專利名稱：帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源，尤其涉及一種帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源電路以及用該電路設(shè)計(jì)的四態(tài)顯示全自動(dòng)負(fù)溫度系數(shù)線性減流變頻脈沖充電器，屬于電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
典型的反激式電源電路主要由輸入電路、反激式高頻變壓器、功率開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)控制電路以及輸出電路等部分構(gòu)成，所述反激式高頻變壓器通常只有蓄能和輸出兩個(gè)基本繞組，實(shí)踐中，如直接用來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)用電源往往存在諸多缺陷。例如當(dāng)輸出繞組輸出期間，功率開關(guān)往往要承受兩倍于輸入電壓的反峰電壓，此時(shí)，如果將輸出繞組與負(fù)載脫離，這種情況常發(fā)生于充電器，則功率開關(guān)上的反峰電壓又將可能會(huì)升至輸入電壓的四倍，因此對(duì)功率開關(guān)器件提出了高耐壓的要求，這就不僅降低了電源的效率和可靠性，并且還提高了造價(jià)；另外，如直接用反激式電源電路來(lái)設(shè)計(jì)多功能充電器則難以取得理想效果。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的主要技術(shù)問題是將反激式電源電路對(duì)功率開關(guān)的耐壓要求下降到低于輸入電壓的兩倍，以提高電源的效率、可靠性和降低造價(jià)，同時(shí)使反激式電源電路即使在不接負(fù)載的情況下，也能以能量自循環(huán)的方式工作，進(jìn)而為設(shè)計(jì)多功能的電源產(chǎn)品，如四態(tài)顯示全自動(dòng)負(fù)溫度系數(shù)線性減流變頻脈沖充電器創(chuàng)造了條件。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型以高頻變壓器(BT1)為中心，將電路隔離區(qū)分為輸入電路和輸出電路兩部分，其輸入電路部分由輸入電容、電壓門限電路和驅(qū)動(dòng)電源、開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管及其驅(qū)動(dòng)和控制電路、峰值電流取樣電路等構(gòu)成；輸出電路部分由輸出二極管、輸出電容等構(gòu)成；所述高頻變壓器(BT1)含有與輸入電容(Ci)聯(lián)接的蓄能繞組(N1)和與輸出電容(C2)連接的輸出繞組(N3)，除此之外，所述高頻變壓器(BT1)還含有鉗位回輸繞組(N2)，所述鉗位回輸繞組(N2)的匝數(shù)多于蓄能繞組(N1)，且鉗位回輸繞組(N2)的同名端與蓄能繞組(N1)的同名端相反和與輸出繞組(N3)的同名端相同，所述蓄能繞組(N1)的同名端一端接輸入電容(Ci)的正極，另一端與開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的漏極相聯(lián)，所述鉗位回輸繞組(N3)的同名端一端接地，另一端接有1、鉗位二極管(D3)，所述鉗位二極管(D3)的負(fù)極接輸入電容(Ci)的正極；2、反向阻斷二極管(D4)，所述反向阻斷二極管(D4)的負(fù)極串聯(lián)一限流電阻(R9)，所述限流電阻(R9)另一端接控制三極管(V3)的基極。
這樣，當(dāng)高頻變壓器(BT1)開始釋能、輸出繞組(N3)向負(fù)載蓄電池(EV)正常輸出期間，鉗位回輸繞組(N2)將可通過反向阻斷二極管(D4)和限流電阻(R9)等將開關(guān)開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)維持在關(guān)斷狀態(tài)；而當(dāng)輸出繞組(N3)與負(fù)載蓄電池(EV)脫離時(shí)，鉗位回輸繞組(N2)又可通過鉗位二極管(D3)將能量返回給輸入電容(Ci)，從而將電路維持在能量自循環(huán)的工作狀態(tài)；在此期間，由于鉗位回輸繞組(N2)的匝數(shù)比蓄能繞組(N1)多，因此當(dāng)鉗位回輸繞組(N2)將能量返回給輸入電容(Ci)時(shí)，反射疊加在開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)上的反峰電壓將低于兩倍的直流輸入電壓，因而可以將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)上的反峰電壓限制在較低的水平上而降低對(duì)它的耐壓要求，以便利用耐壓較低和通態(tài)電阻較小的功率器件來(lái)達(dá)到減小電源損耗和降低成本的目的。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源電路原理圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例——四態(tài)顯示全自動(dòng)負(fù)溫度系數(shù)線性減流變頻脈沖充電器的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1。
