CN103715748A - 锂电池充电电路 - Google Patents

Abstract

一种锂电池充电电路，包括电源模块、充电控制模块、变电模块、整流滤波模块、反馈模块、电流检测模块和采样比较模块；上述锂电池充电电路在采集到第二次级模块输出电压高于额定值，或者是电源模块的输出电压变高时，此时采样比较模块控制充电控制模块的输入端电流减小，进而充电控制模块控制变电模块的输出电压减小。在充电控制模块的输入端电流高于额定值时，采样比较模块的输出端电流减小，进而控制充电控制模块断开，从而变电模块不输出电压，锂电池充电电路停止对所述锂电池充电。因此，上述锂电池充电电路能够在过流、过载、开路和短路时对锂电池进行保护，从而避免电路出现异常对锂电池造成损害，所以能够提高锂电池的使用寿命。

Description

锂电池充电电路

技术领域

本发明涉及充电电路，特别是涉及一种过流、过载、开路和短路保护的锂电池充电电路。

背景技术

目前便携式设备已渗入到日常工作生活的各个方面，手机、平板电脑、数码照相机、各种手持式设备等等。而这些便携式设备一般采用环保、高容量、小体积、无记忆效应、寿命长、高低温性能好的锂电池供电。由于大部分锂电池充电器因其造价低廉，电路设计相对简单，因而在电路出现异常时，会对正在充电的锂电池造成损害。因此，不仅无法达到最优充电效果，而且还会缩短锂电池的使用寿命。

发明内容

基于此，提供一种对电路异常进行保护的锂电池充电电路。

一种锂电池充电电路，包括电源模块、充电控制模块、变电模块、整流滤波模块及反馈模块，还包括电流检测模块和采样比较模块；

所述电源模块用于输出直流电源给所述充电控制模块、所述变电模块、所述反馈模块、所述电流检测模块及所述采样比较模块供电；

所述充电控制模块包括控制端、输出端和输入端；所述变电模块包括第一输入端、第二输入端、第一次级模块和第二次级模块，所述第一次级模块包括第一输出端和第二输出端，所述第二次级模块包括第一输出端和第二输出端；所述反馈模块包括输入端和输出端；所述电流检测模块包括输入端和输出端；所述采样比较模块包括采样端、控制端、输出端和接地端；

所述电源模块的输出端与所述变电模块的第一输入端连接，所述充电控制模块的控制端与所述电源模块的输出端和所述变电模块的第一输入端的公共端连接，所述充电控制端模块的输入端与所述变电模块的第二输入端连接，所述充电控制模块的输出端与所述采样比较模块的控制端连接；

所述整流滤波模块包括第一整流滤波模块和第二整流滤波模块；所述第一次级模块与所述第一整流滤波模块连接后用于给所述锂电池充电；

所述第二整流滤波模块包括第一输入端、第二输入端和接地端，所述第二整流模块的第一输入端与所述第二次级模块的第一输出端连接，所述第二整流滤波模块的第二输入端与所述第二次级模块的第二输出端连接，所述采样比较模块的采样端与所述第二次级模块的第二输出端和所述第二整流滤波模块的第二输入端的公共端连接；所述第二整流滤波模块的接地端接地；

所述反馈模块的输入端与所述第二次级模块的第一输出端和所述第二整流滤波模块的第一输入端的公共端连接，所述反馈模块的输出端与所述采样比较模块的输出端连接，所述采样比较模块的输出端和所述反馈模块的输出端的公共端与所述充电控制模块的控制端连接；

所述电流检测模块的输入端与所述充电控制模块的输出端和所述采样比较模块的控制端的公共端连接，所述电流检测模块的输出端接地；

所述反馈模块用于将所述第二次级模块的输出电压反馈给所述充电控制模块，使所述充电控制模块工作在高频振荡状态；

所述采样比较模块在采样到第二次级模块的输出电压高于额定值时，所述采样比较模块控制所述充电控制模块的输入端电流减小，所述充电控制模块控制所述变电模块的第一次级模块和第二次级模块的输出电压降低至额定值以下；

