專利名稱：穩(wěn)壓恒流充電控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型技術(shù)屬于電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種穩(wěn)壓恒流充電控制電路。
背景技術(shù)：
越來(lái)越多的工業(yè)設(shè)備，新能源交通工具采用二次動(dòng)力型高能電池供電，以減少對(duì)石油依賴的同時(shí)降低對(duì)大氣環(huán)境的污染。二次動(dòng)力電池包括鉛酸蓄電池，磷酸鐵鋰電池，鎳氫電池等可以反復(fù)進(jìn)行充放電使用，這就需要數(shù)千瓦到數(shù)百千瓦的穩(wěn)壓恒流充電裝置；而目前行業(yè)中95%以上的大功率充電裝置均采用工頻變壓器降壓后再整流斬波的控制方式，這樣的充電裝置需要大量的銅線和矽鋼片，體積大，成本高且轉(zhuǎn)換效率低至60%，大量的電能變?yōu)闊崃勘话装桌速M(fèi)掉；其中有少部分的大功率充電裝置采用開(kāi)關(guān)電源方式，例如全橋、半橋、推挽或雙管正激電路，這些電路拓?fù)涞脑吪c副邊的諧波電流都非常大，開(kāi)關(guān)管不能夠?qū)崿F(xiàn)完全的軟開(kāi)關(guān)，因此損耗大，可靠性差，無(wú)故障使用壽命較短?，F(xiàn)有的諧振式功率變換裝置一般都采用單電壓環(huán)反饋控制方式，主要是將輸出電壓采樣信號(hào)與控制電路的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，以輸出誤差信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)電路的工作頻率，從而達(dá)到輸出穩(wěn)定的目的。但是，諧振式功率變換裝置的諧振槽主回路由具有慣性特點(diǎn)的元器件組成，其本身具有相當(dāng)大的慣性，對(duì)電路中出現(xiàn)的電壓及電流的瞬時(shí)變化、外來(lái)的擾動(dòng)信號(hào)或者反饋控制信號(hào)的響應(yīng)速度很慢，其響應(yīng)時(shí)間與元器件的固有參數(shù)相關(guān)，至少需要數(shù)個(gè)工作周期；當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)并進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，這些有害的瞬時(shí)變化或信號(hào)對(duì)變換器造成的損壞已經(jīng)形成了，因此自激振蕩、波形畸變、ZVS功能喪失，甚至炸管等現(xiàn)象就會(huì)很容易發(fā)生，系統(tǒng)工作不可靠。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種穩(wěn)壓恒流充電控制電路解決高頻充電裝置響應(yīng)速度慢的技術(shù)問(wèn)題。一種穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其包括:原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換環(huán)路，用以檢測(cè)獲得諧振主回路中瞬時(shí)變化的諧振電流信號(hào)，將該諧振電流信號(hào)還原為相應(yīng)的電壓信號(hào)，并形成鋸齒波電壓信號(hào)；副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路，用以檢測(cè)獲得輸出電壓的變化；輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路，用以檢測(cè)獲得輸出充電回路的充電電流平均值，放大為相應(yīng)的電壓信號(hào)后，在恒流充電過(guò)程中，使這個(gè)表征充電電流平均值的電壓信號(hào)跟隨電流設(shè)定值信號(hào)來(lái)變化；即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路，用以接收該鋸齒波電壓信號(hào)，以及該副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路以及該輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路的輸出，確保電路啟動(dòng)或故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，并快速的對(duì)系統(tǒng)所提出的增益要求進(jìn)行頻率響應(yīng)；驅(qū)動(dòng)電源電路，連接于該即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路與輸出端之間，采用正激開(kāi)關(guān)電源方式，用以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的快速導(dǎo)通與關(guān)斷。本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
通過(guò)采樣原邊開(kāi)關(guān)峰值電流，輸出電壓及電流信號(hào)，使充電機(jī)裝置在輸入電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)，大容量蓄電池電壓較低及輸出浪涌電流很大時(shí)的惡劣工作環(huán)境下能夠?qū)λ矔r(shí)變化的大電流峰值信號(hào)進(jìn)行即時(shí)響應(yīng)，使控制信號(hào)快速跟隨系統(tǒng)工作環(huán)境的變化，快速調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)滿足系統(tǒng)增益要求，從而，有效地改善了變頻諧振電路對(duì)外界信號(hào)響應(yīng)滯后的缺點(diǎn)，使諧振式穩(wěn)壓恒流充電裝置在輸出電壓從低電壓向高電壓變化，輸出電流從小電流向大電流變化的全過(guò)程中仍能保持低諧波干擾、高效率以及更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及工作穩(wěn)定性。

