专利名称：安时计逆变充电综合仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种蓄电池用充放电装置，具体地说是涉及蓄电池 放电容量检测及放电逆变为正弦电源的充电控制装置。
背景技术：
目前，市场上销售的蓄电池放电仪(或称安时表)、充电器，大多数是独 立的装置，使用不方便。放电仪用大功率固定电阻或灯泡做负载，并用电压 表、电流表检测其端电压和电流。放电仪不足之处有三 一是由于发热或发 光浪费电能；二是不能准确的检测蓄电池的容量；三是在没有充分放电情况 下就开始充电，特别对于有"记忆效应"的蓄电池，经反复多次充放电的垒 积效应会产生"一充就满， 一用就完"的现象或者是过发热现象。而逆变电 源常用方波发生器，缺点是谐波分量高，启动应力大，易使负载发热或损坏。 而由变压器降压，二极管整流和控制线路构成的充电器，由于蓄电池会产生
极化现象而导至气化率高，致使充电器充电电量不足，易老化。 发明内容
本实用新型的发明目的在于克服现有技术中的不足，提供一套集 容量检测、逆变电源、快速充电于一体，具有功能完善，使用方便，使 用寿命长，制造成本低廉的安时计逆变充电综合仪。
该综合仪能准确地检测蓄电池的容量(安时)，做到完全放电和充 电，达到"放电终止电压"时，立即停止放电，防止蓄电池因过放电而 损坏；该综合仪还能自动将所放电能转换成纯正弦电源，作为充电电源
或其他用电源；其充电电路采用UC3906蓄电池专用控制集成电路，能 提供三种充电逻辑状态控制和最佳充电所需的控制和检测功能，使之达 到最佳的充电效果。
本实用新型的发明目的是通过实施下述技术方案来实现的 一种安时计逆变充电综合仪，由机壳内装有的蓄电池容量检测电
路、正弦逆变电路和蓄电池充电电路组成，其特征在于
所述蓄电池容量检测电路，由放电蓄电池、通过开关K1与该蓄电 池正极端连接的比较自锁控制电路、分别与该比较自锁控制电路两输出 端连接的定时器电路和报警电路所组成；
所述正弦逆变电路，由放电蓄电池、通过开关K1和继电器触点J-l 与该放电蓄电池正极端连接的正弦逆变器、与继电器触点J-l和正弦逆 变器的输出端连接的功率放大器电路、与功率放大器电路输出端连接的 升压变压器、与升压变压器输出端连接的正弦解调电路、与正弦解调电 路连接的220V正弦交流输出电路、以及分别与正弦逆变器输入端和 220V正弦交流输出电路连接的交流负反馈电路所组成；
所述蓄电池充电电路，由与220V正弦交流输出电路连接的降压整 流电路、与该降压整流电路输出端连接的充电电路、以及与该充电电路 的输出端连接的被充电蓄电池所组成。
本实用新型与现有技术相比有如下优点
(1) 本实用新型蓄电池容量(Ah)检测准确，并且能做到完全放电 和防止过放电。
(2) 本实用新型由于将放电检测、逆变正弦、智能充电三大部分有机
的结合成一体，使电路工作可靠，使用方便，且易于制作。
(3) 本实用新型由于将蓄电池放电能耗转换成纯正弦波电源，用于充 电或做其它电源，因而节约了能源，效益显著。
(4) 本实用新型由于具有电池三种充电逻辑状态控制和检测功能， 使充电效果更好。
(5) 本实用新型制造成本低廉，易于维护。 附圉说明
图1是本实用新型安时计逆变充电综合仪原理电路方框图 图2是本实用新型安时计逆变充电综合仪实施电路原理图 图3是图2实施电路中的蓄电池充电电路原理图
图中标记l为放电蓄电池，2为定时器电路，3为比较自锁控制电路，
4为报警电路，5为正弦逆变器，6为功率放大器电路，7为升压变压器，
8为正弦解调电路，9为正弦交流输出电路，10为降压整流器电路，11为
充电电路，12为被充电蓄电池，13为交流负反饿电路；H为校时按键， M为校分按键，S表示秒信号输出，Kl表示直流开关，K2表示市电开关。
具体实施方式
一种安时计逆变充电综合仪，由机壳内装有的蓄电池容量检测电 路、正弦逆变电路和蓄电池充电电路组成。其中-
蓄电池容量检測电路，由放电蓄电池l、通过开关K1与该蓄电池1 正极端连接的比较自锁控制电路3、分别与比较自锁控制电路3两输出
端连接的定时器电路2和报警电路4所组成。
