專利名稱：鎳氫鎳鎘電池組充電器控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種充電器控制電路，尤其是一種鎳氬鎳鎘電池組充電 器控制電路。
背景技術(shù)：
鎳氫電池具有體積小、容量大、記憶效應(yīng)小、安全性能好并且環(huán)保組合 時(shí)無(wú)需保護(hù)板等優(yōu)點(diǎn)，正廣泛應(yīng)用在電子詞典、數(shù)碼相機(jī)、遙控汽車、遙控 飛機(jī)、動(dòng)力電池等領(lǐng)域。鎳鎘電池具有可大電池充放電、安全性能好、組合 時(shí)無(wú)需保護(hù)板等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是有記憶效應(yīng)，不環(huán)保。但有些需大電流放電工 具仍需使用鎳鎘電池，如移動(dòng)式電話、移動(dòng)式電鋸等工具以及其它一些需大 電流放電之場(chǎng)合。因此，設(shè)計(jì)適合于鎳氫、鎳鎘電池組之充電器是大勢(shì)所趨。
目前的鎳鎘、鎳鎘電池充電器控制電路存在以下不足(l)需要人為控 制充電時(shí)間，否則容易過(guò)充電引起電池發(fā)熱帶來(lái)火災(zāi)隱患，使用極為不便； (2)充電電壓和電流固定，不能根據(jù)需要選擇；(3)充電過(guò)程中電池的溫升 難以控制；(4)充電器對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是提供一種可適用于鎳 氬、鎳鎘電池組的、充電電流可選擇的脈沖式可控快速充電器控制電路。 為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型釆用的以下^l支術(shù)方案
本實(shí)用新型包含將市電輸入轉(zhuǎn)換成定電壓定電流直流輸出的電源電路
和充電管理電路，充電器控制電路電源電路由AC輸入、電磁兼容元件、輸入 整流濾波電路、脈寬調(diào)制電路、調(diào)壓電路、輸出整流濾波電路、定電流定電 壓電路和回饋電路構(gòu)成。AC輸入、電磁兼容元件和輸入整流濾波電路依次電 連接后分別輸出到脈寬調(diào)制電路和調(diào)壓電路，調(diào)壓電路的輸出依次與輸出整 理濾波電路、定電壓定電流電路、回饋電路和脈寬調(diào)制電路電連接，脈寬調(diào) 制電路對(duì)輸入進(jìn)行處理后，輸出給調(diào)壓電路，再經(jīng)輸出整流濾波電路后為充 電管理電M供輸入。
其中充電器控制電路電磁兼容元件主要包含依次電連接的電容CY1、 電容CY2、電容CX1、過(guò)流開路保護(hù)的保險(xiǎn)絲F1、熱敏電阻T肌Ol、差模電感 LF1、突波吸收器ZNR1和共模電感LF2。
其中充電器控制電路輸入整流濾波電路主要由橋堆BD1和大電容Cl 電連接組成。
其中充電器控制電路脈寬調(diào)制電路包含芯片IC1、電流檢測(cè)電阻R18、 穩(wěn)壓二極管ZD1、過(guò)流保護(hù)的電阻R14和電容C8。
其中充電器控制電路調(diào)壓電路包含脈沖變壓器T1、開關(guān)管QOl、 二極 管D1、濾波電容C4、濾波電容C3和電阻R3，其中充電器控制電路脈沖變壓 器Tl的輸出繞組為兩組，分別經(jīng)輸出整流濾波電路與芯片IC102和單片機(jī) IC103相連；供電繞組經(jīng)二極管Dl與電容(M、芯片IC1依次電連接；初級(jí)繞 組與電容C3和電阻R3依次電連接；開關(guān)管Q01分別與芯片IC1、脈沖變壓 器Tl供電繞組和電流監(jiān)測(cè)電阻R18連接。
其中充電器控制電路輸出整流濾波電路包含整流管Dl01 、整流管Dl02、
濾波電容C104、濾波電容C105、濾波電容CIOI、穩(wěn)壓芯片IC101和濾波電 感LlOl，其中整流管DlOl、濾波電容C104、濾波電容C105和濾波電感L101 與脈沖變壓器T1的一組輸出繞組依次電連接，整流管D102、濾波電容CIOI 和穩(wěn)壓芯片IC101與脈沖變壓器T1的另一組輸出繞組依次電連接。
其中充電器控制電路定電壓定電流電路主要包含芯片IC102、輸出電 it險(xiǎn)測(cè)電阻R104和可以調(diào)整為任一兩擋所需電流的開關(guān)SWl，其中芯片IC102 分別經(jīng)光耦Ul的AK級(jí)和穩(wěn)壓管IC104與脈沖變壓器Tl輸出繞組相連;輸出 電流檢測(cè)電阻R104分別與脈沖變壓器Tl輸出繞組和充電接地端相連，開關(guān) SW1分別與芯片IC102和穩(wěn)壓管IC104相連。
