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CN112803562B - 一种宽范围可调压调流的电源充电装置 - Google Patents

一种宽范围可调压调流的电源充电装置 Download PDF

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CN112803562B CN202110129713.8A CN202110129713A CN112803562B CN 112803562 B CN112803562 B CN 112803562B CN 202110129713 A CN202110129713 A CN 202110129713A CN 112803562 B CN112803562 B CN 112803562B
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Abstract

本发明涉及一种宽范围可调压调流的电源充电装置，包括整流滤波电路、DC‑DC变换电路、滤波电路、电压电流取样电路、反馈放大电路、开关控制电路、主控MCU芯片和独立供电电路；整流滤波电路的输出端连接DC‑DC变换电路的输入端，DC‑DC变换电路的输出端连接滤波电路的输入端；滤波电路的输出端连接电压电流取样电路的输入端，电压电流取样电路的输出端连接反馈放大电路的取样输入端，反馈放大电路的输出端连接开关控制电路的输入端，开关控制电路的输出端连接DC‑DC变换电路的控制端；独立供电电路的输出端连接开关控制电路的电源端；反馈放大电路的PWM输入端与主控MCU芯片连接。本发明能够配置不同的电压或电流输出，以便适应多种型号的电池。

Description

一种宽范围可调压调流的电源充电装置
技术领域
本发明涉及电动车电源技术领域，特别是涉及一种宽范围可调压调流的电源充电装置。
背景技术
目前，在电动车充电器行业，不同型号或容量的电池，都需要用专门的适配器。市场上的电动车充电器都是一种开关电源，然而开关电源输出宽范围可调的应用并不多。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种宽范围可调压调流的电源充电装置，能够配置不同的电压或电流输出，以便适应多种型号的电池。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：一种宽范围可调压调流的电源充电装置，其特征在于，包括整流滤波电路、DC-DC变换电路、滤波电路、电压电流取样电路、反馈放大电路、开关控制电路、主控MCU芯片和独立供电电路；所述整流滤波电路的输出端连接所述DC-DC变换电路的输入端，所述DC-DC变换电路的输出端连接所述滤波电路的输入端；所述滤波电路的输出端连接所述电压电流取样电路的输入端，所述电压电流取样电路的输出端连接所述反馈放大电路的取样输入端，所述反馈放大电路的输出端连接所述开关控制电路的输入端，所述开关控制电路的输出端连接所述DC-DC变换电路的控制端；所述独立供电电路的输出端连接所述开关控制电路的电源端；所述反馈放大电路的PWM输入端与所述主控MCU芯片连接；所述整流滤波电路和所述独立供电电路的输入端均连接市电。
所述整流滤波电路：用于对输入的交流电压信号进行整流滤波输出直流电压信号至所述DC-DC变换电路。
所述DC-DC变换电路：用于将所述整流滤波电路输入的直流电压信号进行能量输出比例的调整，实现输入输出电压转换，得到所需直流电压信号。
所述滤波电路：用于对所述DC-DC变换电路输入的信号进行滤波处理，得到直流稳压信号。
所述电压电流取样电路：用于对所述滤波电路输出的直流稳压信号进行采样，得到电压采样信号和电流采样信号。
所述主控MCU芯片:用于输出PWM模拟信号至所述反馈放大电路的PWM输入端。
所述反馈放大电路：用于对所述电压电流取样电路输入的采样信号和所述主控MCU芯片输入的PWM模拟信号进行比较处理，输出误差信号至所述开关控制电路。
