本實用新型涉及充電技術領域，特別涉及一種基于慢脈沖的可在線調試式充電電路。

背景技術：

慢脈沖快速充電方法是一種適用于鉛酸蓄電池，鎳氫電池，鎘鎳電池，鋰離子蓄電池等快速充電方法。它能保證快速充電過程中，電池的充電量足，充電效率高，避免過充電，電池的容量和壽命不受損害。慢脈沖快速充電方法的基本原理是對電池進行一段時間的恒壓充電，再進行一段時間的恒流充電，然后在這兩種狀態下不斷切換以完成充電過程，恒流充電一般包括大電流恒流和小電流恒流兩個過程，恒流恒壓持續的時間需要根據電池的種類與相關工作參數來設定，也就是說我們要根據電池來對慢脈沖快速充電方式的具有參數進行設置或調整以實現充電方式的最優化。慢脈沖快速充電方式的優點使其具有廣闊的市場應用前景，在此基礎上我們提出一種應用于蓄電池的可以通過單片機控制的充電電路，以實現對蓄電池的慢脈沖快速充電。借助于單片機對電路的控制，我們可以外接通信模塊通過編程對慢脈沖快速充電方式的具體參數進行實時設置或修改，目前市場上還不具備此類功能的充電電路，其具有廣闊的市場應用前景。

技術實現要素：

根據以上現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是提出一種基于慢脈沖的可在線調試式充電電路，可以通過串口實時在線設置或修改慢脈沖快速充電方式參數的應用于蓄電池充電的充電電路。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：一種基于慢脈沖的可在線調試式充電電路，包括整流濾波器、恒壓恒流式充電電路、控制系統供電電路與MK60控制系統，所述控制系統供電電路輸入端與整流濾波器輸出端相連接，輸出端與MK60控制系統相連接，所述恒壓恒流式充電電路接入整流濾波器輸出的直流電壓，在MK60控制系統發出的控制信號作用下切換工作模式完成對蓄電池的充電。所述整流濾波器包括依次連接的隔離變壓器、整流橋、保險管與濾波電容，隔離變壓器對220V交流電壓進行降壓，降至交流18V至20V，然后通過整流橋整流成直流，整流后的電壓經過濾波電容后變成平滑的24V至26V的直流電壓，在整流橋后接入保險管，整流濾波器輸出的直流電壓作為整個系統的電壓源。

所述恒壓恒流式充電電路包括TL494芯片U1、第一電阻R1～第九電阻R9、第一二極管D1～第二二極管D2、第一電容C1～第三電容C3、第一繼電器K1～第二繼電器K2、第二晶體管Q2～第三晶體管Q3、MOS管Q1、功率電感L1、輸入端口P1與輸出端口P2，其中所述輸入端口P1的1號端口接輸入電源正極、2號端口接地，所述輸出端口P2的1號端口接輸出電源正極，所述TL494芯片U1的8管腳、11管腳、12管腳與輸入端口P1的1號端口相連接，4管腳、7管腳、13管腳均接地；第五電阻R5串聯第三電阻R3再與第七電阻R7并聯后的一端接入TL494芯片U1的3管腳，且其另一端接入U1的2管腳；所述TL494芯片U1的14管腳與15管腳之間串接第六電阻R6；所述輸入端口P1的2號端口與第一繼電器K1的2管腳相連接，第一繼電器K1的5管腳與第一二極管D1的正極相連接，第一二極管D1的負極與MOS管Q1的漏極相連接；所述TL494芯片U1的9管腳與10管腳相連接，第三電阻R3的一端與U1的9管腳連接，另一端接入MOS管Q1的柵極；第四電阻R4一端接MOS管Q1的柵極，另一端接到地；所述功率電感L1一端與MOS管Q1的源極相連接，另一端連接第二電容C2正極，第二電容C2負極接地；第二電容C2正極與輸出端口P2的1號端口相連接；第一電阻R1一端連接第二電容C2正極，另一端串接第八電阻R8與地連接；第二二極管D2的負極與MOS管Q1的源極連接，且其正極與地連接；第二繼電器K2的5管腳與Sample_Voltage網絡節點相連接、4管腳與Sample_Current網絡節點相連接、3管腳連接5V直流電壓、2管腳與TL494芯片U1的1管腳相連接、1管腳連接第三晶體管Q3的集電極；第三晶體管Q3的發射極接地，且其基極接MK60控制系統傳輸的控制信號；第九電阻一端連接輸出端口P2的2號端口，另一端接地。所述控制系統供電電路由整流濾波器輸出的直流電壓提供電源，其通過線性穩壓器件LM117-3.3輸出3.3V直流電壓給MK60控制系統供電；通過線性穩壓器件LM117-5輸出5V直流電壓分別給第一繼電器K1和第二繼電器K2供電。所述MK60控制系統包括MK60單片機，所述MK60單片機的I/O口分別接入第二晶體管Q2、第三晶體管Q3的基極，控制晶體管的導通與截止；所述MK60單片機的AD采集通道AD1與Sample_Voltage網絡節點相連接、AD采集通道AD2與Sample_Current網絡節點相連接；所述MK60單片機的DA輸出通道與TL494芯片U1的2管腳相連接。所述第九電阻R9采用康銅絲電阻，所述第一二極管D1、第二二極管D2均采用肖特基二極管。

