一种车载发电机组直流操作电源的充电装置的制作方法

本实用新型涉及充电技术领域，尤其涉及一种车载发电机组直流操作电源的充电装置。

背景技术：

直流操作电源系统通常由充电设备、馈电网络、电池组和监控组成，在电力行业简称“直流电源”，为各种继电保护、自动装置、信号装置等二次设备、断路器分合闸以及事故照明等设备提供控制和动力电源。直流操作电源广泛应用于各种变电站、水电站、电厂以及电气化铁路和城市轨道交通、钢铁、化工等部门，它的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电，因此直流操作电源被人们称为变电站的“心脏”。早期的直流操作电源大部分采用传统的相控电源，但相控电源在效率、纹波、电磁辐射、热辐射、噪声等方面不尽人意，监控系统不完善，难以较好的满足无人值守的要求，难以满足先进的测量、保护及自动化设备的要求：此外，由于相控电源的纹波系数大，浮充电压易波动，会出现蓄电池脉动充放电现象，对蓄电池损害大，也大大缩短电池寿命。直流操作电源的可靠性与稳定性直接影响到发、变电、通信等运行的安全性应用计算机技术对直流操作电源的运行状态实行监控，对提高操作电源系统的可靠性、稳定性具有十分重要意义。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种车载发电机组直流操作电源的充电装置，以可靠地，稳定地给车载发电机组直流操作电源充电。

为了解决上述问题，本实用新型采取的技术方案是：一种车载发电机组直流操作电源的充电装置，包括DC-DC变换电路单元、恒压控制电路单元和过压保护电路单元；所述DC-DC变换电路单元包括一次侧滤波电路、脉冲变压器、二次侧滤波电路、可控开关元件和固定频率电流模式控制器；所述一次侧滤波电路连接在脉冲变压器的初级线圈的输入端，用以将车载发电机组输出的直流滤波后的电压输入到脉冲变压器的初级线圈中；所述脉冲变压器的初级线圈的输出端与可控开关元件的第一非控制端连接；所述可控开关元件的第二非控制端经电流采样电路后接地，所述可控开关元件的控制端与固定频率电流模式控制器的输出端连接；所述电流采样电路与固定频率电流模式控制器连接用以闭合回路输出电流的大小的控制；所述二次侧滤波电路的输入端与脉冲变压器的第一次级线圈连接，且用于将DC-DC变换后第一次级线圈得到的感应电压经滤波稳压后输出充电电压；所述脉冲变压器的第二级线圈经二极管整流后输入给控制器供电单元再与固定频率电流模式控制器的电源端连接；

所述恒压控制电路单元包括可控稳压源电路、第一光耦和输入稳压电源电路；所述可控稳压源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接；所述可控稳压源电路的输出端连接在第一光耦的负极输入端；所述输入稳压电源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接；所述输入稳压电源电路的输出端与第一光耦的正极输入端连接；所述第一光耦的第一输出端与固定频率电流模式控制器的补偿端连接；所述第一光耦的第二输出端经串联电阻后接地；

所述过压保护电路单元包括12V基准电源发生电路、电压比较电路、分压采样电路和第二光耦；所述12V基准电源发生电路与二次侧滤波电路的输出端连接，所述12V基准电源发生电路的输出端与电压比较电路同相输入端连接；所述分压采样电路的输入端连接二次侧滤波电路的输出端，所述压采样电路的输出端与电压比较电路反相输入端连接；所述电压比较电路的输出端与第二光耦的负极输入端连接；所述第二光耦的正极输入端经串联电阻后与12V基准电源发生电路的输出端连接；所述第二光耦的一输出端接地，另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接。

进一步地，在DC-DC变换电路单元中，所述固定频率电流模式控制器包括UC3845集成芯片、第四电阻(R11)、第一电容(C17)、第二电容(C18)、第一二极管(D5)、第五电阻(R8)、第六电阻(R9)和第七电阻(R10)；所述第四电阻(R11)一端和第一电容(C17)的一端同时与UC3845集成芯片的Vref端连接，所述第二电容(C18)的一端和第四电阻(R11)的另一端同时与UC3845集成芯片的RT/CT端连接，所述第二电容(C18)的另一端和第一电容(C17)的另一端同时与UC3845集成芯片的GND端、电压反馈输入端连接且接地，所述UC3845集成芯片的out端与第一二极管(D5)的负极、第六电阻(R9)的一端连接，所述第一二极管(D5)的正极与第五电阻(R8)的一端连接，所述第五电阻(R8)的另一端和第六电阻(R9)的另一端同时与可控开关元件的控制端连接，所述第七电阻

