一种微处理器控制的蓄电池充电器的制作方法
本发明的一种微处理器控制的蓄电池充电器，涉及一种12v/24v、最大充电电流为8a的微处理器控制开关电源式多功能蓄电池充电器。属于蓄电池充电器技术领域。
技术背景
当前，充电器产品市场的竞争，不仅体现在技术的先进性上，还在很大程度上取决于充电器的电路、功能、外观和结构设计、生产制造工艺的先进性、生产效率的高低、生产成本的多少，产品的一致性和可靠性等方面。
目前，国内外市场上小型蓄电池充电器的输出电压通常有6v/12v/24v等不同类型。主流的充电器产品，其充电电流等级通常都是小电流（如1a、2a、4a、20a等）的。采用逆变和开关电源控制电路的充电器，由于开发技术难度大、要求高，要实现大电流输出、多功能、高可靠性等要求，是有一定难度的。对于市场上采用传统变压器和整流器结构和电路形式的充电器，由于是采用经低频（50hz或60hz）变压器变换为低压交流电，再经过整流的方式来实现，因此，产品的技术含量低，变压器和整流器笨重，耗材多，发热量大，工作能量转换效率低，产品体积大、重量重等众多的问题。近一些年来，电子控制技术的发展也推动了电子控制（如开关电源和逆变）式蓄电池充电器的发展。这类充电器，由于为满足输出要求而采用的控制技术方式与变压器整流器式的（传统型）充电器产品有着显著的不同，因此，技术性能和节能等指标大大优于传统型的充电器。先进的技术，使此类充电器的变压器大为减小，不是普通变压器的形式，而是采用中或高频开关电源或逆变电源的变压器（制作变压器的磁芯材料等发生了根本的变化）。不仅体积小，而且重量非常轻，更加方便携带和运输。由于内部器件工作在高频开关状态，故本身消耗的能量极低。充电器效率可以达到90%以上，比传统变压器整流的充电器的效率提高近一倍。充电器的能量转换效率高，节能和节材等方面非常突出。因此，开关稳压或逆变电源的充电器被誉为“新型高效节能电源”，代表着稳压电源的发展方向。随着充电器技术的飞速发展，开关稳压或逆变电源充电器正朝着小型化、高频化、集成化的方向发展，高效率的开关稳压或逆变电源充电器已得到越来越广泛的应用。未来肯定是传统型充电器的替代者。
电子控制（如开关电源和逆变）类充电器，主要是依靠电路板及其上面的控制电路来实现产品的功能。通常，与传统型的充电器相比，它们的电路相对复杂。生产方式也以电路板的制造和产品组装为主。当然，在相同输出电压和电流等级下，不同的产品，其电路原理和电路板的设计，以及生产方式都可能是完全不同的。这些都影响着产品的技术性能、可靠性、生产和制造成本、产品市场竞争力等。也就是说，结构和电路设计、制造工艺水平不同的充电器，其技术参数、使用性能、生产效率，甚至可靠性以及市场竞争力等是差别比较大的。
虽然采用电子控制（如开关电源和逆变）技术的充电器种类是比较多的。但它们的电路和内外部结构形式也是多种多样的。不同的电路及其结构设计思路，所采用的具体电路形式和整个产品及电路布置的方式是不同的。不仅如此，充电器的性能指标包括输出的电流/电压、绝缘等级、温升、制作工艺水平、产品可靠性等也会表现出一些明显的差距。即使是在相同的产品参数性能指标下，由于具体电路及其充电器结构设计方面的不同，或者所采用的电子元器件的封装形式不同，因而电路板等元器件的装配、焊接和检测工艺水平、自动化程度等也会明显不同，这就会使这类产品电路板生产时安装的方便性、生产效率、生产成本、产品的成本等也会显著不同。例如，如果采用大量贴片器件和集成电路的充电器，由于这些器件的体积小，因而会使电路板的尺寸减小，降低pcb材料的成本。同时，由于装焊这些器件通常采用先进、高效、适合于大批量自动化生产和检测的设备，所以，可极大地提高电路板或产品的生产效率，降低生产成本，增加产品的市场竞争力。
技术实现要素：
本发明的一种微处理器控制的蓄电池充电器，涉及一种12v/24v、最大充电电流为8a的微处理器控制开关电源式蓄电池充电器，包括充电器的外壳及设在该外壳体内的构成充电器的各零部件，本发明充电器的主要零部件包括：塑料壳上盖、密封圈、塑料壳下盖、电源线和充电线的拉不脱或固线器、主控制板组件、供电电源线、两根蓄电池电瓶夹子线等部分，产品的生产主要是解决主控制电路板的加工和调试问题。
本发明多功能充电器的控制电路采用了以开关电源和微处理器及液晶屏显示控制电路为主的系统，所述充电器的尺寸小，重量轻，而且携带十分方便，利用本充电器可对12v或24v的蓄电池充电，其充电电流为8a/12v、4a/24v，本发明充电器具有如下特点：1）采用开关电源式输出控制微处理器控制和液晶屏显示技术；2）具有五种充电模式，通过模式按钮选择合适的模式，以不同电流对12v或24v蓄电池进行充电；3）具有八段控制方式，包括蓄电池自动识别、脉冲充电、软启动充电、快速充电、深度充电、恒压充电、浮充充电、维持充电；4）具有自动识别、过热、短路、电池极性接反保护功能。
为实现上述功能采用以下技术方案：
本发明的一种微处理器控制的蓄电池充电器，涉及一种12v/24v、最大充电电流为8a的微处理器控制开关电源式多功能蓄电池充电器，其结构特征在于：所述的充电器主要由塑料壳上盖、塑料壳下盖、密封圈、充电器主控制板组件、供电电源线及插头、电源线固线拉不脱、两个蓄电池电瓶夹子（正极，红色；负极，黑色）、充电线固线拉不脱、紧固螺丝部分组成。两个蓄电池电瓶夹子的连接线中间，分别设有输出电缆线转接线插头和输出电缆线转接线插座。供电电源线及其插头通过其固线器（或称为拉不脱）固定在壳体相应卡槽部位；两个蓄电池电瓶夹子的连接线通过其固线器（或称为拉不脱）固定在壳体相应卡槽部位。在充电器主控制板组件上，还有输出快恢复二极管散热器、输出（共模）电感、稳压器、输出滤波电容、热敏电阻、快恢复二极管、开关电源场效应管、输入滤波电容、热敏电阻ntc、整流器或整流桥、输入共模电感、电容、输入共模电感、输入保险丝或保险管、场效应管散热器、变压器、模式选择按键或按钮、输出控制场效应管、lcd背光灯或背光源、液晶lcd显示屏等元器件和零部件。塑料壳上盖通过螺丝固定在塑料壳下盖上。密封圈介于塑料壳上盖和塑料壳下盖之间，可使充电器达到较高的防护等级。充电器主控制板组件、供电电源线及插头、输出正极性夹子连接端和黑色负极性蓄电池电瓶夹子等零部件之间通过导线进行相应的电路连接。
