CN203942325U

CN203942325U - 一种高性能锂离子电池充电器

Info

Publication number: CN203942325U
Application number: CN201420399115.8U
Authority: CN
Inventors: 张新安
Original assignee: Hunan University of Science and Engineering
Current assignee: Hunan University of Science and Engineering
Priority date: 2014-07-20
Filing date: 2014-07-20
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2024-07-20

Abstract

一种高性能锂离子电池充电器，由EMI滤波电路、整流滤波电路、DC－DC功率变换电路和充电控制电路组成，连接关系如附图所示。DC－DC功率变换电路由集成电路芯片LNK613DG、电阻、电容、二极管和开关变压器组成。充电控制电路由集成电路芯片TLC4053－4.2、电阻、电容和发光二极管组成。采用涓流、恒流和恒压充电模式，涓流充电电流是50mA，恒流充电电流是500mA，恒流精度±2%，恒压充电电压是4.2V，恒压精度±0.5%，充电周期为3小时，电池热保护范围是低于0°C或高于50°C。其积极效果在于：电路简单、成本低、体积小、重量轻、效率高、输入电压范围宽、恒流恒压精度高、保护功能完善。

Description

一种高性能锂离子电池充电器

技术领域

本实用新型涉及电池充电器技术领域，具体涉及一种高性能锂离子电池充电器。

背景技术

锂离子电池是新一代绿色高能充电电池，具有电压高、循环性能好、无记忆效应、工作温度范围宽、自放电率低、体积小、重量轻等突出优点，在手机、数码相机、摄像机及PDA等高端便携式设备电源上被广泛采用。但锂离子电池对充电器的要求苛刻，对保护电路的要求较高。其要求的充电方式是涓流、恒流和恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求充电器有较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护。目前，市场上的充电器很多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重缩短电池的寿命。还有一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90% 就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。

发明内容

为解决现有锂离子电池充电器的不足，本实用新型公开一种高性能锂离子电池充电器，该充电器采用涓流、恒流和恒压充电模式，电路简单、成本低、体积小、重量轻、效率高、输入电压范围宽、恒流恒压精度高、具有输入过压、欠压保护，热保护和时间保护功能，可广泛应用于单节锂离子电池充电器领域。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：本实用新型由EMI滤波电路、整流滤波电路、DC－DC功率变换电路和充电控制电路组成。EMI滤波电路的输入端接交流市电电源，输出端接整流滤波电路的输入端，DC－DC功率变换电路的输入端接整流滤波电路的输出端，输出端接充电控制电路的输入端，充电控制电路的输出端接锂离子电池。EMI滤波电路是由电阻R1、电容C1和共模电感L1组成的低通滤波电路。整流滤波电路是由桥式整流器BR1和电容C2组成的市电整流滤波电路。DC－DC功率变换电路由集成电路芯片LNK613DG，电阻R2、R3、R4，电容C3、C4、C5，二极管D1、D2和开关变压器T1组成。充电控制电路由集成电路芯片TLC4053－4.2，电阻R5～R10、R_NTC，电容C6、C7和发光二极管LED1、LED2、LED3组成。

本实用新型的积极效果在于：电路简单、成本低、体积小、重量轻、效率高、输入电压范围宽、恒流恒压精度高、保护功能完善。

附图说明

图1为本实用新型的方框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

如附图1所示，本实用新型由EMI滤波电路、整流滤波电路、DC－DC功率变换电路和充电控制电路组成。EMI滤波电路的输入端接交流市电电源，输出端接整流滤波电路的输入端，DC－DC功率变换电路的输入端接整流滤波电路的输出端，输出端接充电控制电路的输入端，充电控制电路的输出端接锂离子电池。

如附图2所示。

EMI滤波电路是由电阻R1、电容C1和共模电感L1组成的低通滤波电路，可抑制市电电源与充电器之间的高频电磁干扰。其中C1用于抑制串模干扰信号，L1用于抑制共模干扰信号。串接在市电输入端的限流电阻R1，具有市电输入过流和抗浪涌抗的保护作用。

