专利名称：蓄电池高效脉冲充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电池充电领域，具体涉及一种蓄电池高效脉冲充电器。
技术背景蓄电池大量的用于电子领域，如在燃油汽车及电动车中均采用铅酸蓄电池，现有蓄电池 的充电器多为可控硅斩波型主电路，该电路工作在工频(50Hz或者60Hz)下，导致变压器体 积庞大笨重(17kg)，成本增高；另外，」些厂家生产的高频充电器，不具备脉冲充电功能， 而是采用两段式充电方式，即先恒流充电再恒压充电，该方式极易产生浓差极化现象，阻碍 蓄电池接收电能，充电时间延长；同时因为其主电路是硬开关电路，效率比较低，其充电时 电能转换效率为70%至75%;现有的充电方式粗犷，无法对充电过程进行实时的监控，在充电 时会对蓄电池造成损坏。发明内容本实用新型的目的在于提供一种蓄电池高效脉冲充电器，向蓄电池输出矩形脉冲信号， 充电的效果好，电能转化效率高。本实用新型是通过以下技术方案来实现的蓄电池高效脉冲充电器，包括依次连接的前端整流电路、脉冲产生电路、后端整流电路、 滤波电路，前端整流电路上设有输入端，脉冲产生电路上带有控制端，滤波电路上带有输出 端；所述脉冲产生电路包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4，场效应 管M1、场效应管M2的漏极均与所述前端整流电路的高压输出端连接，场效应管M3、场效应 管M4的源极均与所述前端整流电路的低压输出端连接；场效应管Ml的源极与场效应管M3的 漏极连接形成第一连接点，场效应管M2的源极与场效应管M4的漏极连接形成第二连接点， 在场效应管M3的漏极与源极之间设有谐振电容Cs，在第-连接点与第二连接点之间连接有 谐振电感Ls、后端整流电路的整流电感。本实用新型中，前端整流电路可与市电连接，整流之后经脉冲产生电路转换为不同方向 的脉冲电流，再经后端整流电路进行整流、滤波电路进行滤波后输出至蓄电池进行充电；场 效应管Ml与场效应管M4导通时、场效应管M2与场效应管M3关闭，场效应管Ml与场效应管 M4关闭时、场效应管M2与场效应管M3导通，如此反复，向后端整流电路的整流电感两端输 出方向交替变化的脉冲信号，其波形为矩形波，该矩形的脉冲电流经后端整流电路进行整流、 滤波电路滤波后输出对蓄电池进行充电。谐振电感Ls、谐振电容Cs为软开关创造条件；该 电路可通过外围接口进行控制，以实现脉冲充电，有效降低了充电过程中的浓差极化现象， 减少了充电时间，实现快速充电；脉冲充电有效的降低了硫化现象，延长蓄电池的使用寿命； 采用峰值型控制软开关电路提高电源转换效率，减少了体积。本实用新型的进一歩结构是-所述前端整流电路为桥式整流电路，其两个输出端之间连接有输入电容Cin。该电容Cin 的作用是去掉前端整流电路所输出的交流信号。所述脉冲产生电路的控制端与控制电路上的嵌入式微处理器的输出端连接。控制电路上 的嵌入式微处理器可根据该充电器的输入电压、蓄电池的温度等情况对脉冲产生电路进行全 程控制，相对于现有的充电方式而言，对蓄电池充电的控制更为精确，充电效果好。所述控制电路还包括温度补偿电路，温度补偿电路中，固定电阻R1的第二端与负温度系 数热敏电阻NTC的第一端连接而形成串联结构，固定电阻R1与热敏电阻NTC的连接端、放大 器U1的输出端分别与放大器U1的两个输入端连接，在热敏电阻NTC第二端、放大器U1的输 出端之间设置采样保持电容C1;放大器U1的输出端与所述嵌入式微控制器的A/D引脚连接。 该温度补偿电路可根据蓄电池的温度来对脉冲充电电路进行调节控制，如在蓄电池温度升高 时，热敏电阻NTC的阻值降低，热敏电阻NTC的分压值降低，导致采样保持电容C1两端的电 压降低，我们可以根据各温度所对应的热敏电阻NTC的阻值，计算出热敏电阻NTC的分压值 并将其存储在嵌入式微控制器中，再根据铅酸蓄电池的温度补偿公式计算出其充电截止电压， 并通过嵌入式微控制器来实现。所述控制电路还包括过欠压识别电路，过欠压识别电路中，分压电阻R2的第二端与分压 电阻R3的第一端连接而形成串联结构，其连接端与比较器U2的第一输入端连接，分压电阻 R4的第二端与分压电阻R5的第一端连接而形成串联结构，其连接端与比较器U3的第二输入 端连接，比较器U2的第二输入端与比较器U3的第一输入端连接而形成参考电压输入端分 压电阻R3的第二端与分压电阻R5的第二端连接，分压电阻R2的第-端与分压电阻R4的第 一端连接而形成所述过欠压识别电路的检测电压输入端；比较器U2、比较器U3的输出端连 接而形成过欠压识别电路输出端，该输出端与所述嵌入式微控制器的i/0引脚连接。充电时， 市电经前端整流电路整流之后输入至该过欠压识别电路，并将该电压与参考电压进行比较， 当输入电压在设定的幅值范围之外时，比较器U2、比较器U3均输出高电压，只有当输入电 压在正常幅值范围时，比较器U2、比较器U3才输出低电平，嵌入式微控制器根据该过欠压