供电电源线为充电器的电路板提供外部供电电源。两个蓄电池电瓶夹子分为红色和黑色。充电时，红色代表充电器输出的“+或正”极性，与蓄电池的“+或正”极性端子进行连接；黑色代表充电器输出的“－或负”极性，与蓄电池的“－或负”极性端子进行连接。
所述充电器的尺寸和体积小，重量只有700g左右，而且携带十分方便，供电电源可为220~240vac，50hz或60hz。输出额定电流/电压可达8a/12v、4a/24v。输出端为“+”和“－”分别与对应的红色、黑色两个蓄电池电瓶夹子相连接。使用本充电器时，可通过模式按钮选择对12v或24v的蓄电池充电。
本发明充电器控制板组件的正面和背面，都布局有电子器件，这些器件之间，按照本发明充电器给出的电路原理图进行电气之间的连接。大尺寸的器件，在生产制作充电器的时候，是采用手工插件完成的。另外，还有很多的器件，就是一些大量的、小尺寸贴片的元件，在生产充电器的时候，是利用自动贴片和焊接机来完成加工的。由此可见，对于本发明充电器的电路板部分，除了少量尺寸大的元器件需要手工装配和焊接外，电路板上其它的很多电子元器件都采用高效率的贴片机自动完成器件的安装和焊接的。因此，电路板的生产效率很高，出错率低，制作质量比较高，最终可使产品生产时的一次合格率很高，制作成本低。但对一般的充电器生产企业来说，由于实力弱、产品的生产数量很少，没有能力采用大量的smt贴片器件来生产电路板，也难以实现自动化或规模化的生产。主要是依靠手工插件、装配和焊接的方式来加工，因此，产品生产的效率低，工艺水平也相对落后。
良好的电路及其结构、多功能设计是本发明的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、制造技术先进性的重要保障。本发明专利申请保护的内容就在于保护这种充电器的结构和电路及布局设计。
本发明多功能充电器控制电路采用了以开关电源和微处理器及液晶屏显示控制电路为主的系统。本发明给出了充电器的结构和电路原理图，并进行了较为详细的说明。所述充电器的尺寸（280×110×63mm）和体积小，重量（700g）轻，而且携带十分方便。利用本充电器可对12v或24v的蓄电池充电。其充电电流为8a/12v、4a/24v。
本发明充电器，在操作面板上设有：1）液晶显示屏。2）模式选择按钮。可针对不同类型和容量的蓄电池，在不同天气条件（一般天气和寒冷气候）下，通过模式按钮选择合适的模式，以不同电流对12v或24v蓄电池进行充电。由于有相应的符号作状态指引，因此，操作人员很容易操作和识别。而在控制电路中，这些状态和模式控制是通过微处理器控制系统来实现的。见附图5所示。模式选择模式按钮的电平状态控制信号输入至微处理器cpu芯片。微处理器在程序控制下通过软件扫描即可知道是否按下了模式按钮，以及按压了几次该按钮，根据模式按钮的操作情况即可进行相应的控制。
本发明充电器具有如下特点：1）采用开关电源式输出控制、微处理器控制和液晶屏显示技术；2）具有五种充电模式，即12vstd、12vagm、24vstd、12vstd寒冷天气、24vstd寒冷天气模式，分别设有“12vstd”、“12vagm”、“24vstd”、“12vstd和雪花（寒冷天气）”和“24vstd和雪花（寒冷天气）”符号指示。可针对不同类型和容量的蓄电池，在一般或寒冷天气条件下，通过模式按钮选择合适的模式，以不同电流对12v或24v蓄电池进行充电；3）具有八段控制方式，包括蓄电池自动识别、脉冲充电、软启动充电、快速充电、深度充电、恒压充电、浮充充电、维持充电；4）具有自动识别、过热、短路、电池极性接反保护功能。自动识别功能指：a）充电器充电时，控制系统会根据检测的电压大小，去判断此蓄电池是有故障的蓄电池，或者是12v的蓄电池，或者是24v的蓄电池，或者是充电器未连接蓄电池。保护功能指：a）当本发明充电器与蓄电池的连接出现极性接反现象时，充电器会自动反接保护，且有反接符号指示提示；b）当检测到过热现象时，充电器会自动减小充电电流到2a；c）当本充电器的夹子未连接到蓄电池上，或者本发明充电器的输出发生短路现象时，可显示“蓄电池未连接或输出短路”符号，充电器会自动进行保护。
对于本发明充电器的液晶屏显示部分，可显示蓄电池的电压数值及其单位伏特（v）；可显示“12vstd”电池符号，代表12vstd类型（铅酸）蓄电池；可显示“12vagm”电池符号，代表12vagm类型蓄电池（阀控式密封铅蓄电池，也称为vrla蓄电池）；可显示“24vstd”电池符号，代表24vstd类型的蓄电池；可显示“雪花”符号，代表寒冷天气模式下的蓄电池充电；可显示蓄电池的形状，并可表示蓄电池电压充满的程度，同时，可以采用部分循环滚动的显示方式，来表示蓄电池在充电过程中；当本发明充电器的夹子连接蓄电池的正、负极性出现接反现象时，即充电器的输出正极性连接至蓄电池的负极，而充电器的输出负极性连接至蓄电池的正极时，可显示极性接反符号；可显示“带×的电池符号”，以表示连接的蓄电池既不是12v的蓄电池，也不是24v的蓄电池，或者判定为蓄电池故障（即表示蓄电池已经损坏）；本充电器的夹子未连接到蓄电池上，或者本发明充电器的输出发生短路现象时，可显示“蓄电池未连接或输出短路”符号；当蓄电池充满时，显示出“ful”，表示蓄电池已经充满。
