一种电子控制式充电器及电路的结构的利记博彩app

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【专利摘要】本实用新型是关于一种电子控制式充电器及电路的结构，包括充电器的外壳体及设在该外壳体内部的构成充电器的各个零部件，本实用新型充电器设计为单电路板的内部结构，主要零部件包括：底壳、外壳、电路板组件、供电电源线、两根带蓄电池电瓶夹子的充电线等部分；本实用新型主电路采用半桥逆变电路，其控制电路由PWM脉冲宽度调节器等器件组成，另外，还设计有短路保护电路、电池极性接反保护电路、过热保护电路。充电器的充电电流可在0.8~18A之间连续调节，可对300AH及以下的12V蓄电池进行自动充电，具有三种充电模式，分别为恒流、恒压、浮充模式，本实用新型不仅体积小，而且重量轻，携带十分方便。
【专利说明】一种电子控制式充电器及电路的结构

【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种小型电子控制的蓄电池充电器产品，具体是一种电子控制式充电器及电路的结构。
技术背景
[0002]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。
[0003]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等一些规格。额定工作电流通常在Γ50Α。少数大型充电器的电流可达上百安培电流的水平。在考虑低成本、易生产的情况下，小电流等级如4A、8A、20A等的充电器产品通常是主流的产品。市场上，很多充电器产品是采用传统变压器整流器式的结构设计。此类充电器，由于是采用电网电压经低频50Hz或60Hz变压器变换为低压交流电，再经过整流控制的方式来设计，因此，产品的技术水平低，变压器和整流器笨重，消耗材料多，发热量大，工作时能量转换效率低，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，不是传统变压器和整流的结构形式，而是采用中或高频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。整流器也不是普通的二极管构成的整流器，而是采用快速恢复二极管的整流器。发热也非常小，电源的能量转换效率高，节能和节材等方面非常突出。直流输出参数电压和电流的控制是采用AC-DC- AC-DC变换或逆变及整流等方式来解决。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。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。随着充电器电源技术的飞速发展，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。
[0004]电子控制类充电器，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。生产也主要以电路板的制造为主。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，结构和电路设计不同的充电器，其技术参数、使用性能、生产效率，甚至产品外观和可靠性以及市场竞争力等是差别比较大的。
实用新型内容
[0005]本实用新型目的在于提供一种电子控制式充电器及电路的结构，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；本实用新型不仅采用了先进的逆变电源控制技术，而且还采用了先进的SMT贴片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。
[0006]为实现上述目的采用以下技术方案:
[0007]本实用新型涉及一种电子控制式充电器及电路的结构，其特征在于:包括底壳、夕卜壳、电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子、冷却风机、电流表、电流调节电位器；电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子、冷却风机、电流表、电流调节电位器之间进行相应的电路连接，冷却风机对充电器电路板组件上表面的器件进行冷却，起到防止烧坏器件和延长充电器工作时间的作用；电路板组件采用单电路板的内部结构，主电路采用半桥逆变电路，主电路的控制电路采用TL494脉冲宽度调节器，主电路上还设计有短路保护电路、电池极性接反保护电路、过热保护电路。
