一種電子控制充電器及電路結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型是關于一種電子控制充電器及電路結構，用于蓄電池充電的開關電源式電子控制充電器產(chǎn)品，本實用新型充電器設計為單電路板的內(nèi)部結構，充電器的主要零部件包括：塑料殼底座、外殼上蓋、電路板組件、供電電源線、兩個蓄電池電瓶夾子，所述的充電器可對30AH及以下的蓄電池進行自動充電。不僅體積小，而且重量輕，攜帶十分方便。已成為出口家用小型蓄電池充電器的主流產(chǎn)品?？刂齐娐芬蚤_關電源變換、L6565芯片及其外圍電路為核心，具有充電、充滿、接反等狀態(tài)控制功能，電路和電路板及整機的結構設計合理，安裝方便，故生產(chǎn)效率高、制作成本低。
【專利說明】一種電子控制充電器及電路結構
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種小型電子控制的蓄電池充電器產(chǎn)品，具體是一種電子控制充電器產(chǎn)品的結構和電路。
技術背景
[0002]當前，充電器產(chǎn)品市場的競爭，不僅體現(xiàn)在技術的先進性上，還在很大程度上取決于充電器的功能、外觀和結構設計、生產(chǎn)制造工藝的先進性、生產(chǎn)效率的高低、生產(chǎn)成本的多少，產(chǎn)品的一致性和可靠性等方面。
[0003]目前，國內(nèi)外市場上小型蓄電池充電器的輸出電壓通常有6V/12V/24V等幾個等級，額定電流通常在1~50Α，少數(shù)大型充電器的電流可達上百安培的水平，在考慮低成本、易生產(chǎn)的情況下，小電流等級(如2A、4A、8A等)的充電器產(chǎn)品通常是主流的產(chǎn)品，市場上，很多此類產(chǎn)品是采用變壓器整流器式的結構設計，此類充電器，由于是采用電網(wǎng)電壓經(jīng)低頻(50Hz或60Hz)變壓器變換為低壓交流電，再經(jīng)過整流控制的方式來設計，因此，產(chǎn)品存在著技術檔次低，變壓器和整流器笨重，發(fā)熱量大，工作能量轉(zhuǎn)換效率低，產(chǎn)品體積大、重量重等眾多問題。
[0004]近年來，電子控制技術的發(fā)展也推動了電子控制式蓄電池充電器的發(fā)展，這類充電器，由于為滿足輸出要求而采用的控制技術方式與變壓器整流器式的(傳統(tǒng)型)充電器產(chǎn)品有著顯著的不同，因此，技術性能和節(jié)能等指標大大優(yōu)于傳統(tǒng)型的充電器，先進的技術，使此類充電器的變壓器大為減小，不是普通變壓器的形式，而是采用中或高頻開關電源或逆變電源的變壓器，不僅體積小，而且重量非常輕，更加方便攜帶和運輸，整流器也不是普通的二極管構成的整流器，而是采用快速恢復二極管的整流器，發(fā)熱也非常小，電源的能量轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)能和節(jié)材等方面非常突出，直流輸出參數(shù)(電壓和電流)的控制是采用開關電源變換或逆變等方式來解決；因此，開關穩(wěn)壓或逆變電源的充電器被譽為“新型高效節(jié)能電源”，代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，由于內(nèi)部器件工作在高頻開關狀態(tài)，故本身消耗的能量極低；充電器效率可以達到90%以上，比傳統(tǒng)變壓器整流的充電器的效率提高近一倍；隨著充電器電源技術的飛速發(fā)展，高效率的開關穩(wěn)壓或逆變電源充電器正朝著小型化、高頻化、集成化的方向發(fā)展，并得到越來越廣泛的應用。未來肯定是傳統(tǒng)型充電器的替代者。
