CN113193606B - 充电控制电路和充电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电控制电路和充电器，充电控制电路包括预充控制单元、电流采样单元、恒流恒压信号单元、浮充控制单元和电压采样单元，预充控制单元与电流采样单元相连，浮充控制单元分别与恒流恒压信号单元和电压采样单元相连，电流采样单元和电压采样单元均连接到外部功率控制器件，预充控制单元用于检测充电端的输出电压和设置预充电工作状态，电流采样单元用于设置充电端的输出电流，恒流恒压信号单元用于设置恒流工作状态、恒压工作状态和浮充工作状态，浮充控制单元用于实现浮充工作状态下的参数设置和控制，电压采样单元用于设置充电端的输出电压。本发明能够在保证充电效率的同时，实现对电池的有效保护。

Description

充电控制电路和充电器

技术领域

本发明涉及充电技术领域，具体涉及一种充电控制电路和一种充电器。

背景技术

小功率锂电池已被普遍应用于电子产品中。目前，一般的锂电池充电器所采用的充电方式仍难以有效杜绝电池电压太低时的大电流冲击及电压太高时的持续充电现象，因此在充电过程中仍然会造成电池的寿命缩减或损坏。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种充电控制电路和充电器，能够在保证充电效率的同时，实现对电池的有效保护。

本发明采用的技术方案如下：

一种充电控制电路，包括预充控制单元、电流采样单元、恒流恒压信号单元、浮充控制单元和电压采样单元，所述预充控制单元与所述电流采样单元相连，所述浮充控制单元分别与所述恒流恒压信号单元和所述电压采样单元相连，所述电流采样单元和所述电压采样单元均连接到外部功率控制器件，所述预充控制单元用于检测充电端的输出电压和设置预充电工作状态，所述电流采样单元用于设置充电端的输出电流，所述恒流恒压信号单元用于设置恒流工作状态、恒压工作状态和浮充工作状态，所述浮充控制单元用于实现所述浮充工作状态下的参数设置和控制，所述电压采样单元用于设置充电端的输出电压。

所述预充控制单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器和第一电容，所述第一电阻的一端连接到充电端正极，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端接信号地，所述第一运算放大器的同相输入端与所述第一电阻的另一端相连，所述第一运算放大器的反相输入端连接到第一参考源，所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的一端相连，所述第一电容连接于所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间。

所述电流采样单元包括第一三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、电流采样电阻和第一二极管，所述第一三极管的基极与所述第三电阻的另一端相连，所述第一三极管的集电极连接到第二参考源，所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极相连，所述第四电阻的另一端、所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端连接到电流采样点，用于连接到所述外部功率控制器件，所述第五电阻的另一端接功率地，所述第六电阻的另一端连接到所述第二参考源，所述电流采样电阻的一端与所述第六电阻的另一端相连，所述电流采样电阻的另一端接信号地，所述第一二极管的阴极与所述电流采样电阻的另一端相连，所述第一二极管的阳极连接到充电端负极。

所述恒流恒压信号单元包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二运算放大器、第三运算放大器、第二电容和第三电容，所述第七电阻的一端连接到所述第二参考源，所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连，所述第八电阻的另一端接功率地，所述第二运算放大器的同相输入端接信号地，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第七电阻的另一端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述第九电阻的一端相连，所述第三运算放大器的同相输入端连接到所述第二参考源，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第九电阻的另一端相连，所述第二电容连接于所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，所述第三电容连接于所述第三运算放大器的反相输入端与输出端之间。

所述浮充控制单元包括第十电阻、第十一电阻、第二二极管、第三二极管和第四电容，所述第十电阻的一端与所述第三运算放大器的输出端相连，所述第十电阻的另一端与所述第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端连接到所述第二参考源，所述第二二极管的阴极与所述第十电阻的一端相连，所述第二二极管的阳极与所述第十电阻的另一端相连，所述第三二极管的阳极与所述第十电阻的另一端相连，所述第四电容的一端与所述第十电阻的另一端相连，所述第四电容的另一端接信号地。

所述电压采样单元包括第十二电阻和第十三电阻，所述第十二电阻的一端、所述第十三电阻的一端和所述第三二极管的阴极连接到电压采样点，用于连接到所述外部功率控制器件，所述第十二电阻的另一端接信号地，所述第十三电阻的另一端连接到充电端正极。