对于12v的蓄电池充电，本发明充电器设有如下八段控制方式：第一段，检测蓄电池电压，检测时间为3s；控制系统会根据检测的电压大小，去判断此蓄电池是有故障的蓄电池，或者是12v的蓄电池，或者是24v的蓄电池，或者是充电器未连接蓄电池，这一过程，也是本发明充电器的蓄电池自动识别功能；第二段，当检测的蓄电池电压（用u表示）7.5v≤u<11.1v时，控制系统会判定连接的蓄电池已经过度放电，需要进行脉冲修复，这一过程称为蓄电池的脉冲充电；第三段，当检测的蓄电池电压11.1v≤u<12.1v时，充电器控制系统会输出2a充电电流，以此小电流对蓄电池进行充电，这一过程称为软启动充电；第四段，当检测的蓄电池电压12.0v≤u<13.6v时，充电器控制系统会以最大8a的充电电流对蓄电池进行充电，以提高充电的速度或效率，这一过程称为蓄电池的快速充电；第五段，当检测的蓄电池电压13.6v≤u<14.0v时，充电器控制系统会以6a的充电电流对蓄电池进行充电，这一过程称为蓄电池的深度充电；第六段，当检测的蓄电池电压14.0v≤u<ful时，此时，充电器控制系统会随着蓄电池电压的升高，使充电电流逐渐减小，并以这种方式对蓄电池进行充电。这一过程的充电近似为恒压充电模式，故也称为恒压充电；第七段，当检测的蓄电池电压为ful时，充电器控制系统会输出很小的充电电流，对蓄电池进行浮充充电，以维持蓄电池自放电的损耗，另一方面，也能提高对蓄电池的充满程度，这一过程称为浮充充电（也称为涓流充电方式，即小电流充电）；第八段，当检测的蓄电池电压达到充满程度，并且蓄电池电压u<12.8v时，充电器控制系统会重新以2a小电流对蓄电池再次进行充电，以使蓄电池一直维持比较满的状态，这一过程称为维持充电。
对于24v的蓄电池充电，本发明充电器设有如下八段控制方式：第一段，检测蓄电池电压，检测时间为3s；控制系统会根据检测的电压大小，去判断此蓄电池是有故障的蓄电池，或者是12v的蓄电池，或者是24v的蓄电池，或者是充电器未连接蓄电池。这一过程，也是本发明充电器的蓄电池自动识别功能；第二段，当检测的蓄电池电压（用u表示）15.5v≤u<22.1v时，控制系统会判定连接的蓄电池已经过度放电，需要进行脉冲修复，这一过程称为蓄电池的脉冲充电；第三段，当检测的蓄电池电压22.2v≤u<24.0v时，充电器控制系统会输出2a充电电流，以此小电流对蓄电池进行充电，这一过程称为软启动充电；第四段，当检测的蓄电池电压24v≤u<27.2v时，充电器控制系统会以最大4a的充电电流对蓄电池进行充电，以提高充电的速度或效率，这一过程称为蓄电池的快速充电；第五段，当检测的蓄电池电压27.2v≤u<28.0v时，充电器控制系统会以3a的充电电流对蓄电池进行充电，这一过程称为蓄电池的深度充电；第六段，当检测的蓄电池电压28.0v≤u<ful时，此时，充电器控制系统会随着蓄电池电压的升高，使充电电流逐渐减小，并以这种方式对蓄电池进行充电。这一过程的充电近似为恒压充电模式，故也称为恒压充电；第七段，当检测的蓄电池电压为ful时，充电器控制系统会输出很小的充电电流，对蓄电池进行浮充充电，以维持蓄电池自放电的损耗，另一方面，也能提高对蓄电池的充满程度，这一过程称为浮充充电（也称为涓流充电方式，即小电流充电）；第八段，当检测的蓄电池电压达到充满程度，并且蓄电池电压u<25.6v时，充电器控制系统会重新以2a小电流对蓄电池再次进行充电，以使蓄电池一直维持比较满的状态，这一过程称为维持充电。
无论是12v蓄电池充电，还是24v蓄电池充电，如果充电状态是正常的，那么，通过电压反馈检测的信号，配合检测到的电流反馈信号，以及操作模式选择情况，微处理器cpu系统和开关电源电路部分会进行相应的充电控制。例如，实现八段控制方式，包括蓄电池自动识别、脉冲充电、软启动充电、快速充电、深度充电、恒压充电、浮充充电、维持充电；实现过热、短路、电池极性接反保护功能。
本发明充电器除了上述控制电路和功能及结构设计具有自己的特色外，还采用了先进的加工工艺技术来生产。在电路板上，除了一些大尺寸、插件式的器件（如开关电源变压器、场效应管及其散热器、整流二极管及其散热器、电解电容、滤波共模电感等）外，也有大量的贴片元件，如贴片式电阻、电容、二极管、三极管等器件。在生产充电器电路板的时候，除了少量大尺寸的器件需要手工装配和焊接外，电路板上其它的很多电子元器件都采用高效率的贴片机和插件机、焊接机自动完成器件的安装和焊接的。由于手工装配器件的数量以及焊接元器件的作业时间比较少，因而电路板的加工，甚至整个充电器的生产效率比较高，出错率低，制作质量比较高，最终可使产品生产时的一次合格率很高，制作成本低。然而，一般的充电器生产企业，由于实力弱、产品的生产数量很少，没有能力采用大量的smt贴片器件来生产电路板，也难以实现自动化或规模化的生产。主要是依靠手工插件、装配和焊接的方式来加工，因此，产品生产的效率低，工艺水平也相对落后。可见，本发明电路板的设计和加工方式也为降低制造成本起到了良好的作用。充电器的控制电路和结构合理、体积小、重量轻、成本低、生产效率高、制造技术先进等优点。本充电器的结构和电路原理是本发明专利保护的重点。
附图说明
图1是本发明示例充电器的结构示意图；
图2是本发明充电器的输入滤波整流电路原理图；
图3是本发明充电器的开关电源（一）部分的电路原理图；
图4是本发明充电器的开关电源（二）部分的电路原理图；
图5是本发明充电器的微处理器控制部分的电路原理图；
附图中各部件名称如下：
