一种用于控制共享充电宝充电电压和电流大小的控制系统的制作方法

1.本发明涉及共享充电宝技术领域，具体涉及的是一种用于控制共享充电宝充电电压和电流大小的控制系统。


背景技术：

2.共享充电宝是指企业提供的充电租赁设备，用户使用移动设备扫描设备屏幕上的二维码交付押金，即可租借一个充电宝，充电宝成功归还后，押金可随时提现并退回到用户的账户中。现有的公共场合所(如旅游景区、大型商场、机场、火车站等)放置的共享充电宝租赁设备设施，采用的是将充电宝集中在充电柜的充电宝仓位内的方式。当共享充电宝需要充电时，将其归还到充电柜中，由充电柜为充电宝的蓄电池充电。
3.目前，充电柜中用于对共享充电宝进行充电的充电系统，主要由输入整流滤波模块、逆变模块、输出整流模块三大部分构成，220v市电接入充电柜后，经输入整流滤波模块整流、滤波形成直流电，然后经逆变模块高频变压，形成交流电，最后再经由输出整流滤波模块整流、滤波后，输出需要的电压和电流给共享充电宝的蓄电池充电。在这之中，逆变模块通常采用全桥逆变电路，包含有q1、q2、q3、q4四个功率开关管，四个功率开关管上面均并联有一个电容，通过这个电容，在电路中实现功率开关管的零电压导通和关断。
4.上述充电系统采用的是恒压的充电模式，虽然方式比较简单，而且在充电过程中没有太多的气泡，保证了极板性能不会受太大影响，能耗较低。但其缺点也很明显，就是在充电初期，可能会因为充电电流过大，导致蓄电池由于存在过电流而发生损坏，并且还会因为充电电压选择较小而导致充电花费时间较长，难以适应共享充电宝的租赁应用场景。
5.基于此，有必要在该种充电系统中加入电压电流的控制手段，以实现对共享充电宝稳定、快速的充电需求，从而充分适配共享充电宝的租赁应用场景，提高其使用体验度。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于控制共享充电宝充电电压和电流大小的控制系统，旨在解决现有的充电柜的充电系统难以实现对共享充电宝稳定、快速的充电需求的问题。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种用于控制共享充电宝充电电压和电流大小的控制系统，包括设置在充电柜内的电压电流采样模块、dsp控制模块、驱动模块、电源模块，其中：
9.所述电压电流采样模块用于采集充电柜向共享充电宝蓄电池输出的充电电压和电流信号，并反馈至dsp控制模块，所述dsp控制模块根据反馈的信息控制驱动电路，使其影响充电柜充电系统中的逆变模块，实现控制输出电压电流的大小；所述电源模块用于向电压电流采样模块、dsp控制模块、驱动模块提供工作电源。
10.进一步地，本发明还包括同时与dsp控制模块和电源模块连接的系统保护模块。
11.再进一步地，所述系统保护模块包括均接dsp控制模块的过压欠压保护模块和过
流保护模块。
12.具体地，所述过压欠压保护模块包括型号为sn74lvc1g00dckr的逻辑门芯片，以及型号为lm339n的第一反相器；所述逻辑门芯片的y端口经电阻r6接dsp控制模块，并且经电阻r7接电源模块，同时，电阻r7一端还依次经二极管d8、d9接地；逻辑门芯片的vcc端口接电源模块；所述第一反相器的引脚1、2接逻辑门芯片的a端口，并且第一反相器的引脚2、3之间还串联有电阻r8；引脚5依次经电阻r9、r10接电源模块，并且电阻r10的一端还依次经电阻r12、r14接地；引脚7接引脚4，并经电阻r11接直流母线；引脚6经电阻r13接电阻r14并接地。
13.具体地，所述过流保护模块包括型号为lm339adr的第二反相器，一端接第二反相器引脚5、另一端接地的电容c7，一端接电源模块、另一端接第二反相器引脚2的电阻r16，以及一端接第二反相器引脚4、另一端接地的电阻r17；所述第二反相器引脚2经电阻r15接dsp控制模块；第二反相器引脚4经电阻r18接电源模块，引脚3接电源模块；引脚5经电阻r19接直流母线；电阻r16一端依次经二极管d10、d11接地。
14.具体地，所述驱动模块包括型号为ir2110的驱动芯片，一端接驱动芯片的ho端口、另一端接充电柜充电系统中的逆变模块的电阻r4，一端接驱动芯片的vb端口、另一端接充电柜充电系统中的逆变模块的电容c1，一端接驱动芯片的lo端口、另一端接充电柜充电系统中的逆变模块的电阻r3，接在电阻r4两端的二极管d3，以及接在电阻r3两端的二极管d5；所述驱动芯片的vcc端口、vdd端口、vss端口和vb端口均接电源模块；驱动芯片的hin端口和lin端口均接dsp控制模块。