其中充電器控制電路回饋電路主要由光耦U1構(gòu)成，光耦U1分別與芯 片IC102和芯片IC1相連。
其中充電器控制電路充電管理電路包含單片機(jī)IC103、晶體管開關(guān) QlOl、電阻R115、電阻R116和發(fā)光二極管LEDA、發(fā)光二極管LEDB,其中晶 體管開關(guān)Q101分別與脈沖變壓器Tl輸出繞組和單片機(jī)IC103相連。
其中充電器控制電路充電管理器還包含與充電器控制電路單片機(jī) IC103外接并置于充電電池中的熱敏電阻NTC。
AC輸入經(jīng)過(guò)EMC元件過(guò)濾，再經(jīng)過(guò)整流及大電容濾波得到低鏈波與雜訊 的直流電壓。直流電壓?jiǎn)?dòng)脈寬調(diào)制電路，同時(shí)啟動(dòng)調(diào)壓電路的脈沖變壓器 Tl。變壓器T1次級(jí)輸出分別經(jīng)過(guò)整流管DlOl、整流管D102整流、輸出濾波 電容CIOI、濾波電容C104、濾波電容C105濾波后得到直流輸出。 一路輸出 經(jīng)過(guò)定電壓、定電流電路，通過(guò)光耦U1回饋給初級(jí)的脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào) 制電路調(diào)節(jié)變壓器T1的占空比，達(dá)到定電壓定電流輸出的目的。另一路穩(wěn)定
的輸出電壓同時(shí)給單片機(jī)IC103供電，當(dāng)此充電器連接到正確的電池組，單 片機(jī)IC103檢測(cè)到正確的電壓，可根據(jù)電池組自動(dòng)設(shè)置電壓。單片機(jī)IC103 控制開關(guān)晶體管QIOI的導(dǎo)通與關(guān)斷快充時(shí)，以脈沖充電方式給電池充電， 大大減小了電池在充電過(guò)程中的溫升，同時(shí)單片機(jī)IC103點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極 管LEDA。當(dāng)單片機(jī)IC103偵測(cè)到-AV后，認(rèn)為電池組己充飽，單片機(jī)IC103 將充電模式由快充轉(zhuǎn)為涓流充電，紅色發(fā)光二極管LEDA熄滅，綠色發(fā)光二極 管LEDB點(diǎn)亮，表示電池己充飽。此時(shí)，可以隨時(shí)取下電池組。單片機(jī)IC103 另設(shè)過(guò)溫保護(hù)腳，外接熱敏電阻NTC可監(jiān)控電池組的溫升，當(dāng)電池組的溫升 超過(guò)55'C,單片機(jī)IC103控制開關(guān)晶體管Q101，使充電器進(jìn)入涓流充電狀態(tài)， 達(dá)到保護(hù)電池組的目的。充電器還有電流選擇開關(guān)SW1,可根據(jù)電池組容量 選定充電器電流。
由于采用以上方案，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 可充的Ni-MH/Ni-Cd電池組范圍廣；
2. 強(qiáng)大的電磁兼容元件大大降低了充電器對(duì)電網(wǎng)的干擾；
3. 脈沖式快充模式減少了電池組在充電過(guò)程中的溫升；
4. 反充與反接保護(hù)功能；
5. -△ V與OAV偵測(cè)，保證電池100%充飽且無(wú)過(guò)飽產(chǎn)生
6. 可才艮據(jù)電池組的電壓自動(dòng)設(shè)置輸出電壓；
7. 電流可選擇；
8. 過(guò)溫保護(hù)功能。


圖1為本實(shí)用新型電路原理框圖2為本實(shí)用新型電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明
如圖1所示，本實(shí)用新型由電源電路和充電管理電路構(gòu)成。電源電路又 包含AC輸入、電磁兼容元件(EMC)、輸入整流濾波電路、調(diào)壓電路、脈寬調(diào) 制電路、輸出整流濾波電路、定電流、定電壓電路。充電管理電路主要由開 關(guān)Q101和單片機(jī)IC103控制構(gòu)成，開關(guān)Q101為晶體管，單片機(jī)IC103用三 星S9444。
電源電路主要用來(lái)將市電輸入轉(zhuǎn)換成定電壓、定電流直流輸出，即給充 電管理電皿供穩(wěn)定、安全的供電，從而確保充電管理電路更穩(wěn)定、安全的 工作。如圖2所示，電磁兼容元件主要由X電容CXI、 Y電容CY1、 Y電容CY2， 差模電感LF1、共模電感LF2組成；輸入整流濾波電路主要由橋堆BD1和大 電容C1組成；脈寬調(diào)制電路主要由芯片IC1 (UC3843 )控制調(diào)壓電路的占空 比；調(diào)壓電路主要由脈沖變壓器T1構(gòu)成；輸出整流濾波電路由整流管DIOI、 整流管D102、輸出濾波電容CIOI、濾波電容C104、濾波電容C105與濾波電 感L101構(gòu)成；定電壓定電流由芯片IC102 (LM358 )控制；回饋電路主要由 光耦UI在芯片IC102 (LM358 )與芯片IC1 (UC3843 )的共同參與下完成。