[0008]主电路包括保险丝、热敏电阻、两个电感和电容及压敏电阻组成的输入滤波电路以及整流器，场效应MOS管、逆变主变压器和快速恢复整流二极管组成的半桥逆变电路，半桥逆变电路由采用TL494脉冲宽度调节器的控制电路；在控制电路的作用下，脉冲宽度调节器电路产生的和驱动电路的几十kHz的中频脉冲，使半桥逆变主电路中的场效应管交替工作，形成的中频交流电经逆变主变压器的降压、能量变换，再经快速恢复二极管的整流后，获得充电所需要的直流输出。
[0009]所述的主电路的输出端连接有电池接反保护电路，所述的电池接反保护电路包括场效应管、三极管、稳压管和电阻，当发生极性接反现象时，电池的电压会使三极管导通，限制稳压管的电压为低，这样场效应管将处于截止状态，也就无法对蓄电池进行充电。
[0010]本实用新型的充电器，其主电路采用半桥逆变电路，其控制电路由TL494 PWM脉冲宽度调节器等器件组成。另外，还设计有短路保护电路、电池极性接反保护电路、过热保护电路。充电器的充电电流可在0.8?18A之间连续调节。可对300AH及以下的12V蓄电池进行自动充电。具有三种充电模式，分别为恒流、恒压、浮充模式。充电器的尺寸为200X 175X 105mm。重量为1.5kg。不仅体积小，而且重量轻，携带十分方便。已成为出口家用小型蓄电池充电器的主流产品。当然，通过充电器外形和电路布局结构设计的变化，利用本实用新型所述的充电器电路板及其相应的零部件还可形成其它系列的产品，扩大产品的应用范围。此外，充电器控制电路板的大部分电子器件采用自动插件加工方法进行生产，故生产效率高、制作成本低。本实用新型充电器的电路和整机结构设计独特。在充电器的结构和功能设计方面，本实用新型充电器具有自己的特色。
[0011]本实用新型不仅采用了先进的逆变电源控制技术，而且还采用了先进的SMT贴片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；通过改变不同器件或零部件的配置规格和参数，即可改变充电器的输出电流或功率的大小，容易形成符合国家和国际标准的系列化产品。例如，制成15A/12V、1A/12V等电流等级和规格型号的产品。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的结构分解示意图；
[0013]图2是本实用新型主电路的电路原理图；
[0014]图3是本实用新型控制电路的电路原理图；
[0015]附图中各部件名称如下:1、提手2、外壳3、散热片4、场效应MOS管5、场效应MOS管6、热保护器小板7、快速愀复二极管8、场效应MOS管9、保险丝10、电容11、热敏电阻12、电感13、输入滤波电容14、驱动变压器15、线路板16、集成块LM324 17、电压调节电位器18、主变压器19、康铜丝分流器20、输出电抗21、输出滤波电容22、铁螺柱23、冷却风机24、输入电源线25、输出正极夹子26、输出负极夹子27、拉不脱28、底壳29、前面板30、旋钮和电流调节电位器31、电原指标灯32、保护指示灯33、电流表。

【具体实施方式】
[0016]如图1-3所示，一种电子控制式充电器及电路的结构，单电路板的内部结构，主要零部件包括:底壳28、外壳2、电或线路板组件15、供电电源线24、两个蓄电池电瓶夹子25和26、冷却风机23、电流表33、电流调节电位器30等部分。电路板组件15、供电电源线24、两个蓄电池电瓶夹子25和26、冷却风机23、电流表33、电流调节电位器30之间进行相应的电路连接。冷却风机23对充电器电路的器件进行冷却，起到防止烧坏器件和延长充电器工作时间的作用。所述的充电器，其主电路采用半桥逆变电路，其控制电路由TL494 PWM脉冲宽度调节器等器件组成。另外，还设计有短路保护电路、电池极性接反保护电路、过热保护电路。其额定电流/电压可达18A/12V。可对300AH及以下的12V蓄电池进行自动充电。具有三种充电模式，分别为恒流、恒压、浮充模式。充电器的尺寸为200X 175X 105mm。重量为 I.5kg。
[0017]所述的电路板组件15部分，主要包括:散热片3、场效应MOS管4和5、热保护小板6、快速恢复整流二极管7、场效应MOS管8、保险丝9、电容10、热敏电阻11、电感12、输入滤波电容13、驱动变压器14、集成块LM32416、调节电位器17、主变压器18、康铜丝分流器19、输出电抗20、输出滤波电容21,还有大量的电子兀器件组成。电路板上的这些兀器件和电路与供电电源线24、两个蓄电池电瓶夹子25和26、冷却风机23、电流表33、电流调节电位器30等部分按照附图2和附图3的连接方式组合在一起，构成一个完整的逆变电源控制式充电器。
