CN101938157B - 充电电路及其充电管理电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电管理电路及其方法，所述充电管理电路包括第一定时器、第二定时器，其中第一定时器可在充电开始时启动定时，充电时间达到预定时间时充电管理电路输出不同的控制信号；第二定时器可在充电电流达到预定充电电流时启动，充电时间达到预定时间时充电管理电路输出不同的控制信号。本发明通过设置两个定时器能够对充电电池进行双重保护，避免过充损害电池。

Description

充电电路及其充电管理电路

技术领域

本发明涉及电子电路领域，特别是关于一种电源的充电电路及其充电管理电路。

背景技术

在人们的日常生活中，经常会用到各种各样的需要消耗电能的产品，例如移动通讯工具、笔记本电脑、家用电器、电动工具或者电动交通工具等等。这些需要消耗电能的产品有的会带有可充电电池，当产品的电能消耗殆尽之后，需要使用充电器对产品的电池进行充电。

以电动车为例，随着电动车越来越普及，其对应的充电器对性能和成本的要求也越来越高，优良的充电器可以延长电动车电池的使用寿命，达到节能环保的目的，但现有的电动车充电器中的管理电路都是由多组比较器及一些离散器件构成，器件多、外围复杂且功能单一，由于器件比较多，其占用的电路板面积也比较大，不利于降低充电器产品的成本。

另外，现有的充电器，在充电过程对铅酸电池几乎没有保护作用，经常会发生过充而导致损坏电池的情况。

因此，有必要提出一种新的技术方案以克服现有技术的前述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单且能够提供充电保护的电池充电管理电路。

本发明的另一目的在于提供一种结构简单且能够提供充电保护的电池充电电路。

为达成前述目的，本发明一种电池充电管理电路，其包括:

第一级保护电路，其在充电电流小于第一预定电流值时输出保护信号；

第二级保护电路，其在充电电流小于第二预定电流值时开始计时，在计时时间达到第一预定时间时输出保护信号，其中第二预定电流值大于第一预定电流值；

第三级保护电路，其在充电开始时开始计时，在计时时间达到第二预定时间时输出保护信号，其中第二预定时间大于第一预定时间；

输出电路，依据前述保护信号输出充满控制信号。

进一步地，所述输出电路包括一个切换开关，所述保护信号控制所述输出电路的切换开关使所述输出电路输出充满控制信号。

进一步地，所述第一级保护电路包括一个充满判断比较器，所述第二、第三级保护电路输出的保护信号经过第一级电路的充满判断比较器控制所述切换开关使所述输出电路输出充满控制信号。

为达成前述目的，本发明一种充电管理电路，其包括：第一定时器、第二定时器和输出单元，其中

第一定时器在充电开始时开始计时，当第一定时器的计时时间达到第一定时器的预定时间时控制所述输出单元输出充满控制信号；

第二定时器在充电电流达到第一预定电流时开始计时，当第二定时器的计时时间达到第二定时器的预定时间时控制所述输出单元输出充满控制信号；

其中前述第二定时器的预定计时时间小于第一定时器的预订计时时间。

进一步地，所述电路进一步包括一个第二定时器启动单元，其用于比较所述充电电流与所述第一预定电流，当所述充电电流小于等于所述第一预定电流时，所述第二定时器启动单元启动第二定时器开始计时。

进一步地，所述输出单元包括一个充电电压比较单元以及一个连接于所述充电电压比较单元的一个输入端的切换开关，所述第一定时器或第二定时器的输出控制所述切换开关的启闭，当所述第一定时器或第二定时器计时时间达到预定值时，所述切换开关闭合/打开，使充电电压比较单元的其中一个输入端的输入信号发生变化，所述充电电压比较单元输出充满控制信号。

