CN107979124B - 一种电源自适应充电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源自适应充电电路，包括电源检测与控制电路、受控开关和恒流充电电路。本发明可以自动适应和匹配电源的输出能力，当电源输出能力强时，电源能提供的电流能力大于设定的恒流充电电流，充电电路以恒流充电方式工作；当电源输出能力弱时，电源能提供的电流能力小于设定的恒流充电电流，以电源提供的电流充电，从而可以有效利用电源提供的能量，特别适合于类似太阳能电池一样供电能力不稳定的供电设备中。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及电源管理技术，尤其是可充电电池充电管理技术。
背景技术
随着新能源技术的发展，太阳能电池作为一种供电能源，应用越来越普及，太阳能发电，太阳能路灯、便携式充电设备等，都采用太阳能电池作为供电能源。但太阳能电池会受季节、天气和昼夜变化影响，使得其发电输出电流不稳定，在阳光充足的时候，太阳能电池输出电流大，在阳光不足的时候，太阳能电池输出电流小，夜晚时太阳能电池几乎没有电流输出。因此太阳能电池无法单独作为供电电源给设备供电，需要搭配可充电电池一起使用，由可充电电池为设备供电，并由太阳能电池作为电量补充设备给充电电流充电。
可充电电池一般为镍氢电池、镍镉电池、锂电池等高比容量电池，这些电池具有体积小、容量大的特点，可作为高性价比的能量存储器件，但这些可充电电池都需要专门的充电管理电路对其充电电流进行控制，以防止对电池造成损坏和产生危险。传统的充电管理电路一般都采用恒流、恒压充电方式，限定电池的最大充电电流，保证其充电的安全性。但这种充电方式存在一个问题，当电源能量不足，即电源输出电流远小于设计的充电电流时，相当于电源加入重载，电源将会被拉低，导致电源低于正常的充电管理电路工作电压范围，从而无法达到对电池充电的目的，或者会存在反复充电——断电——充电的循环过程，这种情况的充电效率会大大下降，并且可充电电池的寿命与充电次数相关，这样的充电方式也会影响充电电池的使用寿命。而太阳能电池作为供电电源时，就会存在这种电源能量不足的情况。
由于太阳能电池的输出电流不稳定性，其提供给充电电池的电流在不同时间大小不同，这样会导致正常的恒流、恒压充电管理电路工作不正常，当太阳能电池的输出电流达到恒流充电电路的电流能力时，可以充电；当太阳能电池远低于恒流充电电路的电流能力时，充电将会被关闭，无法对充电电池充电。
为了最大限度的利用太阳能电池产生的电量，特别是在阳光不足，太阳能电池输出电流较小时，也能有效收集太阳能电池产生的电量，这就需要充电管理电路能够适应电源输出电流，当电源输出电流大于恒流充电电流时，以恒流方式对可充电电池充电；当电源输出电流小于恒流充电电流时，以电源输出电流对可充电电池充电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源自适应充电电路，可以自动适应和匹配电源的输出能力，当电源输出能力强时，电源能提供的电流能力大于设定的恒流充电电流，充电电路以恒流充电方式工作；当电源输出能力弱时，电源能提供的电流能力小于设定的恒流充电电流，以电源提供的电流充电。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种电源自适应充电电路，包括电源检测与控制电路、受控开关和恒流充电电路；
所述电源检测与控制电路包括电阻R1、R2和运算放大器A1；所述电阻R1、R2构成电阻分压网络，用于对电源电压进行采样检测；所述电阻R1、R2的第一端相接，并接于所述运算放大器A1的第一输入端；所述电阻R1的第二端即为所述电源检测与控制电路的第一输入端，外接电源电压；所述电阻R2的第二端即为所述电源检测与控制电路的第二输入端，外接地；所述运算放大器A1的第二输入端即为所述电源检测与控制电路的第三输入端，外接基准电压；所述运算放大器A1的输出端即为所述电源检测与控制电路的输出端，与所述受控开关的输入端相接；
所述恒流充电电路包括MOS管M1、M2、M3，运算放大器A2、A3和电阻R3、R4；所述MOS管M1和M2的第一端相接，即为所述恒流充电电路的第一输入端，外接电源电压；所述MOS管M1和M2的第二端相接，并接于所述运算放大器A2的输出端，所述MOS管M1的第三端与所述MOS管M3的第一端及所述运算放大器A3的第一输入端相接，所述MOS管M2的第三端与所述运算放大器A3的第二输入端相接，即为所述恒流充电电路的输出端，并外接于BAT输出端，与可充电电池正极相接；所述MOS管M3的第二端与所述运算放大器A3的输出端相接，所述MOS管M3的第三端与所述电阻R3、R4的第一端相接；所述电阻R3的第二端即为所述恒流充电电路的第二输入端，外接地；所述电阻R4的第二端与所述运算放大器A2的第一输入端相接，即为所述恒流充电电路的第三输入端，并接于所述受控开关的输出端；所述运算放大器A2的第二输入端即为所述恒流充电电路的第四输入端，外接基准电压。
所述受控开关为二极管、三极管、MOS管开关或由上述三种开关组成的组合式开关。
所述电源检测与控制电路的第三输入端外接的基准电压与所述恒流充电电路的第四输入端外接的基准电压可以是同一基准电压，也可以是不同的基准电压。
所述MOS管M1和M2为P型；所述MOS管M3为P型或N型；所述电阻R4的阻值最小可为0欧姆；所述电阻R3的阻值最小可为0欧姆。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明电源自适应充电电路可以自动适应和匹配电源的输出能力，当电源输出能力强时，电源能提供的电流能力大于设定的恒流充电电流，充电电路以恒流充电方式工作；当电源输出能力弱时，电源能提供的电流能力小于设定的恒流充电电流，以电源提供的电流充电。从而可以有效利用电源提供的能量，特别适合于类似太阳能电池一样供电能力不稳定的供电设备中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中电源自适应充电电路的结构示意图。