[0018]供电电源线24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25和26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“一或负”极性，与蓄电池的“一或负”极性端子进行连接。
[0019]参见附图2和附图3。本实用新型充电器的电路主要由保险丝FUSE、热敏电阻RT1、两个电感和电容CXl及压敏电阻RVl组成的输入滤波电路、Dl?D4组成整流器、场效应MOS管Q7和Q8、逆变主变压器T3、快速恢复整流二极管含Dll、D12、D27和D28等、MOS开关管脉冲宽度调制控制PWM芯片TL494、集成运算放大器U2、输出电流调节电位器RP1、直流冷却风机M、电源指示LEDl灯、过热保护状态LED2指示灯，以及很多的电阻、电容、二极管、三极管如Ql?Q5、稳压管如Z2等组成。供电电源可为AC 18(T230V，50Hz或60Hz。输出端为“ V0UT+”和“ VOUT - ”，分别与对应颜色的两个蓄电池电瓶夹子相连接。
[0020]本实用新型充电器的工作原理简述如下:通电后，充电器接通电网电源22(T230VAC。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Dl?D4组成整流桥整流后变为直流电。再经过电解电容C7的滤波，变为较为稳定的+300V直流电。场效应管Q7和Q8、电容C13和C21、逆变主变压器T3、快速恢复二极管D27和D28等组成半桥逆变电路。能量变换是通过逆变主变压器T3把原边绕组的能量传递到付边各绕组。再经相应的D27和D28整流、电容和电感T4滤波后输出数值不同的直流电压+VCC和VOUT+和电流供负载使用。场效应管Q7和Q8的工作状态受控于TL494脉冲宽度调制器及其外围电路。这两个场效应管的驱动由驱动变压器Tl及其外围的器件如Q1、Q2、D16?19、D5?
12,Cl?3等部分组成。在控制电路的作用下，PWM电路产生的和驱动电路的几十KHz的中频脉冲，使半桥逆变主电路中的场效应管Q7和Q8交替工作。形成的中频交流电经逆变主变压器T3的降压、能量变换，再经快速恢复二极管D27和D28的整流后，获得充电所需要的直流输出，即低压、可调大小的直流电流。充电器的输出电流和电压是受电流给定信号、负反馈等控制作用的。通过电路的各控制作用，实现恒流、恒压、浮充三种工作模式，以及短路保护、过热保护等功能。电路的一些具体工作情况还可参看下面的一些描述。
[0021]TL494是由德州仪器公司设计并推出的产品。在很多半桥电源上广泛使用。作为较便宜的双端PWM芯片，TL494在双端拓扑，如推挽和半桥逆变电路中应用极多。由于其降低的工作频率以及单端的输出端口特性，它常配合功率双极性晶体管BJT使用，如用于配合功率MOSFET則需外加电路。TL494已成为一种工业标准芯片，由很多家集成电路厂商生产。TL494是一个固定PWM频率的专用脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器。振荡频率可以通过外部的一个电阻和电容进行调节或设定。可提供单端式或双通道式的输出控制。TL494被广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关或逆变电源中。TL494的主要特征:TL494集成了全部的脉宽调制电路；片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅一个电阻和一个电容；内置5V参考基准电压源；内置误差放大器；TL494可调整死区时间；TL494内置功率晶体管，可提供500mA的驱动能力；TL494有推或拉两种输出方式。其各个引脚的功能如下:1脚:误差放大器I的同相输入端；2脚:误差放大器I的反相输入端；3脚:误差放大器I和2输出信号补偿元件连接端；4脚:死区控制信号输入端；5脚:振荡器外接电容连接端；6脚:振荡器外接电阻连接端；7脚:基准电源电路接地端；8脚:推挽输出信号A ；9脚:推挽输出信号A ;10脚:推挽输出信号B ;11脚:推挽输出信号B ;12脚:工作电压输入端；13脚:输出方式设定信号输入端。
