CN110212623A - 一种锂电池充电装置及充电器 - Google Patents

Abstract

本发明属于电源领域，公开了一种锂电池充电装置及充电器，通过转换控制单元根据反馈信号生成转换控制信号；电压转换单元根据转换控制信号将第一直流电转换为第二直流电；滤波单元根据第二直流电生成第三直流电；开关单元根据模式控制信号连通或关断所述第三直流电；输出电源采样单元根据第三直流电生成输出电源采样电压；逻辑控制单元根据输出电源采样电压生成模式控制信号和调整电压；光耦反馈单元根据调整电压生成反馈信号；由于模式控制信号可包括高电平、低电平和第一脉冲宽度调制信号,故实现了在不同阶段根据不同的电压进行充电，防止了锂电池的老化，提高了锂电池的使用寿命。

Description

一种锂电池充电装置及充电器

技术领域

本发明属于电源领域，尤其涉及一种锂电池充电装置及充电器。

背景技术

提高电池的容量，以透过物理尺寸最小的电池来实现最长的产品工作时间，是人们一直以来的目标。但是在有些应用中，较长的电池寿命、较多的充电次数或较安全的电池却比电池容量更为重要。

目前几乎所有高效能可携式产品，都使用包括锂离子聚合物电池在内的可再充电锂电池，这么做的理由非常简单，因为与其它可再充电电池相比，锂电池具有较高的能量密度、较高的电池电压、自我放电少、周期寿命非常长、环保、充电和维护都更为简单的优点。

锂电池的充电需要注意的事项很多。基本的概念是，首先以定电流充到每个电池芯都是4.2V。然后充电器必须切换成定电压模式，随着充电电流的减少，充电器必须使电池芯维持在4.2V，直到电流小到某个初始充电电流的比例时停止充电。有些制造商把规格定在初始电流的2％-3％，虽然其他的数值也是可以的，不过对电池容量的差异很小。

而传统的锂电池充电装置在充电时仅能以预定电压充电,导致锂电池易老化从而减少使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种锂电池充电装置及充电器，旨在解决传统技术锂电池充电装置中存在仅能以预定电压充电而导致锂电池易老化和使用寿命减少的问题。

本发明是这样实现的，一种锂电池充电装置，锂电池充电装置包括：

锂电池充电装置包括：

用于根据输入交流电生成第一直流电的整流单元；

与所述整流单元连接，用于根据反馈信号生成转换控制信号的转换控制单元；

与所述整流单元和所述转换控制模块连接，用于根据所述转换控制信号将所述第一直流电转换为第二直流电的电压转换单元；

与所述电压转换单元连接，用于根据所述第二直流电生成第三直流电的滤波单元；

与所述滤波单元连接，用于根据模式控制信号连通或关断所述第三直流电的开关单元；所述模式控制信号包括高电平、低电平和第一脉冲宽度调制信号；

与所述开关单元连接，用于根据所述第三直流电生成输出电源采样电压的输出电源采样单元；

与所述输出电源采样单元连接，用于根据所述输出电源采样电压生成所述模式控制信号和调整电压的逻辑控制单元；

与所述滤波单元和所述控制单元连接，用于根据所述调整电压生成所述反馈信号的光耦反馈单元。

在其中一个实施例中，所述电压转换单元为变压器，所述变压器包括原边电感、辅助电感和副边电感；

所述副边电感输出原始采样电压；

所述逻辑控制单元具体用于根据反馈信号和所述原始采样电压生成转换控制信号。

在其中一个实施例中，还包括：

与所述电压转换单元连接，用于根据原始内部电源生成第一内部电源、原始基准电流、第一采样电压以及第一电压的直流转换单元。

所述电压转换单元还用于根据所述转换控制信号将所述第一直流电转换为原始内部电源。

在其中一个实施例中，还包括：

与所述逻辑控制单元、所述光耦反馈单元、所述输出电源采样单元以及所述开关单元连接，用于根据所述第三直流电、所述原始基准电流以及辅助基准电流生成调整电流的调整电流生成单元；

