一种电子控制充电器及电路结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型是关于一种电子控制充电器及电路结构，用于蓄电池充电的开关电源式电子控制充电器产品，本实用新型充电器设计为单电路板的内部结构，充电器的主要零部件包括：塑料壳底座、外壳上盖、电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子，所述的充电器可对30AH及以下的蓄电池进行自动充电。不仅体积小，而且重量轻，携带十分方便。已成为出口家用小型蓄电池充电器的主流产品。控制电路以开关电源变换、L6565芯片及其外围电路为核心，具有充电、充满、接反等状态控制功能，电路和电路板及整机的结构设计合理，安装方便，故生产效率高、制作成本低。
【专利说明】一种电子控制充电器及电路结构
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种小型电子控制的蓄电池充电器产品，具体是一种电子控制充电器产品的结构和电路。
技术背景
[0002]当前，充电器产品市场的竞争，不仅体现在技术的先进性上，还在很大程度上取决于充电器的功能、外观和结构设计、生产制造工艺的先进性、生产效率的高低、生产成本的多少，产品的一致性和可靠性等方面。
[0003]目前，国内外市场上小型蓄电池充电器的输出电压通常有6V/12V/24V等几个等级，额定电流通常在1~50Α，少数大型充电器的电流可达上百安培的水平，在考虑低成本、易生产的情况下，小电流等级(如2A、4A、8A等)的充电器产品通常是主流的产品，市场上，很多此类产品是采用变压器整流器式的结构设计，此类充电器，由于是采用电网电压经低频(50Hz或60Hz)变压器变换为低压交流电，再经过整流控制的方式来设计，因此，产品存在着技术档次低，变压器和整流器笨重，发热量大，工作能量转换效率低，产品体积大、重量重等众多问题。
[0004]近年来，电子控制技术的发展也推动了电子控制式蓄电池充电器的发展，这类充电器，由于为满足输出要求而采用的控制技术方式与变压器整流器式的(传统型)充电器产品有着显著的不同，因此，技术性能和节能等指标大大优于传统型的充电器，先进的技术，使此类充电器的变压器大为减小，不是普通变压器的形式，而是采用中或高频开关电源或逆变电源的变压器，不仅体积小，而且重量非常轻，更加方便携带和运输，整流器也不是普通的二极管构成的整流器，而是采用快速恢复二极管的整流器，发热也非常小，电源的能量转换效率高，节能和节材等方面非常突出，直流输出参数(电压和电流)的控制是采用开关电源变换或逆变等方式来解决；因此，开关稳压或逆变电源的充电器被誉为“新型高效节能电源”，代表着稳压电源的发展方向，由于内部器件工作在高频开关状态，故本身消耗的能量极低；充电器效率可以达到90%以上，比传统变压器整流的充电器的效率提高近一倍；随着充电器电源技术的飞速发展，高效率的开关稳压或逆变电源充电器正朝着小型化、高频化、集成化的方向发展，并得到越来越广泛的应用。未来肯定是传统型充电器的替代者。
[0005]电子控制类充电器，主要是依靠电路板及其上面的控制电路来实现产品的功能，通常，与传统型的充电器相比，它们的电路相对复杂，生产方式也主要变化为以电路板的生产制造为主，当然，在相同输出电压和电流等级下，不同的产品，其电路原理和电路板的设计，以及生产方式都可能是完全不同的，这些都影响着产品的技术性能、可靠性、生产和制造成本、产品市场竞争力等。也就是说，结构和电路设计不同的充电器，其技术参数、使用性能、生产效率，甚至产品外观和可靠性以及市场竞争力等是差别比较大的。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种电子控制充电器及电路结构，充电器内部采用单一控制板结构，外加塑料机壳、供电电源线和带夹子的充电器控输出线等部分，产品生产主要是解决电路板的加工和调试问题，产品的总装比较简单；利用本实用新型所述的充电器电路的原理还可形成其它规格的产品，扩大产品的应用范围，电路和电路板及整机的结构设计合理，安装方便，生产效率高、制作成本低。
[0007]为实现上述目的采用以下技术方案:
[0008]一种电子控制充电器及电路结构，它包括塑料壳底座、外壳上盖、电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子；电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子之间电连接；电路板组件设置在充电器底壳和充电器上盖组合的壳体内部，其特征在于:所述的电路板组件部分采用单电路板，单电路板上包括共模电感、共模电容、输入滤波电容、主开关管、安规电容、PTC自恢复保险丝、输出电容、输出电感、指示灯插座、L6565控制芯片、输出二极管、输出二极管散热器、高频变压器、主开关管散热器、PWM控制芯片、差模电容以及电阻、电容、二极管、三极管，上述元件连接组成的电源电路和控制电路。
