专利名称：带短路保护的充电电路、充电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及充电电路，尤其涉及一种带短路保护的充电电路、充电器。
背景技术：
传统的充电器的输出端通常没有短路保护功能，当输出端意外短路时，充电电路便会损坏，这样损坏的充电器通常无法修复。也有采用专用集成电路(IC)来对充电器的输出端进行短路保护，但是其电路复杂，成本高。
发明内容
基于此，有必要提供一种简单可靠、节省成本的带短路保护的充电电路。
一种带短路保护的充电电路，包括充电模块、短路保护模块和防反二极管，所述充电模块包括变压整流电路、控制电路、开关电路、恒流电路和采样电路，所述控制电路的输入端与所述变压整流电路的输出端、采样电路和短路保护模块相连，输出端与所述开关电路的输入端相连，所述控制电路根据所述采样电路的采样电压控制所述开关电路的导通和截止，所述开关电路的输出端与所述恒流电路的输出端相连，所述恒流电路的输出端通过所述防反二极管与充电电池相连，所述短路保护模块包括第一运算放大器、第一保护二极管和第二保护二极管，所述第一运算放大器的反相输入端与第一保护二极管的正极相连，输出端与第二保护二极管的正极相连，所述第一保护二极管的负极与充电电路的输出端相连，所述第二保护二极管的负极与所述控制电路的输入端相连，所述充电电路的输出端短路时，所述第一运算放大器的反相输入端电压通过所述第一保护二极管拉低，使所述第一运算放大器的输出端输出高电平，所述控制电路在所述高电平的作用下输出低电平，通过所述低电平控制所述开关电路截止。优选的，所述短路保护模块还包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第一分压电阻接地，并通过所述第二分压电阻与所述变压整流电路的输出端相连，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第三分压电阻与所述变压整流电路的输出端相连。优选的，所述控制电路包括保护电阻、稳压管、第一可调电阻和第二运算放大器，所述保护电阻的一端与所述变压整流电路的输出端相连，另一端通过所述稳压管接地，所述第一可调电阻与所述稳压管并联，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一可调电阻的调节端相连，反向输入端与所述第二保护二极管的负极相连，输出端与所述开关电路的输入端相连。优选的，所述控制电路还包括第一储能电容和滤波电容，所述第一储能电容一端与变压整流电路的输出端相连，另一端接地，所述滤波电容与所述第一储能电容并联。优选的，所述开关电路包括第一三极管和偏置电阻，所述第一三极管的发射极接地，基极与所述控制电路的输出端相连，集电极与所述恒流电路的输入端相连，所述第二三极管的基极还通过所述偏置电阻接地。
优选的，所述恒流电路包括第二三极管和第二可调电阻，所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极相连，发射极通过所述第二可调电阻与变压整流电路的输出端相连，集电极通过所述防反二极管与充电电池相连。优选的，所述恒流电路还包括发光二极管，所述发光二极管的正极与所述变压整流电路的输出端相连，负极与所述第二三极管的基极相连，所述发光二极管在所述开光电路导通时点売，在所述开关电路截止时媳灭。优选的，所述采样电路包括第二储能电容、采样电阻、第四分压电阻和调节二极管，所述采样电阻一端接地，另一端与所述第四分压电阻串联后与所述第二三极管的集电极相连，所述采样电阻与所述第四分压电阻的连接处通过调节二极管与所述运算放大器的反相输入端相连，所述第二储能电容与所述采样电阻、第四分压电阻并联。优选的，所述变压整流电路包括变压器和整流器，所述变压器的初级线圈与市电相连，次级线圈与所述整流器的输入端相连，所述整流器的输出端的一端接地，所述充电电路还包括隔离二极管，所述隔离二极管的正极与直流电相连，负极与所述整流器的输出端 的另一端相连。此外，还有必要提供一种包含上述带短路保护的充电电路的充电器。上述带短路保护的充电电路及充电器，当充电器的输出端短路时，通过短路保护模块中的第一保护二极管，使得第一运算放大器的反相输入端电压被拉低，则第一运算放大器的同相输入端的电压大于其反相输入端的电压，第一运算放大器输出高电平，在该高电平的作用下，控制电路输出低电平，从而控制开关电路截止，充电器停止充电。因此在充电器的输出端意外短路时能有效保护充电器，实现起来简单可靠，能有效节省电路成本。
图I为实施例一提供的带短路保护的充电电路的结构示意图；图2为实施例二提供的带短路保护的充电电路的结构示意图。