圖1是本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)時(shí)方式的原理方框圖；圖2是本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)時(shí)方式的原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋環(huán)路及單周期積分環(huán)路的電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)時(shí)方式的副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路的電路原理圖；圖4a是本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)時(shí)方式的輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路的部分電路原理圖；圖4b是本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)時(shí)方式的輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路的另一部分電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)時(shí)方式的即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路的電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)時(shí)方式的驅(qū)動(dòng)電源電路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路包括:原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換電路102、副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路103、輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路104、即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路105、驅(qū)動(dòng)電源電路106。其中，即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路105包括:開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路1051、驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路1052、即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路1053以及雙路輸出的PWM電流型控制芯片1054。原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換電路102，用以檢測(cè)獲得諧振主回路中瞬時(shí)變化的諧振電流信號(hào)，并將獲得的諧振電流信號(hào)還原為相應(yīng)的電壓信號(hào)，并形成鋸齒波電壓信號(hào)后接入即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路105中；副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路103，用以檢測(cè)獲得輸出電壓的變化，送入PWM (PulseWidth Modulation，脈沖寬度調(diào)制)電流型控制芯片1054 ；輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路104，用以檢測(cè)獲得輸出充電回路的充電電流平均值，放大為相應(yīng)的電壓信號(hào)后，在恒流充電過(guò)程中，使這個(gè)表征充電電流平均值的電壓信號(hào)跟隨電流設(shè)定值信號(hào)來(lái)變化；即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路105，用以確保電路啟動(dòng)是或故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，并快速的對(duì)系統(tǒng)所提出的增益要求進(jìn)行頻率響應(yīng)。其中包括:開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路1051、驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路1052、即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路1053以及兩路輸出的PWM電流型控制芯1054 ;其中，開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路1051，確保電路啟動(dòng)時(shí)或故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)；驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路1052，以其檢獲的輸出脈沖的歸零信息幫助單周期積分變換電路中的積分電容復(fù)位，同時(shí)指示兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054準(zhǔn)備開(kāi)始輸出下一個(gè)半周的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)；即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路1053是充電控制電路實(shí)現(xiàn)變頻控制的關(guān)鍵，其將驅(qū)動(dòng)脈沖的下降沿信號(hào)用微分電路提取出來(lái)，在每半個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束時(shí)，使兩路輸出的PWM電流型控制芯片內(nèi)部振蕩器的工作狀態(tài)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生跳轉(zhuǎn)，從而快速對(duì)系統(tǒng)所提出的增益要求進(jìn)行頻率響應(yīng)；兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054，由電壓誤差放大器、電流比較器、觸發(fā)器、與門(mén)電路、分相器、振蕩器及圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