專利名稱：二次電池通用脈寬調制充電控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子充電裝置，尤其涉及二次電池通用脈寬調制充電控制器。
背景技術：
現有技術中有以下幾種充電控制1、電池電壓過充出現電壓下降時進行控制(即“-ΔV”控制)，2、電池過充出現溫升時進行控制，3、恒壓控制，4、定時控制等。“1”、“2”項均以恒流充電至過充出現控制點突變?yōu)殇噶?。?”項以較高的直流電壓強迫電流由大到小緩慢過充，同時不適應電池電動勢的不統(tǒng)一特性，造成電池的過充或欠充?！?”項則是無論電池剩余容量多少，均給予相同的電量充電，必定造成電池的過充或欠充，而欠充則影響電池深度化學反應，從而影響電池固有壽命，同時不能發(fā)揮電池應有的容量效能?？傊?，以上幾種充電控制技術及其相應的控制裝置，都要待電池過充后才進行控制。值得注意的是電池過充必定有溫升！這種溫升現象既會嚴重影響電池的固有壽命，又會減少電池的容量！由于上述原因的存在，目前使用的二次電池基本未達到生產廠家設計的固有壽命而提前報廢。并且現有充電控制器對鉛酸、鎳氫等二次電池充電不準通用。
實用新型內容本實用新型的目的在于，克服現有技術的不足之處，提供一種二次電池通用脈寬調制充電控制器，依據電池剩余電量和電池固有電動勢相結合，自動調制充電電流脈沖寬度(電池剩余容量越多或電池固有電動勢越高、自動調制充電脈沖電流寬度越窄，平均顯示充電電流越小，反之自動調制脈沖電流越寬，平均顯示充電電流越大)，最終使電池容量充足，充電電流脈寬自動調制為零，并以小電流(涓流)維持電池充足后電壓不變的充電控制器。充電電流從開始至結束，脈沖寬度逐漸變窄，平均充電電流顯示由大逐漸變小至涓流，區(qū)別于傳統(tǒng)的恒流充電和恒壓充電。從而有效地避免了電池的過充和欠充，同時達到了鉛酸、鎳氫等二次電池通用本充電控制器進行充電的目的。本實用新型所述的二次電池通用脈寬調制充電控制器，由脈寬調制電路和可控制恒流源充電執(zhí)行電路兩部分組成，本實用新型二次電池通用充電控制器的特征是雙運算放大器Ic1的Ic1-2比較器(2)腳(負輸入端)接于W2電位調整端，Ic1-2(3)腳(正輸入端)經電阻與被充電池(組)E“-”極相連接，Ic1-2(3)腳(正輸入端)與Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)之間跨接電容和電阻。Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)與LED-1(綠色)指示燈“-”極和LED-2(紅色)指示燈“+”極相連，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)經電阻與三極管V4基極相連，V4集電極經電阻接于電源“+”極，V4基極和V4發(fā)射極之間跨接電容，V4和V1的發(fā)射極同接電源“-”極，V4集電極經電阻與V1基極相連，V1集電極接于電阻R2、R3之間，R2、R3串聯(lián)后R2上端接于電位器W1電位調整端，R3下端接于電源“-”極，Ic1-1(5)腳(正輸入端)經電阻接于電位器W1電位調整端，Ic1-1(6)腳(負輸入端)經電阻接于V3發(fā)射極，Ic1-1(7)腳(放大器輸出端)經電阻接三極管V2基極。
本實用新型二次電池充電控制器的工作原理經高、低頻電容C1、C2濾波的直流電源“+”極經穩(wěn)壓電阻R1和穩(wěn)壓管Dw穩(wěn)壓后(5V)，輸出至電位器W1到電源“-”極，調整電位器W1的電位經電阻R4至放大器Ic1-1(5)腳(正輸入端)，再經放大器Ic1-1、三極管V2、三極管V3放大，使被充電池(組)E通過設定的額定電流開始恒流充電，調整電位器W2使電源“+”極對Ic1-2(2)腳(負輸入端)電位為被充電池(組)E電動勢的1.18～1.19倍，因此時電池(組)E放電后剛開始充電，比較器Ic1-2(2)腳(負輸入端)電位＜Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)輸出為“1”(高電平)，LED-2(紅色)指示燈點亮，表示電路正在對電池(組)E恒流充電。當被充電池(組)E充電“虛壓”上升到＞被充電池(組)E電動勢的1.18～1.19倍時，這里所說的“虛壓”，是指因充電施加給電池的電壓使電池顯示已滿，而實際電池尚未充足。