一種蓄電池充電電路及其充電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓄電池充電電路及其充電方法，包含輸入級電路、逆變器電路、變壓器和輸出級電路；逆變器電路包含軟啟動電路、逆變橋電路及緩沖電路；輸出級電路包含整流電路和濾波電路；輸入級電路的輸入端與220V市電連接，輸出端與軟啟動電路一端連接，軟啟動電路另一端與逆變橋電路和緩沖電路的輸入端連接，逆變橋電路和緩沖電路的輸出端與變壓器的一端連接，變壓器的另一端與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端與濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端連接蓄電池，充電方法為可編程控制芯片控制的“四段式”充電程序。本發(fā)明電路結構簡單，使用的元器件較少，成本低，能有效延長蓄電池的使用壽命。
【專利說明】一種蓄電池充電電路及其充電方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種充電電路及其充電方法，具體涉及一種蓄電池充電電路及其充電方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術的EPS (Emergency Power Supply,緊急電力供給)系統(tǒng)中，廣泛使用免維護鉛酸蓄電池作為儲存電能的裝置。在市電正常時，由系統(tǒng)中配備的充電器對蓄電池充電，將電能轉化為化學能儲存在蓄電池組中；在EPS系統(tǒng)供電時，再以電能的形式釋放出來供負載使用。在實際應用中，市電正常時逆變器不需要工作，大多時間內蓄電池都無需給負載供電，但由蓄電池的外特性可知，蓄電池的可用容量會隨著貯存時間的延長和環(huán)境溫度的升高而減少。如果長時間不對電池充電，待真正應急供電時，蓄電池提供的應急時間可能比預期的要低的多，同時，蓄電池的壽命長短會直接影響到整個EPS系統(tǒng)的使用壽命，并且現(xiàn)有技術的充電電路構成復雜，元器件數(shù)量多，成本較高。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明提供一種蓄電池充電電路，電路簡單，使用的元器件數(shù)量少，成本低，由可編程控制芯片(如單片機)控制蓄電池充電電流，使其工作在不同的模式，能有效延長蓄電池的使用壽命。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):一種蓄電池充電電路，其特點是，包含，輸入級電路、逆變器電路、變壓器和輸出級電路；逆變器電路包含軟啟動電路、逆變橋電路及緩沖電路；
上述的輸出級電路包含整流電路和濾波電路；
上述的輸入級電路的輸入端與220V市電連接，輸出端與軟啟動電路連接，軟啟動電路的另一端與逆變橋電路和緩沖電路的輸入端連接，逆變橋電路和緩沖電路的輸出端與變壓器的一端連接，變壓器的另一端與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端與濾波電路的一端連接，濾波電路的另一端連接蓄電池。
[0005]上述的輸入級電路包含壓敏電阻、電磁干擾濾波器、第一電容及整流橋，
上述的壓敏電阻與220V市電并聯(lián),并聯(lián)的一端與電磁干擾濾波器的第一輸入端連接，并聯(lián)的另一端與電磁干擾濾波器第二輸入端連接；
上述的第一電容的一端與電磁干擾濾波器的第一輸出端連接，另一端與電磁干擾濾波器的第二輸出端連接；
上述的整流橋的第一二極管的正極和第四二極管的負極與電磁干擾濾波器的第一輸出端連接，整流橋的第二二極管的正極和第三二極管的負極與電磁干擾濾波器的第二輸出端連接。
[0006]上述的軟啟動電路包含開關和第一電阻，開關和第一電阻并聯(lián)，軟啟動電路的A端連接整流橋的第一二極管的負極。[0007]上述的逆變橋電路包含第一開關管、第二開關管、第三開關管及第四開關管； 上述的第四開關管的發(fā)射極與第二開關管的集電極連接；
上述的第一開關管的集電極與第三開關管的集電極連接；
上述的第二開關管的發(fā)射極與第四開關管的發(fā)射極連接；
上述的第三開關管的發(fā)射極與第四開關管的集電極連接；
上述的第一開關管的門極、第二開關管的門極、第三開關管的門極及第四開關管的門極均與可編程控制芯片相連。
[0008]上述的緩沖電路包含第二電容、第三電容、第二電阻、第三電阻、第五二極管及第六二極管；
上述的第二電容的一端與第三電容的一端連接，并且和逆變橋電路的第一開關管的集電極連接，第二電容的另一端與第二電阻的一端和第五二極管的正極連接；
上述的第三電容的另一端與第三電阻的一端和第六二極管的正極連接；
