专利名称：充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种充电器，尤其涉及一种能够在电池完全放电时向电池充电的 充电器。
技术背景 随着科技的发展，电池的种类日益繁多，且发展出了可充电电池，如镍镉电池、铅 酸电池和锂电池等等，分别满足了不同使用者的需求。但可充电电池的使用寿命是有限的， 由于其经常需要使用充电器进行充电，此时充电器的品质优劣对可充电电池的使用寿命产 生了巨大影响。现有的充电器多数为当电池接入充电器时，由电池向充电器的控制器供电，从而 充电器进行各种判断工作，当有市电输入时，才会利用市电向控制器供电。由于现有的充电 器多采用电子开关控制其与市电的通断，于是电池必须在还有一定电能时，才能实现让电 子开关闭合，以及使控制器做各种复杂的运算。如果电池接入充电器时，已经完全放电或所 剩电能不多，则其可能无法提供足够的电能使电子开关闭合，如此情况下，充电器将无法向 电池充电，导致原本还可以继续使用的电池，不得不被丢弃，这对资源造成了浪费。
实用新型内容本实用新型提供一种充电器，在电池电量过低时，仍然能够向电池充电。为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种充电器，包括利用外接电源向 电池充电的充电电路；用于控制所述充电器工作的控制器；能够被操作闭合或断开，进而 控制所述充电电路通电或断电的手动开关；与手动开关相并联的电子开关；所述控制器能 够控制所述电子开关闭合或断开，当所述手动开关闭合时，所述外接电源能够向所述控制 器供电，所述控制器能够控制所述电子开关闭合。优选的，所述充电器具有与所述控制器连接的外接电源供电电路，当所述手动开 关或电子开关闭合时，所述外接电源供电电路能够利用所述外接电源的电能向所述控制器
{共 O优选的，所述外接电源供电电路设置有一个DC/DC转换电路。优选的，所述外接电源为交流电源，所述充电器具有一个AC/DC转换电路，将所述 外接电源的交流电转换成直流电，流入所述外接电源供电电路的电流为所述直流电。优选的，所述手动开关为非自锁式机械开关。优选的，所述电子开关为继电器。优选的，所述继电器具有线圈和三极管，所述控制器通过控制三极管导通或阻断， 实现控制线圈是否通电。优选的，流经所述线圈的电能来源为所述外接电源。与现有技术相比，本实用新型的充电器设置有手动开关和电子开关，所述手动开 关与所述电子开关相并联，当所述手动开关闭合时，所述外接电源能够向所述控制器供电，所述控制器能够控制所述电子开关闭合。通过该方案能够实现当电池已经完全放电或电量 极低时，利用外接电源向电池充电，从而满足的使用者的需要，避免对电池产生不必要的浪费。以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是充电器的工作状态示意图；图2是图1中充电器的充电电路的框图；图3是图1中充电器的充电电路的电路图；图4是图1中充电器的工作流程图。其中，100.充电器62.充电电压检测模块 78.电流输入线路10.外接电源63.时钟电路79.连接点20.电池64.指示模块80.主供电线路30.开关组件65.充电电流检测模块 R1、R2.电阻31.手动开关70.控制器供电模块 R3、R4.电阻32.电子开关71.第一供电电路R5、R6.电阻40.外接电源检测模块 72.第二供电电路R7、R8.电阻41.发光部73.第三供电电路R9、R10.电阻42.接收部74.受控部R11、R12.电阻50.转换模块75.稳流模块R13、R14.电阻60.控制器76.连接点R15、R16.电阻61.电池电压检测模块 77.连接点Ql.三极管Q2、Q3.M0S 管 D6、D7.发光二极管 C3、C4.电容D1、D2. 二极管 D8.发光二极管Zl.稳压管D3.D4. 二极管 KM.线圈D5、D9. 二极管 C1、C2.电容
具体实施方式
