可任意设定充电电压和充电电流的恒流恒压脉冲充电机

摘要

可任意设定充电电压和充电电流的恒流恒压脉冲充电机，它包括主电源电路（1）、标准电压源电路（2）、控制电源电路（3）、充电电压设定电路（4）、电压比较电路（5）、恒流充电控制电路（6）、充电电流检测电路（7）、充电电流控制电路（8）、触发同步控制电路（9）、充电触发电路（10）和充电电路（11）。使用它充电时不需要人为看管，对蓄电池保护效果好，可延长蓄电池使用寿命，具有造价低，充电效果好，使用寿命长的优点。它可以任意设定恒定充电电压和恒定充电电流实现无极脉冲充电，蓄电池不会过充电，保证将蓄电池充足，使用它不用人员管守，经过实践检验其性能稳定可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及充电机，具体涉及一种恒流恒压脉冲充电机。 

背景技术

使用目前市售的普通充电机为铅酸蓄电池充电时需要人员看管，如看管不当就会出现充电机烧损、畜电池充电不足或过充电等现象，使蓄电池储电能力下降，甚至报废。虽然已经有自控式充电机面市，但其自控效果并不理想，经常会出现充报废蓄电池的情况，其使用寿命也比较短。虽然市面上也有恒流恒压充电机，但其主要用于大型充电部，采用微电脑控制，造价较高，不适合普通用户使用。 

市场上销售的充电机大多为定压调流式，当蓄电池电压随充电时间上升时，充电电流随之减小，要保持充电电流不变，就要随时对电流进行调整，特别是充电后期，电解液沸腾，电解液温度升高，这时更需要人员看管。普通充电机都是用全波或半波整流的脉动电流充电，或用高频变压器整流后充电，相当于直流充电，用这样的电流充电不容易激活蓄电池极板上的活性物质，还会使蓄电池的储电能力不断下降。也有用可控硅作为充电元件的充电机，属于脉冲充电，脉冲充电容易激活活性物质，但由于不能恒流恒压充电，必须有人职守否则会造成过充电或充电不足，充电电流过大时，还容易烧损充电机或损坏蓄电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种充电时不需要人为看管、对蓄电池保护效果好、可延长蓄电池使用寿命、造价低、充电效果好、使用寿命长的可任意设定充电电压和充电电流的恒流恒压脉冲充电机。 

本发明的技术解决方案是：它包括主电源电路、标准电压源电路、控制电源电路、充电电压设定电路、电压比较电路、恒流充电控制电路、充电电流检测电路、充电电流控制电路、触发同步控制电路、充电触发电路和充电电路，主电源电路分别与标准电压源电路、控制电源电路和充电电路相连为各电路提供电源，标准电压源电路分别与充电电压设定电路和电压比较电路相连为各电路提供工作电源，控制电源电路分别与恒流充电控制电路、充电电流控制电路、触发同步控制电路和充电触发电路相连为各电路提供工作电源，充电电压设定电路与电压比较电路相连为不同规格的充电电池设定充电电压并将设定好的充电基准电压送到电压比较电路，电压比较电路与蓄电池正极和恒流充电控制电路相连、将设定的充电电压与蓄电池电压进行比较、当设定电压高于蓄电池电压时向恒流充电控制电路提供信号，充电电流检测电路与蓄电池负极和充电电流控制电路分别相连、用于将充电电流信号送给充电电流控制电路控制充电电流，充电电流控制电路与恒流充电控制电路相连、根据充电电流检测电路送来的充电电流信号、使充电电压和充电电流形成闭环控制、用充电电流限定充电电流，恒流充电控制电路与充电触发电路相连、将电压比较电路送来的充电信号和充电电流控制电路送来的充电电流信号综合、产生恒流信号、送给充电触发电路，触发同步控制电路与充电触发电路相连、为充电触发电路提供同步控制信号，充电触发电路与充电电路相连、根据恒流需要灵活改变触发角、限定充电电流为充电电路提供触发信号、控制充电电路工作，充电电路与蓄电池正极相连、为蓄电池提供充电电压和充电电流进行充电。 