上述的第五二極管的負極與第六二極管的負極連接，并且和第二電阻的另一端、第三電阻的另一端以及逆變橋電路的第二開關管的發(fā)射極連接。
[0009]上述的逆變器電路還包含第四電容、第五電容、第六電容；
上述的第四電容和第五電容并聯(lián)，并聯(lián)的一端與軟啟動電路的B端連接，并聯(lián)的另一端與整流橋的第四二極管的正極及逆變橋電路的第二開關管的發(fā)射極連接；
上述的第六電容一端與逆變橋電路的第一開關管的發(fā)射極連接，另一端與變壓器的B端連接。
[0010]上述的變壓器的A端與逆變橋電路的第三開關管的發(fā)射極連接。
[0011]上述的整流電路包含第七二極管、第八二極管、第九二極管及第十二極管；
上述的第七二極管的正極與第九二極管的正極連接；
上述的第七二極管的負極與第八二極管的正極連接，并且與變壓器的C端相連；
上述的第八二極管的負極與第十二極管的負極連接；
上述的第九二極管的負極與第十二極管的正極連接，并與變壓器的D端相連。
[0012]上述的濾波電路包含第七電容和電感；
上述的第七電容與蓄電池并聯(lián)，并聯(lián)的一端與第七二極管的正極連接并且與蓄電池的負極連接，并聯(lián)的另一端與電感的一端相連并且與蓄電池的正極連接，電感的另一端與第八二極管的負極連接。
[0013]一種用于上述蓄電池充電電路的充電方法，其特征在于；
該方法包括:
步驟I，可編程控制芯片首先判斷市電電壓，市電電壓異常則轉入逆變子程序，市電電壓正常則繼續(xù)執(zhí)行充電子程序；
步驟2，當電池電壓小于Ul值時，進入涓充狀態(tài)，并判斷充電電流是否大于II，可編程控制芯片根據輸出端電壓、電流的采樣結果，計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流，形成閉環(huán)控制；
步驟3，當電池電壓大于Ul時，判斷電池電壓是否小于U2，若是，則進入恒充狀態(tài)，可編程控制芯片根據充電電流是否大于12來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流；步驟4，當電池電壓大于U2時，則接著判斷電池電壓是否小于U3，若是，則進入涓充狀態(tài)，同時判斷充電電流是否大于Ii來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流；
步驟5，當電池電壓大于U3，進入浮充狀態(tài)，并根據充電電壓是否大于U4來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流；
其中，蓄電池電壓通過反饋采樣電路送入可編程控制芯片，可編程控制芯片控制四個IGBT開關管開通時間的信號,改變充電電路的輸出電壓、電流,從而使蓄電池在不同的容量狀態(tài)下以最適合的方式充電，當進入浮充狀態(tài)時即可認為蓄電池已經充滿。
[0014]本發(fā)明一種蓄電池充電電路與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
由于本發(fā)明將逆變器電路和蓄電池充電電路融合在一起，減少了元器件數(shù)量，降低了成本；
由于本發(fā)明的開關由可編程控制芯片控制，實現(xiàn)軟啟動，防止電源模塊啟動時造成的沖擊電流，保護了元器件，延長電路使用壽命；
由于本發(fā)明采用“四段式”充電法，充電電流由可編程控制芯片控制，能有效延長電池的使用壽命；
由于整個電路由可編程控制芯片控制，可根據不同的蓄電池來修改數(shù)據，適應不同型號蓄電池的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明一種蓄電池充電電路的連接關系圖。
[0016]圖2為本發(fā)明一種蓄電池充電電路充電方法的程序流程圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。
[0018]如圖1所示，一種蓄電池充電電路，包含:輸入級電路10、逆變器電路20、變壓器Tl和輸出級電路40 ;逆變器電路20包含軟啟動電路21、逆變橋電路22及緩沖電路23 ;輸出級電路40包含整流電路41和濾波電路42 ;輸入級電路10的輸入端與220V市電連接，輸出端與軟啟動電路21連接，軟啟動電路21的另一端與逆變橋電路22和緩沖電路23的輸入端連接，逆變橋電路22和緩沖電路23的輸出端與變壓器Tl的一端連接，變壓器Tl的另一端與整流電路41的輸入端連接，整流電路41的輸出端與濾波電路42的一端連接，濾波電路42的另一端連接蓄電池。
