CN115622185A - 一种充电器的电路 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种充电器的电路，包括充电监测电路与充电保护电路。本次设计的一种充电器的电路，充电监测电路，采用定时器的控制方式，实现恒压源、温度监控、充电状态显示和电池充电完成终止功能，利用时间限制预充电阶段用来对深放电的电池进行预充电，通过外部的热敏电阻来检测电池温度，使得电池在用户定义的温度下进行充电；充电保护电路，通过迟滞电压比较器和一个缓冲器提供高精度基准电压，实现充电过程保护。
Description
技术领域
本申请涉及充电检测与充电保护领域，具体涉及一种充电器的电路。
背景技术
锂离子电池的充电方式基本上采用电流恒压充电方式。充电的恒压设定值随负极活性物质的不同而异。锂离子电池的容量与充电电压有关，充电电压越高，蓄积的电量也越多，实际上电池的容量增大了。然而，充电电压增高，电解液进行分解，在负极就会析出金属锂，为此，充电电压的精度要控制在±1％以内。
针对电池的充电特性，本设计采用了快速充电技术，并且该充电器的工作电压可调。
根据电池每一个充电阶段来设计充电器的各项功能，以求达到对电池安全快速地充电的目的。在通过欠压闭锁电路检测充电条件满足之后，先对电压过低的电池进行涓流充电，也就是进行预充电。当电池电压达到安全电平时，采用恒流-恒压充电方式对电池快速充电。当电池最终浮充电压达到预先设计时改用恒压充电，直到充电过程终止。此设计采用最小电流恒压终止控制实现较高的精度，从而有效利用电池容量并防止电池的过充损坏。本设计整合了涓流/恒流充电技术，恒压充电技术和热限制技术，并且设计了充电终止、自动再启动和手动停机的功能，在对传统的数字振荡器电路的分析比较基础上，基于振荡器的基本工作原理，提出了一种新型高性能的RC振荡器；并利用一种新型的比较器复用结构，实现了用一个比较器对四组电压的比较。简化了电路结构，降低了电路功耗，并提高了精度。
如图1所示，为现有技术的充电监测电路，其结构简单，利用三极管为检测放大核心，对外界温度补偿能力弱，检测精度低，安全性较差。
如图2所示，为现有技术的充电保护电路，其功耗高，故障应变功能单一，安全性较低。
发明内容
(一)技术问题
1.现有技术的充电装置，温度补偿能力弱，工作参数精度低。
2.现有技术的充电装置，功耗较高，过充应变性差，安全性低。
(二)技术方案
针对上述技术问题，本申请提出一种充电器的电路，包括彼此连接的充电监测电路与充电保护电路。
充电监测电路，主要实现高精度的充电监测。首先由欠压闭锁对输入电源电压VCC进行监控，并在VCC升至欠压闭锁门限以上前使充电器保持在停机模式。电路具有一个内置电压迟滞。另外，为防止功率MOS管Q5中的电流反向流动，当VCC降到比电池电压高出的幅度较低时电路将使充电器保持在停机模式。VCC满足欠压闭锁条件，充电器才开始正常工作。欠压闭锁条件满足的情况下，在比较器U8引脚与地之间连接一个精度为1％的设定电阻器R14且有一个电池与充电器输出端相连时，一个充电循环开始。充电模式选择比较器U10工作，选择对电池进行涓流或恒流充电。若电池电位VB引脚的值低于涓流充电门限电压，比较器U10输出为低电平，选择比较器U3的反相端为较低电压。此时比较器U3正相端引脚电位为低，因此比较器U3放大器的输出电流很小。通过功率MOS管Q1、Q5栅上的恒流源放电，功率MOS管Q5的栅压由高电平开始下降，其内部开始有电流流过，对电池充电。当功率MOS管Q5中有电流且不断增大时，也有采样电流通过采样MOS管Q1引脚，由于电压升高，比较器U3输出端的电流也会逐渐增大，下降速度减缓。最终保持稳定。在涓流模式下，通过反馈稳定。在待机模式下比较器U8用作再充电比较器，此时它的输入端检测VBAT的大小。当电池电位低于电池再充电门限电压时，比较器U8输出为高电平，新的一个充电循环又开始。此后比较器U8又切换为终止比较器，监测充电是否完成。如果充电温度升至预设值以上，则一个内部热反馈环路U1将减小设定的充电电流。温度放大器的输出流过功率MOS管Q5的电流减小，温度下降。最终实现高精度的充电监测。
充电保护电路，主要实现充电过程保护，它主要由一个迟滞电压比较器和一个缓冲器构成。其中MOS管Q8、Q9是较器的输入级，MOS管Q3、Q4是比较器的电流源负载，比较器通过共源极输出。MOS管Q13的输出经过反相器和缓冲器，选择信号MOS管Q7和MOS管Q11输出。比较器U5并不是将信号直接进行比较，而是取分压和基准电压比。判定是是涓流充电迟滞电压，还是欠压闭锁，条件满足后，MOS管Q12、Q13两管作为电流源，当基准电压上升，MOS管Q2截止，停止充电。当基准电压降低，MOS管Q6导通，进行充电，通过缓冲器控制进行充电保护。并且具有电压迟滞，以确保其对电池电压的变化稳定。
