CN114597995A - 一种智能控制的充电电路及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电电路领域，具体涉及一种智能控制的充电电路及其使用方法，包括LLC谐振电路、充电输出电路、温度采集电路、电压检测电路、电流采集电路、控制器、功率调节电路和防反接放倒灌电路；通过控制器获取充电接口的电压，充电电流和充电器温度，并通过功率调节电路实现恒压、恒流充电，在电池组接入异常或电压、电流、温度异常情况下，通过防反接放倒灌电路切断充电输出，保护充电器及电池组安全，同时实现空载情况下接口降压或无电压，避免意外触电。

Description

一种智能控制的充电电路及其使用方法

技术领域

本发明涉及充电电路领域，具体是一种智能控制的充电电路及其使用方法。

背景技术

电源充电器是人们日常生活中常用的一种家用设备，手机、电脑、电动车等很多家用电器都会使用到充电器；

现有的充电电路在对电池进行充电时不够智能化，无法根据一些充电情况对充电过程进行功能自动控制，容易出现电池和充电器的损坏；同时，现有的充电电路在空载接入电源时，使用者接触充电器容易触电，存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种智能控制的充电电路及其使用方法，能够对充电时的数据进行采集，自动控制充电过程，从而保护电池和充电器；同时避免使用者触电，确保充电器的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种智能控制的充电电路及其使用方法，包括：

LLC谐振电路，与外部电源连接，用于根据电源信号产生震荡信号；

充电输出电路，与所述LLC谐振电路耦合，用于根据所述震荡信号产生充电信号；

温度采集电路，用于采集电池温度；

电压检测电路，与所述充电输出电路连接，用于检测电池有无信息；

过流和短路检测电路，与所述充电输出电路连接，用于检测充电时的电流信号；

控制器，与所述温度采集电路连接；

所述控制器根据电池温度是否达到第一预设温度时产生第一控制信号，根据电池温度是否达到第二预设温度时产生第二控制信号；所述控制器根据电池有无信息产生第三控制信号，所述控制器在所述电流信号的值达到电流预设值时，根据所述电流信号产生第四控制信号；

降压电路，与所述控制器连接，用于根据所述第三控制信号保持或者降低所述充电输出电路的输出电压；

功率调节电路，与所述控制器、所述LLC谐振电路连接，用于根据所述第一控制信号降低所述LLC谐振电路产生的所述震荡信号的功率；

开关电路，与所述控制器连接，用于根据所述第二控制信号或者第四控制信号所述改变所述充电输出电路的通断状态。

可选地，所述LLC谐振电路包括：方波产生电路，用于产生方波信号；

谐振网络，与所述方波产生网络连接，用于将所述方波信号谐振产生所述震荡信号；

第一耦合器，与所述谐振网络连接，用于将所述震荡信号发送至所述充电输出电路。

可选地，所述方波产生电路包括谐振控制器、第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管组成半桥，第一开关管控制端和第二开关管的控制端均与所述谐振控制器连接，所述谐振控制器用于控制所述第一开关和所述第二开关管交替工作。

可选地，所述谐振网络包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容；

所述第一谐振电感的一端与所述外部电源连接，第一谐振电感的另一端与所述半桥的一端连接；

所述第二谐振电感的一端与所述半桥的中心点连接，所述第二谐振电感的另一端与所述耦合器的一端连接；

所述谐振电容的一端与所述半桥的另一端连接，所述谐振电容的另一端与所述第一耦合器的另一端连接。

可选地，所述充电输出电路包括：

第二耦合器，用于与所述LLC谐振电路连接；

整流滤波电路，与所述第二耦合器连接，用于将所述谐振信号整流滤波转化为直流的所述充电信号。

可选地，所述电压检测电路与所述充电输出电路的输出端连接，所述电压检测电路通过采集所述充电输出电路的输出端的电信号判断电池的有无，并根据判断结果生成所述电池有无信息。

可选地，所述降压电路包括：

采样电路，与所述充电输出电路连接，用于对所述震荡信号进行采样；

电压和电流环路，所述电压和电流环路的输入端与所述采样电路、所述控制器连接，所述电压和电流环路的输出端与所述谐振控制器连接，所述电压和电流环路用于根据采样信号和所述控制器输出的基准信号产生调节信号，所述谐振控制器根据所述调节信号调节输出电压。

