CN101557118A - 二次电池的充电控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二次电池的充电控制电路，包括一恒流充电单元从充电电源获取电能产生一大电流为二次电池快速充电，和一涓流充电单元从充电电源获取电能产生一小电流为二次电池满充；一电流检测器和一检测开关组成一恒流充电单元生成一恒定大小的电流；一恒流开关连接在充电电源和二次电池之间，控制恒流充电单元的导通与截止；一控制单元连接在恒流充电单元与恒流开关之间，用于控制恒流开关截止或导通；一监控单元监控二次电池的充电状态，并可以发出一监控信号给控制开关用于截断该恒流开关，从而停止通过恒流充电单元向二次电池充电，转而通过涓流充电单元为二次电池充电。本发明的优点在于控制电路结构简单，使用可靠，故障率低。

Description

二次电池的充电控制电路
技术领域
本发明涉及一种二次电池的充电控制电路，特别涉及一种分别通过恒流和涓流给二次电池充电的装置。
背景技术
现在很多电子产品都采用可充电的锂电池作为电源，由于过充电对锂电池的寿命产生不可挽回的影响，因此，大多数的锂电池充电均采取先恒流充电，后恒压充电的模式保证锂电池的充电电压不会过高，从而保证锂电池的使用寿命。
在2007年05月30日公开的中国专利申请号为200510124869，专利名称为“充电保护电路”的发明公开文件中，揭露了一种充电保护电路设有一保险丝、一转接器及一过流保护器，保险丝用来传输向电池充电的电流，转接器根据充电电流的大小控制该过流保护器，如电池短路而使充电电流过大，转接器就能使过流保护器启动，而过流保护器就会在保险丝上导通一额外的电流，加速保险丝的熔毁，使电池与充电电源间可迅速的断路，让过大的充电电流不至于损坏电池。但是，该发明没有考虑当电池接近充满时，不能再通过大电流给电池充电，否则难以保障充电的安全；而且，该发明中通过一额外的电路控制一辅助电流，不仅需要耗费更多的元器件，在使用中更耗电，而且复杂的结构增加了电路的不可靠型，并且也更加容易出现故障。
因此，本发明提供一种为二次电池设计的结构简单、成本低廉充电电路，先通过大电流给二次电池快速充电，当二次电池的电压达到一额定值时，用涓流电流充电。而且，通过充电控制电路接收监控信号，监控充电的方式，保证二次电池安全充电的同时，又保证电池的满充。本发明提供的充电控制电路结构简单，使用可靠，故障率低。
发明内容
有鉴于此，本发明将提供一种二次电池的充电控制电路，包括一恒流充电单元从充电电源获取电能产生一大电流为二次电池快速充电，该充电控制电路还包括一涓流充电单元从充电电源获取电能产生一小电流为二次电池满充；一电流检测器和一检测开关组成一恒流充电单元生成一恒定大小的电流；一恒流开关连接在充电电源和二次电池之间，控制恒流充电单元的导通与截止；一控制单元连接在恒流充电单元与恒流开关之间，用于控制恒流开关截止或导通；一监控单元监控二次电池的充电状态，并可以发出一监控信号给控制开关用于截断该恒流开关，从而停止通过恒流充电单元向二次电池充电，转而通过涓流充电单元为二次电池充电。
附图说明
图1为本发明一实施方式的电路方框图。
图2为图1中实施方式的具体电路图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明充电控制电路一实施方式的方框图。在该检测电路中，充电电源10包括两条支路，第一条支路顺次连接到一恒流充电单元20和一恒流开关22后，连接到一二次电池40；第二条支路连接到一涓流充电单元30后连接到二次电池40。控制单元24的一端从恒流充电单元20取得，另一端连接到恒流开关22。恒流充电单元20包括一电流检测器23和一检测开关21，该电流检测器23上产生的电势差控制该检测开关21的导通和截止，该检测开关21的导通或者截止状态引起该控制单元24控制该恒流开关22截止或导通，从而又改变电流检测器23上产生的电势差。电流检测器23、恒流充电单元20、转换开关22之间相互牵制使流过所述检测开关21的电流保持在一设定的恒定大小的范围内，并将该恒定大小的电流提供给需要充电的二次电池40。一监控单元50用于监控二次电池的充电状态，对充电电源的电压、二次电池的温度和电压进行监控，并根据充电状态产生相应的监控信号。控制单元24还可以从监控单元50接收监控信号。当控制单元24接收到监控信号后，截止所述恒流开关22，从而停止恒流充电，启动涓流充电单元30通过小电流为二次电池40满充。
如图2所示，是图1中实施方式的具体电路图。充电电源10输出一直流电压，该直流电压为一经过稳压电路和滤波电路的充电电压Vin。二次电池40输入端的电池电压为Vbat。