所述恒壓恒流式充電電路中的第二電容C2后并接了由第一電阻R1和第八電阻R8組成的電壓采樣反饋網絡，第一電阻R1是滑動變阻器其阻值可調，通過調節該電阻就能調整采樣電壓值的大小。

所述MK60控制系統連接有UART通信模塊，所述UART通信模塊與PC控制端進行數據通信。

本實用新型有益效果是:本實用新型通過單片機控制繼電器切換恒壓恒流式充電電路的工作模式，實現了對蓄電池的慢脈沖快速充電，這樣使得蓄電池的充電電量更足，充電時間縮短，而且可以極大地降低對蓄電池的損害，通過設置的UART通信模塊可以實現控制端PC與MK60控制系統的數據通信，這樣就可以對慢脈沖充電方式的參數進行實時在線設置或者修改，同樣通過UART通信總線可以實時將監測充電電路工作狀態的傳感器或采集設備的數據傳送給遠端系統監控人員，這些傳感器或采集設備可以靈活地接入本充電電路，可以根據實際需要添加，本實用新型為優化慢脈沖快速充電方式對蓄電池充電的效果提供了簡易快捷的方法策略，同時由于電路引入了數字控制可以對電路實時有效的短路保護，以及完成對電路工作環境參數進行采集。

附圖說明

下面對本說明書附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明：

圖1是本實用新型的具體實施方式的原理框圖。

圖2是本實用新型的具體實施方式的恒壓恒流式充電電路原理圖。

圖3是本實用新型的具體實施方式的系統供電電路原理圖。

圖4是本實用新型的具體實施方式的整流濾波器的電路原理圖。

圖5是本實用新型的具體實施方式的MK60控制系統的MK60單片機引腳外拓與外設連接原理圖。

其中：1、整流濾波器；2、恒壓恒流式充電電路；3、控制系統供電電路；4、MK60控制系統；5、UART通信模塊；6、PC；7、蓄電池；101、隔離變壓器；102、整流橋；103、保險管；104、濾波電容。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本實用新型的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。

如圖1至圖5所示，本實用新型所述的包括整流濾波器1、恒壓恒流式充電電路2、控制系統供電電路3與MK60控制系統4，所述整流濾波器1包括隔離變壓器101、整流橋102、保險管103與濾波電容104，其接入交流220V市電經降壓整流后輸出24V至26V直流電壓，所述控制系統供電電路3輸入端與整流濾波器1輸出端相連接，且其輸出端與MK60控制系統4相連接，所述恒壓恒流式充電電路2接入整流濾波器1輸出的直流電壓，其在MK60控制系統4發出的控制信號作用下切換工作模式以完成對蓄電池的充電。