(R10)连接在可控开关元件的控制端和第二非控制端之间，所述可控开关元件采用场效晶体管(Q1)。

进一步地，在恒压控制电路单元中，所述可控稳压源电路包括第一TL431芯片(U7)、可调电阻(RP1)、第一电阻(R34)、第二电阻(R28)和第三电阻(R29)，所述第一TL431芯片(U7)的采样端与第一电阻(R34)的一端、第二电阻(R28)的一端连接，所述第一电阻(R34)的另一端与可调电阻(RP1)连接，所述可调电阻(RP1)与第一TL431芯片(U7)的接地端连接且接地，所述第一TL431芯片(U7)的节制端与第一光耦的负极输入端连接，所述第二电阻(R28)的另一端与第三电阻(R29)的一端连接，所述第三电阻(R29)的另一端与二次侧滤波电路的输出端连接；所述输入稳压电源电路包括第八电阻(R23)、第九电阻(R24)、第三电容(C23)和稳压管(D8)，所述第九电阻(R24)一端与第八电阻(R23)一端连接，所述第八电阻(R23)另一端和稳压管(D8)的负极、第三电容(C23)一端连接，所述第九电阻(R24)另一端与二次侧滤波电路的输出端连接，所述稳压管(D8)的正极和第三电容(C23)另一端接地，所述稳压管(D8)的负极经串联电阻后再与第一光耦的正极输入端连接。

进一步地，在过压保护电路单元中，所述12V基准电源发生电路包括第十电阻(R17)、第十一电阻(R21)、第十二电阻(R27)、第四电容(C20)、第二TL431芯片(U5)和电解电容(C21)，所述第十电阻(R17)的一端与第十一电阻(R21)的一端、第四电容(C20)的一端和第二TL431芯片(U5)的节制端、电解电容(C21)的正极端连接，所述第十一电阻(R21)的一端与第四电容(C20)的另一端、第二TL431芯片(U5)的采样端、第十二电阻(R27)的一端连接，所述第十二电阻(R27)的另一端与第二TL431芯片(U5)的接地端、电解电容(C21)的负极端连接；所述电压比较电路包括第十三电阻(R20)、第十四电阻(R25)、第十五电阻(R22)、LM393比较器和二极管(D7)，所述第十三电阻(R20)的一端与第二TL431芯片(U5)的节制端连接，所述第十三电阻(R20)的另一端与第十四电阻(R25)的一端、LM393比较器的同相输入端连接，所述第十四电阻(R25)的另一端接地，所述第十四电阻(R25)的一端与第十五电阻(R22)的一端连接，所述第十五电阻(R22)的另一端与二极管(D7)的正极连接，所述LM393比较器的输出端与二极管(D7)的负极连接。

进一步地，包括温度补偿电路和浮充反馈电路；所述温度补偿电路包括第十六电阻(R31),所述第十六电阻(R31)的一端用于接入外部控制电压，所述第十六电阻(R31)的另一端与第一电阻(R34)的另一端连接；所述浮充反馈电路包括第十七电阻(R33)、第十八电阻(R35)和三极管(Q2)，所述第十七电阻(R33)的一端与第一电阻(R34)的另一端连接，所述第十七电阻(R33)的另一端与三极管(Q2)的集电极连接，所述三极管(Q2)的射极接地，所述第十八电阻(R35)的一端与三极管(Q2)的基极连接，所述第十八电阻(R35)的另一端用于接入外部控制电压。

进一步地，在过压保护电路单元中，所述12V基准电源发生电路包括第十电阻(R17)、第十一电阻(R21)、第十二电阻(R27)、第四电容(C20)、第二TL431芯片(U5)和电解电容(C21)，所述第十电阻(R17)的一端与第十一电阻(R21)的一端、第四电容(C20)的一端和第二TL431芯片(U5)的节制端、电解电容(C21)的正极端连接，所述第十一电阻(R21)的一端与第四电容(C20)的另一端、第二TL431芯片(U5)的采样端、第十二电阻(R27)的一端连接，所述第十二电阻(R27)的另一端与第二TL431芯片(U5)的接地端、电解电容(C21)的负极端连接；所述电压比较电路包括第十三电阻(R20)、第十四电阻(R25)、第十五电阻(R22)、LM393比较器和二极管(D7)，所述第十三电阻(R20)的一端与第二TL431芯片(U5)的节制端连接，所述第十三电阻(R20)的另一端与第十四电阻(R25)的一端、LM393比较器的同相输入端连接，所述第十四电阻(R25)的另一端接地，所述第十四电阻(R25)的一端与第十五电阻(R22)的一端连接，所述第十五电阻(R22)的另一端与二极管(D7)的正极连接，所述LM393比较器的输出端与二极管(D7)的负极连接。