所述的充电控制电路还包括：工作状态显示单元，所述工作状态显示单元分别与所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器的输出端相连，所述工作状态显示单元用于显示当前的工作状态。

所述工作状态显示单元包括LED。

一种充电器，包括上述充电控制电路。

本发明的有益效果：

本发明通过预充控制单元、电流采样单元、恒流恒压信号单元、浮充控制单元和电压采样单元的连接与控制，能够设置预充电工作状态、恒流工作状态、恒压工作状态和浮充工作状态，由此，能够根据待充电电池的实际需求设定对应的充电状态，从而能够在保证充电效率的同时，实现对电池的有效保护。

附图说明

图1为本发明实施例的充电控制电路的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的充电控制电路的电路拓扑图。

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。

如图1所示，本发明实施例的充电控制电路包括预充控制单元10、电流采样单元20、恒流恒压信号单元30、浮充控制单元40和电压采样单元50。预充控制单元10与电流采样单元20相连，浮充控制单元40分别与恒流恒压信号单元30和电压采样单元50相连，电流采样单元20和电压采样单元50均连接到外部功率控制器件，预充控制单元10用于检测充电端的输出电压和设置预充电工作状态，电流采样单元20用于设置充电端的输出电流，恒流恒压信号单元30用于设置恒流工作状态、恒压工作状态和浮充工作状态，浮充控制单元40用于实现浮充工作状态下的参数设置和控制，电压采样单元50用于设置充电端的输出电压。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，预充控制单元10包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器U1和第一电容C1，第一电阻R1的一端连接到充电端正极Vo+，第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端相连，第二电阻R2的另一端接信号地GND，第一运算放大器U1的同相输入端与第一电阻R1的另一端相连，第一运算放大器U1的反相输入端连接到第一参考源Vref，第一运算放大器U1的输出端，即图中A点与第三电阻R3的一端相连，第一电容C1连接于第一运算放大器U1的反相输入端与输出端之间。

电流采样单元20包括第一三极管Q1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、电流采样电阻Rsen和第一二极管D1，第一三极管Q1的基极与第三电阻R3的另一端相连，第一三极管Q1的集电极连接到第二参考源，例如5V电源，第四电阻R4的一端与第一三极管Q1的发射极相连，第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端连接到电流采样点Io_s，用于连接到外部功率控制器件，第五电阻R5的另一端接功率地SGND，第六电阻R6的另一端连接到第二参考源，电流采样电阻Rsen的一端与第六电阻R6的另一端相连，电流采样电阻Rsen的另一端接信号地GND，第一二极管D1的阴极与电流采样电阻Rsen的另一端相连，第一二极管D1的阳极连接到充电端负极Vo-。

恒流恒压信号单元30包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第二电容C2和第三电容C3，第七电阻R7的一端连接到第二参考源，第八电阻R8的一端与第七电阻R7的另一端相连，第八电阻R8的另一端接功率地SGND，第二运算放大器U2的同相输入端接信号地，第二运算放大器U2的反相输入端与第七电阻R7的另一端相连，第二运算放大器U2的输出端，即图中B点与第九电阻R9的一端相连，第三运算放大器U3的同相输入端连接到第二参考源，第二运算放大器U3的反相输入端与第九电阻R9的另一端相连，第二电容C2连接于第二运算放大器U2的反相输入端与输出端之间，第三电容C3连接于第三运算放大器U3的反相输入端与输出端之间。

浮充控制单元40包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第二二极管D2、第三二极管D3和第四电容C4，第十电阻R10的一端与第三运算放大器U3的输出端，即图中C点相连，第十电阻R10的另一端与第十一电阻R11的一端相连，第十一电阻R11的另一端连接到第二参考源，第二二极管D2的阴极与第十电阻R10的一端相连，第二二极管D2的阳极与第十电阻R10的另一端相连，第三二极管D3的阳极与第十电阻R10的另一端相连，第四电容C4的一端与第十电阻R10的另一端相连，第四电容C4的另一端接信号地GND。

电压采样单元50包括第十二电阻R12和第十三电阻R13，第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端和第三二极管D3的阴极连接到电压采样点Vo_s，用于连接到外部功率控制器件，第十二电阻R12的另一端接信号地GND，第十三电阻R13的另一端连接到充电端正极Vo+。

