专利名称：智能循环间歇脉冲充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对铅酸蓄电池充电用的充电设备，尤其是用于电动车蓄电池的智能型充电器制造领域。
背景技术：
中国专利文献CN2385461Y公开了一种“电动车智能充电器”，主要由对市电输入经滤波、整流、变压处理的电压变换电路和以场效应管组成的脉冲发生电路，以及含有电流取样、电压取样电路的单片机控制电路组成。它由单片机控制的充电模式为1、多段定电流间歇充电；2、双阶恒电压减电流充电；3、多种放电脉冲模式。它着重在于常规的恒流、恒压充电模式，缺少对蓄电池进行检测的“预充”过程以及充电后期的涓流充电过程，也没有循环式的充电过程。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足之处而提供一种智能循环间歇脉冲充电器，以循环充电模式更好地模拟最佳充电特性曲线，进一步提高充电质量，该目的通过以下技术方案实现一种智能循环间歇脉冲充电器，包括对市电进行滤波、整流、变压的电压变换电路；脉冲发生电路；含有电流、电压取样电路的单片机控制电路，其特征在于，所述电压变换电路和脉冲发生电路由开关电源和Buck开关变换电路顺次级联组成。上述开关电源由滤波整流电路级联脉冲变压器T1初级，再经主要由光电耦合器IS01(TLP521-1)组成的隔离反馈电路从脉冲变压器T1次级取出信号送至集成块U1(TOP227)，U1的输出经箝位电路送至脉冲变压器T1初级；上述Buck开关变换电路由场效应管Q5，肖特基二极管D7、D8、电感L3、电容C14、电解电容C15、电阻R9组成，其连接关系如下Q5的源极S接脉冲变压器次级一输出端，Q5漏极D接D8负极，D8正极接D7正极，D7负极和C15正极接脉冲变压器次级另一输出端，C15负极接L3一端和R9一端后接地，L3另一端接D7正极，C14一端接地，另一端接Q5源极S；所述单片机控制电路由单片机U5(MFC102A)，电流采样电路，电压采样电路以及用作充电循环记忆的程序存贮器U6(93c46)组成；上述电流采样电路从脉冲变压器次级(III)取出信号经放大后送入U5的3脚，电压采样电路从脉冲变压器次级(III)取出信号经放大后送入U5的4脚；上述U6的1、2、3、4脚分别接于U5的9、8、7、6脚；上述单片机U5的13脚送出的控制信号经光电耦合器(6N136)，再经放大后送至场效应管Q5的栅极G；单片机U5的1脚经电阻R28接Vcc，该1脚连接两线插针JP3后接地，U5的2脚经电阻R27后接Vcc，该2脚连接两线插针JP2后接地。从上述技术方案可见，采用专用集成电路U1(TOP227)与脉冲变压器T1组成一个典型的单端反激式变换器。由于从脉冲变压器次级引出信号的隔离反馈电路以及U1的输出脉冲经箝位电路脉冲变压器次级输出稳定的41V的直流电脉冲，最后再经由场效应管组成的Buck开关变换电路输出稳定的高质量直流脉冲(≤24V，3A±0.3A)，该变换电路的输出脉冲由单片机控制，整个充电过程模式设计为预充和恒流充电、恒压充电、涓流充电三个阶段，根据电流、电压采样电路输入的蓄电池充电过程的动态参数，由单片机(含程序存贮器U6)数据处理后，调整充电脉冲幅度、周期、充电占空比等参数，并根据蓄电池充电次数进行多种循环方式选择，本新型的显著特点是循环控制、充电脉冲参数控制、充电曲线(三段式)控制。它能根据蓄电池的电特性状况，更好的模拟最佳充电特性曲线，保证充电容量，减缓硫化，延长电池寿命。
图1是本实用新型的电原理框图；图2是图1所示开关电源的电原理框图；图3是本实用新型的一个实施例的电路原理图。
图1中，市电送入开关电源1，其输出信号送入Buck开关变换电路2，电流采样电路4和电压采样电路5均从电路2输出端采集信号，并送至单片机6，程序存贮器7(贮存循环控制程序，从成本等因素考虑，采用外接EEPROM芯片)上单片机6之间设有数据交换通道，单片机对电流、电压采样电路来的充电过程的动态参数，进行数据处理，其信号送入电路2并对电路2(实质上是充电脉冲变换电路)实行控制，以调整其输出的充电脉冲参数或改变电流、电压，最终实现循环控制、充电脉冲参数控制、充电曲线(三段式)控制等设计要求。此外，为防止蓄电池反接短路等因素，电路2后级联有输出辅助电路3；单片机的输出信号送至面板显示电路8，电路8动态显示反映充电过程状况。图2示出图1中开关电源由滤波整流电路la级联脉冲变压器T1初级I，主要由光电耦合器IS01(TLP521-1，见图3)组成的隔离反馈电路1b从脉冲变压器T1次级III取出信号送至集成块U1(TOP227，见图1)，U1的输出经箝位电路1c送至脉冲变压器T1初级I。