进一步地，其进一步包括一个充满判断比较单元，其比较所述充电电流与第二预定电流，当所述充电电流小于等于所述第二预定电流时其输出充满控制信号。

进一步地，所述第一定时器或第二定时器的输出控制所述充满判断比较单元的输出，所述充满判断比较单元的输出控制前述切换开关的关闭/打开。

进一步地，所述充满判断比较电路输出的充满输出信号可驱动一个第一发光二极管发光提示充电充满，所述充满判断比较单元输出的充满输出信号经过非门之后输出信号可关闭一个第二发光二极管提示充电充满；所述充满判断比较单元输出的非充满输出信号可关闭所述第一发光二极管提示充电未充满，所述充满判断比较单元输出的非充满输出信号经过非门之后输出信号可驱动所述第二发光二极管发光提示充电未充满。

进一步地，所述输出单元进一步包括一个充电电流比较单元，用于比较所述充电电流与预设第三比较电流而输出充电电流控制信号。

为达成前述另一目的，本发明一种充电电路，其包括充电管理电路及充电电路，所述充电管理电路包括：

第一充电保护电路，其在充电电流小于预定电流值时开始计时，在计时时间达到第一预定时间时输出保护信号；

第二充电保护电路，其在充电开始时开始计时，在计时时间达到第二预定时间时输出保护信号，其中第二预定时间大于第一预定时间；

输出电路，依据前述保护信号输出充满控制信号控制充电电路停止充电。

本发明的充电管理电路，其包括第一定时器和第二定时器，在充电开始时第一定时器开始计时，当达到第一预定时间时第一定时器输出定时输出控制信号使充电管理电路输出充满控制信号控制充电电路停止充电。当充电电流达到预定充电电流时，第二定时器开始计时，当达到第二预定时间时第二定时器输出控制信号使充电管理电路输出充满控制信号，充满控制信号可以控制充电电路停止充电，这样可以有效保护充电电池。

【附图说明】

图1为本发明电池充电管理电路的结构示意图。

图2为本发明电池充电管理电路与部分外围电路连接的结构图。

【具体实施方式】

本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的单元顺序，例如第一、第二等，并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。

请参阅图1所示，其显示本发明的充电管理电路的结构示意图。

如图1所示，在本发明的一个具体实施例中，所述充电管理电路的输入输出端主要包括一个电源输入端、一个第一输出端，一个第二输出端、一个第一比较电流输入端、一个采样充电电流输入端、一个第二比较电流输入端、一个第三比较电流输入端、一个设定电压输入端、一个接地端、一个充满信号输出端、一个未充满信号输出端、一个第一定时器设定输入端、一个第二定时器设定输入端、一个第一定时器启动控制输入端以及一个浮充电压输入端。所述充电管理电路的内部结构主要包括第一比较器OPA、第二比较器OPB、第三比较器OPC、第四比较器OPD、第一定时器T1以及第二定时器T2。

所述第一比较器OPA为一个电流比较器，其包括一个输出端及一个第一输入端和一个第二输入端。

所述第二比较器OPB为一个电压比较器，其包括一个输出端及一个第一输入端和一个第二输入端。

所述第三比较器OPC为充满判断比较器，其包括一个输出端及一个第一输入端和一个第二输入端。

所述第四比较器OPD为电流比较器，其包括一个输出端及一个第一输入端和一个第二输入端。

所述第一定时器T1和第二定时器T2均包括一个振荡器和一个分频器以及计数器（未图示）。振荡器产生振荡频率，例如是32768HZ（2¹⁵HZ）的高频振荡脉冲，经过分频器进行分频后分频成1HZ的秒信号，然后经过计数器对1HZ的秒信号进行计数则可以得到定时的时间。例如如果定时定的是1分钟，则计数器统计经过60个秒信号之后即表示1分钟的定时时间到，则可以输出高电平或低电平的控制信号。关于振荡器和分频器以及计数器构成的定时器的原理及详细结构，属于该领域的普通技术人员应当知道的技术，本发明不再详细解释说明。在本发明的其他实施例中，熟悉该领域的普通技术人员也可以采用其他结构的定时器，只要能实现定时的功能即可，本发明不再一一列举定时器的具体类型及详细电路结构。