具体实施方式本发明提供的带短路保护的充电电路，包括充电模块、短路保护模块和防反二极管，充电模块包括变压整流电路、控制电路、开关电路、恒流电路和采样电路，控制电路的输入端与变压整流电路的输出端、采样电路和短路保护模块相连，输出端与开关电路的输入端相连，控制电路根据采样电路的采样电压控制开关电路的导通和截止，开关电路的输出端与恒流电路的输出端相连，恒流电路的输出端通过防反二极管与充电电池相连，短路保护模块包括第一运算放大器、第一保护二极管和第二保护二极管，第一运算放大器的反相输入端与第一保护二极管的正极相连，输出端与第二保护二极管的正极相连，第一保护二极管的负极与充电电路的输出端相连，第二保护二极管的负极与控制电路的输入端相连，充电电路的输出端短路时，第一运算放大器的反相输入端电压通过第一保护二极管拉低，使第一运算放大器的输出端输出高电平，控制电路在高电平的作用下输出低电平，通过低电平控制开关电路截止。实施例一如图I所示，带短路保护的充电电路包括充电模块10、短路保护模块20和防反二极管30，其中充电模块10包括变压整流电路11、控制电路12、开关电路13、恒流电路14和采样电路15，其中变压整流电路11的输入端与市电相连，控制电路12的输入端与变压整流电路11的输出端、采样电路15和短路保护模块20相连，控制电路12的输出端与开关电路13的输入端相连，开关电路13的输出端与恒流电路14的输入端相连，恒流电路14的输出端通过防反二极管30与充电电池相连。控制电路12根据采样电路15的采样电压控制开关电路13的导通和截止，在开关电路13导通时，充电电路对充电电池进行充电，在开关电路13截止时，充电电路停止对充电电池充电，防反二极管30可防止充电完成后切断电源时充电电池对充电电路放电。 短路保护模块20包括第一运算放大器OPl、第一保护二极管D6和第二保护二极管D7，第一运算放大器OPl的反相输入端与第一保护二极管D6的正极相连，输出端与第二保护二极管D7的正极相连，第一保护二极管D6的负极与充电电路的输出端(即充电电池的输入端)相连，第二保护二极管D7的负极与控制电路12的输入端相连。充电电路的输出端短路时，第一运算放大器OPl的反相输入端电压Vp通过第一保护二极管D6拉低，使第一 运算放大器OPl的同相输入端电压Vk大于反相输入端电压Vp，第一运算放大器OPl的输出端输出高电平，控制电路12在高电平的作用下则输出低电平，通过低电平控制开关电路13截止，充电电路停止充电，从而实现短路保护功能。由于短路保护模块20通过拉低第一运算放大器OPl的反相输入端电压Vp来使得短路保护模块20输出低电平，控制模块12在高电平的输入下控制开关电路13截止，该电路实现起来简单可靠，能节省电路成本，并且响应速度快。在其他的实施方式中，控制电路12的输入端还可连接直流电，例如车载12V的电源，这样即可实现通过市电对充电电池充电，也可通过车载电源对充电电池充电，使用更方便。实施例二如图2所示，带短路保护的充电电路，包括充电模块10、短路保护模块20和防反二极管D2，充电模块10包括变压整流电路11、控制电路12、开关电13路、恒流电路14和采样电路15。其中变压整流电路11包括变压器Tl和整流器D3，变压器Tl的初级线圈与市电相连，次级线圈与整流器D3的输入端I和3相连，整流器D3的输出端4接地，变压器Tl将220V市电转换为低电压，通过整流器D3将交流电转换为直流电。充电电路还包括隔离二极管D1，隔离二极管Dl的正极与直流电相连，负极与整流器D3的输出端2相连，隔离二极管Dl用于隔离交流电和直流电供电电源的相互影响。本实施例提供的充电电路既可以通过220V交流电对充电电池BT充电，也可以通过直流电源(例如车载12V电源)对充电电池BT充电。如图2所示，控制电路12包括保护电阻R1、稳压管D4、第一可调电阻Rwl和第二运算放大器0P2，保护电阻Rl的一端与整流器D3的输出端2相连，另一端通过稳压管D4接地，第一可调电阻Rwl与稳压管D4并联。该实施例中，还可设置与第一可调电阻Rwl串联的电阻R2。第二运算放大器0P2的同相输入端与第一可调电阻Rwl的调节端相连，反相输入端与采样电路15和短路保护模块20相连，输出端通过电阻R3与开关电路13的输入端相连。该实施例中，控制电路12还包括第一储能电容Cl和滤波电容C3，第一储能电容Cl的一端与整流器D3的输出端2相连，另一端接地，滤波电容C3与第一储能电容Cl并联。开关电路13包括第一三极管Ql和偏置电阻R4，第一三极管Ql的发射极接地，基极与电阻R3相连，集电极与恒流电路14的输入端相连，第一三极管Ql的基极还通过偏置电阻R4接地。恒流电路14包括第二三极管Q2和第二可调电阻Rw2，第二三极管Q2的基极通过电阻R5与第一三极管Ql的集电极相连，发射极通过电阻R6与第二可调电阻Rw2串联，并通过第二可调电阻Rw2与整流器D3的输出端2相连，第二三极管Q2的集电极通过防反二极管D2与充电电池BT相连。该实施例中，恒流电路14还包括发光二极管D5，发光二极管D5的正极与整流器D3的输出端2相连，负极与第二三极管Q2的基极相连，发光二极管D5在开关电路13导通时点亮，在开关电路13截止时熄灭。 