電池(組)E“-”極電位因“虛壓”降低直至比較器Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位降低至＜Ic1-2腳(負輸入端)電位時，比較器翻轉，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)輸出為“0”(低電平)，LED-2(紅色)指示燈將會熄滅，LED-1(綠色)指示燈點亮。C5經電阻R13和Ic1-2(1)腳放電至V4截止，同時V1導通，Ic1-1(5)腳(正輸入端)電位降低，恒流源電流突變降至維持電流。因為有電阻R2存在，Ic1-1(5)腳(正輸入端)電位不會下降至零，恒流源也不會下降為零，調整R2的阻值即可調整維持充電電流即涓流的強弱。此時被充電池(組)E不再充電。由于“虛壓”所至，該電池(組)E電壓瞬間將急劇下降，即被充電池(組)E“-”極(16)電位急劇上升，該電位經電阻R9使Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位急劇上升，直至＞Ic1-2(2)腳電位時，比較器Ic1-2迅速翻轉，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)輸出為“1”，C5經電阻R13充電至V4導通，同時V1截止，Ic1-1(5)腳(正輸入端)電位上升，恒流源電流突變升至額定電流充電，如此往復運行。充電控制進入脈沖寬度調制階段，兩指示燈交替點亮。因此時被充電池(組)E以充電“虛壓”為主，電路工作在以充電為主的寬脈沖電流充電狀態(tài)，充電指示燈LED-2(紅色)亮度大于LED-1(綠色)指示燈的亮度。脈沖頻率高于一定值時，指示燈因余輝所致不顯閃動，只顯示亮度改變。隨著充電時間的延長，被充電池(組)E的充電“實壓”，就是指被充電池(組)E斷電后的實際電壓逐漸上升，此時因電路翻轉斷電瞬間，被充電池(組)E的電壓由急劇下降逐漸變?yōu)榫徛陆担}沖電流的寬度逐漸變窄，電路逐漸轉為不再以充電為主，LED-1(綠色)指示燈的亮度逐漸大于充電指示燈LED-2(紅色)指示燈的亮度。當被充電池(組)E充電“實壓”＞(1.18～1.19)E時，Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位＜Ic1-2(2)腳(負輸入端)電位，比較器將不再翻轉，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)穩(wěn)定輸出為“0”。此時充電電流脈寬為零，脈寬調制停止工作，LED-1(綠色)指示燈持續(xù)點亮，表示被充電池(組)E已經充足。LED-2(紅色)指示燈不再點亮，表示已經充足電的電池(組)E不再充電。此時電路將以小的電流(涓流)維持電池(組)E充足后電壓不變，充電過程結束。
當被充電池(組)E在容量范圍內使用一定時間后，再接入充電電路充電時，比較器將依據電池(組)E的剩余容量準確進入應充電脈沖寬度的程序。例如電池(組)E電量已放電至極限，電路將從恒流充電進入程序；又如電池(組)E電量放電稍許，電路將依據電池的剩余容量進入與之相適應的脈沖寬度開始充電，剩余容量越多，進入充電脈寬越窄，反之越寬。
電路中，被充電池(組)E的“+”極接直流電源“+”極，被充電池(組)E的“-”極接功率放大管V3集電極。Ic2為三端穩(wěn)壓器，其穩(wěn)壓值應大于電池組充足電后的電壓。
本實用新型所述的二次電池通用脈寬調制充電控制器，電池充電過程中不會有過充引起的溫升現象，不會造成電池過充或欠充的問題，對電池起到很好的保護作用。解決了現有充電控制器對鉛酸、鎳氫等二次電池容易造成過充、欠充和充電不能夠通用的問題。


附圖1是本實用新型所述二次電池通用脈寬調制充電控制器的脈寬調制裝置電路圖；附圖2是可控制恒流源充電執(zhí)行電路的電路圖；附圖3是本實用新型所述二次電池通用脈寬調制充電控制器的綜合電路圖。
具體實施方式
現參照附圖1、2、3，結合實施例說明如下本實用新型所述的二次電池通用脈寬調制充電控制器，由脈寬調制電路和可控制恒流源充電執(zhí)行電路兩部分組成，本實用新型二次電池通用充電控制器的特征是雙運算放大器Ic1的Ic1-2比較器(2)腳(負輸入端)接于W2電位調整端，Ic1-2(3)腳(正輸入端)經電阻R9與被充電池(組)E“-”極(16)相連接，Ic1-2(3)腳(正輸入端)與Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)之間跨接電容C4和電阻R10。Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)與LED-1(綠色)指示燈“-”極和LED-2(紅色)指示燈“+”極相連，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)經電阻R13與三極管V4基極(23)相連，V4集電極(19)經電阻R14接于電源“+”極(9)，V4基極(23)和V4發(fā)射極(10)之間跨接電容C5，V4和V1的發(fā)射極同接電源“-”極(10)，V4集電極(19)經電阻R7與V1基極(14)相連，V1集電極接于電阻R2和電阻R3之間的節(jié)點(13)，R2、R3串連后，R2上端接于電位器W1電位調整端(12)，R3下端接于電源“-”極(10)，雙運算放大器Ic1的Ic1-1放大器(8)腳接于電源“+”極(9)，Ic1-1(4)腳接于電源“-”極(10)，Ic1-1(5)腳(正輸入端)經電阻R4接于電位器W1電位調整端(12)，Ic1-1(6)腳(負輸入端)經電阻R6接于V3發(fā)射極(18)，Ic1-1(7)腳(放大器輸出端)經電阻R5接于三極管V2基極(15)。
本實用新型二次電池充電控制器的工作原理經高、低頻電容C1、C2濾波的直流電源“+”極(9)經穩(wěn)壓電阻R1和穩(wěn)壓管Dw穩(wěn)壓后(5V)，輸出至電位器W1到電源“-”極(10)，調整電位器W1的電位(12)經電阻R4至放大器Ic1-1(5)腳(正輸入端)，該電壓經放大器Ic1-1、三極管V2、三極管V3放大，使被充電池(組)E通過設定的額定電流恒流充電。調整電位器W2使電源“+”極(9)對Ic1-2(2)腳(負輸入端)電位為被充電池(組)E電動勢的1.18～1.19倍，因此時電池(組)E放電后剛開始充電，比較器Ic1-2(2)腳(負輸入端)電位＜Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)輸出為“1”(高電平)，LED-2(紅色)指示燈點亮，表示電路正在對電池(組)E恒流充電。當被充電池(組)E充電“虛壓”上升到＞被充電池(組)E電動勢的1.18～1.19倍時，這里所說的“虛壓”，是指因充電施加給電池的電壓使電池顯示已滿，而實際電池尚未充足。電池(組)E“-”極電位因“虛壓”降低直至比較器Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位降低至＜Ic1-2腳(負輸入端)電位時，比較器翻轉，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)輸出為“0”(低電平)，LED-2(紅色)指示燈將會熄滅，LED-1(綠色)指示燈點亮。C5經電阻R13和Ic1-2(1)腳放電至V4截止，同時V1導通。Ic1-1(5)腳(正輸入端)電位降低，恒流源電流突變降至維持電流。因為有電阻R2存在，Ic1-1(5)腳(正輸入端)電壓不會下降至零，恒流源也不會下降為零，調整R2的阻值即可調整維持充電電流即涓流的強弱。此時被充電池(組)E不再充電。由于“虛壓”所至，該電池(組)E電壓瞬間將急劇下降，即被充電池(組)E“-”極(16)電位急劇上升，該電位經電阻R9使Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位急劇上升，比較器Ic1-2迅速翻轉，Ic1-2(1)腳(比較器輸出端)輸出為“1”，C5經電阻R13充電至V4導通，同時V1截止，Ic1-1(5)腳(正輸入端)電位上升，恒流源電流突變升至額定電流充電，如此往復運行。充電控制進入脈沖寬度調制階段，兩指示燈交替點亮。因此時被充電池(組)E以充電“虛壓”為主，電路工作在以充電為主的寬脈沖電流充電狀態(tài)，充電指示燈LED-2(紅色)亮度大于LED-1(綠色)指示燈的亮度。脈沖頻率高于一定值時，指示燈因余輝所致不顯閃動，只顯示亮度改變。隨著充電時間的延長，被充電池(組)E的充電“實壓”，就是指被充電池(組)E斷電后的實際電壓逐漸上升，此時因電路翻轉斷電瞬間，被充電池(組)E的電壓由急劇下降逐漸變?yōu)榫徛陆?，脈沖電流的寬度逐漸變窄，電路逐漸轉為不再以充電為主，LED-1(綠色)指示燈的亮度逐漸大于充電指示燈LED-2(紅色)指示燈的亮度。當被充電池(組)E充電“實壓”＞(1.18～1.19)E時，Ic1-2(3)腳(正輸入端)電位＜Ic1-2(2)腳(負輸入端)電位，比較器將不再翻轉，(1)腳(比較器輸出端)穩(wěn)定輸出為“0”。此時充電電流脈寬為零，脈寬調制停止工作，LED-1(綠色)指示燈持續(xù)點亮，表示被充電池(組)E已經充足。LED-2(紅色)指示燈不再點亮，表示已經充足電的電池(組)E不再充電。此時電路將以小的電流(涓流)維持電池(組)E充足后電壓不變，充電過程結束。