，提供兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電源電路106，采用正激開(kāi)關(guān)電源方式，提供足夠大的脈沖電流，使被驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)管(如:M0SFET，金氧半場(chǎng)效晶體管)的工作狀態(tài)快速越過(guò)米勒電壓平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的快速導(dǎo)通與關(guān)斷；同時(shí)確保在驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)歸零后，開(kāi)關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)管的柵荷被快速釋放掉，回復(fù)到高阻狀態(tài)。工作時(shí)，原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換電路102檢測(cè)獲得諧振主回路中瞬時(shí)變化的諧振電流信號(hào)，通過(guò)橋式整流器整流后，再經(jīng)單周期積分變換還原為電壓信號(hào)，并形成表征主諧振回路中諧振電流的平均值大小(i)及上升斜率(di/dt)的鋸齒波電壓信號(hào)，接入即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路105中。當(dāng)原邊開(kāi)關(guān)峰值電流急劇增大時(shí)，原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋電路會(huì)給單周期積分變換電路中的積分電容灌入大電流，此時(shí)鋸齒波電壓信號(hào)的上升斜率(di/dt)急劇增大呈飽和狀，積分時(shí)間縮短，積分電容上的電壓信號(hào)迅速增大，這樣就快速響應(yīng)了主回路中瞬時(shí)變化的諧振電流信號(hào)。這一點(diǎn)在避免諧振主回路中出現(xiàn)故障時(shí)電流失控的情形可以起到至關(guān)重要的作用。副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路103檢測(cè)獲得輸出電壓的變化，送入雙路輸出的PWM電流型控制芯片1054 ;當(dāng)輸出電壓降低，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比就會(huì)變大，占空比越大，其半周期的時(shí)間就越長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越低；反之，當(dāng)輸出電壓升高，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比就會(huì)減小，占空比越小，其半周期的時(shí)間就越短，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越聞。輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路104檢測(cè)獲得輸出充電主回路的充電電流平均值，放大為相應(yīng)的電壓信號(hào)后，使這個(gè)表征充電電流平均值的電壓信號(hào)跟隨電流設(shè)定值信號(hào)。如果充電電流的平均值小于電流設(shè)定值，則輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路104只是檢取輸出電流信號(hào)，并不主導(dǎo)系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)工作；如果充電電流的平均值達(dá)到電流設(shè)定值，則輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路104將取代輸出電壓采樣反饋環(huán)路，主導(dǎo)系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)工作。對(duì)于系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)工作而言，這里分兩種情況:一種情況是原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換電路102與副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路103共同主導(dǎo)調(diào)節(jié)；另一種情況是在恒流充電過(guò)程中，原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換電路102與輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路104共同主導(dǎo)調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，是基于多環(huán)路復(fù)合反饋諧振式變頻率的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其通過(guò)采樣原邊開(kāi)關(guān)峰值電流，輸出電壓及電流信號(hào)，使充電機(jī)裝置在輸入電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)，大容量蓄電池電壓較低及輸出浪涌電流很大時(shí)的惡劣工作環(huán)境下，能夠?qū)λ矔r(shí)變化的大電流峰值信號(hào)進(jìn)行即時(shí)響應(yīng)，使控制信號(hào)快速跟隨系統(tǒng)工作環(huán)境的變化，快速調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)滿足系統(tǒng)增益要求，有效地改善了變頻諧振電路對(duì)外界信號(hào)響應(yīng)滯后的缺點(diǎn)，使諧振式穩(wěn)壓恒流充電裝置在輸出電壓從低電壓向高電壓變化，輸出電流從小電流向大電流變化的全過(guò)程中仍能保持低諧波干擾、高效率以及更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及工作穩(wěn)定性。