本发明的技术效果是：使用它充电时不需要人为看管，对蓄电池保护效果好，不容易充报废蓄电池，可延长蓄电池使用寿命，具有造价低，充电效果好，使用寿命长的优点。它可以任意设定恒定充电电压和恒定充电电流实现无极脉冲充电，采用分立元件组成模拟控制电路，当蓄电池电压达到设定值时充电电流接近于零（因蓄电池内部总会有漏电，充电电流不会降低为零），蓄电池不会过充电，保证将蓄电池充足，使用它不用人员管守，经过实践检验其性能稳定可靠。 

本充电机具有以下特点： 

1、保证被充电的蓄电池充足，不会过充电；

2、由于是脉冲充电，能充分激活极板上的活性物质，保持蓄电池的蓄电能力，延长使用寿命；

3、蓄电池充电的过程中温度不会过高，避免蓄电池高温的损坏；

4、由于是恒流脉冲充电，不会使充电后期电解液过度沸腾，特别是蓄电池电压接近设定值时，充电电流会逐渐减小，这样即减少了电解液的消耗，又减少了电解作用对充电电能的消耗，还减少了有害气体的排放；

5、充电过程不用人看管，只要正确设定充电电压和电流即可，结构简单，操作方便，价格低廉；

6、可以对不超过标准电压源的任意蓄电池充电，比如，一伏以上的所有蓄电池，本充电机的核心技术是恒流恒压控制，低输出电压平稳触发电路，宽电压范围充电等。

附图说明  

图1为本发明充电机实施例结构框图；

图2为本发明充电机实施例电路原理图

图3为本发明充电机实施例触发同步波形比较图。          

具体实施方式

如图1、图2所示，它包括主电源电路1、标准电压源电路2、控制电源电路3、充电电压设定电路4、电压比较电路5、恒流充电控制电路6、充电电流检测电路7、充电电流控制电路8、触发同步控制电路9、充电触发电路10和充电电路11，主电源电路1分别与标准电压源电路2、控制电源电路3和充电电路11相连为各电路提供电源，标准电压源电路2分别与充电电压设定电路4和电压比较电路5相连为各电路提供工作电源，控制电源电路3分别与恒流充电控制电路6、充电电流控制电路8、触发同步控制电路9和充电触发电路10相连为各电路提供工作电源，充电电压设定电路4与电压比较电路5相连为不同规格的充电电池设定充电电压并将设定好的充电基准电压送到电压比较电路5，电压比较电路5与蓄电池正极和恒流充电控制电路6相连、将设定的充电电压与蓄电池电压进行比较、当设定电压高于蓄电池电压时向恒流充电控制电路6提供信号，充电电流检测电路7与蓄电池负极和充电电流控制电路8分别相连、用于将充电电流信号送给充电电流控制电路8控制充电电流，充电电流控制电路8与恒流充电控制电路6相连、根据充电电流检测电路8送来的充电电流信号、使充电电压和充电电流形成闭环控制、用充电电流限定充电电流，恒流充电控制电路6与充电触发电路10相连、将电压比较电路送来的充电信号和充电电流控制电路8送来的充电电流信号综合、产生恒流信号、送给充电触发电路10，触发同步控制电路9与充电触发电路10相连、为充电触发电路10提供同步控制信号，充电触发电路10与充电电路11相连、根据恒流需要灵活改变触发角、限定充电电流为充电电路11提供触发信号、控制充电电路工作，充电电路11与蓄电池正极相连、为蓄电池提供充电电压和充电电流进行充电。

主电源电路1由变压器B1、电源开关K1、熔断器BX1和熔断器BX2构成，变压器B1一次侧线圈的第一端与电源第一接线端子相连，电源开关K1的第一端与电源第二接线端子相连、第二端与熔断器BX1的第一端相连，熔断器BX1的第二端与熔断器BX2的第一端相连，变压器B1一侧线圈的第二端与熔断器BX2的第二端相连。 