整流滤波电路是由桥式整流器BR1和电容C2组成的市电整流滤波电路，对输入的市电电压进行整流滤波，将得到直流电压为DC－DC功率变换电路供电。

DC－DC功率变换电路由集成电路芯片LNK613DG，电阻R2、R3、R4，电容C3、C4、C5，二极管D1、D2和开关变压器T1组成。LNK613DG的D端接D1的正极与T1的初级绕组N1的2端的连接点，FB端接R3、R4一端的连接点，BP/M端接C4的正极，D1的负极接R2、C3一端的连接点，T1的反馈绕组N2的3端接R3的另一端，R2、C3的另一端和N1的1端都接市电整流滤波电路的输出正端，LNK613DG的S端、C4的负极、N2的4端和R4的另一端都接市电整流滤波电路的输出负端的地，T1的输出绕组N3的5端接D2的正极，D2的负极接C5的正极为DC－DC功率变换电路的输出正端，N3的6端接C5的负极为DC－DC功率变换电路的输出负端的地。

LNK613DG是一个内置700V功率MOSFET的PWM控制器芯片，自行供电，无需外加偏置电路，原边控制，不用副边光耦控制电路，减少了外部分离元件数目。具有软启动、过压保护、欠压锁定、过流限制、反馈补偿以及过热切断、开路保护等功能。在正常操作时，功率MOSFET的开关由FB引脚控制，该引脚通过检测反馈绕组N2上的AC电压，来调节恒压模式下的输出电压以及恒流模式下的输出电流。输出电压升高时，N2上的感应电压升高，FB引脚电压也升高。FB引脚电压升高时，通过调节开关频率进行恒流输出调节。当FB引脚在恒流调节模式下接近恒定输出电压时，将切换到恒压工作模式。此时的开关频率达到其最大值，控制器使用开/关状态调节器调节FB引脚电压，使其维持在恒定输出电压。本实用新型将反馈电阻R3和R4分别设计为13KΩ和9.1KΩ，DC－DC功率变换电路输出的恒定电压为5V，输出的恒定电流为550mA。

充电控制电路由集成电路芯片TLC4053－4.2，电阻R5～R10、R_NTC，电容C6、C7和发光二极管LED1、LED2、LED3组成。TLC4053－4.2的1脚接LED1的负极，2、8脚接DC－DC功率变换电路的输出正端，3脚接LED3的负极，4脚电容C6的一端，6脚接R5、R_NTC一端的连接点，7脚接R9一端，9脚接C7的正极为充电器的输出正端、10接LED2的负极，C7的负极与R10的一端相连接，LED1、LED2、LED3的正极分别与R6、R7、R8的一端相连接，R5～R8的另一端都接DC－DC功率变换电路的输出正端，R_NTC、C6、R9、R10另一端和TLC4053－4.2的5脚都接DC－DC功率变换电路的输出负端，即充电器的输出负端。

LTC4053-4.2是凌特公司生产的单节锂离子电池独立线性充电器IC，内置功率MOSFET，不用外加电流感测电阻和阻塞二极管。采用涓流、恒流和恒压充电模式，充电电流和充电时间可分别通过外接的一个电阻和一个电容设定。在大功率和高环境温度条件下，内部热调整电路能自动调节充电电流限制芯片温度，在关闭模式，电流只有25μA。

充电控制电路的输入电压为5V，LTC4053-4.2 的7脚外部充电电流编程电阻R9的阻值设计为3KΩ，9脚输出的恒流充电电流是500mA。9脚与地之间连接的1μF旁路电容及1Ω的串联电阻，用于在未接电池时的环路稳定。4脚与地之间的外接定时电容C6设计为0.1μF，充电周期时间为3小时，实现时间保护。

当充电周期开始时，LTC4053-4.2的1脚上的绿色指示灯LED1点亮。若V_BAT低于2.48V进行50mA的涓流充电，当涓流充电时间达到1/4充电周期时，V_BAT仍低于2.48V，或者电池温度在可接受的温度0～50°C范围之外时，3脚外部的黄色指示灯LED3点亮，表示电池有故障。若10脚上的红色指示灯LED2点亮，表示Vcc 高于欠电压锁定门限。若Vcc低于欠电压锁定门限电平或降至电池电压的35mV之内，LED2熄灭。