圖1所示的開關(guān)電源電路屬于反激式開關(guān)電源類型，但其高頻變壓器(BT1)的結(jié)構(gòu)與典型反激式開關(guān)電源的有所不同，高頻變壓器(BT1)除有蓄能繞組(N1)和輸出繞組(N3)兩個(gè)基本繞組外，還多了一個(gè)鉗位回輸繞組(N2)，且要求1、鉗位回輸繞組(N2)的匝數(shù)必須多于蓄能繞組(N1)；2、鉗位回輸繞組(N2)的同名端與蓄能繞組(N1)相反和與輸出繞組(N3)相同。在電路中，鉗位回輸繞組(N2)的作用有三1、當(dāng)高頻變壓器(BT1)開始釋能、輸出繞組(N3)向負(fù)載蓄電池(EV)輸出期間，鉗位回輸繞組(N2)將通過反向阻斷二極管(D4)和限流電阻(R9)向控制三極管(V3)的基極提供一個(gè)小電流將其維持在導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而也將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)維持在了關(guān)斷狀態(tài)；2、當(dāng)電路接入直流輸入(Vi)而未接負(fù)載蓄電池(EV)時(shí)，鉗位回輸繞組(N2)通過鉗位二極管(D3)能將高頻變壓器(BT1)的能量再返回給輸入電容(Ci)；3、由于鉗位回輸繞組(N2)的匝數(shù)比蓄能繞組(N1)多且同名端相反，因此當(dāng)鉗位回輸繞組(N2)將能量返回給輸入電容(Ci)時(shí)，感應(yīng)疊加在開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)上的反峰電壓將低于兩倍的直流輸入電壓(Vi)，利用這一關(guān)系，可以將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)上的反峰電壓設(shè)計(jì)限制在一個(gè)較低水平上，降低對(duì)開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的耐壓要求，以便利用耐壓較低和通態(tài)電阻較小的功率器件來(lái)減小損耗和降低成本。例如，直流輸入電壓(Vi)通常是由市電經(jīng)整流、濾波后獲得的，如市電是交流220伏，那么只要將鉗位回輸繞組(N2)的匝數(shù)設(shè)計(jì)為蓄能繞組(N1)的大約兩倍，就可以將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)上的反峰電壓鉗制在500伏上下。
圖1所示高頻變壓器(BT1)的左邊是輸入電路部分，包括輸入電容、電壓門限電路和驅(qū)動(dòng)電源、功率開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)和控制電路等。由圖可見，各電路部分的構(gòu)成及連接關(guān)系分別為1、電壓門限電路和驅(qū)動(dòng)電源包括門限三極管(V2)、門限穩(wěn)壓二極管(W2)、分壓電阻(R1、R2)、觸發(fā)電阻(R4)和瀉放電阻(R5)、濾波電容(C1)、限壓穩(wěn)壓二極管(W2)及其限流電阻(R3)，以及引流二級(jí)管(D1)，其中，所述門限三極管(V2)的發(fā)射極接輸入電容(Ci)的正極、基極接門限穩(wěn)壓二極管(W2)的負(fù)極、集電極接有觸發(fā)電阻(R4)，所述觸發(fā)電阻(R4)與所述瀉放電阻(R5)相串聯(lián)，瀉放電阻(R5)的另一端接地，所述分壓電阻(R1、R2)相串聯(lián)，其串聯(lián)結(jié)點(diǎn)接門限穩(wěn)壓二極管(W2)的正極，第一分壓電阻(R1)的另一端接輸入電容(Ci)的正極，所述電壓門限電路的第二分壓電阻(R2)的另一端接有濾波電容(C1)、限壓穩(wěn)壓二極管(W2)的負(fù)極、引流二級(jí)管(D1)的負(fù)極以及加速導(dǎo)通三極管(V4)的集電極，所述濾波電容(C1)的另一端接地，所述限壓穩(wěn)壓二極管(W2)的正極還接有限流電阻(R3)，所述限流電阻(R3)的另一端接地。
2.開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管及其驅(qū)動(dòng)和控制電路包括開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)、開關(guān)控制三極管(V3)、加速導(dǎo)通三極管(V4)、加速關(guān)斷三極管(V5)、緩沖電阻(R6)，以及中和電阻(R7)，其中所述開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的柵極接緩沖電阻(R6)，所述緩沖電阻(R6)的另一端與加速導(dǎo)通三極管(V4)和加速關(guān)斷三極管(V5)的發(fā)射極相聯(lián)，所述開關(guān)控制三極管(V3)的集電極接有觸發(fā)電阻(R4)、瀉放電阻(R5)、引流二級(jí)管(D1)的正極、加速導(dǎo)通三極管(V4)的基極、加速關(guān)斷三極管(V5)的基極，所述加速關(guān)斷三極管(V5)的集電極與所述開關(guān)控制三極管(V3)的基極相聯(lián)，所述開關(guān)控制三極管(V3)的基極還接有中和電阻(R7)，所述中和電阻(R7)的另一端接地。
3.峰值電流取樣電路包括峰值電流取樣電阻(R10)和隔離二極管(D2)，限流電阻(R8)，其中所述峰值電流取樣電阻(R10)的一端接地，另一端與開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的源極以及所述隔離二極管(D2)的正極相聯(lián)，隔離二極管(D2)的負(fù)極接所述限流電阻(R8)，限流電阻(R8)的另一端接開關(guān)控制三極管(V3)的基極。
