电池充电装置的制作方法

本实用新型涉及供电或配电的电路装置领域，尤其涉及电池充电装置。

背景技术：

目前，广泛采用的充电器是高压、较大容量的电池充电器，但高压、较大容量的电池充电器有一弊端，在电池接入瞬间会有很严重的电池端子打火现象，其原因为电池电压与充电器输出端子电压有较大压差，而电池与充电器输出端子之间的接触电阻非常小(一般小于10毫欧)，假设接触电阻为10毫欧，压差为10伏，电池接入瞬间，电池电压与充电器输出端子电压的压差加在接触电阻上，会在充电端子之间产生1000安培的浪涌电流。这么大的电流可以瞬间产生大量的热量，熔掉电池与充电端子接触的金属部分，从而产生“打火”现象，并会伴有非常惊人的响声。这种现象严重影响操作者的安全。现有的改进型充电器在充电电源和电池之间接入一个开关，虽然可以消除电池接入瞬间的打火现象，但是在开关闭合瞬间依然存在浪涌电流，浪涌电流依然会损坏开关的金属触点，影响开关的寿命，从而影响了这一类型充电器的寿命。为解决这一问题，也可以采用微处理器控制调节开关前后两端压差的方式来降低浪涌电流，但是这种控制方式其逻辑复杂，成本高，可靠性低。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种新型无浪涌电流的电池充电装置。

一种电池充电装置，包括：

变压电路、开关单元以及控制单元；

所述开关单元包括第一电子开关、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第一电容；所述变压电路的第一输出端与所述第一电容的第一端连接，所述变压电路的第一输出端还与所述第一电子开关的第一端连接，所述第一电容的第二端与第一电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端还与所述第一二极管的负极连接，所述第二电阻的第一端分别与所述第一电阻的第二端及所述第一二极管的正极连接，所述第二电阻的第一端还与所述第一电子开关的控制端连接，所述第二电阻的第二端与所述控制单元连接，所述第一电子开关的第二端用于连接电池的正极，所述变压电路的第二输出端用于连接电池的负极。

在其中一个实施例中，所述变压电路包括主电路及调节电路；所述主电路与所述开关单元连接，所述主电路还与所述调节电路相连，所述调节电路与所述控制单元连接。

在其中一个实施例中，所述主电路包括变压器和第二电子开关，所述变压器的第一输入端用于与电源的正极相连，所述变压器的第二输入端与所述第二电子开关的第一端相连，所述第二电子开关的控制端与所述调节电路连接，所述第二电子开关的第二端用于与电源的负极相连，所述变压器的第一输出端与所述第一电容的第一端相连，所述变压器的第一输出端还与所述第一电子开关的第一端相连，所述变压器的第二输出端用于与电池的负极连接。

在其中一个实施例中，所述主电路还包括第二二极管和第一电解电容，所述变压器的第一输出端与所述第二二极管的正极相连，所述第二二极管的负极与所述第一电解电容的正极相连，所述第一电解电容的负极与所述变压器的第二输出端相连。

在其中一个实施例中，所述第二电子开关为场效应管，所述变压器的第二输入端与所述场效应管的漏极相连，所述场效应管的栅极与所述调节电路连接，所述场效应管的源极用于与电源的负极相连。

在其中一个实施例中，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组和所述次级绕组耦合，所述初级绕组的第一端用于与电源的正极相连，所述初级绕组的第二端与所述第二电子开关的第一端相连，所述第二电子开关的控制端与所述调节电路连接，所述第二电子开关的第二端用于与电源负极相连，所述次级绕组的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述次级绕组的第一端还与所述第一电子开关的第一端相连，所述次级绕组的第二端用于与电池的负极连接。

在其中一个实施例中，所述主电路还包括第三二极管、第二电解电容及正绕组，所述正绕组和所述初级绕组耦合，所述正绕组的第一端与所述第三二极管的正极连接，所述第三二极管的负极与所述第二电解电容的正极连接，所述第三二极管的负极还与所述调节电路连接，所述第二电解电容的负极及所述正绕组的第二端用于接地。

