CN203942325U - 一种高性能锂离子电池充电器 - Google Patents
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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
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、RNTC,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、RNTC,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、RNTC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,RNTC、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VBAT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,VBAT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RNTC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RNTC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VBAT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VBAT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 (7)
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、RNTC,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、RNTC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,RNTC、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RNTC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。
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CN112491121A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-12 | 浙江大学台州研究院 | 一种基于buck模式的锂电池充电电路及充电方法 |
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