專利名稱：一種熱插拔充電裝置及其充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于連接電池并給電池充電的電源領(lǐng)域，如通信電源系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)，或者多個(gè)整流模塊并聯(lián)的直流輸出穩(wěn)壓電源系統(tǒng)等。
1)由于二極管的導(dǎo)通壓降為0.7V以上，因此大電流會(huì)在二極管上引起很大的損耗，降低充電器的效率；2)二極管引起充電器的負(fù)載調(diào)整率等指標(biāo)降低，難以滿足需要高性能電源系統(tǒng)的供電要求；3)二極管隔離引起充電器的輸出端口峰峰值等雜音指標(biāo)增大，對(duì)被供電設(shè)備產(chǎn)生干擾，難以滿足通信設(shè)備等的供電需求。
(二)在輸出端串聯(lián)繼電器觸點(diǎn)的電路，如圖3所示，這種結(jié)構(gòu)的電路是在輸出回路中串聯(lián)一個(gè)繼電器，該繼電器可以在充電器主電路工作后，輸出電壓上升到額定輸出電壓后再吸合，從而減小電流沖擊。但是這種電路仍有如下缺點(diǎn)1、沖擊電流不可能完全消除，因?yàn)殡姵仉妷翰豢赡芎统潆娖麟妷和耆嗤?，因此沖擊電流仍然較大。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一方面，一種熱插拔充電裝置，包括至少一個(gè)以上的充電模塊及并聯(lián)在充電模塊輸出端之間的電解電容，其特征在于充電模塊的輸出支路中串聯(lián)有一個(gè)由可控開(kāi)關(guān)電路和緩沖網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的熱插拔保護(hù)電路。
其中上述緩沖網(wǎng)絡(luò)可由單個(gè)電阻D1或者單個(gè)電感L1組成。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的進(jìn)一步目的，以有效避免因電池反接或整流模塊反接造成的充電器損壞，上述緩沖網(wǎng)絡(luò)也可以是由二極管D1、電阻R1串聯(lián)或者是由二極管D1、電感L1串聯(lián)組成。由于電阻上的電流等于電壓除以電阻，因此單個(gè)電阻可以起到限制回路電流的作用；由于單個(gè)電感上的電流不能突變，使用電感時(shí)，電感上的電流從零開(kāi)始上升，給模塊內(nèi)部電解電容充電，因此電感也可以起到電流緩沖的作用。電感或者電阻上串聯(lián)二極管主要是限制電流的單相流動(dòng)，上述的電流緩沖作用仍然存在。
上述可控開(kāi)關(guān)電路由可控開(kāi)關(guān)K1和壓差檢測(cè)控制電路組成，其中可控開(kāi)關(guān)的輸入端和輸出端分別與充電模塊和電池或負(fù)載的一端連接，壓差檢測(cè)控制電路的兩輸入端分別連接在可控開(kāi)關(guān)的輸入端和輸出端，壓差檢測(cè)控制電路的輸出端與可控開(kāi)關(guān)的一控制端連接，且可控開(kāi)關(guān)的另一控制端與一電源連接。
另一方面本發(fā)明所述的熱插拔充電裝置的充電控制方法及工作原理如下在充電模塊的其中一輸出支路中串聯(lián)一個(gè)電可控開(kāi)關(guān)電路和緩沖網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的熱插拔保護(hù)電路；在充電模塊與電池或負(fù)載連接的瞬間，可控開(kāi)關(guān)K1不吸合；安裝好充電模塊后，電池或其他正在工作的整流模塊通過(guò)緩沖網(wǎng)絡(luò)向充電模塊內(nèi)部電解電容充電；當(dāng)壓差控制電路檢測(cè)到電池電壓和充電模塊內(nèi)部電壓的壓差小于某值時(shí)，控制可控開(kāi)關(guān)閉合，啟動(dòng)充電模塊工作，向電池充電或向負(fù)載供電。其中可控開(kāi)關(guān)的閉合條件也可以是檢測(cè)可控開(kāi)關(guān)兩端的電壓小于某較小的數(shù)值，或者是一設(shè)定時(shí)間的延時(shí)。延時(shí)時(shí)間的確定需要保證在這段時(shí)間內(nèi)，緩沖網(wǎng)絡(luò)對(duì)電解電容充分充電，可控開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)兩端的電壓差足夠小，閉合可控開(kāi)關(guān)不會(huì)引起大的電流沖擊。
