高電平定義為“輸入正?！?， (1_ΙΝ0Κ為低電平定義為“輸入異常”，并顯示故障代碼“Ε1”。依次類推，機器內(nèi)部過熱保護單元的報警信號通過結(jié)構(gòu)相同的電路接至MCU單元，YX2_0CP處電位為高電平定義為“正?！?，"YX2_0CP"為低電平定義為“過溫”，并顯示故障代碼“E6”。充電電池極性接反保護單元的報警信號通過結(jié)構(gòu)相同的電路接至MCU單元，YX3_ RLY處電位為高電平定義為“正確接線”，如果RLY為低電平定義為“電池接反”，并顯示故障代碼“Ε4”。輸出電壓過壓保護單元的報警信號通過結(jié)構(gòu)相同的電路接至MCU單元，YX4_0VP 處電位為高電平定義為“輸出正?！?，如果為低電平定義為“輸出過壓”，并顯示故障代碼“Ε2”。(6)本實用新型的MCU單元與上位機通過串口 SR485通訊接口連接，以便于上位機實現(xiàn)后臺管理，開放多種充電方案選擇，可以實現(xiàn)后臺遙調(diào)、遙信、遙控功能。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種智能充電機，其特征在于包括輸入整流濾波單元、功率變換單元、環(huán)路控制單元、PWM控制及驅(qū)動單元；所述輸入整流濾波單元用于保護充電機、并將輸入交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電信號，輸入整流濾波單元包括防浪涌電路、整流電路與濾波電路，所述防浪涌電路、整流電路與濾波電路順次連接，輸入整流濾波單元的輸出端與功率變換單元的輸入端連接；功率變換單元具有電壓輸出端與電流輸出端，功率變換單元用于實現(xiàn)輸入輸出電信號的功率變換以及輸入輸出電氣隔離，并輸出充電電壓和充電電流；功率變換單元還具有與充電電流大小成正比例關(guān)系的充電電流采樣電壓輸出端；環(huán)路控制單元具有電壓控制部分、電壓控制端、電流控制部分與電流控制端，功率變換單元輸出的充電電壓、充電電流采樣電壓分別接至環(huán)路控制單元的電壓控制端、電流控制端；環(huán)路控制單元用于根據(jù)充電電壓、充電電流采樣電壓的大小控制PWM控制信號的脈沖寬度，并輸出所述PWM控制信號；環(huán)路控制單元的PWM控制信號接至PWM控制及驅(qū)動單元的輸入端連接；所述PWM控制及驅(qū)動單元用于加強PWM控制信號的驅(qū)動能力；所述PWM控制及驅(qū)動單元輸出的PWM控制信號用于控制功率變換單元實現(xiàn)輸入輸出電信號的功率變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能充電機，其特征在于，所述環(huán)路控制單元的電壓控制部分電路結(jié)構(gòu)為功率變換單元輸出的充電電壓通過電阻網(wǎng)絡(luò)比例分壓取得電壓信號送至運算放大器IUl正相輸入端，運算放大器IUl反相輸入端接MCU單元輸出的電壓基準！ Vadj,電容1C6、電阻1R9、電容1C7、運算放大器IUl組成電壓誤差放大器，且電容1C6和電阻1R9串聯(lián)后與電容1C7并聯(lián)，一起構(gòu)成運算放大器IUl的反饋網(wǎng)絡(luò)，運算放大器IUl輸出端與二極管1D2B的陽極連接；所述環(huán)路控制單元的電流控制部分電路結(jié)構(gòu)為包括PWM控制芯片、電容2C6、電容 2C7、電阻2RA與運算放大器2U2 ；電容2C6、電容2C7、電阻2RA與運算放大器2U2組成電流誤差放大器，且電容2C7和電阻2RA串聯(lián)后與電容2C6并聯(lián)，一起構(gòu)成運算放大器2U2的反饋網(wǎng)絡(luò)，功率變換單元輸出的充電電流采樣電壓和MCU單元輸出的電流基準！Iadj同時接至運算放大器2U2的同相輸入端，，運算放大器2U2輸出端與二極管1D2A的陽極連接；二極管1D2A的陰極與二極管1D2B的陰極連接在一起，并通過開關(guān)三極管5Q3接至PWM 控制芯片的控制信號輸入端，PWM控制芯片用于輸出PWM控制信號OUTA及PWM控制信號 OUTB。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能充電機，其特征在于，還包括MCU單元、顯示電路、輸出電壓過壓保護單元、輸出電流過流保護單元、機器內(nèi)部過熱保護單元與電池極性防反接單元；所述輸出電壓過壓保護單元用于檢測充電電壓大小，向MCU單元輸出過壓報警信號， 同時控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB ；輸出電流過流保護單元用于檢測充電電流大小，向MCU單元輸出過流報警信號； 機器內(nèi)部過熱保護單元用于檢測智能充電機內(nèi)部溫度，控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的 PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB ；電池極性防反接單元用于檢測接入充電電池極性，向MCU單元輸出電池極性反接報警信號，同時控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB ；MCU單元用于控制顯示電路顯示接收到的所述過壓報警信號、過流報警信號、過熱報警信號及電池極性反接報警信號，同時控制關(guān)斷PWM控制芯片輸出的PWM控制信號OUTA及 PWM控制信號OUTB。