所述充电控制模块的输入端电流高于额定值时，所述电流检测模块控制所述采样比较模块输出端的电流减小，进而所述充电控制模块的控制端电流减小，所述充电控制模块断开，所述锂电池充电电路停止对所述锂电池充电。

在其中一个实施例中，所述电源模块包括依次串联的电磁干扰模块、滤波模块、整流模块，所述整流模块的输出端接所述电源模块的输出端，所述电源模块用于输出的直流电压。

在其中一个实施例中，所述充电控制模块包括三极管Q1，所述三极管Q1的基极为所述充电控制模块的控制端，所述三极管Q1的集电极为所述充电控制模块的输入端，所述三极管Q1的发射极接所述充电控制模块的输出端。

在其中一个实施例中，所述电流检测模块包括电流检测电阻R3，所述电流检测电阻R3与所述充电控制模块的输出端连接的一端为所述电流检测模块的输入端，另一端接所述电流检测模块的输出端。

在其中一个实施例中，所述反馈模块包括电阻R6和电容C4，所述电阻R6和电容C4串联于所述第二次级模块的第一输出端和所述充电控制模块的控制端之间。

在其中一个实施例中，所述采样比较模块包括稳压二极管ZD1和三极管Q2，所述稳压二极管ZD1的正极与所述三极管Q2的基极连接，所述稳压二极管ZD1的负极为所述采样比较模块的采样端，所述三极管Q2的发射极为所述采样比较模块的接地端，所述三极管Q2的集电极为所述采样比较模块的输出端，所述稳压二极管ZD1和三极管Q2的公共端为所述采样比较模块的控制端。

在其中一个实施例中，所述第一整流滤波模块包括电解电容C5和二极管D3，所述电解电容C5和二极管D3串联，所述电解电容C5的正极与所述第一次级模块的第一输出端连接，所述二极管D3的负极与所述第一次级模块的第二输出端连接；

所述第二整流滤波模块包括电解电容C3和二极管D4，所述电解电容C3和二极管D4串联，所述电解电容C3的正极与所述第二次级模块的第二输出端连接，所述二极管D4的负极与所述第二次级模块的第一输出端连接，所述电解电容C3和二极管D4的公共端接地。

在其中一个实施例中，还包括高压保护模块，所述高压保护模块包括电容C2、电阻R2和二极管D1，所述电阻R2和二极管D1串联后并联于所述变电模块的第一输入端和第二输入端之间，所述电容C2与所述电阻R2并联。

在其中一个实施例中，还包括充电指示模块包括电阻R5和发光二极管D2，所述电阻R5和发光二极管D2串联后并联于所述第一整流滤波模块的输出端之间。

在其中一个实施例中，还包括分压电阻R1和分压电阻R4，所述分压电阻R1串联与所述电源模块的输出端与所述充电控制模块的控制端之间；

所述分压电阻R4串联于所述电流检测模块的输入端与所述采样比较模块的控制端之间。

上述锂电池充电电路中的用于采样第二次级模块输出电压的采样比较模块，在采集到第二次级模块输出电压高于额定值即锂电池充电电路处于开路状态时，或者是电源模块的输出电压变高时，此时采样比较模块控制充电控制模块的输入端电流减小，进而充电控制模块控制变电模块的输出电压减小。在充电控制模块的输入端电流高于额定值时，即锂电池充电电路处于过流、过载和短路状态时，采样比较模块的输出端电流减小，进而控制充电控制模块断开，从而受充电控制模块控制的变电模块不输出电压，锂电池充电电路停止对所述锂电池充电。因此，上述锂电池充电电路能够在过流、过载、开路和短路等异常情况时对锂电池进行保护，从而避免电路出现异常对锂电池造成损害，所以能够提高锂电池的使用寿命。