所述逻辑控制单元还用于根据所述第一内部电源、所述第一采样电压以及第二采样电压生成所述辅助基准电流；

所述滤波单元还用于根据所述第二直流电生成第二电压和所述第二采样电压；

所述光耦反馈单元具体用于根据所述第一电压、所述第二电压、所述调整电压和所述调整电流生成所述反馈信号。

在其中一个实施例中，还包括：

与所述逻辑控制模块连接，用于对所述第三直流电进行采样和放大以生成采样放大电压的放大单元；

根据指示信号进行指示的指示单元；

所述逻辑控制单元还用于根据所述采样放大电压生成指示信号。

在其中一个实施例中，还包括：

与所述整流单元连接，用于抑制所述输入交流电的电磁干扰的第一抑制单元；

所述整流单元具体用于根据抑制电磁干扰后的输入交流电生成所述第一直流电。

在其中一个实施例中，还包括：

与所述开关单元连接，用于抑制所述第三直流电的电磁干扰的第二抑制单元；

所述输出电源采样单元具体用于根据抑制电磁干扰后的所述第三直流电生成输出电源采样电压。

在其中一个实施例中，所述整流单元包括：

用于根据所述输入交流电生成第四直流电的整流模块；

与所述整流模块连接，用于根据所述第四直流电生成所述第一直流电的滤波模块。

在其中一个实施例中，所述开关单元包括第一场效应管、第二场效应管、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；

所述第一场效应管的源极和所述第一电阻的第一端共同构成所述开关单元的第一输入端，所述第一场效应管的栅极与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接，所述第一场效应管的漏极与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极为所述开关单元的第一输出端，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的栅极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端为所述开关单元的控制端，所述第四电阻的第一端和所述第二场效应管的源极共接于电源地，所述第四电阻的第二端为所述开关单元的第二输出端。

本发明实施例还提供一种充电器，包括如上述的锂电池充电装置。

本发明实施例通过输出电源采样单元根据第三直流电生成输出电源采样电压；逻辑控制单元根据输出电源采样电压生成模式控制信号开关单元根据模式控制信号连通或关断第三直流电以对锂电池进行充电；由于逻辑控制模块可以输出包括高电平、低电平和第一脉冲宽度调制信号的模式控制信号；从而锂电池充电可以在不同的阶段以不同的电压进行充电,防止锂电池老化，从而提高了锂电池的使用寿命，增加了产品的市场竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术发明，下面将对实施例描述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为本发明实施例提供的锂电池充电装置的一种模块原理框图；

图2为本发明实施例提供的锂电池充电装置的另一种模块原理框图；

图3为本发明实施例提供的锂电池充电装置的另一种模块原理框图；

图4为本发明实施例提供的锂电池充电装置的另一种模块原理框图；

图5为本发明实施例提供的锂电池充电装置的另一种模块原理框图；

图6为本发明实施例提供的锂电池充电装置的另一种模块原理框图；

图7为本发明实施例提供的锂电池充电装置的另一种模块原理框图；

图8为本发明实施例提供的锂电池充电装置整流模块的一种模块原理框图；

图9为本发明实施例提供的锂电池充电装置的示例电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本发明实施例提供的锂电池充电装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

锂电池充电装置包括整流单元01、转换控制单元02、电压转换单元03、滤波单元04、开关单元05、输出电源采样单元06、逻辑控制单元07以及光耦反馈单元08。

整流单元01用于根据输入交流电生成第一直流电；转换控制单元02与整流单元01连接，用于根据反馈信号生成转换控制信号；电压转换单元03与整流单元01和转换控制模块连接，用于根据转换控制信号将第一直流电转换为第二直流电；滤波单元04与电压转换单元03连接，用于根据第二直流电生成第三直流电；开关单元05与滤波单元04连接，用于根据模式控制信号连通或关断第三直流电；模式控制信号包括高电平、低电平和第一脉冲宽度调制信号；输出电源采样单元06与开关单元05连接，用于根据第三直流电生成输出电源采样电压；逻辑控制单元07与输出电源采样单元06连接，用于根据输出电源采样电压生成模式控制信号和调整电压；光耦反馈单元08与滤波单元04和控制单元连接，用于根据调整电压生成反馈信号。

其中，逻辑控制模块具体用于根据输出电源采样电压判断电池状态，并根据电池状态确定充电模式，当充电模式为唤醒模式，则输出第一脉冲宽度调制信号的模式控制信号和调整电压；当充电模式为快充模式，则输出高电平的模式控制信号和调整电压；当充电模式为结束模式，则输出低电平的模式控制信号。

