一种超宽输出电压范围充电器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超宽输出电压范围充电器，包括变压器、变压器VCC辅助绕组和开关器件控制电路，并构成第一段绕组直供电电路、第二段稳压供电电路和第三段关闭一个绕组的供电电路，在充电电压达到第一转折点电压之前，所述第一段绕组直供电电路工作，超过第二转折点电压时，所述第三段关闭一个绕组的供电电路工作，处于所述所述第一转折点电压和所述第二转折点电压之间时，所述第二段稳压供电电路工作。本实用新型专利技术的辅助自供电电路应用于具有超宽输出电压范围的变压器中后，能够收窄辅助绕组输出电压的变动范围，实际使用效果稳定可靠，且无需串联稳压器，避免了串联稳压损耗，提高了效率，完全满足能效要求。完全满足能效要求。完全满足能效要求。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽输出电压范围充电器


[0001]本技术涉及充电器电路
，尤其是涉及一种超宽输出电压范围充电器及其控制方法。

技术介绍

[0002]近年来随着人工智能产品及移动储能产品的兴起，作为动力能源的锂电池需求也在直线上升，随之动力锂电池的充电器需求量也在上升。在众多的充电器应用拓扑中，反激电路(10W～200W)和LLC电路(100W～2000W)是绝大多数充电器的应用拓扑方案，为了优化成本和降低能耗，充电器内部给控制电路及主控IC的供电一般也是由主变压器的一个辅助绕组来供电，通过辅助绕组的方式供电该电压会随着充电器输出电压的波动而比例变化，一般锂电池的电压范围宽每一节电压可以从1V到4.2V，一个10串的电池包电压范围可以从10V到42V，最小值与最大值可高达4倍左右，而辅助绕组的供电电压是同比例于输出电压，因此也可以达到甚至超过4倍。
[0003]现有的电源控制芯片基本不能直接应用于这么宽的工作电压范围，为了满足输出充电电压的宽范围，通常的方式是增加辅助绕组的匝数提高前置电压(主要是电池低压时辅助供电电压要满足充电器能正常工作)，再采用串联稳压器的供电管理方式，这种方式电源控制芯片及控制线路的安全供电问题基本可以解决，但又带来了其他新的问题，如：串联稳压器热损耗和热应力问题，在实际应用中拔插、过载、短路等等情况很容易导致前置电压过高带来应力问题等，导致不能确保产品安全可靠的最佳工作状态。同时，串联稳压器供电转换效率会变低，导致不能满足能效要求，特别是在接近完成充电或空载情况下，辅助绕组的前置电压达到最高，串联损耗最大。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]本技术就是针对上述拓扑应用在超宽输出电压范围充电器的辅助供电电路存在的局限性和潜在的隐患进行重新设计，通过对主变压器辅助绕组供电的控制和管理实现无缝自动切换，提供一个宽范围、安全、稳定、可靠且高效的辅助供电解决方案。
[0006]本申请实施例提供一种超宽输出电压范围的充电器中，包括变压器、变压器VCC辅助绕组和开关器件控制电路；
[0007]所述变压器、所述变压器VCC辅助绕组和所述开关器件控制电路相互配合，构成第一段绕组直供电电路、第二段稳压供电电路和第三段关闭一个绕组的供电电路，在所述充电器的充电电压达到第一转折点电压之前，所述第一段绕组直供电电路工作；在所述充电器的充电电压超过第二转折点电压时，所述第三段关闭一个绕组的供电电路工作；在所述充电器的充电电压处于所述所述第一转折点电压和所述第二转折点电压之间时，所述第二段稳压供电电路工作，所述所述第一转折点电压小于所述第二转折点电压。
[0008]本技术还可采用如下可选/优选方案：
[0009]所述变压器VCC辅助绕组包括第一辅助绕组N1和第二辅助绕组N2：
[0010]所述第一辅助绕组N1的第一端通过依次连接的电阻R1、二极管D1、三极管Q1和二极管D3连接到电压源VCC，所述三极管Q1的基极接地，发射极连接所述二极管D3的阳极，集电极连接所述二极管D1的阴极，所述二极管D3的阴极接地；所述第二辅助绕组N2的第一端连接所述第一辅助绕组N1的第二端，并通过电阻R2和整流二极管D2直接连到电压源VCC，所述整流二极管D2的阳极连接所述电阻R2，所述第二辅助绕组N2的第二端接地；串联连接的电阻R3和稳压二极管ZD1，所述电阻R3的另一端连接于所述二极管D1的阴极，所述稳压二极管ZD1的阳极接地，所述三极管Q1的基极和所述稳压二极管ZD1的阴极通过导线连接。
