專利名稱：一種雙環路高可靠的充電控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雙環路高可靠的充電控制裝置，特別是涉及一種能有效地控制充電電壓均浮充轉換，且具有溫度補償、過充保護；另外在軟件環路或硬件環路單一失效時系統還可以正常工作，確保充電電路不失效，最大限度地保護電池，確保用戶系統的可靠運行。
背景技術：
UPS (不間斷電源)之所以能夠在斷電后，繼續為計算機、基站等設備供電，就是因為它的里面有一種儲存電能的裝置在起作用，這種儲能的裝置就是蓄電池。其主要功能是
(I)當市電正常時，將電能轉換成化學能儲存在蓄電池內部。(2)當市電故障時，將蓄電池的化學能轉換成電能提供給逆變器或負載。UPS蓄電池的優劣直接關系到整個UPS系統的可靠性程度，而蓄電池在整個UPS系統中是平均無故障時間(MTBF)最短的一種器件。如果用戶能夠正確使用和維護蓄電池，就能夠延長其使用壽命，反之其使用壽命會顯著縮短。通常造成蓄電池(標稱電壓為12 V)異常壽命終了主要原因有(I)電池充電不足，當電池開路電壓在12. 60 12. 80 V以下，充電電壓設置異常，或電壓表顯示有誤，導致經常充電不足，弓I起損壞；(2)電池充電過量，電池過充電(一般指長期超過14. 2 V)電池內部水分解嚴重，導致電池內阻偏大，開路電壓偏高，電池重量減少；(3)浮充充電電流異常，長時間浮充充電電流超過1%。CA ；⑷環境溫度較高，電池離發熱源過近，導致熱吸收過高，環境溫度每升高8攝氏度時，電池的壽命會降低一半，電壓補償就是，當環境溫度發生改變時，控制器會根據溫度改變的具體值改變停充電壓。具體的改變規律是，環境溫度每升高一攝氏度，控制器的停充電壓值就降3 mV。同樣的，當環境溫度降低一攝氏度，控制器的停充電壓就升高3 mV。因此，有效地控制電池均浮充轉換，溫度補償以及過充保護對電池的壽命延長起到很重要的作用。現有的一種電池充電控制裝置，是基于恒流充電法的充電控制裝置，該裝置是用調整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯電阻的方式，來保持充電電流強度不變。該結構的充電方式開始階段電流過小，在充電后期的電流過大，由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降，到充電后期，充電電流多用于電解水，產生氣體，使出氣過甚，因此造成了對極板沖擊大，能耗高，效率低等缺點。現有的另一種電池充電控制裝置，是基于恒壓充電法的充電控制裝置，該裝置使得充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。該結構的充電方式電解水很少，避免了蓄電池過充。但在充電初期電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報廢。現有的另一種電池充電控制裝置，是基于階段充電法的充電控制裝置，該裝置是采用恒電流和恒電壓相結合的快速充電方式。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。該結構的充電方式主要是靠模擬電路實現，電路比較復雜，精度比較低。發明內容本實用新型的目的在于克服現有技術之不足，提供一種數字化的充電控制裝置，能夠有效地控制充電電壓均浮充轉換，具有溫度補償、過充保護；以及系統在軟件或硬件單一失效時還可以正常工作，能夠保護電池從而延長電池壽命，也可確保客戶用電系統的可