本發(fā)明由于巧妙地在充電模塊輸出支路中串聯(lián)有由可控開(kāi)關(guān)電路和緩沖網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的熱插拔保護(hù)電路，充分利用可控開(kāi)關(guān)電路來(lái)阻斷電流的雙向流動(dòng)。在充電模塊與電池連接的瞬間或者整流模塊并聯(lián)連接的瞬間，可控開(kāi)關(guān)不閉合，因而不會(huì)產(chǎn)生大電流沖擊，并可通過(guò)緩沖網(wǎng)絡(luò)向充電模塊內(nèi)部電路充電，直到壓差檢測(cè)電路檢測(cè)到電池與充電模塊內(nèi)部的壓差達(dá)到某一值時(shí)才閉合可控開(kāi)關(guān)并啟動(dòng)充電模塊工作，向電池充電或向負(fù)載供電；或者經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，等待模塊內(nèi)部的電壓和外部電壓相同時(shí)閉合可控開(kāi)關(guān)并啟動(dòng)充電模塊工作。
以下結(jié)合附圖
詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的基本組成與工作原理
對(duì)于應(yīng)用于需要電池反接或整流模塊反接保護(hù)的電路，緩沖網(wǎng)絡(luò)需要選用電阻和二極管串聯(lián)或者電感和二極管串聯(lián)的方式，控制電路也需要選用壓差檢測(cè)的電路。在電池反接或整流模塊反接時(shí)，由于壓差檢測(cè)控制電路檢測(cè)到的壓差總是很大，使可控開(kāi)關(guān)無(wú)法閉合，達(dá)到保護(hù)反接的充電器或整流模塊的作用，同時(shí)串聯(lián)有二極管的緩沖網(wǎng)絡(luò)可以阻斷反向電流，保護(hù)充電器或者整流模塊不被損壞。如果緩沖網(wǎng)絡(luò)需要選用電阻，則電阻阻值需要選取較大，以保證流過(guò)電解電容的電流小于電解電容反向電流允許值。其中本實(shí)施例中所述緩沖網(wǎng)絡(luò)選用如圖4所示的一種拓樸，其由二極管D1、電阻R1串聯(lián)組成，其中二極管D1的正極端與負(fù)載一端連接，其另一端串接電阻R1后與充電模塊的一輸出端連接。在某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，可能會(huì)出現(xiàn)在安裝過(guò)程中，充電器或整流模塊內(nèi)部電解電容上有一定的較高的電壓，這樣在使用串聯(lián)有二極管的緩沖網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)充電器或整流模塊的電壓無(wú)法釋放，因此在可控開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，由于充電器或整流模塊內(nèi)部的電壓高于外部電壓，仍會(huì)產(chǎn)生電弧，或者由于有壓差存在而無(wú)法閉合可控開(kāi)關(guān)。在此串聯(lián)二極管的網(wǎng)絡(luò)上再增加一個(gè)阻值較大的電阻可以避免這種情況的發(fā)生。為進(jìn)一步使本發(fā)明更可靠地保護(hù)充電模塊和電池或負(fù)載，如圖5所示，此時(shí)所述的緩沖網(wǎng)絡(luò)還包括有電阻R2，該電阻R2并聯(lián)在由電阻R1和二極管D1串聯(lián)組成的電路的兩端。其中并聯(lián)電阻R2的作用如下1、在充電器輸出電壓為零并且和電池連接時(shí)，電阻R2和R1為并聯(lián)狀態(tài)，可以在充電器工作前進(jìn)一步減小充電器和電池電壓平衡的時(shí)間；2、當(dāng)充電器剛工作完畢又重新開(kāi)始工作但是電池電壓較低，或其他可能情況，導(dǎo)致充電器內(nèi)部電解電容電壓高于電池電壓。這種情況下，并聯(lián)的電阻R2可以將電解電容上的電壓泄放，使充電器內(nèi)部電解電容電壓和電池電壓達(dá)到平衡。