识别电路来对主电路的脉冲产生电路进行控制。所述控制电路还包括电池采样电路，电池采样电路中，分压电阻R7、采样电容C2并联 之后，再与分压电阻R6串联；分压电阻R6、分压电阻R7的连接端为电池采样电路输出端， 另两端为电池采样电路的输入端。分压电阻R6、分压电阻R7用于对蓄电池的电压进行分压， 嵌入式微控制器对采样电容C2两端的电压进行采样，通过该电路，可以清楚的知道当前蓄电 池的电压情况。
图1是本实用新型的总电路示意图； 图2是图1中主电路的结构图；图3是本实用新型所述脉冲充电器所输出的波形图； 图4是图1中温度补偿电路的结构图； 图5是图1中过欠压识别电路的结构图； 图6是图1中电池采样电路的结构图； 附图标记说明1、控制电路，2、嵌入式微处理器，3、温度补偿电路，4、过欠压识别电路，5、电池采 样电路，6、前端整流电路，7、脉冲产生电路，8、后端整流电路，9、滤波电路，10、第一 连接点，11、第二连接点，12、参考电压输入端，13、检测电压输入端，14、过欠压识别电 路输出端，15、电池采样电路输出端，16、主电路。
具体实施方式
如图l、图2所示， 一种蓄电池高效脉冲充电器，包括依次连接的前端整流电路6、脉冲 产生电路7、后端整流电路8、滤波电路9 (前端整流电路6、脉冲产生电路7、后端整流电 路8、滤波电路9为图2中各虚线框所示，上述电路统称为主电路16)，前端整流电路6上设 有输入端，脉冲产生电路7上带有控制端，滤波电路9上带有输出端，控制电路l上的嵌入 式微处理器2的输出端与脉冲产生电路7的控制端连接。其中，前端整流电路6为桥式整流电路，其两个输出端之间连接有输入电容Cin。脉冲 产生电路7包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4，场效应管M1、场效 应管M2的漏极均与前端整流电路6的高压输出端连接，场效应管M3、场效应管M4的源极均 与前端整流电路6的低压输出端连接；场效应管Ml的源极与场效应管M3的漏极连接形成第 一连接点10，场效应管M2的源极与场效应管M4的漏极连接形成第二连接点11，在场效应管 M3的漏极与源极之间设有谐振电容Cs,在第一连接点10与第二连接点11之间连接有谐振电 感Ls、后端整流电路8的整流电感。充电时，前端整流电路与市电连接，经桥式整流后输出直流电，输入电容Cin再次将前端整流电路所输出的交流信号过滤，在控制电路的控制下，场效应管Ml与场效应管M4导通时，场效应管M2与场效应管M3关闭，场效应管M1与场效应管M4关闭时，场效应管M2与场效应管M3导通，如此反复，脉冲产生电路输出方向交替变化的矩形波，并经后端整流电路进行整流、滤波电路进行滤波后输出，脉冲充电器所输出的脉冲波形如图3所示；本实施例相对于现有技术而言，可实现220 V市电向48V直流转换，同时保持高的电能转换效率，脉冲充电方式有效的减轻蓄电池硫化现象的发生，延长了使用寿命。
本实施例中，控制电路1还包括与嵌入式微处理器2连接的温度补偿电路3、过欠压识 别电路4、电池采样电路5。温度补偿电路3如图4所示，固定电阻Rl的第二端与负温度系数热敏电阻NTC的第一端 连接而形成串联结构，固定电阻Rl与热敏电阻NTC的连接端、放大器Ul的输出端分别与放 大器U1的两个输入端连接，在热敏电阻NTC第二端、放大器U1的输出端之间设置采样保持 电容C1;放大器U1的输出端与嵌入式微控制器2的A/D引脚连接。使用时，可根据蓄电池 的温度补偿公式、热敏电阻的热敏系数对嵌入式微控制器进行设置，以此实现对脉冲充电电 路的控制。过欠压识别电路4如图5所示，分压电阻R2的第二端与分压电阻R3的第一端连接而形 成串联结构，其连接端与比较器U2的第一输入端连接，分压电阻R4的第二端与分压电阻R5 的第一端连接而形成串联结构，其连接端与比较器U3的第二输入端连接，比较器U2的第 输入端与比较器U3的第一输入端连接而形成参考电压输入端12;分压电阻R3的第二端与分 压电阻R5的第二端连接，分压电阻R2的第一端与分压电阻R4的第一端连接而形成过欠压识 别电路4的检测电压输入端13;比较器U2、比较器U3的输出端连接而形成过欠压识别电路 输出端14，该输出端与嵌入式微控制器2的I/O引脚连接。该过欠压识别电路4可通过对前 端整流电路输出端的电压进行监控，当输出电压高于或低于某电压范围时，过欠压l只别电路 4向嵌入式微处理器发出信号，以控制其进入相应的处理程序。电池采样电路5如图6所示，分压电阻R7、采样电容C2并联之后，再与分压电阻R6串 联；分压电阻R6、分压电阻R7的连接端为电池采样电路输出端15,另两端为电池采样电路 的输入端。电池采样电路5的作用是对蓄电池两端的电压进行采样，以便随时关注蓄电池的