AC輸入經(jīng)過(guò)Y電容CY1 、 Y電容CY2濾波，經(jīng)過(guò)^f呆險(xiǎn)絲Fl 、熱敏電阻THR01 、 差模電感LF1、突波吸收器ZNR1、共模電感LF2和X電容CX1。保險(xiǎn)絲Fl主 要起過(guò)流開路作用，當(dāng)充電器由于故障而導(dǎo)致輸入電流增加時(shí)，保險(xiǎn)絲Fl 開路，起到保護(hù)作用。熱敏電阻THR01減少冷啟動(dòng)時(shí)輸入沖擊電流。差模電
感LF1、電容CX1、共模電感LF2可以防止充電器產(chǎn)生的干擾影響電網(wǎng)。突波 吸收器ZNR1防止AC輸入高電壓串入從而破壞充電器。AC輸入經(jīng)過(guò)上述元件 后流入橋堆BD1整流，大電容C1濾波，得到直流電壓，直流電壓經(jīng)過(guò)電阻 Rl、電阻R5、電阻R6給脈寬調(diào)制電路的芯片IC1 (UC3843 )提供啟動(dòng)電壓與 電流。啟動(dòng)瞬間，芯片IC1的6腳輸出高電平，開關(guān)管Q01導(dǎo)通，脈沖變壓 器Tl勵(lì)磁。變壓器Tl供電繞組經(jīng)過(guò)整流管Dl整流、濾波電容C4濾波后給 芯片IC1的7腳供電，脈寬調(diào)制電路進(jìn)入正常工作階段。脈沖變壓器T1次級(jí) 繞組輸出矩陣方波，輸出繞組1經(jīng)過(guò)整流管D101整流、電容C104、濾波電 容C105和電感L101濾波給芯片IC102 (LM358 )供電，啟動(dòng)定電壓電路。輸 出電壓經(jīng)過(guò)電阻R105進(jìn)入穩(wěn)壓管IC104( TL431 M尋到精度為1%的2. 5V電壓， 2. 5V電壓作為芯片IC102 (LM358 ) 3腳電壓的基準(zhǔn)電壓。輸出電壓另一路經(jīng) 過(guò)電阻R106、電阻R109分壓，進(jìn)入芯片IC102 (LM358 ) 2腳，當(dāng)輸出電壓 過(guò)高時(shí)，即2腳電壓高于2.5V時(shí)，芯片IC102 (LM358 )輸出低電平，光耦 Ul的AK級(jí)流過(guò)電流，此電流經(jīng)過(guò)光耦Ul回饋到脈沖調(diào)制電路芯片IC1 (UC3843 ) 2腳。2腳電壓變低，芯片IC1 (UC3843 )輸出占空比減小,輸出 電壓減少。反之，如輸入電壓過(guò)4氐時(shí)，2腳電壓低于2. 5V,芯片IC102( LM358 ) l腳輸出高電平，光耦U1的AK級(jí)無(wú)電流流過(guò)，無(wú)回饋信號(hào)，2腳電壓變高， 芯片IC1 (UC3843 )輸出占空比增大，輸出電壓增大，脈沖調(diào)制電路、回饋 電路和定電壓電路就是通過(guò)以上的方式，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的作用。
初級(jí)線路中，二極管D1、電容C3、電阻R3吸收脈沖變壓器T1漏感而
產(chǎn)生的尖峰電壓，保護(hù)開關(guān)管QOl。 R18為電流檢測(cè)電阻，當(dāng)流過(guò)電阻R18 的尖峰電壓超過(guò)1V時(shí)，芯片IC1 (UC3843 )關(guān)斷，從而起到限制輸入電流的
作用。電阻Rl4與電容C8組成過(guò)流保護(hù)過(guò)濾網(wǎng)，避免雜訊等原因引起芯片 IC1 (UC3843)誤動(dòng)作。穩(wěn)壓管ZD1起輸出過(guò)壓的作用，當(dāng)回饋出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo) 致輸出電壓升高時(shí)，穩(wěn)壓管ZD1導(dǎo)通，使芯片IC1 (UC3843 ) 3腳電壓高于 IV,脈沖調(diào)制電路關(guān)斷，從而ii^過(guò)壓保護(hù)的目的。脈沖變壓器T1輸出繞組 2經(jīng)過(guò)整流管D102整流、電容CIOI濾波再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片IC101 ( 7805 ),給 單片機(jī)IC103 (S9444，充電管理的核心部分)提供穩(wěn)定的5V供電，單片機(jī) IC103 (S9444 ) —旦通電，其3腳與5腳交替各2次輸出高電平，然后輸出 低電平，紅色發(fā)光二極管LEDA與綠色發(fā)光二極管LEDB交替閃爍2次后熄掉。 此時(shí)，表示電源電路與充電管理電路己作好充電準(zhǔn)備，只需在輸出端接上電 池。當(dāng)單片機(jī)IC103 (S9444 ) 7腳檢測(cè)到的電池電壓正確，其2腳輸出矩陣 方波，同時(shí)3腳輸出高電平，紅色發(fā)光二極管LEDA點(diǎn)亮，充電器以脈沖式快 充方式對(duì)電池充電.當(dāng)接上電池后，定電流電路將啟動(dòng)，保證充電器以穩(wěn)定 的電流給電池充電.
