CN101582594B - 充电控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电控制电路，用以对由多个电池单元串联而成的电池组充电，其包括一充电电路、一控制电路及一保护电路。该充电电路及控制电路分别包括多个开关元件及耗能元件。该保护电路用以监测各个电池单元的内电压，当任两电池单元之间的内电压差异超过一特定值时，保护电路切换控制电路的开关元件及充电电路的开关元件，以减小对电池组的充电电流，同时分流所述内电压较高的电池单元的充电电流，从而使电池组的各电池单元快速达到充电饱和状态。

Description

充电控制电路
技术领域
本发明涉及一种充电控制电路，尤其涉及一种对由多个电池单元串接而成的电池组进行充电的充电控制电路。
背景技术
当今的大多数便携式电子产品都是靠电池提供电能的，其中，可充电的电池凭借其能量密度高、可循环使用的特点获得了广泛的应用。
在对电池充电过程中，为防止过度充电和过度放电而造成电池损伤，充电控制电路通常具有过充电保护功能和过放电保护功能。所谓过充电保护，是指在充电过程中，当电池的内电压上升至某一预设电压值(过充保护电压值)时，其充电控制电路的保护电路切断开关，以终止对该电池充电，从而保护电池。所谓过放电保护，是在电池放电过程中，当其内电压低于某一预设电压值(过放保护电压值)时，该保护电路切断开关，以终止电池放电，从而保护电池。
由于单一的电池所能提供的电压有限，在许多情况下不能满足电子产品的需求，因而在实际应用中，通常采用将多个电池串接成电池组的方式向电子产品供电，其中的每个电池成为电池组的一电池单元。
然而，现有充电控制电路在对由多个电池单元串接成的电池组充电时，如果电池组中各电池单元内残余的电量不相等，则在对电池组充电的过程时，残余电量较多的电池单元会较早达到充电饱和状态。此时，达到充电饱和状态的电池单元将启动过充电保护功能，从而阻止充电电路继续向电池组充电。因此，充电结束时，电池组中往往会有尚未达到充电饱和状态的电池单元，这将使电池组不能达到充电平衡，进而缩短电池组的持续供电时间。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一充电控制电路，该充电控制电路能使电池组中的每个电池单元更有效地达到充电平衡状态。
为达成上述目的，本发明提供了一种充电控制电路，该充电控制电路用于连接在一充电电源的两充电端之间以对一由多个电池单元串接而成的电池组充电。该充电控制电路包括一保护电路、一充电电路和一控制电路，保护电路具有多个监测端口及多个控制端口，该多个监测端口用于连接在相应电池单元的两端，以监测每一电池单元的电压；充电电路包括多个用于连接所述电池单元两端的分流电路，每一分流电路包括有一开关元件及一与该开关元件串连的耗能元件，多个开关元件分别具有一控制端，且每一控制端分别连接在所述保护电路相应的控制端口上；控制电路一端与充电电源连接，另一端与电池组连接，该控制电路包括两并联支路，且其一支路包括有一耗能元件，另一支路包括有一耗能元件及一与该耗能元件串连的开关元件，该开关元件具有一控制端，该控制端连接至所述充电电路；其中，保护电路根据监测得出的每一电池单元的电压值控制对应分流电路的开关元件导通或断开，充电电路根据分流电路的开关元件的导通或断开而控制所述控制电路的开关元件导通或断开。
综上所述，在利用本发明充电控制电路对电池组充电的过程中，由于控制电路的开关元件可控制对电池组的充电电流的大小，且充电电路的开关元件和耗能元件可对电池组的每个电池单元的充电电流进行分流调节，所以可在保护电池单元的前提下，使电池组中的各电池单元达到充电饱和，从而使电池组达到充电平衡，提高充电效率。
附图说明
在说明书附图中
图1是本发明充电控制电路的一实施例的电路图。
图中各元件的附图标记说明如下：
充电电源        10     正充电端        11
负充电端        12     电池组          20
第一电池单元    21     第二电池单元    22
保护电路        30     监测端口        31-33
控制端口        36-39  充电电路        40
第一分流电路    41     第二分流电路    44
耗能元件        42、45、51、52
开关元件        43、46、53
逻辑或输入电路  47     发光二极管      47a
光敏三极管      47b    耗能电阻        49
控制电路        50     电阻元件        54
分压电阻        55     电子开关        56
保护开关        60     单向开关        61、62
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1，图1表示的是本发明充电控制电路的一代表性实施例的电路图。本发明充电控制电路与一充电电源10连接，以对一电池组20进行充电。该充电电源10具有一正充电端11和一负充电端12。电池组20是由多个串接在一起的电池单元组成。在本实施例中，该电池组20由一第一电池单元21及一第二电池单元22串连而成。