[0022]14脚:+5V基准电压；15脚:误差放大器2的反相输入端；16脚:误差放大器2的同相输入端；
[0023]充电器的电路中，场效应管Q7和Q8、电容C13和C21、逆变主变压器T3、快速恢复二极管D27和D28等组成半桥逆变电路。能量变换是通过逆变主变压器T3把原边绕组的能量传递到付边各绕组。再经相应的D27和D28整流、电容和电感T4滤波后输出数值不同的直流电压+VCC和VOUT+和电流供负载使用。TL494的8、11脚输出两组方波PWM控制信号。经Q1、Q2、脉冲变压器Tl及其外围的器件如D16?19、D5?12、C1?3等组成的驱动电路，去控制MOSFEF功率管Q7、Q8的通断状态。当场效应管MOS管Q7、Q8按照控制要求工作后，与之相连接的逆变主变压器T3的初级绕组线圈中就会产生中频交流。再经过变压器T3的降压和电流变换，快速恢复二极管D27、D28的整流，以及T4电感的滤波，最后输出蓄电池充电所需的电压和电流。
[0024]在附图2和附图3的电路原理图中，热敏电阻RTl起限流作用。TL494的⑥脚和⑤脚外接的R26、C9决定了 PWM的振荡频率或MOS主开关管的工作频率。D27和D28为输出级的快速恢复型整流管，以满足高频、大电流整流工作的需要。R8和C4构成吸收回路或称为缓冲电路，用于吸收尖峰电压，保护D27和D28快速恢复二极管。
[0025]本实用新型充电器的空载电压为14.5VDC。在正常充电状态，充电器的充电电流可通过电流调节电位器在0.8A?18A之间无级连续调节。并通过电流表显示充电电流值。实现所谓的“恒流”模式。当充电电压超过13.7VDC时，充电电流随着充电电压的升高而逐渐减小。当充电电压超过14.8VDC时，充电电流将减小到0.8A，进入所谓的“浮充”模式状态。
[0026]当充电器的输出端发生短路现象时，此时，充电器的输出电压很低，但充电器的电流会被限制到18A。不会出现烧坏充电器的现象。起到短路保护的目的。如图3所示，电池接反保护电路由场效应管Q6、三极管Q5、稳压管Z2、电阻RlO和Rll等组成。当红色充电夹被接到电池的负极性，而黑色充电夹被接到电池的正极性，即发生极性接反现象时，电池的电压会使Q5三极管导通，限制Z2稳压管的电压为低。这样场效应管Q6将处于截止状态。也就无法对蓄电池进行充电。
[0027]充电器外壳前面板29上设有电源/过热保护二个LED指示灯分别为31、32，可指示充电器的输出控制和工作状态。当充电器接通输入电源后，前述的电源部分启动工作。产生的输出电压+VCC电压，可使电源指示灯LED231点亮，指示带电工作；充电器产生的VOUT+电源可对蓄电池进行充电。在充电器电路中，过热保护电路由热敏电阻RT2、电阻R45、R46、R47、R42、R43、电容C19和C17、运算放大器U2B等组成。运算放大器电路部分构成电压比较器。当温度升高，超过设定值时，功率MOS开关管散热器紧贴的热敏电阻RT2变化，使U2B的7脚输出高电平。此高电平，一方面使Q4三极管导通，过热指示灯LEDl点亮，指示充电器发生过热现象。另一方面，使Q3三极管导通，把R37和R38之间的电位拉至低电平。这样，充电器的电流给定电位器RPl就无法大数值加给PWM芯片TL494。这就限制了充电器的输出电流。只有当温度下降后，热敏电阻RT2的变化使U2B的7脚输出低电平，Q4才截止，LEDl熄灭；Q3截止，使R37和R38之间的电位拉至高电平，不受Q3控制。此时，充电器才能恢复充电。
[0028]充电器电源的输出电压和电流大小均由控制电路进行控制。按照设定的参数进行输出控制。在图2和图3中，RPl为充电电流调节电位器，通过它的调节可设定充电电流的给定值Ug大小。充电电流的大小由分流器FL检测。并连接至电阻R40、R31。形成两路电流负反馈信号Ufi1和Ufi2。对于四运算放大器LM324中的一个运算放大器U2C部分的电路来说，主要是对反馈的电流进行放大、滤波处理。充电电流的给定值Ug、电流负反馈信号UfiJPUfi2 一起加到TL494的②脚，即TL494内部运算放大器的IN+同相输入端。TL494的同相输入端②脚TL494内部运算放大器的IN+、反相输入端①脚TL494内部运算放大器的IN+以及输出端③脚FB，在TL494的内部为一个运算放大器。反馈网络为电容Cll和电阻R30。其输出端③脚FB的电平高低，可控制TL494内部PWM脉冲宽度调节器的输出脉宽大小，最终控制图2中场效应管Q7和Q8，以改变充电器输出的电流大小。当给定值Ug增大时，TL494内部PWM脉冲宽度调节器的输出脉宽增大，是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Ug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U g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。