请参见图1，为本实用新型第一实施方式提供的一种充电器100的工作状态示意 图。充电器100可以利用外接电源10向电池20充电。外接电源10可以为交流电源或直流电源，其电能来源可以为市电或其他商用或 民用发电机发出的电能，在本实施方式中，外接电源10为交流电源，电能来源为市电。电池20为可充电电池，如镍镉电池、锂电池、铅酸电池以及镍氢电池等等，在本 实施方式中，其为铅酸电池。可以理解，电池20并不限于普通意义上的单节电池，其包括具有若干电池的电池包。请参阅图2，其为充电器100的充电电路的示意框图。充电器100的充电电路具有 一个与外接电源10和电池20连接的主供电线路80，在主供电线路80具有开关组件30、夕卜接电源检测模块40、转换模块50、控制器60和控制器供电模块70。开关组件30控制充电 器100与外接电源10连接的通断，外部电源检测模块40与开关组件30连接，检测是否有 外接电源10输入，并能够向控制器60发送检测信息。转换模块50能够将外接电源10输 入的电压，转换成适宜充电器100工作的电压。控制器60控制充电器100对电池20充电， 并具有休眠状态和工作状态。控制器供电模块70获取外接电源10或电池20的电能向控 制器60供电，并满足休眠状态和工作状态不同的用电需求。请一并参阅图3，其为充电器100的充电电路的电路图。开关组件30设置于靠近 主供电线路80与外接电源10连接的位置，其包括相并联的一个手动开关31和一个电子开 关32。手动开关31为一个非自锁机械开关，当手动开关31被按下，其连接的电路导通， 当施加的外力撤销时，手动开关31自动断开。电子开关32可以为继电器、三极管、可控硅、固态继电器或其他可控制具备通断 功能的电子元件，在本实施方式中，其为一个继电器。该继电器主要包括一个线圈KM、三极 管Q1、电阻R11、R12。三极管Ql为一个NPN型三极管，用于作为线圈KM是否通电的开关元 件，其基极通过电阻Rll与控制器60连接。电阻R12与三极管Ql的基极和发射极相并联。 线圈KM与三极管Ql的集电极相电性连接，以及与控制器供电模块70相电性连接。当控制器60控制电子开关32闭合时，会向三极管Ql的基极提供一个高电平，从 而使三极管Ql导通，线圈KM通电产生磁力，进而使所述继电器吸合，实现其连接的电路导 通。当控制器60撤销该高电平，则三极管Ql便会阻断电路，此时线圈KM会停止通电，则所 述继电器会断开其连接的电路。外接电源检测模块40用于检测是否有外接电源10的电能输入，其与开关组件30 以及控制器60连接，并能够向控制器60发送检测信号。外接电源检测模块40可以为一个 采样电路、一个光耦电源检测电路或由多个电阻组成的检测电路，在本实施方式中，其为一 个光耦电源检测电路。外接电源检测模块40包括发光部41和接收部42，发光部41包括相 互并联且反向的发光二极管D8和二极管D9，并通过一个电阻R13与开关组件30连接，当开 关组件30导通且外接电源10输入电能时，发光部41发出光线。接收部42为一个光敏三 极管，其接收所述光线而导通向控制器60发出检测信号。转换模块50设置于主供电线路80中，将外接电源10经过主供电线路80输入的电 压进行转换，以适合对电池20进行充电。转换模块50可以为一个AC/DC转换电路，也可以 为一个DC/DC转换电路，也可以兼具AC/DC转换电路和DC/DC转换电路，在本实施方式中， 其为一个AC/DC转换电路，将外接电源10输入的交流电转换成直流电。可以理解，转换模块50还可以设置具备对电池20恒流充电和恒压充电的功能，由 于限于篇幅，且为本领域公知技术，在此不做详细介绍。控制器供电模块70包括一个第一供电电路71、一个第二供电电路72以及一个第 三供电电路73。当没有外接电源10输入时，第一供电电路71在控制器60的控制下能够获 取电池20的电能向控制器60供电，第二供电电路72直接获取电池20的电能向控制器60 供电，第三供电电路73不能向控制器60供电；当有外接电源10输入时，控制器60电能来 源仅为外接电源10。第一供电电路71与第二供电电路72具有相同的电流输入线路78，并且电流输入线路78与主供电线路80相电性连接，形成一个连接点79，且连接点79位于主供电线路80靠近电池20的位置，在连接点79与转换模块50之间设置有一个二极管D1，防止电池20的 电流流入转换模块50。第一供电电路71主要包括一个受控模块74和一个稳压模块75。