1、塑料壳上盖；2、密封圈；3、电源线插头；4、电源线拉不脱或固线器；5、主控制板；6、充电器挂钩；7、m3*12自攻螺丝；8、塑料壳下盖；9、输出电缆线拉不脱或固线器；10、输出电缆线转接线插头；11、输出电缆线转接线插座；12、输出夹子正极；13、输出夹子负极；14、输出快恢复二极管散热器；15、输出（共模）电感；16、稳压器；17、输出滤波电容；18、热敏电阻；19、快恢复二极管；20、开关电源场效应管；21、输入滤波电容；22、热敏电阻；23、整流桥；24、输入共模电感i；25、电容；26、输入共模电感ii；27、输入保险丝；28、场效应管散热器；29、变压器；30、模式选择按键；31、输出控制场效应管；32、lcd背光灯；33、lcd显示屏。
具体实施方式
如附图1，本发明的一种微处理器控制的蓄电池充电器，涉及一种12v/24v、最大充电电流为8a的微处理器控制开关电源式多功能蓄电池充电器产品，其结构特征在于：
所述充电器的尺寸（280×110×63mm）和体积小，重量（700g）轻，见附图1，充电器主要由塑料壳上盖1、塑料壳下盖8、密封圈2、充电器主控制板组件5、供电电源线及插头3、电源线固线拉不脱4、两个蓄电池电瓶夹子（12为正极，红色；13为负极，黑色）、充电线固线拉不脱9、紧固螺丝7部分组成。两个蓄电池电瓶夹子的连接线中间，分别设有输出电缆线转接线插头10和输出电缆线转接线插座11。供电电源线及其插头3通过其固线器（或称为拉不脱）4固定在壳体相应卡槽部位；两个蓄电池电瓶夹子的连接线通过其固线器（或称为拉不脱）9固定在壳体相应卡槽部位。在充电器主控制板组件5上，还有输出快恢复二极管散热器14、输出（共模）电感15、稳压器16、输出滤波电容17、热敏电阻18、快恢复二极管19、开关电源场效应管20、输入滤波电容21、热敏电阻ntc22、整流器或整流桥23、输入共模电感24、电容25、输入共模电感26、输入保险丝或保险管27、场效应管散热器28、变压器29、模式选择按键或按钮30、输出控制场效应管31、lcd背光灯或背光源32、液晶lcd显示屏33等元器件和零部件。塑料壳上盖1通过螺丝7固定在塑料壳下盖8上。密封圈2介于塑料壳上盖1和塑料壳下盖8之间，可使充电器达到较高的防护等级。充电器主控制板组件5、供电电源线及插头3、红色正极性蓄电池电瓶夹子12和黑色负极性蓄电池电瓶夹子13等零部件之间通过导线进行相应的电路连接。
所述的充电器，其其主控制板部分的电路组成原理图见附图2～附图5所示。附图2是本发明充电器的输入、滤波、整流电路原理图；附图3是本发明充电器的开关电源（一）部分的电路原理图；附图4是本发明充电器的开关电源（二）部分的电路原理图；附图5是本发明充电器的微处理器控制部分的电路原理图。
供电电源线为充电器的电路板提供外部供电电源。两个蓄电池电瓶夹子分为红色和黑色。充电时，红色代表充电器输出的“bat+（见附图4）或正”极性，与蓄电池的“+或正”极性端子进行连接；黑色代表充电器输出的“bat－（见附图4）或负”极性，与蓄电池的“－或负”极性端子进行连接。所述的充电器，供电电源可为ac220~240v，50hz或60hz。输出额定电流/电压可达8a/12v、4a/24v。可对12v或24v的蓄电池进行充电。
本发明充电器具有如下特点：1）采用开关电源式输出控制、微处理器控制和液晶屏显示技术；2）具有五种充电模式，即12vstd、12vagm、24vstd、12vstd寒冷天气、24vstd寒冷天气模式，分别设有“12vstd”、“12vagm”、“24vstd”、“12vstd和雪花（寒冷天气）”和“24vstd和雪花（寒冷天气）”符号指示。可针对不同类型和容量的蓄电池，在一般或寒冷天气条件下，通过模式按钮选择合适的模式，以不同电流对12v或24v蓄电池进行充电；3）具有八段控制方式，包括蓄电池自动识别、脉冲充电、软启动充电、快速充电、深度充电、恒压充电、浮充充电、维持充电；4）具有自动识别、过热、短路、电池极性接反保护功能。自动识别功能指：a）充电器充电时，控制系统会根据检测的电压大小，去判断此蓄电池是有故障的蓄电池，或者是12v的蓄电池，或者是24v的蓄电池，或者是充电器未连接蓄电池。保护功能指：a）当本发明充电器与蓄电池的连接出现极性接反现象时，充电器会自动反接保护，且有反接符号指示提示；b）当检测到过热现象时，充电器会自动减小充电电流到2a；c）当本充电器的夹子未连接到蓄电池上，或者本发明充电器的输出发生短路现象时，可显示“蓄电池未连接或输出短路”符号，充电器会自动进行保护。
对于本发明充电器的液晶屏显示部分，用于显示蓄电池的电压数值，p为数值的小数点，t11部分的“v”代表电压数值的单位伏特（v）；t7部分，即“12vstd”电池符号，代表12vstd类型（铅酸）蓄电池；t8部分，即“12vagm”电池符号，代表12vagm类型蓄电池（阀控式密封铅蓄电池，也称为vrla蓄电池）；t10部分，即“24vstd”电池符号，代表24vstd类型的蓄电池；t9部分，即“
对于12v的std型蓄电池，其充满电压是14.4v；对于12v的std型蓄电池，其寒冷天气模式下的充满电压是14.8v；对于12v的agm型蓄电池，其充满电压是14.6v；对于12v的agm型蓄电池，其充满电压是15.2v；对于24v的std型蓄电池，其充满电压是28.8v；对于24v的std型蓄电池，其寒冷天气模式下的充满电压是29.6v。