进一步地，包括故障切断电路，所述故障切断电路包括第三光耦，所述第三光耦的一输出端接地，另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接，所述第三光耦的输入端用于接入外部的电平。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：此装置具有过流和过压保护功能，同时具有稳压功能，可稳定地给车载发电机组直流操作电源充电。

附图说明

图1所示为本实用新型的模块结构示意图；

图2所示为本实用新型的具体电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚，下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。

实施例1参考图1和图2，一种车载发电机组直流操作电源的充电装置，包括DC-DC变换电路单元、恒压控制电路单元和过压保护电路单元；所述DC-DC变换电路单元包括一次侧滤波电路、脉冲变压器、二次侧滤波电路、可控开关元件和固定频率电流模式控制器；所述一次侧滤波电路连接在脉冲变压器的初级线圈的输入端，用以将车载发电机组输出的直流滤波后的电压输入到脉冲变压器的初级线圈中；所述脉冲变压器的初级线圈的输出端与可控开关元件的第一非控制端连接；所述可控开关元件的第二非控制端经电流采样电路后接地，所述可控开关元件的控制端与固定频率电流模式控制器的输出端连接；如本实施例中，可控开关元件是场效应管，第一非控制端和第二非控制端分别是指场效应管的源极和漏极，控制端是指场效应管的栅极，可控开关元件也可以是其他元器件，如继电器。所述电流采样电路与固定频率电流模式控制器连接用以闭合回路输出电流的大小的控制；所述二次侧滤波电路的输入端与脉冲变压器的第一次级线圈连接，且用于将DC-DC变换后第一次级线圈得到的感应电压经滤波后输出充电电压；所述脉冲变压器的第二级线圈经二极管D6整流后输入给控制器供电单元再与固定频率电流模式控制器的电源端连接；

所述恒压控制电路单元包括可控稳压源电路、第一光耦和输入稳压电源电路；所述可控稳压源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接；所述可控稳压源电路的输出端连接在第一光耦的负极输入端；所述输入稳压电源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接；所述输入稳压电源电路的输出端与第一光耦的正极输入端连接；所述输入稳压电源电路用于输出一个固定的电压源，所述可控稳压源电路可根据输入端电压的变化，其输出一个可调的电压源，所述第一光耦的第一输出端与固定频率电流模式控制器的补偿端连接；所述第一光耦的第二输出端经串联电阻R32后接地；

所述过压保护电路单元包括12V基准电源发生电路、电压比较电路、分压采样电路和第二光耦；所述12V基准电源发生电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接，所述12V基准电源发生电路的输出端与电压比较电路同相输入端连接；所述分压采样电路的输入端连接二次侧滤波电路的输出端，所述分压采样电路的输出端与电压比较电路反相输入端连接；所述电压比较电路的输出端与第二光耦的负极输入端连接；所述第二光耦的正极输入端经串联电阻R13后与12V基准电源发生电路的输出端连接；所述第二光耦的一输出端接地，另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接，固定频率电流模式控制器的RT/CT端可用于控制固定频率电流模式控制器输出控制脉冲。

参考图2，在DC-DC变换电路单元中，具体地，一次侧滤波电路包括电阻R2和电容C13串联而成的第一滤波支路，由电阻R3和电容C14串联而成的第二滤波支路和由电阻R4、R5、R6、R7和电容C7并联而成的第三滤波支路，第一滤波支路、第二滤波支路和第三滤波支路与脉冲变压器的初级线圈的输入端，三支滤波支路组成滤波电路，可以使得每支滤波支路选择容值更小的滤波电容，以保证安全，容值大的电容相对于容值小的电容爆炸威力大，不安全，三支滤波支路组成滤波电路可提高对高频谐波的抗干扰能力。二次侧滤波电路包括电容C10、电容C5、电容C9和电容C11,电容C10、电容C11和电容C9并联在脉冲变压器的次级线圈两端，电容C5连接在电容C10和电容C9之间，同样可以起到保护安全和提高抗高频干扰的能力。