图3中，A部分为开关电源，B部分为充电电路，C部分为输出辅助电路。A部分中市电经插头J1、J2进入，首先经滤波整流电路(由L1、C1、C2、CY、BR1组成)，其输出级联脉冲变压器T1初级I，该输出同时受U1(PWM开关)控制电阻R3、R4，稳压二极管D4，光电耦合器ISO1组成隔离反馈电路1b，该电路1b从T1次级III取出信号送至集成块U1的1脚，U1的3脚连接T1的初级I一端和二极管D1正极；D1、电阻R1、电容C4组成箝位电路R1一端和C4一端接T1初级一端，R1另一端和C4另一端接D1负极，D1正极接U1的3脚和T1初级I的另一端。T1的绕组II为辅助绕组，由D2整流，R2、C5滤波为U1提供约15V的工作电压。稳压管D3限制C5上的电压不超过41V。T1的绕组IV为辅助输出次级，它与三端稳压器U2(LM7805)组成单片机工作电压电路由U2、二极管D10，电解电容C16-18，电感器L4组成；其连接关系如下线圈IV的结点14接D10正极，D10负极和C16正极均接于L4一端，L4另一端和C17正极均接于U2的1脚，U2的2脚、C16负极、C17负极以及线圈IV结点12均接地，C18正极接U2的3脚，负极接U2的2脚。经D10整流，C16、L4、C17滤波产生12V直流电供风扇和开关电源控制电路使用。B部分中Buck开关变换电路由场效应管Q5，肖特基二极管D7、D8，电感器L3、电容C14、电解电容C15，电阻R9组成，连接关系如下Q5的源极S接T1次级III的VN端，Q5漏极D接D8负极，D8正极接D7正极，D7负极和C15正极接于T1次级III的VP端，C15负极接L3一端和R9一端后接地，L3另一端接D7正极，C14一端接地，另一端接Q5源极S；单片机控制电路由单片机U5(MFC102A)，电流采样电路，电压采样电路以及用作充电循环记忆的程序存贮器U6(93C46)组成。电流采样电路由R11、R17-20、C23-24、U4B组成，R11是采样电阻，R17-19，C23，U4B为反相放大器，R20、C24用于减少脉冲干扰。电压采样电路由R13-16，C21-22，U4A组成，R13、R14为分压电阻，C21用于减少纹波，U4A、R15组成电压跟随器，用于阻抗变换，R16、C22用于减少脉冲干扰。电流采样电路从T1次级III取出信号，经放大后送入U5的3脚；电压采样电路从T1次级III取出信号，经放大后送入U5的4脚；U5的13脚(PWM信号输出端，高有效)送出的控制信号经光电耦合器IS02(6N136)，再经放大后送至场效应管Q5的栅极G(IS02、R6-8、Q2-4组成隔离驱动器，用于给Q5提供驱动信号；R5、D6、C12、Q1、C13为隔离驱动器提供14V电源；R29-31、Q7用于为IS02提供驱动电流)。单片机U5的1脚(S3端)经电阻R28接Vcc，该1脚连接两线插针JP3后接地，U5的2脚(S2端)经电阻R27后接Vcc，该2脚连接两线插针JP2后接地。U5的20脚经电阻R26后接Vcc，该20脚连接两线插针JP1后接地。U5的1、2脚为功能选择端，用于选择充电器的循环周期，U5的20脚(S1端)为功能选择端，工作时接高电平；低电平为工厂测试状态。
附表 助能选择表
(循环方式由跳线调整；其中方式A、B分别为具有不同参数的两种脉冲形式)充电过程由预充和恒流充电、恒压充电、涓流(＜0.3A)充电三个阶段组成。其中预充(＜0.2A)时间为3分钟；恒流充电时间由电池容量和放电深度决定；恒压充电时间有固定的200分钟和150分钟两种(间歇方式充电只有150分钟一种)。充电时直流输出为24V(随充电过程变化)，3A±0.3A。面板显示电路由红、黄、绿发光二极管LD1、LD2、LD3，电阻R34-38，三极管Q8、Q9组成，连接关系如下LD3正极接Vcc，负极串接R36后接地，LXD2正极接Vcc，负极串接R37后接于Q8集电极，Q8发射极接地，Q8基极串联R34后接U5的10脚；LD1正极接Vcc，负极串接R38后接于Q9集电极，Q9的发射极接地，基极串联R35后接于U5的11脚。LD1为红色电源指示灯，LD2为黄色充电指示灯，LD3为绿色充电结束指示灯灭(若上述指示灯闪烁，说明充电器工作异常)。级联在Buke开关变换电路后的输出辅助电路3，由场效应管Q6、Q10，稳压二极管D9，二极管D11电阻R12，电解电容C31组成，其连接关系如下D11负极、R12一端接于脉冲变压器次级III的一端，D11正极，R12另一端，C31正极，D9负极以及Q6和Q10的栅极G均相接，C31负极，D9正极，Q6和Q10的源极S接于一点，Q10的漏极接脉冲变压器次级III的另一端，Q6的漏极作为一个输出端。电路3主要是防止蓄电池反接短路和防止蓄电池给C15充电造成火花放电。程序存贮器U6(93c46)为外接EEPROM芯片，U6的1、2、3、4脚分别接于U5的9、8、7、6脚。以U3(TL431)为主的元件组成参考电源接于U5的15脚。与现有电动车用充电器相比，本新型具有如下特征和优点1、充电曲线(三段式)控制，除常规的恒流、恒压、涓流充电模式外还有对电池进行检测的“预充”过程。充电过程是间歇式脉冲充电，其脉冲幅度、周期、充电占空比等参数，随电池充电次数的不同而变化，且某个充电次数后进行循环；2、充电过程控制精度高；3、完善的多种保护，既使充电器被保护而不致损坏，又保护电池不致过充或欠充，减缓硫化，延长电池寿命。