[0019]輸入級電路10包含壓敏電阻R4、電磁干擾濾波器11、第一電容Cl及整流橋12，壓敏電阻11用于吸收突然的浪涌電壓，電磁干擾濾波器11又稱為EMI濾波器，電磁干擾濾波器11用于消除來自電網的擾動，同時防止電源本身對電網的干擾，壓敏電阻R4與220V市電并聯(lián)，壓敏電阻R4與220V市電并聯(lián)，并聯(lián)的一端與電磁干擾濾波器11的第一輸入端111連接，并聯(lián)的另一端與電磁干擾濾波器11第二輸入端112連接；第一電容Cl的一端與電磁干擾濾波器11的第一輸出端113連接,另一端與電磁干擾濾波器11的第二輸出端114連接；整流橋12的第一二極管Dl的正極和第四二極管D4的負極與電磁干擾濾波器11的第一輸出端113連接，整流橋12的第二二極管D2的正極和第三二極管D3的負極與電磁干擾濾波器11的第二輸出端114連接，市電經過輸入級電路10后會輸出一個較平滑的直流電。
[0020]軟啟動電路21包含開關SI和第一電阻Rl，軟啟動電路21可以防止電源啟動時的大沖擊電流對設備的和元器件的沖擊，開關SI和第一電阻Rl并聯(lián)，開關SI在電源啟動前為斷開狀態(tài)，開關SI在電源啟動一定時間t后由可編程控制芯片(如單片機)控制閉合，軟啟動電路21的A端連接整流橋12的第一二極管Dl的負極。
[0021]逆變橋電路22包含第一開關管IGBT1、第二開關管IGBT12、第三開關管IGBT3及第四開關管IGBT4 ;第四開關管IGBT4的發(fā)射極與第二開關管IGBT2的集電極連接；第一開關管IGBTl的集電極與第三開關管IGBT3的集電極連接；第二開關管IGBT2的發(fā)射極與第四開關管IGBT4的發(fā)射極連接；第三開關管IGBT3的發(fā)射極與第四開關管IGBT4的集電極連接；第一開關管IGBTl的門極、第二開關管IGBT2的門極、第三開關管IGBT3的門極、第四開關管IGBT4的門極均與可編程控制芯片相連。逆變橋電路22可用于將市電變換成直流電給蓄電池充電，也可用于將蓄電池輸出的直流電被逆變成交流電，不同的工作方式取決于可編程控制芯片(如單片機)對四個IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)開關管的通斷控制。
[0022]緩沖電路23包含第二電容C2、第三電容C3、第二電阻R2、第三電阻R3、第五二極管D5及第六二極管D6，緩沖電路23能夠在IGBT開關管斷開時防止在IGBT開關管上產生過電壓而損壞IGBT開關管，同時它也能改變IGBT開關管開關過程中電壓和電流的波形軌跡，使開關“軟化”，以減少開關損耗；第二電容C2的一端與第三電容C3的一端連接，并且和逆變橋電路22的第一開關管IGBTl的集電極連接，第二電容C2的另一端與第二電阻R2的一端和第五二極管D5的正極連接；第三電容C3的另一端與第三電阻R3的一端和第六二極管D6的正極連接；第五二極管D5的負極與第六二極管D6的負極連接，并且和第二電阻R2的另一端、第三電阻R3的另一端以及逆變橋電路22的第二開關管IGBT2的發(fā)射極連接。
[0023]逆變器電路20還包含第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6 ;第四電容C4和第五電容C5并聯(lián)，并聯(lián)的一端與軟啟動電路21的B端連接，并聯(lián)的另一端與整流橋12的第四二極管D4的正極及逆變橋電路22的第二開關管IGBT2的發(fā)射極連接，當電源啟動后，前述的第一電阻Rl起一個限流作用，防止大的沖擊電流對第四電容C4的沖擊，前述的時間t通常取值為3-5倍的第四電容C4的充電時間常數(shù)；第六電容C6 —端與逆變橋電路22的第一開關管IGBTl的發(fā)射極連接，另一端與變壓器Tl的B端連接。變壓器Tl的A端與逆變橋電路22的第三開關管IGBT3的發(fā)射極連接。
[0024]整流電路41包含第七二極管D7、第八二極管D8、第九二極管D9及第十二極管D10，變壓器的輸出端為交流信號，通過整流電路41輸出后成為高精度的直流電；第七二極管D7的正極與第九二極管D9的正極連接；第七二極管D7的負極與第八二極管D8的正極連接，并且與變壓器Tl的C端相連；第八二極管D8的負極與第十二極管DlO的負極連接；第九二極管D9的負極與第十二極管DlO的正極連接，并與變壓器Tl的D端相連。
[0025]濾波電路42包含第七電容C7和電感LI，濾波電路42能夠濾除紋波和諧波，使蓄電池的充電電流更加平穩(wěn)；第七電容C7與蓄電池并聯(lián)，并聯(lián)的一端與第七二極管D7的正極連接并且與蓄電池的負極連接，并聯(lián)的另一端與電感LI的一端相連并且與蓄電池的正極連接，電感LI的另一端與第八二極管D8的負極連接。
[0026]如圖2所示，由可編程控制芯片(如單片機)控制實現(xiàn)給蓄電池“四段式”充電方法的程序流程圖。以下面的蓄電池參數(shù)為例，詳細說明一下程序的流程:
電池規(guī)格:30X12V/65Ah 電池恒流充電電壓:Ichr=6A 電池涓充電流:lsmall=0.5A 電池浮充電壓:Vfl=13.6V
