CN201113523Y - 直流输入型充电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种直流输入型充电器,包括:降压电路,用于将直流电源的电压转换成负载所需要的直流电压;恒压电路,用于控制降压电路的输出电压,保证降压电路的输出电压稳定在负载要求的范围内;恒流电路,用于控制降压电路的输出电流,保证降压电路的输出电流稳定在负载要求的范围内;恒压恒流自动识别反馈电路,用于自动选择恒压控制模式或者恒流控制模式来控制降压电路;短路检测保护电路,用于检测降压电路的输出,一旦降压电路的输出出现短路情况,短路检测保护电路保护整个直流输入型充电器。
Description
技术领域
本实用新型涉及充电器,更具体地说,涉及一种直流输入型充电器。
背景技术
随着电子技术的不断发展,手机、MP3、数码相机等移动多媒体设备正逐渐成为人们生活中不可缺少的工具,与这些产品相配合的充电器设计也越来越受到市场关注。充电器作为为各种消费电子产品提供电能的设备,其性能直接影响到各种消费电子产品的使用寿命和使用安全性。充电器在给电子产品充电时,如果充电电压过高,可能会导致电池***;如果充电电流过大,可能会导致电池发热、寿命减短、甚至损坏,因此需要恒压恒流功能,实现对充电电流和充电电压的精确控制。充电器在使用过程中,如果由于失误导致输出短路,充电器可能会因为输入功率过大而烧毁,因此需要短路保护功能,保证输出短路时的安全性。
按照充电器使用场合的不同,充电器可以分成交流输入型充电器和直流输入型充电器两大类,一般移动多媒体设备自带的充电器多数是交流输入型充电器,直流输入型充电器的出现使移动设备的充电场合更加多样化,比如应用于汽车上做车载充电器。目前,直流输入型充电器的方案中比较常用的控制芯片有可降压可升压直流/直流控制器,如MC34063芯片。
图5示出了现有技术中,采用MC34063芯片的一种充电器电路。在该电路中,输入的电压VIN’连接到MC34063芯片的第六管脚M6,一输入电容CIN’连接在第六管脚M6和地之间。一采样电阻RS’连接在MC34063芯片的第六管脚M6和第7管脚M7之间。第五管脚M5通过一电阻R2’接地,并通过电阻R1’连接到输出端。MC34063芯片的第一管脚M1和第八管脚M8相连。MC34063芯片的第二管脚M2通过一二极管D’接地,还通过一电感L’连接到输出端,输出端通过一输出电容COUT’接地。MC34063芯片的第三管脚M3和第四管脚M4之间连有一电容C’。
虽然该方案***器件简单,但是充电性能和保护功能都存在一定缺陷。该方案利用采样电阻RS’来控制恒流点,控制不准确,同时由于该方案效率不高,加之MC34063芯片没有过温保护功能,所以该方案还存在很严重的过热问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于使用降压转换器设计出性价比高的直流输入型恒压恒流控制兼具短路保护功能的充电器,以解决现有直流输入型充电器的缺陷。
根据本实用新型,提供一种直流输入型充电器包括:
降压电路,用于将直流电源的电压转换成负载所需要的直流电压;
恒压电路,用于控制降压电路的输出电压,保证降压电路的输出电压稳定在负载要求的范围内;
恒流电路,用于控制降压电路的输出电流,保证降压电路的输出电流稳定在负载要求的范围内;
恒压恒流自动识别反馈电路,用于自动选择恒压控制模式或者恒流控制模式来控制降压电路;
短路检测保护电路,用于检测降压电路的输出,一旦降压电路的输出出现短路情况,短路检测保护电路保护整个直流输入型充电器。
根据本实用新型的一实施例,降压电路包括:降压转换器,连接直流电源,其输入作为降压电路的输入,降压转换器为降压电路提供降压控制电路和功率电路;其中,该降压转换器还接收来自恒压恒流自动识别反馈电路和短路检测保护电路的输出;分立功率器件,连接到降压转换器,为降压电路提供滤波电路,分立功率器件的输出作为降压电路的输出,连接到负载。