正弦逆变电路，由放电蓄电池1、通过开关Kl和继电器触点J-l与 该放电蓄电池1正极端连接的正弦逆变器5、与继电器触点J-l和正弦 逆变器5的输出端连接的功率放大器电路6、与功率放大器电路6输出 端连接的升压变压器7、与升压变压器7输出端连接的正弦解调电路8、 与正弦解调电路8连接的220V正弦交流输出电路9、以及分别与正弦 逆变器5输入端和220V正弦交流输出电路9的输出端相连接的交流负 反馈电路13所组成。
蓄电池充电电路，由与220V正弦交流输出电路9连接的降压整流 电路IO、与该降压整流电路IO输出端连接的充电电路11、以及与该充 电电路11的输出端连接的被充电蓄电池12所组成。
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。 1)蓄电池容量检测电路
蓄电池生产厂家较多，其电气技术条件基本相同，常用标称电压 和容量(Ah)表示。如何确定电池的容量，特别是旧蓄电池的剩余容量， 是生产厂家、维修部门首先要解决的问题。根据蓄电池放电曲线(即公 认的安培小时规则)，将蓄电池对固定负载(选恰当的放电电流)进行 放电，然后记录蓄电池端电压下降到充许值时的时间，该时间与放电电 流的乘积即为该电池的容量Ah。本检测电路就是利用这一原理设计而 成。
在图2电路中，当开关K1闭合时，放电蓄电池1的电压E1经二极 管D2、 IC1稳压电路供电，IC1的输出(+15V)给后级电路供电。此时继
电器吸合，蓄电池端电压经继电器触点J-l对负载(逆变电路和充电电路)
放电，同时由IC11和四位LED组成的定时器开始记时。电路的详细工 作过程如下
二极管D2的作用是防止蓄电池1电压极性误接的隔离二极管，只 有蓄电池1的极性接线正确时，电路才能正常工作。运放IC2(LM2904) 是一种双运放，其中IC2-A与外围元件构成比较器。比较器的同相端③ 脚外置参考电压，该参考电压由R3、 R5的分压器组成，由图中取值可 知，该参考电压为+7.5V。 IC2-A的反相端②脚，外接与蓄电池l端电压 连接的取样电路。该取样电路也是一种取自蓄电池l端电压的分压器， 即由RVR2R4组成。开关K1接通时，蓄电池1电压高，此时比较器的 反相端②脚电压高于同相端③脚电压，所以其输出端①脚为低电平，三 极管Q1管为隔离缓冲级，此时处于截止状态，而Q2管处于饱和导通， 继电器J工作其触点J-l闭合，蓄电池l对负载放电。
由运放IC2-B、 Q3和蜂鸣器Bell组成报警电路，其IC2-B与IC2-A 的工作原理和供电方式相同，它也是比较器。在蓄电池l端电压放电期 间，IC2-B输出端Q)脚为低电平，三极管Q3截止，蜂鸣器Bdl不工作。
当蓄电池1放电其端电压下降到31.5V(可根据不同标称电压蓄电池 进行设置)时，调节电位器RV使IC2-A反相端②脚电压刚好低于7.5V， 则该比较器的同相端Q脚电压高于反相端②脚电压，此时IC2-A输出端 (D脚为高电平，使Q1管饱和导通而Q2管截止，则继电器J释放其触点 J-l断开，放电终止(该调节步骤实际由可调电源核准，无需在蓄电池放 电过程中调节)。
由于IC2-A①脚已输出高电平，该高电平通过二极管D3加在IC2-A 的同相端③脚，使比较器IC2-A自锁。该自锁高电平又加在IC2-B的同 相端⑤脚，使比较器IC2-B翻转，其输出端 脚输出高电平，同时Q3 管导通，蜂鸣器发出叫声，提醒操作者査看此时的LED记录的放电时间。
在IC2-A比较器电路中，有一电解电容C3，该电容器十分重要，其 作用是在开关K1闭合时，防止比较器的同相端与反相端开机时竞争比 较而导致电路开机产生不稳定现象。有C3存在时K1 一但闭合，IC2-A 同相端瞬间电压为零，IC2-A①脚必然输出低电平，从而使蓄电池1放 电正常工作。
时钟电路，由四块CL102、四个2输入端与门集成电路CC4081、 以及外围元件组成的数字钟电路。CL102采用集计数、寄存、BCD码输 出、译码、驱动、显示等多功能于一身的CMOS固体集成电路，它使设 计和制造更为简单方便。在本数字电路中，由于分个位，时个位是逢十 进位，故它们的进位可直接由位进位向高电位输出。因进位输出的是下 降沿脉冲信号，故必须与高一位的下降沿计数输入端相连。而分十位是 逢六进位，故它的进位要用CL102的BCD码输出，并使用具有两个输 入端的与门来控制进位。分十位用了一个与门IC11-A输出高电平，这 个高电平有两个作用， 一是作为进位信号，使时个位加1，另一个作用 是使分十位清零。两个作用合起来，实现每计时到60分就进位1小时。 时十位要实现二十四进位(或十二进位)，即当十位为2且个位为4的 时候，发出信号，使四位显示全部清零。为此，与门IC11-B的两个输 入端，一个来自十位代码输出(OOIO)，另一个来自个位代码输出(0100)，