以上由門限三極管(V2)、門限穩(wěn)壓二極管(W1)、以及分壓電阻(R1)和(R2)等組成的電壓門限電路，當(dāng)電路接入直流輸入電壓(Vi)，輸入電容(Ci)上的電壓上升到一設(shè)定值時(shí)，門限穩(wěn)壓二極管(W1)導(dǎo)通，同時(shí)門限三極管(V2)導(dǎo)通，其集電極開始通過觸發(fā)電阻(R4)輸出一觸發(fā)電流；同理，當(dāng)電路斷開直流輸入電壓(Vi)、輸入電容(Ci)上的電壓下降至低于設(shè)定值時(shí)，門限穩(wěn)壓二極管(W1)關(guān)斷，同時(shí)門限三極管(V2)關(guān)斷，其集電極輸出的觸發(fā)電流消失。該電壓門限電路在本電路中的作用有1、防止在開機(jī)、關(guān)機(jī)瞬間，因直流輸入電壓(Vi)的電壓過低而損害開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)。2、防止直流輸入電壓(Vi)的電壓較低而使電源的工作頻率進(jìn)入聲頻。3、利用本電壓門限電路對(duì)直流輸入電壓(Vi)的延遲響應(yīng)作用，通過分壓電阻(R1)和(R2)等建立開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的驅(qū)動(dòng)電源。
建立在濾波電容(C1)上的開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的驅(qū)動(dòng)電源，經(jīng)限壓穩(wěn)壓二極管(W2)穩(wěn)壓后再通過加速導(dǎo)通三極管(V4)接開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的柵極，這里的濾波、穩(wěn)壓電路有兩點(diǎn)特別之處1、濾波電容(C1)的容量很小，僅允許取約0.1μF，如該電容取得過大，則由于開機(jī)時(shí)輸入電容(Ci)上的電壓上升的慢，將可能造成開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)因驅(qū)動(dòng)電壓不足而損壞；2、由于濾波電容(C1)的容量小，造成了其輸出電壓的紋波相對(duì)較大，又由于限壓穩(wěn)壓二極管(W2)的穩(wěn)壓值須高于12伏，而12伏穩(wěn)壓管的響應(yīng)時(shí)間通常要高于1微秒，為了防止限壓穩(wěn)壓二極管(W2)被濾波電容(C1)上的紋波電流擊穿，有必要在限壓穩(wěn)壓二極管(W2)上串聯(lián)一限流電阻(R3)，以限制流過限壓穩(wěn)壓二極管(W2)的最大電流。
門限三極管(V2)集電極輸出的觸發(fā)電流，經(jīng)觸發(fā)電阻(R4)限流后，接在開關(guān)控制三極管(V3)的集電極上受其控制；接在開關(guān)控制三極管(V3)集電極上并受其控制的還有1、引流二級(jí)管(D1)。它的作用是將觸發(fā)電流引向?yàn)V波電容(C1)，利用限壓穩(wěn)壓二極管(W2)將觸發(fā)電流的電壓限制在安全范圍；2、瀉放電阻(R5)。它的作用是將門限三極管(V2)的漏電流瀉放掉，避免誤觸發(fā)開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)；另瀉放電阻(R5)還是開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的柵極經(jīng)由緩沖電阻(R6)、加速關(guān)斷三極管(V5)的對(duì)地通道，它有幫助開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)關(guān)斷的作用；3、加速導(dǎo)通三極管(V4)。它的作用是將觸發(fā)電流放大、縮短開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的開啟時(shí)間；4、加速關(guān)斷三極管(V5)。該三極管和開關(guān)控制三極管(V3)聯(lián)結(jié)成“可控硅接法”，該種接法能夠?qū)㈤_關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的關(guān)斷速度提高到約100nS。聯(lián)接在加速導(dǎo)通三極管(V4)集電極、加速關(guān)斷三極管(V5)發(fā)射極和開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)柵極之間的是緩沖電阻(R6)，它有防止以上晶體管的電極被瞬時(shí)電流擊穿的作用；接在開關(guān)控制三極管(V3)基極和加速關(guān)斷三極管(V5)集電極與地之間的是中和電阻(R7)，它有促使作“可控硅接法”的以上兩管加快還原的作用，如不需要提高以上兩管的還原速度時(shí)，中和電阻(R7)可以取消。
接在開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)源極與地之間的是峰值電流取樣電阻(R10)，其任務(wù)是對(duì)流經(jīng)蓄能繞組(N1)和開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的電流取樣，并通過隔離二極管(D2)和限流電阻(R8)去觸發(fā)開關(guān)控制三極管(V3)，進(jìn)而關(guān)斷開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)。
圖1所示高頻變壓器(BT1)的右邊是輸出電路部分，該部分與典型的反激式電源的電路結(jié)構(gòu)相同，只有輸出二極管(D5)和輸出電容(C2)兩個(gè)元件，輸出二極管(D5)的負(fù)極接輸出電容(C2)的正極，輸出電容(C2)的另一端接地。其中，輸出二極管(D5)的作用是在高頻變壓器(BT1)蓄能期間阻斷輸出繞組(N3)；但輸出電容(C2)在此的主要作用不是為了平波，對(duì)于本實(shí)用新型的實(shí)施例充電器來(lái)說(shuō)，它要求輸出電容(C2)既要保持輸出繞組(N3)輸出電流的脈沖形態(tài)，又要為該脈沖電流提供一個(gè)瞬間的低阻抗通路，因此，輸出電容(C2)是一個(gè)能耐大紋波的小容量電容。