根据电池状态确定充电模式具体为，当充电时长小于第一预设时长，则确定充电模式为唤醒模式；当输出电源采样电压位于第一预设区间时，则确定充电模式为快充模式；当输出电源采样电压大于第一预设电压时，则确定充电模式为结束模式。

开关单元05根据高电平的模式控制信号导通第三直流电，根据低电平的模式控制信号关断第三直流电，根据第一脉冲宽度调制信号的模式控制信号实现锂电池充电的唤醒。

逻辑控制模块还用于当充电时长大约第二预设时长时，输出低电平的模式控制信号。当锂电池充电达到第二预设时长时仍未充满，则结束充电，实现了充电的定时保护功能。

逻辑控制模块还用于当输出电源采样电压小于第二预设电压时，输出低电平的模式控制信号。当输出电源采样电压小于第二预设电压时，说明电池损坏，故输出低电平的模式控制信号以关断第三直流电的输出。

逻辑控制模块还用于当输出电源采样电压大于第三预设电压时，输出低电平的模式控制信号。当输出电源采样电压大于第三预设电压时，说明输出电源过压，故输出低电平的模式控制信号以关断第三直流电的输出。

如图2所示，电压转换单元03为变压器T1，变压器T1包括原边电感、辅助电感和副边电感；副边电感输出原始采样电压；转换控制单元02具体用于根据反馈信号和原始采样电压生成转换控制信号。

通过副边电感进行原始采样电压的采样，并反馈至转换控制单元02以使转换控制单元02产生相应的转换控制信号将第一直流电转换为第二直流电，实现了电压转换的多重保护。

如图3所示，锂电池充电装置还包括直流转换单元09。

与电压转换单元03连接，用于根据原始内部电源生成第一内部电源、原始基准电流、第一采样电压以及第一电压的直流转换单元09。

电压转换单元03还用于根据转换控制信号将第一直流电转换为原始内部电源。

如图4所示，锂电池充电装置还包括调整电流生成单元10。

调整电流生成单元10与逻辑控制单元07、光耦反馈单元08、输出电源采样单元06以及开关单元05连接，用于根据第三直流电、原始基准电流以及辅助基准电流生成调整电流；逻辑控制单元07还用于根据第一内部电源、第一采样电压以及第二采样电压生成辅助基准电流；滤波单元04还用于根据第二直流电生成第二电压和第二采样电压；光耦反馈单元08具体用于根据第一电压、第二电压、调整电压和调整电流生成反馈信号。

由于调整电流生成单元10根据第三直流电、原始基准电流以及辅助基准电流生成调整电流；故可以通过控制辅助基准电流的输出调整基准电流，进而实现多种电流大小的充电模式。逻辑控制单元07根据第一内部电源、第一采样电压以及第二采样电压生成辅助基准电流，由于通过两个采样电压生成辅助基准电流，故提高了辅助基准电流生成的精确度，提高了锂电池充电装置充电电流控制的精度。

如图5所示，锂电池充电装置还包括放大单元11和指示单元12。

放大单元11与逻辑控制模块连接，用于对第三直流电进行采样和放大以生成采样放大电压；指示单元12根据指示信号进行指示；逻辑控制单元07还用于根据采样放大电压生成指示信号。

通过对第三直流电进行采样和放大，以确定充电状态，进而对充电状态进行指示，方便了用户的使用。

如图6所示，锂电池充电装置还包括第一抑制单元13。

第一抑制单元13与整流单元01连接，用于抑制输入交流电的电磁干扰；整流单元01具体用于根据抑制电磁干扰后的输入交流电生成第一直流电。

通过第一抑制单元13在输入端抑制输入交流电的共模干扰；由于输入端进行了共模干扰抑制，从而电源的共模噪声得到抑制，电源电压更加稳定。

如图7所示，锂电池充电装置还包括第二抑制单元14。

第二抑制单元14与开关单元05连接，用于抑制第三直流电的电磁干扰；输出电源采样单元06具体用于根据抑制电磁干扰后的第三直流电生成输出电源采样电压。

通过第二抑制单元14在输出端对第三直流电进行共模干扰抑制以生成输出直流电；由于输出端均进行了共模干扰抑制，从而电源的共模噪声得到抑制，电源电压更加稳定。

如图8所示，整流单元01包括整流模块011和滤波模块012。

整流模块011用于根据输入交流电生成第四直流电；滤波模块012与整流模块011连接，用于根据第四直流电生成第一直流电。

在整流的同时进行直流电的滤波，保证了输出至电压转换单元03的第一直流电的稳定性。

图9示出了本发明实施例提供的锂电池充电装置的示例电路结构为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

