法拉电容充电器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种法拉电容充电器，充电器输入端与交流电源间串联有输入取样电阻，充电器输出端与被充法拉电容间串联有输出取样电阻，该输出取样电阻两端接有比较放大器，充电器输入端与高频变压器间串联有场效应管，该场效应管的Ｇ极接脉宽发生器，该脉宽发生器受充电器输入端与比较放大器共同控制，被充法拉电容二端并联有电压转换器，该电压转换器接电流放大比较器。在脉宽发生器与比较放大器间串联有光耦。电压转换器为单片机、集成电压比较器、集成运算放大器或分立元件电路。在不增大充电器功率的前提下，减少充电时间，在把电容充满的前提下，减小平衡电路的功率，可节省充电器的制造成本。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

法拉电容充电器
本技术属于法拉电容充电
，特别是一种法拉电容充电器。技术背景人们在日常工作与生活中经常会使用各种电动器具，传统的电动器具使用的能 源大体有二种，交流电源与蓄电池电源。交流电源使用最普遍，它的优势是电压稳定并 可连续使用，但也存在不足，一是使用场所必需有就近的交流电源，二是电动器具拖有 一根电源线，在有些环境中使用不便，并存有一定的触电安全隐患。使用蓄电池电源可 以克服交流电源的上述不足，但蓄电池必需在使用前充足电，并且充电时间较长，一般 都需数小时，给使用带来不便。因此近来市场出现用法拉电容作为能源的电动器具，法 拉电容是一种电容量较大的电容，充电后能储蓄一定的电能，其特点是1、可以用较大 的电流对之充电，因此充电时间短，一般只需几十秒即可完成充电，克服了蓄电池电源 充电时间较长的缺撼；2、特别环保，从制造过程到废弃物都无污染；3、使用寿命长， 电容的充放电次数可达数十万次，而蓄电池的充放电次数仅有数百次。如何对法拉电 容充电是一项全新的重要技术，法拉电容与传统的电解电容有较大的区别，其单个电容 额定电压值较低，一般只有2.5 2.7V，大多需多个串联使用，以提高工作电压；另外 法拉电容在制造时本身不可避免存在容量、内阻等方面的差异，在使用过程中这种容量 差异会变得更大；在串联充电时容量小的法拉电容先充满，如果继续充电，该法拉电容 将出现过充现象，并击穿法拉电容使之失效。现有的充电技术采用了以下几种方式来克 服法拉电容过充的现象一是采用恒流充电，还未充到法拉电容的额定电压值就停止充 电，其不足之处是，法拉电容存储的能量将大大降低，因为电容上存储的能量是与电压 的二次方成正比；二是采用先恒流后恒压方式，其不足之处是，由于转入恒压充电方式 工作，充电电流将逐步减少，增加了充电时间；三是采用恒流加大功率平衡电路，将多 余的电通过平衡电路短路掉，其不足之处是，随着充电电压的提升，充电器输出功率也 同步增加，另外还大幅度地增加了损耗与发热，提高了制造成本，例如对2.7V法拉电 容用20A电流恒流充电，这时串联使用的每节法拉电容平衡电路的功耗就是2.7VX20A = 54W。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种法拉电容充电器，根据被充电法拉电容上的电 压变化，实时调整对法拉电容进行充电的模式。实现本技术目的的技术解决方案为一种法拉电容充电器，包括充电器输 入端、充电器输出端和高频变压器，充电器输入端与交流电源间串联有输入取样电阻， 充电器输出端与被充法拉电容间串联有输出取样输出电阻，该取样电阻两端连接比较放 大器，充电器输入端与高频变压器间串联有场效应管，该场效应管的G极接脉宽发生 器，该脉宽发生器分别与充电器输入端、比较放大器连接，被充法拉电容两端并联有电压转换器，该电压转换器的输出端接电流放大比较器；电压转换器向比较放大器输出电 平信号，再结合输出取样电阻上的电流压降值，向脉宽发生器输出调制信号；另外，当 输入取样电阻上的电流压降值达到临界值，充电器输入端进入恒流状态，向脉宽发生器 发出调制信号，脉宽发生器控制场效应管的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。本技术与现有技术相比，其显著优点由于采用了大恒流+恒功率+小恒 流的分段充电模式，在不增大充电器功率的前提下，减少充电时间，在把电容充满的前 提下，减小平衡电路的功率，因此在满足充电要求的条件下，可大幅度节省充电器的制 造成本。以下结合附图对本技术作进一步详细描述。附图说明图1是本技术法拉电容充电器的原理框图。图2是在脉宽发生器A3与比较放大器A5间串联有光耦A4的电原理图。在图中Al是充电器输入端，A2是充电器输出端，A3是脉宽发生器，A4是 光耦，A5是比较放大器，Q是场效应管，Rl是输入取样电阻，R2是输出取样电阻，T 是高频变压器，U是电压转换器，C是被充法拉电容，AC220V是交流电源。