CN109217425A - 一种充电器电路及其智能充电控制方法 - Google Patents

一种充电器电路及其智能充电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种充电器电路及其智能充电控制方法，所述充电器电路包括用于产生充电电压的电源电路，充电输出开关，MCU，以及电器***检测电路；所述MCU通过一电流采样元件与所述电源电路的正输出端或负输出端连接，以检测充电回路中的充电电流，所述MCU还与所述充电接口的正连接端连接，以检测充电回路中的充电电压。利用本发明，充电器可智能判断是否有需要充电的电器***充电器的充电接口，并自动开启相应的充电模式对其进行充电，并且可以有效解决带电池消费类电器的电池过充电问题，从而延长电池寿命，并避免电池过充而引发的灾害。

Description

一种充电器电路及其智能充电控制方法
技术领域
本发明涉及一种充电器电路，尤其涉及一种适用于各种带电池消费类电器的充电器电路及其智能充电控制方法。
背景技术
目前，传统的带电池消费类电器充电器，包括各带电池消费类电器厂家出厂时的标配充电器，只能接通电源后一直使电池处于充电状态。现有多种电子设备大多使用USB接口供电，电压基本一样。在实际生活中，USB接口充电器有时会被当成各种电子设备的电源来使用。因此，USB接口充电器一直处于开通状态来供电。充电器一直处于开通状态来供电弊端在于，当充电管理不是很完善时会出现电池寿命短，电池过充损坏电池更有甚者引发电池着火，进而引发火灾的风险。另外，电池是一种消耗器件，随着使用的时间累积，其性能和电气参数指标会有较大的差异。因此，在充电过程中，更加需要预防电池过充，以免引发危害和延长电池寿命。
发明内容
为克服现有技术的不足及存在的问题，本发明提供一种的充电器电路及其智能充电控制方法，以有效解决带电池消费类电器的电池过充电问题，以延长电池寿命，并避免电池过充而引发的灾害。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种充电器电路，所述充电器电路包括用于产生充电电压的电源电路，充电输出开关，MCU，以及电器***检测电路；
所述电源电路的正、负输出端分别与充电接口的正、负连接端连接，以形成充电回路；
所述充电输出开关的输入、输出端串联连接在所述充电回路中，且充电输出开关的控制端与所述MCU连接；
所述电器***检测电路的信号输入端与所述充电接口的负连接端连接，所述电器***检测电路的信号输出端与所述MCU连接，用于检测所述充电接口是否连接有电器；
所述MCU通过一电流采样元件与所述电源电路的正输出端或负输出端连接，以检测充电回路中的充电电流，所述MCU还与所述充电接口的正连接端连接，以检测充电回路中的充电电压；
所述充电器电路还包括有与所述MCU连接的按键控制及指示电路，该按键控制及指示电路包括有用于切换充电器的充电模式的按键电路和用于指示充电模式的指示灯电路。
优选地，所述电器***检测电路包括与开关管Q2，所述开关管Q2的漏极通过电阻R3与电压源VCC连接，所述开关管Q2的栅极通过电阻R2与所述充电接口的负连接端连接，所述开关管Q2的源极接地。
较佳地，所述充电输出开关中的开关器件为MOSEFT、功率三极管或继电器。
较佳地，所述充电接口为USB充电接口；所述电流采样元件为电阻或电流互感器；所述电源电路产生的充电电压包括有5V、9V或12V。
本发明还提供了一种充电器电路的智能充电控制方法，所述方法应用上述的充电器电路中，所述方法包括步骤：
步骤S10、充电器电路中的MCU上电初始化后，将充电器电路的充电模式默认设置为智能充电模式；
步骤S20、检测所述按键控制及指示电路中的按键K是否被按下，若是，则将充电器电路的充电模式设置为常规充电模式；若否，则进入步骤S30；
步骤S30、利用所述电器***检测电路检测所述充电接口是否有电器接入，若检测到充电接口有电器接入，则控制所述充电输出开关中的开关器件导通，以对接入充电接口的电器中的电池以智能充电模式进行充电；