即只有计时到二十四小时那一时刻，与门IC11-B才开门输出高电平。 这个上升脉冲经RC积分电路同与门IC11-C构成延迟电路后，连接到十 位与个位的复位端R，从而实现二十四小时的清零目的。
为了校对时间，分别用了H"校时"，M"校分"二个按键，按下"H" 或者"M"键，秒脉冲将直接进入时个位或者分个位的显示单元，使时 或分以每秒一个字的速度显示，当变到应显示分时或分的数字时，将按 键松开，时或分就被校对好。
电路中秒脉冲由555电路构成多谐振荡器提供，由于该电路简单公 知，原理图中未标出。时钟电路由IC3LM7805三端稳压集成电路供电。 2)正弦逆变电路
本电路由纯正弦逆变模块、功率放大器、以及外围元件组成纯正弦 波电源。它克服了方波逆变器谐波分量高，启动应力大，易使负载发热 与损坏的缺点。IC5为75F20044B,它集精密函数电路、三角波发生器、 SPWM电路及死区电路、延时电路、保护电路，电流负反馈电路、小功 率功放电路于一体。通过与大功率D类功放后级配合，其输出50Hz的 误差率约千分之一，足可与市电媲美，甚至胜过市电的正弦波逆变器。
从图2中可以看出，它主要分二大部分， 一是DC-AC电路，即把 36VDC变为220VAC (调制波)；二是正弦波解调电路，即通过LC电路 将DC-AC电路输出调制波中的正弦分量解调出来，稍作处理，就得到 所需的纯正弦波电源。图2中所示的逆变模块的信号直接驱动低压大功 率场效应管，通过Q5、 Q6组成的推挽功放电路， 一正一负的强力SPWM (即正弦脉宽调制)信号直接推动工频变压器T2，通过该变压器的升压，
电感、电容的平滑滤波，得到一组纯正弦波电源。该电压的稳定，采用
了电压负反馈，这是因为蓄电池的36VDC电压自身不具稳压功能。其 二，逆变器用低压供电时，场效应管的工作电流太大，压降相对较高， 光靠电流反馈不能很好稳压，这就要使用电压隔离反馈技术，通过工频 变压比例取样后，接电压变化的信号通过运放计算后，再反馈到IC5中， 从而使交流输出电压稳压。 3)蓄电池充电电路
本电路由UC3906蓄电池专用控制集成电路，大功率调整管Q4以 及外围元件组成快速充电电路。其电路图见图3所示。图3中的R17、 R18和R20组成的电阻分压器，用以检测被充电蓄电池E2的电压，通
过与精确参考电压(VREF)相比较来确定浮充电电压、过充电电压和涓电
流充电的阀值电压。
UC3906内部包括了实现蓄电池最佳充电控制所需的全部电路，它 可以根据蓄电池要求控制充电器的输出电压和电流，实现恒流快速充电 状态。在充电过程中UC3906内部基准电压随电压温度特性而变化，三 种充电状态的转换电压也随之而变。这样在很宽的温度范围内，被充电 蓄电池E2可达到最佳充电状态。
图3中经D5 D8全桥整流后的43~44V脉动直流电压，使串联调整 管Q4导通，改变R15电流取样电阻的阻值，充电电流可以改变。在恒 流快速充电状态下，充电电流保持不变，蓄电池E2的电压逐渐升高。 当其电压达到过充电电压Uoc的95% (即41.8V)时，蓄电池E2转入 过充电状态，充电电流开始下降。当其充电电流下降到过充电终止电流IocT(其值为最大充电电流的1A0)时，蓄电池充电电流检测放大器输出信
号加到过充电终止控制引脚⑧电平变高，充电电路自动转入浮充电，并
且维持充电蓄电池E2电压为浮充电压VF。这时如果蓄电池E2加上放 电负载，开始以lMAX的电流放电，当蓄电池E2的放电电压低于浮充电 压Vp的90。/。时，充电电路开始为蓄电池E2充电，开始一个新的电流充 电工作周期，就这样电路周而复始的按大电流快速充电状态，过充电状 态和浮充电状态三种工作状态进行充电，直至蓄电池E2的电压充足。 4) UC3906集成电路