所述固定频率电流模式控制器包括UC3845集成芯片、第四电阻R11、第一电容C17、第二电容C18、第一二极管D5、第五电阻R8、第六电阻R9和第七电阻R10；所述第四电阻R11一端和第一电容C17的一端同时与UC3845集成芯片的Vref端连接，所述第二电容C18的一端和第四电阻R11的另一端同时与UC3845集成芯片的RT/CT端连接，所述第二电容C18的另一端和第一电容C17的另一端同时与UC3845集成芯片的GND端、电压反馈输入端连接且接地，所述UC3845集成芯片的out端与第一二极管D5的负极、第六电阻R9的一端连接，所述第一二极管D5的正极与第五电阻R8的一端连接，所述第五电阻R8的另一端和第六电阻R9的另一端同时与可控开关元件的控制端连接，所述第七电阻R10连接在可控开关元件的控制端和第二非控制端之间，所述可控开关元件采用场效应晶体管Q1，所述电流采样电路采用分压电路，由电阻R16和R18、电容C19组成，分压电路的分压输出端输出正比于回路电流的反馈电压，输送给固定频率电流模式控制器，所述控制器供电单元为稳压电容C15。

在恒压控制电路单元中，所述可控稳压源电路包括第一TL431芯片U7、可调电阻RP1、第一电阻R34、第二电阻R28和第三电阻R29，所述第一TL431芯片U7的采样端与第一电阻R34的一端、第二电阻R28的一端连接，所述第一电阻R34的另一端与可调电阻RP1连接，所述可调电阻RP1与第一TL431芯片U7的接地端连接且接地，所述第一TL431芯片U7的节制端与第一光耦的负极输入端连接，所述第二电阻R28的另一端与第三电阻R29的一端连接，所述第三电阻R29的另一端与二次侧滤波电路的输出端连接；所述输入稳压电源电路包括第八电阻R23、第九电阻R24、第三电容C23和稳压管D8，所述第九电阻R24一端与第八电阻R23一端连接，所述第八电阻R23另一端和稳压管D8的负极、第三电容C23一端连接，所述第九电阻R24另一端与二次侧滤波电路的输出端连接，所述稳压管D8的正极和第三电容C23另一端接地，所述稳压管D8的负极经串联电阻R26后再与第一光耦U6的正极输入端连接。上述结构中，第八稳压管D8的负极的电压是12V直流电，当充电电压偏低时，第一TL431芯片U7节制端电压降低，由于第一光耦处于放大状态，第一光耦输入端的电压差增大，从而流经第一光耦的电流增大，从而UC3845集成芯片的补偿端(1脚)的电压增大，out端输出更高占空比的脉冲信号，从而提高充电电压，反之，当充电电压偏高时，第一TL431芯片U7节制端电压升高，第一光耦输入端的电压差降低，从而流经第一光耦的电流减小，UC3845集成芯片的补偿端(1脚)的电压减小，out端输出更低占空比的脉冲信号，从而降低充电电压。

在过压保护电路单元中，所述12V基准电源发生电路包括第十电阻R17、第十一电阻R21、第十二电阻R27、第四电容C20、第二TL431芯片U5和电解电容C21，所述第十电阻R17的一端与第十一电阻R21的一端、第四电容C20的一端和第二TL431芯片U5的节制端、电解电容C21的正极端连接，所述第十一电阻R21的一端与第四电容C20的另一端、第二TL431芯片U5的采样端、第十二电阻R27的一端连接，所述第十二电阻R27的另一端与第二TL431芯片U5的接地端、电解电容C21的负极端连接；所述电压比较电路包括第十三电阻R20、第十四电阻R25、第十五电阻R22、LM393比较器和二极管D7，所述第十三电阻R20的一端与第二TL431芯片U5的节制端连接，所述第十三电阻R20的另一端与第十四电阻R25的一端、LM393比较器的同相输入端连接，所述第十四电阻R25的另一端接地，所述第十四电阻R25的一端与第十五电阻R22的一端连接，所述第十五电阻R22的另一端与二极管D7的正极连接，所述LM393比较器的输出端与二极管D7的负极连接。12V基准电源发生电路输出12V电压经第十三电阻R20和第十四电阻R25分压，将第十四电阻R25上的电压输入到LM393比较器同相输入端，而充电电压BAT+经过分压采样电路(电阻R14和电阻R12组成)分压，且将电阻R12上的电压输入到LM393比较器反相输入端，当电阻R12上的电压大于第十四电阻R25上的电压时，LM393比较器的输出端低电平，第二光耦U3导通，则UC3845集成芯片的RT/CT端接地，UC3845集成芯片不再输出控制脉冲，从而充电装置不再输出充电电压，从而实现过压保护。

