專利名稱:蓄電池脈沖充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種蓄電池充電裝置,尤其是有自動(dòng)控制電路的充電器。
目前,使用交流電源給各種蓄電池或蓄電池組充電的裝置很多都具有自動(dòng)控制功能,就充電電流波形來(lái)分,可分為恒流型和脈沖型二類,前者主要有一個(gè)與被充電蓄電池串聯(lián)的恒流調(diào)整晶體管,該晶體管實(shí)質(zhì)等于一個(gè)阻值可變化的電阻,通過(guò)控制它使充電電流保持在一定范圍內(nèi)。在整個(gè)充電過(guò)程中,恒流調(diào)整管的管壓降變化比較大,致使該元件本身消耗相當(dāng)一部分電能,為使調(diào)整管的壓降盡量小,通常還需由降壓變壓器提供交流電源,從蓄電池的特性來(lái)講,用穩(wěn)定的直流電充電也不如用脈沖直流電充電的效果好。后者即脈沖型用一個(gè)與蓄電池串聯(lián)的開關(guān)元件來(lái)控制充電電流,開關(guān)元件本身?yè)p耗相對(duì)較小。通常該元件使用可控硅,由于不能直接控制可控硅使之關(guān)斷,一般用控制可控硅導(dǎo)通角的方式來(lái)控制充電電流平均值,而可控硅的關(guān)斷則在電源電壓波形過(guò)零時(shí)自動(dòng)完成,所以可控硅被觸發(fā)后的導(dǎo)通時(shí)間是確定的,為使充電電流平均值恒定,該類裝置一般只能采用對(duì)先前的電流采樣,再對(duì)以后的電流控制的方式,即只能以滯后的方式控制充電電流。當(dāng)蓄電池電壓相對(duì)較低時(shí),往往還需要降低交流電源電壓以減少可控硅導(dǎo)通瞬間的浪涌電流,導(dǎo)通瞬間還會(huì)對(duì)電源形成干擾。由《電子報(bào)》1989年第43期介紹的″蓄電池快速充電器″就屬于這種類型。
本實(shí)用新型的目的是提供一種蓄電池脈沖充電器,它本身耗能少,充電效率高,對(duì)充電電流控制快速、精確,對(duì)電源干擾很小,在大部分情況下,不需要電源變壓器而直接使用電網(wǎng)電源,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。
本實(shí)用新型采用的解決方案是用主整流器提供對(duì)蓄電池充電的脈動(dòng)直流電,用一個(gè)可控關(guān)斷的半導(dǎo)體元件作為與蓄電池串聯(lián)的電流調(diào)整元件,例如晶體管或可關(guān)斷可控硅等,它工作于開關(guān)狀態(tài),損耗小。控制電路包括電源同步信號(hào)發(fā)生器和關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器,它在脈動(dòng)直流電壓波形過(guò)零時(shí)打開調(diào)整元件,然后當(dāng)充電電流上升到某預(yù)定值時(shí),由關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器發(fā)出控制信號(hào)關(guān)斷調(diào)整元件。改變這個(gè)最大充電電流預(yù)定值,就可以相應(yīng)改變充電電流平均值。在一個(gè)周期中,當(dāng)充電電流調(diào)整元件導(dǎo)通后,其導(dǎo)通時(shí)間是不確定的,只和充流電流上升的速度有關(guān)。當(dāng)外界因素如蓄電池電壓變化,電源電壓變化使充電電流上升速度加快或減慢時(shí),調(diào)整元件導(dǎo)通時(shí)間自動(dòng)相應(yīng)的縮短或延長(zhǎng),因?yàn)槌潆婋娏魃仙俣燃涌?,達(dá)到某預(yù)定值所需的時(shí)間就變短,反之時(shí)間就變長(zhǎng)。所以,該方案是以即時(shí)的方式來(lái)控制充電電流的。
上述的充電電流控制元件可以采用晶體管,控制電路可以主要由充電電流取樣電阻及四個(gè)電壓比較器和一個(gè)R-S觸發(fā)器組成,四個(gè)比較器中一個(gè)是充電電流取樣電壓比較器,它將充電電流取樣信號(hào)與其門限電平比較,它的輸出信號(hào)用來(lái)控制上述R-S觸發(fā)器,通過(guò)該觸發(fā)器關(guān)斷調(diào)整晶體管,因此充電電流平均值和取樣比較器的門限電平對(duì)應(yīng);一個(gè)是對(duì)電源相位進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)零電壓比較器,由它和一些元件組成電源同步脈沖發(fā)生器,用于在電源電壓過(guò)零時(shí)通過(guò)R-S觸發(fā)器打開調(diào)整管;其余二個(gè)是蓄電池電壓檢測(cè)比較器,均由蓄電池電壓高低來(lái)決定其輸出狀態(tài),其中一個(gè)用來(lái)改變?nèi)与妷罕容^器的門限電平,使充電過(guò)程分成二個(gè)階段,前階段電流較大,后階段則減小。另一個(gè)用來(lái)完成充電回路控制,當(dāng)蓄電池電壓上升到預(yù)定值時(shí),斷開充電回路。
