CN110365089A - 一种充电器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电器，包括开关电源电路、线性电源电路和第一开关，所述开关电源的输出端与所述线性电源电路的输入端连接，所述线性电源电路的输出端与负载连接，所述第一开关与所述线性电源电路并联。本发明充电器能够有效提高充电器输出电流范围以及精度。
Description
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，且特别是有关于电池养护的技术。
背景技术
锂电池充电器一般通过恒流模式给锂电池模组充电，锂电池模组由多个电池单元串并联组成，锂电池模组通过BMS(电池管理***)来管理电池单元的电压，温度等等来保证锂电池模组的安全。
锂电池充电器在对锂电池模组恒流充电过程中，各个电池单元的差异性会导致某个电池单元的电压率先达到BMS保护点电压，从而使充电终止，这种差异性随着充电次数的增加而变得更加明显，最终导致锂电池模组的容量和寿命的损失。
为了解决这个问题，BMS会设置均衡电路，通过微调每个电池单元的充电电流来平衡电池单元的电压。检测到各个电池单元的压差较大时，对电压较高的电池单元通过放电电阻放电，因为电阻是纯损耗的负载，考虑到效率以及发热的原因，通过电阻的放电的电流不能太大。在这种情况下需要充电器对锂电池模组进行小电流充电，以便给电池单元的电压平衡留出足够的时间。
现有的锂电池充电器在小电流充电时，小电流充电精度非常差，比如一个10A的充电器精度一般在0.1-0.2A，在它被要求小电流0.2A充电时精度也是0.1-0.2A，它的实际充电电流有可能在0-0.4A。
发明内容
本发明正是思及于此，提供一种充电器，使用充分利用开关电源和线性电源各自的优点，在大电流输出时使用开关电源为负载供电，在小电流时使用开关电源为线性电源电路提供电压，线性电源电路为负载供电。
一种充电器，包括开关电源电路、线性电源电路、第一开关，所述开关电源的输出端与所述线性电源电路的输入端连接，所述线性电源电路的输出端与负载连接，所述开关与所述线性电源电路并联。
上述充电器还包括一数字控制电路，所述数字控制电路与所述负载通讯，为所述第一开关提供控制信号。
上述数字控制电路设定一第一阈值，所述数字控制电路接收所述负载发出的充电电流需求值，若所述充电电流需求值大于第一阈值，所述第一开关闭合，若所述充电电流需求值不大于第一阈值，所述第一开关关断。
上述第一开关闭合时，所述开关电源电路工作在恒流输出工作状态，所述线性电源电路关断。
上述第一开关关断时，所述开关电源电路工作在恒压输出工作状态，所述线性电源电路开通。
上述数字控制电路输出控制所述开关电源电路和线性电源电路的控制信号。
本发明还提供一种充电器控制方法，所述充电器包括开关电源电路和线性电源电路，所述线性电源电路设置与所述开关电源电路的输出端，所述线性电源电路的两端并联第一开关，所述方法包括如下步骤：
步骤一检测充电电流需求值；
步骤二判断所述充电电流需求值是否大于第一阈值，如果是执行步骤三，如果否执行步骤四；
步骤三控制所述第一开关闭合，使用所述开关电源电路为负载提供电能；
步骤四控制所述第一开关关断，使用所述开关电源电路和所述线性电源电路为负载提供电能。
上述步骤三中所述第一开关闭合时，控制所述开关电源电路工作于恒流输出模式为所述负载提供电能，所述开关电源电路的输出电流值等于所述充电电流需求值。
上述步骤四中所述第一开关关断时，控制所述开关电源电路工作于恒压输出模式为所述线性电源电路提供第一电压，所述线性电源电路的输出电流值等于所述充电电流需求值。
上述步骤四中控制所述第一电压大于所述负载的电压。
本发明的技术方案使用线性电源电路调节低电流输出时的电流，能够有效提高输出电流的精度。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明充电器示意框图。