以上所述本實(shí)用新型的帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源電路，只要接入直流輸入電壓(Vi)，即使不接負(fù)載蓄電池(EV)，電路也能以能量自循環(huán)方式進(jìn)行工作，其過程如下接入直流輸入電壓(Vi)，輸入電容(Ci)得電，其上的電壓逐漸上升，同時(shí)濾波電容(C1)上的電壓也上升形成驅(qū)動(dòng)電壓，當(dāng)輸入電容(Ci)上的電壓超過由電壓門限電路所設(shè)定的門限電壓時(shí)，門限三極管(V2)導(dǎo)通并通過觸發(fā)電阻(R4)輸出觸發(fā)電流，該電流通過加速導(dǎo)通三極管(V4)將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)快速觸發(fā)導(dǎo)通，蓄能繞組(N1)上的電流從零開始線性上升，并將能量?jī)?chǔ)存在高頻變壓器(BT1)中，同時(shí)取樣電阻(R10)上的電壓也線性上升，當(dāng)電壓上升到超過隔離二極管(D2)的管壓降和開關(guān)控制三極管(V3)的基、射極壓降時(shí)，接成“可控硅”的開關(guān)控制三極管(V3)和加速關(guān)斷三極管(V5)被觸發(fā)導(dǎo)通，并不可逆轉(zhuǎn)地使開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)在約100nS的時(shí)間里急速關(guān)斷，緊接著高頻變壓器(BT1)開始釋放能量一路由輸出繞組(N3)通過輸出二極管(D5)將能量輸出給輸出電容(C2)，并很快將其充滿；另一路由鉗位回輸繞組(N2)通過反向阻斷二極管(D4)、限流電阻(R9)輸出一個(gè)小電流給開關(guān)控制三極管(V3)的基極，將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)維持在關(guān)斷狀態(tài)；又一路還是由鉗位回輸繞組(N2)通過鉗位二極管(D3)將大部分能量返回給輸入電容(Ci)，經(jīng)過一段時(shí)間，高頻變壓器(BT1)中的能量釋放完畢，鉗位回輸繞組(N2)上的電流消失，開關(guān)控制三極管(V3)關(guān)斷，觸發(fā)電流再次將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)導(dǎo)通，蓄能繞組(N1)上的電流再次從零開始線性上升……，電路將循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行以上蓄能和釋能過程，但如電路一旦接入負(fù)載蓄電池(EV)，則輸出繞組(N3)即能將絕大部分能量輸出給負(fù)載蓄電池(EV)進(jìn)行充電。
本實(shí)用新型的以上能量自循環(huán)電路，能保證充電器在只接市電而不接蓄電池負(fù)載時(shí)的安全，這一點(diǎn)對(duì)于充電器來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的；而從開關(guān)電源的角度來(lái)看，以上能量自循環(huán)電路能夠使高頻變壓器(BT1)的左邊輸入電路部分?jǐn)[脫右邊輸出電路部分的牽制，也即意味著加強(qiáng)了電路的工作獨(dú)立性和提高了電路的工作可靠性，再加上前述降低功率開關(guān)耐壓要求的措施，這就為設(shè)計(jì)高質(zhì)量電源打下了基礎(chǔ)。
以上本實(shí)用新型的帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源電路，作為一種反激式電源的電路類型，可以用來(lái)設(shè)計(jì)多種用途的實(shí)用電源，如穩(wěn)壓電源、穩(wěn)流電源、充電電源、直流不間斷電源等，并且其所設(shè)計(jì)的電源都具有功率開關(guān)的耐壓值低，開關(guān)速度高、損耗小和工作可靠等一般特點(diǎn)，尤其是用它來(lái)設(shè)計(jì)充電器，則可較簡(jiǎn)單地得到如允許蓄電池負(fù)載開路；重起動(dòng)充電；線性減流；充電電流為變頻負(fù)脈沖和具有負(fù)溫度特性等性能特點(diǎn)。
參見圖2圖2所示為四態(tài)顯示全自動(dòng)負(fù)溫度系數(shù)線性減流變頻脈沖充電器的電路原理圖，該圖在圖1電路的基礎(chǔ)上，增加了線性減流、中止充電和重啟動(dòng)充電、負(fù)溫度系數(shù)穩(wěn)壓電源等功能電路，另還通過一只雙色發(fā)光管以四種色態(tài)來(lái)反映充電器的不同工作狀態(tài)，其電路結(jié)構(gòu)和工作原理如下在輸入電路部分還含有分壓充電電阻(R11、R12)串聯(lián)后并聯(lián)在所述輸入電容(Ci)上組成分壓器，其中點(diǎn)與光電三極管(IC1-2)的集電極相連，所述光電三極管(IC1-2)的發(fā)射極接有延時(shí)電容(C3)、穩(wěn)壓二極管(W3)的負(fù)極和光電三極管(IC2-2)的集電極，所述延時(shí)電容(C3)的另一端接地，所述穩(wěn)壓二極管(W3)的正極接所述開關(guān)控制三極管(V3)的基極，所述光電三極管(IC2-2)的發(fā)射極串聯(lián)一保護(hù)二極管(D6)，所述保護(hù)二極管(D6)的負(fù)極接開關(guān)控制三極管(V3)集電極。