所述充电控制电路包括一保护电路30、一充电电路40及一控制电路50，其中，控制电路50一端连接至充电电源10的正充电端11，另一端与电池组20连接。
保护电路30是一可实现电池保护功能的芯片，具有电压监测功能和控制功能。当前业内有多种芯片可供选择，如型号为OZ890的保护芯片等。保护电路30的Vcc端连接至上述控制电路50与充电电路40之间以提供保护电路30所需的工作电压，其Vss端接地。该保护电路30具有多个监测端口及多个控制端口。本实施例中，该多个监测端口的标号分别为31-33，该多个控制端口的标号分别为36-39。
充电电路40包括串连的第一分流电路41及第二分流电路44。第一分流电路41包括一耗能元件42及一开关元件43，第二分流电路44包括一耗能元件45及一开关元件46，且耗能元件42、45为一电阻，开关元件43、46为一N沟道(N-channel)场效应三极管。其中，第一分流电路41的耗能元件42一端与控制电路50连接，另一端连接至开关元件43的汲极(Drain Electrode)，该开关元件43的源极(Source Electrode)与第二分流电路44的耗能元件45的一端连接。第二分流电路44的耗能元件45的另一端连接至开关元件46的汲极，开关元件46的源极通过一组保护开关60(容后详述)连接至充电电源10的负充电端12上。该两开关元件43、46的栅极(Gate Electrode)分别连接至保护电路30的控制端口36、37上，以此实现保护电路30对开关元件43、46的开关状态的控制。
所述电池组20的第一电池单元21连接在第一分流电路41的两端，第二电池单元22连接在第二分流电路44的两端，且该第一电池单元21连接于保护电路30的监测端口31、32之间，且第二电池单元22连接于保护电路30的监测端口32、33之间，以此实现保护电路30对第一电池单元21、第二电池单元22的电池内电压的监测。
所述充电电路40包括有两个分别与一分流电路41、44对应的逻辑或输入电路47，用以在开关元件43、46的状态改变时向所述控制电路50发送一电讯号。本实施例中，两逻辑或输入电路47分别包括一光电耦合器(Photo Coupler)和一电阻器(图中未标示)。
现仅以第一分流电路41为例说明光电耦合器的连接。光电耦合器内集成有一发光二极管47a及一光敏三极管47b，其中，发光二极管47a的正极通过电阻器与耗能元件42的正极相连，该发光二极管47a的负极与耗能元件42的负极相连，光敏三极管47b的集电极通过一耗能电阻49连接至一独立设置的稳压电源以提供光电耦合器的工作电压，光敏三极管47b的发射极接地。当发光二极管47a中有电流通过并发光时，光敏三极管47b的集电极与发射极间的PN结导通，从而使稳压电源、光电耦合器及地之间形成一回路。第二分流电路44的光电耦合器的连接方式与上述方法相同，在此不再赘述。由此，两逻辑或输入电路47与耗能元件42、45耗能电阻49组成一逻辑或电路。
所述控制电路50包括并联的两支路，其中，第一支路包括一耗能元件51，该耗能元件51一端连接于充电电源10的正充电端11，另一端分别与前述保护电路30的Vcc端及耗能元件42的一端连接。第二支路连接于第一支路的两端，包括一耗能元件52及一与该耗能元件52串接的开关元件53。所述耗能元件51、52分别是一电阻，开关元件53是一P沟道(P-channel)场效应三极管，且该场效应三极管的源极连接至充电电源10的正充电端11，汲极与耗能元件52连接，栅极通过一电阻元件54连接至正充电端11，且该栅极另通过一分压电阻55及一电子开关56接地；由此，作为开关元件53控制端的栅极连接于分压电阻55及电阻元件54之间。
所述电子开关56为一NPN型的三极管。该三极管的集电极与分压电阻55相连，即该三极管的集电极通过分压电阻55及电阻元件54与充电电源10的正充电端11相连，该三极管的发射极接地，且其基极与充电电路40的耗能电阻49的一端及该两光电耦合器的光敏三极管47b的集电极相连，使得逻辑或输入电路47发送的电讯号可以通过切换电子开关56而实现对开关元件53的导通或切断状态的控制。
所述保护开关60串连于充电电路40与充电电源10的负充电端12之间，包括相互连接的两具有单向导通功能的单向开关61、62。本实施例中，两单向开关61、62均为一N沟道(N-channel)场效应三极管，该两场效应三极管的两汲极连接在一起，两源极分别连接于充电电源10的负充电端12及电池组20的负极上，且两栅极分别连接至保护电路30的控制端口38、39上，以实现保护电路30对该两单向开关61、62的导通或切断状态的控制。其中，单向开关61是一过放电保护开关，单向开关62是一过充电保护开关，两开关在充电或放电过程中同时处于导通状态而使电池组20得以充电或放电，当电池组20中的任一电池单元处于过放电状态时，单向开关61切断，当任一电池单元处于过充电状态时，单向开关62切断，从而实现保护电池单元的作用。
利用本发明充电控制电路对电池组20进行充电的过程说明如下：