所述开关控制电路：用于接收所述反馈放大电路输入的误差信号、输出PWM控制信号至所述DC-DC变换电路，控制所述DC-DC变换电路进行能量比例变换。
所述独立供电电路：用于对所述开关控制电路进行独立供电。
进一步地，所述开关控制电路采用AP3844电流型PWM控制器。
进一步地，所述独立供电电路包括电阻R2、电容C2、电阻R5、稳压二极管D5、整流二极管D4、电容C24、电阻R37、电容C12和电容C16；所述电阻R2的第一端分别连接市电和所述电容C2的第一端，所述电阻R2的第二端分别连接所述电容C2的第二端和所述电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端分别连接所述稳压二极管D5的负极和所述整流二极管D4的正极，所述稳压二极管D5的正极连接电源地PGND，所述整流二极管D4的负极分别连接所述电容C24的第一端和所述电阻R37的第一端，所述电容C24的第二端连接电源地PGND，所述电阻R37的第二端分别连接所述电容C12的第一端、所述电容C16的第一端和所述AP3844电流型PWM控制器的电源端，所述电容C12的第二端和所述电容C16的第二端均与电源地PGND连接。
进一步地，所述主控MCU芯片连接有通信模块，所述通信模块与移动终端无线连接。
进一步地，所述通信模块为蓝牙通信模块、SIM通信模块中的一种。
进一步地，所述主控MCU芯片采用STC8单片机。
有益效果
相较于现有技术，本发明采用独立供电电路对开关控制电路的AP3844电流型PWM控制器进行供电，独立供电电路保证了本发明滤波电路输出的电压在一个宽范围内变化，开关控制电路依然能够正常工作。主控MCU芯片连接有通信模块，通信模块与移动终端无线连接。当主控MCU芯片接收到手机端的通讯指令要求，输出对应的PWM模拟信号至反馈放大电路，与电压电流取样电路输入的电压取样信号和电流取样信号进行比较，输出误差信号至开关控制电路，开关控制电路接收到该误差信号，输出PWM控制信号至DC-DC变换电路的控制端，DC-DC变换电路的开关管Q3通过开关切换，调整了变压器T1的能量输出比例，最后DC-DC变换电路输出的直流电压信号经滤波电路滤波输出直流稳压信号。该直流稳压信号一部分作为负载供电电源，为电动车供电，另一部分作为采样信号，使整个系统形成动态平衡的闭环自动控制系统。本发明能够根据手机终端的通讯指令，配置不同的电压或电流输出，以便适应多种型号的电池。
附图说明
图1为一种宽范围可调压调流的电源充电装置的结构示意图。
图2为本发明电源部分电路图。
图3为本发明控制部分电路图。
图4为本发明独立供电电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述：
如图1所示，一种宽范围可调压调流的电源充电装置，包括整流滤波电路、DC-DC变换电路、滤波电路、电压电流取样电路、反馈放大电路、开关控制电路、主控MCU芯片和独立供电电路；整流滤波电路的输出端连接DC-DC变换电路的输入端，DC-DC变换电路的输出端连接滤波电路的输入端；滤波电路的输出端连接电压电流取样电路的输入端，电压电流取样电路的输出端连接反馈放大电路的取样输入端，反馈放大电路的输出端连接开关控制电路的输入端，开关控制电路的输出端连接DC-DC变换电路的控制端；独立供电电路的输出端连接开关控制电路的电源端；反馈放大电路的PWM输入端与主控MCU芯片连接；整流滤波电路和独立供电电路的输入端均连接市电。
整流滤波电路：用于对输入的交流电压信号进行整流滤波输出直流电压信号至所述DC-DC变换电路。
DC-DC变换电路：用于将所述整流滤波电路输入的直流电压信号进行能量输出比例的调整，实现输入输出电压转换，得到所需直流电压信号。
滤波电路：用于对所述DC-DC变换电路输入的信号进行滤波处理，得到直流稳压信号。
电压电流取样电路：用于对所述滤波电路输出的直流稳压信号进行采样，得到电压采样信号和电流采样信号。
主控MCU芯片:用于输出PWM模拟信号至所述反馈放大电路的PWM输入端。