恒压电路包括:电压检测电路,连接到降压电路的输出,用于采样降压电路的输出电压;恒压控制电路,用于将电压检测电路采样所得的电压经过处理送到恒压恒流自动识别反馈电路,保证降压电路的输出电压稳定在负载要求的范围内。
恒流电路包括:电流检测电路,连接到降压电路的输出,用于采样降压电路的输出电流;恒流控制电路,用于将电流检测电路采样所得的电流经过处理送到恒压恒流自动识别反馈电路,保证降压电路的输出电流稳定在负载要求的范围内。
短路检测保护电路包括:短路检测电路,连接到降压电路的输出,用于检测降压电路的输出状态,判断是否出现输出短路;短路保护电路,连接短路检测电路,当短路检测电路检测到输出出现短路后,保护充直流输入型充电器;其中,短路保护电路的输出提供给降压电路;短路状态指示电路,连接短路保护电路,当短路检测电路检测到输出出现短路后,指示错误状态。
根据本实用新型的一具体实现,该降压电路包括:直流电源输入的直流电压通过输入电容连接到一AP3003-ADJ芯片的第一管脚,输入的直流电压在AP3003-ADJ芯片内经过脉冲宽度调制之后从第二管脚输出开关波形,通过滤波电感和滤波电容组成的输出滤波电路,第二管脚得到的开关波形被滤波成直流输出电压,续流二极管在AP3003-ADJ芯片内部功率管关断后为不能突变的电感电流提供续流路径;其中,该AP3003-ADJ芯片的第三管脚接地,该AP3003-ADJ芯片的第四管脚接收来自恒压恒流自动识别反馈电路的输出电压,而该AP3003-ADJ芯片的第五管脚接收来自短路检测保护电路的输出电压。
该恒压电路、恒流电路以及恒压恒流自动识别反馈电路包括:降压电路的输出电压通过由第一分压电阻和第二分压电阻组成的电阻分压网络得到被衰减的电压VO*RB/(RA+RB),该被衰减的电压连接在第一运算放大器的同相输入端,第一运算放大器配置成电压跟随器方式,同时第一运算放大器的输出端连接第二二极管,第二二极管处得到的电压为VO*RB/(RA+RB)-VD2,其中VD2表示第二二极管的正向导通压降;第二二极管处得到的电压作为恒压恒流自动识别反馈电路的输出被送入降压电路;一稳定电容与第一分压电阻并联,用于增加环路的相位裕度。降压电路的输出电流通过采样电阻转化成电压信号IO*RS,采样电阻一端通过第三电阻连接到第二运算放大器的正向输入端,另一端通过第一电阻连接到第二运算放大器的反向输入端,同时第二运算放大器的正向输入端通过第四电阻接地,第二运算放大器的反向输入端通过第二电阻连接第二运算放大器的输出端,其中,第一电阻与第三电阻阻值相等,第二电阻与第四电阻阻值相等;第二运算放大器的输出端连接第一二极管,第一二极管处的电压为IO*RS*R2/R1-VD1,其中VD1表示第一二极管的正向导通压降,第一二极管处得到的电压作为恒压恒流自动识别反馈电路的输出被送入降压电路。第一二极管、第二二极管、第五电阻和第六电阻构成自动选择恒压控制模式或者恒流控制模式的电路。
该短路检测保护电路包括:降压电路的输出电压通过由第三分压电阻和第四分压电阻组成的电阻分压网络得到被衰减的电压,该经衰减的电压通过第九电阻与NPN三极管的基极相连,NPN三极管的集电极通过第七电阻连接到直流输入电压,NPN三极管的发射极接地,第八电阻和发光二极管的串联支路连接在NPN三极管的集电极和地之间,第一电容连接在NPN三极管的集电极和地之间,同时NPN三极管的集电极电压被作为短路检测保护电路的输出送到降压电路。
本实用新型的有益效果在于:当充电器给电子产品充电时,该充电器按照恒流电路设置的电流值给负载提供恒定的充电电流,进行恒流充电,保证电池不会因为充电电流过大而损坏。然后按照恒压电路设置的电压值给负载提供恒定的充电电压,进行恒压充电,保证电池不会因为电压过高而***。当充电器使用过程中,由于失误导致输出短路,则通过短路检测保护电路保护整个充电器***,同时指示错误状态,保证充电器不会因为输入功率过大而烧毁。