定電流的工作原理如下精度為1%的2. 5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)電阻R111、電 阻R110和電阻R113給芯片IC102 (LM358 ) 5腳提供電流、基準(zhǔn)電壓。R104 為輸出電流檢測(cè)電阻，電阻R104檢測(cè)到的電壓高于芯片IC102 (LM358 ) 5 腳電壓時(shí)，7腳輸出低電平，此信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦U1回饋到初級(jí)脈沖調(diào)制電路， 通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)達(dá)到穩(wěn)定電流輸出的目的。在定電流電路動(dòng)作過(guò)程中，定 電壓電路完全處于不工作狀態(tài)。由于定電流電路增加了開關(guān)SW1，所以定電 流可以調(diào)整為任意二檔所需的電流。
當(dāng)單片機(jī)IC103 (S9444 ) 7腳偵測(cè)到-AV電池已充飽，其2腳輸出低電 平，轉(zhuǎn)為對(duì)電池組進(jìn)行涓流充電狀態(tài)。同時(shí)單片機(jī)IC103 (S9444 ) 5腳輸出
高電平，綠色發(fā)光二極管LEDB點(diǎn)亮，表明電池已充飽，可隨時(shí)取下電池使用。 當(dāng)電池反接時(shí)，由于單片機(jī)IC103 (S9444 ) 7腳偵測(cè)到負(fù)電壓，其2腳 輸出低電平，開關(guān)管QIOI不導(dǎo)通，充電器不給電池組充電，有效地起到了反 充保護(hù)的作用。當(dāng)未接AC電源而反接電池時(shí)，由于單片機(jī)IC103 (S9444 ) 未得電，其2腳輸出低電平，開關(guān)管Q101不導(dǎo)通，電池?zé)o放電回路，有效地 起到了反接保護(hù)的作用。
本實(shí)用新型除以上功能外，還具有過(guò)溫保護(hù)功能。單片機(jī)IC103(S9444 ) 6腳為過(guò)溫保護(hù)檢測(cè)腳，NTC為外接熱敏電阻，充電時(shí)，將熱敏電阻NTC插入 電池組中，當(dāng)熱敏電阻NTC檢測(cè)到電池組溫度高于55匸，熱敏電阻NTC的電 阻將低于3. 3K，單片機(jī)IC103 (S9444)的6腳電壓將低于1.25V，其2腳輸 出低電平，使充電器進(jìn)入涓流充電狀態(tài)，從而起到過(guò)溫保護(hù)作用。
權(quán)利要求1.一種鎳氫鎳鎘電池組充電器控制電路，包含將市電輸入轉(zhuǎn)換成定電壓定電流直流輸出的電源電路和充電管理電路，其特征在于所述電源電路由AC輸入、電磁兼容元件、輸入整流濾波電路、脈寬調(diào)制電路、調(diào)壓電路、輸出整流濾波電路、定電流定電壓電路和回饋電路構(gòu)成，其中AC輸入、電磁兼容元件和輸入整流濾波電路依次電連接后分別輸出到脈寬調(diào)制電路和調(diào)壓電路，調(diào)壓電路的輸出依次與輸出整理濾波電路、定電壓定電流電路、回饋電路和脈寬調(diào)制電路電連接，脈寬調(diào)制電路對(duì)輸入進(jìn)行處理后，輸出給調(diào)壓電路，再經(jīng)輸出整流濾波電路后為充電管理電路提供輸入。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述電磁兼容元件主要包含依次電連接的電容(CY1、 CY2、 CX1)、過(guò) 流開路保護(hù)的保險(xiǎn)絲(Fl)、熱敏電阻(THROl)、差模電感(LF1)、突波吸收 器(ZNR1)和共模電感(LF2 )。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述輸入整流濾波電路主要由橋堆(BD1)和大電容(Cl)電連接組成。