CN102570528B - 基于比较器的限流限压锂电池充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供电电路技术领域，特指基于比较器的限流限压锂电池充电电路，电源、驱动电路模块、续流电路模块、电池组串联，电池组分别与充电指示模块、电压比较模块、电流比较模块的电连接，电压基准源模块分别与充电指示模块、电压比较模块、电流比较模块电连接，电压比较模块、电流比较模块分别与关断信号延时模块的输入端电连接，关断信号延时模块输出端与驱动电路模块电连接。其结构设计简单科学，完成开关模式控制的限流，限压，充电指示等功能，其成本低，效率高，可靠性高。

Description

基于比较器的限流限压锂电池充电电路

技术领域：

本发明涉及供电电路技术领域，特指基于比较器的限流限压锂电池充电电路。

背景技术：

目前，在一些电器锂电池充电技术领域，使用低压直流电源的锂电池充电器，一般采用专业充电IC或者使用单片机对其进行恒流恒压充电，此方案效果较好，但成本较高。

还有使用其他线性电路直接对锂电池充电，此方案成本低，但发热量大，充电效率低，容易损坏电池。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供基于比较器的限流限压锂电池充电电路，其结构设计简单科学，本电路仅使用一个含4个比较器的IC、一个电压基准IC及一些简单驱动电路模块，完成开关模式控制的限流，限压，充电指示等功能，其成本低，效率高，可靠性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，其包括电源、驱动电路模块、续流电路模块、电池组、充电指示模块、电压基准源模块、电压比较模块、电流比较模块、关断信号延时模块，电源、驱动电路模块、续流电路模块、电池组串联，电池组分别与充电指示模块、电压比较模块、电流比较模块的电连接，电压基准源模块分别与充电指示模块、电压比较模块、电流比较模块电连接，电压比较模块、电流比较模块分别与关断信号延时模块的输入端电连接，关断信号延时模块输出端与驱动电路模块电连接。

所述的关断信号延时模块具有关断信号延时比较器实现功能。

所述的电压比较模块、电流比较模块分别对电池组进行电流采样分析与电压采样分析。

所述的关断信号延时模块具有关断控制驱动电路模块的功能。

本发明有益效果为：电源、驱动电路模块、续流电路模块、电池组串联，电池组分别与充电指示模块、电压比较模块、电流比较模块的电连接，电压基准源模块分别与充电指示模块、电压比较模块、电流比较模块电连接，电压比较模块、电流比较模块分别与关断信号延时模块的输入端电连接，关断信号延时模块输出端与驱动电路模块电连接；其结构设计简单科学，本电路的通过两个比较器，比较充电过程中电压和电流，一旦电流或者电压超过基准值，回路在极短时间内关断对电池组的供电，然后等电流或者电压回落和短时间延时以后，再打开电源对电池组的供电，再接着下一个关断循环，从而形成振荡回路，其成本低，效率高，可靠性高。

附图说明：

图1是本发明的电路工作原理示意图；

图2是本发明的电压基准源模块电路结构示意图；

图3是本发明的电压比较模块、电流比较模块电路结构示意图；

图4是本发明的关断信号延时模块电路结构示意图；

图5是本发明的驱动电路模块模块、续流电路模块模块电路结构示意图；

图6是本发明的充电指示模块电路结构示意图。

具体实施方式：

见图1至图6所示：本发明包括电源1、驱动电路模块2、续流电路模块3、电池组4、充电指示模块5、电压基准源模块6、电压比较模块7、电流比较模块8、关断信号延时模块9，电源1、驱动电路模块2、续流电路模块3、电池组4串联，电池组4分别与充电指示模块5、电压比较模块7、电流比较模块8的电连接，电压基准源模块6分别与充电指示模块5、电压比较模块7、电流比较模块8电连接，电压比较模块7、电流比较模块8分别与关断信号延时模块9的输入端电连接，关断信号延时模块9输出端与驱动电路模块2电连接。

所述的关断信号延时模块9具有关断信号延时比较器实现功能。

所述的电压比较模块7、电流比较模块8分别对电池组4进行电流采样分析与电压采样分析。

所述的关断信号延时模块9具有关断控制驱动电路模块2的功能。

如图1所示，本电路的通过两个比较器，比较充电过程中电压和电流，当电流或者电压超过基准值，回路在极短时间内关断对电池组的供电，然后等电流或者电压回落和短时间延时以后，再打开电源对电池组的供电，再接着下一个关断循环，从而形成振荡回路；其中，关断信号延时模块9(联合关断信号延时器)决定了整个回路的频率，由一个比较器和阻容元件实现。开关过程中，通过续流，形成一个高效开关的降压电路。其中的充电指示模块5(充电指示电路)，通过比较电流是否达到阀值来判断是否在进行充电，该指示有回差控制特性。充电过程是：电池组4在限定电流下充电，电流达到了指示的阀值，指示灯亮正在充电，当电池组4达到限定电压后电流逐渐减少，电流小于指示的阀值指示灯灭表示电池已充满。