步骤S40、在充电过程中，利用所述MCU检测充电回路中的充电电流和充电电压，以智能判断是否对所述电池完成充电；若否，则继续充电并检测所述充电电流和充电电压,；若是，则控制所述开关器件断路，以使所述充电回路断路，使得充电结束，从而防止电池过充；
所述步骤S40中，在对所述电池进行充电的过程中，充电过程分为预充电，恒流充电以及恒压充电三个充电阶段，在充电过程中通过不断检测所述充电电流和充电电压；当检测到充电电流小于预设电流值时，或者当检测到当前充电电流大于预设电流值，且当前充电电流小于恒流充电的电流值的持续时间超过预设时间时，则判断为对所述电池完成充电。
优选地，所述预设电流值为50mA，所述预设时间为60分钟。
利用本发明，充电器可智能判断是否有需要充电的电器***充电器的充电接口，并自动开启相应的充电模式对其进行充电，并且可以有效解决带电池消费类电器的电池过充电问题，从而延长电池寿命，并避免电池过充而引发的灾害。
附图说明
图1是本发明实施例所述充电器电路的电路结构示意图。
图2是本发明实施例所述方法的流程示意图。
图3是本发明实施例所述电池的充电特性曲线图。
图4是本发明实施例所述方法一优选的具体流程示意图。
其中，附图标号为：1-电源电路，2-MCU，3-充电接口，4-电器***检测电路，5-按键控制及指示电路。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如附图1所示，一种充电器电路，所述充电器电路包括用于产生充电电压的电源电路1，充电输出开关，MCU2，以及电器***检测电路4；所述电源电路的正、负输出端分别与充电接口3的正、负连接端连接，以形成充电回路；所述充电输出开关的输入、输出端串联连接在所述充电回路中，且充电输出开关的控制端与所述MCU连接；所述电器***检测电路的信号输入端与所述充电接口的负连接端连接，所述电器***检测电路的信号输出端与所述MCU连接，用于检测所述充电接口是否连接有电器；所述MCU通过一电流采样元件与所述电源电路的正输出端或负输出端连接，以检测充电回路中的充电电流，所述MCU还与所述充电接口的正连接端连接，以检测充电回路中的充电电压。本实施例中，所述电源电路产生的充电电压包括有5V、9V或12V等；所述充电接口优选为USB充电接口。
在其中一个优选的实施例中，所述充电输出开关中的开关器件Q1可以为MOSEFT(场效应管)、功率三极管或继电器；另外，所述电流采样元件为电阻或电流互感器。本实施例中，开关器件Q1优选为MOSEFT，MOSEFT的栅极作为控制端与MCU连接，MOSEFT的漏极、源极则作为输入、输出端与所述充电回来连接，如附图1所示。所述电流采样元件优选为高精度的电阻R1；采用MOSFET的好处是，其为电压型器件，驱动容易，驱动电路简单，同时损耗小，导通压降非常小不影响带电池消费类电器充电电压。如附图1所示，高精度的电阻R1的一端与电源电路的负输出端连接，另一端则与开关器件Q1的源极连接，开关器件Q1的漏极与充电接口的负连接端连接，开关器件Q1的栅极与MCU连接。另外，所述电器***检测电路包括与开关管Q2，所述开关管Q2的漏极通过电阻R3与电压源VCC连接，所述开关管Q2的栅极通过电阻R2与所述充电接口的负连接端连接，所述开关管Q2的源极接地。
作为优选的实施例，所述充电器电路还包括有与所述MCU连接的按键控制及指示电路，该按键控制及指示电路包括有用于切换充电器的充电模式的按键电路和用于指示充电模式的指示灯电路。本实施例中，充电模式包括有智能充电模式和常规充电模式。如附图1所示，按键电路包括按键K和电阻R4，指示灯电路包括R5和指示灯D1，按键电路和指示灯电路的具体电路结构如附图1所示，在此不再详述。