LTC4053-4.2的5脚外接的热敏电阻R_NTC用于感测电池温度，当因温度升高使5脚电压降至0.5Vcc以下，或因温度太低使5脚电压升至0.875Vcc以上时，LTC4053－4.2进入保持模式，定时器停止计时，充电停止，实现热保护。本实用新型将电阻R5和R_NTC的阻值分别设计为3.9KΩ和10KΩ，电池温度的热保护范围是低于0°C或高于50°C。

LTC4053-4.2的10脚上的电压V_BAT升至2.48V以上时，充电器则由涓流充电转换到500mA的恒流充电，恒流精度为±2%。当电池接近最终浮动电压4.2V时，充电电流减小，LTC4053-4.2进入恒压充电模式，恒压精度为±0.5%。当定时期满，或V_BAT达到4.2V，充电终止，LED1 、LED2、LED3都熄灭。在充电终止后，如果电池电压降至4.05V以下，新的充电周期开始。

本实用新型基于LNK613DG和LTC4053－4.2设计的锂离子电池充电器在市电85～264V的全电压输入范围内效率＞82%，电路简单、成本低，效率高，拥有广阔的应用前景。

Claims

1.一种高性能锂离子电池充电器，其特征是：它由EMI滤波电路、整流滤波电路、DC－DC功率变换电路和充电控制电路组成；EMI滤波电路的输入端接交流市电电源，输出端接整流滤波电路的输入端，DC－DC功率变换电路的输入端接整流滤波电路的输出端，输出端接充电控制电路的输入端，充电控制电路的输出端接锂离子电池；EMI滤波电路是由电阻R1、电容C1和共模电感L1组成的低通滤波电路；整流滤波电路是由桥式整流器BR1和电容C2组成的市电整流滤波电路；DC－DC功率变换电路由集成电路芯片LNK613DG，电阻R2、R3、R4，电容C3、C4、C5，二极管D1、D2和开关变压器T1组成；充电控制电路由集成电路芯片TLC4053－4.2，电阻R5～R10、R_NTC，电容C6、C7和发光二极管LED1、LED2、LED3组成。

2.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池充电器，其特征是：DC－DC功率变换电路的集成电路芯片LNK613DG的D端接D1的正极与T1的初级绕组N1的2端的连接点，FB端接R3、R4一端的连接点，BP/M端接C4的正极，D1的负极接R2、C3一端的连接点，T1的反馈绕组N2的3端接R3的另一端，R2、C3的另一端和N1的1端都接市电整流滤波电路的输出正端，LNK613DG的S端、C4的负极、N2的4端和R4的另一端都接市电整流滤波电路的输出负端的地，T1的输出绕组N3的5端接D2的正极，D2的负极接C5的正极为DC－DC功率变换电路的输出正端，N3的6端接C5的负极为DC－DC功率变换电路的输出负端的地。

3.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池充电器，其特征是：电阻R3和R4分别设计为13KΩ和9.1KΩ，DC－DC功率变换电路输出的恒定电压为5V，输出的恒定电流为550mA。

4.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池充电器，其特征是：充电控制电路的集成电路芯片TLC4053－4.2的1脚接LED1的负极，2、8脚接DC－DC功率变换电路的输出正端，3脚接LED3的负极，4脚电容C6的一端，6脚接R5、R_NTC一端的连接点，7脚接R9一端，9脚接C7的正极为充电器的输出正端、10接LED2的负极，C7的负极与R10的一端相连接，LED1、LED2、LED3的正极分别与R6、R7、R8的一端相连接，R5～R8的另一端都接DC－DC功率变换电路的输出正端，R_NTC、C6、R9、R10另一端和TLC4053－4.2的5脚都接DC－DC功率变换电路的输出负端，即充电器的输出负端。

5.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池充电器，其特征是：电阻R9的阻值设计为3KΩ，恒流充电电流是500mA。

6.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池充电器，其特征是：电容C6设计为0.1μF，充电周期时间为3小时。

7.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池充电器，其特征是：电阻R5和R_NTC的阻值分别设计为3.9KΩ和10KΩ，电池温度的热保护范围是低于0°C或高于50°C。