具体实施方式结合图1，本技术法拉电容充电器，包括充电器输入端Al、充电器输出端 A2和高频变压器T，充电器输入端Al与交流电源间串联有输入取样电阻R1，充电器输 出端A2与被充法拉电容C间串联有输出取样电阻R2，该取样电阻R2两端连接比较放大 器A5，充电器输入端Al与高频变压器T间串联有场效应管Q，该场效应管Q的G极接 脉宽发生器A3，该脉宽发生器A3分别与充电器输入端Al、比较放大器A5连接，被充 法拉电容C两端并联有电压转换器U，该电压转换器U的输出端接电流放大比较器A5 ； 电压转换器U向比较放大器A5输出电平信号，该比较放大器A5再结合输出取样电阻R2 上的电流压降值，向脉宽发生器A3输出调制信号；另外，输入取样电阻Rl上的电流压 降值达到临界值，充电器输入端Al进入恒流状态，向脉宽发生器A3发出调制信号，脉 宽发生器A3控制场效应管Q的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。在图1中，法拉电容充电器以高频变压器T为界，分为充电器输入端Al与充电 器输出端A2，充电器输入端Al与交流电源(AC220V、230V或者其他根据需要的电压) 之间串联有输入取样电阻R1，该输入取样电阻Rl的作用是通过充电器输入端Al控制脉 宽发生器A3，限制充电器的最大输入电流。在充电器输出端A2与被充法拉电容C间串 联有输出取样电阻R2，该输出取样电阻R2两端接有比较放大器A5，在被充法拉电容C 二端并联有电压转换器U，该电压转换器U可以为单片机、集成电压比较器、集成运算 放大器或分立元件电路。通过电压转换器U的AD脚采样，可即时检测到被充法拉电容 C上的电压，依据C上的电压变化，电压转换器U决定比较放大器A5的恒流工作模式， 比较放大器A5再依据输出取样电阻R2上的压降，控制脉宽发生器A3。充电器输入端 Al与高频变压器T间串联有场效应管Q，Q的G极接脉宽发生器A3，场效应管Q的导 通与截止时间比(即占空比)，直接决定充电器的输入功率。下面以实施例来阐述本技术的工作原理。单个被充法拉电容C的额定电压是2.7V，容量是180F，3只串联使用，充满后 电压值为8.1V，充电器额定输出电流为20A，额定输出功率为100W，分为3个充电阶 段第一阶段电压值为0 5V，是大恒流充电阶段，电压转换器U向比较放大器A5 输出高(或低)电平信号，使比较放大器A5在20A恒流状态下工作，该比较放大器A5 再结合输出取样电阻R2上的电流压降值，向脉宽发生器A3输出调制信号，脉宽发生器 A3依据调制信号，发出适当占空比的方波，控制场效应管Q的导通与截止，从而调节充 电器的输入功率。该阶段充电器输出功率从小逐步增大到100W，充电时间约15秒。如 果输出电流大于20A时，输出取样电阻R2上的电流压降值就变大，比较放大器A5输出 的信号发生变化，使脉宽发生器A3输出的方波占空比减小，充电器的输入功率也减小， 直至输出电流不偏离20A，反之亦然。恒流值的大小，可调整输出取样电阻R2、比较放 大器A5、脉宽发生器A3的参数来实现。第二阶段电压值为5 7.5V，是恒功率充电阶段，输入取样电阻Rl上的电流压 降值达到临界值，同时充电器的输出功率为100W，充电器输入端Al进入恒流状态，向 脉宽发生器A3发出调制信号，调节占空比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种法拉电容充电器，包括充电器输入端Ａ１、充电器输出端Ａ２和高频变压器Ｔ，其特征是：充电器输入端Ａ１与交流电源间串联有输入取样电阻Ｒ１，充电器输出端Ａ２与被充法拉电容Ｃ间串联有输出取样电阻Ｒ２，该输出取样电阻Ｒ２两端连接比较放大器Ａ５，充电器输入端Ａ１与高频变压器Ｔ间串联有场效应管Ｑ，该场效应管Ｑ的Ｇ极接脉宽发生器Ａ３，该脉宽发生器Ａ３分别与充电器输入端Ａ１、比较放大器Ａ５连接，被充法拉电容Ｃ两端并联有电压转换器Ｕ，该电压转换器Ｕ的输出端接电流放大比较器Ａ５；电压转换器Ｕ向比较放大器Ａ５输出电平信号，比较放大器Ａ５再结合输出取样电阻Ｒ２上的电流压降值，向脉宽发生器Ａ３输出调制信号；另外，输入取样电阻Ｒ１上的电流压降值达到临界值，充电器输入端Ａ１进入恒流状态，向脉宽发生器Ａ３发出调制信号，脉宽发生器Ａ３控制场效应管Ｑ的导通与截止，从而调节充电器的输入功率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方继尧，葛淇聪，向可为，
申请(专利权)人：南京龙灵机械贸易有限公司，南京西普尔科技实业有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]