逻辑控制单元07包括微处理器U1。

开关单元05包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4。

第一场效应管M1的源极和第一电阻R1的第一端共同构成开关单元05的第一输入端，第一场效应管M1的栅极与第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端连接，第一场效应管M1的漏极与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极为开关单元05的第一输出端，第二电阻R2的第二端与第二场效应管M2的漏极连接，第二场效应管M2的栅极与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端为开关单元05的控制端，第四电阻R4的第一端和第二场效应管M2的源极共接于电源地，第四电阻R4的第二端为开关单元05的第二输出端。

调整电流生成单元10包括第一比较器U2、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第五电阻R5以及第六电阻R6。

第一比较器U2的正相输入端为调整电流生成单元10的基准电流输入端，第一比较器U2的负相输入端与第六电阻R6的第一端、第二电容C2的第一端以及第五电阻R5的第一端连接，第六电阻R6的第二端为调整电流生成单元10的采样电流输入端，第一比较器U2的输出端与第二二极管D2的负极和第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端与第五电阻R5的第二端连接，第二二极管D2的正极为调整电流生成单元10的调整电流输出端，第二电容C2的第二端与电源地连接。

放大单元11包括第二比较器U3、第三电容C3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10。

第二比较器U3的正相输入端与第十电阻R10的第一端和第三电容C3的第一端连接，第十电阻R10的第二端为放大单元11的采样端，第二比较器U3的负相输入端与第八电阻R8的第一端和第九电阻R9的第一端连接，第二比较器U3的输出端与第八电阻R8的第二端和第七电阻R7的第一端连接，第七电阻R7的第二端为放大单元11的输出端，第九电阻R9的第二端和第三电容C3的第二端共接于电源地。

输出电源采样单元06包括第十电阻R10、第十一电阻R11以及第四电容C4。

第十电阻R10的第一端为输出电源采样单元06的输入端，第十电阻R10的第二端、第十一电阻R11的第一端以及第四电容C4的第一端为输出电源采样单元06的输出端，第十一电阻R11的第二端和第四电容C4的第二端共接于电源地。

第二抑制单元14包括共模抑制线圈LF1。

指示单元12包括第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2.

以下结合工作原理对图9所示的作进一步说明：

第十电阻R10和第十一电阻R11对第三直流电分压以生成输出电源采样电压，微处理器U1根据输出电源采样电压判断电池状态，并根据电池状态确定充电模式，当充电模式为唤醒模式，则输出第一脉冲宽度调制信号的模式控制信号和调整电压；当充电模式为快充模式，则输出高电平的模式控制信号和调整电压；当充电模式为结束模式，则输出低电平的模式控制信号。

当充电模式为快充模式，微处理器U1同时输出辅助基准电流，第一比较器U2将第三直流电与辅助基准电流和原始基准电流的和相比较，输出调整电流；

当充电模式为唤醒模式，第一比较器U2将第三直流电与原始基准电流的和相比较，输出调整电流；

光耦反馈单元08根据调整电压和调整电流生成反馈信号，转换控制单元02根据反馈信号生成转换控制信号；电压转换单元03根据转换控制信号将第一直流电转换为第二直流电；滤波单元04根据第二直流电生成第三直流电；第一场效应管M1和第二场效应管M2根据模式控制信号连通或关断第三直流电。

同时，第二比较器U3对第三直流电进行采样并放大以生成采样放大电压，并输入至微处理器U1，微处理器U1根据采样放大电压确定充电状态，且根据充电状态生成相应的指示信号以进行指示。