标准电压源电路2由桥式整流器Z1、电阻R1、二极管D1、电容C1、电阻R2、稳压二极管DW1和电容C2构成，桥式整流器Z1的正输出端与电阻R1的第一端和二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电阻R2的第一端和电容C1的正极相连，电阻R2的第二端与稳压二极管DW1的正极和电容C2的正极相连，桥式整流器Z1的负输出端与电阻R1的第二端、电容C1的负极、稳压二极管DW1的负极和电容C2的负极分别相连。桥式整流器Z1的两个输入端与主电源电路1变压器B1第一组二次线圈的两端分别相连。 

控制电源电路3由桥式整流器Z2、二极管D5、电容C14、电阻R29、发光二极管D4、电阻R28、稳压二极管DW2、三极管Q12、电容C12和电容C13构成，桥式整流器Z2的正输出端与电容C14的正极、发光二极管D4的正极、电阻R28的第一端和三极管Q12的集电极相连，桥式整流器Z2的负输出端与二极管D5的负极和电容C14的负极相连，发光二极管D4的负极与电阻R29的第一端相连，电阻R28的第二端与三极管Q12的基极、稳压二极管DW2的正极和电容C12的正极相连，三极管Q12的发射极与电容13的正极相连，二极管D5的正极、电阻R29的第二端、稳压二极管DW2的负极、电容C12的负极、电容13的负极分别与公共接地端相连。桥式整流器Z2的两个输入端与主电源电路1变压器B1第二组二次线圈的两端分别相连。 

充电电压设定电路4由电位器W1、电容C3、电阻R3、三极管Q1、电阻R4、电阻R5、三极管Q2、电阻R6和电压表V1构成，电位器W1的滑动可调端与电容C3的第一端、电阻R3的第一端和三极管Q1的基极分别相连，电阻R4的第一端与电阻R5的第一端、三极管Q2的基极分别相连，三极管Q1的发射极与三极管Q2的集电极和电压表V1的正端相连，三极管Q2的发射极与电阻R6的第一端相连，电阻R5的第二端与电阻R6的第二端相连，电位器W1的第一固定端、电容C3的第二端、电阻R3的第二端、电压表V1的负极分别与公共接地端相连。电位器W1的第二固定端与标准电压源电路2电阻R2的第二端相连、电容C2的正极、稳压二极管DW1正极相连，三极管Q1的集电极与标准电压源电路2电阻R2的第一端、二极管D1的负极、电容C1的正极相连，电阻R5的第二端、电阻R6的第二端与标准电压源电路2桥式整流器Z1的负输出端、电阻R1的第二端、电容C1的负极、稳压二极管DW1的负极和电容C2的负极分别相连。 

电压比较电路5由电阻R7、电阻R8、三极管Q3、三极管Q4、可调电阻RW1、电容C4、电容C5、二极管D2、二极管D3、三极管Q5、三极管Q6、电阻R9、电阻R10、电压比较器IC和电阻R11构成，电阻R7的第一端与可调电阻RW1的第一固定端和电阻R11的第一端分别相连，电阻R7的第二端与三极管Q3的发射极相连，三极管Q3的集电极与电阻R8的第一端、电容C4的第一端和三极管Q4的基极分别相连，三极管Q3的基极与可调电阻RW1的滑动可调端相连，可调电阻RW1的第二固定端与三极管Q4的发射极相连，三极管Q4的集电极与二极管D2的正极和二极管D3的正极分别相连，二极管D2的负极与三极管Q5的发射极相连，三极管Q5的基极与电容C5的第一端相连，三极管Q5的集电极与电阻R9的第一端和电压比较器IC的正输入端相连，二极管D3的负极与三极管Q6的发射极相连，三极管Q6的基极与电阻R11的第二端相连，三极管Q6的集电极与电阻R10的第一端和电压比较器IC的负输入端相连，电阻R9的第二端与电阻R10的第二端、电压比较器IC的接地端相连，电阻R8的第二端、电容C4的第二端、电容C5的第二端分别与公共接地端相连。三极管Q5的基极、电容C5的第一端分别与充电电压设定电路4电压表V1的正端、三极管Q1的发射极、三极管Q2的集电极相连，电阻R7的第一端、可调电阻RW1的第一固定端、电阻R11的第一端分别与充电电压设定电路4电位器W1的第二固定端、标准电压源电路2电阻R2的第二端相连、电容C2的正极、稳压二极管DW1正极相连，电阻R9的第二端、电阻R10的第二端、电压比较器IC的接地端分别与充电电压设定电路4电阻R6的第二端相连。 

