一种电容充电自锁电路的制作方法

1.本技术涉及电力电子的技术领域，特别涉及一种电容充电自锁电路。


背景技术：

2.目前，很多电源设备，尤其是需要瞬间大功率输出设备都依靠电容来提供能量，因此就需要对电容进行充电。如附图1所示，充电电路一般都采用dc-dc升压模块110，以boost升压电路为例，其包括pwm脉冲发生器、电感器l、第一电容器c1、第一二极管d1和第一开关管q1，第一开关管q1的集电极分别与电感器l的一端和第一二极管d1的阳极连接，第一开关管q1的发射分别与第一电容器c1负极、负载的一端和电池负极连接，第一开关管q1的基极与pwm脉冲发生器连接，第一二极管d1的阴极分别与第一电容器c1正极和负载的另一端连接，电感器l的另一端与电池正极连接；电感器l的一端与第一二极管d1的阳极串联。
3.为了便于后期维护和更换电容，基本都增加放电回路120，该放电回路120可以包括：可控硅d2和第一电阻器r1，第一电阻器r1与第一电容器c1并联，可控硅d2与第一电阻器r1串联，用于控制放电回路120的通断。第一电容器c1充电时，可控硅d2断开，第一开关管q1断开，电池为第一电容器c1充电；第一电容器c1放电时，可控硅d2导通，第一电容器c1中储存的电能通过第一电阻器r1被消耗掉，从而便于对电容的维护和更换。
4.针对上述相关技术，发明人发现，当第一电容器c1放电时，由于第一电容器c1的电量随着被消耗，前级dc-dc升压模块也有可能会对第一电容器c1进行充电，因此导致放电回路出现边充电边放电的异常，导致放电回路一直处于工作状态，从而损坏放电回路中的元器件。


技术实现要素：

5.为了减少放电回路放电时，出现边充电边放电的情况，本技术提供了一种电容充电自锁电路。
6.一种电容充电自锁电路，其包括：放电电流检测模块、电压比较模块和充电控制模块；其中，
7.所述放电电流检测模块与放电回路连接，用于实时检测所述放电回路是否导通，并实时输出检测电压va；
8.所述电压比较模块与所述放电电流检测模块连接，用于接收所述检测电压va，并将所述检测电压va与预设的参考电压verf进行比较，以输出电平信号vb；
9.所述充电控制模块分别与所述电压比较模块和dc-dc升压模块连接，用于接收并响应所述电平信号vb，以控制所述dc-dc升压模块通断。
10.通过采用上述技术方案，当放电回路中的可控硅d2断开时，放电回路断开，此时电流检测模块会输出一检测电压va1；当放电回路中的可控硅d2导通时，第一电容器c1与第一电阻器r1形成回路，释放储存的电能，此时放电电流检测模块会输出另一检测电压va2，根据检测电压va值的不同，即可判断放电回路是否导通；电压比较模块能够通过比较检测电
压va和参考电压vref的大小关系，输出稳定的电平信号vb；当放电回路导通后，充电控制模块基于接收到的电平信号vb，控制dc-dc升压模块断开，从而减少了放电回路放电时，出现边充电边放电的情况。
11.可选的，所述放电电流检测模块包括光电耦合器oc、第二电阻器r2、第三电阻器r3、第二开关管q2、第四电阻器r4和第五电阻器r5；其中，
12.所述光电耦合器oc的初级阳极端连接于第一电阻器r1的另一端，所述光电耦合器oc的初级阴极端与所述第二电阻器r2的一端连接，所述第二电阻器r2的另一端与可控硅d2的阳极连接；
13.所述光电耦合器oc的次级集电极端与所述第三电阻器r3的一端连接，所述第三电阻器r3的另一端连接有第一供电电源vcc1，所述光电耦合器oc的次级发射极端与所述第四电阻器r4的一端连接，所述第四电阻器r4的另一端接地；所述第二开关管q2的基极与所述第四电阻器r4的一端连接，所述第二开关管q2的集电极与所述第五电阻器r5的一端连接，所述第五电阻器r5的另一端与所述第一供电电源vcc1连接，所述第二开关管q2的发射极接地；
14.所述电压比较模块与所述第二开关管q2的集电极连接，用于接收所述检测电压va。