在本发明的一个具体实施例中，上述充电控制电路可应用于小功率锂电池的充电。当锂电池电压低，小于设置电压Uo1时，可采用小电流进行预充电。输出电压Uo经采样电阻R1、R2分压采样，进入第一运算放大器U1的同相输入端，与反相输入端参考电压Vref比较，运放U1、U2、U3的供电电压为12V。

当Vref*(1+R1/R2)<Uo1时，第一运算放大器U1输出为低电平；当Vref*(1+R1/R2)>Uo1时，第一运算放大器U1输出为高电平。U1输出经过R3限流，驱动电流采样单元10中第一三极管Q1的基极。

具体地，当Vref*(1+R1/R2)<Uo1时，NPN型三极管Q1截止，电流采样单元10中R4不流过电流，此时R5和R6串联分压，从串联点Io_s取电流采样信号，此时设置为预充电，预充电电流为Io1，设置GND为输出电流控制电路的参考电压点，可计算得：

Io1＝(5/R6)*R5/Rsen

当Vref*(1+R1/R2)>Uo1时，NPN型三极管Q1导通，电流采样单元10中R4流过电流，忽略Q1饱和压降和基极电流的影响，此时R4与R6并联，再与R5串联分压，从串联点Io_s取电流采样信号，此时设置为恒流充电，恒流电流为Io2，设置GND为输出电流控制电路的参考电压点，可计算得：

Io2＝[5*(R6+R4)/(R6*R4)]*R5/Rsen

如图2所示，恒流恒压信号单元30检测输出电流大小，可控制和输出充电状态。R7和R8串联分压，串联点接入第二运算放大器U2的反相输入端，U2的同相输入端接GND，作为输出电流控制电路的参考电压点。设置恒压充电阶段结束时的电流为Ioff(可设Ioff>Io1，减短恒压充电时间)，U2的输出经R9和C3滤波，进入第三运算放大器U3的同相输入端，与U3反相输入端参考电压5V进行比较。

当恒流充电时，(5/R7)*R8<Io2*Rsen时，U2输出高电平，U3输出低电平。此时输出电压范围为[Uo1，Uo2)，Uo1为预充电结束时的电压，Uo2为电池充满的设定电压。

当恒压充电时，(5/R7)*R8≤Io*Rsen仍满足时，U2输出高电平，U3输出低电平。此时输出电压接近Uo2，输出电流范围为[Ioff，Io2)。

当恒压结束，(5/R7)*R8≤Io*Rsen不满足，U2输出低电平，U3输出高电平。此时输出切换为浮充状态。

如图2所示，由D2、R10和C4组成的RCD充放电电路，能够实现快速进入恒流恒压状态，慢速进入浮充状态的功能，可在任何情况下实现电池充满和稳定进入浮充状态的要求。R11与D3可用于设置电池充满电压Uo2与浮充电压Uo3的取值。当U3输出低电平，D3反偏，流过R11的电流返回到GND，输出电压分压系数为(1+R13/R12)；当U3输出高电平，D3正偏，R10很大，流过R10的电流可以忽略不计，流过R11的电流经过D3流入R12，不考虑D3正向压降的影响，输出电压分压系数为[1+R13*R11/(R13+R11)/R12]。

当恒流结束，进入恒压工作模式，输出电压为Uo2：

Uo2＝Vo_s*(1+R13/R12)

当恒压结束，进入浮充工作模式，输出电压为Uo3：

Uo3＝Vo_s*[1+R13*R11/(R13+R11)/R12]

浮充工作状态下，电池电压高于输出电压Uo，D1反偏，充电停止，输出电流为零，从而对锂电池进行保护。

总体而言，各充电状态与输出电压Uo、输出电流Io及U1、U2、U3输出端电平UA、UB、UC的高低状态之间的对应关系如表1所示。

表1

输出电压(Uo)	输出电流(Io)	UA状态	UB状态	UC状态	充电状态
						＜Uo1	Io1	低	低	高	预充电
≥Uo1，＜Uo2	Io2	高	高	低	恒流
						～Uo2	<Io2，>Ioff	高	高	低	恒压
Uo3	0	高	低	高	浮充

外部功率控制器件可根据电流采样点和电压采样点的数值对充电端的电流和电压进行调整，从而实现上述的预充电、恒流、恒压和浮充工作状态。

此外，本发明实施例的充电控制电路还可包括工作状态显示单元，工作状态显示单元分别与第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的输出端相连，工作状态显示单元用于显示当前的工作状态。