靠運行。本實用新型解決技術問題，是采用如下方案一種雙環路高可靠的充電控制裝置，包括直流輸入單元、DC/DC變換器、蓄電池組、硬件閉環反饋電路、電池電壓采樣電路、環境溫度采樣電路、MCU/DSP控制單元、數字DA閉環反饋電路、PWM發生器，所述直流輸入單元、DC/DC變換器、蓄電池組依次串接，所述電池電壓采樣電路的輸入端接至蓄電池組的正、負極，環境溫度采樣電路的輸入端接至蓄電池 組的外部，電池電壓采樣電路和環境溫度采樣電路的輸出端分別接至MCU/DSP控制單元，MCU/DSP控制單元的輸出端接至數字DA閉環反饋電路，數字DA閉環反饋電路的輸出端接至PWM發生器，蓄電池組的正、負極接至硬件閉環反饋電路，硬件閉環反饋電路的輸出端接至PWM發生器，PWM發生器的輸出端接至DC/DC變換器。在一實施例中，硬件閉環反饋電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容和第一三端可調分流基準源，所述第一電阻的一端接至蓄電池組的正極，第一電阻的另一端分別接至第二電阻的一端、第一電容的一端、第三電阻的一端、第一三端可調分流基準源的參考端，第二電阻的另一端分別接至蓄電池組的負極、第一三端可調分流基準源的陽極，第一電容的另一端接至第四電阻的一端，第四電阻的另一端分別接至第一三端可調分流基準源的陰極、第三電阻的另一端、PWM發生器且作為硬件閉環反饋電路的輸出端。在一實施例中，數字DA閉環反饋電路包括第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第二電容、第三電容、第二三端可調分流基準源，所述第五電阻的一端接至MCU/DSP控制單元的輸出端且作為數字DA閉環反饋電路的輸入端，第五電阻的另一端接至運算放大器的正輸入端，運算放大器的負輸入端分別接至第二電容的一端、第六電阻的一端、第七電阻的一端，運算放大器的輸出端分別接至第六電阻的另一端、第二電容的另一端、第八電阻的一端，第八電阻的另一端分別接至第三電容的一端、第十電阻的一端、第九電阻的一端、第二三端可調分流基準源的參考端，第七電阻的另一端分別接至蓄電池的負極、第九電阻的另一端、第二三端可調分流基準源的陽極，第三電容的另一端接至第十一電阻的一端，第十一電阻的另一端分別接至第十電阻的另一端、第二三端可調分流基準源的陰極、PWM發生器且作為數字DA閉環反饋電路的輸出端。在一實施例中，第一三端可調分流基準源、第二三端可調分流基準源可選用TL431芯片或TL432芯片。與現有技術相比，本實用新型有益效果體現在(I)對蓄電池組的充電電壓進行實時閉環反饋，提高充電電壓的控制精度，有效地控制充電電壓均浮充轉換，且具有溫度補償、過充保護，能夠保護電池從而延長電池壽命;(2)當系統中的數DA閉環反饋電路或硬件閉環反饋電路單一失效時，蓄電池組的充電電壓仍可以保持在正常的電壓范圍內，不會因MCU/DSP控制單元的失效或硬件閉環反饋電路的失效導致電池損壞，提高充電系統的可靠性。(3)有效地保護蓄電池，延長蓄電池的使用壽命，確保客戶用電系統的可靠運行。
圖I是本實用新型的電路原理框圖；圖2是本實用新型的閉環反饋模塊的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。本實用新型，如附圖I所示，一種雙環路高可靠的充電控制裝置，包括直流輸入單 元I、DC/DC變換器2、蓄電池組3、硬件閉環反饋電路4、電池電壓采樣電路5、環境溫度采樣電路6、MCU/DSP控制單元7、數字DA閉環反饋電路8、PWM發生器9，所述直流輸入單元I、DC/DC變換器2、蓄電池組3依次串接，所述電池電壓采樣電路5的輸入端接至蓄電池組3的正、負極，環境溫度采樣電路6的輸入端接至蓄電池組3的外部，電池電壓采樣電路5和環境溫度采樣電路6的輸出端分別接至MCU/DSP控制單元7，MCU/DSP控制單元7的輸出端接至數字DA閉環反饋電路8，數字DA閉環反饋電路8的輸出端接至PWM發生器9，蓄電池組3的正、負極接至硬件閉環反饋電路4，硬件閉環反饋電路4的輸出端接至PWM發生器9，PWM發生器9的輸出端接至DC/DC變換器2。