附图说明

图1为锂电池充电电路的模块图；

图2为锂电池充电电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，为锂电池充电电路的模块图。

一种锂电池充电电路，包括电源模块101、充电控制模块103、变电模块105、整流滤波模块107及反馈模块109，还包括电流检测模块111和采样比较模块113。

电源模块101用于输出直流电源给充电控制模块103、变电模块105、整流滤波模块107、反馈模块109、电流检测模块111及采样比较模块113供电。

充电控制模块103包括控制端、输出端和输入端；变电模块105包括第一输入端、第二输入端、第一次级模块和第二次级模块，第一次级模块包括第一输出端和第二输出端，第二次级模块包括第一输出端和第二输出端；反馈模块109包括输入端和输出端；电流检测模块113包括输入端和输出端；采样比较模块111包括采样端、控制端、输出端和接地端。

电源模块101的输出端与变电模块105的第一输入端连接，充电控制模块103的控制端与电源模块101的输出端和变电模块105的第一输入端的公共端连接，充电控制端模块103的输入端与变电模块105的第二输入端连接，充电控制模块103的输出端与采样比较模块111的控制端连接。

整流滤波模块107包括第一整流滤波模块1071和第二整流滤波模块1072；第一次级模块与第一整流滤波模块1071连接后用于给锂电池充电。

第二整流滤波模块1072包括第一输入端、第二输入端和接地端，第二整流模块1072的第一输入端与第二次级模块的第一输出端连接，第二整流滤波模块1072的第二输入端与第二次级模块的第二输出端连接，采样比较模块111的采样端与第二次级模块的第二输出端和第二整流滤波模块1072的第二输入端的公共端连接；第二整流滤波模块1072的接地端接地。

反馈模块109的输入端与第二次级模块的第一输出端和第二整流滤波模块1072的第一输入端的公共端连接，反馈模块109的输出端与采样比较模块111的输出端连接，采样比较模块111的输出端和反馈模块109的输出端的公共端与充电控制模块103的控制端连接。

电流检测模块113的输入端与充电控制模块103的输出端和采样比较模块111的控制端的公共端连接，电流检测模块113的输出端接地。

反馈模块109用于将第二次级模块的输出电压反馈给充电控制模块103，使充电控制模块103工作在高频振荡状态。

采样比较模块111在采样到第二次级模块的输出电压高于额定值时，采样比较模块111控制充电控制模块103的输入端电流减小，充电控制模块103控制变电模块105的第一次级模块和第二次级模块的输出电压降低至额定值以下。

充电控制模块103的输入端电流高于额定值时，电流检测模块113控制采样比较模块111输出端的电流减小，进而充电控制模块103的控制端电流减小，充电控制模块103断开，锂电池充电电路停止对锂电池充电。

充电控制模块103用于控制变电模块105的输出电压。在锂电池充电电路正常工作时，充电控制模块103控制变电模块105输出稳定的压降，使得充电器的充电电压恒定。在锂电池充电电路处于过流、过载或者短路时，充电控制模块103根据采样比较模块111的输出电流控制自身断开，从而使得变电模块105开路，锂电池充电电路不输出充电电压，即停止对锂电池充电。

变电模块105用于将高压电压转换成两个大小相等的电压，分别作为锂电池的充电电压和反馈电压。

整流滤波模块107用于对变电模块105的输出电压进行整流和滤波。

反馈模块109用于将第二次级模块的输出电压反馈给充电控制模块103，优选地，第二次级模块的输出电压与第一次级模块的输出电压相等，因此，反馈模块109将第二次级模块的输出电压反馈给充电控制模块103。充电控制模块103根据反馈的电压控制变电模块105的输出电压，使得变压模块105的输出电压处于额定值附近。

采样比较模块111用于采样第二次级模块的输出电压，在采样的输出电压高于额定电压时，采样比较模块111将采样的电压进行转换并通过与充电控制模块103的控制端连接的输出端输出给充电控制模块103，充电控制模块103控制端的电流减小，因此，充电控制模块103的输入端电流减小，即充电控制模块103的负载能力变小，相应地，变电模块105的输出电压减小。从而达到由采样比较模块111采样输出电压，反馈给充电控制模块103，由充电控制模块103控制变电模块105的输出电压减小。

