CN100416975C - 一种充电电池的充电方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电电池的充电装置，其特征在于，包括：一正常充电电路，用于对所述充电电池进行正常充电；一电压检测电路，用于检测所述充电电池的电压；一限流升压电路，用于对所述电池进行限流充电，所述限流充电的充电电流小于所述正常充电的充电电流；一控制电路，用于根据检测出的电池电压控制所述充电电池为正常充电或限流充电；当所述电池电压低于第一设定电压时，选择所述限流升压电路对电池进行限流充电；当所述电池电压大于或等于所述第一设定电压时，选择所述正常充电电路对电池进行正常充电。本发明的充电方法及装置可有效延长电池寿命。

Description

一种充电电池的充电方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种充电电池的充电方法及其装置，特别是涉及一种可有效延长电池寿命的充电方法及其装置。
背景技术
充电管理电路是手机、PDA等终端设备中必不可少的一部分。良好的充电方法可以有效的延长充电电池的使用寿命，提高设备的可靠性。反之会大幅减少充电电池的使用寿命。目前在终端设备的充电管理方面一般使用如下三种方式。使用自带充电管理的充电器，使用价格昂贵的电源管理芯片，使用具有恒压恒流输出的充电器直接充电。
其中，自带充电管理的充电器成本高使用不灵活，往往需要将电池从设备中取出后单独充电。有些电源管理芯片提供完整的充电管理功能，但同样由于成本较高在很多低端设备中不能得到很好的应用。在很多低端设备中使用较为广泛的一种充电方式是直接使用具有恒压恒流功能的充电器直接充电。这种方式成本较低，能够完成一般充电过程所要求的恒压和恒流充电的两个基本过程。但是仅使用恒压恒流充电对充电电池的寿命是有很大影响的。特别是对过度放电后的电压较低的电池直接使用恒压恒流对电池的性能是有很大影响的。对有些芯片来说，当电池电压低于一定值后将无法正常工作，使整个充电过程无法进行，从而导致电池报废。
针对以上现有技术的不足，提出了一种方便调节、结构简单宜于大批量生产，性能良好的可有效延长电池寿命的充电方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种充电电池的充电方法及其装置，利用该充电方法及充电装置可有效延长充电电池的寿命。
为了实现上述目的，本发明提供了一种充电电池的充电装置，其中，包括：
一正常充电电路，用于对所述充电电池进行正常充电；
一电压检测电路，用于检测所述充电电池的电压；
一限流升压电路，用于对所述电池进行限流充电，所述限流充电的充电电流小于所述正常充电的充电电流；
一控制电路，用于根据检测出的电池电压控制所述充电电池为正常充电或限流充电；当所述电池电压低于第一设定电压时，选择所述限流升压电路对电池进行限流充电；当所述电池电压大于或等于所述第一设定电压时，选择所述正常充电电路对电池进行正常充电。
所述的充电电池的充电装置，其中，所述控制电路进一步包括一第一控制晶体管与一第二控制晶体管；所述第一控制晶体管与所述第二控制晶体管相连；所述第二控制晶体管设置在所述正常充电电路与所述充电电池之间，且与所述限流升压电路相连；一第一控制信号从所述第一控制晶体管输入，通过控制所述第二控制晶体管的导通或关断，进一步控制所述充电电池选择所述正常充电电路充电或所述限流升压电路充电。
所述的充电电池的充电装置，其中，所述第一控制晶体管为一三极管，所述第二控制晶体管为一PMOS管；所述第一控制晶体管的集电极与所述第二控制晶体管的栅极相连；所述第一控制晶体管的集电极通过所述控制电路的第一上拉电阻与所述正常充电电路相连；所述第一控制晶体管的集电极通过一第一分压电阻与地相连；所述第一控制晶体管的发射极接地。