在輸入電路部分的充電電阻(R11)和(R12)串聯(lián)組成分壓器并聯(lián)在輸入電容(Ci)上，其中點(diǎn)輸出一充電電流，該電流經(jīng)由光電三極管(IC1-2)給延時(shí)電容(C3)充電，當(dāng)延時(shí)電容(C3)上的電壓上升到穩(wěn)壓二極管(W3)的穩(wěn)壓值時(shí)，穩(wěn)壓二極管(W3)導(dǎo)通，并將開關(guān)控制三極管(V3)觸發(fā)導(dǎo)通和將開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)關(guān)斷，如預(yù)先設(shè)定充電電阻(R11)和(R12)以及延時(shí)電容(C3)數(shù)值，調(diào)整它們的充電時(shí)間常數(shù)，就可以改變并縮短開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的導(dǎo)通時(shí)間，從而可減小充電器的輸出電流，以及可以調(diào)整和設(shè)定充電電流的最小值；由于給延時(shí)電容(C3)充電的充電電流還要受到光電三極管(IC1-2)的制約，如所取光電三極管(IC1-2)的工作特性為線性的，那么，當(dāng)流過與光電三極管(IC1-2)同一封裝的光電二極管(IC1-1)的電流變化率也被設(shè)定為線性時(shí)，充電器的輸出電流也將會(huì)線性地減小，以完成線性減流的功能。光電三極管(IC2-2)與一保護(hù)二極管(D6)串聯(lián)后跨接在延時(shí)電容(C3)和開關(guān)控制三極管(V3)的集電極之間，如以上的光電三極管(IC2-2)有較高的開關(guān)響應(yīng)速度，且其集、射極的反向耐壓較高，則保護(hù)二極管(D6)可以省略，在電路中，光電三極管(IC2-2)的作用有二1、正常充電時(shí)，光電三極管(IC2-2)被設(shè)定為常開，其任務(wù)是乘開關(guān)控制三極管(V3)導(dǎo)通時(shí)，為延時(shí)電容(C3)的充電電流和其上已積累的電荷提供一條經(jīng)過開關(guān)控制三極管(V3)通向地的通路；2、需要中止充電時(shí)，將光電三極管(IC2-2)轉(zhuǎn)換為關(guān)斷，讓延時(shí)電容(C3)上的充電電流通過穩(wěn)壓二極管(W3)、開關(guān)控制三極管(V3)等停止開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的工作，使充電器進(jìn)入充電中止?fàn)顟B(tài)；反之，如需要重起動(dòng)充電時(shí)，再將光電三極管(IC2-2)由關(guān)斷恢復(fù)為常開狀態(tài)，則可重新啟動(dòng)開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)工作，使充電器再次進(jìn)入充電狀態(tài)。
在輸出電路部分還含有由限流電阻(R13、R14)、三極管(V6)、濾波電容(C4)、負(fù)溫度系數(shù)二極管(D9、D10)、可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)及其預(yù)置電阻(R31、R32)組成的負(fù)溫度系數(shù)穩(wěn)壓電源電路，所述限流電阻(R13、R14)的一端接負(fù)載蓄電池(EV)的正極，所述限流電阻(R13)的另一端接三極管(V6)的集電極，所述限流電阻(R14)的另一端接三極管(V6)的基極，所述三極管(V6)的發(fā)射極接所述濾波電容(C4)的正極，其負(fù)極接地，所述負(fù)溫度系數(shù)二極管(D9、D10)串聯(lián)后，第一負(fù)溫度系數(shù)二極管(D9)的正極接三極管(V6)的基極，第二負(fù)溫度系數(shù)二極管(D10)的負(fù)極接可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的負(fù)極，所述可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的正極接地，所述預(yù)置電阻(R31、R32)相串聯(lián)，其中點(diǎn)接可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的調(diào)整端，所述預(yù)置電阻(R31)的另一端接接可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的負(fù)極，所述預(yù)置電阻(R32)的另一端接地。
由限流電阻(R13)和(R14)、三極管(V6)、濾波電容(C4)和負(fù)溫度系數(shù)二極管(D9)和(D10)、可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)及其預(yù)置電阻(31)和(32)組成的具有負(fù)溫度系數(shù)特性的穩(wěn)壓電源，該電源中的負(fù)溫度系數(shù)二極管(D9)和(D10)可以根據(jù)需要由若干只串聯(lián)而成，電路中只畫了兩只。以上負(fù)溫度系數(shù)穩(wěn)壓電源的任務(wù)有二1、為集成電路(IC3)、光電二極管(IC1-1)、光電二極管(IC2-1)以及電壓基準(zhǔn)電路等提供工作電流，是它們的工作電源；2、在基準(zhǔn)電阻(R18)和(R19)上形成一具有負(fù)溫度系數(shù)特征的基準(zhǔn)電壓提供給集成電路(IC3)，進(jìn)而使充電器的輸出電壓也能具有負(fù)溫度特征，以滿足具有負(fù)溫度特性的蓄電池，如鉛酸蓄電池的充電需要。
在充電器的輸出電路部分取樣電阻(R17)和電位器(RW1)串聯(lián)后接在負(fù)載蓄電池的兩端，對(duì)輸出電壓和蓄電池電壓進(jìn)行取樣，并將取樣電壓提供給集成電路(IC3)，電容(C5)為取樣電壓的濾波電容；集成電路(IC3)為8腳封裝，共包括兩只運(yùn)算放大器，其中第1、2、3腳組成運(yùn)算放大器(A1)，第5、6、7腳組成運(yùn)算放大器(A2)，第8腳和第4腳分別接電源和地；運(yùn)算放大器(A2)被用來(lái)作線性運(yùn)算放大器，其任務(wù)是將輸入的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)取樣電壓接近基準(zhǔn)電壓達(dá)到減流轉(zhuǎn)折電壓、并繼續(xù)線性上升至與基準(zhǔn)電壓相等時(shí)，運(yùn)算放大器(A2)第7腳的輸出則從高電位線性地向低電位過渡，當(dāng)該電位過渡到低于串聯(lián)分壓電阻(R15)和(R16)的中點(diǎn)電位時(shí)，流過光電二極管(IC1-1)的電流開始從零線性地由小變大，相應(yīng)通過光電三極管(IC1-2)的充電電流也線性地由小變大，最終可使充電器的輸出電流從最大值線性地減小至最小設(shè)定值，以上線性運(yùn)算電路的電阻由(R20)、(R21)、(R22)和(R23)擔(dān)任。