图2为本发明充电器的一具体实施例。
图3为本发明充电器的控制方法。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
如图1所示，充电器11包括开关电源电路111、线性电源电路112和开关Q1，所述开关电源电路111的输出端与线性电源电路112连接，所述开关Q1并联在所述线性电源电路112的两端，所述开关电源电路111接收交流电能或者直流电能输入，经过其中开关开通和关断的对电能进行转换，所述开关Q1关断时，所述线性电源电路112接收所述开关电源电路111的输出，经过线性调节后为负载121提供电能；所述开关Q1闭合时，所述线性电源电路112被旁路，所述开关电源电路111为所述负载121提供电能。
如图1所示，所述充电器11还包括数字控制电路113，所述数字控制电路113为所述开关电源电路111提供控制信号S1，为所述线性电源电路112提供控制信号S3，为开关Q1提供控制信号S2，数字控制电路113控制开关电源电路111的工作状态以及恒流工作状态时的输出电流和恒压工作状态时的输出电压。数字控制电路113控制线性电源电路112的开通或关断以及输出的恒流电流。
图1中负载12举例为锂电池时，其具有电池模组121和电池管理***(BMS)122，电池管理***(BMS)122检测电池模组121的状态，并对电池模组121进行充放电管理，所述数字控制电路113经过电池管理***(BMS)122与负载12进行通讯，数字控制电路113设定一个阈值，当电池管理***(BMS)122要求的充电电流需求值大于所述阀值时，所述数字控制电路113控制所述开关电源电路111工作在恒流状态，线性电源电路112关断，开关Q1开通。当电电池管理***(BMS)122要求的充电电流需求值不大于所述阀值时，所述数字控制电路113控制所述开关Q1关断，线性电源电路112开通并输出所述电池管理***(BMS)122需求的充电电流需求值，开关电源电路111工作在恒压状态并且使其输出电压略大于电池模组121的电压，从而使线性电源电路112的损耗可控。
下面举个具体的实例：
假设充电器11对48V锂电池模组充电，最大充电电流10A，数字控制电路13的阀值设置在0.5A，当电池管理***(BMS)122指令的充电电流需求值在0.5-10A之间时，开关Q1闭合，线性电源电路112关断，开关电源电路111工作在恒流状态，充电精度大概为最大电流的2％即0.2A。
当电池管理***(BMS)122指令的充电电流需求值小于0.5A时，即电池管理***(BMS)122需要小电流做电池单元电压均衡，开关Q1关断，线性电源电路112工作，线性电源电路112可以控制电流精度在0.5A*2％＝10mA，而且其输出纹波非常小，此时开关电源电111工作在恒压状态，假设此时的负载电压是50V，数字控制电路113可以根据采样到的负载电压设定开关电源电路111的输出电压在51V，在保证线性电源电路112正常工作的情况下使其损耗最小。
如图2所示为本发明一具体实施例的图，本实施例中，所述开关电源电路211为一半桥谐振电路，交流输入电能AC经过D1-D4构成的全桥整流电路整流后输出直流电，再经过半桥谐振电路进行DCDC变换，输出满足负载要求的电能。但是本发明并不以此为限，所述开关电源电路211也可为其他隔离式电源电路，例如反激变换电路、LLC谐振变换电路、正激变换电路等，或者非隔离式电源电路，例如BUCK变换电路等。线性电源电路212包括开关Q4、电阻R1和R2，所述开关Q4工作在线性放大区，所述线性电源接收所述开关电源电路211的输出电压，并调节其输出端的电流。所述数字控制电路213为微控制单元MCU，例如意法半导体STM系列MCU、恩智浦的LPC系列，所述数字控制电路213也可为数字信号处理器DSP，例如TI公司的TMS320系列，但是本发明并不以此为限。所述数字控制电路213采集负载的电压、电流信号，并与电池管理***(BMS)222进行通讯接收充电电流需求值等信息。所述数字控制电路213控制所述开关电源电路211和所述线性电源电路212中开关的工作时序。