所述的充电电池的充电装置，其中，所述第二控制晶体管的源极分别与所述正常充电电路及所述限流升压电路相连；所述第二控制晶体管的漏极与所述充电电池相连接。
所述的充电电池的充电装置，其中，所述限流升压电路进一步包括一二极管及一限流电阻；所述二极管与所述限流电阻串联；所述二级管的正极与所述控制电路的第二控制晶体管的源极及所述正常充电电路相连；所述二极管负极与所述限流电阻的一端相连，所述限流电阻的另一端与所述控制电路的第二控制晶体管的漏极及所述充电电池相连。
所述的充电电池的充电装置，其中，所述电压检测电路进一步包括一第三控制晶体管及第四控制晶体管，其中，所述第三控制晶体管与所述第四控制晶体管相连；检测控制信号从所述第三控制晶体管输入，通过控制所述第四控制晶体管的导通或关断来控制所述电压检测电路的开启或关闭。
所述的充电电池的充电装置，其中，所述第三控制晶体管为一三极管；所述第四控制晶体管为一PMOS管；所述第三控制晶体管的集电极与所述第四控制晶体管的栅极相连；所述第三控制晶体管的集电极通过所述电压检测电路的第一上拉电阻与所述充电电池的输出端相连；所述第四控制晶体管的源极与所述充电电池的输出端相连；所述第四控制晶体管的漏极与地相连；在所述第四控制晶体管的漏极与地之间串联有两分压电阻。
所述的充电电池的充电装置，其中，在所述第四控制晶体管的漏极与地之间串联的两分压电阻包括一第二分压电阻和一第三分压电阻；电压检测电路的输出信号节点位于所述第二分压电阻和第三分压电阻之间。
本发明还提供了一种充电方法，其中，包括：
一对充电电池进行正常充电的步骤；
一检测电池电压，当电池电压检测完毕后，关闭电压检测电路的步骤；
一对充电电池限流充电的步骤，其中在此步骤中采用的充电电流小于对充电电池进行正常充电时的充电电流；及
一根据检测出的电池电压控制充电电池的充电通道的步骤，当所述电池电压低于第一设定电压时，选择对电池进行限流充电；当所述电池电压大于或等于所述第一设定电压时，选择对电池进行正常充电。
所述的充电方法，其中，所述控制充电电池充电通道的步骤是通过第二控制晶体管的导通或关断来实现的。
本发明的充电方法及装置可有效延长电池寿命的充电方法，且本发明的充电装置方便调节、结构简单宜于大批量生产，且性能良好。使用本发明的充电方法及装置可使用功能简单成本低的电源管理芯片和一般充电器实现性能优良的充电管理，有效提高电池寿命，降低产品成本。本发明的充电方法及装置可用于手机、PDA等自带充电控制电路的便携设备。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明实施例的充电电路和控制电路；
图2为本发明实施例的电池电压检测电路。
具体实施方式
本发明的充电方法及其装置可有效延长充电电池的寿命，对于过度放电的低电压电池可先使用小电流的涓流充电方式逐步提高电池电压，使电池恢复正常电压后再利用充电器的恒流恒压特性使电池充满。要完成这一目的，需要四部分电路相互配合。即：限流升压电路1，正常充电电路2，控制电路3，电压检测电路4。使用限流升压电路1对低电压电池进行小电流充电，使电池电压逐步提高，同时，提高电池接入点的电压，避免电池电压过低而无法正常开机。当电池电压在小电流的作用下升高到一定值以后，在控制电路3的控制下将充电通道由限流升压电路1切换到正常充电电路2进行恒流恒压充电。电压检测电路4完成整个充电过程的电池电压检测，提供控制依据。本发明实施例的正常充电电路2指直接通过充电器21为充电电池5充电。