15.通过采用上述技术方案，当第一电容器c1充电时，光电耦合器oc断开，第二开关管q2断开，此时电压比较模块获取到一检测电压va1；当第一电容器c1放电时，光电耦合器oc和第二电阻器r2会产生电流ia，电流ia使得光电耦合器oc导通，第一供电电源vcc1供电后，光电耦合器oc输出电流ib，电流ib的分压使得第二开关管q2导通，从而使得电压比较模块获取到另一检测电压va2。其中第五电阻器r5能够防止第二开关管q2导通时第一供电电源vcc1直接接地，造成第一供电电源vcc1短路。
16.可选的，所述电压比较模块包括参考电压vref生成电路和比较电路，所述参考电压vref生成电路用于输出预设的参考电压vref，所述比较电路用于比较所述参考电压vref和所述检测电压va的大小，并输出所述电平信号vb。
17.通过采用上述技术方案，第一电容器c1充放电时，比较电路获取到的检测电压va的值不同，因此将两不同的检测电压va分别与参考电压vref进行比较，以输出电平信号vb，通过电平信号vb即可判断第一电容器c1是否放电。
18.可选的，所述参考电压vref生成电路包括稳压二极管d3、第六电阻器r6、第七电阻器r7、第八电阻器r8和第二电容器c2；其中，
19.所述第六电阻器的一端连接有第二供电电源vcc2，另一端与所述第七电阻器r7一端连接，所述第七电阻器r7的另一端与所述第八电阻器r8的一端串联，所述第八电阻器r8的另一端接地；所述稳压二极管d3的输入端与所述第八电阻器r8的一端连接，所述稳压二极管d3的接地端接地，所述稳压二极管d3的输出端与所述第七电阻器r7的一端连接；所述第二电容器c2的一端接地，另一端分别与所述稳压二极管d3的输出端和所述比较电路连接。
20.通过采用上述技术方案，通过调节第七电阻器r7和第八电阻器r8的阻值，使得参考电压vref生成电路输出的参考电压vref可调。
21.可选的，所述比较电路包括电压比较器a和第九电阻器r9，所述电压比较器a的同
相输入端与所述第二电容器c2的另一端连接，所述电压比较器a的反相输入端与所述第二开关管q2的集电极连接；所述电压比较器a的输出端与所述第九电阻器r9的一端连接，所述第九电阻器r9的另一端与所述充电控制模块连接。
22.通过采用上述技术方案，当参考电压vref大于检测电压va时，电压比较器a输出高电平信号vb+，当参考电压vref小于检测电压va时，电压比较器a输出高电平信号vb-；第九电阻器r9可以限制电压比较器a输出的电流，防止大电流损坏其他元件。
23.可选的，所述比较电路还包括第十电阻器r10和第十一电阻器r11，所述第十电阻器r10的一端与所述第二开关管q2的集电极连接，另一端与所述电压比较器a的反向输入端连接；所述第十一电阻器r11的一端接地，另一端与所述第十电阻器r10的另一端连接。
24.通过采用上述技术方案，调整第十电阻器r10和第十一电阻器r11的阻值，能够调整检测电压va输入电压比较器a反相输入端的电压值。
25.可选的，所述第十一电阻器r11的两端还并联有第二电容器c2。
26.通过采用上述技术方案，第二电容器c2为滤波电容器，能够使得输入电压比较器a反相输入端的电压更加平稳。
27.可选的，所述充电控制模块包括充电控制芯片和第十二电阻器r12，所述第十二电阻器r12的一端接地，另一端与所述充电控制芯片的使能端连接，所述充电控制芯片的使能端与所述第九电阻器r9的另一端连接。
28.通过采用上述技术方案，当检测到第一电容器c1放电时，充电控制芯片自锁，从而控制dc-dc升压模块断开；第十二电阻器r12为下拉电阻，能够防止充电控制芯片的使能端的电压悬空，减少了充电控制芯片误动作，从而使得充电控制芯片只有在高电平时自锁。
29.可选的，所述充电控制模块还包括mcu和第四二极管d4，所述第四二极管d4的阳极与所述第九电阻器r9的另一端连接，所述第四二极管d4的阴极与所述mcu的输入端连接，所述mcu的输出端与所述充电控制芯片连接。
30.通过采用上述技术方案，电平信号vb输入至mcu内，为mcu控制充电控制芯片的软件判定当前状态提供依据，用软件控制充电控制芯片自锁，从而实现软件控制，进一步提高了对dc-dc升压模块的自锁效果。
31.可选的，所述电容充电自锁电路还包括发光二极管vd和第十三电阻器r13，所述发光二极管vd的阳极与所述第九电阻器r9的另一端连接，所述发光二极管vd的阴极与所述第十三电阻器r13的一端串联，所述第十三电阻器r13的另一端接地。
