一种电动自行车安全型直流长线式充电器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动车技术领域，具体涉及一种电动自行车安全型直流长线式充电器。
【背景技术】
[0002]目前，电动自行车充电器是一个与车辆分离的配套件，归属于在室内使用的家电类电器产品，输入端的交流电源线与输出直流线均为常规的短线配置，充电时要将蓄电池组置于具有交流供电电源的室内环境，常用的小型电动自行车使用一组48V10AH的铅酸蓄电池，其总重量超过15kg，而使用72V20AH铅酸蓄电池的电动车，其蓄电池组的总重量超过36kg，对于用户来说，不会选择卸下蓄电池组到室内充电的方式，而是将蓄电池组留置在电动车上进行充电，该方式需要使用移动式供电电缆来提供220V交流电源，从而带来了安全用电的问题；此外，现有充电器本身的设计并不符合户外电器的技术标准。例如，要求充电器能承受高温日晒和密封防水等户外使用条件。本专利的技术方案是将充电器留置在具有交流供电电源的室内，而将直流低压输出线延长后连接至需要充电的电动车，由于加长的直流线路本身会产生一定的线路压降；例如，30米的距离，截面为0.5平方毫米的铜导线在通过3安培的直流电流下将产生约7V的回路电压降，电瓶端的充电参数和指标将偏离规范要求的数值。
[0003]对于长距离直流传输终端稳压的方法，传统的“四线制”技术方案是采用增加2根辅助导线对供电线路的末端电压进行采样，通过负反馈原理对供电线路末端进行稳压，以消除线路压降造成的差异。该方案除了需要使用具有四根导线的电缆之外，如果采用分离式的长电缆线时，还需要将现有充电器中的三极式连接器更换成四个电极的连接器，目前，现有的充电器均采用三极式的连接插头座。
[0004]对于符合国家安全规范的充电器而言，充电器本身还具有一些附加的功能:例如，在输出开路时，输出为安全低电压(或者输出电压为零)，具有短路保护、反接保护等功能特性，对于采用可控硅构成的“安规”保护电路来说，充电器内部的电压采样点并不在实际的输出端口，由于在采样点和输出端口之间插入了具有开关功能的可控硅器件，因此，四线制方案与“安全规范”之间必然要产生冲突。
【发明内容】
[0005]发明目的:针对现有技术的不足，本发明提供一种电动自行车安全型直流长线式充电器，充电器通过三线制长线电缆与蓄电池组连接，采用对电缆输出终端的“单边”电压降采样后作为误差基准，以达到使电缆终端的电气特性等同于短线式充电器的参数指标。
[0006]技术方案:本发明所述的电动自行车安全型直流长线式充电器，包括充电器和三线制加长型专用连接电缆，所述三线制加长型专用连接电缆包括二根对称的主回路导线、一根误差电压采样信号线以及用于连接所述充电器的电缆输入插头和用于连接蓄电池的电缆输出插头，所述充电器通过所述主回路导线与蓄电池连接形成充电回路，所述误差电压采样信号线在电缆输出插头内直接与负极相连、在电缆的输入插头内与所述充电器的输出连接器对应的中心电极相连；所述充电器内设有输出端口电压取样电路和误差信号处理变换电路，所述误差电压采样信号线将采集到的误差信号通过误差信号处理变换电路叠加到所述充电器的输出端口电压取样电路，使得所述充电器输出端口的电压稳定在额定输出电压与所述主回路导线总压降之和。误差电压采样信号线在远端即靠近蓄电池的一侧连接到电缆输出插头的负极端，电缆输出插头的中心电极是闲置的，不需要使用。在近端即靠近充电器的一侧，误差电压米样信号线与充电器的输出连接器对应的中心电极连接；工作时通过中心电极与充电器内部的电路连通，由于误差电压采样信号线上流过的电流极小(在本实例中约为主回路电流的万分之一)；因此，误差电压采样线上的压降通常忽略不计，所以在充电器内置输出连接器的中心电极上的电位与电缆输出插头的负极上的(等同于蓄电池负极)电位始终是一个等电位的关系。当充电时，在主回路的负极导线上，电流方向是从远端流向近端，若以充电器一侧输出端的负极作为参考点，采集到的误差信号则始终是一个正极性的电压信号，其大小等于充电电流在这一段导线上电阻产生的电压降，即为“单边”取样电压，在二根主回路导线的材质与结构对称时，其数值等于主回路导线总压降的二分之一。
[0007]进一步完善上述技术方案，所述误差信号处理变换电路包括运算放大器和晶体管，所述误差电压采样信号线将采集到的误差信号传送至运算放大器的同相输入端，运算大器的输出端与晶体管的基极相连，晶体管的发射极与运算放大器的反相输入端和电阻八均相连，晶体管的集电极与所述输出端口电压取样电路相连。误差电压采样信号线采集到的误差信号经由电缆输入插头的对应点接入充电器的内部电路，传递至运算放大器的同相输入端，根据电路原理，运算放大器本身具有高增益、高输入阻抗等特点，当使用其同相输入端作信号输入端，运算放大器的输出端连接到它本身的反相输入端时即可构成一个高精度的电压跟随器，其电压增益等于1，运算放大器和晶体管组成的放大电路使晶体管产生对应的发射极电流，电阻八给发射极电流提供一个接入参考点的通路，该电流在电阻八上产生的电压降送到运算放大器的反相输入端，这个负反馈的结果使运算放大器的反相输入端跟随并等于同相输入端的电压，该电压在电阻八中产生的电流始终与误差信号电压成正比例关系，电阻八两端的电压降恒等于主回路导线的“单边”取样电压。