反馈放大电路：用于对所述电压电流取样电路输入的采样信号和所述主控MCU芯片输入的PWM模拟信号进行比较处理，输出误差信号至所述开关控制电路。
开关控制电路：用于接收所述反馈放大电路输入的误差信号、输出PWM控制信号至所述DC-DC变换电路，控制所述DC-DC变换电路进行能量比例变换。
独立供电电路：用于对所述开关控制电路进行独立供电。
主控MCU芯片连接有通信模块，通信模块与移动终端无线连接。通信模块为蓝牙通信模块、SIM通信模块中的一种。当主控MCU芯片接收到手机端的通讯指令要求，输出对应的PWM模拟信号至反馈放大电路，与电压电流取样电路输入的电压取样信号和电流取样信号进行比较，输出误差信号至开关控制电路，开关控制电路接收到该误差信号，输出PWM控制信号至DC-DC变换电路，控制DC-DC变换电路输出的直流电压和电流。
本发明技术方案中，开关控制电路采用AP3844电流型PWM控制器(图2所示，器件U2)。独立供电电路为AP3844电流型PWM控制器进行供电。
如图4所示，独立供电电路包括电阻R2、电容C2、电阻R5、稳压二极管D5、整流二极管D4、电容C24、电阻R37、电容C12和电容C16；电阻R2的第一端分别连接市电和电容C2的第一端，电阻R2的第二端分别连接电容C2的第二端和电阻R5的第一端，电阻R5的第二端分别连接稳压二极管D5的负极和整流二极管D4的正极，稳压二极管D5的正极连接电源地PGND，整流二极管D4的负极分别连接电容C24的第一端和电阻R37的第一端，电容C24的第二端连接电源地PGND，电阻R37的第二端分别连接电容C12的第一端、电容C16的第一端和AP3844电流型PWM控制器的电源端(图2所示，U2的第7脚)，电容C12的第二端和电容C16的第二端均与电源地PGND连接。
整流滤波电路包括桥式整流器D1和电容C3,分别对市电进行整流和滤波。
工作时，如图4所示，市电由火线ACL和零线ACN流入，在正半周时(假设从ACL流入为正，ACN流入为负)，由保险丝F1，电容C2、电阻R5，整流二极管D4、电容C24，电源地PGND，桥式整流器D1、热敏电阻NTC1构成回路，对电容C2、电容C24充电；在交流电负半周时，电容C2主要通过桥式整流器D1、电容C3、电源地PGND、稳压二极管D5回路释放。AP3844电流型PWM控制器的电源端的电源VCC是由电容C2、电阻R5分压，被稳压二极管D5钳位，整流二极管D4整流，电容C24滤波之后得到，后经电阻R37、电容C12、电容C16，得到滤波效果更好的独立电源。
如图2所示的电源部分电路图，本发明技术方案中，DC-DC变换电路包括变压器T1、电容C9、电阻R6、二极管D6、开关管Q3、电阻R17、电阻R23、超快速二极管D8；变压器T1的第5端连接整流滤波电路输入的电压VIN,还连接电阻R6的第一端和电容C9的第一端；电阻R6的第二端和电容C9的第二端分别连接二极管D6的负极、二极管D6的正极与变压器T1的第6端和开关管Q3的漏极，开关管的栅极连接电阻R17的第一端，电阻R17的第二端和开关管的源极连接，开关管的源极连接电阻R23的第一端，电阻R23的第二端连接到电源地PGND。AP3844电流型PWM控制器的输出端通过驱动电阻R15与开关管Q3的栅极连接。变压器T1的第9端输出直流电压至滤波电路，第7端与超快速二极管D8的负极连接，超快速二极管D8的正极连接信号地GND连接。开关管Q3的栅极为DC-DC变换电路的控制端，变压器T1的第9端为DC-DC变换电路的输出端，变压器T1的第5端作为DC-DC变换电路的输入端。
本发明技术方案中，滤波电路包括C10，变压器T1的第9端输出直流电压经C10滤波输出直流稳压信号。
本发明技术方案中，电压取样电路包括电阻R16、电阻R21、电阻R22。滤波电路输出的直流稳压信号与电阻R16的第一端连接，电阻R16的第二端分别连接电阻R21的第一端和电阻R22的第一端，电阻R21的第二端和电阻R22的第二端分别与信号地GND连接。电压取样信号由电阻R16的第二端输出。
本发明技术方案中，电流取样电路包括电阻R12。电阻R12的第一端连接信号地GND,电阻R12的第二端输出电流取样信号至反馈放大电路。