附图中：101、电源检测与控制电路；102、受控开关；103、恒流充电电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种电源自适应充电电路，图1是该电路的结构示意图。
如图1所示，该电源自适应充电电路包括：电源检测与控制电路101、受控开关102和恒流充电电路103。
电源检测与控制电路101的第一输入端外接电源电压，源检测与控制电路101的第二输入端外接地，电源检测与控制电路101的第三输入端外接基准电压VREF2，电源检测与控制电路101的输出端接受控开关102的输入端；受控开关102的输出端接恒流充电电路103的第三输入端；恒流充电电路103的第四输入端外接基准电压VREF1，恒流充电电路103的第一输入端外接电源电压，恒流充电电路103的第二输入端外接地，恒流充电电路的输出端外接可充电电池，用于对可充电电池充电。
电源检测与控制电路101包括电阻R1、R2和运算放大器A1；电阻R1、R2构成电阻分压网络，用于对电源电压进行采样检测；电阻R1、R2的第一端相接，并接于运算放大器A1的第一输入端；电阻R1的第二端外接电源电压；电阻R2的第二端外接地；运算放大器A1的第二输入端外接基准电压VREF2；运算放大器A1的输出端与受控开关102的输入端相接。
受控开关102为二极管、三极管或场效应晶体管（MOS管）开关及由这三种开关组成的组合式开关。
恒流充电电路103包括MOS管M1、M2、M3，运算放大器A2、A3和电阻R3、R4；MOS管M1和M2的第一端相接，外接电源电压；MOS管M1和M2的第二端相接，并接于运算放大器A2的输出端，MOS管M1的第三端与MOS管M3的第一端及运算放大器A3的第一输入端相接，MOS管M2的第三端与运算放大器A3的第二输入端相接，并外接于BAT输出端，与可充电电池正极相接；MOS管M3的第二端与运算放大器A3的输出端相接，MOS管M3的第三端与电阻R3、R4的第一端相接；电阻R3的第二端外接地；电阻R4的第二端与运算放大器A2的第一输入端相接，并接于受控开关102的输出端；运算放大器A2的第二输入端外接基准电压VREF1。
电源检测与控制电路101通过其内部的电阻分压网络R1和R2检测电源，当电源输出电流充足时，电源电压较高，电阻分压网络输出的电压大于运算放大器A1输入端电压VREF2，此时运算放大器A1的输出端输出低信号，受控开关不导通。整体电路工作在恒流充电控制模式下，恒流充电功能由恒流充电电路103完成。当电源的输出电流不足时，电源电压下降，电阻分压网络输出的电压小于运算放大器A1输入端电压VREF2，此时运算放大器A1的输出端输出高信号，受控开关导通，电源检测与控制环路开始工作，形成负反馈控制，控制整体电路工作在低充电电流模式，从而匹配电源的输出电流能力。
本发明电源自适应充电电路解决了传统充电控制电路在电源输出能力不足的情况下无法对可充电电池充电，或充电反复通断的不正常工作情况，可应用于太阳能电池供电的设备上，提高了太阳能电池应用的效率，实用性强。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本专利。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种电源自适应充电电路，其特征在于：包括电源检测与控制电路、受控开关和恒流充电电路；
所述电源检测与控制电路包括电阻R1、R2和运算放大器A1；所述电阻R1、R2构成电阻分压网络，用于对电源电压进行采样检测；所述电阻R1、R2的第一端相接，并接于所述运算放大器A1的第一输入端；所述电阻R1的第二端即为所述电源检测与控制电路的第一输入端，外接电源电压；所述电阻R2的第二端即为所述电源检测与控制电路的第二输入端，外接地；所述运算放大器A1的第二输入端即为所述电源检测与控制电路的第三输入端，外接基准电压；所述运算放大器A1的输出端即为所述电源检测与控制电路的输出端，与所述受控开关的输入端相接；
所述恒流充电电路包括MOS管M1、M2、M3，运算放大器A2、A3和电阻R3、R4；所述MOS管M1和M2的第一端相接，即为所述恒流充电电路的第一输入端，外接电源电压；所述MOS管M1和M2的第二端相接，并接于所述运算放大器A2的输出端，所述MOS管M1的第三端与所述MOS管M3的第一端及所述运算放大器A3的第一输入端相接，所述MOS管M2的第三端与所述运算放大器A3的第二输入端相接，即为所述恒流充电电路的输出端，并外接于BAT输出端，与可充电电池正极相接；所述MOS管M3的第二端与所述运算放大器A3的输出端相接，所述MOS管M3的第三端与所述电阻R3、R4的第一端相接；所述电阻R3的第二端即为所述恒流充电电路的第二输入端，外接地；所述电阻R4的第二端与所述运算放大器A2的第一输入端相接，即为所述恒流充电电路的第三输入端，并接于所述受控开关的输出端；所述运算放大器A2的第二输入端即为所述恒流充电电路的第四输入端，外接基准电压。
2.根据权利要求1所述的电源自适应充电电路，其特征在于：所述受控开关为二极管、三极管、MOS管开关或由上述三种开关组成的组合式开关。
3.根据权利要求1所述的电源自适应充电电路，其特征在于：所述电源检测与控制电路的第三输入端外接的基准电压与所述恒流充电电路的第四输入端外接的基准电压可以是同一基准电压，也可以是不同的基准电压。
4.根据权利要求1所述的电源自适应充电电路，其特征在于：所述MOS管M1和M2为P型；所述MOS管M3为P型或N型；所述电阻R4的阻值最小可为0欧姆；所述电阻R3的阻值最小可为0欧姆。
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