[0008]根据晶体管原理:Ie=Ib+Ic，Ic=Ib*hFE，其中hFE为晶体管的电流放大倍数；
即有 Ie=Ib(l+hFE)，目前，放大倍数hFE>100或更高的晶体管很常见，
因此有Ie ^ Ic。
[0009]也就是说流过电阻八的电流和晶体管集电极电流几乎相等，只要在集电极回路中串入一个电阻器就可以把低边的误差信号电压转移到高边电路中并获得应用，进一步地，所述输出端口取样电路包括分压式取样电路以及与分压式取样电路的输出正极端相串联的电阻三，所述晶体管的集电极电流汇入所述电阻三与所述分压式取样电路连接处的电流节点。在常规充电器的典型分压式取样回路的高边(输出正极端)串联电阻三，典型的分压式取样电路为串联的电阻四和电阻五，电阻四和电阻五之间的节点与误差放大器相连；再通过电压调节器完成负反馈，电阻三的一端连接到输出正极端、另一端与原先应该连接到输出正极端的电阻四相连，所述晶体管的集电极电流汇入所述电阻三与所述电阻四连接处的电流节点。所述晶体管产生的发射极电流同时流过电阻八，利用晶体管在放大区集电极电流与发射极电流基本相等的特性，可以使低边的信号电压转移到充电器输出的“高边”并加以利用。
[0010]在二根主回路导线的材质与结构对称时，外部主回路导线的等效串联电阻电阻一与电阻二相同，取电阻三的阻值为电阻八的两倍，电阻三上得到的等于“单边”取样电压两倍的“高边”有效误差信号。电阻三与电阻四的串联又使其成为充电器输出端电压取样电阻的一部分，晶体管的集电极电流和电压取样回路中自身的电流在电阻三中产生叠加，最终将改变电阻五两端所得到的取样电压值，通过充电器内部的负反馈误差放大器的调节作用，充电器输出端口的电压将稳定在等于额定输出电压与回路导线总电压降之和，而连接电缆远端的输出电压则稳定在额定标称值上，远端的输出特性与充电电流的大小、导线的长度等电气参数无关，实现了端口特性的长距离延伸。
[0011]在蓄电池的极性被错误的反接时，本发明通过在所述晶体管的集电极与所述电流节点之间设有电阻六或者通过二极管代替电阻六来提供所需要的自我保护。电阻六的取值以晶体管的集电极电流不饱和为原则，也就是说在额定的工作条件下要求晶体管始终处于线性放大区。
[0012]为了消除充电线路引入的高频干扰，所述误差电压采样信号线采集到的误差信号经过电阻九和电容一组成的RC低通滤波电路后输入至所述运算放大器的同相输入端。电阻九的一端通过连接器与电缆输入插头内的中心电极相连接。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述误差电压采样信号线采集到的误差信号输入端与所述充电器的输出负极端之间连接有电阻十。电阻十的设置为了防止充电器端未接入电缆时，导致运算放大器的输入端为悬浮状态，从而产生一个错误的信号电压。
[0014]所述运算放大器的输出端与晶体管的基极之间设有电阻七。电阻七具有限流保护和抗干扰作用，若不添加电阻七，必须将对应的连接点短接。
[0015]为了使充电器符合国家安全规范，在充电器主回路的负极侧或正极侧加入了可控硅器件；所述可控硅串联在所述充电器内输出回路的负极一侧或者串联在所述充电器内输出回路的正极一侧。
[0016]有益效果:与现有技术相比，本发明的优点:
1、本发明通过三线制加长型专用连接电缆连接充电器和蓄电池，利用误差电压采样信号线对主回路导线总压降进行单边采样，并通过误差信号处理变换电路使得低边的误差信号转移到充电器输出的“高边”并加以利用，充电器输出端口的电压将稳定在等于额定输出电压与回路导线总电压降之和，达到使电缆终端的电气特性等同于短线式充电器的参数指标，而连接电缆远端的输出电压则稳定在额定标称值上，远端的输出特性与充电电流的大小、导线的长度等电气参数无关，具有普适性，解决了因延长线上产生的电压降使电瓶充电参数不匹配的问题，实现了端口特性的长距离延伸，满足了远距离充电的要求。
[0017]2、本发明设计的误差信号处理变换电路解决了与“安规”电路的兼容问题，不改变安全规范所要求的短路保护、反接保护等功能特性，在输出开路时，输出仍为安全低电压(或输出电压为零)。
[0018]3、本发明电路结构简单，可直接在现有充电器电路上进行改进，适用性强。
【附图说明】
[0019]图1为电动自行车安全型直流长线式充电器直流侧的简化原理示意图。
[0020]图2为实施例1的充电器原理示意图。
[0021 ] 图3为实施例2的充电器原理示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过附