在其中一个实施例中，所述调节电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、三极管、处理器及光电耦合器，所述主电路的第一输出端与所述第三电阻的第一端以及所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述光电耦合器的发射端的正极以及所述第五电阻的第一端连接，所述光电耦合器的发射端的负极与所述第五电阻的第二端连接，所述光电耦合器的发射端的负极与所述三极管的阴极连接，所述光电耦合器的发射端的负极还与所述第二电容的第一端连接，所述光电耦合器的发射极用于接地，所述光电耦合器的集电极与所述处理器连接，所述处理器与所述主电路连接，所述第二电容的第二端与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端及所述第四电阻的第二端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第一端与所述三极管的控制端连接，所述第六电阻的第一端还与所述控制单元连接，所述第六电阻的第二端与所述三极管的阳极连接，所述第六电阻的第二端还与所述主电路的第二输出端连接。

在其中一个实施例中，所述第一电子开关开关为MOS管。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述控制单元是UC3842芯片。

上述电池充电装置，通过设置第一电阻和第一电容，通过电容的充电时间快慢实现调节电子开关的第一电子开关的第一端和控制端之间的电压上升沿时间，导通电流因而可以缓慢上升，从而避免浪涌电流的产生，避免了影响充电装置的寿命，保证充电的安全性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的电池充电装置的电路原理框图；

图2为本实用新型一实施例的电池充电装置中的开关单元的电路原理示意图；

图3为图2开关单元中的场效应晶体管元件在开通过程中栅极与源极之间的电压与导通电阻的关系示意图；

图4为本实用新型一实施例的电池充电装置的变压电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本实用新型的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，在其中一个实施例中，电池充电装置10包括变压电路500、开关单元300以及控制单元400。其中，变压电路500可以将来自交流电源的交流电压或来自直流电源的直流电压转换为电池充电所需的直流电压，并调节输出的直流电压的大小。开关单元300，用于连接变压电路500与电池，控制单元400，用于控制开关单元300的导通与断开，从而将充电装置10与电池连接，在控制单元400的控制下，对电池进行充电；当电池为未接入或满电接入状态，控制单元400控制开关单元300断开，从而将充电装置10与电池断开。同时在充电时控制变压电路500调节输出电压和电流。

在其中一个实施例中，所述变压电路500包括主电路200及调节电路100；主电路200，用于将输入的交流或直流电压转换为电池充电所需的直流电压，可以是电源技术领域中的任意一种电力转换拓扑结构；调节电路100，用于调节变压电路500输出的电压值和电流值。主电路200与开关单元300连接，主电路200还与调节电路100相连，调节电路100与控制单元400连接。

请参阅图2，在一个实施例中，所述开关单元300包括第一电子开关Q3、第一电阻R320、第二电阻R310、第一二极管D3和第一电容C340；所述变压电路500的第一输出端与所述第一电容C340的第一端连接，所述变压电路500的第一输出端还与第一电子开关Q3的第一端连接，所述第一电容C340的第二端与所述第一电阻R320的第一端连接，所述第一电容C340的第二端还与所述第一二极管D3的负极连接，所述第二电阻R310的第一端分别与所述第一电阻320的第二端及所述第一二极管D3的正极连接，所述第二电阻R310的第一端还与所述第一电子开关Q3的控制端连接，所述第二电阻R310的第二端与所述控制单元400连接，所述第一电子开关Q3的第二端用于连接电池的正极，所述变压电路500的第二输出端用于连接电池的负极。