受控模块74用 于接受控制器60的控制，使第一供电电路71具有两个状态，即通电状态和不通电状态，进 而实现控制第一供电电路71是否向控制器60供电。受控模块74包括电阻R4、M0S管Q3、电容Cl、电阻R2、电阻Rl以及MOS管Q2。MOS 管Q3与电容Cl相并联后与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q3的栅极经过电阻R4与控制器 60连接，电阻Rl与MOS管的源极和栅极相并联。当电池20接入充电器100后的瞬间内，由 于电容Cl充电相当于短路，因此电流能够流经电阻Rl为MOS管Q2提供一个开启电压，使 MOS管Q2导通，使第一供电电路71处于通电状态，电流经过稳压模块75进入控制器60，此 时控制器60会向MOS管Q3的栅极提供一个电压，使其导通，从而维持第一供电电路71的 通电状态。当需要第一供电电路71进入不通电状态时，控制器60停止向MOS管Q3提供电 压，则受控模块74不再形成通路，则MOS管Q2的栅极不再有电压输入，则电流无法通过MOS 管Q3，此时第一供电电路71为不通电状态。可以理解，MOS管Q2、Q3还可以替换成其他具有电路通断控制的电子元件，如三极 管、继电器等，在此限于篇幅，不进行详细列举，但只要其实现的功能和效果与本实用新型 相同或相近似，均应涵盖于本实用新型保护范围内。稳压模块75为一个DC/DC转换电路，将第一供电电路71的电压转换成适合控制 器60的直流电压并供给控制器60。当没有外接电源10输入时，此时第一供电电路71获取 电池20的电能向控制器60供电，稳压模块75会将电池20输入的电压进行降压以适合控 制器60，并能够持续稳定的保持输出该电压。在本实施方式中，假设电池20的电压为28V 并在不断下降，而控制器60的工作电压为5V，则稳压模块75会将电池20提供的电压降至 5V后，再提供给控制器60。当有外接电源10输入时，由于经过转换模块50转换输出的直 流电的电压可能过高，如果直接向控制器60供电，则可能烧毁控制器60，此时，稳压模块75 会对转换模块50输出的电流进行降压，并且使其更加稳定，以适合向控制器60供电。第二供电电路72中仅设置有一个电阻R10，且第二供电电路72的带负载能力小于 第一供电电路71的带负载能力，即第一供电电路71能够驱动更多的电路元件。电阻RlO 可以设置成1M、1.5M或2M等等，在本实施方式中，其阻值为1M。第二供电电路72与第一 供电电路71具有一个连接点76，二者连接后共同接入控制器60的电源输入端子。连接点 76位于稳压模块75与控制器60之间，且为了防止在第一供电电路71处于不通电状态时， 电流会流向稳压模块75，在连接点76与稳压模块75之间设置一个二极管D5。当控制器60仅由第二供电电路72供电时，由于供电电流较小，且不够稳定，控制 器60不会进行数据比较或判断之类的工作，能够进入并维持休眠状态，当其被唤醒时能够 控制受控模块74使第一供电电路71进入通电状态，进而能够控制电子开关32闭合。可以理解，为了使第二供电电路72向控制器60供电更加稳定，且防止第二电路中 瞬时电压过高烧毁控制器60，可以在连接点76处连接一个稳压管Zl，此时第二供电电路72 通过电阻RlO和稳压管Zl串联向控制器60供电，由于电阻RlO阻止大，且产生压降较大， 致使稳压管Z 1的工作电压小于其额定电压，从而实现流向控制器60的电流较小且稳定。另外，第二供电电路72通过与稳压管Zl并联设置一个电容C2，以满足控制器60从睡眠状 态被唤醒时，短时间内对电能需求激增的需要，防止因供电不足，导致控制器60死机。第三供电电路73能够利用外接电源10的电能向控制器60供电，其直接与主供电 线路80连接，且连接点位于经转换模块50将外接电能转换成直流电能之后的部分。第三供电电路73上设置有稳压模块， 即DC/DC转换电路，为了实现电路优化，第三 供电电路73和第一供电电路71可以共用一个稳压模块75，即第一供电电路71与第三供电 电路73连接后再与稳压模块75连接，从而形成一个连接点77，并且在第一供电电路71靠 近连接点77的位置设置二极管D3，以及在第三供电电路73靠近连接点77的位置设置二极 管D2，限定电流的方向，避免第三供电电路73的电流流入第一供电电路71，或者第一供电 电路71的电流流入第三供电电路73。