本发明实施例还提供一种充电器，该充电器包括如上述的锂电池充电装置。

本发明实施例通过输出电源采样单元根据第三直流电生成输出电源采样电压；逻辑控制单元根据输出电源采样电压生成模式控制信号开关单元根据模式控制信号连通或关断第三直流电以对锂电池进行充电；由于逻辑控制模块可以输出包括高电平、低电平和第一脉冲宽度调制信号的模式控制信号；从而锂电池充电可以在不同的阶段以不同的电压进行充电,防止了锂电池老化，从而提高了锂电池的使用寿命，增加了产品的市场竞争力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池充电装置，其特征在于，锂电池充电装置包括：

用于根据输入交流电生成第一直流电的整流单元；

与所述整流单元连接，用于根据反馈信号生成转换控制信号的转换控制单元；

与所述整流单元和所述转换控制模块连接，用于根据所述转换控制信号将所述第一直流电转换为第二直流电的电压转换单元；

与所述电压转换单元连接，用于根据所述第二直流电生成第三直流电的滤波单元；

与所述滤波单元连接，用于根据模式控制信号连通或关断所述第三直流电的开关单元；所述模式控制信号包括高电平、低电平和第一脉冲宽度调制信号；

与所述开关单元连接，用于根据所述第三直流电生成输出电源采样电压的输出电源采样单元；

与所述输出电源采样单元连接，用于根据所述输出电源采样电压生成所述模式控制信号和调整电压的逻辑控制单元；

与所述滤波单元和所述控制单元连接，用于根据所述调整电压生成所述反馈信号的光耦反馈单元。

2.如权利要求1所述的锂电池充电装置，其特征在于，所述电压转换单元为变压器，所述变压器包括原边电感、辅助电感和副边电感；

所述副边电感输出原始采样电压；

所述逻辑控制单元具体用于根据反馈信号和所述原始采样电压生成转换控制信号。

3.如权利要求1所述的锂电池充电装置，其特征在于，还包括：

与所述电压转换单元连接，用于根据原始内部电源生成第一内部电源、原始基准电流、第一采样电压以及第一电压的直流转换单元；

所述电压转换单元还用于根据所述转换控制信号将所述第一直流电转换为原始内部电源。

4.如权利要求3所述的锂电池充电装置，其特征在于，还包括：

与所述逻辑控制单元、所述光耦反馈单元、所述输出电源采样单元以及所述开关单元连接，用于根据所述第三直流电、所述原始基准电流以及辅助基准电流生成调整电流的调整电流生成单元；

所述逻辑控制单元还用于根据所述第一内部电源、所述第一采样电压以及第二采样电压生成所述辅助基准电流；

所述滤波单元还用于根据所述第二直流电生成第二电压和所述第二采样电压；

所述光耦反馈单元具体用于根据所述第一电压、所述第二电压、所述调整电压和所述调整电流生成所述反馈信号。

5.如权利要求1所述的锂电池充电装置，其特征在于，还包括：

与所述逻辑控制模块连接，用于对所述第三直流电进行采样和放大以生成采样放大电压的放大单元；

根据指示信号进行指示的指示单元；

所述逻辑控制单元还用于根据所述采样放大电压生成指示信号。

6.如权利要求1所述的锂电池充电装置，其特征在于，还包括：

与所述整流单元连接，用于抑制所述输入交流电的电磁干扰的第一抑制单元；

所述整流单元具体用于根据抑制电磁干扰后的输入交流电生成所述第一直流电。

7.如权利要求1所述的锂电池充电装置，其特征在于，还包括：

与所述开关单元连接，用于抑制所述第三直流电的电磁干扰的第二抑制单元；

所述输出电源采样单元具体用于根据抑制电磁干扰后的所述第三直流电生成输出电源采样电压。

8.如权利要求1所述的锂电池充电装置，其特征在于，所述整流单元包括：

用于根据所述输入交流电生成第四直流电的整流模块；

与所述整流模块连接，用于根据所述第四直流电生成所述第一直流电的滤波模块。

9.如权利要求1所述的锂电池充电装置，其特征在于，所述开关单元包括第一场效应管、第二场效应管、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；

所述第一场效应管的源极和所述第一电阻的第一端共同构成所述开关单元的第一输入端，所述第一场效应管的栅极与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接，所述第一场效应管的漏极与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极为所述开关单元的第一输出端，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的栅极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端为所述开关单元的控制端，所述第四电阻的第一端和所述第二场效应管的源极共接于电源地，所述第四电阻的第二端为所述开关单元的第二输出端。

10.一种充电器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的锂电池充电装置。