恒流充电控制电路6由电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电容C6、电容C7、三极管Q7、三极管Q8构成，电阻R12的第一端、电阻R15的第一端、电容C7的正极、电阻R16的第一端、电阻R19的第一端分别相连，电阻R12的第二端、电阻R13的第一端、三极管Q7的基极分别相连，电阻R13的第二端、电阻R14的第二端、电容C6的第一端分别相连，电容C6的第二端与公共接地端相连，三极管Q7的发射极与电阻R15的第二端相连，三极管Q7的集电极与电容C7的负极、电阻R17的第一端、电阻R18的第一端分别相连，电阻R16的第二端与电阻R17的第二端、三极管Q8的基极分别相连，三极管Q8的发射极与电阻R19的第二端相连，三极管Q8的集电极与电阻R20的第一端相连。电阻R12的第一端、电阻R15的第一端、电容C7的正极、电阻R16的第一端、电阻R19的第一端与控制电源电路3三极管Q12的发射极、电容C13的正极相连，电阻R18的第二端与电压比较电路5电压比较器IC的输出端相连。 

充电电流检测电路7由电流表A和分流器FL构成，电流表A的正端与分流器FL的第一端和蓄电池的负极相连接，电流表A的负端、分流器FL的第二端与接与公共接地端相连。 

充电电流控制电路8由三极管Q9、电阻R25、电位器W2、可调电阻RW2和可调电阻RW3构成，三极管Q9的基极与电位器W2的滑动可调端相连，三极管Q9的发射极与电阻R25的第一端相连，电位器W2的第一固定端与可调电阻RW2的滑动可调端相连、第二固定端与可调电阻RW3的滑动可调端相连，可调电阻RW2的第一固定端与可调电阻RW3的第一固定端相连，电阻R25的第二端与可调电阻RW3的第二固定端相连。三极管Q9的集电极与恒流充电控制电路6电阻R14的第二端相连，可调电阻RW2的第二固定端与充电电流检测电路7电流表A的正端、分流器FL的第一端相连，电阻R25的第二端、可调电阻RW3的第二固定端与标准电压源电路2桥式整流器Z1的负输出端、电阻R1的第二端、电容C1的负极、稳压二极管DW1的负极和电容C2的负极、充电电压设定电路4电阻R5的第二端、电阻R6的第二端、电压比较电路5电阻R9的第二端、电阻R10的第二端、电压比较器IC的接地端分别相连。 

触发同步控制电路9由电阻R22、电阻R23、电阻R24、三极管Q10、三极管Q11构成，电阻R22的第一端与三极管Q10的基极相连，三极管Q10的集电极与电阻23的第一端和三极管Q11的基极相连，三极管Q10的发射极、三极管Q11的发射极分别与电阻R24的第一端相连，电阻R24的第二端与公共接地端相连。电阻R22的第二端与标准电压源电路2桥式整流器Z1的正输出端相连，电阻23的第二端与充电电压设定电路4电阻R4的第二端和电压比较电路电压比较器IC接电源端分别相连，三极管Q11的集电极与恒流充电控制电路6电阻R20的第二端相连。 

充电触发电路10由电容C8、单结晶体管BT、电阻R21和触发变压器B2构成，电容C8的第一端与单结晶体管BT的发射极相连，单结晶体管BT的第一基极与触发变压器B2输入线圈的第一端相连，电容C8的第二端和触发变压器B2输入线圈的第二端分别与公共接地端相连，单结晶体管BT的第二基极与电阻R21的第一端相连。电容C8的第一端、单结晶体管BT的发射极与恒流充电控制电路6电阻R20的第二端相连，电阻R21的第二端与恒流充电控制电路6电阻R12的第一端、电阻R15的第一端、电容C7的正极、电阻R16的第一端、电阻R19的第一端、触发同步控制电路9电阻23的第二端、充电电压设定电路4电阻R4的第二端和电压比较电路电压比较器IC接电源端分别相连。 