对于12v蓄电池充电，本发明充电器设有如下八段控制方式：第一段，检测蓄电池电压，检测时间为3s；控制系统会根据检测的电压大小，去判断此蓄电池是有故障的蓄电池，或者是12v的蓄电池，或者是24v的蓄电池，或者是充电器未连接蓄电池，这一过程，也是本发明充电器的蓄电池自动识别功能；第二段，当检测的蓄电池电压（用u表示）7.5v≤u<11.1v时，控制系统会判定连接的蓄电池已经过度放电，需要进行脉冲修复，这一过程称为蓄电池的脉冲充电；第三段，当检测的蓄电池电压11.1v≤u<12.1v时，充电器控制系统会输出2a的充电电流，以此小电流对蓄电池进行充电，这一过程称为软启动充电；第四段，当检测的蓄电池电压12.0v≤u<13.6v时，充电器控制系统会以最大8a的充电电流对蓄电池进行充电，以提高充电的速度或效率，这一过程称为蓄电池的快速充电；第五段，当检测的蓄电池电压13.6v≤u<14.0v时，充电器控制系统会以6a的充电电流对蓄电池进行充电，这一过程称为蓄电池的深度充电；第六段，当检测的蓄电池电压14.0v≤u<ful时，此时，充电器控制系统会随着蓄电池电压的升高，使充电电流逐渐减小，并以这种方式对蓄电池进行充电。这一过程的充电近似为恒压充电模式，故也称为恒压充电；第七段，当检测的蓄电池电压为ful时，充电器控制系统会输出很小的充电电流，对蓄电池进行浮充充电，以维持蓄电池自放电的损耗，另一方面，也能提高对蓄电池的充满程度，这一过程称为浮充充电（也称为涓流充电方式，即小电流充电）；第八段，当检测的蓄电池电压达到充满程度，并且蓄电池电压u<12.8v时，充电器控制系统会重新以2a小电流对蓄电池再次进行充电，以使蓄电池一直维持比较满的状态，这一过程称为维持充电。
对于24v蓄电池充电，本发明充电器设有如下八段控制方式：第一段，检测蓄电池电压，检测时间为3s；控制系统会根据检测的电压大小，去判断此蓄电池是有故障的蓄电池，或者是12v的蓄电池，或者是24v的蓄电池，或者是充电器未连接蓄电池。这一过程，也是本发明充电器的蓄电池自动识别功能；第二段，当检测的蓄电池电压（用u表示）15.5v≤u<22.1v时，控制系统会判定连接的蓄电池已经过度放电，需要进行脉冲修复，这一过程称为蓄电池的脉冲充电；第三段，当检测的蓄电池电压22.2v≤u<24.0v时，充电器控制系统会输出2a的充电电流，以此小电流对蓄电池进行充电，这一过程称为软启动充电；第四段，当检测的蓄电池电压24v≤u<27.2v时，充电器控制系统会以最大4a的充电电流对蓄电池进行充电，以提高充电的速度或效率，这一过程称为蓄电池的快速充电；第五段，当检测的蓄电池电压27.2v≤u<28.0v时，充电器控制系统会以3a的充电电流对蓄电池进行充电，这一过程称为蓄电池的深度充电；第六段，当检测的蓄电池电压28.0v≤u<ful时，此时，充电器控制系统会随着蓄电池电压的升高，使充电电流逐渐减小，并以这种方式对蓄电池进行充电。这一过程的充电近似为恒压充电模式，故也称为恒压充电；第七段，当检测的蓄电池电压为ful时，充电器控制系统会输出很小的充电电流，对蓄电池进行浮充充电，以维持蓄电池自放电的损耗，另一方面，也能提高对蓄电池的充满程度，这一过程称为浮充充电（也称为涓流充电方式，即小电流充电）；第八段，当检测的蓄电池电压达到充满程度，并且蓄电池电压u<25.6v时，充电器控制系统会重新以2a小电流对蓄电池再次进行充电，以使蓄电池一直维持比较满的状态，这一过程称为维持充电。
参见附图2。本发明充电器的输入、滤波、整流电路由保险丝f1；滤波共模电感lf1、电容cx1、电阻r101和r102组成的第一级输入滤波电路；滤波共模电感lf2、电容cx2组成的第二级输入滤波电路，滤波共模电感lf3组成的第三级输入滤波电路，cy1～cy6滤波电容，整流器db1及其输出滤波电解电容组成。供电电源220~240v，50hz或60hz，从l、n端输入；pe为保护性接地，连接到供电电源的地。保险丝f1串联在输入电源回路中；滤波共模电感lf1的两个绕组串联在两个输入电源电缆回路中；电容cx1并联在滤波共模电感lf1的输出两端，电阻r101和r102串联后再并联在电容cx1的两端；上述电路的后级电路，有两个部分，一是滤波共模电感lf2的两个绕组串联在上述前级电路中，电容cx2并联在滤波共模电感lf2的输出两端；二是滤波电容cy4和滤波电容cy5串联后再并联在滤波共模电感lf2的两个绕组输入端，而滤波电容cy4和滤波电容cy5串联后的中间结点对供电电源的地之间连接有串联的滤波电容cy3和滤波电容cy6；滤波共模电感lf3的两个绕组输入端并联在电容cx2的两端，其输出端则整流器db1的两个交流输入端；整流器db1的输出，经电解电容c1滤波后获得+va的稳定直流高压电压，整流器db1的输出另一端为电路的地端，在该地端与供电电源的地之间连接有滤波电容cy1和滤波电容cy2；上述多级滤波电路和一些滤波电容的设置，可保障本发明充电器控制电路的工作可靠性。
本发明充电器通电后，l与n两端接通电网电源220~240vac，相应的控制电路带电工作。从电网来的交流电，经过电路板上的lf1、lf2和lf3共模电感、cx1和电容cx2、r101和r102电阻组成的三级输入滤波电路，以及cy1～cy6组成的滤波电路，再经过db1组成的整流桥或整流器整流后变为直流电。再经过电解电容c1的滤波，变为较为稳定的+310v直流电+va，供给附图3中由mos管q1、开关变压器b、mos管q1的开关驱动控制芯片u1（ld7750rgr）及外围器件等组成的开关电源控制电路部分工作。
参见附图3。本发明充电器的开关电源（一）部分的电路由开关电源控制芯片u1、光耦u4、mos管q1、开关电源变压器b的n1和n3绕组、二极管、电阻和电容组成。u1的1脚对地之间连接电阻r114；u1的2脚对地之间连接电容c104和光耦u4中的输出级三极管，即该三极管的集电极接u1的2脚，该三极管的发射极接地；u1的3脚对地之间连接电容c103；u1的3脚连接r113，r113的另一端连接r112、r108和mos管q1的漏极s端；r108的另一端接地；r112的另一端连接二极管d103的阳极、r110、mos管q1的栅极g端，二极管d103的阴极和r110的连接到u1的5脚out输出端；mos管q1的源极d端与漏极s端之间并联电容c102，mos管q1的源极d端还连接二极管d101的阳极和开关电源变压器b的初级n1的一端；二极管d101的阴极连接r103、r104、r105和c7，r103、r104、r105和c7的另一端连接至开关电源变压器b的初级n1的另一端和+va直流高压电压端；u1的8脚连接串联的r107和r106，而串联的r107和r106的另一端则连接至+va直流高压电压端；u1的6脚连接电解电容c2的正极性端、二极管d102的阴极，二极管d102的阳极连接开关电源变压器b的n3绕组的一端，n3绕组的另一端接地。