如图1所示，所述电源输入端与第一输出端之间连接有一个阻值为1k的电阻。

第一比较电流输入端连接于第一比较器OPA的第一输入端，可向第一比较器OPA输入第一比较电流。采样充电电流输入端经过一个阻值为1k的电阻连接于第一比较器OPA的第二输入端，可向充电管理电路输入采样充电电流。在充电起始时第一比较器比较所述第一比较电流和采样充电电流的大小并输出恒定的充电电流控制信号。

在接地端与电源输入端之间串联有两个阻值均为10k的电阻。设定电压输入端连接于第二比较器OPB的第一输入端，而两个10k电阻之间的连接点连接于第二比较器OPB的第二输入端，若电源输入端输入的电压为VDD，则第二比较器OPB第二输入端输入的电压即为VDD/2。在充电刚开始时，第二比较器OPB比较第一输入端输入的设定电压和第二输入端输入的VDD/2的大小，然后输出恒定的电压控制信号。

所述第一比较器的输出端与第二比较器OPB的输出端相连接共同作为充电管理电路的第二输出端。在刚开始充电时，第一比较器的输出可以控制充电电流以恒定电流充电，第二比较器的输出可控制充电电路以恒定电压充电。因此所述第一比较器OPA、第二比较器OPB可统称为所述充电管理电路的输出单元。在第二输出端与第一输出端之间连接有一个阻值为2.5k的电阻。

所述第三比较器OPC为充电充满判断比较器，采样充电电流输入端经过一个阻值为1k的电阻连接于第三比较器OPC的第一输入端，可向第三比较器OPC输入采样充电电流。第二比较电流输入端连接于第三比较器OPC的第二输入端，可向充电管理电路输入第二比较电流。所述第三比较器比较采样充电电流和第二比较电流的大小，当采样充电电流小于第二比较电流时则表示充电充满，所属充电充满判断比较器可以输出充满信号。第一定时器T1和第二定时器T2的输出端也连接于第三比较器OPC的第一输入端，可在定时时间达到时向第三比较器OPC输入定时输出信号控制第三比较器OPC的输出发生翻转而输出充电充满信号。

所述第三比较器OPC的输出端即为充电管理电路的充满/非充满信号输出端。第三比较器OPC的输出端以及输出端经过一个非门之后的输出端可以输出两种相反的信号分别用于控制不同的提示信息（后续将结合外围电路说明）。第三比较器OPC的输出端经过一个非门之后的输出信号可控制一个常开开关S，所述常开开关S连接于第二比较器OPB的第一输入端和充电管理电路的浮充电压输入端之间，当常开开关闭合时，则第二比较器OPB的第一输入端输入由浮充电压输入端输入的浮充电压，当第二比较器OPB的第一输入端的输入信号由原来的设定电压切换成浮充电压时，则第二比较器OPB的输出发生变化。也就是说第三比较器输出的充满信号控制所述常开开关S使第二比较器的输入发生变化，进而使第二比较器的输出发生变化，也即所述充电管理电路的输出单元输出发生变化，此时输出的为充满控制信号。

第四比较器OPD的输出连接于第二定时器T2，用于控制第二定时器T2的启动。采样充电电流输入端经过一个阻值为1k的电阻向第四比较器OPD的第一输入端输入采样充电电流，第三比较电流输入端连接于第四比较器OPD的第二输入端，可向充电管理电路输入第三比较电流。在充电的过程中，当充电电流小于预先设定的第三比较电流时，则第四比较器OPD输出控制信号启动第二定时器T2开始计时。

第一定时器启动控制输入端连接于控制第一定时器T1的启动。第一定时器设定输入端连接于第一定时器T1，其用于设定第一定时器T1的定时时间，例如是定时10小时，还是定时9小时，当第一定时器T1启动后的时间达到设定时间时则其向第三比较器OPC输出定时输出信号。

第二定时器设定输入端连接于第二定时器T2，其用于设定第二定时器T2的定时时间，例如是定时3小时，还是定时2小时，当第二定时器T2启动后的时间达到设定时间时则其向第三比较器OPC输出定时输出信号。