[0005]電子控制類充電器，主要是依靠電路板及其上面的控制電路來實現(xiàn)產(chǎn)品的功能，通常，與傳統(tǒng)型的充電器相比，它們的電路相對復雜，生產(chǎn)方式也主要變化為以電路板的生產(chǎn)制造為主，當然，在相同輸出電壓和電流等級下，不同的產(chǎn)品，其電路原理和電路板的設計，以及生產(chǎn)方式都可能是完全不同的，這些都影響著產(chǎn)品的技術性能、可靠性、生產(chǎn)和制造成本、產(chǎn)品市場競爭力等。也就是說，結構和電路設計不同的充電器，其技術參數(shù)、使用性能、生產(chǎn)效率，甚至產(chǎn)品外觀和可靠性以及市場競爭力等是差別比較大的。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種電子控制充電器及電路結構，充電器內(nèi)部采用單一控制板結構，外加塑料機殼、供電電源線和帶夾子的充電器控輸出線等部分，產(chǎn)品生產(chǎn)主要是解決電路板的加工和調(diào)試問題，產(chǎn)品的總裝比較簡單；利用本實用新型所述的充電器電路的原理還可形成其它規(guī)格的產(chǎn)品，擴大產(chǎn)品的應用范圍，電路和電路板及整機的結構設計合理，安裝方便，生產(chǎn)效率高、制作成本低。
[0007]為實現(xiàn)上述目的采用以下技術方案:
[0008]一種電子控制充電器及電路結構，它包括塑料殼底座、外殼上蓋、電路板組件、供電電源線、兩個蓄電池電瓶夾子；電路板組件、供電電源線、兩個蓄電池電瓶夾子之間電連接；電路板組件設置在充電器底殼和充電器上蓋組合的殼體內(nèi)部，其特征在于:所述的電路板組件部分采用單電路板，單電路板上包括共模電感、共模電容、輸入濾波電容、主開關管、安規(guī)電容、PTC自恢復保險絲、輸出電容、輸出電感、指示燈插座、L6565控制芯片、輸出二極管、輸出二極管散熱器、高頻變壓器、主開關管散熱器、PWM控制芯片、差模電容以及電阻、電容、二極管、三極管，上述元件連接組成的電源電路和控制電路。
[0009]本實用新型控制電路以開關電源變換、L6565芯片及其外圍電路為核心，具有充電、充滿、接反等狀態(tài)控制功能，可對30AH及以下的蓄電池進行自動充電，不僅體積小，而且重量輕，攜帶十分方便，由于電路和電路板及整機的結構設計合理，安裝方便，故生產(chǎn)效率高、制作成本低；采用了先進的開關電源控制技術，充電器具有結構合理、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型充電器的結構示意圖；
[0011]圖2是本實用新型充電器的電路原理圖(一)；
[0012]圖3是本實用新型充電器的電路原理圖(二)；
[0013]圖4是本實用新型充電器的PCB元器件布局設計圖。
[0014]附圖1中各部件的名稱如下:1、反接指示燈；2、充滿指示燈；3、充電指示燈；4、上蓋；5、自攻螺絲；6、輸入保險絲；7、共模電感；8、共模電容；9、共模電感；1輸入濾波電容；
11、主開關管、12、安規(guī)電容；13、PTC自恢復保險絲；14、輸出電容；15、輸出電感；16、指示燈插座；17、控制芯片；18、輸出二極管；19、輸出二極管散熱器；20、變頻變壓器；21、主開關管散熱片；22、PWM控制芯片；23、差模電容；24、電源線；25、拉不脫；26、底殼；27、自攻螺絲；28、負極輸出夾子；29、正極輸出夾子。
【具體實施方式】
[0015]如圖1-4所示，本實用新型充電器:一種電子控制充電器及電路結構，它包括塑料殼底座(26 )、外殼上蓋(4 )、電路板組件、供電電源線(24 )、兩個蓄電池電瓶夾子(28和29 );電路板組件、供電電源線(24)、兩個蓄電池電瓶夾子(28和29)之間進行相應的電連接；電路板組件設置在充電器底殼和充電器上蓋組合的殼體內(nèi)部，所述的電路板組件部分采用單電路板，單電路板上包括由共模電感(7 )、共模電容(8 )、共模電感(9 )、輸入濾波電容(10 )、主開關管(11)、安規(guī)電容(12)、PTC自恢復保險絲(13)、輸出電容(14)、輸出電感(15)、指示燈插座(16)、L6565控制芯片(17)、輸出二極管(18)、輸出二極管散熱器(19)、高頻變壓器(20)、主開關管散熱器(21)、PWM控制芯片(22)、差模電容(23)以及電阻、電容、二極管、三極管這些元件連接組成的電源電路和控制電路，從而構成一個完整的開關電源控制式充電器。