在控制电路的作用下，充电器的能量变换是通过高频开关电源变压器b把原边绕组的能量传递到付边各绕组（n2、n3、n4，n2和n4在附图4中）。再经相应的整流、滤波后输出各数值不同的直流电压供负载使用。u1（ld7750rgr）芯片5脚输出的方波信号经栅极限流电阻r110后驱动mos管q1。当mos管q1导通后，与之相连接的高频开关电源变压器b的初级绕组n1线圈就会储存电能。只有该绕组线圈存储能量后才可能通过其它方式供给负载。q1导通后，高频开关电源变压器b的初级线圈n1电流线性增大，磁场增强。次级线圈n3输出中的d102导通，由电容c2向u1（ld7750rgr）芯片6脚负载（电路）供电；次级线圈n2和n4中d1、d202导通，分别由电容c6和c4、c3向各自的负载（电路）供电。
光耦u4的三极管输出信号，会影响u1（ld7750rgr）芯片的2脚（comp）的电平高低，可控制u1（ld7750rgr）芯片5脚的输出脉冲宽度（或脉宽）大小，最终控制附图3中场效应管q1状态，以改变充电器的输出电压和电流。
本发明中，u1（ld7750rgr）芯片是8脚mos管驱动控制芯片。它是一款高集成度、低功耗的电流模式pwm（脉冲宽度调节）控制芯片。该芯片的性能和用法等，有很多的公开资料介绍，并可查阅。鉴于篇幅的原因，这里不作过多的说明。
参见附图4。本发明充电器的开关电源（二）部分的电路由开关电源变压器b的n2和n4绕组、大功率快速恢复整流二极管d1、场效应管q202、npn型三极管q203和npn型三极管q204、稳压器u3、双运算放大器u5、光耦u4、稳压管dz1和稳压管dz2、输出滤波电感l1、二极管d201、d202和d203，电阻r01和r02、r45、r201～r210、r212、r215～r218、r225、r227～r231、r233、r244、r247～r249、rs1，电容c211～c214、c201～c207，电解电容c3～c6、c32组成。输出电流检测的分流器或检测电阻rs1。充电器的输出端为“bat+”和“bat－”，分别与对应的红色和黑色两个蓄电池电瓶夹子相连接。稳压器u3通过r247和r248的设定，使u3输出+5v电压，供给相应的电路作为工作电源使用，+5v还经过电容c5和c213滤波。开关电源变压器b的n2绕组一端接地，其另一端连接ns3、r225和大功率快速恢复整流二极管d1的阳极，ns3连接至附图5中对应的ns3，r225的另一端连接c212，c212的另一端连接d1的阴极；d1的阴极连接r45和+vcc，r45的另一端接至d203的阳极；+vcc就是d1整流后的输出电压；在+vcc对地之间，并联有c4、c6、r227～r230；+vcc还连接并联的电阻r01和r02，电阻r01和r02的另一端连接dz1的阴极、r233和q202场效应管的s端，dz1的阳极和r233的另一端连接至q202场效应管的栅极或控制极g端，该栅极或控制极g端还连接r231，r231的另一端连接q203的集电极，q203的发射极接地，q203的基极连接r244，r244的另一端连接至附图5中的u2的p40端，即u2-8-pmos端；q202的d和s端并联有一个二极管，该二极管的阳极与q202的d连接，起到保护q202的作用；q202的d端连接c214和输出滤波电感l1的一个绕组的一端，该绕组的另一端连接至bat+；c214连接输出滤波电感l1的另一个绕组的一端、输出电流检测的分流器或检测电阻rs1和c205，输出电流检测的分流器或检测电阻rs1和c205的另一端接地，该输出滤波电感l1的另一个绕组的另一端连接至bat-，rs1上获得的电压就是电流输出检测信号ufi；开关电源变压器b的n4绕组一端接地，其另一端接d202的阳极，d202的阴极连接c3的正极、d203的阴极，r249、q204的集电极和u3的输入端，c3的另一端接地，r249的另一端连接q204的基极和dz2的阴极，dz2的阳极接地，q204的发射极连接c32的正极、c211和u5的电源端（即lm358的8脚），c32和c211的另一端接地；u5的电源端（即lm358的8脚）连接r201，r201的另一端连接r202和u4中发光二极管的阳极，r202的另一端连接该发光二极管的阴极，该发光二极管的阴极连接r203和d201的阳极，r203的另一端连接至u5中第一个运算放大器的输出端，d201的阴极连接至u5中第二个运算放大器的输出端；u5中第一个运算放大器及其外围的电阻、电容组成本发明充电器的输出电压反馈控制电路。r206和c201的阻容串联电路并联在u5中第一个运算放大器的反相输入端与输出端之间，该运算放大器的输出端连接r203，并通过r203去控制光耦u4中的发光二极管；该运算放大器的反相输入端连接r205和r207，r207的另一端接地，r205的另一端接+vcc，即检测d1整流、滤波后的输出电压的高低，也是电压反馈控制信号ufu；该运算放大器的同相输入端连接c202、r204和r217，c202的另一端接地，r204的另一端接+5v，r217的另一端连接c207和r218，c207的另一端接地，r218的另一端接至附图5中的u2的p53端，即u2-5-pwmu端，也是微处理控制系统给出的输出电压给定信号uug；u5中第二个运算放大器及其外围的电阻、电容组成本发明充电器的输出电流反馈控制电路。