以下对本实施例提供的充电器电路的工作原理或工作过程作相应的说明：本实施例中，充电回来中的充电电压和充电电流的采样检测，通过MCU的AD采样来实现，对于MCU采集电压与电流信号的原理，其属于现有技术，在此不再对其进行详述。当然，对于充电电压和充电电流的采集检测，也可以通过使用现有技术中的模拟运放电路，比较器，数字电路等来实现。
为了实现智能判断充电接口中是否有需要充电的电器***充电器的充电接口，通过所述电器***检测电路来实现上述智能判断功能，其工作原理为：当带电池消费类电器***充电接口(本实施例为USB充电接口)时，带电池消费类电器的内部电路或是苹果数据线内部电路会将USB充电接口的正连接端和负连接端连接起来，形成回路，此时带电池消费类电器内部电路或苹果数据线内部电路内阻大不能使带电池消费类电器充电；但此时形成的回路会形成信号激活电器***检测电路中的开关管Q2，使MCU检测开关管Q2漏级的高低电位，从而可检测到带电池消费类电器或是苹果数据线的***；本实施例中的开关管Q2可使用场效应管，或者三极管。
当判断充电器的充电接口接入带电池消费类电器时，所述开关管Q2截止，而开关器件Q1导通，充电器开始给消费类电器中的电池充电，充电器自动开启智能充电模式来进行充电，若需要常规充电模式，可通过控制按键K来进行切换，同时指示灯D1也会通过不同的工作状态指示不同的充电模式。在充电过程中，MCU检测充电回路中的充电电流和充电电压，当检测到电池充电完成后或出现电路短路的现象时，MCU输出相应的信号使开关器件Q1截止，切断充电回路，从而有效防止电池过充。
本实施例中，智能充电模式为默认的充电模式，其通过检测充电电流来判断充电是否完成来完全充电，当检测到充电电流少于预设电流值(如50mA)时，MCU发出相应的控制信号使开关器件Q1截止，从而使充电回路断路，停止对电池充电，有效避免出现电池过充的现象。检测充电电流的大小属于现有技术，本发明并不涉及计算机程序的改进。而常规充电模式，是指现有技术中存在的不具有防止电池过充功能的普通充电模式。
本发明实施例还提供了基于上述充电器电路的智能充电控制方法，如附图2所示，所述方法包括步骤：
步骤S10、充电器电路中的MCU上电初始化后，将充电器电路的充电模式默认设置为智能充电模式；
步骤S20、检测所述按键控制及指示电路中的按键K是否被按下，若是，则将充电器电路的充电模式设置为常规充电模式；若否，则进入步骤S30；
步骤S30、利用所述电器***检测电路检测所述充电接口是否有电器接入，若检测到充电接口有电器接入，则控制所述充电输出开关中的开关器件导通，以对接入充电接口的电器中的电池以智能充电模式进行充电；
步骤S40、在充电过程中，利用所述MCU检测充电回路中的充电电流和充电电压，以智能判断是否对所述电池完成充电；若否，则继续充电并检测所述充电电流和充电电压,；若是，则控制所述开关器件断路，以使所述充电回路断路，使得充电结束，从而防止电池过充；
所述步骤S40中，在对所述电池进行充电的过程中，充电过程分为预充电，恒流充电以及恒压充电三个充电阶段，在充电过程中通过不断检测所述充电电流和充电电压；当检测到充电电流小于预设电流值时(其适用于单组电池充电的检测判断)，或者当检测到当前充电电流大于预设电流值，且当前充电电流小于恒流充电的电流值的持续时间超过预设时间时(其实用对多组电池串接或并接情况的检测判断)，则判断为对所述电池完成充电。本实施例中，所述预设电流值优选为50mA，所述预设时间优选为60分钟。当然，预设电流值与预设时间可根据实际需要来设置，如预设电流值可为30mA，预设时间可为90分钟等等。
本实施例中，对于电池充电过程中的三个充电阶段，可参阅附图3中的充电特性曲线图，附图3中的预充电流、CC充电电流以及CV充电电流等三个区域分别对应于预充电，恒流充电以及恒压充电三个充电阶段。本发明中，通过MCU不断检测充电回路中的充电电流和充电电压来判断电池处于哪个充电阶段，并通过检测恒压充电阶段内的充电电流来智能判断电池是否已经充满电。