[0009]本实用新型控制电路以开关电源变换、L6565芯片及其外围电路为核心，具有充电、充满、接反等状态控制功能，可对30AH及以下的蓄电池进行自动充电，不仅体积小，而且重量轻，携带十分方便，由于电路和电路板及整机的结构设计合理，安装方便，故生产效率高、制作成本低；采用了先进的开关电源控制技术，充电器具有结构合理、体积小、重量轻、成本低、生产效率高的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型充电器的结构示意图；
[0011]图2是本实用新型充电器的电路原理图(一)；
[0012]图3是本实用新型充电器的电路原理图(二)；
[0013]图4是本实用新型充电器的PCB元器件布局设计图。
[0014]附图1中各部件的名称如下:1、反接指示灯；2、充满指示灯；3、充电指示灯；4、上盖；5、自攻螺丝；6、输入保险丝；7、共模电感；8、共模电容；9、共模电感；1输入滤波电容；
11、主开关管、12、安规电容；13、PTC自恢复保险丝；14、输出电容；15、输出电感；16、指示灯插座；17、控制芯片；18、输出二极管；19、输出二极管散热器；20、变频变压器；21、主开关管散热片；22、PWM控制芯片；23、差模电容；24、电源线；25、拉不脱；26、底壳；27、自攻螺丝；28、负极输出夹子；29、正极输出夹子。
【具体实施方式】
[0015]如图1-4所示，本实用新型充电器:一种电子控制充电器及电路结构，它包括塑料壳底座(26 )、外壳上盖(4 )、电路板组件、供电电源线(24 )、两个蓄电池电瓶夹子(28和29 );电路板组件、供电电源线(24)、两个蓄电池电瓶夹子(28和29)之间进行相应的电连接；电路板组件设置在充电器底壳和充电器上盖组合的壳体内部，所述的电路板组件部分采用单电路板，单电路板上包括由共模电感(7 )、共模电容(8 )、共模电感(9 )、输入滤波电容(10 )、主开关管(11)、安规电容(12)、PTC自恢复保险丝(13)、输出电容(14)、输出电感(15)、指示灯插座(16)、L6565控制芯片(17)、输出二极管(18)、输出二极管散热器(19)、高频变压器(20)、主开关管散热器(21)、PWM控制芯片(22)、差模电容(23)以及电阻、电容、二极管、三极管这些元件连接组成的电源电路和控制电路，从而构成一个完整的开关电源控制式充电器。
[0016]供电电源线24为充电器的电路板提供外部供电电源，两个蓄电池电瓶夹子28、29分为红色和黑色。正确的接线方法是:充电时，红色代表充电器输出的“+或正”极性，应与蓄电池的“+或正”极性端子进行连接；黑色代表充电器输出的“一或负”极性，应与蓄电池的“一或负”极性端子进行连接。
[0017]本实用新型充电器的电路主要由保险丝F1、D3?D6组成的整流器、场效应MOS管Q1、开关电源变压器Tl、快速恢复整流二极管(含DIO、D9、D2和D6)、MOS管开关控制芯片(L6565)、集成运算放大器U1、蓄电池接反LDl红色指示灯、充电状态LD3黄色指示灯、充满状态LD2绿色指示灯，以及很多的电阻、电容、二极管、三极管、稳压管(如Z1、Z3等)、光电耦合器OPl和0P2 (EL817)等组成。供电电源可为AC 180?230V，50Hz或60Hz。输出端为“V0UT+”和“V0UT—”，分别与对应颜色的两个蓄电池电瓶夹子相连接，本实用新型电路原理图中的各电子元器件，按照电路的连接原理，所设计的电路PCB板布局设计如图4所示，当然，元器件布局的不同，最终制成的电路板也会与图4的形式不同。
[0018]本实用新型充电器的工作原理简述如下:通电后，从电网来的交流电源22(T230VAC和电流，首先经过两级输入滤波电路(如附图2 )后输入到D3?D6组成的整流桥，经整流后变为直流电，再经过电解电容El的滤波，变为较为稳定的+300V直流电。供给由MOS管Q1、开关变压器Tl和L6565及外围器件组成的开关电源部分工作，+300V电压经电阻R5降压后，给电容E5充电，向L6565芯片提供正常工作的启动电压。
[0019]在控制电路的作用下，充电器的能量变换是通过高频变压器Tl把原边绕组的能量传递到付边各绕组。再经相应的整流、滤波后输出各数值不同的直流电压(+VCC和VOUT+)供负载使用。L6565芯片7脚输出的方波信号经栅极限流电阻R7后驱动MOS功率管Q1，当场效应管MOS管Ql导通后，与之相连接的高频变压器Tl的初级绕组线圈就会储存电能，只有该绕组线圈存储能量后才可能通过其它方式供给负载，Ql导通后，高频变压器Tl的初级线圈NI电流线性增大，磁场增强，次级线圈N3和N4中D2、D9截止，分别由电容C9和E5、E2向各自的负载(电路)供电。此时，高频变压器Tl的初级线圈NI起存储能量的作用，当MOS管Ql截止后，初级线圈NI电流减小，磁场减弱。次级线圈N2回路中DlO导通，能量通过DlO及电容向其负载释放，输出直流电压V0UT+，部分能量由D6向电阻R8和电容C5释放，同时，另一个次级线圈N4回路中D9导通，能量通过D9及电容E2向其负载释放，输出直流电压+VCC。
