專利名稱：智能充電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種充電機，特別是涉及一種智能充電機。
背景技術：
充電機是新能源概念下的產物，是一種專為電動汽車、充電樁、充換電站、電力通訊、鐵路航空及風電儲能等場合所使用的蓄電池組充電的電能轉換設備，若按蓄電池的種類設計可分為鉛酸電池充電機、鋰電池充電機、超級電容充電機等。鋰電池與鉛酸電池的充電特性有很多相似之處，可根據電池的電壓與容量來設置充電參數進行充電；而超級電容的充電特性比較特殊，需要從DCOV起開始充電，充電電流較大，且所需最高充電電壓在DC850V左右，充電機在實現DCOV起調至DC850V高壓充電的轉換有較大的技術難度。超級電容充電機一般有2種控制模式，分別為PWM脈寬控制和PFM脈頻控制兩種控制模式，他們存在不同的控制特性:PWM脈寬控制:PWM是利用脈沖寬度(即控制頻率的寬和窄)控制輸出，脈沖頻率恒定不變；可以實現DCOV起調，但是效率低，次級整流二極管無法實現軟開關變換，在反向恢復時會出現尖峰電壓，出于器件的選擇，只能做低壓系列。PFM脈頻控制:PFM是頻率的有和無的變化，利用脈沖的有無控制輸出，脈沖寬度恒定不變；可以實現軟開關變換，轉換效率高，但是在負載比較小的時候，不穩定，所以適合做聞壓系列。分析現有的超級電容充電機，一般是在電路內部設置2套獨立控制的大功率充電電源，一套為PWM脈沖寬度控制工作模式，在DCOV低壓時開始為超級電容充電；另一套為PFM脈沖頻率控制工作模式，可在高壓狀態下為超級電容進行充電，通過另設的控制系統讓兩套充電電源在不同工作狀態下相互轉換，來完成超級電容從DCOV起調到DC850V的充電過程。這種電路設計成本較高，控制也比較復雜，內部兩個電源在充電中需要轉換，整個環路反應速度較慢；次級整流二極管無法實現軟開關，穩定性及轉換效率也相對較低，且產品的體積較大，一定程度上限制了一些場合的使用。有鑒于上述現有充電機電路設計中所存在的不足，本實用新型發明人基于從事此類產品研發設計多年所積累的豐富經驗及相關專業知識，運用科學的方法，積極加以研究創新，以期能設計出一種新型充電機控制電路，能克服現有充電機電路設計所存在的問題，使其更具有先進性。
發明內容本實用新型的目的在于，克服傳統的充電機難于在一套控制電路中實現PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換，完成從DCOV起調至最高DC850V的輸出電壓來對超級電容進行充電的缺陷，而提供一種新型的智能充電機，充分利用PWM脈寬控制和PFM脈頻控制兩種控制模式的不同控制特性，根據負載端的輸出變化，及時通過采集系統將所采集的電壓電流信號送至管理系統進行處理，用以控制PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換，實現I套主功率電路可完成對超級電容的整個充電過程。本實用新型的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。為達到上述目的，一種智能充電機，其包括軟啟動及EMC濾波電路、功率因數校正電路、諧振轉換電路、AC/DC直流輸出電路、輔助電源電路，其特征在于其還包含:電壓電流采集電路、電源管理系統，依次位于AC/DC直流輸出電路和輸出負載之間，電壓電流采集電路對AC/DC直流輸出電路的電壓電流信號進行采集，并將信號送至電源管理系統與內設基準信號進行比對放大處理，電源管理系統實時輸出控制信號自動調節PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。本實用新型的目的以及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實現。較佳的，前述的智能充電機，其中該智能充電機的電源管理系統更包含輸出電壓檢測端、CPU管理模塊，輸出電壓檢測端反饋數值到CPU管理模塊，CPU管理模塊實時輸出控制信號自動調節PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。借由上述技術方案，本實用新型智能充電機至少具有下列優點及有益效果:1、電源體積小，重量輕。。2、電源轉換效率高，初級開關管及次級整流二極管工作在零電壓開關狀態下。3、輸出電壓范圍寬，可實現DC0V-DC850V調節。4、控制電路響應速度快，一體化電源，實現兩種工作模式，整個控制環路響應速度快。5、使用范圍廣，可當做開關電源使用；可對鉛酸電池、鋰電池充電；可實現DCOV起調至DC850V對超級電容充電。綜上所述，本實用新型利用PWM脈寬控制和PFM脈頻控制兩種控制模式的不同控制特性，通過兩種模式的轉換，可以控制電源在負載20%以下時，電路工作于全橋PWM狀態，實現PWM控制脈沖寬度，調節占空比控制DCOV起調；當輸出負載達到20%以上時，電路自動轉換為LLC全橋PFM狀態，實現PFM調節脈沖頻率控制高壓充電。實現在一套控制電路中由PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
圖1為本實用新型智能充電機的各部分電路功能結構示意圖。圖2為本實用新型智能充電機的一較佳實施例的電路結構圖。圖3為本實用新型智能充電機的一較佳實施例的電壓電流采集電路、電源管理系統電路功能結構示意圖。
具體實施方式