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述脈寬調(diào)制電路包含芯片(IC1)、電流檢測(cè)電阻(R18)、穩(wěn)壓二極 管(ZD1)、過(guò)流保護(hù)的電阻(R14)和電容(C8)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述調(diào)壓電路包含脈沖變壓器(Tl)、開關(guān)管(QOl)、 二極管(Dl)、 濾波電容(C4、 C3)和電阻(R3)，其中所述脈沖變壓器(Tl)的輸出繞組為 兩組，分別經(jīng)輸出整流濾波電路與芯片(IC102)和單片機(jī)(IC103)相連； 供電繞組經(jīng)二極管(Dl)與電容(C4)、芯片(IC1)依次電連接；初級(jí)繞組 與電容(C3)和電阻(R3)依次電連接；開關(guān)管(Q01)分別與芯片(IC1 )、 脈沖變壓器(Tl)供電繞組和電流監(jiān)測(cè)電阻(R18)連接。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述輸出整流濾波電路包含整流管(DIOI、 D102)、濾波電容(C104、 C105、 ClOl)、穩(wěn)壓芯片(IC101)和濾波電感(L101),其中整流管(DIOI)、 濾波電容(C104、 C105)和濾波電感(L101)與脈沖變壓器(Tl)的一組輸 出繞組依次電連接，整流管(D102)、濾波電容(C101)和穩(wěn)壓芯片(IC101) 與脈沖變壓器(Tl)的另一組輸出繞組依次電連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述定電壓定電流電路主要包含芯片(IC102)、輸出電流檢測(cè)電阻(R104)和可以調(diào)整為任一兩擋所需電流的開關(guān)(SW1)，其中芯片(IC102) 分別經(jīng)光耦(Ul)的AK級(jí)和穩(wěn)壓管(IC1(M)與脈沖變壓器(Tl)輸出繞組 相連；輸出電流檢測(cè)電阻(R104)分別與脈沖變壓器(Tl)輸出繞組和充電 接地端相連，開關(guān)(SW1)分別與芯片(IC102)和穩(wěn)壓管(IC104)相連。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氯鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述回饋電路主要由光耦(Ul)構(gòu)成，光耦(Ul)分別與芯片(IC102) 和芯片(IC1)相連。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征 在于所述充電管理電路包含單片機(jī)(IC103 )、晶體管開關(guān)(Q101 )、電阻(R115、 R116)和發(fā)光二極管(LEDA、 LEDB),其中晶體管開關(guān)(Q101)分別與脈沖變 壓器(Tl)輸出繞組和單片機(jī)(IC103)相連。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種鎳氬鎳鎘電池組充電器控制電路，其特征在于所述充電管理器還包含與所述單片機(jī)(IC103 )外接并置于充電電池中 的熱敏電阻(NTC)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種可適用于鎳氫鎳鎘電池組的充電器控制電路，其包含電源電路和充電管理電路。電源電路由AC輸入、電磁兼容元件、輸入整流濾波電路、脈寬調(diào)制電路、調(diào)壓電路、輸出整流濾波電路、定電流定電壓電路和回饋電路構(gòu)成。AC輸入、電磁兼容元件和輸入整流濾波電路依次電連接后分別輸出到脈寬調(diào)制電路和調(diào)壓電路，調(diào)壓電路又與輸出整理濾波電路、定電壓定電流電路、回饋電路和脈寬調(diào)制電路依次連接，脈寬調(diào)制電路對(duì)輸入進(jìn)行處理后，輸出給調(diào)壓電路，再經(jīng)輸出整流濾波電路后為充電管理電路提供輸入。本實(shí)用新型使用脈沖方式充電，可以保證電池充飽而不過(guò)飽，能選擇和自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流、自動(dòng)設(shè)置充電電壓，還具有反接和反充保護(hù)功能。
文檔編號(hào)H02M7/02GK201011706SQ200620016359
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者陳志華 申請(qǐng)人:深圳海昌泰電子有限公司