CN113612297A - 一种用单片机控制同步整流充电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用单片机控制同步整流充电控制电路，涉及充电器；包括：半桥功率开关模块，与电源接线端连接；单片机，与半桥功率开关模块连接，单片机发送第一PWM信号与第二PWM信号给半桥功率开关模块；BUCK电路模块，与半桥功率开关模块连接，BUCK电路模块接收由半桥功率开关模块发出的同步整流信号；充电开关电路模块，与BUCK电路模块连接，还与充电接线端连接；电源电压检测模块，与电源接线端连接；电池电压检测模块，与充电接线端连接。本发明的优点在于：单片机输出两路PWM信号至半桥功率开关模块，通过调整两路PWM信号的占空比实现多种电压输出，在充电过程中检测电池的充电状态并随时调整充电参数，满足同一充电器输出不同电压的充电功能。

Description

一种用单片机控制同步整流充电控制电路

技术领域

本发明涉及充电器，具体涉及一种用单片机控制同步整流充电控制电路。

背景技术

充电器通过微机控制技术，实现优化的Wsa+Pulse充电特性曲线，充电电流随蓄电池的充电电压的升高而自动下降；结合充电末期的脉冲充电方式，使充电效果更为理想。采用容量平衡原理智能地判别蓄电池的充足，保证蓄电池充足--既不欠充，也不过充，充电同时具有充电参数动态跟踪调整功能以及完善的保护功能。

传统充电控制都是用单级BUCK电路来做，这种电路的缺陷就是只能做单一电压充电。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种单片机控制同步整流充电控制电路，满足同一充电器输出不同电压的充电功能。

本发明是这样实现的：一种用单片机控制同步整流充电控制电路，包括：

电源接线端，用于跟外部直流电源连接；

充电接线端，用于跟电池模组连接；

半桥功率开关模块，与所述电源接线端连接；

单片机，与所述半桥功率开关模块连接，所述单片机发送第一PWM信号与第二PWM信号给所述半桥功率开关模块；

BUCK电路模块，与所述半桥功率开关模块连接，所述BUCK电路模块接收由所述半桥功率开关模块发出的同步整流信号；

充电开关电路模块，与所述BUCK电路模块连接，还与所述充电接线端连接；

电源电压检测模块，与所述电源接线端连接，还与所述单片机连接；

电池电压检测模块，与所述充电接线端连接，还与所述单片机连接。

进一步地，所述半桥功率开关模块包括VIN端、VSW端、TG端与BG端；

所述单片机包括PSW1端、PSW2端、P1.2端、P1.4端与P1.7端；

所述BUCK电路模块包括电感L2、电容C5、电容C6、电容C7与电阻RS2；

所述充电开关电路模块包括P型MOS管Q1、P型MOS管Q2、NPN型三极管Q3、电阻R7、电阻R8与电阻R9；

所述电源电压检测模块包括电阻R10、电阻R11与电容C9；

所述电池电压检测模块包括二极管D2、电阻R12、电阻R13与电容C10；

其中，所述电源接线端与VIN端、电阻R11的一端、电容C1的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R10的一端、电容C9的一端、P1.4端连接，电阻R10的另一端、电容C9的另一端以及电容C1的另一端均接地；

PSW1端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与TG端连接，PSW2端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与BG端连接，P1.7端与电容C10的一端、电阻R12的一端、电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与所述充电接线端的正极连接，电容C10的另一端以及电阻R12的另一端均接地；

VSW端与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C5的一端、电容C6的一端、电阻RS2的一端连接，电阻RS2的另一端与电容C7的一端、P型MOS管Q1的漏极连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端以及电容C7的另一端均接地；

P型MOS管Q1的源极与P型MOS管Q2的源极、电阻R7的一端连接，P型MOS管Q1的栅极与P型MOS管Q2的栅极、电阻R7的另一端、电阻R8的一端、NPN型三极管Q3的集电极连接，P型MOS管Q2的漏极与所述充电接线端的正极连接，电阻R8的另一端与P型MOS管Q1的漏极连接，NPN型三极管Q3的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与P1.2端连接，NPN型三极管Q3的发射极以及所述充电接线端的负极均接地。