可选地，所述控制器通过取电电路供电，所述取电电路的输入端与所述第三耦合器连接，所述取电电路的输出端与所述控制器连接。

可选地，所述开关电路包括MOS管和光耦合器，所述MOS管与光耦合器连接，所述光耦合器的原边所在回路的通断状态通过MOS管控制，所述光耦合器的副边串接至所述充电输出电路的输出端，所述MOS管的控制端与所述控制器连接。

可选地，所述LLC谐振电路通过保护转换电路与所述外部电源连接，所述保护转换电路包括按照顺序设置在电源线路上的防雷击与防涌冲击电路、整流器和EMI电路。

本发明还提供一种智能控制的充电电路的使用方法，通过如下任一方式调整实现一板多用：

当需要调整输出电压时，提高充电输出电路的输入电压，且提高所述充电输出电路中元器件的耐压性能；

当需要调整输出电流时，提高电流检测电路在所述充电输出电路中的电阻值。

本发明的有益效果是：本发明的一种智能控制的充电电路及其使用方法，通过在充电电路内部设置温度采集电路和电压检测电路，温度采集电路采集充电过程中电池和充电电路的温度，电压检测电路检测是否存在电池，当充电温度到达第一温度时，控制器通过功率调节电路调节充电输出电路的输出功率，温度继续升高时，控制器通过开关电路将充电输出电路的输出关闭，从而防止电池温度过高，从而保护电池和充电器；同时，当电压检测电路检测到不存在电池时，通过降压电路将充电输出电路的输出电压降低至人体安全电压，从而避免使用者触电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图：

图 1 为本发明的原理框图；

图 2 为本发明的LLC谐振电路的电路图；

图 3 为本发明的充电输出电路、温度采集电路、电压检测电路和开关电路的电路图；

图 4 为本发明的控制器、过流和短路检测电路、电压和电流环路的电路图；

图 5 为本发明的主动PFC（功率因数矫正）电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1-图5所示：本实施例的一种智能控制的充电电路及其使用方法，包括LLC谐振电路、充电输出电路、温度采集电路、电压检测电路、过流和短路检测电路、控制器、降压电路、功率调节电路和开关电路。

LLC谐振电路与外部电源连接，用于根据电源信号产生震荡信号。

具体地，LLC谐振电路包括方波产生电路、谐振网络和第一耦合器。

方波产生电路用于产生方波信号；方波产生电路包括谐振控制器U1、第一开关管MS2和第二开关管MS3，第一开关管MS2和第二开关管MS3组成半桥，第一开关管MS2控制端和第二开关管MS3的控制端均与谐振控制器连接，第一开关管MS2和第二开关管MS3均为MOS管，其控制端即为栅极，谐振控制器用于控制第一开关和第二开关管交替工作，在一些实施例中谐振控制器的型号为HR1000A，第一开关管MS2的栅极与谐振控制器的高侧栅极驱动端HG连接，第二开关管MS3的栅极与谐振控制器的低侧栅极驱动端LG连接；本实施例中，第一开关管MS2和第二开关管MS3的占空比都是0.5，采用固定死区的互补调频控制方式来进行控制。

谐振网络与方波产生网络连接，用于将方波信号谐振产生震荡信号；谐振网络包括第一谐振电感L1、第二谐振电感L2和谐振电容Cr；第一谐振电感的一端与外部电源连接，第一谐振电感的另一端与半桥的一端连接；第二谐振电感的一端与半桥的中心点连接，第二谐振电感的另一端与耦合器的一端连接；谐振电容的一端与半桥的另一端连接，谐振电容的另一端与第一耦合器的另一端连接。

当方波产生电路产生的方波馈入谐振网络后，电流波形和电压波形将产生相位差。开关损耗为流过开关管电流与其源漏极两端的电压乘积。此时，由于第一开关管MS2、第二开关管MS3在电流流过半导体二极管时开启，开启电压很低，所以损耗很小。LLC谐振电路有两个谐振频率，一个是第一谐振电感L1和谐振电容CR1的谐振频率fr1，另一个是第二谐振电感L2加上第一谐振电感L1与谐振电容CR1的谐振频率fr2。

因此，LLC谐振电路的工作状态分为：fr2≤fs≤fr1、fs=fr1、fs≥fr1三种工作区域。

第一耦合器与谐振网络连接，用于将震荡信号发送至充电输出电路，具体地，第一耦合器为初级耦合线圈。

充电输出电路与LLC谐振电路耦合，用于根据震荡信号产生充电信号。

具体地，充电输出电路包括：

第二耦合器，用于与LLC谐振电路连接，第二耦合器为第一次级耦合线圈，初级耦合线圈与第一次级耦合线圈进行耦合。

整流滤波电路，与第二耦合器连接，用于将谐振信号整流滤波转化为直流的充电信号；具体地，整流滤波电路包括整流器U203和电解电容EC201，通过整流器U203和电解电容EC201实现整流滤波功能。