对应地，采样比较模块111采样的输出电压低于额定电压时。采样比较模块111截止，采样比较模块111不对充电控制模块103作用，因此，充电控制模块103的负载能力增强，输出电压又会升高。因此，采样比较模块111能够使得锂电池充电电路处于稳压状态。

电流检测模块113用于在充电控制模块103的输出端产生较高的压降。在锂电池充电电路出现过流、过载或短路时，在充电控制模块103的输入端产生较高的电流，而与充电控制模块103的输出端连接的电流检测模块113因此会产生较高的压降。电流检测模块113产生的较高压降使得采样比较模块111处于饱和导通状态，因此，充电控制模块103的控制端接收到采样比较模块111处于状态的信号时会截止，从而锂电池充电电路停止充电。

请结合图2。

电源模块101包括依次串联的电磁干扰模块、滤波模块、整流模块，整流模块的输出端接电源模块101的输出端，电源模块101用于输出300V的直流电压。具体地，电磁干扰模块包括保险丝FUSE1、电解电容CX1和隔离变压器，滤波模块包括电解电容CX2、电容C1、电容CY1和电容CY2，整流模块为整流桥BD1。电源模块101用于将三相的220V市电转换为300V在直流电压。

充电控制模块103包括三极管Q1，三极管Q1的基极为充电控制模块103的控制端，三极管Q1的集电极为充电控制模块103的输入端，三极管Q1的发射极接充电控制模块103的输出端。

变电模块105为变电器T1，变电器T1的初级线圈的两输入端分别为变电模块105的第一输入端和第二输入端，变电器T1包括两个次级线圈，分别为变电模块105的第一次级模块和第二次级模块。次级线圈包括两个输出端。

第一整流滤波模块1071包括电解电容C5和二极管D3，电解电容C5和二极管D3串联，电解电容C5的正极与第一次级模块的第一输出端连接，二极管D3的负极与第一次级模块的第二输出端连接；

第二整流滤波模块1072包括电解电容C3和二极管D4，电解电容C3和二极管D4串联，电解电容C3的正极与第二次级模块的第二输出端连接，二极管D4的负极与第二次级模块的第一输出端连接，电解电容C3和二极管D4的公共端接地。

反馈模块109包括电阻R6和电容C4，电阻R6和电容C4串联于第二次级模块的第一输出端和充电控制模块103的控制端之间。

采样比较模块111包括稳压二极管ZD1和三极管Q2，稳压二极管ZD1的正极与三极管Q2的基极连接，稳压二极管ZD1的负极为采样比较模块111的采样端，三极管Q2的发射极为采样比较模块11的接地端，三极管Q2的集电极为采样比较模块111的输出端，稳压二极管ZD1和三极管Q2的公共端为采样比较模块111的控制端。

电流检测模块113包括电流检测电阻R3，电流检测电阻R3与充电控制模块103的输出端连接的一端为电流检测模块113的输入端，另一端接电流检测模块113的输出端。

锂电池充电电路还包括高压保护模块115，高压保护模块115包括电容C2、电阻R2和二极管D1，电阻R2和二极管D1串联后并联于变电模块105的第一输入端和第二输入端之间，电容C2与电阻R2并联。

在三极管Q1截止时，三极管Q1的集电极会产生很高的感应电压，具体地，感应电压会高达1000V以上，这样的感应高压会使三极管Q1击穿损坏。因此，在三极管的集电极和电源模块101的输出端之间串联高压保护模块115后，感应高压通过二极管D1对电容C2充电，而电容C2充电后又可以立即通过电阻R2放电，从而吸收感应高压，达到保护三极管Q1的目的。

锂电池充电电路还包括充电指示模块117，充电指示电路117包括电阻R5和发光二极管D2，电阻R5和发光二极管D2串联后并联于第一整流滤波模块1071的输出端之间。在锂电池充电电路正常工作时，发光二极管D1点亮。