步驟I，可編程控制芯片首先判斷市電電壓，市電電壓異常則轉入逆變子程序，市電電壓正常則繼續(xù)執(zhí)行充電子程序；
步驟2，依據全橋變換器的原理，通過可編程控制芯片(如單片機)改變IGBT開關管的輸出占空比調節(jié)輸出。當電池電壓小于10.8VX30值時，進入涓充狀態(tài)，并判斷充電電流是否大于0.5A，可編程控制芯片根據輸出端電壓、電流的采樣結果，計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流，形成閉環(huán)控制；
步驟3，當電池電壓大于10.8VX30時，判斷電池電壓是否小于13VX30，若是，則進入恒充狀態(tài)，可編程控制芯片根據充電電流是否大于6A來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流；
步驟4，當電池電壓大于13VX30時，則接著判斷電池電壓是否小于13.5VX30，若是，則進入涓充狀態(tài)，同時判斷充電電流是否大于0.5A來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流；
步驟5，當電池電壓大于13.5VX30，進入浮充狀態(tài)，并根據充電電壓是否大于13.6VX30來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流；
其中，蓄電池電壓通過反饋采樣電路送入可編程控制芯片，可編程控制芯片控制四個IGBT開關管開通時間的信號,改變充電電路的輸出電壓、電流，從而使蓄電池在不同的容量狀態(tài)下以最適合的方式充電，當進入浮充狀態(tài)時即可認為蓄電池已經充滿。
[0027]盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種蓄電池充電電路，其特征在于，包含: 輸入級電路(10)、逆變器電路(20)、變壓器(Tl)和輸出級電路(40)； 所述的逆變器電路(20)包含軟啟動電路(21)、逆變橋電路(22)及緩沖電路(23); 所述的輸出級電路(40 )包含整流電路(41)和濾波電路(42 ); 所述的輸入級電路(10)的輸入端與220V市電連接，輸出端與軟啟動電路(21)連接，軟啟動電路(21)的另一端與逆變橋電路(22)和緩沖電路(23)的輸入端連接，逆變橋電路(22)和緩沖電路(23)的輸出端與變壓器(Tl)的一端連接，變壓器(Tl)的另一端與整流電路(41)的輸入端連接,整流電路(41)的輸出端與濾波電路(42 )的一端連接，濾波電路(42 )的另一端連接蓄電池。
2.如權利要求1所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的輸入級電路(10)包含壓敏電阻(R4)、電磁干擾濾波器(11)、第一電容(Cl)及整流橋(12)， 所述的壓敏電阻(R4)與220V市電并聯(lián)，并聯(lián)的一端與電磁干擾濾波器(11)的第一輸入端(111)連接，并聯(lián)的另一端與電磁干擾濾波器(11)第二輸入端(112)連接； 所述的第一電容(Cl)的一端與電磁干擾濾波器(11)的第一輸出端(113)連接,另一端與電磁干擾濾波器(11)的第二輸出端(114)連接； 所述的整流橋(12)的第一二極管(Dl)的正極和第四二極管(D4)的負極與電磁干擾濾波器(11)的第一輸出端(113)連接，整流橋(12)的第二二極管(D2)的正極和第三二極管(D3)的負極與電磁干擾濾波器(11)的第二輸出端(114)連接。
3.如權利要求2所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的軟啟動電路(21)包含開關(SI)和第一電阻(R1)，開關(SI)和第一電阻(Rl)并聯(lián)，軟啟動電路(21)的A端連接整流橋(12)的第一二極管(Dl)的負極。
4.如權利要求1所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的逆變橋電路(22)包含第一開關管(IGBT1)、第二開關管(IGBT2)、第三開關管(IGBT3)及第四開關管(IGBT4)； 所述的第四開關管(IGBT4)的發(fā)射極與第二開關管(IGBT2)的集電極連接； 所述的第一開關管(IGBTl)的集電極與第三開關管(IGBT3)的集電極連接； 所述的第二開關管(IGBT2)的發(fā)射極與第四開關管(IGBT4)的發(fā)射極連接； 所述的第三開關管(IGBT3)的發(fā)射極與第四開關管(IGBT4)的集電極連接； 所述的第一開關管(IGBTl)的門極、第二開關管(IGBT2)的門極、第三開關管(IGBT3)的門極、第四開關管(IGBT4)的門極均與可編程控制芯片相連。