本发明技术方案中，反馈放大电路包括电压反馈放大电路和电流反馈放大电路。取样输入端包括电压取样输入端和电流取样输入端，PWM输入端包括电压PWM输入端和电流PWM输入端。
电压反馈放大电路包括运算放大器U3A、电容C18、电阻R14、电容C11,电压取样信号输入运算放大器U3A的负输入端，运算放大器U3A的正输入端连接电容C18的第一端，运算放大器U3A的正输入端输入电压参考信号，电容C18的第二端与信号地GND连接，运算放大器U3A的负输入端与电阻R14的第一端连接，电阻R14的第二端与电容C11的第一端连接，电容C11的第二端与运算放大器U3A的输出端连接，运算放大器U3A的输出端输出电压误差信号。
电流反馈放大电路包括运算放大器U3B、电容C23、电阻R32、电阻R36、电容C20,电流取样信号输入连接电阻R36的第一端，电阻R36的第二端连接运算放大器U3B的负输入端，运算放大器U3B的正输入端连接电容C23的第一端，运算放大器U3A的正输入端输入电流参考信号，电容C23的第二端与信号地GND连接，运算放大器U3B的负输入端与电阻R32的第一端连接，电阻R32的第二端与电容C20的第一端连接，电容C20的第二端与运算放大器U3B的输出端连接，运算放大器U3B的输出端输出电流误差信号。
运算放大器U3A的第2脚和运算放大器U3B的第6脚分别作为反馈放大电路的电压取样输入端和电流取样输入端。
运算放大器U3A的第3脚和运算放大器U3B的第5脚分别作为反馈放大电路的电压PWM输入端和电流PWM输入端。
如图2-图3所示，主控MCU芯片根据用户手机端的通讯指令要求，输出相对应的PWM信号，该PWM信号经过数模转换为PWM模拟信号输出，并且送至运放U3A第3脚，由C18滤波形成平滑的直流参考电压VSET。VSET与电压取样信号比较，产生电压误差信号。电压误差信号经过二极管D10、电阻R33、光电耦合器U4的1、2脚、电阻R24、电阻R25组成的偏置网络,并且由光电耦合器U4的1、2脚输入，通过光电耦合器U4的1、2脚产生相应的电流，不同的电流对应不同的光信号，通过光信号的传输，电压误差信号传递到另一侧。
电压误差信号由光耦3、4脚输出，并送至芯片AP3844第1脚。AP3844根据第1脚电压，调整占空比，并由其第6脚输出PWM控制信号，PWM控制信号经过驱动电阻R15，送至开关管Q3的栅极，从而实现对开关管Q3的调节。在开关管Q3的调整下，变压器T1初级主绕组能量相应改变，耦合到次级的绕组能量也同步相应改变。在变压器T1第9、7脚形成感应电压，并且经过D8整流，C10滤波，得到直流输出电压VOUT。当MCU根据用户手机的通讯指令改变PWM模拟信号时，直流参考电压VSET产生变化，从而改变直流输出电压VOUT,达到调节电压的目的。输出电压VOUT与控制电压VSET的方程式为VOUT＝(1+R16/R21||R22)*VSET。
同样的，主控MCU芯片根据用户手机端的通讯指令要求，输出相对应的PWM信号，该PWM信号经过数模转换为PWM模拟信号输出，并且送至运放U3B第5脚，由C23滤波形成平滑的直流参考电压ISET。
ISET与电流取样信号比较，产生电流误差信号，电流误差信号经过二极管D12、电阻R33、光电耦合器U4的1、2脚、电阻R24、电阻R25组成的偏置网络,并且由光电耦合器U4的1、2脚输入，通过光电耦合器U4的1、2脚产生相应的电流，不同的电流对应不同的光信号，通过光信号的传输，电流误差信号传递到另一侧。
电流误差信号由光耦3、4脚输出，并送至芯片AP3844第1脚。AP3844根据第1脚电压，调整占空比，并由其第6脚输出PWM控制信号，PWM控制信号经过驱动电阻R15，送至开关管Q3的栅极，从而实现对开关管Q3的调节。
在开关管Q3的调整下，变压器T1初级主绕组能量相应改变，耦合到次级的绕组能量也同步相应改变。在变压器T1第9、7脚形成感应电压，并且经过D8整流，C10滤波，得到直流输出电压VOUT。
输出电流IOUT＝ISET/R12，当MCU根据用户手机的通讯指令改变PWM模拟信号时，直流参考电压ISET产生变化，从而改变输出电流IOUT,起到调节电流的目的。