充电情况。本实施例所述脉冲充电器通过温度补偿电路根据蓄电池的温度对脉冲充电路进行控制， 过欠压识别电路根据前端整流电路的输出电压进行识别，电池采样电路对蓄电池的两端电压 进行采样，上述信号输入至嵌入式微处理器，以控制脉冲充电电路，控制更准确，在充电时 可以实时对充电情况进行监控，采用脉冲充电电路进行充电，减小了蓄电池硫化现象的发生， 延长其使用寿命，采用软开关控制电路实现电源转换，转换效率高，体积小。
权利要求1、蓄电池高效脉冲充电器，其特征在于包括依次连接的前端整流电路(6)、脉冲产生电路(7)、后端整流电路(8)、滤波电路(9)，前端整流电路(6)上设有输入端，脉冲产生电路(7)上带有控制端，滤波电路(9)上带有输出端；所述脉冲产生电路(7)包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4，场效应管M1、场效应管M2的漏极均与所述前端整流电路(6)的高压输出端连接，场效应管M3、场效应管M4的源极均与所述前端整流电路(6)的低压输出端连接；场效应管M1的源极与场效应管M3的漏极连接形成第一连接点(10)，场效应管M2的源极与场效应管M4的漏极连接形成第二连接点(11)，在场效应管M3的漏极与源极之间设有谐振电容Cs，在第一连接点(10)与第二连接点(11)之间连接有谐振电感Ls、后端整流电路(8)的整流电感。
2、 如权利要求1所述蓄电池高效脉沖充电器，其特征在于所述前端整流电路(6)为桥式 整流电路，其两个输出端之间连接有输入电容an。
3、 如权利要求1或2所述蓄电池高效脉冲充电器，其特征在于所述脉冲产生电路(7)的 控制端与控制电路(1)上的嵌入式微处理器(2)的输出端连接。
4、 如权利要求3所述蓄电池高效脉冲充电器，其特征在于所述控制电路(1)还包括温度 补偿电路(3)，温度补偿电路(3)中，固定电阻R1的第二端与负温度系数热敏电阻NTC 的第一端连接而形成串联结构，固定电阻R1与热敏电阻NTC的连接端、放大器U1的输出 端分别与放大器m的两个输入端连接，在热敏电阻NTC第二端、放大器U1的输出端之问 设置采样保持电容C1;放大器U1的输出端与所述嵌入式微控制器(2)的A/D引脚连接。
5、 如权利要求3所述蓄电池高效脉冲充电器，其特征在于所述控制电路(1)还包括过欠 压识别电路(4)，过欠压识别电路(4)中，分压电阻R2的第二端与分压电阻R3的第- 端连接而形成串联结构，其连接端与比较器U2的第一输入端连接，分压电阻R4的第二端 与分压电阻R5的第一端连接而形成串联结构，其连接端与比较器U3的第二输入端连接， 比较器U2的第二输入端与比较器U3的第一输入端连接而形成参考电压输入端(12);分 压电阻R3的第二端与分压电阻R5的第二端连接，分压电阻R2的第一端与分压电阻R4的 第一端连接而形成所述过欠压识别电路(4)的检测电压输入端(13);比较器U2、比较 器U3的输出端连接而形成过欠压识别电路输出端(14)，该输出端与所述嵌入式微控制器 (2)的I/0引脚连接。
6、如权利要求3所述蓄电池高效脉沖充电器，其特征在于所述控制电路(1)还包括电池 采样电路(5)，电池采样电路(5)中，分压电阻R7、采样电容C2并联之后，再与分压 电阻R6串联；分压电阻R6、分压电阻R7的连接端为电池采样电路输出端(15)，另两端 为电池采样电路的输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种蓄电池高效脉冲充电器，包括依次连接的前端整流电路、脉冲产生电路、后端整流电路、滤波电路，前端整流电路上设有输入端，脉冲产生电路上带有控制端，滤波电路上带有输出端；所述脉冲产生电路包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4，场效应管M1、场效应管M2的漏极均与所述前端整流电路的高压输出端连接，场效应管M3、场效应管M4的源极均与所述前端整流电路的低压输出端连接；场效应管M1的源极与场效应管M3的漏极连接形成第一连接点，场效应管M2的源极与场效应管M4的漏极连接形成第二连接点，并在其间连接有谐振电感Ls、整流电感。本实用新型充电效果好，电能转换效率高。
文档编号H02J7/02GK201048299SQ20072005259
公开日2008年4月16日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者刘海涛, 刘金亮, 忠 张, 张金焕, 蒋力辉, 金浩东 申请人:珠海亿威电动车有限公司