采样电路15包括第二储能电容C2、采样电阻R7、第四分压电阻R8和调节二极管D8，采样电阻R7 —端接地，另一端与第四分压电阻R8串联后与第二三极管Q2的集电极相连，采样电阻R7与第四分压电阻R8的连接处通过调节二极管D8与第二运算放大器0P2的反相输入端相连，即采样电路15的采样电压通过调节二极管D8降压后作为第二运算放大器0P2的反相输入端电压。第二储能电容C2则与采样电阻R7、第四分压电阻R8并联。短路保护模块20包括第一运算放大器OPl、第一保护二极管D6、第二保护二极管D7、第一分压电阻R11、第二分压电阻RlO和第三分压电阻R9，第一运算放大器OPl的同相输入端通过第一分压电阻Rl I接地，并通过第二分压电阻RlO与整流器D3的输出端2相连，第一运算放大器OPl的反相输入端通过第三分压电阻R9与整流器D3的输出端2相连，第一运算放大器OPl的反相输入端还与第一保护二极管D6的正极相连，第一保护二极管D6的负极与充电电路的输出端相连，第一运算放大器OPl的输出端与第二保护二极管D7的正极相连，第二保护二极管D7的负极则与第二运算放大器0P2的反向输入端相连。本实施例提供的充电电路在充满电后可以自动切断充电，原理如下根据该实施例提供的充电电路，设置充电电压为VB = VR*(R7+R8)/R7_VD2，设置充电电流为IQ2c= (VD5-VQ2be)/(Rw2+R6)。通过调节第一可调电阻Rwl，使得充电时，第二运算放大器0P2的同相输入端电压VR比反相输入端电压(即采样电路15的采样电压通过调节二极管D8降压后的电压)高，这样充电时第二运算放大器0P2的输出端则输出高电平，使得第一三极管Ql导通，再通过恒流电路14后给充电电池BT充电，此时发光二极管D5点亮。通过设置第一分压电阻R11、第二分压电阻RlO和第三分压电阻R9，使得第一运算放大器OPl的同相输入端电压Vk小于其反相输入端电压Vp。例如,可设置Vk为2-3V,Vp为4-5. 5V。这样第一运算运算放大器OPl输出低电平，由于第二保护二极管D7存在，因此不会影响充电电路正常工作。当充电电池BT充电至设置的充电电压VB时，第二运算放大器OP2的同相输入端电压VR低于反相输入端电压,第二运算放大器0P2的输出端则输出低电平，控制第一三极管Ql截止，充电电路停止对充电电池BT充电，从而实现充满电时自动切断功能。由于此时第一三极管Ql截止，发光二极管D5熄灭。本实施例提供的充电电路可实现短路保护功能，原理如下当充电电路的输出端短路时，第一运算放大器OPl的反相输入端电压Vp通过第一保护二极管D6迅速拉低，小于同相输入端电压Vk。例如，电压Vp通过第一保护二极管D6迅速拉低至IV左右，而Vk设置在2-3V，因此第一运算放大器OPl的反相输入端电压Vp小于同相输入端电压Vk，第一运算放大器OPl则输出高电平。通过第二保护二极管D7后，使得第二运算放大器0P2的反相输入端电压大于同相输入端电压Vp，第二运算放大器0P2则输出低电平，控制第一三极管Ql截止(相当于第一三极管Ql的集电极悬空)，因此第二三极管Q2也截止，恒流电路14则无法工作，充电电路自动切断，从而实现短路保护功能。由于此时第一三极管Ql截止，发光二极管D5熄灭。当短路消除后，第一运算放大器OPl的反相输入端电压Vp迅速恢复为充电电路工作时的电压，高于同相输入端电压Vk，第一运算放大器OPl则输出低电平，使得第二运算放大器0P2的反相输入端电压低于其同相输入端电压VR，第二运算放大器0P2则输出高电平，使得第一三极管Ql导通，发光二极管D5点亮，恒流电路14正常工作，因此充电电路自动恢复充电。在另一个实施例中，还提供了包含上述带短路保护的充电电路的充电器。
上述带短路保护的充电电路及充电器，当充电器的输出端短路时，通过短路保护模块20中的第一保护二极管D6，使得第一运算放大器OPl的反相输入端电压Vp被拉低，第一运算放大器OPl则输出高电平，在该高电平的作用下，第二运算放大器0P2则输出低电平，控制第一三极管Ql截止，第二三极管Q2也截止，恒流电路14无法正常工作，充电器停止充电。因此在充电器的输出端意外短路时能有效保护充电器。上述带短路保护的充电电路通过简单的短路保护电路20实现，简单可靠，并且响应速度快，能有效节省电路成本。由于充电器的输出端短路时充电器能得到有效的保护，使得充电器不会因为短路而损坏，延长了充电器的使用寿命，节省了维修费用。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种带短路保护的充电电路，其特征在于，包括充电模块、短路保护模块和防反二极管，所述充电模块包括变压整流电路、控制电路、开关电路、恒流电路和采样电路，所述控制电路的输入端与所述变压整流电路的输出端、采样电路和短路保护模块相连，输出端与所述开关电路的输入端相连，所述控制电路根据所述采样电路的采样电压控制所述开关电路的导通和截止，所述开关电路的输出端与所述恒流电路的输出端相连，所述恒流电路的输出端通过所述防反二极管与充电电池相连，所述短路保护模块包括第一运算放大器、第一保护二极管和第二保护二极管，所述第一运算放大器的反相输入端与第一保护二极管的正极相连，输出端与第二保护二极管的正极相连，所述第一保护二极管的负极与充电电路的输出端相连，所述第二保护二极管的负极与所述控制电路的输入端相连，所述充电电路的输出端短路时，所述第一运算放大器的反相输入端电压通过所述第一保护二极管拉低，使所述第一运算放大器的输出端输出高电平，所述控制电路在所述高电平的作用下输出低电平，通过所述低电平控制所述开关电路截止。