如附圖2中線框中所示的電路原理圖，原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分環(huán)路102包括二極管D2、穩(wěn)壓二極管ZD 1、電阻R5、電容C23、電阻R43、電容C25、橋式整流器BRl、電容C26及電流互感器CTl，通過(guò)電流互感器CTl采樣全周期內(nèi)瞬時(shí)變化的開(kāi)關(guān)峰值電流(也即諧振主回路中正負(fù)半周的諧振電流信號(hào))，經(jīng)由橋式整流器BR1、電容C25進(jìn)行整流濾波，得到倍頻的開(kāi)關(guān)峰值電流波形，在積分電容C23上形成表征諧振主回路中諧振電流的平均值大小(i)及上升斜率(di/dt)的鋸齒波電壓信號(hào)，接入兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054內(nèi)部電流放大器的同相輸入端，電流放大器的輸出端與PWM比較器的同相輸入端連接；當(dāng)原邊開(kāi)關(guān)峰值電流急劇增大到一設(shè)定值時(shí)，采樣反饋電路會(huì)通過(guò)二極管D2與穩(wěn)壓二極管ZD I給單周期積分變換電路中的積分電容灌入大電流，此時(shí)鋸齒波電壓信號(hào)的上升斜率(di/dt)急劇增大呈飽和狀態(tài)，相應(yīng)地積分時(shí)間縮短，積分電容上的電壓信號(hào)迅速增大，這樣就使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能跟隨瞬時(shí)變化的信號(hào)，快速響應(yīng)主回路中的諧振電流瞬時(shí)變化。如圖3中線框中所示的電路原理圖，副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路103包括電阻R26、電阻R27、電容C14、電容C15、電阻R28、電阻R29、電阻R30、電容C17、電容C18及電阻R48，其中通過(guò)電容C15、電阻R28與電阻R48檢測(cè)獲得輸出電壓的變化，送入兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054的ERA-，即兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054內(nèi)部的電壓誤差比較放大器的反相輸入端，當(dāng)輸出電壓VBAT+降低，電壓誤差比較放大器的輸出電壓UEAO增大，導(dǎo)致電流波形的上升時(shí)間延長(zhǎng)，與電平UEAO的交點(diǎn)延遲，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比就會(huì)增大，占空比越大，其半周期的時(shí)間就越長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越低，諧振網(wǎng)絡(luò)的Q值減小，電壓增益變大，輸出電壓升高，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定；反之，當(dāng)輸出電壓升高，電壓誤差比較放大器的輸出電壓UEAO減小，導(dǎo)致電流波形的上升時(shí)間縮短，與電平UEAO的交點(diǎn)提前，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比就會(huì)減小，占空比越小，其半周期的時(shí)間就越短，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越高，諧振網(wǎng)絡(luò)的Q值增大，電壓增益變小，輸出電壓降低；這樣就達(dá)到了通過(guò)調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定的目的。電阻R30、電容C17與電容C18構(gòu)成電壓環(huán)的頻率補(bǔ)償電路，合理地設(shè)置參數(shù)以提高電壓環(huán)路的穩(wěn)定性。如圖4a與圖4b中線框中所示的電路原理圖，輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路104包括電阻R17、電容C7、電阻R18、電容C8、電阻R19、電阻R20、電容C9、電容C10、二極管D
12、比較器U2A、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電容(:11、電容(:12、比較器似8、電阻1 24、電阻R25、電容C13、三極管Q3、電阻R26、電容C14、電阻R27、二極管D 25、電容C27、電阻R44、比較器U4、電容C28、電阻R45、電阻R46與電阻R47。其中二極管D 25、電容C27、電阻R44、比較器U4、電容C28、電阻R45、電阻R46與電阻R47構(gòu)成反相電壓放大器，將輸出主回路充電電流的平均值在電流采樣電 阻R46上產(chǎn)生的壓降進(jìn)行線性放大，得到了表征充電電流實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的脈動(dòng)電壓信號(hào)ISEN。用來(lái)設(shè)定充電電流平均值的電壓信號(hào)ISET，經(jīng)過(guò)電阻R17、電容C7、電阻R18與電容C8構(gòu)成的二級(jí)RC濾波后接入比較器U2A的同相輸入端，與電阻R19、電阻R20、電容C9、二極管D 12、比較器U2A與電阻R21共同組成二階有源RC低通濾波器，使低頻有用信號(hào)通過(guò)的同時(shí)衰減和抑制了高頻干擾信號(hào)；比較器U2A的反相輸入端與比較器U2B的反相輸入端連接，電壓信號(hào)ISET作為給定的基準(zhǔn)電壓，接入比較器U2B的反相輸入端；電阻R22、電阻R23、電容C11、電容C12與比較器U2B構(gòu)成電壓誤差比較放大器，表征充電電流實(shí)時(shí)變化的脈動(dòng)電壓信號(hào)ISEN接入比較器U2B的同相輸入端，電壓誤差比較放大器將ISEN與給定的基準(zhǔn)電壓ISET比較了差值后進(jìn)行放大，得到一誤差電壓信號(hào)UEAO ；電阻R24、電阻R25、電容C13、三極管Q3、電阻R26、電容C14與電阻R27構(gòu)成反相電壓跟隨器，三極管Q3的集電極電壓信號(hào)反相跟隨比較器U2B輸出的誤差電壓信號(hào)，并將集電極電壓信號(hào)送入PWM電流型控制芯片的ERA+，即雙路輸出的PWM電流型控制芯片1054內(nèi)部的電壓誤差比較放大器的同相輸入端；當(dāng)輸出主回路充電電流的平均值增大時(shí)，輸出功率隨之增大，同時(shí)輸出電壓BAT+升高，電壓誤差比較放大器的輸出電壓UEAO減小，導(dǎo)致電流波形的上升時(shí)間縮短，與電平UEAO的交點(diǎn)提前，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比就會(huì)減小，占空比越小，其半周期的時(shí)間就越短，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越高，諧振網(wǎng)絡(luò)的增益越小，輸出電流降低；反之當(dāng)輸出主回路充電電流的平均值減小時(shí)，輸出功率隨之減小，同時(shí)輸出電壓BAT+降低，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越低，諧振網(wǎng)絡(luò)的增益越大，輸出電流增大；這樣就達(dá)到了通過(guò)調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)穩(wěn)定輸出主回路充電電流的目的。