此電阻的選擇需要考慮在施加2倍的充電器最高輸出電壓或電池電壓時(shí)電阻本身不會(huì)被損壞，并且在電池反接時(shí)流過(guò)電解電容的電流很小，不會(huì)引起充電器內(nèi)部電解電容損壞，因此一般情況下R2阻值遠(yuǎn)大于R1。
當(dāng)上述緩沖網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在充電模塊的負(fù)極輸出支路中時(shí)，上述二極管D1應(yīng)反向連接。
上述可控開(kāi)關(guān)電路由可控開(kāi)關(guān)K1和壓差檢測(cè)控制電路組成，其中可控開(kāi)關(guān)K1的輸入端和輸出端分別與充電模塊和負(fù)載的一端連接，可控開(kāi)關(guān)為可通過(guò)控制信號(hào)控制其主電路斷開(kāi)或者連通的繼電器或可控硅晶閘管或功率晶體管或功率場(chǎng)效應(yīng)管等。其中壓差檢測(cè)控制電路的兩輸入端分別連接在可控開(kāi)關(guān)的輸入端和輸出端，壓差檢測(cè)控制電路的輸出端與可控開(kāi)關(guān)的一控制端連接，且可控開(kāi)關(guān)的另一控制端與一電源連接。壓差檢測(cè)控制電路為現(xiàn)有技術(shù)，可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，本領(lǐng)域所屬的普通技術(shù)人員均可以不作創(chuàng)造性勞動(dòng)地選擇設(shè)計(jì)出多種結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中所述壓差檢測(cè)控制電路由電阻R3、R4、R5、R6、R7，比較器U1、三極管Q1組成，其中電阻R3、R4串聯(lián)組成分壓電路，其一端與充電模塊一端連接，其另一端接地，其分壓點(diǎn)與比較器U1的正極輸入端連接，電阻R5、R6串聯(lián)組成另一分壓電路，該分壓電路的一端與負(fù)載端連接，其另一端接地，其分壓點(diǎn)與比較器U1的負(fù)極輸入端連接，電阻R7并聯(lián)在比較器U1的負(fù)極輸入端與輸出端之間且比較器U1的輸出端與三極管Q1的基極連接，三極管Q1的發(fā)射極接地，其集電極與可控開(kāi)關(guān)K1的一控制端連接。其中本實(shí)施例中，比較器U1可以選用LM324等通用運(yùn)算放大器，三極管Q1可以選用2N4401等通用三極管。
本發(fā)明所述的防止電池反接的熱插拔充電裝置的充電控制方法及工作原理如下1)在充電模塊的其中一輸出支路中串聯(lián)一個(gè)由可控開(kāi)關(guān)電路和緩沖網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的熱插拔保護(hù)電路；2)在充電模塊和電池或載連接的瞬間，可控開(kāi)關(guān)電路的可控開(kāi)關(guān)不吸合，使電池不會(huì)對(duì)充電模塊及其中的電解電容產(chǎn)生大電池沖擊；
3)安裝好整個(gè)充電電路后，電池通過(guò)緩沖網(wǎng)絡(luò)向充電模塊反向充電當(dāng)壓差控制控制電路檢測(cè)電池電壓和充電模塊內(nèi)部電壓壓差小于某值時(shí)，或者是控制電路經(jīng)過(guò)一設(shè)定時(shí)間的延遲后，才使可控開(kāi)關(guān)閉合，啟動(dòng)充電模塊工作，向電池充電或向負(fù)載供電。
權(quán)利要求
1.一種熱插拔充電裝置，包括充電模塊及并聯(lián)在充電模塊輸出端之間的電解電容，其特征在于充電模塊的輸出支路中串聯(lián)有一個(gè)由可控開(kāi)關(guān)電路和緩沖網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的熱插拔保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱插拔充電裝置，其特征在于上述緩沖網(wǎng)絡(luò)由電阻R1或電感L1與二極管D1組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱插拔充電裝置，其特征在于上述緩沖網(wǎng)絡(luò)由電阻R1或電感L1串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的熱插拔充電裝置，其特征在于上述緩沖網(wǎng)絡(