充电电路11由晶闸管KD、电压表V2、充电开关K2、电容C9、电阻R26、电容C10、电感L、电阻R27、电容C11构成，晶闸管KD的阴极与电压表V2的正端、电容C11的正极、电阻R27的第一端、电感L的第一端分别相连并连接到蓄电池的正极，充电开关K2的第一端与电容C9的第一端、电阻R26的第一端分别相连，电阻R26的第二端与电容C10的第一端、电感L的第二端分别相连，电压表V2的负端、电容C9的第二端、电容C10的第二端、电阻R27的第二端、电容C11的负极分别与公共接地端相连。充电开关K2的第二端与电压比较电路5三极管Q6的基极、电阻R11的第二端分别相连，晶闸管KD的正极与主电源电路1熔断器BX1的第二端、熔断器BX2的第一端分别相连，晶闸管KD的负极和控制极分别与充电触发电路10触发变压器B2输出线圈的两端相连。 

一、原理框图说明： 

1、主电源电路：

给全机提供能量。

2、标准电压源电路： 

为充电电压设定单元和电压比较单元提供稳定的工作电源，它的值是依不同电压规格的充电机而定，比如充电机充电电压为6V、12V、24V、36V……等。

铅酸蓄电池单格最高充电电压为2.7V，标称6V的蓄电池最高充电电压为3×2.7V=8.1V，标称12V的最高充电电压为16.2V。五只12V蓄电池串联的最高充电电压为16.2V×5=81V等。标准电压源的电压高于或等于最高充电电压值。 

3、控制电源电路： 

给控制电路提供工作电源。

4、充电电压设定电路： 

用以设定充电电压，将设定的充电基准电压送给电压比较单元。

电压比较电路： 

它将设定的基准电压与要充电的蓄电池电压进行比较，当设定的电压值高于蓄电池电压时产生充电信号。

5、恒流充电控制电路： 

它是将电压比较单元送来的充电信号与充电恒流控制单元送来的充电电流信号综合，产生恒流信号，送给触发单元。

6、充电电流检测电路： 

它的作用：（1）将充电电流送电流表显示。（2）送充电电流控制单元，控制充电电流。

7、充电电流控制电路： 

调定充电电流的大小，充电电压和充电电形成闭环控制，用充电电流限定充电电流。

8、触发同步控制电路： 

本同步电路为了能使充电机可对较低电压的蓄电池充电，不采用削波方式，而采用施密特触发电路，令电路在交流电压大于1伏以上时翻转，电压低于1伏时翻回，产生的矩形波，消除了正弦波两端的弧形，从而保证可控硅稳定的小导通角触发，可靠的对低电压的蓄电池充电。如图3所示。

9、充电触发电路： 

根据恒流需要灵活改变触发角,限定充电电流。

10、充电电路： 

根据用户需求，小用户低电压充电时，可采取变压器隔离方式，移动方便，使用安全。采用双向可控硅控制变压器一次的导通角，二次加整流元件充电。高电压大用户，可用单向可控硅控制充电，可省去变压器。

二、电路原理图说明 

1、整流桥Z₁、D₁、C₁、R₂、DW₁、C₂、等组成标准电压源，R₁为泄放电阻，让整流后脉动交流波形的根部整齐干净，消除电容效应对波形根部的影响，保证Q₁₀、Q₁₁组成的施密特触发电路在脉动波形根部的同一位置触发，产生稳定的同步巨形波。

2、W₁为充电电压设定电位器为保证宽范围设定电压，采用多圈电位器，也可用普通电位器采取电阻分压分段方式，展宽电压设定，比如最高充电电压为100V，可分为三段，（1）1—35V；（2）30—65V；（3）60—100V等，这样可以精确设定充电电压。 

Q₁是扩流管，是为减少标准电压源能量消耗，在电位器W₁控制下，产生具有带载能力的电压源。（1）、送电压表V₁显示设定的充电电压；（2）、送电压比较器Q₅基极，进行电压比较。Q₂是Q₅的基极下拉偏流管，Q₂由R₄、R₅、R₆构成恒流电路，限流避免Q₁过载，又保证Q₅在很低充电电压设定时有正常工作偏流。 