本实用新型的直流输入型充电器***方案包含恒压恒流控制兼具短路保护功能,在保证直流输入型充电器功能的完整性的同时,有效地简化了***器件的选择,电路结构简单,功能齐全,控制精确,性价比很高。降压转换器、外置恒压电路,恒流电路和短路检测保护电路的直流输入型充电器方案可以精确实现电子产品充电所需的恒流恒压功能,效率较高,可有效避免过热问题;同时该方案能有效监控过压、过流、过温、输出短路等错误状态,保护措施较为完善。
附图说明
本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的描述而更加明显,在附图中,相同的附图标记始终表示相同的特征,其中,
图1为本实用新型的直流输入型充电器的一实施例的框图;
图2为本实用新型中降压电路一较佳实施例的电路图;
图3为本实用新型中恒压电路、恒流电路和恒压恒流自动识别反馈电路一实施例的电路图;
图4为本实用新型中短路检测保护电路一实施例的电路图;
图5为现有技术中的一种充电器的电路图。
具体实施方式
参考图1,图1示出了根据本实用新型的一实施例的直流输入型充电器100的结构框图,该充电器100包括:
降压电路130,用于将直流电源200的电压转换成负载300所需要的直流电压。该降压电路130进一步包括:
降压转换器132,连接直流电源200,其输入作为降压电路130的输入,降压转换器132为降压电路130提供降压控制电路和功率电路;其中,该降压转换器132还接收来自恒压恒流自动识别反馈电路150和短路检测保护电路140的输出;
分立功率器件131,连接到降压转换器132,为降压电路130提供滤波电路,分立功率器件131的输出作为降压电路130的输出,连接到负载300。
恒压电路110,用于控制降压电路130的输出电压,保证降压电路130的输出电压稳定在负载要求的范围内。该恒压电路110进一步包括:
电压检测电路111,连接到降压电路130的输出,用于采样降压电路130的输出电压VO;
恒压控制电路112,用于将电压检测电路111采样所得的电压经过处理送到恒压恒流自动识别反馈电路150,保证降压电路130的输出电压稳定在负载要求的范围内。
恒流电路120,用于控制降压电路130的输出电流,保证降压电路130的输出电流稳定在负载要求的范围内。该恒流电路120进一步包括:
电流检测电路121,连接到降压电路130的输出,用于采样降压电路130的输出电流IO;
恒流控制电路122,用于将电流检测电路121采样所得的电流经过处理送到恒压恒流自动识别反馈电路150,保证降压电路130的输出电流稳定在负载要求的范围内。
恒压恒流自动识别反馈电路(150),用于自动选择恒压控制模式或者恒流控制模式来控制降压电路(130)。
短路检测保护电路140,用于检测降压电路130的输出,一旦降压电路130的输出出现短路情况,短路检测保护电路140保护整个直流输入型充电器100。该短路检测保护电路140包括:
短路检测电路141,连接到降压电路130的输出,用于检测降压电路130的输出状态,判断是否出现输出短路;
短路保护电路142,连接短路检测电路141,当短路检测电路141检测到输出出现短路后,保护充直流输入型充电器100;其中,短路保护电路142的输出提供给压降电路130;
短路状态指示电路143,连接短路保护电路142,当短路检测电路检测到输出出现短路后,指示错误状态。
在上述的电路中,降压电路130是整个充电器的核心部分,它为负载提供必须的电压和电流。图2是降压电路130的一实施例的电路图。其中,直流电源输入的直流电压VIN通过输入电容CIN连接到一AP3003-ADJ芯片的第一管脚P1,输入的直流电压在AP3003-ADJ芯片内经过脉冲宽度调制之后从第二管脚P2输出开关波形,通过滤波电感L和滤波电容COUT组成的输出滤波电路,第二管脚P2得到的开关波形被滤波成直流输出电压VO,续流二极管D在AP3003-ADJ芯片内部功率管关断后为不能突变的电感电流提供续流路径;其中,该AP3003-ADJ芯片的第三管脚P3接地,该AP3003-ADJ芯片的第四管脚P4接收来自恒压恒流自动识别反馈电路150的输出电压VFB,而该AP3003-ADJ芯片的第五管脚P5接收来自短路检测保护电路140的输出电压VEN。