温度采集电路用于采集电池温度，获取第一温度和第二温度，具体地，温度采集电路包括热敏电阻NTC2、分压电阻R216和分压电阻R217，热敏电阻NTC2的一端串接电容C205与控制器的PAN2端连接，热敏电阻NTC2的另一端与电阻R217连接，分压电阻R217与分压电阻R216串接，控制器的PAN2端同时连接至分压电阻R216和分压电阻R217之间，通过温度变化引起热敏电阻NTC2的阻值变化，从而改变控制器采集电信号的变化，控制器根据电信号的变化情况电池或者充电环境在充电时的温度。

控制器与温度采集电路连接，当检测到电池温度达到第一预设温度时，控制器产生第一控制信号；当检测到电池温度达到第二预设温度时，控制器产生第二控制信号。

例如，第一温度设定为45℃，第二温度设定为50℃，当充电时温度达到45℃时降低充电功率来防止温度继续上升，如果温度仍然继续上升，则直接关闭充电，从而保护电池和充电器。

电压检测电路与充电输出电路连接，用于采集电池有无信息，控制器根据电池有无信息产生第三控制信号。

控制器在电流信号的值达到电流预设值时，根据所述电流信号产生第四控制信号。

具体地，电压检测电路与充电输出电路的输出端连接，电压检测电路通过采集充电输出电路的输出端的电信号判断电池的有无，并根据判断结果生成电池有无信息。电压检测电路包括电阻R212、电阻R213、电阻R211和电容C213，电阻R212和电阻R213串联后的一端与充电输出电路的输出线连接，电阻R211一端连接至电阻R212和电阻R213之间，电阻R211的另一端连接至控制器的端口，利用电阻R212和电阻R213分压采集充电输出电路的输出线处是否存在电信号，如果存在特定数值的电信号，则说明连接了电池，反之则判断不存在电池；电阻R211为保护电阻，电容C213用于滤波。

此外，电压检测电路的第二个作用是监控电池电压，判断电压并分段进入各充电状态：脉冲(Pulse)，涓充(Trickle)，恒流(CC)，恒压(CV)，直到充满关闭输出。

过流和检测电路包括取样电阻MR1、电阻R221、电阻R222、电阻R223、电阻R224、电容电容C204、电容C207和运放U204，取样电阻MR1串接在充电输出电路中，电阻R221的一端与取样电阻MR1连接，电阻R221的另一端与运放U204的正相输入端连接，运放U204的反相输入端串接电阻R222后接地，运放U204的正相输入端与地线之间通过电容C206连接分隔，运放U204的输出端串接电阻电阻R224后与控制器连接，运放U204的输出端与反相输入端之间设置馈线，馈线上设置电阻电阻R223，电容C207的一端连接至电阻R224与控制器之间，电容C207的另一端接地，利用电容C207进行滤波。

通过取样电阻MR1对充电电流进行取样，采样至控制器中，通过电流值的情况判断是否存在过流或者短路；在过流或者短路时通过开关电路关闭充电输出电路，保护充电器。

降压电路与控制器连接，用于根据第三控制信号降低充电输出电路的输出电压。

具体地，降压电路包括：

采样电路，与充电输出电路连接，用于对震荡信号进行采样并反馈至谐振控制器中；采样电路包括采样电阻R236和采样电阻R237，采样电阻R236和采样电阻R237串联后与充电输出电路连接（VO1）。

电压和电流环路；所述电压和电流环路的输入端与所述采样电路、所述控制器连接，所述电压和电流环路的输出端与所述谐振控制器连接，所述电压和电流环路用于根据采样信号和所述控制器输出的基准信号产生调节信号，所述谐振控制器根据所述调节信号调节输出电压；控制器通调节VFB调节电压基准，从而调节输出信号，当检测到充电器为空载状态时，通过谐振控制器降低输出谐振信号的占空比，从而降低电压；空载时的电压下降至42.4Vdc，为人体安全电压，防止使用者触电。

功率调节电路与控制器、LLC谐振电路连接，用于根据第一控制信号降低LLC谐振电路产生的震荡信号的功率；本实施例中，功率调节同样通过上述电压和电流环路进行调节，再此不在赘述；