权利要求1.一种智能循环间歇脉冲充电器，包括对市电进行滤波、整流、变压的电压变换电路；脉冲发生电路；含有电流、电压取样电路的单片机控制电路，其特征在于，所述电压变换电路和脉冲发生电路由开关电源(1)和Buck开关变换电路(2)顺次级联组成；上述开关电源(1)由滤波整流电路(1a)级联脉冲变压器T1初级(I)，再经主要由光电耦合器IS01(TLP521-1)组成的隔离反馈电路(1b)从脉冲变压器T1次级(III)取出信号送至集成块U1(TOP227)，U1的输出经箝位电路(1C)送至脉冲变压器T1初级(I)；上述Buck开关变换电路(2)由场效应管Q5，肖特基二极管D7、D8、电感L3、电容C14、电解电容C15、电阻R9组成，其连接关系如下Q5的源极S接脉冲变压器次级(III)一输出端VN，Q5漏极D接D8负极，D8正极接D7正极，D7负极和C15正极接脉冲变压器次级另一输出端VP，C15负极接L3一端和R9一端后接地，L3另一端接D7正极，C14一端接地，另一端接Q5源极S；所述单片机控制电路由单片机U5(MFC102A)，电流采样电路(4)，电压采样电路(5)以及用作充电循环记忆的程序存贮器U6(93c46)组成；上述电流采样电路(4)从脉冲变压器次级(III)取出信号经放大后送入U5的3脚，电压采样电路(5)从脉冲变压器次级(III)取出信号经放大后送入U5的4脚；上述U6的1、2、3、4脚分别接于U5的9、8、7、6脚；上述单片机U5的13脚送出的控制信号经光电耦合器(6N136)，再经放大后送至场效应管Q5的栅极G；单片机U5的1脚经电阻R28接Vcc，该1脚连接两线插针JP3后接地，U5的2脚经电阻R27后接Vcc，该2脚连接两线插针JP2后接地。
2.如权利要求1所述的充电器，其特征在于，所述箝位电路(1C)由二极管D1、电阻R1、电容C4组成；R1一端和C4一端接于脉冲变压器初级(I)一端，R1另一端和C4另一端接D1负极，D1正极和所述集成块U1的3脚接于脉冲变压器初级(I)另一端。
3.如权利要求2所述的充电器，其特征在于，还包括面板显示电路(8)，所述单片机U5的输出送至面板显示电路(8)。
4.如权利要求3所述的充电器，其特征在于，所述面板显示电路(8)由红、黄、绿发光二极管LD1、LD2、LD3，电阻R34-38，三极管Q8、Q9组成；其连接关系如下LD3正极接Vcc，负极串接R36后接地，LD2正极接Vcc，负极串接R37后接于Q8集电极，Q8发射极接地，Q8基极串联R34后接U5的10脚；LD1正极接Vcc，负极串联R38后接于Q9集电极，Q9的发射极接地，基极串联R35后接于U5的11脚。
5.如权利要求1或2或3或4所述的充电器，其特征在于，还包括级联在Buck开关变换电路(2)后的输出辅助电路(3)，它由场效应管Q6、Q10，稳压二极管Q9、二极管D11，电阻R12，电解电容C31组成，其连接关系如下D11负极、R12一端接于脉冲变压器次级(III)的一端，D11正极、R12另一端、C31正极、D9负极以及Q6和Q10的栅极G均相接，C31负极、D9正极、Q6和Q10的源极S接于一点，Q10的漏极接脉冲变压器次级(III)的另一端，Q6的漏极作为一个输出端。
6.如权利要求5所述的充电器，其特征在于，所述脉冲变压器T1上还设置有一辅助次级线圈(IV)，该线圈与三端稳压器U2(LM7805)组成单片机工作电压电路，该电路由U2、二极管D10、电解电容C16、C17、C18、电感器L4组成；其连接关系如下线圈(IV)结点14接D10正极，D10负极和C16正极均接于L4一端，L4另一端和C17正极均接于U2的1脚，U2的2脚、C16负极、C17负极以及线圈(IV)结点12均接地，C18的正极接U2的3脚，负极接U2的2脚。
专利摘要一种智能循环间歇脉冲充电器,包括开关电源;由场效应管Q
文档编号H02J7/00GK2497467SQ01247648
公开日2002年6月26日 申请日期2001年9月18日 优先权日2001年9月18日
发明者李家彦 申请人:成都华神电子有限责任公司