進一步地，所述恒壓恒流式充電電路2包括TL494芯片U1、第一電阻R1～第九電阻R9、第一二極管D1～第二二極管D2、第一電容C1～第三電容C3、第一繼電器K1～第二繼電器K2、第二晶體管Q2～第三晶體管Q3、MOS管Q1、功率電感L1、輸入端口P1與輸出端口P2，其中所述輸入端口P1的1號端口接輸入電源正極、2號端口接地，所述輸出端口P2的1號端口接輸出電源正極，所述TL494芯片U1的8管腳、11管腳、12管腳與輸入端口P1的1號端口相連接，4管腳、7管腳、13管腳均接地；第五電阻R5串聯第三電阻R3，再與第七電阻R7并聯后的一端接入TL494芯片U1的3管腳，且其另一端接入U1的2管腳；所述TL494芯片U1的14管腳與15管腳之間串接第六電阻R6；所述輸入端口P1的2號端口與第一繼電器K1的2管腳相連接，第一繼電器K1的5管腳與第一二極管D1相連接，第一二極管D1與MOS管Q1的漏極相連接；所述TL494芯片U1的9管腳與10管腳相連接，第三電阻R3的一端與U1的9管腳連接，另一端接入MOS管Q1的柵極；第四電阻R4一端接MOS管Q1的柵極，另一端接到地；所述功率電感L1一端與MOS管Q1的源極相連接，另一端連接第二電容C2正極，第二電容C2負極接地；第二電容C2正極與輸出端口P2的1號端口相連接；第一電阻R1一端連接第二電容C2正極，另一端串接第八電阻R8與地連接；第二二極管D2的負極與MOS管Q1的源極連接，且其正極與地連接；第二繼電器K2的5管腳與Sample_Voltage網絡節點相連接、4管腳與Sample_Current網絡節點相連接、3管腳連接5V直流電壓、2管腳與TL494芯片U1的1管腳相連接、1管腳連接第三晶體管Q3的集電極；第三晶體管Q3的發射極接地，且其基極接MK60控制系統傳輸的控制信號；第九電阻一端連接輸出端口P2的2號端口，另一端接地。

所述控制系統供電電路3由整流濾波器1輸出的直流電壓提供電源，其通過線性穩壓器件LM117-3.3輸出3.3V直流電壓給MK60控制系統4供電；通過線性穩壓器件LM117-5輸出5V直流電壓分別給第一繼電器K1和第二繼電器K2供電。

所述MK60控制系統4由MK60系列單片機與外圍電路所組成，所述MK60單片機的I/O口接入第二晶體管Q2、第三晶體管Q3的基極，控制晶體管的導通與截止；所述MK60單片機的AD采集通道AD1與Sample_Voltage網絡節點相連接、AD采集通道AD2與Sample_Current網絡節點相連接；所述MK60單片機的DA輸出通道與TL494芯片U1的2管腳相連接。

所述MK60控制系統4連接有UART通信模塊5，所述UART通信模塊5與PC6控制端進行數據通信。

所述第九電阻R9采用康銅絲電阻，所述第一二極管D1、第二二極管D2均采用肖特基二極管。

本實用新型的工作原理為：隔離變壓器對約220V交流電壓進行降壓，大約降至交流18V至20V，然后通過整流橋整流成直流，整流后的電壓經過濾波電容后變成平滑的直流電壓，其值大約為24V～26V，需要在整流橋后接入保險管，這樣能有效防止因短路燒毀電路，整流濾波器輸出的直流電壓作為整個系統的電壓源，一是給恒壓恒流式充電電路提供電源，二是給系統供電電路提供電源，恒壓恒流式充電電路主要由電壓控制型芯片TL494組成的buck電路，在原有的buck型拓撲電路上進行改裝，形成了可以恒壓、恒流模式隨意切換的充電電路。