进一步地，还包括：充电电流检测模块，与所述BUCK电路模块连接，还与所述单片机连接。

进一步地，所述充电电流检测模块包括电阻RS1；

所述单片机还包括P1.0端与P1.1端；

其中，电阻RS1的一端与P1.1端、所述电阻RS2的一端连接，电阻RS1的另一端与P1.0端、所述电阻RS2的另一端连接。

进一步地，还包括：电压转换模块，与所述电源接线端连接，所述电压转换模块生成5V电源并发送给所述单片机的供电端。

进一步地，所述电压转换模块包括稳压管、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2与电阻R01；

其中，所述电源接线端与电容C2的一端、稳压管的Vin端连接，稳压管的Vout端与电容C3的一端、电阻R2的一端、电阻R01的一端、所述单片机的供电端连接，电阻R2的另一端与稳定管的ADJ端、电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端以及电阻R01的另一端均接地。

进一步地，还包括：同步整流信号检测模块，与所述半桥功率开关模块连接，还与所述单片机连接。

进一步地，所述同步整流信号检测模块包括电容C8、电阻R6与电阻R4；

其中，电阻R4的一端与所述单片机的TGR端连接，电阻R4的另一端与电容C8的一端、所述VSW端、所述半桥功率开关模块的TGR端连接，电容C8的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地。

进一步地，还包括：EMC电路模块，与所述充电开关电路模块连接，还与所述充电接线端连接。

进一步地，所述EMC电路模块包括电容C4与电感L1；

其中，电容C4的一端与共模电感L1的第一输入端、所述P型MOS管Q2的漏极连接，共模电感L1的第一输出端与所述充电接线端的正极连接，电容C4的另一端以及共模电感L1的第二输入端均接地，共模电感L1的第二输出端与所述充电接线端的负极连接。

本发明的优点在于：1、单片机输出两路PWM信号至半桥功率开关模块，通过调整两路PWM信号的占空比实现多种电压输出，在充电过程中检测电池的充电状态并随时调整充电参数，满足同一充电器输出不同电压的充电功能。2、单片机检测到连接了电池模组以及外部直流电源时自动输出PWM波形信号。3、单片机检测半桥功率开关模块输出的同步整流信号是否同步，及时调整两路PWM信号的交错导通时间。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的用单片机控制同步整流充电控制电路的结构框图一。

图2是本发明的用单片机控制同步整流充电控制电路的结构框图二。

图3是本发明的用单片机控制同步整流充电控制电路的电路图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种用单片机控制同步整流充电控制电路，解决了现有技术中充电器只能做单一电压充电的缺点，实现了同一充电器输出不同电压的充电的技术效果。

本发明实施例中的技术方案为解决上述缺点，总体思路如下：单片机输出两路PWM信号至半桥功率开关模块，通过调整两路PWM信号的占空比实现多种电压输出，在充电过程中检测电池的充电状态并随时调整充电参数。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参阅图1至图3，本发明的优选实施例。

一种用单片机控制同步整流充电控制电路，包括：电源接线端，用于跟外部直流电源连接；外部直流电源为18V。充电接线端，用于跟电池模组连接；对电池模组进行充电。电源接线端与充电接线端都集成在接线端子J1。

半桥功率开关模块U2，与所述电源接线端连接；半桥功率开关模块U2的型号是CSD87333Q3D。单片机U1，与所述半桥功率开关模块U2连接，所述单片机U1发送第一PWM信号与第二PWM信号给所述半桥功率开关模块U2；单片机U1的型号是CM9M745。半桥功率开关模块U2输出同步整流信号，通过调整两路PWM信号的占空比，半桥功率开关模块U2输出多种电压。

BUCK电路模块，与所述半桥功率开关模块U2连接，所述BUCK电路模块接收由所述半桥功率开关模块U2发出的同步整流信号；BUCK电路模块对同步整流信号进行降压处理，比如将18V降压至15V。