恒压电路110实现对输出电压VO的精确控制,恒流电路120实现对输出电流IO的精确控制,恒压恒流自动识别反馈电路150实现对恒压控制模式和恒流控制模式两种控制模式的自动选择。图3为本实用新型中恒压电路、恒流电路和恒压恒流自动识别反馈电路一实施例的电路图。
降压电路130的输出电压VO通过由第一分压电阻RA和第二分压电阻RB组成的电阻分压网络得到被衰减的电压VO*RB/(RA+RB),该被衰减的电压连接在第一运算放大器AS358a的同相输入端,第一运算放大器AS358a配置成电压跟随器方式,同时第一运算放大器AS358a的输出端连接第二二极管D2,第二二极管D2处得到的电压为VO*RB/(RA+RB)-VD2,其中VD2表示第二二极管D2的正向导通压降;第二二极管D2处得到的电压作为恒压恒流自动识别反馈电路150的输出被送入降压电路,即AP3003-ADJ芯片的第四管脚P4,与AP3003-ADJ的内部参考电压1.23V达到近似相等;一稳定电容CFF与第一分压电阻RA并联,用于增加环路的相位裕度。
降压电路130的输出电流IO通过采样电阻RS转化成电压信号IO*RS,采样电阻RS一端通过第三电阻R3连接到第二运算放大器AS358b的正向输入端,另一端通过第一电阻R1连接到第二运算放大器AS358b的反向输入端,同时第二运算放大器AS358b的正向输入端通过第四电阻R4接地,第二运算放大器AS358b的反向输入端通过第二电阻R2连接第二运算放大器AS358b的输出端,其中,第一电阻R1与第三电阻R3阻值相等,第二电阻R2与第四电阻R4阻值相等;第二运算放大器AS358b的输出端连接第一二极管D1,第一二极管D1处的电压为IO*RS*R2/R1-VD1,其中VD1表示第一二极管D1的正向导通压降,第一二极管D1处得到的电压作为恒压恒流自动识别反馈电路150的输出被送入降压电路,即AP3003-ADJ芯片的第四管脚P4,与AP3003-ADJ的内部参考电压1.23V达到近似相等。
第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)构成自动选择恒压控制模式或者恒流控制模式的电路。
短路检测保护电路140实现对输出短路状态的检测和控制,保证使用的安全性。图4为本实用新型的短路检测保护电路一实施例的电路图。降压电路130的输出电压VO通过由第三分压电阻RC和第四分压电阻RD组成的电阻分压网络得到被衰减的电压,该经衰减的电压通过第九电阻R9与NPN三极管Q1的基极相连,NPN三极管Q1的集电极通过第七电阻R11连接到直流输入电压VIN,NPN三极管Q1的发射极接地,第八电阻R12和发光二极管D3的串联支路连接在NPN三极管Q1的集电极和地之间,第一电容C1连接在NPN三极管Q1的集电极和地之间,同时NPN三极管Q1的集电极电压被作为短路检测保护电路140的输出送到降压电路130,即AP3003-ADJ芯片的第五管脚P5,AP3003-ADJ芯片的第五管脚P5是AP3003-ADJ芯片的导通/关断使能管脚,一旦第五管脚P5的电压大于阈值电压,AP3003-ADJ芯片关断。当输出发生短路时,输出电压VO经过第三分压电阻RC和第四分压电阻RD采样得到电压值无法维持N PN三极管Q1导通,于是NPN三极管Q1关断,输入电压VIN通过第七电阻R11和第八电阻R12给第一电容C1充电,充电时间常数为C1*R11*R12/(R11+R12),随着时间的推移,NPN三极管Q1的集电极电压不断升高,一旦该电压高于第五管脚P5的阈值电压,发光二极管D3亮,AP3003-ADJ芯片关断,于是整个充电器停止工作,实现了短路保护的功能。短路状态消除后,重新启动电源,电路可以恢复正常工作。