32.通过采用上述技术方案，当电压比较器a输出高电平信号vb+时，发光二极管vd点亮，从而提示放电回路处于放电状态，清晰明了的反映了当前放电回路的状态，同时提示充电控制芯片实现了自锁。
33.综上所述，本技术至少包括以下有益效果：
34.1.设置放电电流检测模块、电压比较模块和充电控制模块的目的是，通过放电电流检测模块检测放电回路是否导通，电压比较模块能够通过比较放电回路导通或是断开时，放电电流检测模块输出的检测电压va和参考电压vref的大小关系，输出稳定的电平信号vb，使得充电控制模块基于该电平信号vb控制dc-dc升压模块通断，以减少放电回路放电时边充边放的情况发生。
35.2．设置参考电压vref生成电路，通过调节第七电阻器r7和第八电阻器r8的阻值，
使得参考电压vref生成电路能够输出稳定且可调的参考电压vref。
36.3.设置发光二极管vd的目的是，通过发光二极管vd的亮灭，清晰明了的反映当前放电回路的状态。
附图说明
37.图1是相关技术的电路结构示意图；
38.图2是本技术一种电容充电自锁电路的控制结构框图；
39.图3是本技术一种电容充电自锁电路的电路结构示意图。
40.附图标记说明：110、dc-dc升压模块；120、放电回路；200、放电电流检测模块；300、电压比较模块；310、参考电压vref生成电路；320、比较电路；400、充电控制模块；410、充电控制芯片；420、mcu。
具体实施方式
41.本技术结合附图1-附图3进一步进行详细说明。
42.本技术公布了一种电容充电自锁电路，作为电容充电自锁电路一种实施方式，如附图2所示，其包括：放电电流检测模块200、电压比较模块300和充电控制模块400；其中，
43.放电电流检测模块200与放电回路120连接，用于实时检测放电回路120是否导通，并实时输出检测电压va；
44.电压比较模块300与放电电流检测模块200连接，用于接收检测电压va，并将检测电压va与预设的参考电压verf进行比较，以输出电平信号vb。例如，放电电路断开时，检测电压为va1，当放电电路导通时，检测电压为va2，当参考电压vref大于检测电压va1时，输出高电平信号vb+，当参考电压vref小于检测电压va2时，输出低电平信号vb-；
45.充电控制模块400分别与电压比较模块300和dc-dc升压模块110连接，用于接收并响应电平信号vb，以控制dc-dc升压模块110通断。例如，当充电控制模块400接收到高电平信号vb+时，控制dc-dc升压模块110断开。
46.如附图3所示，作为放电电流检测模块200的一种实施方式，放电电流检测模块200包括光电耦合器oc、第二电阻器r2、第三电阻器r3、第二开关管q2、第四电阻器r4和第五电阻器r5；其中，
47.光电耦合器oc的初级阳极端连接于第一电阻器r1的正极端，光电耦合器oc的初级阴极端与第二电阻器r2的一端连接，第二电阻器r2的另一端与可控硅d2的阳极连接；
48.光电耦合器oc的次级集电极端与第三电阻器r3的一端连接，第三电阻器r3的另一端连接有第一供电电源vcc1，光电耦合器oc的次级发射极端与第四电阻器r4的一端连接，第四电阻器r4的另一端接地；第二开关管q2的基极与第四电阻器r4的一端连接，第二开关管q2的集电极与第五电阻器r5的一端连接，第五电阻器r5的另一端与第一供电电源vcc1连接，第二开关管q2的发射极接地；电压比较模块300与第二开关管q2的集电极连接，用于接收检测电压va。
49.本实施方式中，第二开关管q2采用的是npn型三极管，第一供电电源vcc1电压为5v。
50.作为电压比较模块300的一种实施方式，其包括参考电压vref生成电路310和比较
电路320，参考电压vref生成电路310用于输出预设的参考电压vref，比较电路320用于比较参考电压vref和检测电压va的大小，并输出电平信号vb。
51.作为参考电压vref生成电路310的一种实施方式，其包括：参考电压vref生成电路310包括稳压二极管d3、第六电阻器r6、第七电阻器r7、第八电阻器r8和第二电容器c2；其中，