充电开关电路模块，与所述BUCK电路模块连接，还与所述充电接线端连接；当充电开关电路模块导通时，对电池模组进行充电，当充电开关电路模块断开时，停止充电。

电源电压检测模块，与所述电源接线端连接，还与所述单片机U1连接；电源电压检测模块检测电源接线端是否通电以及电源电压数值，并反馈给单片机U1。

电池电压检测模块，与所述充电接线端连接，还与所述单片机U1连接。电源电压检测模块检测电池模组的电压，并反馈给单片机U1。

单片机U1在检测到电源接线端与充电接线端连接正常时，输出两路PWM信号到半桥功率开关模块U2，根据采集的电池模组在充电过程的电压，自动调整第一PWM信号与第二PWM信号的占空比。当检测到电池电压在恒压阶段时第一PWM信号和第二PWM信号的占空比最小。

充电电流检测模块，与所述BUCK电路模块连接，还与所述单片机U1连接。充电电流检测模块检测充电过程的充电电流，并反馈给单片机U1。单片机U1结合采集的充电电流，进一步调整第一PWM信号与第二PWM信号的占空比。当检测到电池在恒流充电阶段时，第一PWM信号和第二PWM信号的占空比最大。达到根据电池模组的充电状态调整充电参数的目的，电池模组的充电状态分为恒压、恒流与浮充。占空比是PWM波形中的高电平与低电平的比例，浮充时占空比介于最小与最大之间。

电压转换模块，与所述电源接线端连接，所述电压转换模块生成5V电源并发送给所述单片机U1的供电端。电压转换模块将外部18V的直流电源转换成5V电源；从而无需另外配置5V电源供给装置。

同步整流信号检测模块，与所述半桥功率开关模块U2连接，还与所述单片机U1连接。单片机U1检测半桥功率开关模块U2输出的同步整流信号是否同步，从而及时地调整第一PWM信号与第二PWM信号的交错导通时间。

EMC电路模块，与所述充电开关电路模块连接，还与所述充电接线端连接。EMC电路模块减小线路板上的电路产生的电磁辐射和对外界干扰的敏感性。

结合具体的电路进行描述，所述半桥功率开关模块U2包括VIN端、VSW端、TG端与BG端；所述单片机U1包括PSW1端、PSW2端、P1.2端、P1.4端与P1.7端；所述BUCK电路模块包括电感L2、电容C5、电容C6、电容C7与电阻RS2；所述充电开关电路模块包括P型MOS管Q1、P型MOS管Q2、NPN型三极管Q3、电阻R7、电阻R8与电阻R9；所述电源电压检测模块包括电阻R10、电阻R11与电容C9；所述电池电压检测模块包括二极管D2、电阻R12、电阻R13与电容C10；其中，所述电源接线端与VIN端、电阻R11的一端、电容C1的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R10的一端、电容C9的一端、P1.4端连接，电阻R10的另一端、电容C9的另一端以及电容C1的另一端均接地；单片机U1的P1.4端间接检测电源接线端的电压。

PSW1端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与TG端连接，PSW2端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与BG端连接，单片机U1的PSW1端发出第一PWM信号，单片机U1的PSW2端发生第二PWM信号。

P1.7端与电容C10的一端、电阻R12的一端、电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与所述充电接线端的正极B+连接，电容C10的另一端以及电阻R12的另一端均接地；单片机U1的P1.7端间接检测充电接电线即电池模组的电压。

VSW端与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C5的一端、电容C6的一端、电阻RS2的一端连接，电阻RS2的另一端与电容C7的一端、P型MOS管Q1的漏极连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端以及电容C7的另一端均接地；半桥功率开关模块U2的VSW端输出同步整流信号，经过降压后，发送至P型MOS管Q1的漏极。