15.进一步地，所述驱动模块还包括负偏压模块，该负偏压模块包括接在驱动芯片的vs端口和充电柜充电系统中的逆变模块之间且相互并联的电容c2和二极管d4，以及同时接驱动芯片的vcc端口且相互并联并接地的电容c4和二极管d6。
16.再进一步地，所述驱动芯片的vb端口经二极管d7接电源模块。
17.更进一步地，所述驱动芯片的vdd端口和vcc端口之间同时接入相互并联并接地的电容c5、c6。
18.更进一步地，所述驱动芯片的ho端口和vb端口之间串接有相互并联的二极管d1和电阻r2；所述驱动芯片的vcc端口和lo端口之间串接有相互并联的二极管d2和电阻r1。
19.本发明具有以下有益效果：
20.(1)本发明以dsp控制模块为核心，配合电压电流采样模块和驱动模块的设计，采用先恒流后恒压的充电方式，通过采集充电系统输出的电压和电流信息，然后控制驱动模块工作，影响充电柜充电系统中的逆变模块，达到控制输出电压和电流的目的，从而实现对共享充电宝中的蓄电池稳定、快速充电的效果，进而满足共享充电宝的租赁应用场景，提高共享充电宝的使用体验度。
21.(2)本发明所设计的驱动模块，以ir2110驱动芯片为核心进行电路设计，不仅驱动方便，而且电路结构简单；同时，本发明的驱动模块中还设置了负偏压模块，可以很好地避免逆变模块中的功率开关管出现误导通的现象，保护了功率开关管，确保了充电系统电路的正常工作。
22.(3)本发明还设置了系统保护模块，分为过压欠压保护和过流保护，将其与dsp控制模块配合，当充电系统电路出现欠压、过压、过流时，利用过压欠压保护模块和过流保护模块的电路设计及其工作原理，结合dsp控制模块的pdpinta控制，可以自动切断电路，实现
对系统的保护。
23.(4)本发明电路设计合理，性能稳定、可靠，为共享充电宝的充电提供了良好的保障，因此，本发明非常适合应用在与共享充电宝配套的充电柜中。
附图说明
24.图1为本发明-实施例的系统原理框图。
25.图2为本发明-实施例的应用示意图。
26.图3为本发明-实施例中驱动模块的电路原理图。
27.图4为本发明-实施例中欠压过压保护模块的电路原理图。
28.图5为本发明-实施例中过流保护模块的电路原理图。
具体实施方式
29.本发明提供了一种控制系统，用于控制充电柜中充电系统输出的电压和电流大小，以实现共享充电宝稳定、快速充电的目的。下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明。
30.实施例
31.如图1所示，本实施例所述的控制系统，其系统框架上主要由设置在充电柜内的电压电流采样模块、dsp控制模块、驱动模块、电源模块、系统保护模块构成。
32.所述电压电流采样模块用于采集充电柜向共享充电宝蓄电池输出的充电电压和电流信号，并反馈至dsp控制模块，dsp控制模块根据反馈的信息控制驱动电路，使其影响充电柜充电系统中的逆变模块，实现控制输出电压电流的大小，本实施例的应用示例如图2所示。所述的系统保护模块用于保护整体电路。所述的电源模块则用于向电压电流采样模块、dsp控制模块、驱动模块、系统保护模块提供工作电源。本实施例中的dsp控制模块型号采用dsptms320f2812。
33.所述电压电流采样模块包括均与dsp控制模块连接的输出电压采集模块和输出电流采集模块。本实施例中，输出电压采集模块采用霍尔电压传感器实现电压采集，输出电流采集模块霍尔电流传感器实现电流采集。
34.如图3所示，所述的驱动模块包括型号为ir2110的驱动芯片，一端接驱动芯片的ho端口、另一端接充电柜充电系统中的逆变模块的电阻r4，并且电阻r4上还并联有二极管d3，一端接驱动芯片的vb端口、另一端接充电柜充电系统中的逆变模块的电容c1，一端接驱动芯片的lo端口、另一端接充电柜充电系统中的逆变模块的电阻r3，并且电阻r3上还并联有二极管d5，一端接驱动芯片的vcc端口、另一端接地的电容c3，串接在驱动芯片的ho端口和vb端口之间且相互并联的二极管d1和电阻r2，串接在驱动芯片的vcc端口和lo端口之间且相互并联的二极管d2和电阻r1，以及串接在驱动芯片的vdd端口和vcc端口之间且相互并联并接地的电容c5、c6。驱动芯片的vcc端口、vdd端口和vss端口均接电源模块，而vb端口则经二极管d7接电源模块。同时，驱动芯片的hin端口和lin端口均接dsp控制模块。
35.上述电路中，电容c1～c6的容值分别为1uf、100nf、10uf、100nf、100nf、10uf；电阻r1～r5的阻值分别为10k、10k、10k、10k、2k。
36.本实施例设置的驱动模块，以ir2110驱动芯片为核心进行电路设计，不仅驱动方