其中，圖4b中的節(jié)點(diǎn)C與圖2中所示的節(jié)點(diǎn)C是同一節(jié)點(diǎn)，圖4b中的節(jié)點(diǎn)D與圖2中所示的節(jié)點(diǎn)D是同一節(jié)點(diǎn)。如圖5所示，即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路105,包括開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路1051、驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路1052、即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路1053以及兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054。其中，開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路1051包括電阻R34、電阻R35、電阻R36與電容C21。其中，R34、R36與C21依次串聯(lián)電源于電源VREF與地之間，R34、R36之間的節(jié)點(diǎn)接入兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054的IUM引腳，當(dāng)IUM引腳電壓被充電到高于一定值，PWM電流型控制芯片開(kāi)始正常輸出，電阻R35與R36、C21并聯(lián)。驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路1052包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容Cl、比較器U1A、電阻R6、電容C23、二極管D 13與二極管D 14，以其檢測(cè)獲得的驅(qū)動(dòng)脈沖的歸零信息幫助單周期積分變換電路中的積分電容復(fù)位，同時(shí)指示兩路輸出的PWM電流型控制芯片準(zhǔn)備開(kāi)始輸出下一個(gè)半周的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。具體而言，驅(qū)動(dòng)脈沖的歸零信息通過(guò)所述二極管D 13與所述二極管D 14輸入到所述比較器UlA的同相輸入端，VDD經(jīng)過(guò)串聯(lián)連接的所述電阻Rl與所述電阻R2分壓后輸入所述比較器UlA的反相輸入端，所述比較器UlA的輸出端則為所述原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換環(huán)路中的積分電容復(fù)位信號(hào)，同時(shí)指示兩路輸出的PWM電流型控制芯片準(zhǔn)備開(kāi)始輸出下一個(gè)半周的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路1053包括:電阻R4、電容C3、穩(wěn)壓二極管ZD 2、二極管D 1、三極管Q1、電容C22。電容C22是兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054內(nèi)部振蕩器的振蕩電容，灌入振蕩電容C22的電流主要由兩部分組成，一部分是由兩路輸出的PWM電流型控制芯片內(nèi)部振蕩器的恒流源提供，另一部分是由三極管Ql提供；通過(guò)電阻R4、電容C3、穩(wěn)壓二極管ZD 2、二極管D 1、二極管D 13與二極管D 14將驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)倍頻后串入負(fù)載電阻R4，經(jīng)由電容C3、穩(wěn)壓二極管ZD 2與二極管D I構(gòu)成的微分電路，將驅(qū)動(dòng)脈沖的下降沿信號(hào)提取出來(lái)，在每半個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束時(shí)，使三極管Ql瞬間飽和導(dǎo)通，此時(shí)VDD經(jīng)過(guò)Ql的集電極與發(fā)射極、電阻Rll對(duì)振蕩電容C22灌入大電流，造成兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054內(nèi)部振蕩器的工作狀態(tài)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生跳轉(zhuǎn)，從而確保倍頻后的每半個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比維持在90%左右，達(dá)到即時(shí)變頻控制的目的。更為具體的是，即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路1053可以如圖5所示，包括:電阻R4、電阻R7、二極管D 3、二極管D 4、二極管D 5、二極管D 6、電容C2、電容C3、穩(wěn)壓二極管ZD 2、電阻R8、二極管D 1、三極管Q1、電阻R9、比較器U1B、電阻R10、二極管D 7、電阻R11、二極管D 8、穩(wěn)壓二極管ZD 4、電容C4、比較器U1C、電阻R12、二極管D 9、二極管D 10、三極管Q2、電阻R13、二極管D 11、電容C5、穩(wěn)壓二極管ZD 3、電阻R14、電阻R15、電阻R16、比較器UlD與電容C22，這一塊電路是實(shí)現(xiàn)快速變頻控制的關(guān)鍵。兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054包括芯片U3，U3由電壓誤差比較放大器、電流比較器、觸發(fā)器、與門(mén)電路、分相器、振蕩器及圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，振蕩器作為脈沖信號(hào)源，電容C22接入作為外置的振蕩電容；電壓誤差比較放大器的兩個(gè)輸入端作為輸出電壓采樣信號(hào)與輸出電流采樣信號(hào)的輸入端；電流比較器的一輸入端與電壓誤差比較放大器的輸出端連接，另一輸入端作為原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣信號(hào)的輸入端；觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端分別與電流比較器、振蕩器的輸出端連接，與門(mén)電路的一輸入端接觸發(fā)器的輸出端，另一輸入端也與振蕩器的輸出端連接；分相器的輸入端連接與門(mén)電路的輸出端，其兩輸出端提供兩路相位相差180度的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。其中，圖5中所示的節(jié)點(diǎn)A和圖2中所示的節(jié)點(diǎn)A是同一節(jié)點(diǎn)，圖5中所示的節(jié)點(diǎn)B和圖2中所示的節(jié)點(diǎn)B是同一節(jié)點(diǎn)。如圖6中線框中所示的電路原理圖，驅(qū)動(dòng)電源電路106包括:場(chǎng)效應(yīng)管Q4、二極管D 16、變壓器Tl、三極管Q6、二極管D 18、場(chǎng)效應(yīng)管Q5、二極管D 15、變壓器T2、三極管Q7、二極管D 20，采用正激開(kāi)關(guān)電源方式；變壓器Tl與變壓器T2都由輸入繞組、復(fù)位繞組及輸出繞組構(gòu)成；Q4與Q5是M0SFET，作為開(kāi)關(guān)管；二極管D 15與二極管D 16作為電壓復(fù)位用的二極管；Q6與二極管D 18、Q7與二極管D 20分別提供被驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵荷放電通路。變壓器Tl及變壓器T2的輸入繞組與輸出繞組同相位，匝比n=l:1 ;當(dāng)兩路輸出的PWM電流型控制芯片的正脈沖到來(lái)時(shí)，開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管Q4或Q5分別導(dǎo)通，此時(shí)變壓器的輸出繞組感應(yīng)出與輸入繞組大小方向相同的驅(qū)動(dòng)電壓，接入被驅(qū)動(dòng)主功率MOSFET的柵極。當(dāng)兩路輸出的PWM電流型控制芯片的負(fù)脈沖到來(lái)時(shí)，開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管Q4或Q5分別關(guān)斷，變壓器Tl或者變壓器T2的輸入繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反相，相應(yīng)地變壓器輸出繞組的驅(qū)動(dòng)電壓也反相，三極管Q6或者Q7導(dǎo)通，被驅(qū)動(dòng)主功率MOSFET的柵荷通過(guò)Q6或者Q7泄放掉，然后主功率MOSFET關(guān)斷，回復(fù)到高阻狀態(tài)。更為具體的是，驅(qū)動(dòng)電源電路106可以如圖6所述包括:場(chǎng)效應(yīng)管Q4、電阻R38、二極管D 16、變壓器Tl、二極管D 17、電阻R39、電阻R40、三極管Q6、二極管D 18、穩(wěn)壓二極管ZD 5、場(chǎng)效應(yīng)管Q5、電阻R37、二極管D 15、變壓器T2、電容C24、二極管D 19、電阻R41、電阻R42、三極管Q7、二極管D 20與穩(wěn)壓二極管ZD 6。本實(shí)用新型穩(wěn)壓恒流充電控制電路的具體實(shí)施方式
不僅適用于如本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
所示的LLC諧振半橋結(jié)構(gòu)，也適用于其它的半橋結(jié)構(gòu)、推挽結(jié)構(gòu)以及全橋結(jié)構(gòu)的諧振式充電裝置。[0041] 以上所述僅為本實(shí)用新型技術(shù)方案的較佳實(shí)施方式，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于，所述穩(wěn)壓恒流充電控制電路包括: 原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換環(huán)路，用以檢測(cè)獲得諧振主回路中瞬時(shí)變化的諧振電流信號(hào)，將所述諧振電流信號(hào)還原為相應(yīng)的電壓信號(hào)，并形成鋸齒波電壓信號(hào); 副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路，用以檢測(cè)獲得輸出電壓的變化； 輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路，用以檢測(cè)獲得輸出充電回路的充電電流平均值，放大為相應(yīng)的電壓信號(hào)后，在恒流充電過(guò)程中，使這個(gè)表征充電電流平均值的電壓信號(hào)跟隨電流設(shè)定值信號(hào)來(lái)變化； 即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路，用以接收所述鋸齒波電壓信號(hào)，以及所述副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路以及所述輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路的輸出，確保電路啟動(dòng)或故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，并快速的對(duì)系統(tǒng)所提出的增益要求進(jìn)行頻率響應(yīng)； 驅(qū)動(dòng)電源電路，連接于所述即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路與輸出端之間，采用正激開(kāi)關(guān)電源方式，用以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的快速導(dǎo)通與關(guān)斷。