P型MOS管Q1的源极与P型MOS管Q2的源极、电阻R7的一端连接，P型MOS管Q1的栅极与P型MOS管Q2的栅极、电阻R7的另一端、电阻R8的一端、NPN型三极管Q3的集电极连接，P型MOS管Q2的漏极与所述充电接线端的正极B+连接，电阻R8的另一端与P型MOS管Q1的漏极连接，NPN型三极管Q3的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与P1.2端连接，NPN型三极管Q3的发射极以及所述充电接线端的负极B-均接地。单片机U1的P1.2端发出高电平经过电阻R9作用于NPN型三极管Q3的基极，NPN型三极管Q3导通，P型MOS管Q1的栅极与P型MOS管Q2的栅极均为低电平，P型MOS管Q1与P型MOS管Q2均导通，此时充电接线端的正极B+与负极B-对电池模组进行充电。单片机U1的P1.2端发出低电平经过电阻R9作用于NPN型三极管Q3的基极，NPN型三极管Q3截止，P型MOS管Q1的栅极与P型MOS管Q2的栅极均为高电平，P型MOS管Q1与P型MOS管Q2均截止，此时停止对电池模组充电。

所述充电电流检测模块包括电阻RS1；所述单片机U1还包括P1.0端与P1.1端；其中，电阻RS1的一端与P1.1端、所述电阻RS2的一端连接，电阻RS1的另一端与P1.0端、所述电阻RS2的另一端连接。单片机U1的P1.0端与P1.1端分别检测电阻RS1两端的电压，并与电阻RS1的电阻阻值进行计算，间接检测充电过程的充电电流。

所述电压转换模块包括稳压管U9、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2与电阻R01；稳压管的型号为NCV1117DTARKG。其中，所述电源接线端与电容C2的一端、稳压管的Vin端连接，稳压管的Vout端与电容C3的一端、电阻R2的一端、电阻R01的一端、所述单片机U1的供电端连接，电阻R2的另一端与稳定管的ADJ端、电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端以及电阻R01的另一端均接地。将18V直流电源转换成5V直流电源给单片机U1供电。

所述同步整流信号检测模块包括电容C8、电阻R6与电阻R4；其中，电阻R4的一端与所述单片机的TGR端连接，电阻R4的另一端与电容C8的一端、所述VSW端、所述半桥功率开关模块的TGR端连接，电容C8的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地。单片机U1的TGR端检测半桥功率开关的VSW端输出的同步整流信号是否同步。

所述EMC电路模块包括电容C4与电感L1；其中，电容C4的一端与共模电感L1的第一输入端、所述P型MOS管Q2的漏极连接，共模电感L1的第一输出端与所述充电接线端的正极B+连接，电容C4的另一端以及共模电感L1的第二输入端均接地，共模电感L1的第二输出端与所述充电接线端的负极B-连接。

所述单片机U1还包括P1.3端，按键SW1的一端与P1.3端连接，按键SW1的另一端接地。SW1闭合与断开会产生电平变化，当单片机检测到SW1有动作时，单片机U1会根据此电平变化来调整内部程序，控制PWM信号输出，PWM信号的占空比就可以调节充电电压，形成不同的充电电压类型。

本发明的用单片机控制同步整流充电控制电路的工作方式：接线端子J1连接外部直流电源与电池模组，单片机U1检测电源接线端的电压以及充电接线端的电压时，输出两路PWM信号至半桥功率开关模块U2，同时单片机U1控制充电开关电路模块导通，半桥功率开关模块U2输出同步整流信号经过BUCK降压后到达充电开关电路模块，接着经过EMC电路模块，对电池模组进行充电。在充电过程中，单片机U1采集电池模组的电压、充电电流以及同步整流信号是否同步，及时地调整两路PWM信号的占空比以及交错导通时间。实现同一充电器输出不同电压的充电的目的。不仅通过采集电池模组的电压从而调整两路PWM信号的占空比达到输出不同的充电电压类型，也可以通过按键SW1来选择充电电压类型。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于，包括：