3、Q₅、Q₆、IC、R₉、R₁₀组成电压比较电路，为了能使它在高电压情况工作（因一般成品电压比较器工作电压都不超过20V，本电路最高工作电压大于100V），所以用Q₃、Q₄组成互补恒流电路来限定电压比较器的工作电流，保证电压比较电路在低功耗情况下工作，所以电路稳定可靠。D₂、D₃是防逆流二级管，它是防止Q₅、Q₆基极电压相差较大时击穿Q₅、Q₆的be结。 

工作是这样的，当Q₅的基极设定的电压高于被充电的蓄电池电压时，也就是Q₅的U_b＞Q₆的U_b时，Q₆导通，将在R₁₀上产生电压降，Q₅被截止，R₉上没有电压降，使IC负输入端电压高于正输入端，输出低电平，R₁₈有电流通过，C₇开始充电，C₇上电压不断上升，达到某一值时Q₈基极将通过R₁₇产生偏流导通，经R₂₀向C₈充电，BT产生触发脉冲，触发可控硅对蓄电池进行充电。C₇起到电路缓冲的作用，不会使充电电流突然达最大值。 

4、当充电电流经过分流器FL时产生电流信号，（1）送电流表显示充电电流；（2）送充电电流控制单元。 

5、RW₂、RW₃、W₂、Q₉、R₂₅构成充电电流控制电路，RW₂是零电流调节可变电阻，RW₃是允许最大充电电流限定调节可变电阻，W₂是充电电流控制电位器，向上调节电流减小，向下调充电流增大。 

本电路为使充电电流零控制，用D₅建立一个-0.7V的电位，也就是Q₉的发射极电位低于全机地0.7V，向上调节W₂时Q₉的基极将得到+0.7V的偏压而饱合导通，经R₁₄、R₁₃，令Q₇饱合导通，Q₇将放掉C₇上的电荷，把电压比较器送来的充电信号短路，Q₈截止，触发单元停止工作，使充电电流为零。这时向下调W₂，让Q₉的Ub下降，Q₉将退出饱合，Q₇也将退出饱合，C₇又开始充电，Q₈导通使触发电路产生触发信号，可控硅工作充电。但由于D₅上的电压和分流器FL上电流产生的电压降是正向串联的，FL上的电压降，又使Q₉的U_b上升，补充了一些W₂下调的压降，但不能完全补充，而使Q₉不是在饱合情况下导通，Q₇也是同样。从而降低了C₇上的电压值，Q₈的内阻增大使C₈上的充电时间延长增大了可控硅的触发角，使充电电流减小，W₂向下调的越大，也就需大的充电电流在FL分流器上产生的压降来补充，这样就实现了电流大小可调的电流控制电路。由于电流控制输出的信号是脉冲的，C7又起到平滑滤波作用，使充电电流稳定可控。 

从电路中可以看到，充电电流控制是在电压比较器送出充电信号时才起控的，但不受充电电压的影响，也就是与要充电蓄电池的电压无关。 

当充电电压接近设定电压时，由于是脉冲充电，电压比较电路Q₆基极电位时而高于Q₅基极电位，而使充电电流下降，为了不使充电电流过早的降低，在Q₆基极输入端增加了滤波电路C₉、R₂₆、C₁₀、R₂₇、C₁₁等。当Q₆基极电位略高于Q₅基极电位时停止充电。 

6、触发同步电路，由Q₁₀、Q₁₁组成，Q₁₀的基极在电阻R₂₂的作用下，让整流后脉动电压，在大于1V 以上时导通，Q₁₁载止，让C₈能充电而产生触发脉冲，而低于1V以下时Q₁₀截止，Q₁₁导通，C₈无法充电，实现触发与电源电压同步。 

7、K₁为电源开关，可采用空气开关，K₂为充电保护开关，在充电操作前断开，连接好要充电的蓄电池后，再接通，避免触电，小型低电压充电机（如36V以下）可采电变压器隔离，保证使用安全。