为了防止电路接通瞬间，电路中电流过大烧毁稳压模 块75，可以在连接点77与稳压模块75之间设置电阻R9，以保护稳压模块75。可以理解，转换模块50可以具有两个正极输出端，且该两个输出端的输出电压不 同，一个适用于用于给电池20充电，另一个适用于用于向控制器60供电，此时第三供电电 路73直接与转换模块50给控制器60供电的输出端连接，如此，第三供电电路73可以不连 接稳压模块75，直接向控制器60供电。可以理解，电子开关32的线圈KM与控制器供电模块70的连接点位于稳压模块75 与二极管D5之间。 第一供电电路71、第二供电电路72以及第三供电电路73向控制器60供电情况如 下表一。表一 如序号1当没有外接电源10和电池20接入充电器100时，充电器100不会进行 任何工作；如序号2和3当有外接电源10接入而无电池20时，控制器60不会控制接通电 子开关32，此时点动手动开关31，会通过第三供电电路73向控制器60供电，但控制器60 因没有发现电池20而不会进行工作。如序号4、5、6、7和8所示，当没有外接电源10接入而电池20装入充电器100时， 第一供电电路71和第二供电电路72均向控制器60供电(如序号4)，且第一供电电路71 的供电电流大于第二供电回路72的供电电流，控制器60判断电池20是否需要充电，当不 需要充电时，控制器60不会控制电子开关32接通，当电池20需要充电时(如序号5)，则控 制器60控制电子开关32接通，并通过外接电源检测模块40检测是否存在外接电源10输 入，此时若没有发现外接电源10输入，则控制器60使第一供电电路71不通电(如序号6)， 并断开电子开关32，仅由第二供电电路72进行供电。控制器60每每间隔一段时间接通一 次第一供电电路71，并控制电子开关32接通一次(如序号7)，判断是否有外接电源10输 入。如序号8所示，当发现有外接电源10输入时，则控制电子开关32接通，并控制充 电器100开始对电池20充电，此时第三供电回路73接通并向控制器60供电。由于线路长度原因，导致在连接点77处第三供电电路73的电压高于第一供电电路71的电压，因此，第 一供电电路71在第三供电电路73导通后，便不再向控制器60供电。如序号9所示，当电池20充满后，控制器60控制电子开关32断开，此时控制器60 仅由第二供电电路72供电，充电器100不会消耗外接电源10的电能，且因为第二供电电路 72供电电流较小，其消耗电池20的电能也非常少，从而实现整个充电器100非常节省电能。如序号10所示，当电池20充满后，每间隔一段时间控制器60控制第一供电电路 71接通一次，此时控制器60判断电池20是否需要充电，如果需要则重复前述功能，不需要 则控制第一供电电路71停止供电。如序号11、12所示，当外接电源10和电池20均接入充电器100，在控制器60尚未 做出相应进行对电池20充电的时间内，如果手动开关31被接通，此时充电器100立即开始 对电池20充电(如序号11)，并控制电子开关3 2闭合(如序号12)，从而实现了快速响应 充电的功能。如果电池20装入充电器100时，已经过放电甚至完全放电，其可能没有足够的电 能完成前述序号7和8的功能，即控制器60无法提供足够的电能使电子开关32接通，此 时如果没有闭合手动开关31，则充电器100无法开始对电池20进行充电，若闭合手动开关 31，则外部电源10会通过第三供电电路73向控制器60供电，从而控制器60能够控制接通 电子开关32，即使此时断开手动开关31，电能也会从电子开关32进入第三供电电路73，从 而确保对控制器60进行供电，进而能够实现整个充电器100对电池20进行充电。可以理解，也可以单独设置一个纽扣电池为控制器60提供休眠状态下的电能，以 及使控制器60能够接通第一供电电路71，从而可以省去第二供电电路72。控制器60用于控制充电器100向电池20充电，其连接有一个电池电压检测模块 61、充电电压检测模块62、时钟电路63、指示模块64以及充电电流检测模块65。