分壓電阻(R15)也是限流電阻，其作用是限制流過光電二極管(IC1-1)的最大電流，也即限制流過光電三極管(IC1-2)的最大電流，因此調(diào)整限流電阻(R15)也可以設(shè)定充電電流的最小值；分壓電阻(R16)不能省，因?yàn)檫\(yùn)算放大器(A2)第7腳輸出的最高電位始終比其供電電源的電壓低約1.5V，因此分壓電阻(R16)對(duì)運(yùn)算放大器(A2)的第7腳輸出端有保護(hù)作用，另分壓電阻(R16)在此也是調(diào)零電阻，調(diào)節(jié)它可以使流過光電二極管(IC1-1)的初始電流為零；運(yùn)算放大器(A1)被用來(lái)作電壓比較器，其任務(wù)是將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)蓄電池負(fù)載(EV)的電壓達(dá)到了設(shè)定的充電中止電壓而導(dǎo)致取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，運(yùn)算放大器(A1)第1腳的輸出電壓將由通常保持的高電位翻轉(zhuǎn)成低電位，使光電二極管(IC2-1)斷電，光電三極管(IC2-2)由常開轉(zhuǎn)換為關(guān)斷，最終使充電器進(jìn)入充電中止?fàn)顟B(tài)；與此同時(shí)，由于跨接在基準(zhǔn)電壓和運(yùn)算放大器(A1)第1腳輸出端之間的分流電阻(R24)和隔離二極管(D7)的分流作用，將導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓降低，此降低后的基準(zhǔn)電壓即被設(shè)定為重起動(dòng)充電電壓，而后，只要蓄電池電壓下降到了重起動(dòng)充電電壓，運(yùn)算放大器(A1)第1腳的輸出電壓就又恢復(fù)為高電位，充電器又將重新起動(dòng)給蓄電池充電，因此，調(diào)節(jié)分流電阻(R24)的值可以設(shè)置充電器的重起動(dòng)電壓。
本實(shí)用新型實(shí)施例的顯示部分僅用一只雙色發(fā)光管，比如紅、綠雙色發(fā)光管，以顯示紅色、橙色、綠色以及橙色頻閃等四種顏色狀態(tài)，來(lái)分別表示充電器單接在蓄電池上、充電在進(jìn)行中、充電中止以及充電器單接在市電上等各種工作狀態(tài)，其電路結(jié)構(gòu)和工作原理如下四態(tài)顯示電路由雙色發(fā)光二極管(LED1)、三極管(V7)、二極管(D8)、(D11)、電阻(R28、R29、R30)組成，所述二極管(D8)與一電阻(R28)相串聯(lián)，二極管(D8)的正極接輸出二極管(D5)的正極，該電阻(R28)的另一端接三極管(V7)的集電極和雙色發(fā)光二極管(LED1)的一正輸入極；另一電阻(R29)的一端接輸出電容(C5)的正極，其另一端接二極管(D11)的正極和三極管(V7)的發(fā)射極；所述二極管(D11)的負(fù)極接雙色發(fā)光二極管(LED1)另一正輸入極，所述雙色發(fā)光二極管(LED1)負(fù)極接地；又一電阻(R30)接三極管(V7)的基極，其另一端接集成電路(IC3)的第1腳。
由于限流電阻(R29)的一端接在充電器的正輸出端和蓄電池負(fù)載(EV)的正極，另一端與臺(tái)階二極管(D11)和引流三極管(V7)的集電極相聯(lián)，臺(tái)階二極管(D11)的負(fù)極接雙色發(fā)光二極管(LED1)的紅色輸入端，反向阻斷二極管(D8)和限流電阻(R28)串聯(lián)后接雙色發(fā)光二極管(LED1)的綠色輸入端和引流三極管(V7)的發(fā)射極，反向阻斷二極管(D8)的正極接輸出二極管(D5)的正極，另引流三極管(V7)的基極通過限流電阻(R30)接運(yùn)算放大器(A1)的輸出端。因此當(dāng)將充電器單接入蓄電池負(fù)載(EV)后，雙色發(fā)光二極管(LED1)即可顯示紅色；而后，如將充電器再接入市電進(jìn)行充電，則輸出繞組(N3)在輸出的同時(shí)，也將通過反向阻斷二極管(D8)和限流電阻(R28)將雙色發(fā)光二極管(LED1)的綠色點(diǎn)亮，最終使雙色發(fā)光二極管(LED1)顯示為橙色；當(dāng)蓄電池負(fù)載(EV)被充滿，運(yùn)算放大器(A1)的輸出降為低電位、充電器中止充電時(shí)，引流三極管(V7)導(dǎo)通，將原先點(diǎn)亮紅色的電流引向點(diǎn)亮綠色。
如前所述，由于本充電器即使在不接蓄電池負(fù)載(EV)的情況下也能以循環(huán)的方式進(jìn)行工作，因此當(dāng)將本充電器單接在市電上時(shí)，雙色發(fā)光二極管(LED1)能夠以紅色、橙色、綠色的順序以較快的速度循環(huán)地顯示，在視覺上最終將給人以顯示橙色并閃爍的效果。
同樣如前所述，由于本充電器即使在不接蓄電池負(fù)載(EV)的情況下也能以循環(huán)的方式進(jìn)行工作，此也就意味著本充電器能在無(wú)充電輸出、低損耗的情況下進(jìn)行電路老化，從而為充電器的生產(chǎn)和監(jiān)測(cè)帶來(lái)了方便。
總之，本實(shí)用新型的實(shí)施例具有以下特點(diǎn)(A)它是一個(gè)全自動(dòng)充電器——本實(shí)用新型實(shí)施例的“全自動(dòng)”定義為具有重啟動(dòng)充電功能的充電器，即一次充電結(jié)束后，當(dāng)被充電蓄電池的電壓從中止充電電壓下降到重起動(dòng)電壓時(shí)，充電器能夠再次起動(dòng)將蓄電池充電至中止充電電壓，并以此循環(huán)重復(fù)地進(jìn)行充電。