如图3所示为本发明充电器控制方法，所述充电器包括开关电源电路和线性电源电路，所述线性电源电路设置与所述开关电源电路的输出端，所述线性电源电路的两端并联第一开关，包括将所述充电器的电源输出端与电池模组连接，所述充电器的数字控制电路与所述电池管理***(BMS)建立通讯，包括如下步骤：
步骤31检测输出电流需求值。该输出电流需求值也即是负载要求所述充电器输出的电流值。所述充电器会以该输出电流需求值为参考值，控制其输出电流近似等于该输出电流需求值。若所述负载为锂电池时，所述输出电流需求值来自于电池管理***BMS的输出。
步骤32判断所述输出电流需求值是否大于第一阈值。如果大于所述第一阈值，执行步骤33，否则执行步骤34。
步骤33控制所述第一开关闭合，使用所述开关电源电路为负载提供电能。控制所述开关电源电路工作于恒流输出模式为所述负载提供电能，所述开关电源电路的输出电流值等于所述充电电流需求值。
步骤34控制所述第一开关关断，使用所述开关电源电路和所述线性电源电路为堵在提供电能。控制所述开关电源电路工作于恒压输出模式为所述线性电源电路提供第一电压，所述线性恒流源电路的输出电流值等于所述充电电流需求值。进一步地，控制所述第一电压大于所述负载的电压。以减少所述线性电源电路的损耗。
本发明的充电器的输出电能中低频纹波极小，可以有效的满足负载的需求。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种充电器，其特征在于，包括开关电源电路、线性电源电路、第一开关，所述开关电源的输出端与所述线性电源电路的输入端连接，所述线性电源电路的输出端与负载连接，所述开关与所述线性电源电路并联。
2.如权利要求1所述一种充电器，其特征在于，所述充电器还包括一数字控制电路，所述数字控制电路与所述负载通讯，为所述第一开关提供控制信号。
3.如权利要求2所述一种充电器，其特征在于，所述数字控制电路设定一第一阈值，所述数字控制电路接收所述负载发出的充电电流需求值，若所述充电电流需求值大于第一阈值，所述第一开关闭合，若所述充电电流需求值不大于第一阈值，所述第一开关关断。
4.如权利要求3所述一种充电器，其特征在于，所述第一开关闭合时，所述开关电源电路工作在恒流输出工作状态，所述线性电源电路关断。
5.如权利要求4所述一种充电器，其特征在于，所述第一开关关断时，所述开关电源电路工作在恒压输出工作状态，所述线性电源电路开通。
6.如权利要求2所述一种充电器，其特征在于，所述数字控制电路输出控制所述开关电源电路和线性电源电路的控制信号。
7.一种充电器控制方法，其特征在于，所述充电器包括开关电源电路和线性电源电路，所述线性电源电路设置与所述开关电源电路的输出端，所述线性电源电路的两端并联第一开关，所述方法包括如下步骤：
步骤一检测充电电流需求值；
步骤二判断所述充电电流需求值是否大于第一阈值，如果是执行步骤三，如果否执行步骤四；
步骤三控制所述第一开关闭合，使用所述开关电源电路为负载提供电能；
步骤四控制所述第一开关关断，使用所述开关电源电路和所述线性电源电路为负载提供电能。
8.如权利要求7所述一种充电器控制方法，其特征在于，所述步骤三中所述第一开关闭合时，控制所述开关电源电路工作于恒流输出模式为所述负载提供电能，所述开关电源电路的输出电流值等于所述充电电流需求值。
9.如权利要求8所述一种充电器控制方法，其特征在于，所述步骤四中所述第一开关关断时，控制所述开关电源电路工作于恒压输出模式为所述线性电源电路提供第一电压，所述线性电源电路的输出电流值等于所述充电电流需求值。
10.如权利要求9所述一种充电器控制方法，其特征在于，所述步骤四中控制所述第一电压大于所述负载的电压。
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