此充电器电路采用最小电流恒压终止控制实现较高的精度，从而有效利用电池容量并防止电池的过充损坏。本设计整合了涓流/恒流充电技术，恒压充电技术和热限制技术，并且设计了充电终止、自动再启动和手动停机的功能，实习拿了充电器充电控制的功能。
(三)有益效果
本次设计的一种充电器的电路，首先采用温度补偿，获得较小的温度系数，基准电压源精度高，实现高精度充电监测。其次，降低了***的功耗，提高了精度，实现充电保护功能。
附图说明
图1为现有技术的充电监测电路。
图2为现有技术的充电保护电路。
图3为本申请的充电监测电路。
图4为本申请的充电保护电路。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如图3、4所示，本申请提出一种充电器的电路，包括彼此连接的充电监测电路与充电保护电路。
充电监测电路，主要实现高精度的充电监测。首先由欠压闭锁对输入电源电压VCC进行监控，并在VCC升至欠压闭锁门限以上前使充电器保持在停机模式。电路具有一个内置电压迟滞。另外，为防止功率MOS管Q5中的电流反向流动，当VCC降到比电池电压高出的幅度较低时电路将使充电器保持在停机模式。VCC满足欠压闭锁条件，充电器才开始正常工作。欠压闭锁条件满足的情况下，在比较器U8引脚与地之间连接一个精度为1％的设定电阻器R14且有一个电池与充电器输出端相连时，一个充电循环开始。充电模式选择比较器U10工作，选择对电池进行涓流或恒流充电。若电池电位VB引脚的值低于涓流充电门限电压，比较器U10输出为低电平，选择比较器U3的反相端为较低电压。此时比较器U3正相端引脚电位为低，因此比较器U3放大器的输出电流很小。通过功率MOS管Q1、Q5栅上的恒流源放电，功率MOS管Q5的栅压由高电平开始下降，其内部开始有电流流过，对电池充电。当功率MOS管Q5中有电流且不断增大时，也有采样电流通过采样MOS管Q1引脚，由于电压升高，比较器U3输出端的电流也会逐渐增大，下降速度减缓。最终保持稳定。在涓流模式下，通过反馈稳定。在待机模式下比较器U8用作再充电比较器，此时它的输入端检测VBAT的大小。当电池电位低于电池再充电门限电压时，比较器U8输出为高电平，新的一个充电循环又开始。此后比较器U8又切换为终止比较器，监测充电是否完成。如果充电温度升至预设值以上，则一个内部热反馈环路U1将减小设定的充电电流。温度放大器的输出流过功率MOS管Q5的电流减小，温度下降。最终实现高精度的充电监测。
具体而言，所述充电监测电路包括输入端口VA，输出端口VB，比较器U1、U2、U3、U4、U6、U8、U10，功率MOS管Q15、Q1、Q5、Q10、Q16，电阻R2、R6、R9、R12、R14、R4，所述充电监测电路中输入端口VA与比较器U1的同相端连接，比较器的反相端与功率MOS管Q15的漏端连接，比较器U1的输出端分别与功率MOS管Q5的栅极、功率MOS管Q1的栅极、比较器U3的输出端、比较器U4的输出端连接，功率MOS管Q15的栅极与比较器U8的输出端连接，功率MOS管Q15的源端接地，功率MOS管Q1的漏端与高电平VCC连接，功率MOS管Q5的漏端与高电平VCC连接，功率MOS管Q1的源端分别与比较器U2的同相端、功率MOS管Q10的漏端连接，功率MOS管Q5的源端分别与比较器U2的反相端、电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R4的一端、比较器U4的同相端、输出端口VB连接，电阻R4的另一端与功率MOS管Q16的漏端连接，比较器U23的输出端与功率MOS管Q10的栅极连接，功率MOS管Q10的源端分别与比较器U3的同相端、比较器U6的反相端、比较器U8的反相端、比较器U10的反相端、电阻R14的一端连接，电阻R4的另一端接地，比较器U4的反相端分别与电阻R6的一端、比较器U6的同相端连接，电阻R6的另一端分别与比较器U6的输出端口、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与比较器U8的同相端、电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与比较器U10的同相端连接，比较器U10的输出端与比较器U3的反相端连接。所述充电监测电路包括比较器U7、U9，功率MOS管Q16，输出端口VC，所述充电监测电路中比较器U7的同相端与高电平VCC连接，比较器U9的同相端与高电平VCC连接，比较器U7的输出端口分别与比较器U9的输出端、功率MOS管Q16的栅极连接，功率MOS管Q16的源端接地，输出端口VC分别与比较器U7的反相端、比较器U9的反相端连接。