图2电压基准源模块电路工作原理如下：Q4为并联型三端基准IC，与R27，R28联合使用产生一个标准的4.2V电压Vref，该电压作为比较电池电压的电压基准，在基准电压Vref基础上，R34与R35分压出V1，作为比较电流的电压基准；R2与R3分压出V2，作为关断信号延时的基准比较电压。

图3是本发明的电压比较模块、电流比较模块电路工作原理如下：比较器CMP1A，用于比较电池的充电电压，Vb是电池的电压，通过R33和R14分压得出单个锂电的电压Vbs，经过C11滤波，再与Vref比较，当比较得到电池的单个电压Vbs高于标准锂电电压Vref，比较器V4输出低电平；当比较得到电池的单个电压Vbs低于于标准锂电电压Vref，比较器V4开漏输出；比较器CMP2A，用于比较电池的充电电流，Va是电池的充电电流采样电压，经过R8和C10滤波，再与充电基准电压V1比较，当电池的充电电流采样电压Va大于电基准电压V1，比较器V3输出低电平；当电池的充电电流采样电压Va小于于电基准电压V1，比较器V3开漏输出。

图4是本发明的关断信号延时模块工作原理如下：图中V2约为Vref的一半。开始时，充电电压和电流没超基准值，V3和V4为开漏输出，这时R4向C16充电，当V7高于V2时，使比较器CMP3A输出V5为低电平，后级驱动电路向电池供电。在供电后，充电电压和电流超过基准值，V3或者V4输出为低电平，电容C16放电，使V7为低电平，比V2电平要低，故比较器CMP3A的V5输出高电平，后级驱动电路停止向电池供电。停止供电后充电电压和电流低于基准值，V3和V4恢复开漏输出，进入下一个循环。控制过程的循环的时间很短，一般只有几十个微秒。而该循环关断时间主要由C16的充电到超过V2电压的时间来决定。而开通的时间则由充电电池的电压，电源供电的情况来确定。

图5是本发明的驱动电路模块模块、续流电路模块模块电路工作原理如下：Q2和Q3是一组三级管推挽，把V5信号放大，驱动场效应管Q1。当V5为开漏输出时，R7吧V5电平拉高，推挽输出高电平，使Q1截止，停止对电池供电。当V5为低电平时，推挽输出低电平，使Q1导通，对电池供电。D5、L1和C12组成一个续流电路，当Q1导通，电流通过L1，对C12和电池充电，由于L1的电感产生磁场，使电流上升的速度变慢。当Q1关断时，L1的电磁能量再变成电流，通过D5续流，电流减少的速度变慢，同时C12向电池放电。通过续流电路，高效地把输入电压+V变成所需要的电压，同时产生了一个相对稳定的电流对电池充电。

图6是本发明的充电指示模块电路工作原理如下：由R1和R36从基准电压Vref分压得到一个充电电流的阀值电压Vd。R12和C1对Va进行滤波。当充电电路采样电压Va大于阀值电压Vd时，比较器CMP4A输出底电平，使显示灯D6发亮，表示正在充电。R20为正反馈电阻，当比较器CMP4A输出底电平时，阀值电压Vd也同时降低，使指示灯不会因为电流的小量偏移而重新熄灭。当充电电路采样电压Va小于阀值电压Vd时，比较器CMP4A开漏输出，R11拉低D6的两端电平，使显示灯D6熄灭，表示充电完成。同时，阀值电压Vd也同时升高，使指示灯不会因为电流的小量偏移重新发亮。

本发明用在锂电池充电电器技术领域。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (1)

1.基于比较器的限流限压锂电池充电电路，其包括电源(1)、驱动电路模块(2)、续流电路模块(3)、电池组(4)、充电指示模块(5)、电压基准源模块(6)、电压比较模块(7)、电流比较模块(8)、关断信号延时模块(9)，其特征在于：电源(1)、驱动电路模块(2)、续流电路模块(3)、电池组(4)串联，电池组(4)分别与充电指示模块(5)、电压比较模块(7)、电流比较模块(8)的电连接，电压基准源模块(6)分别与充电指示模块(5)、电压比较模块(7)、电流比较模块(8)电连接，电压比较模块(7)、电流比较模块(8)分别与关断信号延时模块(9)的输入端电连接，关断信号延时模块(9)输出端与驱动电路模块(2)电连接，所述的关断信号延时模块(9)具有关断信号延时比较器实现功能，所述的电压比较模块(7)、电流比较模块(8)分别对电池组(4)进行电流采样分析与电压采样分析，所述的关断信号延时模块(9)具有关断控制驱动电路模块(2)的功能。