在上述结构中，发电机组输出的电压IN经过电阻R2和电阻R3与UC3845集成芯片的电源端连接且提供启动电压，另外，IN输入直流电压经一次侧滤波电路滤波后输入到脉冲变压器的初级线圈中，固定频率电流模式控制器中的UC3845集成芯片得电后，其Vref端向第四电阻R11、第一电容C17、第二电容C18充电，当电容C17和电容C18的电压上升到高电平时，UC3845集成芯片的RT/CT端触发为高电平，从而UC3845集成芯片的out端输出占空比可调的脉冲，当UC3845集成芯片的out端输出低电平时，可控开关元件断开，此时，脉冲变压器的初级线圈处于断路，无电流，脉冲变压器的第一次级线圈不输出充电电压，脉冲变压器的第二次级线圈不输出电压；当UC3845集成芯片的out端输出高电平时，可控开关元件的控制端为高电平从而导通，脉冲变压器的初级线圈具有电流，脉冲变压器的第一次级线圈输出充电电压，脉冲变压器的第二次级线圈输出电压经整流二极管D6后向控制器供电单元即稳压电容C15充电，并经过二极管D3后再给固定频率电流模式控制器的电源端供电，从而保证固定频率电流模式控制器的供电稳定性。所述可控开关元件的第二非控制端向电流采样电路通电，电流采样电路的分压输出端输出正比于电流的分压给固定频率电流模式控制器的电流取样端，固定频率电流模式控制器判断分压是否过大，如果过大，则中止out端的输出，从而可控开关元件断开，在图2中，电流采样电路由电阻R16、电阻R18和电容C19组成，电容C19用于滤除输出的分压的谐波。输入稳压电源电路和可控稳压源电路的输入端采集二次侧滤波电路的输出端的充电电压，输入稳压电源电路采用稳压管D8来提供12V的稳压源，可控稳压源电路中的第一TL431芯片U7及周边元器件构成了组成了输出电压可调的基准电压源，第一TL431芯片U7的节制端的输出电压随着充电电压而变化，当二次侧滤波电路的输出端的充电电压增大时，第一TL431芯片U7的节制端的输出电压增大，第一光耦的正负极电压差减小，流经第一光耦的第一输出端和第二输出端的电流减小，而UC3845集成芯片的补偿端感应到第一光耦的第一输出端的电压变小，从而降低out端输出脉冲的占空比，从而控制可控开关元件的导通和关断，降低充电电压；当二次侧滤波电路的输出端的充电电压减小时，第一TL431芯片U7的节制端的输出电压减小，第一光耦的正负极电压差增大，流经第一光耦的第一输出端和第二输出端的电流增大，而UC3845集成芯片的补偿端感应到第一光耦的第一输出端的电压变大，从而增大out端输出脉冲的占空比，从而控制可控开关元件的导通和关断，提高充电电压。而过压保护电路单元中，二次侧滤波电路的输出端电压经分压采样电路输出采样电压与12V基准电源发生电路输出电压通过电压比较电路对比，当电压过高时，采样电压和基准电压相差大，电压比较电路的输出低电平，从而第二光耦导通，连接在UC3845集成芯片的RT/CT端接地从而触发低电平，UC3845集成芯片的out端不再输出脉冲，从而可控开关元件关断，脉冲变压器不工作，从而防止充电电压过高。

在上述方案的基础上，包括温度补偿电路和浮充反馈电路；所述温度补偿电路包括第十六电阻R31,所述第十六电阻R31的一端用于接入外部控制电压，所述第十六电阻R31的另一端与第一电阻R34的另一端连接；所述浮充反馈电路包括第十七电阻R33、第十八电阻R35和三极管Q2，所述第十七电阻R33的一端与第一电阻R34的另一端连接，所述第十七电阻R33的另一端与三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的射极接地，所述第十八电阻R35的一端与三极管Q2的基极连接，所述第十八电阻R35的另一端用于接入外部控制电压。当外界电压接入温度补偿电路时，第一TL431芯片的节制端的电压变高，流经第一光耦的电流变小，从而导致第一光耦的第一输出端的电压变小，UC3845集成芯片的补偿端的电压变小，UC3845集成芯片降低脉冲占空比，使得充电电压略微降低以实现温度保护作用，浮充反馈电路也是通过控制第一光耦的电流以控制UC3845集成芯片的补偿端的电压，从而调节脉冲占空比，调节充电电压，实现精细充电的作用。

在上述技术方案的基础上，包括故障切断电路，所述故障切断电路包括第三光耦U2，所述第三光耦的一输出端接地，另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接，所述第三光耦的输入端用于接入外部的电平。当上位机给第三光耦输入高电平时，第三光耦导通，从而固定频率电流模式控制器的RT/CT端接地，从而out端的脉冲关断，可控开关元件关断，最终实现切断电路的目的。

以上仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。