本发明所述方法优选的具体流程如附图4所示，本实施例中，在充电过程中，所述按键控制及指示电路可不间断检测按键K是否被按下，若检测到按键K被按下，则切换充电模式；另外，所述按键控制及指示电路中的指示灯D1也会工作在相应的工作状态，指示当前的充电模式。
利用本发明提供的充电器电路，充电器可智能判断是否有需要充电的电器***充电器的充电接口，并自动开启相应的充电模式对其进行充电，并且可以有效解决带电池消费类电器的电池过充电问题，从而延长电池寿命，并避免电池过充而引发的灾害。
上述实施例为本发明的较佳的实现方式，并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种充电器电路，其特征在于：所述充电器电路包括用于产生充电电压的电源电路，充电输出开关，MCU，以及电器***检测电路；
所述电源电路的正、负输出端分别与充电接口的正、负连接端连接，以形成充电回路；
所述充电输出开关的输入、输出端串联连接在所述充电回路中，且充电输出开关的控制端与所述MCU连接；
所述电器***检测电路的信号输入端与所述充电接口的负连接端连接，所述电器***检测电路的信号输出端与所述MCU连接，用于检测所述充电接口是否连接有电器；
所述MCU通过一电流采样元件与所述电源电路的正输出端或负输出端连接，以检测充电回路中的充电电流，所述MCU还与所述充电接口的正连接端连接，以检测充电回路中的充电电压；
所述充电器电路还包括有与所述MCU连接的按键控制及指示电路，该按键控制及指示电路包括有用于切换充电器的充电模式的按键电路和用于指示充电模式的指示灯电路。
2.根据权利要求1所述的充电器电路，其特征在于：所述电器***检测电路包括与开关管Q2，所述开关管Q2的漏极通过电阻R3与电压源VCC连接，所述开关管Q2的栅极通过电阻R2与所述充电接口的负连接端连接，所述开关管Q2的源极接地。
3.根据权利要求2所述的充电器电路，其特征在于：所述充电输出开关中的开关器件为MOSEFT、功率三极管或继电器。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的充电器电路，其特征在于：所述充电接口为USB充电接口。
5.根据权利要求4所述的充电器电路，其特征在于：所述电流采样元件为电阻或电流互感器。
6.根据权利要求5所述的充电器电路，其特征在于：所述电源电路产生的充电电压包括有5V、9V或12V。
7.一种充电器电路的智能充电控制方法，所述方法应用于权利要求1～6中任意一项所述的充电器电路中，所述方法包括步骤：
步骤S10、充电器电路中的MCU上电初始化后，将充电器电路的充电模式默认设置为智能充电模式；
步骤S20、检测所述按键控制及指示电路中的按键K是否被按下，若是，则将充电器电路的充电模式设置为常规充电模式；若否，则进入步骤S30；
步骤S30、利用所述电器***检测电路检测所述充电接口是否有电器接入，若检测到充电接口有电器接入，则控制所述充电输出开关中的开关器件导通，以对接入充电接口的电器中的电池以智能充电模式进行充电；
步骤S40、在充电过程中，利用所述MCU检测充电回路中的充电电流和充电电压，以智能判断是否对所述电池完成充电；若否，则继续充电并检测所述充电电流和充电电压,；若是，则控制所述开关器件断路，以使所述充电回路断路，使得充电结束，从而防止电池过充；
所述步骤S40中，在对所述电池进行充电的过程中，充电过程分为预充电，恒流充电以及恒压充电三个充电阶段，在充电过程中通过不断检测所述充电电流和充电电压；当检测到充电电流小于预设电流值时，或者当检测到当前充电电流大于预设电流值，且当前充电电流小于恒流充电的电流值的持续时间超过预设时间时，则判断为对所述电池完成充电。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述预设电流值为50mA，所述预设时间为60分钟。
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