本发明的一个实施例中，所述充电管理电路可以集成为一块集成芯片，其各输入输出端被封装成芯片的各个引脚与外围其他电路元件相连接形成充电控制电路。请参阅图2所示，其显示本发明的充电管理电路集成芯片之后在与外围其他电路相连接的示意图。

如图2所示，前述充电管理电路的第一输出端被封装成芯片的引脚1。充电管理电路的第一比较器和第二比较器OPB的输出端被封装成引脚2。充电管理电路的第一比较器的第一输入端被封装成芯片的引脚3。充电管理电路的采集充电电流输入端被封装成芯片的引脚4，用于向充电管理电路输入采集充电电流。充电管理电路的第二比较电流输入端被封装成芯片的引脚5，用于向充电管理电路输入第二比较电流，第二比较电流的大小可以通过调节外围电路的电阻R4来设定。充电管理电路的第三比较电流输入端被封装成芯片的引脚6，用于向充电管理电路输入第三比较电流，其中第三比较电流的大小可以通过调节外围电路的电阻R3设定。充电管理电路的采样充电电压输入端被封装成芯片的引脚7，用于向充电管理电路输入设定充电电压，其中设定充电电压的大小可以通过调节外围电路的电阻R2来设定。充电管理电路的接地端被封装成芯片的引脚8用于接地。充满信号输出端被封装成芯片的引脚9，其可以外接一个绿色的发光二极管，充满时则绿色发光二极管亮。未充满信号输出端被封装成芯片的引脚10，其可以外接一个红色的发光二极管，当充电未充满时，则红色发光二极管亮。第一定时器设定输入端被封装成芯片的引脚11外接第一定时器T1设定电路，用于设定第一定时器T1的定时时间。第二定时器设定输入端被封装成芯片的引脚12外接第二定时器T2设定电路，用于设定第二定时器T2的定时时间。第一定时器启动控制端被封装成芯片的引脚13外接第一定时器T1启动电路。第一比较电流输入端被封装成芯片的引脚14，用于向充电管理电路输入第一比较电流，其中第一比较电流的大小可以通过调节电阻R1来调节。浮充电压输入端被封装成芯片的引脚15，用于向充电管理电路输入浮充电压，其中浮充电压的大小可以通过调节外围电路的电阻R5调节。充电管理电路的电源输入端被封装成芯片的引脚16外接+5V电源VDD。

在充电器插上充电时，设定充电电压与充电比较电压的大小关系不变，因此第二比较器OPB输出恒定的充电电压控制信号。开始充电时，由于被充电电池端的电势比较小，而充电电源端的电势比较大，因此充电电路中电压差比较大，充电电流就比较大，随着电池端不断充电，其电势升高，则整个充电电路中电压差降低，采样充电电流开始逐渐减小，当充电电流比第二比较电流小时，则表示充电充满，因此第三比较器OPC输出充满信号。在某些情况下，例如故障或者老化等原因，即便电池充满，可能充电电流也一直无法达到比第二比较电流小的情况，这时可以通过第二定时器T2来提供保护。即当采样充电电流降低到比第三比较电流（比第二比较电流大的一个电流）小时，则第四比较器OPD输出第二定时器T2启动控制信号，第二定时器T2开始启动计时，例如第二定时器T2预设的时间是3小时，则当充电电流小于第三比较电流达到3个小时时，第二定时器T2输出控制信号给第三比较器OPC，即便充电电流没有比第二比较电流小，第三比较器OPC也输出充满信号，则第三比较器输出的充满信号控制输出单元的常开开关S闭合，使第二比较器OPB的输入发生变化，从而使充电管理电路输出充满控制信号，控制充电电路停止充电来保护充电电池。在开始充电时，第一定时器T1即由引脚13输入的启动控制信号启动开始计时，例如预设的时间是10小时表示充满，则第一定时器T1到10小时时，不管充电充满没充满，第一定时器都输出控制信号给第三比较器OPC，使第三比较器OPC输出充满信号，则第三比较器输出的充满信号控制输出单元的常开开关S闭合，使第二比较器OPB的输入发生变化，从而使充电管理电路输出充满控制信号，控制充电电路停止充电来保护充电电池。