r209和c204的阻容串联电路并联在u5中第二个运算放大器的反相输入端与输出端之间，该运算放大器的输出端连接d201的阴极，并通过d201去控制光耦u4中的发光二极管；该运算放大器的反相输入端连接r212，r212的另一端接ufi，即rs1检测到的电流反馈控制信号ufi；该运算放大器的同相输入端连接c203、r208、r210和r215，c203和r208的另一端接地，r210的另一端接+5v，r215的另一端连接c206和r216，c206的另一端接地，r216的另一端接至附图5中的u2的p03端，即u2-28-pwma端，也是微处理控制系统给出的输出电流给定信号uig。
本发明充电器的输出电压和电流大小均由控制电路进行控制。按照设定的参数和状态进行输出控制。这些控制是保证充电器稳定工作的重要前提。例如，当电流给定值增大时，u1（ld7750rgr）芯片5脚的输出脉宽增大，使充电器的输出电流增加；反之，则减小充电电流。当充电电流的给定值不变，而有输出电流变化时，上述控制电路的控制结果都将使输出的充电电流稳定。例如，充电电流的给定值不变，而有输出电流由于某种外因增大时，由于反馈的电流信号增加，于是，控制器的pwm输出脉冲宽度减小，使输出的充电电流恢复到给定值。也就是说，上述控制电路的控制结果都将使输出的充电电流稳定。输出电压的控制过程与电流反馈控制过程有类似之处，不再赘述。
正常情况下，随着充电过程的进行，充电时间越长，蓄电池电瓶两端的电压会渐渐升高。充电器的充电电流越来越少，直到蓄电池电瓶被充满。可防止蓄电池电瓶过充而导致电瓶失水、充鼓等不良现象。
参见附图5。本发明充电器的微处理器控制部分的电路由微处理器cpu芯片u2（mc96f6332adbn）、程序烧写接口sxk、lcdlight液晶屏显示背景光源灯、光耦u6、充电器模式选择按钮sw1、npn型三极管q205、二极管d204和d205、热敏电阻ntc1，电容c208、c209、c210和c213，以及电阻j7、r213和r214、r219～r224、r234～r236和r245组成。程序烧写接口sxk用于控制程序的烧写；u2-p10连接电阻j7，j7的另一端连接电容c209、电阻r220和r221，c209和r221的另一端接地；r220的另一端连接至bat+，即本发明充电器的输出正极性夹子连接端；u2-p07连接电阻r222和r224，r224的另一端接地，r222的另一端连接c210和d204的阴极，c210的另一端接地，d204的阳极连接r223，r223的另一端连接至ns3，即附图4中d1的阳极或开关电源变压器次级绕组n2的输出端；u2-p04连接电阻r213和c208，c208的另一端接地，r213的另一端连接至ufi，即附图4中rs1的输出，也就是电流反馈检测信号；u2-p02连接电阻r214和热敏电阻ntc1，ntc1的另一端接地，r214的另一端接+5v；u2-p03连接至附图4中的u2-28-pwma；u2-p42连接r219，r219的另一端连接lcdlight液晶屏显示背景光源灯，该灯的另一端接+5v，当u2-p42输出低电平时，背景光源灯点亮，使lcd液晶屏能够正常显示工作，显示的内容和位置由微处理器控制程序决定；u2-p41连接模式选择按钮sw1，sw1的另一端接地；u2-p40连接至附图4中的u2-8-pmos；u2-p53连接至附图4中的u2-5-pwmu；u2-p54连接r245，r245的另一端连接npn型三极管q205的基极，q205的发射极接地，q205的集电极连接r236，r236的另一端接+vcc，即附图4中的+vcc点；u2-p55连接r235和光耦u6中输出级三极管的集电极，该三极管的发射极接地，r235的另一端接+5v；光耦u6中发光二极管的阴极连接d205的阳极，d205的阴极接bat+，光耦u6中发光二极管的阳极连接r234，r234的另一端接地；当bat+的电平为低电平，也就是说，本发明充电器的红色正极性连接夹子被连接到蓄电池的负极性端子，而充电器的黑色负极性连接夹子被连接到蓄电池的正极性端子，或者说，蓄电池的连接极性被接反时，光耦u6中发光二极管会发光，光耦u6中输出级三极管导通，可使u2-p55检测到的电平为低电平（接近地的电平）；反之，如蓄电池的极性连接正确，没有接反现象，则可使u2-p55检测到的电平为高电平（+5v）；u2-p50～u2-p52和u2-p06端子没有连接（用nc表示）；u2-p33、u2-p32、u2-p31、u2-p30、u2-p05、u2-p13、u2-p26、u2-p27、u2-p12、u2-p11、u2-p20、u2-p21、u2-p22分别连接至液晶屏显示器的lcd-1～lcd-13；所述的热敏电阻ntc1紧贴附图4中的d1整流二极管的铝散热器表面进行安装，热敏电阻ntc1用于检测铝散热器的温度，如果出现过热现象，则可以通过u2微处理器的p02检测到这一现象，并通过微处理器控制系统发出指令，把电流减小到2a的小电流减小充电，从而实现过热保护。
本发明充电器，在操作面板上设有：1）液晶显示屏。2）模式选择按钮（即附图5中的sw1）。可针对不同类型和容量的蓄电池，在不同天气条件（一般天气和寒冷气候）下，通过模式按钮sw1选择合适的模式，以不同电流对12v或24v蓄电池进行充电。由于有相应的符号作状态指引，因此，操作人员很容易操作和识别。而在控制电路中，这些状态和模式控制是通过微处理器控制系统来实现的。见附图5所示。模式选择按钮sw1的电平状态控制信号输入至微处理器cpu芯片u2（mc96f6332adbn）的p41端，即u2-p41。微处理器在程序控制下通过软件扫描即可知道是否按下了sw1按钮，以及按压了几次该按钮，根据sw1的操作情况即可进行相应的控制。