在一个实施例中，如图2所示，所述第一电子开关开关为MOS(metal oxidesemiconductor，金属—氧化物—半导体场效应管)管，即第一电子开关为场效应管，场效应管Q3的栅极分别与第一电阻R320的第二端及所述第一二极管D3的正极连接，场效应管Q3的栅极还与第二电阻R310的第一端连接，场效应管Q3的源极与第一电容C340的第一端及变压电路500第一输入端连接，场效应管Q3的漏极用于与电池的正极连接。整个开关驱动电路分为两个工作状态：场效应管Q3开通时，第一二极管D3处于截止状态，第一电阻R320、第二电阻R310和第一电容C340形成回路，第一电阻R320与第一电容C340组成了RC电路(Resistance-Capacitance Circuits，相移电路)，第一电阻R320和第一电容C340的乘积称为时间常数，时间常数越大充电越慢。通过设置第一电阻R320和第一电容C340，通过第一电容C340充电时间快慢，实现场效应管的源极与栅极之间电压上升沿的时间的调节。当控制单元400的控制信号处于上升沿时间，场效应管Q3的源极与栅极之间的电压同样处于上升沿时间。例如，在其他条件不变的情况下，改变第一电阻R320阻值，将第一电阻R320阻值200欧姆规格更换成500欧姆规格，使第一电容C340充电时间延长，从而使场效应管Q3的源极与栅极之间的电压上升沿时间延长。又如，在其他条件不变的情况下，改变第一电容C340容量，将第一电容C340容量10微法规格更换成100纳法规格，第一电容C340容量增加，使第一电容C340充电时间延长，从而使场效应管Q3的源极与栅极之间的电压上升沿时间延长。当场效应管Q3全部导通时，即漏极与源极之间电压不变时，流过的电流与导通电阻成反比例关系，导通电阻慢慢降低，从而控制电流慢慢增加，避免电流突然增加形成浪涌而损坏场效应管Q3。当控制信号到达下降沿时，即关闭信号时，场效应管Q3的源极与栅极之间的电压同样处于下降沿时间，第一二极管D3处于导通状态，控制信号经过第一电容C340，第一二极管D3，第二电阻R310形成回路，该回路比开通回路少了个第一电阻R320，场效应管Q3的源极与栅极之间的电压迅速降到零而关闭。

进一步参阅图3，其示出了开关单元中的场效应管元件在开通过程中栅极与源极之间的电压与导通电阻的关系示意图，其中，图3中Vgs为场效应管的栅极与源极之间的电压，Rds为导通电阻；在开通过程中，Rds电阻随Vgs电压增加而减小，因此，Vgs电压缓慢增加，Rds电阻缓慢减小，从而控制电流慢慢增加，避免电流突然增加形成浪涌。

请参阅图4，在其中一个实施例中，所述主电路200包括变压器T和第二电子开关Q1，所述变压器T的第一输入端用于与电源的正极相连，所述变压器T的第二输入端与所述第二电子开关Q1的第一端相连，所述第二电子开关Q1的控制端与所述调节电路100连接，所述第二电子开关Q1的第二端用于与电源的负极相连，所述变压器T的第一输出端与所述第一电容的第一端相连，所述变压器T的第一输出端还与所述第一电子开关350的第一端相连，所述变压器T的第二输出端用于与电池的负极连接。

在其中一个实施例中，所述主电路200还包括第二二极管D2和第一电解电容E2，所述变压器T的第一输出端与所述第二二极管D2的正极相连，所述第二二极管D2的负极与所述第一电解电容E2的正极相连，所述第一电解电容E2的负极与所述变压器T的第二输出端相连。

为了实现将来自交流电源的交流电压转换为电池充电所需的直流电压，在其中一个实施例中，所述变压器T包括初级绕组N1和次级绕组N2，所述初级绕组N1和所述次级绕组N2耦合，所述初级绕组N1的第一端用于与电源的正极相连，所述初级绕组N1的第二端与所述第二电子开关的第一端相连，所述第二电子开关Q1的控制端与所述调节电路100连接，所述第二电子开关Q1的第二端用于与电源负极相连，所述次级绕组N2的第一端与所述第一电容C340的第一端相连，所述次级绕组N2的第一端还与所述第一电子开关Q3的第一端相连，所述次级绕组N2的第二端用于与电池的负极连接。由于二极管具有单向导电性，可以将交流电转化为直流电，利用电解电容的充、放电，以改善输出电压的脉动程度，从而可以提供稳定电压，因此通过第二二极管D2及第一电解电容E2，将次级绕组N2两端的交变电压整理滤波出稳定的直流电压，使变压电路500的输出电压为稳定直流电压。

请参阅图4，其中一个实施例中，所述调节电路100包括第三电阻R114、第四电阻R115、第五电阻R116、第六电阻R117、第七电阻R123、第二电容C65、三极管U6、处理器IC1及光电耦合器U5，所述主电路200的第一输出端与所述第三电阻R114的第一端以及所述第四电阻R115的第一端连接，所述第三电阻R114的第二端分别与所述光电耦合器U5的发射端的正极以及所述第五电阻R116的第一端连接，所述光电耦合器U5的发射端的负极与所述第五电阻R116的第二端连接，所述光电耦合器U5的发射端的负极与所述三极管U6的阴极连接，所述光电耦合器U5的发射端的负极还与所述第二电容的第一端连接，所述光电耦合器U5的发射极用于接地，所述光电耦合器U5的集电极与所述处理器IC1连接，所述处理器IC1与所述主电路200连接，所述第二电容的第二端与所述第七电阻R123的第一端连接，所述第七电阻R123的第二端及所述第四电阻R115的第二端与所述第六电阻R117的第一端连接，所述第六电阻R117的第一端与所述三极管U6的控制端连接，所述第六电阻R117的第一端还与所述控制单元400连接，所述第六电阻R117的第二端与所述三极管U6的阳极连接，所述第六电阻R117的第二端还与所述主电路的第二输出端连接。