為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的一種智能充電機其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。請參閱圖1所示，為本實用新型智能充電機的各部分電路功能結構示意圖，請參閱圖2所示，為本實用新型智能充電機的一較佳實施例的電路結構圖。其包括軟啟動及EMC濾波電路1、功率因數校正電路2、諧振轉換電路3、AC/DC直流輸出電路4、輔助電源電路5。除此之外，該智能充電機更包括電壓電流采集電路6和電源管理系統7，它們依次位于AC/DC直流輸出電路和輸出負載之間，電壓電流采集電路對AC/DC直流輸出電路的電壓電流信號進行采集，并將信號送至電源管理系統與內設基準信號進行比對放大處理，電源管理系統實時輸出控制信號自動調節PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。請參閱圖3所示，為本實用新型智能充電機的一較佳實施例的電壓電流采集電路、電源管理系統電路功能結構示意圖，其中包含輸出電壓檢測端8和CPU管理模塊9。具體而言，該智能充電機的工作方式如下:設充電機的最大開關頻率為100KHz，PWM的最大占空比設48%，通過檢測輸出端電壓電流反饋至電源管理器來控制兩種工作模式，具體工作狀態及模式轉換分析如下:A、輸出電壓檢測端8檢測到輸出負載低于20%時，CPU管理模塊9控制輸出工作模式為全橋PWM脈沖寬度控制，開關頻率恒定IOOKHz，同時CPU管理模塊9發出的電流基準為最大電流的20%，保證在PWM模式工作時的輸出負載小于等于20% ；B、隨著輸出負載漸漸增大，PWM也隨之增大，當輸出負載增大至20%時，此時PWM的最大占空比剛好達到最大值48%，開關頻率恒定IOOKHz ；C、輸出電壓檢測端9檢測到輸出端負載大于20%時，PWM脈沖寬度控制結束，PWM最大占空比恒定在48%，CPU管理模塊9發出PFM調頻模式的命令，電路進入PFM脈沖頻率調節模式；輸出負載增大的同時，開關頻率從IOOKHz慢慢下降；各電路的作用:軟啟動電路及EMC濾波電路1:開關電源內部因有大電解電容濾波，在加電瞬間要汲取一個較大的電流。這個浪涌電流可能達到電源靜態工作電流的10倍 100倍。浪涌電流可能造成其它輸入電源電壓的降低，足以引起使用同一輸入電源的其它動力設備瞬間掉電。因此軟啟動電路可有效消除開關電源輸入端的浪涌電流；EMC濾波電路是指充電機在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求:一方面是指充電機在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指充電機對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。功率因數校正電路2:充電機內部因是橋式整流和大電容濾波來實現AC/DC轉換，由于濾波電容的充放電作用，在其兩端的直流電壓出現略呈鋸齒波的紋波。輸入端諧波較大，PF值不超過0.6，功率因數過低和電流斜波含量過高，不僅會造成電能的巨大浪費，而且會對電力系統產生嚴重污染，影響到整個電力系統的電氣環境。因此加入PFC電路后，可以提高用電質量，節約電能，能提高用電設備的利用率，減少線路的功率損失。諧振轉換電路3:是充電機的主電路，它是將AC整流濾波后的直流電，通過功率管和變壓器將能量傳輸到后一級，從而實現對超級電容的充電。[0037]AC/DC直流輸出電路4:變壓器的次級輸出通過整流二極管濾波電容來整流濾波單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓。電壓電流采集電路6:是用來實時采集充電機輸出端的電壓電流信號，再將采集到的電壓電流信號送至電源管理系統與預設基準信號進行比對。電源管理系統7:是將所采集到的各個電路系統的數據進行集中處理，按照內部預設程序輸出相應的控制信號。輔助電源電路5:是將AC/DC整流后的高電壓變換成各個芯片IC所需的穩定的較低的直流電壓，給整個充電機信號檢測處理及狀態指示部分供電。該控制電路結合了 PWM與PFM的優點于一身，通過兩種模式的轉換實現DCOV起調，轉換效率高，輸出電壓范圍寬，功率等級及功率密度高等優點。可以控制電源在負載20%以下時，電路工作于全橋PWM狀態，實現PWM控制脈沖寬度，調節占空比控制DCOV起調；當輸出負載達到20%以上時，電路自動轉換為LLC全橋PFM狀態，實現PFM調節脈沖頻率控制聞壓充電。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1.一種智能充電機，其包括軟啟動及EMC濾波電路、功率因數校正電路、諧振轉換電路、AC/DC直流輸出電路、輔助電源電路，其特征在于其還包含: 電壓電流米集電路、電源管理系統，依次位于AC/DC直流輸出電路和輸出負載之間，電壓電流采集電路對AC/DC直流輸出電路的電壓電流信號進行采集，并將信號送至電源管理系統與內設基準信號進行比對放大處理，電源管理系統實時輸出控制信號自動調節PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。
2.根據權利要求1所述的智能充電機，其特征在于所述的電壓電流采集電路，其更包括輸出電壓檢測端，輸出電壓檢測端反饋數值到電源管理系統。
3.根據權利要求1或2所述的智能充電機，其特征在于所述的電源管理系統，其更包括CPU管理模塊，CPU管理模塊實時輸出控制信號自動調節PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。
專利摘要本實用新型是有關于一種智能充電機，其包括軟啟動及EMC濾波電路、功率因數校正電路、諧振轉換電路、AC/DC直流輸出電路、輔助電源電路。還包含電壓電流采集電路、電源管理系統，依次位于AC/DC直流輸出電路和輸出負載之間,電壓電流采集電路對AC/DC直流輸出電路的電壓電流信號進行采集，并將信號送至電源管理系統與內設基準信號進行比對放大處理，電源管理系統實時輸出控制信號自動調節PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。藉由本實用新型創新的實例為，在充電機的控制電路中引入一種新型的智能控制方式，可使充電機的主功率變換電路實現PWM和PFM兩種工作模式的自動轉換。
文檔編號H02M3/335GK202949266SQ20122065925
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者張家書, 張品, 張家濤 申請人:洛陽嘉盛電源科技有限公司