(B)它是一個(gè)線性減流充電器——本實(shí)用新型實(shí)施例的“線性減流”定義為充電開始階段，充電器用額定最大電流給蓄電池充電，當(dāng)蓄電池上升到減流轉(zhuǎn)折電壓后，充電電流即自動(dòng)開始隨著蓄電池電壓的繼續(xù)上升而線性地減小，并以所設(shè)定的最小充電電流將蓄電池充電至中止充電電壓。
(C)它是一個(gè)變頻脈沖充電器——本實(shí)用新型實(shí)施例輸出的充電電流為20kHZ以上的高頻脈沖，即僅當(dāng)每一工作周期的釋能期間才輸出充電，并且當(dāng)輸出電流線性地減小時(shí)，輸出電流的頻率也將線性地升高，它是以提高工作頻率、縮短蓄能時(shí)間的方式來(lái)減小輸出電流的。
(D)它是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)充電器——本實(shí)用新型實(shí)施例輸出的充電電壓會(huì)隨著環(huán)境溫度降低而自動(dòng)升高，反之亦然。
(E)本實(shí)用新型實(shí)施例通過一只雙色發(fā)光管以三種色彩和頻閃等四種色態(tài)來(lái)顯示充電器單接在蓄電池上、充電在進(jìn)行中、充電中止和充電器單接在市電上等各種工作狀態(tài)。
(F)本實(shí)用新型即使在不接蓄電池負(fù)載的情況下也能以能量自循環(huán)的方式進(jìn)行工作，可為電路老化和產(chǎn)品監(jiān)測(cè)等提供便利條件。
(G)作為開關(guān)電源，本實(shí)用新型還是一個(gè)對(duì)功率開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管的耐壓要求低，驅(qū)動(dòng)速度高，損耗低、效率高的開關(guān)電源電路。
除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，以高頻變壓器(BT1)為中心，將電路隔離區(qū)分為輸入電路和輸出電路兩部分，其輸入電路部分主要由輸入電容、電壓門限電路和驅(qū)動(dòng)電源、開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管及其驅(qū)動(dòng)和控制電路、峰值電流取樣電路構(gòu)成；輸出電路部分主要由輸出二極管、輸出電容構(gòu)成；所述高頻變壓器(BT1)含有與輸入電容(Ci)聯(lián)接的蓄能繞組(N1)和與輸出電容(C2)連接的輸出繞組(N3)，其特征在于所述高頻變壓器(BT1)還含有鉗位回輸繞組(N2)，所述鉗位回輸繞組(N2)的匝數(shù)多于蓄能繞組(N1)，且鉗位回輸繞組(N2)的同名端與蓄能繞組(N1)的同名端相反和與輸出繞組(N3)的同名端相同，所述蓄能繞組(N1)的同名端一端接輸入電容(Ci)的正極，另一端與開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的漏極相聯(lián)，所述鉗位回輸繞組(N3)的同名端一端接地，另一端接一鉗位二極管(D3)，所述鉗位二極管(D3)的負(fù)極接輸入電容(Ci)的正極，所述鉗位回輸繞組(N3)的另一端還接有一反向阻斷二極管(D4)，所述反向阻斷二極管(D4)的負(fù)極串聯(lián)一限流電阻(R9)，所述限流電阻(R9)另一端接控制三極管(V3)的基極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，其特征在于所述電壓門限電路和驅(qū)動(dòng)電源包括門限三極管(V2)、門限穩(wěn)壓二極管(W2)、分壓電阻(R1、R2)、觸發(fā)電阻(R4)和瀉放電阻(R5)、濾波電容(C1)、限壓穩(wěn)壓二極管(W2)及其限流電阻(R3)，以及引流二級(jí)管(D1)，其中所述門限三極管(V2)的發(fā)射極接輸入電容(Ci)的正極、基極接門限穩(wěn)壓二極管(W2)的負(fù)極、集電極接有觸發(fā)電阻(R4)，所述觸發(fā)電阻(R4)與所述瀉放電阻(R5)相串聯(lián)，瀉放電阻(R5)的另一端接地，所述分壓電阻(R1、R2)相串聯(lián)，其串聯(lián)結(jié)點(diǎn)接門限穩(wěn)壓二極管(W2)的正極，第一分壓電阻(R1)的另一端接輸入電容(Ci)的正極，所述電壓門限電路的第二分壓電阻(R2)的另一端接有濾波電容(C1)、限壓穩(wěn)壓二極管(W2)的負(fù)極、引流二級(jí)管(D1)的負(fù)極以及加速導(dǎo)通三極管(V4)的集電極，所述濾波電容(C1)的另一端接地，所述限壓穩(wěn)壓二極管(W2)的正極還接有限流電阻(R3)，所述限流電阻(R3)的另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，其特征在于所述開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管及其驅(qū)動(dòng)和控制電路包括開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)、開關(guān)控制三極管(V3)、加速導(dǎo)通三極管(V4)、加速關(guān)斷三極管(V5)、緩沖電阻(R6)，以及中和電阻(R7)，其中所述開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的柵極接緩沖電阻(R6)，所述緩沖電阻(R6)的另一端與加速導(dǎo)通三極管(V4)和加速關(guān)斷三極管(V5)的發(fā)射極相聯(lián)，所述開關(guān)控制三極管(V3)的集電極接有觸發(fā)電阻(R4)、瀉放電阻(R5)、引流二級(jí)管(D1)的正極、加速導(dǎo)通三極管(V4)的基極、加速關(guān)