充电保护电路，主要实现充电过程保护，它主要由一个迟滞电压比较器和一个缓冲器构成。其中MOS管Q8、Q9是较器的输入级，MOS管Q3、Q4是比较器的电流源负载，比较器通过共源极输出。MOS管Q13的输出经过反相器和缓冲器，选择信号MOS管Q7和MOS管Q11输出。比较器U5并不是将信号直接进行比较，而是取分压和基准电压比。判定是是涓流充电迟滞电压，还是欠压闭锁，条件满足后，MOS管Q12、Q13两管作为电流源，当基准电压上升，MOS管Q2截止，停止充电。当基准电压降低，MOS管Q6导通，进行充电，通过缓冲器控制进行充电保护。并且具有电压迟滞，以确保其对电池电压的变化稳定。
具体而言，所述充电保护电路包括输入端口VB、VC，MOS管Q3、Q2、Q4、Q6、Q8、Q9、Q12、Q13、Q14、Q17，电阻R1、R3、R5、R7、R8、R11、R10、R13，比较器U5，所述充电保护电路中输入端口VB分别与电阻R1的一端、电阻R3的一端、MOS管Q9的栅极连接，电阻R1的另一端与高电平VCC连接，电阻R3的另一端分别与电阻R7的一端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R7的另一端、电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与MOS管Q17的漏端连接，输入端口VC与MOS管Q17的栅极连接，MOS管Q17的源端接地，MOS管Q9的漏端分别与MOS管Q3的漏端、MOS管Q6的栅极、MOS管Q4的源端、MOS管Q8的漏端连接，MOS管Q3的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q3的栅极与MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q4的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q8的源端分别与MOS管Q9的源端、MOS管Q12的漏端连接，MOS管Q8的栅极分别与MOS管Q6的源端、比较器U5的同相端连接，MOS管Q6的漏端与MOS管Q2的源端连接，MOS管Q2的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q12的栅极分别与MOS管Q13的栅极、MOS管Q14的栅极连接，电阻R10的一端与MOS管Q12的源端连接，电阻R12的另一端接地，MOS管Q13的漏端与比较器U5的反相端连接，MOS管Q13的源端与MOS管Q14的漏端连接，MOS管Q14的源端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端接地。所述充电保护电路包括输出端口VOUT，比较器U5，MOS管Q2、Q7、Q11，所述充电保护电路中比较器U5的输出端口分别与MOS管Q7栅极、MOS管Q11的栅极连接，MOS管Q7的漏端与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q7的源端与MOS管Q11的漏端连接，MOS管Q11的源端接地，输出端口VOUT与MOS管Q7的源端连接。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种充电器的电路，包括彼此连接的充电监测电路与充电保护电路，其特征在于：所述充电监测电路包括输入端口VA，输出端口VB，比较器U1、U2、U3、U4、U6、U8、U10，功率MOS管Q15、Q1、Q5、Q10、Q16，电阻R2、R6、R9、R12、R14、R4，所述充电监测电路中输入端口VA与比较器U1的同相端连接，比较器的反相端与功率MOS管Q15的漏端连接，比较器U1的输出端分别与功率MOS管Q5的栅极、功率MOS管Q1的栅极、比较器U3的输出端、比较器U4的输出端连接，功率MOS管Q15的栅极与比较器U8的输出端连接，