2.根据权利要求I所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述短路保护模块还包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第一分压电阻接地，并通过所述第二分压电阻与所述变压整流电路的输出端相连，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第三分压电阻与所述变压整流电路的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述控制电路包括保护电阻、稳压管、第一可调电阻和第二运算放大器，所述保护电阻的一端与所述变压整流电路的输出端相连，另一端通过所述稳压管接地，所述第一可调电阻与所述稳压管并联，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一可调电阻的调节端相连，反向输入端与所述第二保护二极管的负极相连，输出端与所述开关电路的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述控制电路还包括第一储能电容和滤波电容，所述第一储能电容一端与变压整流电路的输出端相连，另一端接地，所述滤波电容与所述第一储能电容并联。
5.根据权利要求I至4中任意一项所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述开关电路包括第一三极管和偏置电阻，所述第一三极管的发射极接地，基极与所述控制电路的输出端相连，集电极与所述恒流电路的输入端相连，所述第二三极管的基极还通过所述偏置电阻接地。
6.根据权利要求5所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述恒流电路包括第二三极管和第二可调电阻，所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极相连，发射极通过所述第二可调电阻与变压整流电路的输出端相连，集电极通过所述防反二极管与充电电池相连。
7.根据权利要求6所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述恒流电路还包括发光二极管，所述发光二极管的正极与所述变压整流电路的输出端相连，负极与所述第二三极管的基极相连，所述发光二极管在所述开光电路导通时点亮，在所述开关电路截止时熄灭。
8.根据权利要求6或7所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述采样电路包括第二储能电容、采样电阻、第四分压电阻和调节二极管，所述采样电阻一端接地，另一端与所述第四分压电阻串联后与所述第二三极管的集电极相连，所述采样电阻与所述第四分压电阻的连接处通过调节二极管与所述运算放大器的反相输入端相连，所述第二储能电容与所述采样电阻、第四分压电阻并联。
9.根据权利要求I所述的带短路保护的充电电路，其特征在于，所述变压整流电路包括变压器和整流器，所述变压器的初级线圈与市电相连，次级线圈与所述整流器的输入端相连，所述整流器的输出端的一端接地，所述充电电路还包括隔离二极管，所述隔离二极管的正极与直流电相连，负极与所述整流器的输出端的另一端相连。
10.一种充电器，其特征在于，包括权利要求I至9中任意一项所述的带短路保护的充电电路。
全文摘要
一种带短路保护的充电电路，包括充电模块、短路保护模块和防反二极管，所述短路保护模块包括第一运算放大器、第一保护二极管和第二保护二极管，第一运算放大器的反相输入端与第一保护二极管的正极相连，输出端与第二保护二极管的正极相连，第一保护二极管的负极与充电电路的输出端相连，第二保护二极管的负极与控制电路的输入端相连，充电电路的输出端短路时，第一运算放大器的反相输入端电压通过第一保护二极管拉低，使第一运算放大器的输出端输出高电平，控制电路在所述高电平的作用下输出低电平，通过低电平控制开关电路截止。采用该充电电路可实现短路保护功能，简单可靠，节省了电路成本。此外，还提供了一种这种充电电路的充电器。
文档编号H02J7/10GK102810899SQ20111014299
公开日2012年12月5日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者周明杰, 管伟芳 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司