在充电过程中，当保护电路30监测到第一电池单元21与第二电池单元22的内电压差异小于某一特定值(如小于0.01～0.02V)时，保护电路30切断充电电路40的开关元件43、46。此时，逻辑或输入电路47的光敏三极管47b处于断开状态，所述稳压电源通过耗能电阻49施加一电压至控制电路50的电子开关56的基极，从而导通电子开关56。电子开关56导通后，充电电源10的正充电端11、电阻元件54、分压电阻55及电子开关56构成一回路，从而开关元件53的源极电压高于栅极电压，使得开关元件53导通。此时，充电电源10通过并联的耗能元件51、52向电池组20充电，由于耗能元件51、52并联，故能减小充电控制电路的电阻值，增大充电电流，从而提高电池组20的充电速度。
若保护电路30监测到电池组20的某一电池单元先达到一预设电压值(略低于启动过充电保护功能的电压值)且电池组20的两电池单元21、22之间的电量差异超过前述的特定值，则保护电路30导通与该电量较高的电池单元并接的开关元件，以达成分流该电池单元的充电电流及延长电池组20充电时间的目的。现以第一电池单元21的电量较高为例进行说明。
此时，保护电路30导通开关元件43而使耗能元件42分流第一电池单元21中的充电电流；同时，部分电流流经发光二极管47a并使其发光而导通光敏三极管47b。由此，所述稳压电源、耗能电阻49、逻辑或输入电路47与地之间形成一电流通路，从而控制该电子开关56断开。由于电子开关56的断开，充电电源10的正充电端11、电阻元件54、分压电阻55、电子开关56及地之间的通路被切断，使得控制电路50的开关元件53因其栅极与源极没有导通电压而转为断开状态。此时，充电电源10只透过耗能元件51向电池组20充电，即减小了第一电池单元21的充电电流。又由于第一分流电路41的耗能元件42的分流作用，故能进一步减小向第一电池单元21充电的电流，从而延长整个电池组20的充电时间，使第二电池单元22得以继续充电至达到饱和状态。
电池组20的各电池单元均充电饱和后，保护电路30控制保护开关60的单向开关62断开，从而结束充电过程。电池组20放电时，若保护电路30监测到电池组20的任一电池单元的内电压降低至某一预设电压值时，即切断单向开关61，从而结束放电过程，从而避免电池组20因过充电或过放电而损坏。
综上所述，在利用本发明充电控制电路充电时，通过控制电路50的开关元件53及耗能元件51、52控制对电池组20的充电电流的大小，且通过充电电路30的开关元件43、46导通或切断对电池组20的每个电池单元21、22的充电电流进行分流调节，从而在保护电池单元21、22的前提下，使电池单元21、22饱和，即电池组20中达到充电平衡，提高充电效率。
以上所揭露的，仅是本发明的一个较佳实施例，不应以限定本发明的权利范围。至于本发明的其它等效修饰或变化，都应该涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种充电控制电路，用于连接在一充电电源的两充电端之间以对一由多个电池单元串接而成的电池组充电，该充电控制电路包括一保护电路、一充电电路和一控制电路，其特征是：保护电路具有多个监测端口及多个控制端口，该多个监测端口用于连接在相应电池单元的两端，以监测每一电池单元的电压；充电电路包括多个用于连接所述电池单元两端的分流电路，每一分流电路包括有一开关元件及一与该开关元件串连的耗能元件，多个开关元件分别具有一控制端，每一控制端分别连接在所述保护电路相应的控制端口上；控制电路一端与充电电源连接，另一端与电池组连接，该控制电路包括两并联支路，且其一支路包括有一耗能元件，另一支路包括有一耗能元件及一与该耗能元件串连的开关元件，该开关元件具有一控制端，该控制端连接至所述充电电路；其中，保护电路根据监测得出的每一电池单元的电压值控制对应分流电路的开关元件导通或断开，充电电路根据分流电路的开关元件的导通或断开而控制所述控制电路的开关元件导通或断开。
2.根据专利要求1所述的充电控制电路，其特征是：所述充电电路中各分流电路分别对应有一光电耦合器，该光电耦合器包括有一发光二极管及一光敏三极管，该发光二极管正极通过一电阻器与耗能元件的正极相连，该发光二极管负极与耗能元件的负极相连，该光敏三极管的发射极接地，该光敏三极管的集电极通过一耗能电阻连接至一稳压电源，且该光敏三极管的集电极与所述控制电路中开关元件的控制端之间连接有一电子开关。
3.根据专利要求2所述的充电控制电路，其特征是：所述电子开关为一三极管，该三极管的发射极接地，其集电极通过两电阻元件与充电电源连接，所述控制电路中开关元件的控制端连接于该两电阻元件之间。
4.根据专利要求1所述的充电控制电路，其特征是：所述充电电路与控制电路之间设置有两具有单向导通功能的单向开关；所述两单向开关分别具有一控制端，所述保护电路的控制端口分别连接该两单向开关的控制端以分别控制该两单向开关导通或切断。
5.根据专利要求4所述的充电控制电路，其特征是：所述两单向开关分别为场效应三极管，该两场效应三极管的汲极连接在一起，其源极分别连接于充电电源的一充电端及电池组上，其栅极分别连接至所述保护电路的控制端口上。
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