[0011]还包括正极连接于所述二极管D1的阴极、负极接地的滤波电容EC1。
[0012]所述三极管Q1的基极还连接滤波电容C1。
[0013]所述二极管D3的阴极还连接滤波电容C2。
[0014]所述第一转折点电压和所述第二转折点电压可调。
[0015]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0016]通过验证测试，本技术的辅助自供电电路及其控制方法应用于具有超宽输出电压范围的变压器中后，将Vcc供电分成三段，大大收窄了辅助绕组输出电压的变动范围，实际使用效果稳定可靠，且无需串联稳压器，避免了串联稳压损耗，提高了效率，完全满足能效要求。
附图说明
[0017]图1是传统VCC辅助供电电路；
[0018]图2是本申请一个实施例的低损耗VCC辅助供电电路；
[0019]图3是对一个实施例的充电器(640W的锂电池充电器)进行测试得到的测试结果的折线图。
具体实施方式
[0020]现有设计案例的分析：目前，现有开关电源控制芯片的工作范围一般在12V～28V，最大与最小工作电压差在2倍左右。在现有技术的拓扑的应用中，如果直接使用辅助绕组供电，会导致充电电压不够宽或IC供电电压超出电源芯片的极限工作范围而损坏。为了满足电源芯片在整个输出电压范围内能正常工作，通常的做法是加入线性稳压IC或稳压电路进行降压来满足充电器的正常工作。电源芯片最佳供电范围一般在15～18V，假如我们按电源芯片最低工作电压15V，当充电器输出10V时对应的辅助供电要15V左右，当输出42V时，理论上辅助供电绕组要达到15V*42V/10V＝63V，此时，按最佳损耗设计(串联稳压压降最低)：63V～18V＝45V，也就是说这时候线性稳压器有45V的压降，假如电源芯片正常工作时候需要耗电流20mA，相当于线性稳压器有0.9W损耗，这额外损耗不仅低降低电源的整体效率，这样的线性稳压器也带来温度问题及电源寿命和可靠性问题。所以，如图1所示，直接增加线性稳压器辅助绕组供电电路来满足宽输出电压范围电源方式不是最优的方式，不能达到国家倡导的能效要求。
[0021]本技术的新电路原理：针对充电器用辅助供电方式的电源芯片无法满足超宽输出电压要求，特设计一款线路配合变压器绕组来实现窄范围给电源芯片供电的电路，关键要素如下：在原来辅助绕组的基础上再增加一个绕组，通过两个二极管与新增加的绕组巧妙连接到设计的分立器件串联整流稳压线路中，即可实现三段电压无缝切换。优点是：设计简洁，应用范围宽，能任意调整电压转折点，满足几乎所有用辅助绕组供电充电器的应用，针对市场上常用的充电电池充电1～10节或者1～20节的都能满足，降低了串联损耗，提高了转换效率，安全可靠，避免使用集成稳压IC，电路简单实用。
[0022]下面结合附图2～3和具体的实施方式对本技术作进一步说明，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。
[0023]本申请实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽输出电压范围充电器，其特征在于，包括变压器、变压器VCC辅助绕组和开关器件控制电路；所述变压器、所述变压器VCC辅助绕组和所述开关器件控制电路相互配合，构成第一段绕组直供电电路、第二段稳压供电电路和第三段关闭一个绕组的供电电路，在所述充电器的充电电压达到第一转折点电压之前，所述第一段绕组直供电电路工作；在所述充电器的充电电压超过第二转折点电压时，所述第三段关闭一个绕组的供电电路工作；在所述充电器的充电电压处于所述第一转折点电压和所述第二转折点电压之间时，所述第二段稳压供电电路工作，所述所述第一转折点电压小于所述第二转折点电压。2.如权利要求1所述的超宽输出电压范围充电器，其特征在于，所述变压器VCC辅助绕组包括第一辅助绕组N1和第二辅助绕组N2；所述第一辅助绕组N1的第一端通过依次连接的电阻R1、二极管D1、三极管Q1和二极管D3连接到电压源VCC，所述三极管Q1的基极接地，发射极连接所述二极管D3的阳极，集电极连接所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢庆生，李世锋，肖铿，
申请(专利权)人：惠州市可立克科技有限公司，
类型：新型
国别省市：