图1示出了本发明实施例的充电电路和控制电路。在图1中，控制电路3包括上拉电阻31、分压电阻33、三极管32(Q2)及PMOS管34(Q1)；限流升压电路1包括二极管11及限流电阻12(R1)；充电器21通过上拉电阻31与三极管32的集电极电相连，分压电阻33设置在三极管32的集电极与地之间，三极管32的发射极接地。PMOS管34的源极(S)与充电器21电相连，其漏极(D)与充电电池5相连。二极管11与限流电阻12(R1)串联，接在充电器21与充电电池5的正极之间，二极管11的正极与充电器21相连。设备的主控芯片输出的第一GPIO(通用输入输出)控制信号通过三极管32(Q2)的基极输入来控制PMOS管34栅源极(DS)的导通与关断，当PMOS管34(Q1)的DS导通时，充电电池5的充电通道选择切换为充电器21直接对充电电池5充电，即此时选择正常充电电路2为充电电池5充电；当PMOS管34的DS关断时，切换充电电池5的充电通道为限流升压电路1。
当电池电压低于某个设定值(如3.2V)，则认为电池电压较低。此时如果直接使用恒流充电，对低电压电池将产生较大的冲击，严重缩短电池寿命。在这种情况下，只要将第一GPIO控制信号置为低电平，将PMOS管34(Q1)的栅源极(DS)之间关断。充电电流将通过二极管11(D1)和限流电阻12(R1)的限流升压电路1给电池进行充电。由于此时充电器21应工作在恒压区，为固定电压VCHARGER。如果电池电压为VBATT，那么通过限流升压电路的电流应该为(VCHARGER-VBATT-0.7)/R1，适当选取各参数的取值，可使充电电流降低到一个比较小的值(如50mA)对电池进行充电，电池电压将逐步增加，避免大电流的冲击可有效增加电池寿命。
当电池检测电路4检测到电池电压上升到适合使用大电流的恒流充电时(如电池电压达到或大于3.2V)，只要将第一GPIO控制信号置为高电平，使PMOS管34(Q1)的栅源极(DS)之间导通，选用的PMOS管34(Q1)可流过较大的电流(1A以上)，此时充电器21工作到恒流区，对电池进行恒流充电(一般为500mA以上的较大电流)。使用恒流充电将电池充满(如充到4.2V)，充电器21进入恒压状态保持一段时间，使电池电压稳定最终完成整个充电过程。当取掉充电器21时，PMOS管34(Q1)的栅极(G极)变为低电平，DS导通，进入正常工作状态。
当终端设备仅由电池供电时，Q1的G极为低电平，DS导通。选用栅源电阻RDS(on)较低的器件，可忽略不计，电池可给设备供电。
图2为本发明实施例的电压检测电路图。当电池电压降低需要充电时，首先通过电池电压检测电路对电池电压进行检测。在图2中，晶体管41的发射极接地，其集电极与充电电池5的输出端之间通过一上拉电阻43电相连，晶体管41的集电极与PMOS管42(Q4)的栅极(G)相连接。PMOS管42的漏极(D)与地之间设置有分压电阻44(R2)及分压电阻45(R3)，R2与R3串联。电池电压检测电路4的检测输出信号HKADC从位于分压电阻44及分压电阻45间的节点A引出。电池检测第二GPIO控制信号通过三极管41(Q3)的基极输入，将第二GPIO控制信号置为高电平使PMOS管42(Q4)导通，Q4的D极与地之间的电压就是电池电压。为了便于HKADC的检测，使用分压电阻44(R2)和分压电阻45(R3)进行分压，使分压结果进入HKADC的量程。电池电压检测完毕后可通过将第二GPIO控制信号置为低电平，将电池检测电路关闭掉，以节省电池消耗。
本发明的充电方法及其装置可有效延长电池寿命，提供了一种方便易调、结构简单、成本低性能好、易于使用的可有效延长电池寿命的充电方法及装置。可广泛用于手机、PDA等自带充电控制电路的便携设备。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1. 一种充电电池的充电装置，其特征在于，包括：
一正常充电电路，用于对所述充电电池进行正常充电；
一电压检测电路，用于检测所述充电电池的电压；