2.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于，所述即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路包括:開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路、即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路以及雙路輸出的PWM電流型控制芯片； 所述開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路，用于確保電路啟動(dòng)時(shí)或故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)； 所述驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路，用于以其檢獲的輸出脈沖的歸零信息幫助所述單周期積分變換電路中 的積分電容復(fù)位，同時(shí)指示所述兩路輸出的PWM電流型控制芯片準(zhǔn)備開(kāi)始輸出下一個(gè)半周的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)； 所述即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路，用于將驅(qū)動(dòng)脈沖的下降沿信號(hào)用微分電路提取出來(lái)，在每半個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束時(shí)，使兩路輸出的PWM電流型控制芯片內(nèi)部振蕩器的工作狀態(tài)發(fā)生跳轉(zhuǎn)，從而對(duì)系統(tǒng)所提出的增益要求進(jìn)行頻率響應(yīng)； 所述兩路輸出的PWM電流型控制芯片，用于提供兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于， 所述驅(qū)動(dòng)脈沖歸零檢測(cè)電路包括電阻R1、電阻R2、比較器U1A、二極管D 13與二極管D 14，驅(qū)動(dòng)脈沖的歸零信息通過(guò)二極管D 13與二極管D 14輸入到比較器UlA的同相輸入端，電源經(jīng)過(guò)串聯(lián)連接的電阻Rl與電阻R2分壓后輸入比較器UlA的反相輸入端，比較器UlA的輸出端則為所述原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換環(huán)路中的積分電容提供復(fù)位信號(hào)，同時(shí)指示兩路輸出的PWM電流型控制芯片準(zhǔn)備開(kāi)始輸出下一個(gè)半周的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于， 所述即時(shí)頻率調(diào)節(jié)電路包括電阻R4、電容C3、穩(wěn)壓二極管ZD 2、二極管D 1、三極管Q1、電容C22 ； 其中，電容C22是兩路輸出的PWM電流型控制芯片內(nèi)部振蕩器的振蕩電容，灌入振蕩電容C22的電流主要由兩部分組成，一部分是由兩路輸出的PWM電流型控制芯片內(nèi)部振蕩器的恒流源提供，另一部分是由三極管Ql提供；通過(guò)電阻R4、電容C3、穩(wěn)壓二極管ZD2、二極管D 1、二極管D 13與二極管D 14將驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)倍頻后接入負(fù)載電阻R4，經(jīng)由電容C3、穩(wěn)壓二極管ZD 2與二極管D I構(gòu)成的微分電路，將驅(qū)動(dòng)脈沖的下降沿信號(hào)提取出來(lái)，在每半個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束時(shí)，使三極管Ql瞬間飽和導(dǎo)通，此時(shí)VDD經(jīng)過(guò)Ql的集電極與發(fā)射極、電阻Rl I對(duì)振蕩電容C22灌入大電流，造成兩路輸出的PWM電流型控制芯片內(nèi)部振蕩器的工作狀態(tài)發(fā)生跳轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于， 所述原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分環(huán)路包括二極管D2、穩(wěn)壓二極管ZD1、電阻R5、電容C23、電阻R43、電容C25、橋式整流器BRl、電容C26及電流互感器CTl ;通過(guò)電流互感器CTl采樣瞬時(shí)變化的開(kāi)關(guān)峰值電流，經(jīng)由橋式整流器BR1、電容C25進(jìn)行整流濾波，得到倍頻的開(kāi)關(guān)峰值電流波形，在積分電容C23上形成表征諧振主回路中諧振電流的平均值大小及上升斜率的鋸齒波電壓信號(hào)，接入所述兩路輸出的PWM電流型控制芯片內(nèi)部電流放大器的同相輸入端，所述電流放大器的輸出端與所述兩路輸出的PWM電流型控制芯片的比較器的同相輸入端連接；當(dāng)原邊開(kāi)關(guān)峰值電流急劇增大到一設(shè)定值時(shí)，通過(guò)二極管D 2與穩(wěn)壓二極管ZDl給積分電容C23灌入大電流。
6.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于， 所述副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路包括電阻R26、電阻R27、電容C14、電容C15、電阻R28、電阻R29、電阻R30、電容C17、電容C18及電阻R48 ;其中，電源VDD經(jīng)電阻R26與電阻R27串聯(lián)分壓之后輸入所述兩路輸出的PWM電流型控制芯片的ERA+引腳，電容C14與電阻R27并聯(lián)；通過(guò)電容C15、電阻R28與電阻R48檢測(cè)獲得輸出電壓的變化，經(jīng)過(guò)電阻R29后送入所述兩路輸出的PWM電流型控制芯片1054的ERA-引腳；電阻R30、電容C17與電容C18構(gòu)成電壓環(huán)的頻率補(bǔ)償電路，以提高電壓環(huán)路的穩(wěn)定性。