本实用新型的直流输入型充电器***方案包含恒压恒流控制兼具短路保护功能,在保证直流输入型充电器功能的完整性的同时,有效地简化了***器件的选择,电路结构简单,功能齐全,控制精确,性价比很高。降压转换器、外置恒压电路,恒流电路和短路检测保护电路的直流输入型充电器方案可以精确实现电子产品充电所需的恒流恒压功能,效率较高,可有效避免过热问题;同时该方案能有效监控过压、过流、过温、输出短路等错误状态,保护措施较为完善。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的,熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下,对上述实施例做出种种修改或变化,因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限,而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (8)
1.一种直流输入型充电器(100),其特征在于,包括:
降压电路(130),用于将直流电源(200)的电压转换成负载(300)所需要的直流电压;
恒压电路(110),用于控制所述降压电路(130)的输出电压,保证所述降压电路(130)的输出电压稳定在负载要求的范围内;
恒流电路(120),用于控制所述降压电路(130)的输出电流,保证所述降压电路(130)的输出电流稳定在负载要求的范围内;
恒压恒流自动识别反馈电路(150),用于自动选择恒压控制模式或者恒流控制模式来控制所述降压电路(130);
短路检测保护电路(140),用于检测所述降压电路(130)的输出,一旦所述降压电路(130)的输出出现短路情况,所述短路检测保护电路(140)保护整个直流输入型充电器(100)。
2.如权利要求1所述的直流输入型充电器,其特征在于,所述降压电路(130)包括:
降压转换器(132),连接所述直流电源(200),其输入作为所述降压电路(130)的输入,降压转换器(132)为所述降压电路(130)提供降压控制电路和功率电路;其中,该降压转换器(132)还接收来自恒压恒流自动识别反馈电路(150)和短路检测保护电路(140)的输出;
分立功率器件(131),连接到所述降压转换器(132),为所述降压电路(130)提供滤波电路,分立功率器件(131)的输出作为所述降压电路(130)的输出,连接到负载(300)。
3.如权利要求1所述的直流输入型充电器,其特征在于,所述降压电路(130)包括:
直流电源输入的直流电压(VIN)通过输入电容(CIN)连接到一AP3003-ADJ芯片的第一管脚(P1),输入的直流电压在所述AP3003-ADJ芯片内经过脉冲宽度调制之后从第二管脚(P2)输出开关波形,通过滤波电感(L)和滤波电容(COUT)组成的输出滤波电路,第二管脚(P2)得到的开关波形被滤波成直流输出电压(VO),续流二极管(D)在AP3003-ADJ芯片内部功率管关断后为不能突变的电感电流提供续流路径;其中,该AP3003-ADJ芯片的第三管脚(P3)接地,该AP3003-ADJ芯片的第四管脚(P4)接收来自恒压恒流自动识别反馈电路(150)的输出电压(VFB),而该AP3003-ADJ芯片的第五管脚(P5)接收来自短路检测保护电路(140)的输出电压(VEN)。
4.如权利要求1所述的直流输入型充电器,其特征在于,所述恒压电路(110)包括:
电压检测电路(111),连接到所述降压电路(130)的输出,用于采样所述降压电路(130)的输出电压(VO);
恒压控制电路(112),用于将所述电压检测电路(111)采样所得的电压经过处理送到所述恒压恒流自动识别反馈电路(150),保证所述降压电路(130)的输出电压稳定在负载要求的范围内。