52.第六电阻器的一端连接有第二供电电源vcc2，另一端与第七电阻器r7一端连接，第七电阻器r7的另一端与第八电阻器r8的一端串联，第八电阻器r8的另一端接地；稳压二极管d3的输入端与第八电阻器r8的一端连接，稳压二极管d3的接地端接地，稳压二极管d3的输出端与第七电阻器r7的一端连接；第二电容器c2的一端接地，另一端分别与稳压二极管d3的输出端和比较电路320连接。通过第七电阻器r7和第八电阻器r8的阻值，即可调整参考电压vref的值，例如，将第八电阻器r8的阻值设置为ω，第七电阻器r7的阻值设置为20ω，则参考电压vref生成电路310输出的参考电压vref为3v。
53.作为比较电路320的一种实施方式，比较电路320包括电压比较器a和第九电阻器r9，电压比较器a的同相输入端与第二电容器c2的另一端连接，电压比较器a的反相输入端与第二开关管q2的集电极连接；电压比较器a的输出端与第九电阻器r9的一端连接，第九电阻器r9的另一端与充电控制模块400连接。本实施方式中，电压比较器a采用lm358，由第三供电电源vcc3供电，电压为5v。
54.为了能够调整放电电流检测模块200输入电压比较器a的电压，比较电路320还包括第十电阻器r10和第十一电阻器r11，第十电阻器r10的一端与第二开关管q2的集电极连接，另一端与电压比较器a的反向输入端连接；第十一电阻器r11的一端接地，另一端与第十电阻器r10的另一端连接。例如，参考电压vref为3v，通过调整第十电阻器r10和第十一电阻器r11的阻值，可以在第二开关管q2截至时，将输入比较电路320的反向输入端的电压值调整到4v，又因为在第二开关管q2导通时va小于3v，所以当第二开关管q2截至，即第一电容器c1未放电时，电压比较器a输出低电平信号vb-；当第二开关管q2导通，即第一电容器c1放电时，电压比较器a输出高电平信号vb+。
55.并且，为了使得输入电压比较器a反相输入端的电压更加平稳，第十一电阻器r11的两端上还并联有第三电容器c3。
56.作为充电控制模块400的一种实施方式，其包括充电控制芯片410和第十二电阻器r12，第十二电阻器r12的一端接地，另一端与充电控制芯片410的使能端连接，充电控制芯片410的使能端与第九电阻器r9的另一端连接。本实施方式中充电控制芯片410可以选择sg3525。
57.充电控制模块400还包括mcu420和第四二极管d4，第四二极管d4的阳极与第九电阻器r9的另一端连接，第四二极管d4的阴极与mcu420的输入端连接，mcu420的输出端可以与充电控制芯片410连接。
58.为了清晰明了的反映当前放电回路120的状态，电容充电自锁电路还包括发光二极管vd和第十三电阻器r13，发光二极管vd的阳极与第九电阻器r9的另一端连接，发光二极管vd的阴极与第十三电阻器r13的一端连接，第十三电阻器r13的另一端接地。
59.本实施例的实施原理为：
60.当第一电容器c1向第一电阻器r1放电时，光电耦合器oc初级上会产生电流ia，使
得光电耦合器oc内部的发光元件发光，从而在光电耦合器oc的次级上产生电流ib，电流ib流过第四电阻器r4，使得第二开关管q2基极电压高于发射极电压，第二开关管q2导通，第二开关管q2的集电极接地，使得放电电流检测模块200输出检测电压va1；当第一电容器c1未向第一电阻器r1放电时，第二开关管q2截止，放电电流检测模块200输出检测电压va2；
61.通过调整第七电阻器r7和第八电阻器r8的阻值，从而能够调整输入电压比较器a同相输入端参考电压vref的值，以使放电电流检测模块200输出检测电压va1时，使得电压比较器a的反相输入端的电压小于参考电压vref，放电电流检测模块200输出检测电压va2时，使得电压比较器a的反相输入端的电压大于参考电压vref；在电压比较器a的反相输入端的电压小于参考电压vref时，电压比较器a输出高电平vb+，充电控制芯片410接收并响应该高电平vb+，从而使得充电控制芯片410控制控制dc-dc升压模块110断开，停止对第一电容器c1充电。
62.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。