在其中一个实施例中，如图4所示，所述第二电子开关Q1为场效应管，所述变压器T的第二输入端与所述场效应管Q1的漏极相连，所述场效应管Q1的栅极与所述调节电路100连接，即所述场效应管Q1的栅极与所述处理器IC1连接，所述场效应管Q1的源极用于与电源的负极相连。通过改变场效应管的占空比，改变开关电源的输出电压，实现变压电路500的电压调节。占空比指的是在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。

处理器IC1是一种能够进行PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制的控制IC(integrated circuit，集成电路)，其中一个实施例中，所述控制单元是UC3842芯片。例如，处理器IC1是UC3843芯片，UC3843芯片可根据FB(FeedBack，反馈引脚)端输入的反馈信号改变场效应管Q1的占空比。结合上述实施例，如图4所示，处理器IC1的VDD引脚与第三二极管D1的负极，处理器IC1的门信号引脚(GATE)与场效应管Q1的栅极连接，处理器IC1的FB引脚与光电耦合器U5的集电极连接。

为了提供处理器IC1的供电电压，在其中一个实施例中，所述主电路200还包括第三二极管D1、第二电解电容E1及正绕组N3，所述正绕组N3和所述初级绕组N1耦合，所述正绕组N3的第一端与所述第三二极管D1的正极连接，所述第三二极管D1的负极与所述第二电解电容E1的正极连接，所述第三二极管D1的负极还与所述调节电路100连接，即所述第三二极管D1的负极与处理器连接，所述第二电解电容E1的负极及所述正绕组N3的第二端用于接地。由于二极管具有单向导电性，可以将交流电转化为直流电，利用电解电容的充、放电，以改善输出电压的脉动程度，从而可以提供稳定电压，通过第三二极管D1及第二电解电容E1的特性，正绕组N3输入电压整流滤波出稳定的直流电压，为处理器IC1提供稳定的直流电压。

为了实现变压电路500的稳压，在一个实施例中，三极管U6为TL431型号，光电耦合器U5为TLP521型号，TL431的输出电压利用第四电阻R115及第六电阻R117可以任意的设置2.5V到36V范围内的任何值，提供必须工作电流以完成对TL431保护，该器件的典型动态阻抗为0.2Ω。当主电路200输出电压发生波动时，经过第四电阻R115及第六电阻R117分压后得到取样电压与TL431中的2.5V带隙基准电压进行比较，在阴极上形成误差电压，使光电耦合器U5中的LED工作电流生产相应的变化，通过光电耦合器U5去改变处理器IC1的FB端的电流大小，进而调节输出占空比，使变压电路500的输出电压保持不变，达到稳压目的。当主电路200的输出电压升高时，TL431参考极接第四电阻R115及第六电阻R117之间，主电路200的输出电压为5V时，TL431的参考极为2.5V，阴极电流稳定，当电源电压发生变化时，比如上升，则TL431参考极电压大于2.5V，则阴极电流增加，与此同时，光电耦合器U5的LED电流增加，由于采用的是线性光耦，故光电耦合器U5的输出电流也增加，TLP521的集电极电流增加后使得占空比降低，从而使得变压电路500输出端电压降低，同时光电耦合器U5的LED电流下降，当主电路200的输出电压降低到5V以下时，TL431参考极电压低于2.5V，阴极电流为0，光电耦合器U5不工作，TLP521的集电极无电流，场效应管Q1的占空比将上升，以提高输出电压，由此实现负反馈稳压。第五电阻R116是对TL431额外注入一个电流，避免TL431因注入电流过小而不能正常工作，第三电阻R114起到光电耦合器U5的限流作用，第二电容C65作为频率补偿之用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。需要说明的是，本申请的“一实施例中”、“例如”、“又如”等，旨在对本申请进行举例说明，而不是用于限制本申请。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，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。