锂电池充电电路还包括分压电阻R1和分压电阻R4，分压电阻R1串联与电源模块101的输出端与充电控制模块103的控制端之间。

分压电阻R4串联于电流检测模块113的输入端与采样比较模块111的控制端之间。

基于上述所有实施例，锂电池充电电路的工作原理如下：220V的市电经由电源模块101的转换后，由电源模块101输出300V的直流电压。即变电模块105的初级输入300V的直流电压，并由第一初级模块输出、第一整流滤波模块整流滤波后输出给锂电池。由第二初级模块输出、反馈模块109反馈给充电控制模块103，充电控制模块103根据反馈电压控制变电模块105的输出电压大小。

采样比较模块111采样到第二输出模块的输出电压高于额定电压时，即锂电池的充电电压高于正常的充电电压。采样比较模块111中的稳压二极管ZD1反向导通，为三极管Q2提供足够的饱和导通电压，三极管Q2饱和导通，三极管Q2的集电极输出电流减小，从而三极管Q1的基极电流也减小，相应的三极管Q1的集电极电流减小，三极管Q1的负载能力减小，变电模块105初级输入电压减小，因此，第一次级模块和第二次级模块的输出电压相应减小。

当采样比较模块111采样到第二输出端的输出电压低于额定电压时，即锂电池的充电电压小于正常的充电电压。采样比较模块111中的稳压二极管ZD1无法导通，因此，三极管Q2截止，三极管Q1的基极电压由电源模块101输入，因而，三极管Q1的集电极电流增大，三极管Q1的负载能力增强，变电模块105的初级输入电压增大，第一次级模块和第二次级模块的输出电压增大。

在锂电池充电电路处于过流、过载或短路时，三极管Q1的集电极电流急剧增大，因此，三极管Q1的发射极输出电流增大，在电流检测电阻R3的两端产生较高的压降，使得三极管Q2饱和导通，因而三极管Q1的基极电流减小。由于电流检测电阻R3两端的电压在此时是恒定的，所以三极管Q2持续处于饱和导通状态，三极管Q1的基极电流会减小到可以直接忽略，三极管Q1可以认为截止。锂电池充电电路断开，不再对锂电池充电。

上述锂电池充电电路中的用于采样第二次级模块输出电压的采样比较模块111，在采集到第二次级模块输出电压高于额定值即锂电池充电电路处于开路状态，或者是电源模块的输出电压变高，此时采样比较模块111控制充电控制模块103的输入端电流减小，进而充电控制模块103控制变电模块105的输出电压减小。在充电控制模块103的输入端电流高于额定值时，即锂电池充电电路处于过流、过载和短路状态，采样比较模块111的输出端电流减小，进而控制充电控制模块103断开，从而受充电控制模块103控制的变电模块105不输出电压，锂电池充电电路停止对锂电池充电。因此，上述锂电池充电电路能够在过流、过载、开路和短路时对锂电池进行保护，从而避免电路出现异常对锂电池造成损害，所以能够提高锂电池的使用寿命。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂电池充电电路，包括电源模块、充电控制模块、变电模块、整流滤波模块及反馈模块，其特征在于，还包括电流检测模块和采样比较模块；

所述电源模块用于输出直流电源给所述充电控制模块、所述变电模块、所述反馈模块、所述电流检测模块及所述采样比较模块供电；

所述充电控制模块包括控制端、输出端和输入端；所述变电模块包括第一输入端、第二输入端、第一次级模块和第二次级模块，所述第一次级模块包括第一输出端和第二输出端，所述第二次级模块包括第一输出端和第二输出端；所述反馈模块包括输入端和输出端；所述电流检测模块包括输入端和输出端；所述采样比较模块包括采样端、控制端、输出端和接地端；

所述电源模块的输出端与所述变电模块的第一输入端连接，所述充电控制模块的控制端与所述电源模块的输出端和所述变电模块的第一输入端的公共端连接，所述充电控制端模块的输入端与所述变电模块的第二输入端连接，所述充电控制模块的输出端与所述采样比较模块的控制端连接；