见附图5，在本发明充电器控制电路中，过热保护电路由热敏电阻ntc1、电阻r214、u2微处理器控制电路组成。热敏电阻ntc1紧贴附图4中d1的铝散热器表面安装。当d1的铝散热器温度升高，热敏电阻阻值变化。热敏电阻ntc1、电阻r214组成的分压电路，在ntc1上的电压值会发生变化。当超过设定的检测值时，u2微处理器通过p02端口可检测到过热现象。之后，u2微处理器控制系统会把输出电流减小到2a的小电流，即通过光电耦合器u4去控制pwm芯片u1（ld7750rgr）的输出，使充电器输出2a充电电流。这就限制了充电器的d1散热器的温度，防止d1烧坏。只有当温度下降后，热敏电阻的变化才能使充电电流恢复。这就是其自动过热保护功能。
见附图3、附图4和附图5所示。无论是12v蓄电池充电，还是24v蓄电池充电，如果充电状态是正常的，那么，通过电压反馈检测的信号，配合rs1检测到的电流反馈信号，以及操作模式选择情况，微处理器cpu芯片u2（mc96f6332adbn）系统和u1（ld7750rgr）电路部分会进行相应的充电控制。例如，实现八段控制方式，包括蓄电池自动识别、脉冲充电、软启动充电、快速充电、深度充电、恒压充电、浮充充电、维持充电；实现过热、短路、电池极性接反保护功能。
对于蓄电池极性接反或错误反接状态，即当本发明充电器的夹子连接蓄电池的正、负极性出现接反现象时，即充电器的输出正极性连接至蓄电池的负极，而充电器的输出负极性连接至蓄电池的正极时，控制系统能够测试到这种情况，此时，控制系统会使q202处于截止或不导通状态，从而停止充电，这就是本发明充电器自动实现反接保护的基本工作原理。
对于12v的蓄电池充电，当检测的蓄电池电压（用u表示）7.5v≤u<11.1v时，或者，对于24v的蓄电池充电，当检测的蓄电池电压（用u表示）15.5v≤u<22.1v时，控制系统会判定与本发明充电器连接的蓄电池已经过度放电，需要进行脉冲修复。此时，控制系统会使q202处于导通、关闭的间隙控制状态，从而实现脉冲充电，这就是本发明充电器的脉冲充电或脉冲修复功能的基本工作原理。
如果本发明充电器连接的是12v蓄电池，那么，操作模式按钮sw1时，24v充电是不可选的。类似地，如果连接的是24v蓄电池，针对12v蓄电池充电的模式，通过操作模式按钮sw1时也是不可选的。
如果检测到蓄电池两端的电压为“零”，即充电器的输出正、负极短路连接，此时，充电器的控制系统会检测到反馈电压接近于0v（实际选择门槛值为0.5v，即0.5v及以下判断为输出短路）。充电器会自动进行保护，不进行充电操作，显示“蓄电池未连接或输出短路”符号。这就是本发明充电器自动实现短路保护的基本工作原理。
以上就是本发明充电器电路及其工作原理的简单过程描述。当然，没有说明到的地方，还可从电路原理图中去阅读和理解。因为，电路原理图也是一种无声的语言，从中可以获得很多其它方面的了解。只是看图的人需要有电路方面的专业知识和基础。
此外，在电路板的设计和制作方面，本发明也采用了先进工艺技术。在电路板上，除了一些大尺寸、插件式的器件（如开关电源变压器b、q1场效应管及其散热器、d1整流二极管及其散热器、c1～c6电解电容、lf1～滤波共模电感lf3等）外，也有大量的贴片元件，如贴片式电阻、电容、二极管、三极管等器件。在生产充电器电路板的时候，除了少量大尺寸的器件需要手工装配和焊接外，电路板上其它的很多电子元器件都采用高效率的贴片机和插件机、焊接机自动完成器件的安装和焊接的。由于手工装配器件的数量以及焊接元器件的作业时间比较少，因而电路板的加工，甚至整个充电器的生产效率比较高，出错率低，制作质量比较高，最终可使产品生产时的一次合格率很高，制作成本低。然而，一般的充电器生产企业，由于实力弱、产品的生产数量很少，没有能力采用大量的smt贴片器件来生产电路板，也难以实现自动化或规模化的生产。主要是依靠手工插件、装配和焊接的方式来加工，因此，产品生产的效率低，工艺水平也相对落后。可见，本发明电路板的设计和加工方式也为降低制造成本起到了良好的作用。
本发明充电器，其内部采用单一控制板结构。外加机壳、供电电源线和带夹子的充电器控输出线等部分。产品生产主要是解决电路板的加工和调试问题。产品的总装比较简单。
综上所述，本发明充电器的输出电压和电流、蓄电池极性接反保护、过热保护、短路保护、电池类型接错等保护都是受本发明电路控制的。这些控制是保证充电器稳定工作的重要前提。
可见，良好的电路及其结构设计是本发明的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、技术先进性的重要保障。本发明专利申请保护的内容就在于保护这种充电器的电路原理、结构和电路板布局设计。
本发明不仅采用了先进的开关电源控制技术，而且还采用了先进的加工技术和工艺来生产电路板。充电器具有结构合理、体积小、重量轻、成本低、生产效率高、制造技术先进等优点。
以上内容是结合具体的充电器电路、结构和电路板及控制功能对本发明所作的详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对本发明所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明电路和结构构思的前提下，还可以做出若干简单的推演和替换，这些都应该视为属于本发明保护的范畴。
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