當被充電池(組)E在容量范圍內使用一定時間后，再接入充電電路充電時，比較器將依據電池(組)E的剩余容量準確進入應充電脈沖寬度的程序。例如電池(組)E電量已放電至極限，電路將從恒流充電進入程序；又如電池(組)E電量放電稍許，電路將依據電池的剩余容量進入與之相適應的脈沖寬度開始充電，剩余容量越多，進入充電脈寬越窄，反之越寬。
電路中，被充電池(組)E的“+”極接直流電源“+”極(9)，被充電池(組)E的“-”極接功率放大管V3集電極(16)。Ic2為三端穩(wěn)壓器，其穩(wěn)壓值應大于電池組充足電后的電壓。電阻R6和電阻R8為放大器負反饋電阻，電阻R11和電阻R12為指示燈LED-1和指示燈LED-2的限流電阻，電容C3為三端穩(wěn)壓器的濾波電容，電容C5為充電電流脈沖頻率設定電容，容量越大，頻率越低?？梢罁煌悇e二次電池的特性設定充電電流脈沖頻率。電容C4和電阻R10為Ic1-2比較器的反饋元件。電源電壓依據≥2.5V+(1.18～1.19)E設計。為了滿足電子器件工作電源條件，電源電壓最低應≥6.5V，最高應≤15V。當被充電池(組)E的電動勢＞10V時，可將被充電池(組)E的“+”極、W2上端、電容C5上端和Ic2上端分別與電源“+”極(9)斷開后，再共同接于與該電源共“-”極(10)的另一組＞15V的電源即可。本實用新型所述的二次電池通用脈寬調制充電控制器，電池充電過程中不會有過充引起的溫升現象，不會造成電池過充或欠充的問題，對電池起到很好的保護作用。同時解決了現有充電控制器對鉛酸、鎳氫等二次電池充電不能夠通用的問題。
權利要求1.二次電池通用脈寬調制充電控制器，涉及有雙運算放大器(Ic1)、三端穩(wěn)壓器(Ic2)，兩只小功率三極管(V1、V4)、復合管(V2、V3)和穩(wěn)壓管(Dw)以及相關阻容器件組成，其特征在于雙運算放大器Ic1-2比較器(2)腳(負輸入端)接于W2電位調整端，Ic1-2(3)腳(正輸入端)經電阻R9與被充電池(組)E“-”極(16)相連接，Ic1-2的(3)腳(比較器正輸入端)與Ic1-2的(1)腳(比較器輸出端)跨接電容C4和電阻R10，Ic1-2的(1)腳(比較器輸出端)經電阻R13與V4的基極(23)相連，V4集電極(19)經電阻R14接于電源“+”極(9)，V4基極(23)和V4發(fā)射極(10)之間跨接電容C5，V4的集電極(19)經電阻R7與V1的基極(14)相連，V4和V1的發(fā)射極同接電源“-”極(10)，V1的集電極接于電阻R2和電阻R3的接點(13)。電阻R2、R3串聯(lián)后，R2上端接于電位器W1電位調整端(12)，R3下端接于電源“-”極(10)。雙運算放大器電源“+”、“-”腳即(4)腳、(8)腳對應接于電源“+”極(9)和“-”極(10)。
2.根據權利要求1所述的二次電池通用脈寬調制充電控制器，其特征在于雙運算放大器Ic1-1放大器(5)腳(正輸入端)經電阻R4接于電位器W1電位調整端(12)，(6)腳(負輸入端)經電阻R6接于V3發(fā)射極(18)，(7)腳(放大器輸出端)經電阻R5接三極管V2基極(15)。三極管V2、V3所構成的復合管集電極接被充電池(組)E“-”極(16)，被充電池(組)E“+”極接于電源“+”極(9)，V3發(fā)射極(18)與電源“-”極(10)之間接入電阻R8。
3.根據權利要求1所述的二次電池通用脈寬調制充電控制器，其特征在于三端穩(wěn)壓器Ic2穩(wěn)壓輸出端(20)與電源“+”極(9)之間跨接電位器W2，其穩(wěn)壓值應大于電池組充足電后的電壓。電位器W2電位調整端接于雙運算放大器Ic1-2比較器(2)腳(負輸入端)。
4.根據權利要求1所述的二次電池通用脈寬調制充電控制器，其特征在于直流電源“+”極(9)經穩(wěn)壓電阻R1和穩(wěn)壓管Dw至電源“-”極(10)，穩(wěn)壓管Dw兩端(11)、(10)跨接電位器W1，電位器W1電位調整端(12)經電阻R4接于雙運算放大器Ic1-1放大器(5)腳(正輸入端)。
專利摘要二次電池通用脈寬調制充電控制器，涉及有雙運算放大器Ic
文檔編號H02J7/02GK2674744SQ20042003796
公開日2005年1月26日 申請日期2004年1月9日 優(yōu)先權日2004年1月9日
發(fā)明者王劍, 王悅新 申請人:王劍