功率MOS管Q15的源端接地，功率MOS管Q1的漏端与高电平VCC连接，功率MOS管Q5的漏端与高电平VCC连接，功率MOS管Q1的源端分别与比较器U2的同相端、功率MOS管Q10的漏端连接，功率MOS管Q5的源端分别与比较器U2的反相端、电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R4的一端、比较器U4的同相端、输出端口VB连接，电阻R4的另一端与功率MOS管Q16的漏端连接，比较器U23的输出端与功率MOS管Q10的栅极连接，功率MOS管Q10的源端分别与比较器U3的同相端、比较器U6的反相端、比较器U8的反相端、比较器U10的反相端、电阻R14的一端连接，电阻R4的另一端接地，比较器U4的反相端分别与电阻R6的一端、比较器U6的同相端连接，电阻R6的另一端分别与比较器U6的输出端口、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与比较器U8的同相端、电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与比较器U10的同相端连接，比较器U10的输出端与比较器U3的反相端连接。
2.根据权利要求1所述的一种充电器的电路，其特征在于：所述充电监测电路包括比较器U7、U9，功率MOS管Q16，输出端口VC，所述充电监测电路中比较器U7的同相端与高电平VCC连接，比较器U9的同相端与高电平VCC连接，比较器U7的输出端口分别与比较器U9的输出端、功率MOS管Q16的栅极连接，功率MOS管Q16的源端接地，输出端口VC分别与比较器U7的反相端、比较器U9的反相端连接。
3.根据权利要求1所述的一种充电器的电路，其特征在于：所述充电保护电路包括输入端口VB、VC，MOS管Q3、Q2、Q4、Q6、Q8、Q9、Q12、Q13、Q14、Q17，电阻R1、R3、R5、R7、R8、R11、R10、R13，比较器U5，所述充电保护电路中输入端口VB分别与电阻R1的一端、电阻R3的一端、MOS管Q9的栅极连接，电阻R1的另一端与高电平VCC连接，电阻R3的另一端分别与电阻R7的一端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R7的另一端、电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与MOS管Q17的漏端连接，输入端口VC与MOS管Q17的栅极连接，MOS管Q17的源端接地，MOS管Q9的漏端分别与MOS管Q3的漏端、MOS管Q6的栅极、MOS管Q4的源端、MOS管Q8的漏端连接，MOS管Q3的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q3的栅极与MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q4的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q8的源端分别与MOS管Q9的源端、MOS管Q12的漏端连接，MOS管Q8的栅极分别与MOS管Q6的源端、比较器U5的同相端连接，MOS管Q6的漏端与MOS管Q2的源端连接，MOS管Q2的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q12的栅极分别与MOS管Q13的栅极、MOS管Q14的栅极连接，电阻R10的一端与MOS管Q12的源端连接，电阻R12的另一端接地，MOS管Q13的漏端与比较器U5的反相端连接，MOS管Q13的源端与MOS管Q14的漏端连接，MOS管Q14的源端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种充电器的电路，其特征在于：所述充电保护电路包括输出端口VOUT，比较器U5，MOS管Q2、Q7、Q11，所述充电保护电路中比较器U5的输出端口分别与MOS管Q7栅极、MOS管Q11的栅极连接，MOS管Q7的漏端与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q7的源端与MOS管Q11的漏端连接，MOS管Q11的源端接地，输出端口VOUT与MOS管Q7的源端连接。
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