斷三極管(V5)的基極，所述加速關(guān)斷三極管(V5)的集電極與所述開關(guān)控制三極管(V3)的基極相聯(lián)，所述開關(guān)控制三極管(V3)的基極還接有中和電阻(R7)，所述中和電阻(R7)的另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，其特征在于所述峰值電流取樣電路包括峰值電流取樣電阻(R10)和隔離二極管(D2)，限流電阻(R8)，其中所述峰值電流取樣電阻(R10)的一端接地，另一端與開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(V1)的源極以及所述隔離二極管(D2)的正極相聯(lián)，隔離二極管(D2)的負(fù)極接所述限流電阻(R8)，限流電阻(R8)的另一端接開關(guān)控制三極管(V3)的基極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，其特征在于所述輸出電路部分包括輸出二極管(D5)、輸出電容(C2)，其中所述輸出二極管(D5)的負(fù)極接輸出電容(C2)的正極，所述輸出電容(C2)的另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，其特征在于在所述輸入電路部分還含有分壓充電電阻(R11、R12)串聯(lián)后并聯(lián)在所述輸入電容(Ci)上組成分壓器，其中點(diǎn)與光電三極管(IC1-2)的集電極相連，所述光電三極管(IC1-2)的發(fā)射極接有延時(shí)電容(C3)、穩(wěn)壓二極管(W3)的負(fù)極和光電三極管(IC2-2)的集電極，所述延時(shí)電容(C3)的另一端接地，所述穩(wěn)壓二極管(W3)的正極接所述開關(guān)控制三極管(V3)的基極，所述光電三極管(IC2-2)的發(fā)射極串聯(lián)一保護(hù)二極管(D6)，所述保護(hù)二極管(D6)的負(fù)極接開關(guān)控制三極管(V3)集電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，其特征在于在所述輸出電路部分還含有由限流電阻(R13、R14)、三極管(V6)、濾波電容(C4)、負(fù)溫度系數(shù)二極管(D9、D10)、可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)及其預(yù)置電阻(R31、R32)組成的負(fù)溫度系數(shù)穩(wěn)壓電源電路，所述限流電阻(R13、R14)的一端接負(fù)載蓄電池(EV)的正極，所述限流電阻(R13)的另一端接三極管(V6)的集電極，所述限流電阻(R14)的另一端接三極管(V6)的基極，所述三極管(V6)的發(fā)射極接所述濾波電容(C4)的正極，其負(fù)極接地，所述負(fù)溫度系數(shù)二極管(D9、D10)串聯(lián)后，第一二極管(D9)的正極接三極管(V6)的基極，第二二極管(D10)的負(fù)極接可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的負(fù)極，所述可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的正極接地，所述預(yù)置電阻(R31、R32)相串聯(lián)，其中點(diǎn)接可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的調(diào)整端，所述預(yù)置電阻(R31)的另一端接接可調(diào)穩(wěn)壓器(IC4)的負(fù)極，所述預(yù)置電阻(R32)的另一端接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，其特征在于由雙色發(fā)光二極管(LED1)、三極管(V7)、二極管(D8)、(D11)、電阻(R28、R29、R30)組成四態(tài)顯示電路，所述二極管(D8)與一電阻(R28)相串聯(lián)，二極管(D8)的正極接輸出二極管(D5)的正極，該電阻(R28)的另一端接三極管(V7)的集電極和雙色發(fā)光二極管(LED1)的一正輸入極；另一電阻(R29)的一端接輸出電容(C5)的正極，其另一端接二極管(D11)的正極和三極管(V7)的發(fā)射極；所述二極管(D11)的負(fù)極接雙色發(fā)光二極管(LED1)另一正輸入極，所述雙色發(fā)光二極管(LED1)負(fù)極接地；又一電阻(R30)接三極管(V7)的基極，其另一端接集成電路(IC3)的第1腳。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有鉗位回輸繞組的反激式開關(guān)電源充電器，屬于電源技術(shù)領(lǐng)域。該充電器的反激式高頻變壓器除蓄能繞組和輸出繞組外，還含有鉗位回輸繞組，所述鉗位回輸繞組的匝數(shù)多于蓄能繞組，且同名端與蓄能繞組相反和與輸出繞組相同，因而使所述反激式開關(guān)電源即使在不接負(fù)載的情況下也能以能量自循環(huán)的方式進(jìn)行工作，并能將功率開關(guān)管上的反峰電壓限制在較低的水平上，從而降低對(duì)其耐壓要求；用該反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)的四態(tài)顯示全自動(dòng)負(fù)溫度系數(shù)線性減流變頻脈沖充電器具有重起動(dòng)充電、線性減流、輸出電壓為負(fù)溫度特性、輸出電流為變頻負(fù)脈沖以及用一只雙色發(fā)光管顯示四種色態(tài)來(lái)表示各種充電狀態(tài)等功能。
文檔編號(hào)H02M3/00GK2764036SQ20052006922
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者周符明 申請(qǐng)人:周符明