7.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于， 所述驅(qū)動(dòng)電源電路包括場(chǎng)效應(yīng)管Q4、二極管D 16、變壓器Tl、三極管Q6、二極管D 18、場(chǎng)效應(yīng)管Q5、二極管D 15、變壓器T2、三極管Q7、二極管D 20，采用正激開(kāi)關(guān)電源方式； 變壓器Tl與變壓器T2都由輸入繞組、復(fù)位繞組及輸出繞組構(gòu)成，輸入繞組與輸出繞組同相位；場(chǎng)效應(yīng)管Q4與場(chǎng)效應(yīng)管Q5為開(kāi)關(guān)管；二極管D15串接于場(chǎng)效應(yīng)管Q5和變壓器T2之間，二極管D16串接于場(chǎng)效應(yīng)管Q4變壓器Tl之間，二極管D 15與二極管D 16用于電壓復(fù)位用；三極管Q6與二極管D 18、三極管Q7與二極管D 20分別提供被驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)效應(yīng)管Q4、Q5的柵荷放電通路； 當(dāng)兩路輸出的PWM電流型控制芯片的正脈沖到來(lái)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Q4或Q5分別導(dǎo)通，此時(shí)變壓器Tl或T2的輸出繞組感應(yīng)出與輸入繞組大小方向相同的驅(qū)動(dòng)電壓，接入被驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)效應(yīng)管Q4或Q5的柵極；當(dāng)兩路輸出的PWM電流型控制芯片的負(fù)脈沖到來(lái)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Q4或Q5分別關(guān)斷，變壓器Tl或者變壓器T2的輸入繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反相，相應(yīng)地輸出繞組的驅(qū)動(dòng)電壓也反相，三極管Q6或Q7導(dǎo)通，被驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)效應(yīng)管Q4或Q5的柵荷通過(guò)三極管Q6與二極管D18形成的通路或者三極管Q7與二極管D20形成的通路泄放掉，然后被驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)效應(yīng)管Q4或Q5關(guān)斷，回復(fù)到高阻狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于，所述輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路包括:電阻R17、電容C7、電阻R18、電容C8、電阻R19、電阻R20、電容C9、電容C10、二極管D12、比較器U2A、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電容C11、電容C12、比較器U2B、電阻R24、電阻R25、電容C13、三極管Q3、電阻R26、電容C14、電阻R27、二極管D 25、電容C27、電阻R44、比較器U4、電容C28、電阻R45、電阻R46與電阻R47 ；其中，二極管D 25、電容C27、電阻R44、比較器U4、電容C28、電阻R45、電阻R46與電阻R47構(gòu)成反相電壓放大器，將輸出主回路充電電流的平均值在電流采樣電阻R46上產(chǎn)生的壓降進(jìn)行線性放大，得到了表征充電電流實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的脈動(dòng)電壓信號(hào)ISEN ； 用來(lái)設(shè)定充電電流平均值的電壓信號(hào)I SET，經(jīng)過(guò)電阻R17、電容C7、電阻R18與電容C8構(gòu)成的二級(jí)RC濾波后接入比較器U2A的同相輸入端，與電阻R19、電阻R20、電容C9、二極管D 12、比較器U2A與電阻R21共同組成二階有源RC低通濾波器，使低頻有用信號(hào)通過(guò)的同時(shí)衰減和抑制了高頻干擾信號(hào)； 比較器U2A的反相輸入端與比較器U2B的反相輸入端連接，電壓信號(hào)ISET作為給定的基準(zhǔn)電壓，接入比較器U2B的反相輸入端； 電阻R22、電阻R23、電容Cl 1、電容C12與比較器U2B構(gòu)成電壓誤差比較放大器，表征充電電流實(shí)時(shí)變化的脈動(dòng)電壓信號(hào)ISEN接入比較器U2B的同相輸入端，電壓誤差比較放大器將ISEN與給定的基準(zhǔn)電壓ISET比較了差值后進(jìn)行放大，得到一誤差電壓信號(hào)UEAO ； 電阻R24、電阻R25、電容C13、三極管Q3、電阻R26、電容C14與電阻R27構(gòu)成反相電壓跟隨器，三極管Q3的集電極電壓信號(hào)反相跟隨比較器U2B輸出的誤差電壓信號(hào)，并將集電極電壓信號(hào)送入PWM電流型控制芯片的ERA+引腳。
9.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)壓恒流充電控制電路，其特征在于，所述開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路1051包括:電阻R34、電阻R35、電阻R36與電容C21 ； 其中，R34、R36與C21依次串聯(lián)電源于電源VREF與地之間，R34、R36之間的節(jié)點(diǎn)接入兩路輸出的PWM電流型控制芯片105`4的IUM引腳，電阻R35與R36、C21并聯(lián)。
專利摘要一種穩(wěn)壓恒流充電控制電路。其原邊開(kāi)關(guān)峰值電流采樣反饋及單周期積分變換環(huán)路檢測(cè)獲得諧振主回路中瞬時(shí)變化的諧振電流信號(hào)，并將其還原為相應(yīng)的電壓信號(hào)形成鋸齒波電壓信號(hào)；副邊輸出電壓采樣反饋環(huán)路，用以檢測(cè)獲得輸出電壓的變化；輸出電流信號(hào)采樣與控制環(huán)路，用以檢測(cè)獲得輸出充電回路的充電電流平均值，放大為相應(yīng)的電壓信號(hào)；即時(shí)變頻控制及保護(hù)電路確保電路啟動(dòng)或故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，并快速的對(duì)系統(tǒng)所提出的增益要求進(jìn)行頻率響應(yīng)；驅(qū)動(dòng)電源電路則實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的快速導(dǎo)通與關(guān)斷。該電路可以跟隨系統(tǒng)工作環(huán)境的變化快速調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)滿足系統(tǒng)增益要求。
文檔編號(hào)H02J7/10GK202997663SQ20122068540
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者周紅艷 申請(qǐng)人:周紅艷