[0016]供電電源線24為充電器的電路板提供外部供電電源，兩個蓄電池電瓶夾子28、29分為紅色和黑色。正確的接線方法是:充電時，紅色代表充電器輸出的“+或正”極性，應與蓄電池的“+或正”極性端子進行連接；黑色代表充電器輸出的“一或負”極性，應與蓄電池的“一或負”極性端子進行連接。
[0017]本實用新型充電器的電路主要由保險絲F1、D3?D6組成的整流器、場效應MOS管Q1、開關電源變壓器Tl、快速恢復整流二極管(含DIO、D9、D2和D6)、MOS管開關控制芯片(L6565)、集成運算放大器U1、蓄電池接反LDl紅色指示燈、充電狀態(tài)LD3黃色指示燈、充滿狀態(tài)LD2綠色指示燈，以及很多的電阻、電容、二極管、三極管、穩(wěn)壓管(如Z1、Z3等)、光電耦合器OPl和0P2 (EL817)等組成。供電電源可為AC 180?230V，50Hz或60Hz。輸出端為“V0UT+”和“V0UT—”，分別與對應顏色的兩個蓄電池電瓶夾子相連接，本實用新型電路原理圖中的各電子元器件，按照電路的連接原理，所設計的電路PCB板布局設計如圖4所示，當然，元器件布局的不同，最終制成的電路板也會與圖4的形式不同。
[0018]本實用新型充電器的工作原理簡述如下:通電后，從電網(wǎng)來的交流電源22(T230VAC和電流，首先經(jīng)過兩級輸入濾波電路(如附圖2 )后輸入到D3?D6組成的整流橋，經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)過電解電容El的濾波，變?yōu)檩^為穩(wěn)定的+300V直流電。供給由MOS管Q1、開關變壓器Tl和L6565及外圍器件組成的開關電源部分工作，+300V電壓經(jīng)電阻R5降壓后，給電容E5充電，向L6565芯片提供正常工作的啟動電壓。
[0019]在控制電路的作用下，充電器的能量變換是通過高頻變壓器Tl把原邊繞組的能量傳遞到付邊各繞組。再經(jīng)相應的整流、濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓(+VCC和VOUT+)供負載使用。L6565芯片7腳輸出的方波信號經(jīng)柵極限流電阻R7后驅(qū)動MOS功率管Q1，當場效應管MOS管Ql導通后，與之相連接的高頻變壓器Tl的初級繞組線圈就會儲存電能，只有該繞組線圈存儲能量后才可能通過其它方式供給負載，Ql導通后，高頻變壓器Tl的初級線圈NI電流線性增大，磁場增強，次級線圈N3和N4中D2、D9截止，分別由電容C9和E5、E2向各自的負載(電路)供電。此時，高頻變壓器Tl的初級線圈NI起存儲能量的作用，當MOS管Ql截止后，初級線圈NI電流減小，磁場減弱。次級線圈N2回路中DlO導通，能量通過DlO及電容向其負載釋放，輸出直流電壓V0UT+，部分能量由D6向電阻R8和電容C5釋放，同時，另一個次級線圈N4回路中D9導通，能量通過D9及電容E2向其負載釋放，輸出直流電壓+VCC。
[0020]L6565芯片是ST公司在近期推出的單片1C，是適用于準諧振(QR)零電壓開關(ZVS)回掃變換器電流型初級控制器，L6565芯片的零電流檢測(Z⑶)及相關電路如附圖3所示，為在QR下運行，該IC需要檢測變壓器的退磁信號，即該IC的5腳ZCD上的輸入信號，可以從施加于變壓器的輔助繞組獲得，變換器功率容量隨主線電壓變化通過線路電壓前饋補償。在輕載時，L6565自動降低工作頻率，但仍然盡可能保持接近ZVS運行，共有8個引腳，各腳功能大致如下:①腳是誤差放大器的輸入端(INV);②腳是誤差放大器的輸出端(COMP);③腳為線路電壓前饋(VFF);④腳為電流感測輸入(CS);⑤腳為變壓器退磁零電流檢測輸入(ZCD);⑥腳為地端(GND);⑦腳是柵極驅(qū)動器輸出(GD);⑧腳為電源電壓(VCC);當L6565芯片的8腳電壓升高到大于該芯片的啟動電壓時，L6565芯片工作。L6565芯片工作后(其8腳電壓通過初次反饋繞組供電)，其7腳輸出驅(qū)動脈沖信號，使開關管Ql工作，充電器的輸出電壓通過光耦OPl形成負反饋，輸出產(chǎn)生設定的空載電壓。輸出電壓可通過R29、R30阻值比例調(diào)節(jié)和控制輸出空載電壓的大小，在空載或輕載時，L6565會自動降低其工作頻率，以減小開關管開關的損耗，因此，這就可提聞空載和輕載時的效率，同時也起到省電、節(jié)能的效果。