5.如权利要求1所述的直流输入型充电器,其特征在于,所述恒流电路(120)包括:
电流检测电路(121),连接到所述降压电路(130)的输出,用于采样所述降压电路(130)的输出电流(IO);
恒流控制电路(122),用于将所述电流检测电路(121)采样所得的电流经过处理送到所述恒压恒流自动识别反馈电路(150),保证所述降压电路(130)的输出电流稳定在负载要求的范围内。
6.如权利要求1所述的直流输入型充电器,其特征在于,所述恒压电路(110)、恒流电路(120)以及恒压恒流自动识别反馈电路(150)包括,
所述降压电路(130)的输出电压(VO)通过由第一分压电阻(RA)和第二分压电阻(RB)组成的电阻分压网络得到被衰减的电压VO*RB/(RA+RB),该被衰减的电压连接在第一运算放大器(AS358a)的同相输入端,第一运算放大器(AS358a)配置成电压跟随器方式,同时第一运算放大器(AS358a)的输出端连接第二二极管(D2),第二二极管(D2)处得到的电压为VO*RB/(RA+RB)-VD2,其中VD2表示第二二极管(D2)的正向导通压降;第二二极管(D2)处得到的电压作为恒压恒流自动识别反馈电路(150)的输出被送入降压电路;一稳定电容(CFF)与第一分压电阻(RA)并联,用于增加环路的相位裕度;
所述降压电路(130)的输出电流(IO)通过采样电阻(RS)转化成电压信号IO*RS,采样电阻(RS)一端通过第三电阻(R3)连接到第二运算放大器(AS358b)的正向输入端,另一端通过第一电阻(R1)连接到第二运算放大器(AS358b)的反向输入端,同时第二运算放大器(AS358b)的正向输入端通过第四电阻(R4)接地,第二运算放大器(AS358b)的反向输入端通过第二电阻(R2)连接第二运算放大器(AS358b)的输出端,其中,第一电阻(R1)与第三电阻(R3)阻值相等,第二电阻(R2)与第四电阻(R4)阻值相等;第二运算放大器(AS358b)的输出端连接第一二极管(D1),第一二极管(D1)处的电压为IO*RS*R2/R1-VD1,其中VD1表示第一二极管(D1)的正向导通压降,第一二极管(D1)处得到的电压作为恒压恒流自动识别反馈电路(150)的输出被送入降压电路;
第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)构成自动选择恒压控制模式或者恒流控制模式的电路。
7.如权利要求1所述的直流输入型充电器,其特征在于,所述短路检测保护电路(140)包括:
短路检测电路(141),连接到所述降压电路(130)的输出,用于检测所述降压电路(130)的输出状态,判断是否出现输出短路;
短路保护电路(142),连接所述短路检测电路(141),当所述短路检测电路(141)检测到输出出现短路后,保护所述直流输入型充电器(100);其中,所述短路保护电路(142)的输出提供给降压电路(130);
短路状态指示电路(143),连接所述短路保护电路(142),当所述短路检测电路检测到输出出现短路后,指示错误状态。
8.如权利要求1所述的直流输入型充电器,其特征在于,所述短路检测保护电路(140)包括:
所述降压电路(130)的输出电压(VO)通过由第三分压电阻(RC)和第四分压电阻(RD)组成的电阻分压网络得到被衰减的电压,该经衰减的电压通过第九电阻(R9)与NPN三极管(Q1)的基极相连,NPN三极管(Q1)的集电极通过第七电阻(R11)连接到直流输入电压(VIN),NPN三极管(Q1)的发射极接地,第八电阻(R12)和发光二极管(D3)的串联支路连接在NPN三极管(Q1)的集电极和地之间,第一电容(C1)连接在NPN三极管(Q1)的集电极和地之间,同时NPN三极管(Q1)的集电极电压被作为短路检测保护电路(140)的输出送到降压电路(130)。
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