当进行电压调节时，二极管D12处于截止状态；当进行电流调节时，二极管D10处于截止状态。电压调节和电流调节不同步进行。本发明能够根据手机终端的通讯指令，配置不同的电压或电流输出，以便适应多种型号的电池。
本发明技术方案中，独立供电电路保证了本发明滤波电路输出的电压在一个宽范围内变化，开关控制电路依然能够正常工作。DC-DC变换电路的开关管Q3通过开关切换，调整了变压器T1的能量输出比例，最后经滤波电路滤波输出直流稳压信号。该直流稳压信号一部分作为负载供电电源，为电动车供电，另一部分作为采样信号，使整个系统形成动态平衡的闭环自动控制系统。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种宽范围可调压调流的电源充电装置，其特征在于，包括整流滤波电路、DC-DC变换电路、滤波电路、电压电流取样电路、反馈放大电路、开关控制电路、主控MCU芯片和独立供电电路；所述整流滤波电路的输出端连接所述DC-DC变换电路的输入端，所述DC-DC变换电路的输出端连接所述滤波电路的输入端；所述滤波电路的输出端连接所述电压电流取样电路的输入端，所述电压电流取样电路的输出端连接所述反馈放大电路的取样输入端，所述反馈放大电路的输出端连接所述开关控制电路的输入端，所述开关控制电路的输出端连接所述DC-DC变换电路的控制端；所述独立供电电路的输出端连接所述开关控制电路的电源端；所述反馈放大电路的PWM输入端与所述主控MCU芯片连接；所述整流滤波电路和所述独立供电电路的输入端均连接市电；
所述整流滤波电路：用于对输入的交流电压信号进行整流滤波输出直流电压信号至所述DC-DC变换电路；
所述DC-DC变换电路：用于将所述整流滤波电路输入的直流电压信号进行能量输出比例的调整，实现输入输出电压转换，得到所需直流电压信号；
所述滤波电路：用于对所述DC-DC变换电路输入的信号进行滤波处理，得到直流稳压信号；
所述电压电流取样电路：用于对所述滤波电路输出的直流稳压信号进行采样，得到电压采样信号和电流采样信号；
所述主控MCU芯片:用于输出PWM模拟信号至所述反馈放大电路的PWM输入端；
所述反馈放大电路：用于对所述电压电流取样电路输入的采样信号和所述主控MCU芯片输入的PWM模拟信号进行比较处理，输出误差信号至所述开关控制电路；
所述开关控制电路：用于接收所述反馈放大电路输入的误差信号、输出PWM控制信号至所述DC-DC变换电路，控制所述DC-DC变换电路进行能量比例变换；所述开关控制电路采用AP3844电流型PWM控制器；
所述独立供电电路：用于对所述开关控制电路进行独立供电；所述独立供电电路包括电阻R2、电容C2、电阻R5、稳压二极管D5、整流二极管D4、电容C24、电阻R37、电容C12和电容C16；所述电阻R2的第一端分别连接市电和所述电容C2的第一端，所述电阻R2的第二端分别连接所述电容C2的第二端和所述电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端分别连接所述稳压二极管D5的负极和所述整流二极管D4的正极，所述稳压二极管D5的正极连接电源地PGND，所述整流二极管D4的负极分别连接所述电容C24的第一端和所述电阻R37的第一端，所述电容C24的第二端连接电源地PGND，所述电阻R37的第二端分别连接所述电容C12的第一端、所述电容C16的第一端和所述AP3844电流型PWM控制器的电源端，所述电容C12的第二端和所述电容C16的第二端均与电源地PGND连接；
所述主控MCU芯片采用STC8单片机；所述主控MCU芯片连接有通信模块，所述通信模块与移动终端无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽范围可调压调流的电源充电装置，其特征在于，所述通信模块为蓝牙通信模块、SIM通信模块中的一种。
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