检测开关21可以由一具有P型三极管功能的装置组成，在本实施方式中，采用一P型三极管Q1实现，电流检测器23由一检测电阻R1组成。该P型三极管Q1的射极(A点)作为输入端接收电压Vin，基极(B点)连接到恒流开关22，集电极(C点)通过一集电极电阻R2接地。该检测电租R1的两端分别连接P型三极管Q1的射极(A点)和基极(B点)。检测开关21还可以是具有能够完成类似上述P型三极管功能的其他晶体管，例如，P型复合三级管。
恒流开关22由一P型场效应管Q4和一旁置电阻R5组成，该P型场效应管Q4的栅极(E点)连接到控制开关24，漏极连接到P型三极管的基极(B点)，源极(F点)连接到二次电池40的输入端；而旁置电阻R5的两端分别连接在P型场效应管Q4的漏极(B点)和栅极(F点)。
控制单元24包括第一N型场效应管Q2和第二N型场效应管Q3。其中，第一N型场效应管Q2的栅极连接到检测开关21中P型三极管Q1的集电极(C点)，漏极通过一第一漏极电阻R3连接到P型三极管Q1的基极(B点)，源极接地。第二N型场效应管Q3的栅极连接到第一N型场效应管Q2的漏极(D点)，漏极经过一第二漏极电阻R4连接到恒流开关22中P型场效应管Q4的栅极(E点)，源极接地。控制单元24接收来自监控单元50的监控信号，监控单元50可以包括一充电电压控制单元51，一温度控制单元52，一电池满充控制单元53；其中，充电电压控制单元51提供的监控信号为一高电平有效的充电电源的电压信号Con1，温度控制单元52提供的监控信号为一高电平有效的电池的温度信号Con2，电池满充控制单元53提供的监控信号为一低电平有效的二次电池的满充信号Con3。
当充电电源Vin开启后，流过检测电阻R1的电流从无到有，因此在检测电阻R1的两端形成的电势差也逐步增大。在检测电阻R1的两端的电势差达到P型三极管Q1的门槛电压Vbe前，P型三极管Q1截止；则C点的电压为低，第一N型场效应管Q2处于截止状态，D点的电压不会被拉低，处于高电平状态，因此第二N型场效应管Q3导通，E点电压被迅速拉低，P型场效应管Q4导通，因此，充电电流能经过检测电阻R1和P型场效应管Q4为二次电池充电。
当检测电阻R1的两端形成的电势差达到P型三极管Q1基极和射极之间的门槛电压Vbe时，P型三极管Q1导通，C点的电压为高，第一N型场效应管Q2导通，D点电压被拉低，Q3截止，E点电压通过检测电阻R5和旁置电阻R5获得一高电压，P型场效应管Q4截止，因此，经过检测电阻R1的较大充电电流被截断。而一旦P型场效应管Q4截止，流过检测电阻R1的充电电流随即减小，又能使P型三极管Q1截止，从而回到前面所记载的状态，使得P型场效应管Q4再次导通。这样一个充电——暂停充电——充电的周期非常短，从一个较长时间来看，通过检测电阻R1和P型场效应管Q4的充电保持在恒流充电的状态。
在恒流充电单元20为二次电池40充电期间，由于恒流充电单元20和恒流开关22这一条支路的分流，涓流充电单元10这一条支路上流过的电流很小，基本上可以忽略不计。直到控制单元24获得一个监控信号，例如，从Con1或Con2获取一个高电平信号，从Con2获取一个低电平信号均能够使得P型场效应管Q4截止，从而将恒流充电单元20和恒流开关22这一条支路截止。只要Vin和Vbat之间存在电势差，则涓流充电单元10就以涓流大小为二次电池40充电。
由于门槛电压Vbe的值取决于硅材质或者锗材质的特性，要保证上述恒流充电状态，使得流过检测电阻R1和P型场效应管Q4的充电电流与检测电阻R1的阻值的乘积不能超过门槛电压Vbe。因此，如果采用硅材质的P型场效应管Q4，其门槛电压在正常情况下Vbe为0.7V，且流过检测电阻R1和P型场效应管Q4的充电电流限定在1.2A之内，则应该选择阻值大约为0.6欧姆的检测电阻R1。
而为了保证流过涓流电阻R6的电流较小，大约在200mA左右，因此，电阻R6的阻值应该限定在60-80欧姆左右，如68欧姆的阻值。如果充电电压Vin的电压大约为10-12V左右，为了保证流过三级管与场效应管的电流处于正常工作区，则集电极电阻R2，第一漏极电阻R3，旁置电阻R5应该选择阻值比较大的电阻，如100K欧姆左右。而由于旁置电阻R5的阻值较大，第二漏极电阻R4的阻值可以选择较小的电阻，如1K欧姆。
在本实施方式中，检测电阻R1的阻值与P型三级管Q 1的门槛电压成正比，和充电电流的大小成反比，P型三级管Q1的门槛电压与二次电池能承受的最大充电电流的商即为检测电阻的最小阻值。并且，在恒流充电单元20与恒流开关22之间，即P型三级管Q1的基极(B点)可以增加一滤波电容，用于滤除通过检测电阻R1的交流分量。

Claims (13)