所述整流滤波模块包括第一整流滤波模块和第二整流滤波模块；所述第一次级模块与所述第一整流滤波模块连接后用于给所述锂电池充电；

所述第二整流滤波模块包括第一输入端、第二输入端和接地端，所述第二整流模块的第一输入端与所述第二次级模块的第一输出端连接，所述第二整流滤波模块的第二输入端与所述第二次级模块的第二输出端连接，所述采样比较模块的采样端与所述第二次级模块的第二输出端和所述第二整流滤波模块的第二输入端的公共端连接；所述第二整流滤波模块的接地端接地；

所述反馈模块的输入端与所述第二次级模块的第一输出端和所述第二整流滤波模块的第一输入端的公共端连接，所述反馈模块的输出端与所述采样比较模块的输出端连接，所述采样比较模块的输出端和所述反馈模块的输出端的公共端与所述充电控制模块的控制端连接；

所述电流检测模块的输入端与所述充电控制模块的输出端和所述采样比较模块的控制端的公共端连接，所述电流检测模块的输出端接地；

所述反馈模块用于将所述第二次级模块的输出电压反馈给所述充电控制模块，使所述充电控制模块工作在高频振荡状态；

所述采样比较模块在采样到第二次级模块的输出电压高于额定值时，所述采样比较模块控制所述充电控制模块的输入端电流减小，所述充电控制模块控制所述变电模块的第一次级模块和第二次级模块的输出电压降低至额定值以下；

所述充电控制模块的输入端电流高于额定值时，所述电流检测模块控制所述采样比较模块输出端的电流减小，进而所述充电控制模块的控制端电流减小，所述充电控制模块断开，所述锂电池充电电路停止对所述锂电池充电。

2.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述电源模块包括依次串联的电磁干扰模块、滤波模块、整流模块，所述整流模块的输出端接所述电源模块的输出端，所述电源模块用于输出直流电压。

3.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述充电控制模块包括三极管Q1，所述三极管Q1的基极为所述充电控制模块的控制端，所述三极管Q1的集电极为所述充电控制模块的输入端，所述三极管Q1的发射极接所述充电控制模块的输出端。

4.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测电阻R3，所述电流检测电阻R3与所述充电控制模块的输出端连接的一端为所述电流检测模块的输入端，另一端接所述电流检测模块的输出端。

5.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述反馈模块包括电阻R6和电容C4，所述电阻R6和电容C4串联于所述第二次级模块的第一输出端和所述充电控制模块的控制端之间。

6.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述采样比较模块包括稳压二极管ZD1和三极管Q2，所述稳压二极管ZD1的正极与所述三极管Q2的基极连接，所述稳压二极管ZD1的负极为所述采样比较模块的采样端，所述三极管Q2的发射极为所述采样比较模块的接地端，所述三极管Q2的集电极为所述采样比较模块的输出端，所述稳压二极管ZD1和三极管Q2的公共端为所述采样比较模块的控制端。

7.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述第一整流滤波模块包括电解电容C5和二极管D3，所述电解电容C5和二极管D3串联，所述电解电容C5的正极与所述第一次级模块的第一输出端连接，所述二极管D3的负极与所述第一次级模块的第二输出端连接；

所述第二整流滤波模块包括电解电容C3和二极管D4，所述电解电容C3和二极管D4串联，所述电解电容C3的正极与所述第二次级模块的第二输出端连接，所述二极管D4的负极与所述第二次级模块的第一输出端连接，所述电解电容C3和二极管D4的公共端接地。

8.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，还包括高压保护模块，所述高压保护模块包括电容C2、电阻R2和二极管D1，所述电阻R2和二极管D1串联后并联于所述变电模块的第一输入端和第二输入端之间，所述电容C2与所述电阻R2并联。

9.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，还包括充电指示模块包括电阻R5和发光二极管D2，所述电阻R5和发光二极管D2串联后并联于所述第一整流滤波模块的输出端之间。

10.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，还包括分压电阻R1和分压电阻R4，所述分压电阻R1串联与所述电源模块的输出端与所述充电控制模块的控制端之间；

所述分压电阻R4串联于所述电流检测模块的输入端与所述采样比较模块的控制端之间。

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