控制器60 内部还集成有看门狗电路，用于在控制器60进入休眠状态时，唤醒控制器60。电池电压检测模块61与控制器供电模块70连接，当电池20接入充电器100后， 检测电池20的电压，并向控制器60反馈其检测信息，由控制器60进行运算得出电池20的 电压值。充电电压检测模块62用于在充电器100为电池20充电过程中，检测充电电压，并 向控制器60反馈其检测信息，由控制器60进行运算得出充电电压。时钟电路63用于给控制器60提供时钟源，并能够从控制器60获取电能，以维持 该时钟电路63的工作。可以理解，时钟电路63为一个外接低频时钟电路，当控制器60进入休眠状态时， 会停止给时钟电路63电能供应，从而节省了电能。指示模块64包括若干发光二极管，其在控制器60的控制下发光或者改变发光颜 色，发光颜色的变化，可以用来表示充电器100的工作状态或者电池20是否已经被充满。在 本实施方式中，设置二个发光二极管D6、D7，并分别发出红色和绿色两种颜色的光线。LED 的状态，对应充电器的状态如下表二所示。表二 控制器60从控制器供电模块70获取电能，能够向电子开关32以及控制器供电模 块70发出控制信号，并且能够向时钟电路63以及指示模块64提供电能。可以理解，在控制器60根据外接电源检测模块40发出的检测信号判断是否有外 接电源10的输入时，会因外接电源检测模块40的具体组成不同，导致判断方式有所不同， 比如，外接电源检测模块40可以为采样电路，即其获取电池20的电能工作，并对外接电源 10的输入进行采样检测，当没有检测到外接电源10的输入时，其输出低电平给控制器60， 当检测到外接电源10的输入时，其输出高电平给控制器60，相对于控制器60，外接电源检 测模块40输出的低电平或高电平即为检测信号。在本实施方式中，外接电源检测模块40 为光耦电源检测电路，当有外接电源10的输入时，外接电源检测模块40输出的检测信号为 电信号，当没有外接电源10的输入时，外接电源检测模块40输出的检测信号为空值，即其 不发出电信号，控制器60根据接收到电信号或空值，判断出是否有外接电源10的输入。当 然，控制器60通过外接电源检测模块40得出是否有外接电源10输入的技术方案并不局限 于此，因限于篇幅，再次不进行穷举，但只要其采用的技术以及实现的效果与本实用新型相 同或相似，均应涵盖于本实用新型保护范围内。请参阅图4，为控制器60控制充电器100对电池20充电的工作流程图。当电池20装入充电器100，第一供电电路71和第二供电电路72均从电池20获取 电能向控制器60供电，控制器60开始工作，其维持第一供电电路71处于通电状态，并通过 电池电压检测模块61提供的检测数据运算得出电池20电压，并通过与控制器60内部一个 预设电压值比较判断电池是否需要充电，在本实施方式中，举例为假设预设电压值为26V， 当控制器60发现电池20的电压大于26V，则认为电池20不需要充电，当控制器60发现电 池20的电压小于等于26V，则认为电池20需要充电。当电池20不需要充电时，控制器60控制第一供电电路71进入不通电状态，其仅 由第二供电电路72供电，充电过程结束，控制器进入休眠状态；当检测到电池20需要充电 时，控制器60控制电子开关32闭合，并通过外接电源检测模块40检测是否有外接电源10 输入，当没有发现外接电源10，控制器60控制第一供电电路71进入不通电状态，其仅由第 二供电电路72供电，此时控制器60进入休眠状态，并且每间隔一段时间由其内部的看门狗 电路唤醒一次，被唤醒后，其接通第一供电电路71，并随即控制电子开关32闭合一次，由外 接电源检测电路40检测是否有外接电源10输入，当没有外接电源10输入时，再次进入休 眠，并重复被唤醒检测外接电源10的步骤；当发现外接电源10输入，则开始对电池20充 H1^ ο可以理解，控制器60每间隔一段时间从休眠模式被唤醒，该时间间隔可以逐渐延 长，如最初5分钟内每3秒控制器60被唤醒一次，并控制电子开关32闭合，检测是否有外 接电源10，如果没有外接电源10，则在第6分钟至第10分钟改为30秒被唤醒一次，10分钟后改为每10分钟唤醒一次。