1.一种二次电池的充电控制电路，包括一恒流充电单元从充电电源获取电能产生一大电流为二次电池快速充电；其特征在于，所述充电控制电路还包括：一涓流充电单元从充电电源获取电能产生一小电流为二次电池满充；一电流检测器和一检测开关组成一恒流充电单元生成一恒定大小的电流；一恒流开关连接在充电电源和二次电池之间，控制所述恒流充电单元的导通与截止；一控制单元连接在恒流充电单元与恒流开关之间，用于控制所述恒流开关截止或导通；一监控单元用于监控二次电池的充电状态，并发出一监控信号给所述控制开关截断所述恒流开关，从而停止通过恒流充电单元向二次电池充电，转而通过涓流充电单元为二次电池充电。
2.如权利要求1所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述涓流充电单元为一电阻，其输入端接在充电电源的输出端，输出端连接二次电池的输入端。
3.如权利要求1所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述电流检测器跨接在所述检测开关与恒流开关之间，所述电流检测器上产生的电势差控制所述检测开关导通或截止。
4.如权利要求3所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，当所述检测开关导通后，所述控制单元从所述检测开关获取一控制信号截止所述恒流开关；当所述检测开关截止后，所述控制单元从所述检测开关获取一控制信号导通所述恒流开关；所述截止或导通的恒流开关改变产生在所述电流检测器上的电势差；所述电流检测器、检测开关、控制单元、转换开关之间相互牵制使流过所述恒流充电单元的电流保持在一设定的范围内。
5.如权利要求1所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述检测开关采用一具有P型三极管功能的装置，其射极连接输入电源与电流检测器的输入端，集电极通过一集电极电阻接地，基极连接电流检测器的输出端。
6.如权利要求5所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述具有P型三极管功能的装置为一P型三极管或者一P型复合三极管，所述P型复合三极管也有等同于P型三极管的基极、射极和集电极。
7.如权利要求6所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述恒流开关包括一P型场效应管和一旁置电阻，所述P型场效应管的栅极连接到控制开关，漏极连接到所述P型三极管的基极，源极连接到二次电池的输入端；所述旁置电阻的两端分别连接在所述P型场效应管的漏极和栅极。
8.如权利要求7所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述控制单元包括一第一N型场效应管和一第二N型场效应管；所述第一N型场效应管的栅极连接到所述P型三极管的集电极，漏极通过一第一漏极电阻连接到P型三极管的基极，源极接地；所述第二N型场效应管的栅极连接到第一N型场效应管的漏极，漏极经过一第二漏极电阻连接到所述P型场效应管的栅极，源极接地。
9.如权利要求8所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述第一N型场效应管的栅极和第二N型场效应管的栅极均可外接监控信号。
10.如权利要求5所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述电流检测器为一检测电阻，用于测量具有P型三极管功能的装置射极与基极两端的电压；所述检测电阻的阻值与所述具有P型三极管功能的装置的门槛电压成正比，和充电电流的大小成反比，所述具有P型三极管功能的装置的门槛电压与二次电池能承受的最大充电电流的商即为所述检测电阻的最小阻值。
11.如权利要求1所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述流过涓流充电单元的涓流电流小于200mA，所述涓流充电单元为一阻值处于60-100欧姆区间的电阻。
12.如权利要求1所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述恒流充电单元与所述恒流开关之间增加一滤波电容，用于滤除通过电流检测器的交流分量。
13.如权利要求9所述的二次电池的充电控制电路，其特征在于，所述监控单元包括充电电压控制单元，温度控制单元，电池满充控制单元；所述监控单元产生的监控信号为一低电平有效或高电平。
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