在本實施例中，如附圖2所示，硬件閉環反饋電路4包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一電容Cl和第一三端可調分流基準源ICl，所述第一電阻Rl的一端接至蓄電池組3的正極BAT+，第一電阻Rl的另一端分別接至第二電阻R2的一端、第一電容Cl的一端、第三電阻R3的一端、第一三端可調分流基準源ICl的參考端，第二電阻R2的另一端分別接至蓄電池組3的負極BAT-、第一三端可調分流基準源ICl的陽極，第一電容Cl的另一端接至第四電阻R4的一端，第四電阻R4的另一端分別接至第一三端可調分流基準源ICl的陰極、第三電阻R3的另一端、PWM發生器9且作為硬件閉環反饋電路4的輸出端。在本實施例中，數字DA閉環反饋電路8包括第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第二電容C2、第三電容C3、第二三端可調分流基準源IC2，所述第五電阻R5的一端接至MCU/DSP控制單元7的輸出端且作為數字DA閉環反饋電路8的輸入端，第五電阻R5的另一端接至運算放大器IC3的正輸入端，運算放大器IC3的負輸入端分別接至第二電容C2的一端、第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端，運算放大器IC3的輸出端分別接至第六電阻R6的另一端、第二電容C2的另一端、第八電阻R8的一端，第八電阻R8的另一端分別接至第三電容C3的一端、第十電阻RlO的一端、第九電阻R9的一端、第二三端可調分流基準源IC2的參考端，第七電阻R7的另一端分別接至蓄電池3的負極BAT-、第九電阻R9的另一端、第二三端可調分流基準源IC2的陽極，第三電容C3的另一端接至第十一電阻Rll的一端，第十一電阻Rll的另一端分別接至第十電阻RlO的另一端、第二三端可調分流基準源IC2的陰極、PWM發生器9且作為數字DA閉環反饋電路8的輸出端。在本實施例中，第一三端可調分流基準源ICl、第二三端可調分流基準源IC2可選用TL431芯片或TL432芯片。本實用新型的一種雙環路高可靠的充電控制裝置，其具體工作原理如下環境溫度采樣電路6實時監測蓄電池組3的環境溫度，電池電壓采樣電路5實時監測蓄電池組3的充電電壓，MCU/DSP控制單元7根據電池電壓采樣電路5、環境溫度采樣電路6發送的數據進行分析處理，計算當前溫度下理想的均充電壓以及浮充電壓，MCU/DSP控制單元7的DA信號輸出經數字DA閉環反饋電路8接至PWM發生器9，控制輸出PWM占空比信號用以驅動DC/DC變換器2輸出電壓以對蓄電池組3進行充電。當數字DA閉環反饋電路8反饋作用未失效時，DC/DC變換器2輸出電壓為Vo。當 DC/DC變換器2對蓄電池組進行均充限流時，數字DA閉環反饋電路8以開環方式進行工作，由硬件閉環反饋電路4對蓄電池組3的進行限流充電；當蓄電池組4的充電電壓達到均充電壓時，MCU/DSP控制單元7通過調整數字DA閉環反饋電路8的DA反饋輸出量，使得充電電壓穩定于均充電壓點，穩定一定時間后MCU/DSP控制單元7調整DA反饋輸出量使得系統轉浮充充電，使得蓄電池組3依據蓄電池的特性進行限流均充以及限流浮充，并帶有環境溫度補償，最大限度地保護蓄電池，延長蓄電池的壽命。當數字DA閉環反饋電路8反饋作用失效時，硬件閉環反饋電路4才起作用，由其反饋作用后，DC/DC變換器2輸出的充電電壓為Vl，此電壓Vl —般控制在數字DA閉環反饋電路8調整最高電壓VO+ Z V，即VI〉V0。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明；但本實用新型的一種數字化的充電控制裝置不局限于實施例。