在本发明的一个实施例中，工作状态显示单元可包括LED。如以上所述，在不同的工作状态下，U1、U2、U3输出端输出信号不同，可将LED电路接在图2中A、B、C点，通过LED的亮灭等状态变化体现A、B、C点信号的差异，即U1、U2、U3输出电平的高低，从而实现上述预充电、恒流、恒压和浮充工作状态的准确输出。

根据本发明实施例的充电控制电路，通过预充控制单元、电流采样单元、恒流恒压信号单元、浮充控制单元和电压采样单元的连接与控制，能够设置预充电工作状态、恒流工作状态、恒压工作状态和浮充工作状态，由此，能够根据待充电电池的实际需求设定对应的充电状态，从而能够在保证充电效率的同时，实现对电池的有效保护。

对应上述实施例的充电控制电路，本发明还提出一种充电器。

本发明实施例的充电器，包括本发明上述任一实施例的充电控制电路，其具体的实施方式可参照上述实施例，在此不再赘述。

根据本发明实施例的充电器，能够在保证充电效率的同时，实现对电池的有效保护。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种充电控制电路，其特征在于，包括预充控制单元、电流采样单元、恒流恒压信号单元、浮充控制单元和电压采样单元，所述预充控制单元与所述电流采样单元相连，所述浮充控制单元分别与所述恒流恒压信号单元和所述电压采样单元相连，所述电流采样单元和所述电压采样单元均连接到外部功率控制器件，所述预充控制单元用于检测充电端的输出电压和设置预充电工作状态，所述电流采样单元用于设置充电端的输出电流，所述恒流恒压信号单元用于设置恒流工作状态、恒压工作状态和浮充工作状态，所述浮充控制单元用于实现所述浮充工作状态下的参数设置和控制，所述电压采样单元用于设置充电端的输出电压，

所述预充控制单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器和第一电容，所述第一电阻的一端连接到充电端正极，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端接信号地，所述第一运算放大器的同相输入端与所述第一电阻的另一端相连，所述第一运算放大器的反相输入端连接到第一参考源，所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的一端相连，所述第一电容连接于所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间，

所述电流采样单元包括第一三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、电流采样电阻和第一二极管，所述第一三极管的基极与所述第三电阻的另一端相连，所述第一三极管的集电极连接到第二参考源，所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极相连，所述第四电阻的另一端、所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端连接到电流采样点，用于连接到所述外部功率控制器件，所述第五电阻的另一端接功率地，所述第六电阻的另一端连接到所述第二参考源，所述电流采样电阻的一端与所述第六电阻的另一端相连，所述电流采样电阻的另一端接信号地，所述第一二极管的阴极与所述电流采样电阻的另一端相连，所述第一二极管的阳极连接到充电端负极，

所述恒流恒压信号单元包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二运算放大器、第三运算放大器、第二电容和第三电容，所述第七电阻的一端连接到所述第二参考源，所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连，所述第八电阻的另一端接功率地，所述第二运算放大器的同相输入端接信号地，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第七电阻的另一端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述第九电阻的一端相连，所述第三运算放大器的同相输入端连接到所述第二参考源，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第九电阻的另一端相连，所述第二电容连接于所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，所述第三电容连接于所述第三运算放大器的反相输入端与输出端之间，

所述浮充控制单元包括第十电阻、第十一电阻、第二二极管、第三二极管和第四电容，所述第十电阻的一端与所述第三运算放大器的输出端相连，所述第十电阻的另一端与所述第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端连接到所述第二参考源，所述第二二极管的阴极与所述第十电阻的一端相连，所述第二二极管的阳极与所述第十电阻的另一端相连，所述第三二极管的阳极与所述第十电阻的另一端相连，所述第四电容的一端与所述第十电阻的另一端相连，所述第四电容的另一端接信号地，

所述电压采样单元包括第十二电阻和第十三电阻，所述第十二电阻的一端、所述第十三电阻的一端和所述第三二极管的阴极连接到电压采样点，用于连接到所述外部功率控制器件，所述第十二电阻的另一端接信号地，所述第十三电阻的另一端连接到充电端正极。

2.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，还包括：

工作状态显示单元，所述工作状态显示单元分别与所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器的输出端相连，所述工作状态显示单元用于显示当前的工作状态。

3.根据权利要求2所述的充电控制电路，其特征在于，所述工作状态显示单元包括LED。

4.一种充电器，其特征在于，包括根据权利要求1-3中任一项所述的充电控制电路。

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