[0021]恒流充電狀態(tài):康銅絲J6作為采樣電阻，剛開始充電時，從該采樣電阻取得電壓信號。該反饋信號經(jīng)過誤差放大器Ul (LM358)電壓放大，在Ul (LM358)的I腳形成4V左右的恒定電壓，使Ul (LM358)1腳的輸出電壓不變，通過0P2 (817C)光耦的反饋量不變，因此，可以實現(xiàn)恒流充電，由于剛充電時，蓄電池電瓶的電壓很小，所以，光耦OPl基本上不參與反饋。此時，Ul (LM358)的5腳電壓高于其6腳的電壓，其7腳輸出高電平，此時，充電指示黃色LD3燈亮，充滿指示綠色燈LD2熄滅。
[0022]恒壓充電狀態(tài):當充電一段時間后，并且蓄電池電瓶電壓上升到14.1V左右時，OPl光耦也參與反饋。隨著輸出電壓的逐漸升高，OPl反饋量逐漸增大，因此輸出電流逐漸減小，當電流減小到設定的電流限制值時，也就是當LM358的5腳電壓小于其6腳電壓時，其7腳電壓輸出低電平，此時，充滿指示綠色燈LD2亮，充電指示黃色燈LD3滅。
[0023]停止充電:當Ul (LM358)的7腳輸出低電平時，三極管NI不工作。OPl反饋量瞬間增大，由L6565芯片第5腳檢測開關變壓器Tl的退磁電流。當檢測到的電壓低于L6565芯片5腳的閾值電壓后，L6565芯片關閉其7腳輸出，使開關管Ql停止工作，可防止蓄電池電瓶過充而導致電瓶失水、充鼓等不良現(xiàn)象。
[0024]充電器還設有蓄電池接反LDl紅色指示燈，可指示充電器的接線是否正確，當充電器的兩根紅色和黑色輸出電纜夾子與蓄電池電瓶的“ + ”和對應關系連接錯誤(或接反)時，LDl紅色指示燈點亮,提示操作者更正。
[0025]綜上所述，充電器的輸出電壓和電流大小都是受電路控制的，這些控制是保證充電器穩(wěn)定工作的重要前提，可見，良好的電路及其結構設計是本實用新型的優(yōu)勢所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術先進性的重要保障。
[0026]本實用新型不僅采用了先進的開關電源控制技術，而且還采用了先進的插件技術和工藝來生產(chǎn)電路板，充電器具有結構合理、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高、制造技術先進等優(yōu)點；通過改變不同器件或零部件的配置規(guī)格和參數(shù)，即可改變充電器的輸出電流或功率及負載持續(xù)率的大小，容易形成符合國家和國際標準的系列化產(chǎn)品。例如，制成2A/12V、3A/12V等電流等級和規(guī)格型號的產(chǎn)品。
【權利要求】
1.一種電子控制充電器及電路結構，它包括塑料殼底座(26)、外殼上蓋(4)、電路板組件、供電電源線(24)、兩個蓄電池電瓶夾子(28、29);電路板組件、供電電源線(24)、兩個蓄電池電瓶夾子(28、29)之間電連接；電路板組件設置在充電器底殼和充電器上蓋組合的殼體內(nèi)部，其特征在于:所述的電路板組件部分采用單電路板，單電路板上包括共模電感(7)、共模電容(8)、共模電感(9)、輸入濾波電容(10)、主開關管(11)、安規(guī)電容(12)、PTC自恢復保險絲(13)、輸出電容(14)、輸出電感(15)、指示燈插座(16)、L6565控制芯片(17)、輸出二極管(18)、輸出二極管散熱器(19)、高頻變壓器(20)、主開關管散熱器(21)、PWM控制芯片(22)、差模電容(23)以及電阻、電容、二極管、三極管，上述元件連接組成的電源電路和控制電路。
【文檔編號】H02J7/10GK203617739SQ201320710510
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權日:2013年11月12日
【發(fā)明者】蔡獻, 魏繼昆, 陳法慶, 朱宣輝, 朱宣東 申請人:浙江肯得機電股份有限公司