UC3906是蓄电池专用控制集成电路，能提供电池的三种充电逻辑状 态(大电流充电、可控过充电和浮充电)控制，能使充电器的充电电压 随蓄电池电压温度系数的变化而变化，从而使蓄电池在很宽的温度范围 内都能达到最佳充电状态(如蓄电池容量和使用寿命)，可以分别对充 电电流，充电电压(通过电压控制环、电流控制环两个控制环路)实现 控制，使电路静态功耗低(静态工作电流典型值为1.6mA)。
UC3906的内部结构框图如图4所示。它含有独立的电压控制电路和限 流放大器，可以控制UC3906内部驱动器的输出，从而达到控制充电电流 大小的目的。驱动器的输出电流可达25mA,可以直接驱动外接串联调 整管，从而调整充电器的输出电压和输出电流。UC3906内部电压和电流 检测比较器用于检测蓄电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的相 应输出信号。
各引脚控制功能如下 C/S0UT引脚1:充电电流控制环路的充电电流检测放大器的输出引脚。
C/S" — "引脚2:充电电流检测放大器的充电电流检测反相信号输入引 脚。
C/S " + "引脚3:充电电流检测放大器的充电电流检测同相信号输入引 脚。
C/L引脚4:充电电流限电流放大器的反相检测信号输入引脚。
+VIN引脚5: UC3906的供电输入引脚。 GND引脚6: UC3906的接地引脚。
POWER-INDICATE引脚7:充电器电路的电源指示引脚。
OVER- CHARGE- TERMINATE引脚8:电池过充电终止控制信号输入引脚。
OVER- CHARGE- INDICATE引脚9:电池过充电指示控制信号输出引 脚。
STATE LEVEL CONTROL引脚10:充电器电池充电状态电平控制信 号输出引脚。
TRICKLEBIAS引脚lh充电能使比较器输出涓电流的充电偏置控制信 号输出引脚。
CHARGE ENABLE引脚12:充电能使比较器的控制信号输入引脚。 VOLTAGE SENSE引脚13:充电电压控制环路的充电电压检测放大器 的控制信号输入引脚。
COMPENSATION引脚14:补偿元件接入引脚。
DRIVER SOURCE引脚15:驱动放大器的发射极输出引脚。
DRIVER SINK引脚16:驱动放大器的集电极输出引脚。
权利要求1、一种安时计逆变充电综合仪，由机壳内装有的蓄电池容量检测电路、正弦逆变电路和蓄电池充电电路组成，其特征在于所述蓄电池容量检测电路，由放电蓄电池(1)、通过开关K1与该蓄电池(1)正极端连接的比较自锁控制电路(3)、分别与比较自锁控制电路(3)两输出端连接的定时器电路(2)和报警电路(4)所组成；所述正弦逆变电路，由放电蓄电池(1)、通过开关K1和继电器触点J-1与该放电蓄电池(1)正极端连接的正弦逆变器(5)、与继电器触点J-1和正弦逆变器(5)的输出端连接的功率放大器电路(6)、与功率放大器电路(6)输出端连接的升压变压器(7)、与升压变压器(7)输出端连接的正弦解调电路(8)、与正弦解调电路(8)连接的220V正弦交流输出电路(9)、以及分别与正弦逆变器输入端和220V正弦交流输出电路(9)连接的交流负反馈电路(13)所组成；所述蓄电池充电电路，由与220V正弦交流输出电路(9)连接的降压整流电路(10)、与降压整流电路(10)输出端连接的充电电路(11)、以及与充电电路(11)输出端连接的被充电蓄电池(12)所组成。
专利摘要本实用新型公开了一种安时计逆变充电综合仪，由机壳内装有的蓄电池容量检测电路、正弦逆变电路和蓄电池充电电路组成，其特征在于蓄电池容量检测电路由放电蓄电池、比较自锁控制电路、定时器电路和报警电路组成；正弦逆变电路由放电蓄电池、正弦逆变器、功率放大器电路、升压变压器、正弦解调电路、220V正弦交流输出电路、以及分别与正弦逆变器和220V正弦交流电路连接的交流负反馈电路组成；蓄电池充电电路由与220V正弦交流电路连接的降压整流电路、充电电路和被充电蓄电池组成。本实用新型集容量检测、逆变电源、快速充电于一体，具有功能完善，操作方便，使用寿命长，制造成本低廉的突出优点。
文档编号G01R31/36GK201001043SQ200520034050
公开日2008年1月2日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者杨明和, 黄昌志 申请人:杨明和