电压和电流环路包括分流降压控制部分、恒流控制部分和恒压控制部分。

本实施例中，控制器通过取电电路供电，取电电路的输入端与第三耦合器连接，取电电路的输出端与控制器连接。具体地，取电电路共为两路，一路包括整流二极管D203、滤波电容EC204、稳压器U202等，通过耦合取电，经过滤波整流稳压后提供给控制器；另一路则采用外部电源VO1供电，以防止空载降压后，原有变压器副边的电压无法满足要求。

本实施例中，开关电路包括MOS管和光耦合器，MOS管与光耦合器连接，光耦合器的原边所在回路的通断状态通过MOS管控制，光耦合器的副边串接至充电输出电路的输出端，MOS管的控制端与控制器连接。

本实施例中，LLC谐振电路通过保护转换电路与外部电源连接，保护转换电路包括按照顺序设置在电源线路上的防雷击与防涌冲击电路、整流器和EMI电路。此外，保护转换电路内还设有FPC（功率因素校正）电路，从而降低功耗。

具体地，保险丝F1，压敏电阻VR1，NTC热敏电阻组成了防雷击与防浪涌冲击电路，抗浪涌等级可达II类2.5KV，以保护后级电源板有作用。电容CX1电容与共模电感LF1组成EMI电路，以实现充电器抗干扰、抗辐射作用。整流桥DB1、电解电容EC1组成输入整流滤波电路，以获得脉冲高压DC电压。

本实施例中，还包括防反接、防倒灌电路，包括防用于防倒灌的第一开关管MS201、用于防倒灌的第二开关管MS202和光耦合器M203，通过在充电线路上设置第一开关管MS201和第二开关管MS202实现防倒灌功能。

提发明还提供一种智能控制的充电电路的使用方法，通过改变充电电路中的部分改变充电电路的输出电压、输出电流和输出功率，实现一板多用。

综上所述，本发明的一种智能控制的充电电路及其使用方法，包括LLC谐振电路、充电输出电路、电压采集（空载检测）电路、电流采集电路、温度采集电路、单片机控制器、功率调节电路和防反接、防倒灌电路；通过在充电电路内部设置单片机控制器，实时采集充电输出电路的电流、电压和温度，通过功率调节电路控制LLC谐振电路对充电输出进行调整。防反接、防倒灌电路串接于充电输出电路与充电接口之间；电压采集电路实时采集充电输出接口的电压，并将采集结果送单片机控制器；电流采集电路实时采集充电输出电路的回路电流，并将采集结果送单片机控制器；温度采集电路采集充电过程中充电电路的温度，并将采集结果送单片机控制器；防反接、防倒灌电路受充电输出接口电压和单片机控制器共同控制；功率调节电路受充电输出电路的电压、充电输出电路的电流和单片机控制器的共同控制，输出经光电耦合器隔离后控制LLC谐振电路。

电压采集（空载检测）电路可检测是否存在电池以及接入电池的电压，当检测电压在正常范围内时，单片机控制器控制开启防反接、防倒灌电路，对电池进行正常充电；当检测电压不在正常范围内时，单片机控制器控制关闭防反接、防倒灌电路，隔离充电输出电路和充电接口，同时单片机控制器控制功率调节电路，降低整个电路输出，降低能耗；当温度采集电路采集的温度到达第一温度时，控制器通过功率调节电路调节充电输出电路的输出功率，温度继续升高时，控制器通过开关电路将充电输出电路的输出关闭，从而防止电池温度过高，从而保护电池和充电器；电流采集电路可检测充电电流是否达到设定值，在未达到设定值时，通过功率调节电路增大输出，直至电压达到最大值或电流达到设定值，充电电流超过设定值时，通过功率调节电路减少输出直至关闭。

本发明还提供一种智能控制的充电电路的使用方法，通过如下任一方式调整实现一板多用：

当需要提高调整输出电压时，可以提高充电输出电路的输入电压，同时提高所述充电输出电路中元器件的耐压性能；当需要降低输出电流时，提高电流检测电路在所述充电输出电路中的电阻值。

具体举例来说，需要将充电电压升高时，调整的有：变压器T1副边绕组圈数增加，EC201、EC202电容耐压变高，R201和R210分压变低（增大R209或降低R210），R212和R213分压变低（增大R212或降低R213），R236、R237与R238分压变低（增大R236、R237或降低R238），同步整流MOS管MS201、MS202耐压值提高，防反充防倒灌MOS管MS203、MS204耐压值提高，ZD201、ZD202稳压值变大。