[0029]输出电压的反馈信号+VB引入到电阻R51、R52的输入端。最后，输入至TL494的①⑥脚，即其内部另外一个运算放大器同相输入端IN+。其电压设定给定值则通过电阻R32、R33、R28的分压比决定。电压给定信号的大小输入至TL494的①⑤脚，即其内部另外一个运算放大器反相输入端IN-。其反馈网络为电容ClO和电阻R29。类似地，其输出端③脚FB的电平高低，同样控制TL494内部PWM脉冲宽度调节器的输出脉宽大小，最终控制图2中场效应管Q7和Q8，以改变充电器输出的电压大小。由于充电电压的给定值设定不变，而有输出电压变化时，上述控制电路的控制结果都将使输出的电压稳定。例如，当输出电压由于某种外因增大时，由于电压反馈的电流信号增加，于是，控制器的PWM输出脉冲宽度减小，使输出的充电电压恢复到给定值。也就是说，上述控制电路的控制结果都将使输出的电压稳定。
[0030]综上所述，充电器的输出电压和电流大小以及过热保护、短路保护、电池极性接反保护都是受电路控制的。这些控制是保证充电器稳定工作的重要前提。
[0031]可见，良好的电路及其结构设计是本实用新型的优势所在，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。本实用新型专利申请保护的内容就在于保护这种充电器的结构设计。
[0032]本实用新型不仅采用了先进的逆变电源控制技术，而且还采用了先进的SMT贴片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；通过改变不同器件或零部件的配置规格和参数，即可改变充电器的输出电流或功率的大小，容易形成符合国家和国际标准的系列化产品。例如，制成15A/12V、1A/12V等电流等级和规格型号的产品。
[0033]以上内容是结合具体的充电器结构和电路板及控制功能对本实用新型所作的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对本实用新型所述【技术领域】的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演和替换，这些都应该视为属于本实用新型保护的范畴。
【权利要求】
1.本实用新型涉及一种电子控制式充电器及电路的结构，其特征在于:包括底壳、夕卜壳、电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子、冷却风机、电流表、电流调节电位器；电路板组件、供电电源线、两个蓄电池电瓶夹子、冷却风机、电流表、电流调节电位器之间进行相应的电路连接，冷却风机对充电器电路板组件上表面的器件进行冷却，起到防止烧坏器件和延长充电器工作时间的作用；电路板组件采用单电路板的内部结构，主电路采用半桥逆变电路，主电路的控制电路采用TL494脉冲宽度调节器，主电路上还设计有短路保护电路、电池极性接反保护电路、过热保护电路。
2.如权利要求1所述的一种电子控制式充电器及电路的结构，其特征在于:主电路包括保险丝、热敏电阻、两个电感和电容及压敏电阻组成的输入滤波电路以及整流器，场效应MOS管、逆变主变压器和快速恢复整流二极管组成的半桥逆变电路，半桥逆变电路由采用TL494脉冲宽度调节器的控制电路；在控制电路的作用下，脉冲宽度调节器电路产生的和驱动电路的几十KHz的中频脉冲，使半桥逆变主电路中的场效应管交替工作，形成的中频交流电经逆变主变压器的降压、能量变换，再经快速恢复二极管的整流后，获得充电所需要的直流输出。
3.如权利要求1所述的一种电子控制式充电器及电路的结构，其特征在于:所述的主电路的输出端连接有电池接反保护电路，所述的电池接反保护电路包括场效应管、三极管、稳压管和电阻，当发生极性接反现象时，电池的电压会使三极管导通，限制稳压管的电压为低，这样场效应管将处于截止状态，也就无法对蓄电池进行充电。
【文档编号】H02H7/18GK204046233SQ201420456238
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】蔡献, 魏继昆, 朱宣辉 申请人:浙江肯得机电股份有限公司