以上的解決方案具有現(xiàn)有的恒流型和脈沖型充電裝置的優(yōu)點(diǎn),它能快速、精確地控制充電電流,效率較高。在大部分情況下可以不用電源變壓器而直接由電網(wǎng)供電,由于電流調(diào)整元件是在電源電壓波形過(guò)零時(shí)被打開的,對(duì)電源干擾很小,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本不高,整個(gè)充電過(guò)程可自動(dòng)進(jìn)行。
以下結(jié)合附圖和一個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電路框圖。
圖2是圖1實(shí)施例的電路原理圖。
該實(shí)施例是為一種電動(dòng)車配套的充電器,鉛酸蓄電池組〔3〕額定電壓144V,容量36安時(shí),要求充電電流為前階段3.6安培,后階段1.8安培,該充電器直接使用220V交流電源。整個(gè)充電回路中包括主整流器〔1〕,繼電器〔2〕常開觸點(diǎn),手動(dòng)開關(guān)〔9〕,保險(xiǎn)絲〔10〕,電流表〔11〕,蓄電池〔3〕,充電電流調(diào)整管〔4〕,電流取樣電阻〔5〕。調(diào)整管〔4〕采用N溝道VMOS大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管,因此只要求R-S觸發(fā)器〔13〕提供極小的驅(qū)動(dòng)電流。圖1所示電路框圖中的輔助電源〔7〕由圖2所示電路原理圖中的小變壓器〔19〕、整流器〔20〕、穩(wěn)壓器〔21〕等組成;圖1中的調(diào)整管控制電路〔6〕由圖2的取樣電壓比較器〔12〕、R-S觸發(fā)器〔13〕、過(guò)零比較器〔14〕、全波整流器〔15〕、電池電壓檢測(cè)比較器〔16〕、光電耦合器〔17〕、電位器〔22〕、〔23〕等組成;圖1中的充電回路控制電路〔8〕由圖2的電池電壓檢測(cè)比較器〔18〕、反相器〔24〕、繼電器〔2〕等組成。
調(diào)整管控制電路〔6〕中的全波整流器〔15〕、分壓電阻和過(guò)零比較器〔14〕組成一個(gè)電源同步脈沖發(fā)生器,在電源電壓波形過(guò)零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正跳變脈沖將R-S觸發(fā)器〔13〕置1,使調(diào)整管〔4〕因柵源電壓接近等于輔助電源電壓而完全導(dǎo)通,導(dǎo)通電阻RDS很小,因此充電電流在調(diào)整管〔4〕上形成的壓降很小。電流取樣電阻(5)和取樣比較器(12)組成關(guān)斷信號(hào)發(fā)生電路。隨著電源電壓波形上升,充電回路中的電流增大,取樣電阻〔5〕兩端的壓降也相應(yīng)增大,該電壓通過(guò)一個(gè)RC環(huán)節(jié)加到取樣電壓比較器〔12〕的同相輸入端,當(dāng)該電壓大于比較器〔12〕反相輸入端所預(yù)置的門限電平時(shí),比較器〔12〕翻轉(zhuǎn),其輸出端的正跳變立即將R-S觸發(fā)器〔13〕置0,調(diào)整管〔4〕的柵源電壓降至零而完全關(guān)斷,所以充電電流平均值與取樣比較器〔12〕的門限電平相對(duì)應(yīng)。該門限電平由電位器〔22〕、〔23〕預(yù)置,電位器〔22〕始終起作用,而電位器〔23〕是否起作用則要由電池電壓比較器〔16〕根據(jù)蓄電池〔3〕電壓高低來(lái)決定。充電前階段電位器〔23〕不起作用,門限電平相對(duì)高一些,蓄電池〔3〕電壓上升到一定值時(shí),比較器〔16〕翻轉(zhuǎn),電位器〔23〕起作用,門限電平降低,相應(yīng)使充電電流平均值降低,以適應(yīng)該鉛酸電池〔3〕對(duì)充電的要求。
由另一個(gè)蓄電池電壓檢測(cè)比較器〔18〕來(lái)控制繼電器〔2〕,當(dāng)蓄電池〔3〕被充至預(yù)定電壓時(shí),比較器〔18〕翻轉(zhuǎn),切斷充電電流。繼電器〔2〕的線圈電流由蓄電池〔3〕提供,不接通蓄電池〔3〕時(shí)可以防止充電器輸出端短路。