[0020]L6565芯片是ST公司在近期推出的单片1C，是适用于准谐振(QR)零电压开关(ZVS)回扫变换器电流型初级控制器，L6565芯片的零电流检测(Z⑶)及相关电路如附图3所示，为在QR下运行，该IC需要检测变压器的退磁信号，即该IC的5脚ZCD上的输入信号，可以从施加于变压器的辅助绕组获得，变换器功率容量随主线电压变化通过线路电压前馈补偿。在轻载时，L6565自动降低工作频率，但仍然尽可能保持接近ZVS运行，共有8个引脚，各脚功能大致如下:①脚是误差放大器的输入端(INV);②脚是误差放大器的输出端(COMP);③脚为线路电压前馈(VFF);④脚为电流感测输入(CS);⑤脚为变压器退磁零电流检测输入(ZCD);⑥脚为地端(GND);⑦脚是栅极驱动器输出(GD);⑧脚为电源电压(VCC);当L6565芯片的8脚电压升高到大于该芯片的启动电压时，L6565芯片工作。L6565芯片工作后(其8脚电压通过初次反馈绕组供电)，其7脚输出驱动脉冲信号，使开关管Ql工作，充电器的输出电压通过光耦OPl形成负反馈，输出产生设定的空载电压。输出电压可通过R29、R30阻值比例调节和控制输出空载电压的大小，在空载或轻载时，L6565会自动降低其工作频率，以减小开关管开关的损耗，因此，这就可提闻空载和轻载时的效率，同时也起到省电、节能的效果。
[0021]恒流充电状态:康铜丝J6作为采样电阻，刚开始充电时，从该采样电阻取得电压信号。该反馈信号经过误差放大器Ul (LM358)电压放大，在Ul (LM358)的I脚形成4V左右的恒定电压，使Ul (LM358)1脚的输出电压不变，通过0P2 (817C)光耦的反馈量不变，因此，可以实现恒流充电，由于刚充电时，蓄电池电瓶的电压很小，所以，光耦OPl基本上不参与反馈。此时，Ul (LM358)的5脚电压高于其6脚的电压，其7脚输出高电平，此时，充电指示黄色LD3灯亮，充满指示绿色灯LD2熄灭。
[0022]恒压充电状态:当充电一段时间后，并且蓄电池电瓶电压上升到14.1V左右时，OPl光耦也参与反馈。随着输出电压的逐渐升高，OPl反馈量逐渐增大，因此输出电流逐渐减小，当电流减小到设定的电流限制值时，也就是当LM358的5脚电压小于其6脚电压时，其7脚电压输出低电平，此时，充满指示绿色灯LD2亮，充电指示黄色灯LD3灭。
[0023]停止充电:当Ul (LM358)的7脚输出低电平时，三极管NI不工作。OPl反馈量瞬间增大，由L6565芯片第5脚检测开关变压器Tl的退磁电流。当检测到的电压低于L6565芯片5脚的阈值电压后，L6565芯片关闭其7脚输出，使开关管Ql停止工作，可防止蓄电池电瓶过充而导致电瓶失水、充鼓等不良现象。
[0024]充电器还设有蓄电池接反LDl红色指示灯，可指示充电器的接线是否正确，当充电器的两根红色和黑色输出电缆夹子与蓄电池电瓶的“ + ”和对应关系连接错误(或接反)时，LDl红色指示灯点亮,提示操作者更正。
[0025]综上所述，充电器的输出电压和电流大小都是受电路控制的，这些控制是保证充电器稳定工作的重要前提，可见，良好的电路及其结构设计是本实用新型的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、制造技术先进性的重要保障。
[0026]本实用新型不仅采用了先进的开关电源控制技术，而且还采用了先进的插件技术和工艺来生产电路板，充电器具有结构合理、体积小、重量轻、成本低、生产效率高、制造技术先进等优点；通过改变不同器件或零部件的配置规格和参数，即可改变充电器的输出电流或功率及负载持续率的大小，容易形成符合国家和国际标准的系列化产品。例如，制成2A/12V、3A/12V等电流等级和规格型号的产品。
【权利要求】
1.一种电子控制充电器及电路结构，它包括塑料壳底座(26)、外壳上盖(4)、电路板组件、供电电源线(24)、两个蓄电池电瓶夹子(28、29);电路板组件、供电电源线(24)、两个蓄电池电瓶夹子(28、29)之间电连接；电路板组件设置在充电器底壳和充电器上盖组合的壳体内部，其特征在于:所述的电路板组件部分采用单电路板，单电路板上包括共模电感(7)、共模电容(8)、共模电感(9)、输入滤波电容(10)、主开关管(11)、安规电容(12)、PTC自恢复保险丝(13)、输出电容(14)、输出电感(15)、指示灯插座(16)、L6565控制芯片(17)、输出二极管(18)、输出二极管散热器(19)、高频变压器(20)、主开关管散热器(21)、PWM控制芯片(22)、差模电容(23)以及电阻、电容、二极管、三极管，上述元件连接组成的电源电路和控制电路。
【文档编号】H02J7/10GK203617739SQ201320710510
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】蔡献, 魏继昆, 陈法庆, 朱宣辉, 朱宣东 申请人:浙江肯得机电股份有限公司