在前述实施例中，第一定时器和第二定时器的输出是通过第三比较器的输出来控制常开开关S的闭合，在其他实施例中，所述第一定时器和第二定时器的输出也可以直接控制常开开关S的闭合。

本发明的充电管理电路，其包括第一定时器和第二定时器，当充电电流达到预定充电电流时，第二定时器启动，当达到预定时间时第二定时器输出定时输出信号使充电管理电路输出充满控制信号，控制充电电路停止充电。而在充电开始时第一定时器就开始计时，当达到预定时间时第一定时器输出定时输出信号使充电管理电路输出充满控制信号，控制充电电路停止充电。这样可以有效保护充电电池。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (7)

1.一种充电管理电路，其包括: 

第一级保护电路，在充电电流小于第一预定电流值时输出保护信号； 

第三级保护电路，其在充电开始时开始计时，在计时时间达到第一预定时间时输出保护信号； 

输出电路，依据前述保护信号输出充满控制信号; 

其特征在于：其还包括第二级保护电路，所述第二级保护电路在充电电流小于一个大于前述第一预定电流值的第二预定电流值时开始计时，在计时时间达到第二预定时间时输出保护信号，其中所述第二预定时间小于所述第一预定时间。 

2.如权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于：所述输出电路包括一个切换开关，所述保护信号控制所述输出电路的切换开关使所述输出电路输出充满控制信号。 

3.如权利要求2所述的充电管理电路，其特征在于：所述第一级保护电路包括一个充满判断比较器，所述第二、第三级保护电路输出的保护信号经过第一级电路的充满判断比较器控制所述切换开关使所述输出电路输出充满控制信号。 

4.一种充电管理电路，其特征在于：其包括 

充满判断比较单元、第一定时器、第二定时器和输出单元，其中 

充满判断比较单元，在充电电流小于第一预定电流值时控制输出单元输出充满控制信号； 

第一定时器在充电开始时开始计时，当第一定时器的计时时间达到第一定时器的预定时间时，其输出控制信号至充满判断比较单元控制所述输出单元输出充满控制信号； 

第二定时器在充电电流达到第二预定电流时开始计时，当第二定时器的计时时间达到第二定时器的预定时间时，其输出控制信号至充满判断比较单元控制所述输出单元输出充满控制信号； 

其中前述第二预定电流大于前述第一预定电流，所述第二定时器的预定计时时间小于第一定时器的预定计时时间， 

所述电路进一步包括一个第二定时器启动单元，其用于比较所述充电电流 与所述第二预定电流，当所述充电电流小于等于所述第二预定电流时，所述第二定时器启动单元启动第二定时器开始计时。 

5.如权利要求4所述的充电管理电路，其特征在于：所述输出单元包括一个充电电压比较单元以及一个连接于所述充电电压比较单元的一个输入端的切换开关，所述第一定时器或第二定时器的输出控制所述切换开关的启闭，当所述第一定时器或第二定时器计时时间达到预定值时，所述切换开关闭合/打开，使充电电压比较单元的其中一个输入端的输入信号发生变化，所述充电电压比较单元输出充满控制信号。 

6.如权利要求4所述的充电管理电路，其特征在于：所述充满判断比较电路输出的充满输出信号可驱动一个第一发光二极管发光提示充电充满，所述充满判断比较单元输出的充满输出信号经过非门之后输出信号可关闭一个第二发光二极管提示充电充满；所述充满判断比较单元输出的非充满输出信号可关闭所述第一发光二极管提示充电未充满，所述充满判断比较单元输出的非充满输出信号经过非门之后输出信号可驱动所述第二发光二极管发光提示充电未充满。 

7.如权利要求4所述的充电管理电路，其特征在于：所述输出单元进一步包括一个充电电流比较单元，用于比较所述充电电流与预设第三比较电流而输出充电电流控制信号。 

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