權(quán)利要求1.一種蓄電池充電器,其中包括主整流器(1),它處于交流電源和蓄電池(3)之間,用于提供脈動(dòng)直流電;充電電流調(diào)整元件(4),它與蓄電池(3)串聯(lián),用于限制充電電流;控制電路(6),它與調(diào)整元件(4)相接,用于周期性打開或關(guān)斷該調(diào)整元件(4),并通過(guò)改變調(diào)整元件(4)導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)限制或改變充電電流,其特征在于控制電路(6)包括觸發(fā)器(13)和電源同步信號(hào)發(fā)生器,該信號(hào)發(fā)生器分別與交流電源或觸發(fā)器(13)相連接,當(dāng)主整流器(1)輸出的脈動(dòng)直流電電壓波形過(guò)零時(shí),該信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào),通過(guò)觸發(fā)器(13)打開調(diào)整元件(4);控制電路(6)還包括關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器,當(dāng)充電電流上升到預(yù)定值時(shí),該關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)使調(diào)整元件(4)關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電器,其特征在于該關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器由充電電流取樣電阻(5)和取樣電壓比較器(12)組成,比較器(12)分別與取樣電阻(5)或上述觸發(fā)器(13)相連接,它有一個(gè)被預(yù)置并可以被改變的門限電平,當(dāng)電流取樣信號(hào)大于該門限電平時(shí),它向觸發(fā)器(13)發(fā)出關(guān)斷信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充電器,其特征在于該觸發(fā)器(13)是R-S觸發(fā)器(13),它的一個(gè)觸發(fā)端與取樣電壓比較器(12)相連接,另一個(gè)觸發(fā)端與電源同步信號(hào)發(fā)生器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充電器,其特征在于關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器還包括蓄電池電壓檢測(cè)比較器(16),該比較器(16)通過(guò)光電耦合器(17)與取樣比較器(12)相連接,當(dāng)蓄電池(3)的電壓上升到預(yù)定值時(shí),比較器(16)發(fā)出信號(hào)使比較器(12)的門限電平下降。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電器,其特征在于該充電電流調(diào)整元件(4)采用VMOS大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電器,其特征在于該電源同步信號(hào)發(fā)生器由全波整流器(15)和過(guò)零電壓比較器(14)構(gòu)成,全波整流器(15)的輸出電壓波形與主整流器(1)的輸出電壓波形相位一致。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高效率蓄電池充電器,它包括與蓄電池(3)串聯(lián)并工作于周期性開關(guān)狀態(tài)的電流調(diào)整元件(4)及控制電路(6)。控制電路(6)分別與調(diào)整元件(4)或交流電源相連接。該電路(6)包括電源同步信號(hào)發(fā)生器和關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器,當(dāng)主整流器(1)的輸出電壓波形過(guò)零時(shí),電源同步信號(hào)發(fā)生器通過(guò)觸發(fā)器(13)打開調(diào)整元件(4);當(dāng)充電電流上升到預(yù)定值時(shí),由關(guān)斷信號(hào)發(fā)生電路發(fā)出信號(hào)關(guān)斷調(diào)整元件(4)。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2135208SQ92215069
公開日1993年6月2日 申請(qǐng)日期1992年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月21日
發(fā)明者梅遠(yuǎn)非 申請(qǐng)人:梅遠(yuǎn)非