电源接线端，用于跟外部直流电源连接；

充电接线端，用于跟电池模组连接；

半桥功率开关模块，与所述电源接线端连接；

单片机，与所述半桥功率开关模块连接，所述单片机发送第一PWM信号与第二PWM信号给所述半桥功率开关模块；

BUCK电路模块，与所述半桥功率开关模块连接，所述BUCK电路模块接收由所述半桥功率开关模块发出的同步整流信号；

充电开关电路模块，与所述BUCK电路模块连接，还与所述充电接线端连接；

电源电压检测模块，与所述电源接线端连接，还与所述单片机连接；

电池电压检测模块，与所述充电接线端连接，还与所述单片机连接。

2.根据权利要求1所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于：

所述半桥功率开关模块包括VIN端、VSW端、TG端与BG端；

所述单片机包括PSW1端、PSW2端、P1.2端、P1.4端与P1.7端；

所述BUCK电路模块包括电感L2、电容C5、电容C6、电容C7与电阻RS2；

所述充电开关电路模块包括P型MOS管Q1、P型MOS管Q2、NPN型三极管Q3、电阻R7、电阻R8与电阻R9；

所述电源电压检测模块包括电阻R10、电阻R11与电容C9；

所述电池电压检测模块包括二极管D2、电阻R12、电阻R13与电容C10；

其中，所述电源接线端与VIN端、电阻R11的一端、电容C1的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R10的一端、电容C9的一端、P1.4端连接，电阻R10的另一端、电容C9的另一端以及电容C1的另一端均接地；

PSW1端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与TG端连接，PSW2端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与BG端连接，P1.7端与电容C10的一端、电阻R12的一端、电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与所述充电接线端的正极连接，电容C10的另一端以及电阻R12的另一端均接地；

VSW端与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C5的一端、电容C6的一端、电阻RS2的一端连接，电阻RS2的另一端与电容C7的一端、P型MOS管Q1的漏极连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端以及电容C7的另一端均接地；

P型MOS管Q1的源极与P型MOS管Q2的源极、电阻R7的一端连接，P型MOS管Q1的栅极与P型MOS管Q2的栅极、电阻R7的另一端、电阻R8的一端、NPN型三极管Q3的集电极连接，P型MOS管Q2的漏极与所述充电接线端的正极连接，电阻R8的另一端与P型MOS管Q1的漏极连接，NPN型三极管Q3的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与P1.2端连接，NPN型三极管Q3的发射极以及所述充电接线端的负极均接地。

3.根据权利要求1所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于，还包括：充电电流检测模块，与所述BUCK电路模块连接，还与所述单片机连接。

4.根据权利要求3所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于：

所述充电电流检测模块包括电阻RS1；

所述单片机还包括P1.0端与P1.1端；

其中，电阻RS1的一端与P1.1端、所述电阻RS2的一端连接，电阻RS1的另一端与P1.0端、所述电阻RS2的另一端连接。

5.根据权利要求2所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于，还包括：电压转换模块，与所述电源接线端连接，所述电压转换模块生成5V电源并发送给所述单片机的供电端。

6.根据权利要求5所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于：

所述电压转换模块包括稳压管、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2与电阻R01；

其中，所述电源接线端与电容C2的一端、稳压管的Vin端连接，稳压管的Vout端与电容C3的一端、电阻R2的一端、电阻R01的一端、所述单片机的供电端连接，电阻R2的另一端与稳定管的ADJ端、电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端以及电阻R01的另一端均接地。

7.根据权利要求2所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于，还包括：同步整流信号检测模块，与所述半桥功率开关模块连接，还与所述单片机连接。

8.根据权利要求7所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于：

所述同步整流信号检测模块包括电容C8、电阻R6与电阻R4；

其中，电阻R4的一端与所述单片机的TGR端连接，电阻R4的另一端与电容C8的一端、所述VSW端、所述半桥功率开关模块的TGR端连接，电容C8的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地。

9.根据权利要求2所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于，还包括：EMC电路模块，与所述充电开关电路模块连接，还与所述充电接线端连接。

10.根据权利要求9所述的一种用单片机控制同步整流充电控制电路，其特征在于：

所述EMC电路模块包括电容C4与电感L1；

其中，电容C4的一端与共模电感L1的第一输入端、所述P型MOS管Q2的漏极连接，共模电感L1的第一输出端与所述充电接线端的正极连接，电容C4的另一端以及共模电感L1的第二输入端均接地，共模电感L1的第二输出端与所述充电接线端的负极连接。

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