当然，本实用新型并不限于在本实施方式中描述的唤醒控制 器60的规律，本领域技术人员还可以做出其他改变，但只要其技术精髓与本实用新型相同 或相近似，均应涵盖于本实用新型保护范围内。在充电过程中，控制器60通过获取电池电压检测模块61、充电电压检测模块62 以及充电电流检测模块65检测到的数据，判断电池20是否已经充满，当然也可以仅仅根据 电池电压、充电电压或充电电流中的一项数据，判断电池20是否已经充满。在本实施方式 中，举例为仅仅根据充电电流判断电池20是否充满，在控制器60内设置一个预设电流值， 比如为300mA，当控制器60对通过充电电流检测模块65检测到的数据进行运算后，得出的 电流值如果大于300mA，则认为电池20没有充满，需要继续充电；当得出的电流值小于等于 300mA，控制器60会认为电池20已经充满，则控制电子开关32断开，结束充电过程。可以理解，当电池20充满后，如果没有脱离充电器100，则充电器100会进入休眠 状态，仅由第二供电电路72供电，此后控制器60每间隔一段时间被唤醒一次，接通第一供 电电路71并检测电池电压，如果控制器60发现电池20需要充电，则其控制充电器100对 电池20充电，如果电池20不需要充电，则其控制第一供电电路71不通电，然后再次进入休 眠状态。与现有技术相比，本实用新型的充电器设置有手动开关和电子开关，所述手动开 关与所述电子开关相并联，当所述手动开关闭合时，所述外接电源能够向所述控制器供电， 所述控制器能够控制所述电子开关闭合。通过该方案能够实现当电池已经完全放电或电量 极低时，利用外接电源向电池充电，从而满足的使用者的需要，避免对电池产生不必要的浪费。本领域技术人员可以想到的是，本实用新型还可以有其他的实现方式，但只要其 采用的技术精髓与本实用新型相同或相近似，或者任何基于本实用新型作出的变化和替换 都在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种充电器，包括利用外接电源向电池充电的充电电路；用于控制所述充电器工作的控制器；能够被操作闭合或断开，进而控制所述充电电路通电或断电的手动开关；与手动开关相并联的电子开关；其特征在于所述控制器能够控制所述电子开关闭合或断开，当所述手动开关闭合时，所述外接电源能够向所述控制器供电，所述控制器能够控制所述电子开关闭合。
2.根据权利要求1所述充电器，其特征在于所述充电器具有与所述控制器连接的外 接电源供电电路，当所述手动开关或电子开关闭合时，所述外接电源供电电路能够利用所 述外接电源的电能向所述控制器供电。
3.根据权利要求2所述充电器，其特征在于所述外接电源供电电路设置有一个DC/DC 转换电路。
4.根据权利要求3所述充电器，其特征在于所述外接电源为交流电源，所述充电器具 有一个AC/DC转换电路，将所述外接电源的交流电转换成直流电，流入所述外接电源供电 电路的电流为所述直流电。
5.根据权利要求1至4任一所述充电器，其特征在于所述手动开关为非自锁式机械开关。
6.根据权利要求5所述充电器，其特征在于所述电子开关为继电器、三极管、可控硅 或固态继电器。
7.根据权利要求6所述充电器，其特征在于所述继电器具有线圈和三极管，所述控制 器通过控制三极管导通或阻断，实现控制线圈是否通电。
8.根据权利要求7所述充电器，其特征在于流经所述线圈的电能来源为所述外接电源。
专利摘要本实用新型提供一种充电器，包括利用外接电源向电池充电的充电电路；用于控制所述充电器工作的控制器；能够被操作闭合或断开，进而控制所述充电电路通电或断电的手动开关；与手动开关相并联的电子开关；所述控制器能够控制所述电子开关闭合或断开，当所述手动开关闭合时，所述外接电源能够向所述控制器供电，所述控制器能够控制所述电子开关闭合。与现有技术相比较，本实用新型提供的技术方案能够在电池完全放电的情况下向电池充电，满足的了用户需求，避免了电池的浪费。
文档编号H02J7/02GK201616699SQ20102011855
公开日2010年10月27日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者田角峰 申请人:苏州宝时得电动工具有限公司