需要调整充电电流变小时，调整的有：增大电流检测电阻MR1的阻值。

由于通常情况下，充电电源的输出功率基本保持不变，因此在提高充电电压的同时要减少充电电流，同理，在降低充电电压的同时要提高充电电流。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种智能控制的充电电路，其特征在于，包括：

LLC谐振电路，与外部电源连接，用于根据电源信号产生震荡信号；

充电输出电路，与所述LLC谐振电路耦合，用于根据所述震荡信号产生充电信号；

温度采集电路，用于采集充电电路温度；

电压检测电路，与所述充电输出电路连接，用于检测外接电池组电压；

电流检测电路，与所述充电输出电路接，用于检测充电时的电流信号；

控制器，与所述电压检测电路、电流检测电路、温度采集电路、功率调节电路、防反接防倒灌电路连接，用于实时采集电压、电流、温度，并根据程序设定控制功率调节电路和防反接防倒灌电路；

功率调节电路，与所述电流检测电路、充电输出电路、控制器、LLC谐振电路连接，用于根据充电输出电路的电压、电流、和控制器的输出调整所述LLC谐振电路产生的所述震荡信号的功率；

防反接放倒灌电路，与所述控制器连接，用于控制器根据电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路获取的信号改变所述充电输出电路的通断状态。

2.根据权利要求 1 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于，所述LLC谐振电路包括：方波产生电路，用于产生方波信号；

谐振网络，与所述方波产生网络连接，用于将所述方波信号谐振产生所述震荡信号；

第一耦合器，与所述谐振网络连接，用于将所述震荡信号发送至所述充电输出电路。

3.根据权利要求 2 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于：所述方波产生电路包括谐振控制器、第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管组成半桥，第一开关管控制端和第二开关管的控制端均与所述谐振控制器连接，所述谐振控制器用于控制所述第一开关和所述第二开关管交替工作。

4.根据权利要求 3 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于：所述谐振网络包括第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容；

所述第一谐振电感的一端与所述外部电源连接，第一谐振电感的另一端与所述半桥的一端连接；

所述第二谐振电感的一端与所述半桥的中心点连接，所述第二谐振电感的另一端与所述耦合器的一端连接；

所述谐振电容的一端与所述半桥的另一端连接，所述谐振电容的另一端与所述第一耦合器的另一端连接。

5.根据权利要求 1 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于，所述充电输出电路包括：

第二耦合器，用于与所述LLC谐振电路连接；

整流滤波电路，与所述第二耦合器连接，用于将所述谐振信号整流滤波转化为直流的所述充电信号。

6.根据权利要求 1 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于：所述电压检测电路与所述充电输出电路的输出端连接，所述电压检测电路通过采集所述充电输出电路的输出端的电信号判断电池的有无，并根据判断结果生成所述电池有无信息。

7.根据权利要求 3 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于，所述降压电路包括：

采样电路，与所述充电输出电路连接，用于对所述震荡信号进行采样；

电压和电流环路，所述电压和电流环路的输入端与所述采样电路、所述控制器连接，所述电压和电流环路的输出端与所述谐振控制器连接，所述电压和电流环路用于根据采样信号和所述控制器输出的基准信号产生调节信号，所述谐振控制器根据所述调节信号调节输出电压；所述控制器通过取电电路供电，所述取电电路的输入端与所述第三耦合器连接，所述取电电路的输出端与所述控制器连接。

8.根据权利要求 1 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于：所述开关电路包括MOS管和光耦合器，所述MOS管与光耦合器连接，所述光耦合器的原边所在回路的通断状态通过MOS管控制，所述光耦合器的副边串接至所述充电输出电路的输出端，所述MOS管的控制端与所述控制器连接。

9.根据权利要求 1 所述的一种智能控制的充电电路，其特征在于：所述LLC谐振电路通过保护转换电路与所述外部电源连接，所述保护转换电路包括按照顺序设置在电源线路上的防雷击与防涌冲击电路、整流器和EMI电路。

10.一种智能控制的充电电路的使用方法，其特征在于，通过如下任一方式调整实现一板多用：

当需要调整输出电压时，提高充电输出电路的输入电压，且提高所述充电输出电路中元器件的耐压性能；

当需要调整输出电流时，提高电流检测电路在所述充电输出电路中的电阻值。

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