權利要求1.一種雙環路高可靠的充電控制裝置，包括直流輸入單元、DC/DC變換器、蓄電池組、硬件閉環反饋電路、電池電壓采樣電路、環境溫度采樣電路、MCU/DSP控制單元、數字DA閉環反饋電路、PWM發生器，其特征在于所述直流輸入單元、DC/DC變換器、蓄電池組依次串接，所述電池電壓采樣電路的輸入端接至蓄電池組的正、負極，環境溫度采樣電路的輸入端接至蓄電池組的外部，電池電壓采樣電路和環境溫度采樣電路的輸出端分別接至MCU/DSP控制單元，MCU/DSP控制單元的輸出端接至數字DA閉環反饋電路，數字DA閉環反饋電路的輸出端接至PWM發生器，蓄電池組的正、負極接至硬件閉環反饋電路，硬件閉環反饋電路的輸出端接至PWM發生器，PWM發生器的輸出端接至DC/DC變換器。
2.根據權利要求I所述一種雙環路高可靠的充電控制裝置，其特征在于所述硬件閉環反饋電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容和第一三端可調分流基準源，所述第一電阻的一端接至蓄電池組的正極，第一電阻的另一端分別接至第二電阻的一端、第一電容的一端、第三電阻的一端、第一三端可調分流基準源的參考端，第二電阻的另一端分別接至蓄電池組的負極、第一三端可調分流基準源的陽極，第一電容的另一端接至第四電阻的一端，第四電阻的另一端分別接至第一三端可調分流基準源的陰極、第三電阻的另一端、PWM發生器且作為硬件閉環反饋電路的輸出端。
3.根據權利要求2所述一種雙環路高可靠的充電控制裝置，其特征在于所述的第 一三端可調分流基準源為TL431芯片或TL432芯片。
4.根據權利要求I所述一種雙環路高可靠的充電控制裝置，其特征在于所述數字DA閉環反饋電路包括第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第二電容、第三電容、第二三端可調分流基準源，所述第五電阻的一端接至MCU/DSP控制單元的輸出端且作為數字DA閉環反饋電路的輸入端，第五電阻的另一端接至運算放大器的正輸入端，運算放大器的負輸入端分別接至第二電容的一端、第六電阻的一端、第七電阻的一端，運算放大器的輸出端分別接至第六電阻的另一端、第二電容的另一端、第八電阻的一端，第八電阻的另一端分別接至第三電容的一端、第十電阻的一端、第九電阻的一端、第二三端可調分流基準源的參考端，第七電阻的另一端分別接至蓄電池的負極、第九電阻的另一端、第二三端可調分流基準源的陽極，第三電容的另一端接至第十一電阻的一端，第十一電阻的另一端分別接至第十電阻的另一端、第二三端可調分流基準源的陰極、PWM發生器且作為數字DA閉環反饋電路的輸出端。
5.根據權利要求4所述一種雙環路高可靠的充電控制裝置，其特征在于所述第二三端可調分流基準源為TL431芯片或TL432芯片。
專利摘要本實用新型涉及一種雙環路高可靠的充電控制裝置，包括依次串接的直流輸入單元、DC/DC變換器、蓄電池組，還包括硬件閉環反饋電路、電池電壓采樣電路、環境溫度采樣電路、MCU/DSP控制單元、數字DA閉環反饋電路、PWM發生器。該充電控制裝置采用雙環路的閉環反饋電路，對蓄電池組的充電電壓進行實時閉環反饋，具有較高的充電電壓精度，有效地控制充電電壓均浮充轉換，且具有溫度補償、過充保護，保護蓄電池組，延長蓄電池壽命，以及高可靠性的特點。
文檔編號H02J7/00GK202513632SQ20122015643
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月14日 優先權日2012年4月14日
發明者劉金滿, 柳威, 蘇先進, 黃詹江勇 申請人:漳州科華技術有限責任公司