5.如權利要求4所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的緩沖電路(23)包含第二電容(C2)、第三電容(C3)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第五二極管(D5)及第六二極管(D6)； 所述的第二電容(C2)的一端與第三電容(C3)的一端連接，并且和逆變橋電路(22)的第一開關管(IGBTl)的集電極連接，第二電容(C2)的另一端與第二電阻(R2)的一端和第五二極管(D5)的正極連接； 所述的第三電容(C3)的另一端與第三電阻(R3)的一端和第六二極管(D6)的正極連接; 所述的第五二極管(D5)的負極與第六二極管(D6)的負極連接，并且和第二電阻(R2)的另一端、第三電阻(R3)的另一端以及逆變橋電路(22)的第二開關管(IGBT2)的發(fā)射極連接。
6.如權利要求3所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的逆變器電路(20)還包含第四電容(C4)、第五電容(C5)、第六電容(C6)； 所述的第四電容(C4)和第五電容(C5)并聯(lián)，并聯(lián)的一端與軟啟動電路(21)的B端連接，并聯(lián)的另一端與整流橋(12)的第四二極管(D4)的正極及逆變橋電路(22)的第二開關管(IGBT2)的發(fā)射極連接； 所述的第六電容(C6)—端與逆變橋電路(22)的第一開關管(IGBTl)的發(fā)射極連接，另一端與變壓器(TI)的B端連接。
7.如權利要求4所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的變壓器(Tl)的A端與逆變橋電路(22)的第三開關管(IGBT3)的發(fā)射極連接。
8.如權利要求7所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的整流電路(41)包含第七二極管(D7)、第八二極管(D8)、第九二極管(D9)及第十二極管(DlO)； 所述的第七二極管(D7)的正極與第九二極管(D9)的正極連接； 所述的第七二極管(D7)的負極與第八二極管(D8)的正極連接，并且與變壓器(Tl)的C端相連； 所述的第八二極管(D8)的負極與第十二極管(DlO)的負極連接； 所述的第九二極管(D9 )的負極與第十二極管(DlO)的正極連接，并與變壓器(Tl)的D端相連。
9.如權利要求8所述的蓄電池充電電路，其特征在于，所述的濾波電路(42)包含第七電容(C7)和電感(LI)； 所述的第七電容(C7)與蓄電池并聯(lián)，并聯(lián)的一端與第七二極管(D7)的正極連接并且與蓄電池的負極連接，并聯(lián)的另一端與電感(LI)的一端相連并且與蓄電池的正極連接，電感(LI)的另一端與第八二極管(D8)的負極連接。
10.一種用于上述蓄電池充電電路的充電方法，其特征在于； 該方法包括: 步驟1，可編程控制芯片首先判斷市電電壓，市電電壓異常則轉入逆變子程序，市電電壓正常則繼續(xù)執(zhí)行充電子程序； 步驟2，當電池電壓小于Ul值時，進入涓充狀態(tài)，并判斷充電電流是否大于II，可編程控制芯片根據輸出端電壓、電流的采樣結果，計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流，形成閉環(huán)控制； 步驟3，當電池電壓大于Ul時，判斷電池電壓是否小于U2，若是，則進入恒充狀態(tài)，可編程控制芯片根據充電電流是否大于12來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流；步驟4，當電池電壓大于U2時，則接著判斷電池電壓是否小于U3，若是，則進入涓充狀態(tài)，同時判斷充電電流是否大于Il來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流； 步驟5，當電池電壓大于U3，進入浮充狀態(tài)，并根據充電電壓是否大于U4來計算下個周期的占空比，調節(jié)充電電壓、電流； 其中，蓄電池電壓通過反饋采樣電路送入可編程控制芯片，可編程控制芯片控制四個IGBT開關管開通時間的信號,改變充電電路的輸出電壓、電流,從而使蓄電池在不同的容量狀態(tài)下以最適合的方式充電，當進入浮充狀態(tài)時即可認為蓄電池已經充滿。
【文檔編號】H02J7/04GK104009528SQ201310061614
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權日:2013年2月27日
【發(fā)明者】李俊, 徐志京, 王海超, 唐貝貝, 李靖, 張鵬程, 張斌 申請人:上海海事大學