便，而且电路结构简单。
37.此外，在一些特殊情况下，当逆变模块中的功率开关管关断时，它的集电极和发射极之间的dv/dt会变得很大，这会通过电容向栅极传送电荷，使得栅极电压变大，这个电压通常比逆变模块中功率开关管的栅极开通的最低电压大，导致功率开关管的误导通，严重时会损坏功率开关管，导致电路不能正常工作。因此为了避免这个问题，本实施例中，驱动模块中还设置了负偏压模块，该负偏压模块包括接在驱动芯片的vs端口和充电柜充电系统中的逆变模块之间且相互并联的电容c2和二极管d4，以及同时接驱动芯片的vcc端口且相互并联并接地的电容c4和二极管d6。
38.以图2所示的应用场景为例，当vcc给电源模块供电时，经过电源模块分压后，输入到驱动模块中。上管口q1，电路工作正常时，电容c2保持5v电压不变，这时q1的发射极电压为5v。当驱动芯片的hin端口输入信号为高电平时，ho端口输出20v，q1的栅极电压为15v，大于逆变模块中功率开关管的正常导通电压，此时q1导通；当hin端口输入信号为低电平时，ho端口输出0v，此时q1栅极电压为-5v，电压小于q1的导通电压，使q1负压关断。下管口q2，此时电压通过电阻r5给电容c4充电，充电完毕后，电容c4保持5v电压不变，此时q2的发射极电压为5v。当lin端口输入信号为高电平时，lo端口输出20v，q2的栅极电压为15v，大于逆变模块中功率开关管的正常导通电压，此时q2导通；当lin端口输入信号为低电平时，lo端口输出0v，此时q2栅极电压为-5v，电压小于q2的导通电压，使q2负压关断。
39.所述系统保护模块包括均接dsp控制模块的过压欠压保护模块和过流保护模块。
40.如图4所示，所述的过压欠压保护模块包括型号为sn74lvc1g00dckr的逻辑门芯片，以及型号为lm339n的第一反相器。逻辑门芯片的y端口经电阻r6接dsp控制模块，并且经电阻r7接电源模块，同时，电阻r7一端还依次经二极管d8、d9接地；逻辑门芯片的vcc端口接电源模块。第一反相器的引脚1、2接逻辑门芯片的a端口，并且第一反相器的引脚2、3之间还串联有电阻r8；引脚5依次经电阻r9、r10接电源模块，并且电阻r10的一端还依次经电阻r12、r14接地；引脚7接引脚4，并经电阻r11接直流母线；引脚6经电阻r13接电阻r14并接地。
41.上述电路中，电阻r6～r14的阻值均为1k。
42.以图2所示的应用场景为例，利用上述设计的过压欠压保护模块，直流母线上的电压经电阻r10、r12、r14分压后，将得到一个高电平和低电平。当电路正常工作时，电路输出高电平，经过第一反相器的反相后，变成输出低电平，由于dsp控制模块中的pdpinta对高电平有效，因此不会触发电路保护。而当电压出现过压或者欠压时，第一反相器会输出一个低电平，经反相后，输出高电平，此时，dsp控制模块响应，会自动切断电路，从而达到保护电路的目的。
43.如图5所示，所述的过流保护模块包括型号为lm339adr的第二反相器，一端接第二反相器引脚5、另一端接地的电容c7，一端接电源模块、另一端接第二反相器引脚2的电阻r16，以及一端接第二反相器引脚4、另一端接地的电阻r17。第二反相器引脚2经电阻r15接dsp控制模块；第二反相器引脚4经电阻r18接电源模块，引脚3接电源模块；引脚5经电阻r19接直流母线；电阻r16一端依次经二极管d10、d11接地。
44.上述电路中，电阻r15～r19的阻值均为1k，电容c7的容值为0.1uf。
45.以图2所示的应用场景为例，利用上述设计的过流保护模块，当电阻r19分压后得到的电压小于检测电流产生的电压时，经过第二反相器的反相后，输出低电平，由于dsp控
制模块中的pdpinta对高电平有效，因此不会触发电路保护。当r19分压后得到的电压大于检测电流产生的电压时，经过第二反相器的反相后，输出高电平，此时，dsp控制模块响应，系统自动中断，保护电路的安全。
46.本发明以dsp控制模块为核心，配合电压电流采样模块和驱动模块的设计，实现了控制充电系统的输出电压和电流的目的，从而实现对共享充电宝中的蓄电池稳定、快速充电的效果，进而满足共享充电宝的租赁应用场景。同时，本发明还通过dsp控制模块配合系统保护模块的设计，实现了系统保护的功能，确保了整体系统良好、可靠的运行。
47.上述所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做出适配性的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的保护范围。