luò)還包括有電阻R2，該電阻R2并聯(lián)在由電阻R1或電感L1和二極管D1串聯(lián)組成的電路的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的熱插拔充電裝置，其特征在于上述可控開(kāi)關(guān)電路由可控開(kāi)關(guān)K1和壓差檢測(cè)控制電路組成，其中可控開(kāi)關(guān)的兩端分別與充電模塊和電池或負(fù)載的一端連接，壓差檢測(cè)控制電路的兩輸入端分別連接在可控開(kāi)關(guān)的輸入端和輸出端，壓差檢測(cè)控制電路的輸出端與可控開(kāi)關(guān)的一控制端連接，且可控開(kāi)關(guān)的另一控制端與一電源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱插拔充電裝置，其特征在于上述可控開(kāi)關(guān)為可通過(guò)控制信號(hào)控制其主電路斷開(kāi)或者連通的繼電器或可控硅晶閘管或功率晶體管或功率場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT或其他可能出現(xiàn)的電子器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱插拔充電裝置，其特征在于上述壓差檢測(cè)控制電路由電阻R3、R4、R5、R6、R7，比較器U1、三極管Q1組成，其中電阻R3、R4串聯(lián)組成分壓電路，其一端與充電模塊一端連接，其另一端接地，其分壓點(diǎn)與比較器U1的正極輸入端連接，電阻R5、R6串聯(lián)組成另一分壓電路，該分壓電路的一端與負(fù)載端連接，其另一端接地，其分壓點(diǎn)與比較器U1的負(fù)極輸入端連接，電阻R7并聯(lián)在比較器U1的負(fù)極輸入端與輸出端之間且比較器U1的輸出端與三極管Q1的基極連接，三極管Q1的發(fā)射極接地，其集電極與可控開(kāi)關(guān)K1的一控制端連接，比較器U1選用LM324通用運(yùn)算放大器，三極管Q1選用2N4401通用三極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5所述的熱插拔充電裝置，其特征在于上述充電模塊為單個(gè)充電電路或多個(gè)輸出并聯(lián)的整流模塊。
9.如權(quán)利要求1所述熱插拔充電裝置的充電控制方法，其特征在于在充電模塊和電池或負(fù)載連接的瞬間，可控開(kāi)關(guān)電路的可控開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使電池不會(huì)對(duì)充電模塊及其中的電解電容產(chǎn)生大電流沖擊；控制電路檢測(cè)電池電壓和充電電壓模塊壓差，當(dāng)壓差小于某設(shè)定值時(shí)或者是控制電路經(jīng)過(guò)一設(shè)定時(shí)間的延遲后可控開(kāi)關(guān)閉合，啟動(dòng)充電模塊工作，向電池充電或向負(fù)載供電。
全文摘要
一種熱插拔充電裝置及其充電控制方法，包括至少一個(gè)以上的充電模塊及并聯(lián)在充電模塊內(nèi)部輸出端之間的電解電容，充電模塊的輸出支路中串聯(lián)一個(gè)由可控開(kāi)關(guān)電路和緩沖網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的熱插拔保護(hù)電路。本發(fā)明由于巧妙地在充電模塊輸出支路中串聯(lián)有由可控開(kāi)關(guān)電路和緩沖網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的熱插拔保護(hù)電路，充分利用可控開(kāi)關(guān)電路來(lái)阻斷電流的雙向流動(dòng)，以有效避免大電流沖擊對(duì)充電器造成的損傷。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1453920SQ0211512
公開(kāi)日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者張強(qiáng), 朱春輝, 黃伯寧 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司