恒壓恒流充電電路中的第二電容C2后并接了由第一電阻R1和第八電阻R8組成的電壓采樣反饋網絡，第一電阻R1是滑動變阻器其阻值可調，通過調節該電阻就能調整采樣電壓值的大小，從電壓采樣節點Sample_Voltage處采樣的電壓通過第二繼電器K2接入TL494的1管腳，TL494的1管腳是其內部電壓比較器的同向輸入端，通過MK60控制系統的DA通道輸出相應的電壓給TL494的2管腳就能控制充電電路輸出相應的電壓值，由于第二繼電器K2的2管腳與5管腳在未切換時處于連接狀態，所以K2未切換時充電電路工作于恒壓模式，這時只需通過MK60控制系統就能準確實時控制充電電路的輸出電壓，第九電阻R9是作為電流采樣電阻使用的，為提高電流采樣的精度以及降低采樣過程中的功率損耗，其必須使用康銅絲電阻且阻值較小為0.5歐左右，當輸出端口P2接上負載后，會有電流流過R9從而在Sample_Current網絡節點上產生壓降，由于Sample_Current網絡節點是與K2的4管腳相連接的，所以當K2未切換時電流采樣反饋網絡不能接入TL494，充電電路工作在恒流工作模式，當K2切換時，電流采樣反饋網絡接入TL494必然會斷開電壓采樣反饋網絡與TL494的連接，這樣只要K2切換的同時MK60控制系統修改DA通道輸出的電壓值就能控制充電電路恒定輸出相應的電流值，基于上述，控制充電電路工作在恒流還是恒壓模式是通過切換K2來實現，恒流(恒壓)模式時輸出的電流值(電壓值)具體為多少是通過MK60控制系統DA通道輸出的電壓值決定的，由于MK60單片機內置16位DA輸出通道，所以能輸出精度很高的電壓，從而實現恒壓輸出值或恒流輸出值的準確控制，K2的切換是借助于MK60控制系統I/O輸出的控制信號完成的，控制系統的I/O接入第三晶體管Q3的基極，當I/O輸出高電平時Q3導通，Q3的集電極有電流流過從而導致繼電器K2切換，K2的2管腳與5管腳斷開、2管腳與4管腳閉合，當I/O輸出低電平時Q3截止，Q3的集電極沒有電流流過從而導致K2再次切換回原先狀態。

第一繼電器K1的切換與K2一樣也是借助于MK60單片機完成，K1接入充電電路的主回路，在電路無異常時K1的2管腳與5管腳接通電路正常工作，若電路由于突然短路流過的電流陡增我們可以通過電流采樣網絡或者外接霍爾傳感器之類的傳感器檢測到，檢測到的數據會傳遞給MK60控制系統進行處理，控制系統通過I/O發出控制信號及時切換K1斷開電路，從而實現對充電電路的短路保護，設置的UART通信模塊用于PC控制端與MK60控制系統進行數據通信，我們就可以在遠程PC控制端輸入慢脈沖快速充電的參數通過UART總線傳輸給MK60控制系統，MK60控制系統就可以按照接收的參數數據控制充電電路的K2切換時間以及TL494的2管腳接收到的電壓值，這樣我們就可以實時在線地設置或修改慢脈沖快速充電的方式。

本實用新型經實物化后我們給額定電壓12V的蓄電池進行充電，所采用的慢脈沖快速充電方式是先以1.34A的電流值恒流充電30秒；再以0.33A的電流值恒流充電20秒；最后以固定的電壓值進行恒壓充電60秒，實踐效果證明其能有效快速地完成對蓄電池的充電，由于蓄電池充電后電壓值不斷在變化(滿電情況下可達到13V，電量嚴重不足時只有11V左右)，所以需要不斷通過單片機修改恒壓充電的電壓值以優化充電效果。

上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。本實用新型的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。