一限流升压电路，用于对所述电池进行限流充电，所述限流充电的充电电流小于所述正常充电的充电电流；
一控制电路，用于根据检测出的电池电压控制所述充电电池为正常充电或限流充电；当所述电池电压低于第一设定电压时，选择所述限流升压电路对电池进行限流充电；当所述电池电压大于或等于所述第一设定电压时，选择所述正常充电电路对电池进行正常充电；
所述控制电路进一步包括一第一控制晶体管与一第二控制晶体管；所述第一控制晶体管与所述第二控制晶体管相连；所述第二控制晶体管设置在所述正常充电电路与所述充电电池之间，且与所述限流升压电路相连；一第一控制信号从所述第一控制晶体管输入，通过控制所述第二控制晶体管的导通或关断，进一步控制所述充电电池选择所述正常充电电路充电或所述限流升压电路充电；
其中，当电池电压检测完毕后，关闭电压检测电路。
2. 根据权利要求1所述的充电电池的充电装置，其特征在于，所述第一控制晶体管为一三极管，所述第二控制晶体管为一PMOS管；所述第一控制晶体管的集电极与所述第二控制晶体管的栅极相连；所述第一控制晶体管的集电极通过所述控制电路的第一上拉电阻与所述正常充电电路相连；所述第一控制晶体管的集电极通过一第一分压电阻与地相连；所述第一控制晶体管的发射极接地。
3. 根据权利要求2所述的充电电池的充电装置，其特征在于，所述第二控制晶体管的源极分别与所述正常充电电路及所述限流升压电路相连；所述第二控制晶体管的漏极与所述充电电池相连接。
4. 根据权利要求2或3所述的充电电池的充电装置，其特征在于，所述限流升压电路进一步包括一二极管及一限流电阻；所述二极管与所述限流电阻串联；所述二极管的正极与所述控制电路的第二控制晶体管的源极及所述正常充电电路相连；所述二极管负极与所述限流电阻的一端相连，所述限流电阻的另一端与所述控制电路的第二控制晶体管的漏极及所述充电电池相连。
5. 根据权利要求4所述的充电电池的充电装置，其特征在于，所述电压检测电路进一步包括一第三控制晶体管及第四控制晶体管，其中，所述第三控制晶体管与所述第四控制晶体管相连；检测控制信号从所述第三控制晶体管输入，通过控制所述第四控制晶体管的导通或关断来控制所述电压检测电路的开启或关闭。
6. 根据权利要求5所述的充电电池的充电装置，其特征在于，所述第三控制晶体管为一三极管；所述第四控制晶体管为一PMOS管；所述第三控制晶体管的集电极与所述第四控制晶体管的栅极相连；所述第三控制晶体管的集电极通过所述电压检测电路的第一上拉电阻与所述充电电池的输出端相连；所述第四控制晶体管的源极与所述充电电池的输出端相连；所述第四控制晶体管的漏极与地相连；在所述第四控制晶体管的漏极与地之间串联有两分压电阻。
7. 根据权利要求6所述的充电电池的充电装置，其特征在于，在所述第四控制晶体管的漏极与地之间串联的两分压电阻包括一第二分压电阻和一第三分压电阻；电压检测电路的输出信号节点位于所述第二分压电阻和第三分压电阻之间。
8. 一种适用于权利要求1、2、3、5、6或7所述充电装置的充电方法，其特征在于，包括：
一对充电电池进行正常充电的步骤；
一检测电池电压，当电池电压检测完毕后，关闭电压检测电路的步骤；
一对充电电池限流充电的步骤，其中在此步骤中采用的充电电流小于对充电电池进行正常充电时的充电电流；及
一根据检测出的电池电压控制充电电池的充电通道的步骤，当所述电池电压低于第一设定电压时，选择对电池进行限流充电；当所述电池电压大于或等于所述第一设定电压时，选择对电池进行正常充电。
9. 根据权利要求8所述的充电方法，其特征在于，所述控制充电电池充电通道的步骤是通过控制第二控制晶体管的导通或关断来实现的。
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