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能充電機，其特征在于，還包括輸入電壓過欠壓保護單元；所述輸入電壓過欠壓保護單元包括輸入電壓采樣電路、低通濾波電路與過欠壓判斷電路；輸入電壓采樣電路用于對輸入交流電壓半波整流，并輸出給低通濾波電路，低通濾波電路用于濾除整流后交流電壓的高頻干擾，并輸出給過欠壓判斷電路，所述過欠壓判斷電路用于將輸入交流電壓與設(shè)定的電壓范圍比較，當輸入交流電壓值大于或低于設(shè)定的電壓范圍時向MCU單元輸出輸入電壓過欠壓報警信號，同時關(guān)斷PWM控制芯片輸出PWM控制信號OUTA及PWM控制信號OUTB。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能充電機，其特征在于，還包括電池防反接接觸器， MCU單元還用于控制所述防反接接觸器的吸合與斷開。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能充電機，其特征在于，還包括電池充電輸出接觸器， MCU單元還用于控制所述電池充電輸出接觸器的吸合與斷開。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能充電機，其特征在于，充電電壓經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后， 進入電壓跟隨器7U3A，電壓跟隨器7U3A的輸出端接于MCU單元；MCU單元用于顯示電壓跟隨器7U3A輸出的電壓信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能充電機，其特征在于，充電電流通過電阻2R1接至運算放大器2U1的反相輸入端，電容2C3與電阻2R2并聯(lián)后跨接于運算放大器2U1的輸出端及反向輸入端之間，運算放大器2U1的輸出電壓經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后接至MCU單元顯示。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能充電機，其特征在于，PWM控制及驅(qū)動單元接收所述 PWM控制信號OUTA及PWM控制信號0UTB，輸出三路均與PWM控制信號OUTA相位、頻率一致的脈沖信號脈沖信號OUT-Α、脈沖信號QG-C與脈沖信號QG-D ；同時還輸出三路均與PWM控制信號OUTB相位、頻率一致的脈沖信號脈沖信號0UT-B、脈沖信號QG-A與脈沖信號QG-B。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種智能充電機，其特征在于，所述功率變換單元包括變壓器初級能量轉(zhuǎn)換部分與變壓器次級整流濾波部分；所述變壓器初級能量轉(zhuǎn)換部分的電路結(jié)構(gòu)為包括8個開關(guān)電路、電感Lr，電容Crl，電容Cr2與變壓器；PWM控制及驅(qū)動單元脈沖信號OUT-A輸出端通過電感Lr，電容Crl，電容Cr2與變壓器的初級線圈接至脈沖信號OUT-B輸出端，且電容Crl與電容Cr2并聯(lián)后與電感Lr、變壓器的初級線圈串聯(lián)；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路與脈沖信號OUT-A輸出端連接；脈沖信號QG-A控制第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路斷開與閉合；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的負極通過相互并聯(lián)的第三開關(guān)電路、第四開關(guān)電路與脈沖信號OUT-A輸出端連接；脈沖信號QG-B控制第三開關(guān)電路、第四開關(guān)電路斷開與閉合；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第五開關(guān)電路、第六開關(guān)電路與脈沖信號OUT-B輸出端連接；脈沖信號QG-C控制第五開關(guān)電路、第六開關(guān)電路斷開與閉合；輸入整流濾波單元輸出電壓信號的正極通過相互并聯(lián)的第七開關(guān)電路、第八開關(guān)電路與脈沖信號OUT-B輸出端連接；脈沖信號QG-D控制第七開關(guān)電路、第八開關(guān)電路斷開與閉合；變壓器次級整流濾波部分的電路結(jié)構(gòu)為所述變壓器的次級線圈中點引出有地線接至地，次級線圈的兩端分別接有4支相互并聯(lián)的二級管的陽極，所述8支二極管的陰極連接在一起與地作為功率變換單元的電壓輸出端；在所述變壓器的次級線圈中點與地之間串聯(lián)功率變換單元的電流輸出端，且在所述地線上串聯(lián)有電流取樣電阻，所述電流取樣電阻接近次級線圈中點的一端為充電電流采樣電壓輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種智能充電機，涉及充電技術(shù)。旨在提供一種兼容恒流恒壓方式的鉛酸蓄電池用智能充電機。本實用新型的技術(shù)要點是包括輸入整流濾波單元、功率變換單元、環(huán)路控制單元、PWM控制及驅(qū)動單元以及MCU單元。所述輸入整流濾波單元的輸出端與功率變換單元的輸入端連接；功率變換單元用于實現(xiàn)輸入輸出電信號的功率變換以及輸入輸出電氣隔離，并輸出充電電壓和充電電流；環(huán)路控制單元用于根據(jù)充電電壓、充電電流采樣電壓的大小控制PWM控制信號的脈沖寬度，并輸出；所述PWM控制及驅(qū)動單元用于加強PWM控制信號的驅(qū)動能力；所述PWM控制及驅(qū)動單元輸出的PWM控制信號用于控制功率變換單元實現(xiàn)輸入輸出電信號的功率變換。
文檔編號H02M7/217GK202218051SQ20112026635
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者楊宇強 申請人:四川省樂山宇強電機車制造有限公司