CN103138243A - 一种用于便携式灯具的充电电路及充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于便携式灯具的充电电路，包括：恒压模块、电压检测模块、电压比较器和过流保护二极管D2；恒压模块连接在充电电源及充电电池之间，电压检测模块分别与恒压模块与充电电池连接对输出到充电电池的电压进行检测，并在检测到充电电池充满电时关闭恒压模块的电压输出以实现对充电电池的保护；电压比较器的输出端通过二极管D2与恒压模块的电压反馈采样端连接，反相输入端通过第一分压电阻R8与恒压模块的同一端连接、通过第二分压电阻R9接地，同相输入端采集充电电池负极处采样电阻两端的电压，并在该采样电压大于反相输入端的电压时关闭恒压模块，保护充电电路。另外，本发明还公开了一种充电装置。

Description

一种用于便携式灯具的充电电路及充电装置

技术领域

本发明涉及照明用具充电领域，尤其涉及一种用于便携式灯具的充电电路及充电装置。

背景技术

随着科学技术的不断发展，新材料新技术的不断革新，锂离子电池作为新型电能储存介质被广泛应用。它具有能量密度大、输出电压高、自放电小、无记忆效应、长循环寿命等优点，制造工艺技术已经成熟，并已经广泛应用于各个领域，尤其是在便携灯具领域(手电筒等)作为供电电源。

目前有各种各样的为锂离子电池充电的充电电路，其中以开关电源作为智能控制充电的电路比较常见，有着设计简单、方便灵活、技术成熟的优点，被人们广泛采用，但是此种电路输出电压精度较低，无法有效地对输出电源进行控制，从而会导致锂离子电池充不满电或者过充，对电池造成伤害，影响电池的使用寿命，给使用者带来了较大的不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于便携式灯具的充电电路及充电装置，可有效地对输出电压进行监控并在电池充满电时关闭输出电压，未充满电时开启输出电压，提高了输出电压的精度，避免了过充或充不满电的现象，延长便携式灯具的使用寿命；另外，可在电路出现短路、过流等异常现象时关断电路，对电路提供了保护。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明的实施例提供了一种用于便携式灯具的充电电路，包括：恒压模块、电压检测模块、电压比较器、过流保护二极管D2，所述电压比较器的同相输入端连接充电电池的负极，并通过采样电阻R12接地；所述恒压模块的电源输入端与充电电源连接，其电源输出端与所述充电电池的正极连接；所述电压检测模块一端与所述恒压模块的工作状态控制端连接，其另一端与所述充电电池的正极连接，所述电压检测模块用于检测所述充电电池的充电状态，并在检测到所述充电电池充电完成时，关闭所述恒压模块；所述电压比较器的电源输出端通过所述过流保护二极管D2与所述恒压模块的电压反馈采样端连接，其反相输入端通过第一分压电阻R8与所述恒压模块的电压反馈采样端连接并通过第二分压电阻R9接地。

所述电压检测模块包括第一PNP三极管Q2、第一NPN三极管Q3、第二电阻R5、第三电阻R6、第四电阻R7，其中，所述第一PNP三极管Q2的基极通过所述第二电阻R5与所述第一NPN三极管Q3的集电极连接，其集电极与所述恒压模块的工作状态控制端连接，其发射极与所述充电电池的正极连接并通过串联的第三电阻R6及第四电阻R7接地；所述第一NPN三极管Q3的基极连接在所述第三电阻R6及第四电阻R7的公共端，其发射极接地。

所述恒压模块的电源输出端通过电感L1与所述充电电池的正极相连并通过倒置的续流二极管D1接地，其工作状态控制端通过开关电路与所述充电电源连接并通过电压检测模块与所述充电电池的正极连接，电压反馈采样端通过倒置的过流保护二极管D2与所述电压比较器连接、通过串联的第一分压电阻R8与第二分压电阻R9接地、通过第一反馈电阻R10与所述充电电池的正极连接、通过第二反馈电阻R11接地，其频率补偿端通过频率补偿电路接地。

所述开关电路包括第一三极管Q1、第三分压电阻R2、第四分压电阻R3、上拉电阻R4，所述第三分压电阻R2与所述第四分压电阻R3串联形成的支路一端与所述充电电源连接，另一端接地，所述第一三极管Q1的基极连接在所述第三分压电阻R2与所述第四分压电阻R3的公共端，其发射极接地，集电极通过所述上拉电阻R4与所述恒压模块的工作状态控制端连接。

所述频率补偿电路包括第一电容器C3、第二电容器C4、第一电阻R1，所述第一电容器C3与第一电阻R1串联形成的支路与所述第二电容器C4并联。所述电压比较器的电源输入端通过电压控制电路与所述充电电池的正极连接；所述电压控制电路包括第二NPN三极管Q4、第二PNP三极管Q5、第五电阻R13、第六电阻R14，所述第二NPN三极管Q4的基极通过第六电阻R14与第二PNP三极管Q5的发射极、所述充电电池的正极连接，其集电极通过第五电阻R13与所述第二PNP三极管Q5的基极连接，其发射极接地；所述第二PNP三极管Q5的集电极与所述电压比较器的电源输入端连接。

所述电压比较器的电源输入端还通过第三电容器C6接地。

所述充电电池的正极通过第一储能电容C5接地。

所述充电电源两端分别并联有滤波电容C1和第二储能电容C2。

另一方面，本发明还提供了一种包括上述充电电路的充电装置。

本发明实施例具有如下优点或有益效果：

充电电路包括恒压模块、电压检测模块、电压比较器、过流保护二极管D2；恒压模块连接在充电电源及充电电池之间，用于对输出电压进行控制，电压检测模块连接在恒压模块与充电电池间对输出到充电电池的电压进行检测，并在检测到充电电池充满电时关闭恒压模块的电压输出以实现对充电电池的保护；通过电压比较器采集充电电池负极的电压，能够及时发现电路的异常状况并关闭电路对电路进行保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例中充电电路的结构框图；

图2是图1中充电电路的一种实施例逻辑结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考附图对本发明的实施例进行描述。参见图1，为本发明一种实施例中充电电路的框图。其中，充电电路包括恒压模块200、电压检测模块300、电压比较器500、过流保护二极管D2。恒压模块200的电源输入端与充电电源100连接，其电源输出端与充电电池400的正极连接，以将充电电源100的电源输送给充电电池400，并通过恒压模块200对输出电压进行控制。电压检测模块300一端与恒压模块200的工作状态控制端连接，另一端与充电电池400的正极连接，通过检测输出到充电电池400的电压来检测其充电状态，并在其充满电时通过控制恒压模块200的工作状态控制端的电平关闭恒压模块200，在未充满电时开启恒压模块200继续为充电电池400充电，从而提高了输出电压的精度，防止过充对电池造成危害，同时避免电池未充满电。需要说明的是，在本实施例中，恒压模块200的工作状态控制端为高电平时，恒压模块200关闭，充电电源100不再为充电电池400充电；其工作状态控制端为低电平时，恒压模块200开启，充电电源100继续为充电电池400充电。电压比较器500的电源输出端通过过流保护二极管D2与恒压模块200的电压反馈采样端连接，其同相输入端与充电电池400的负极连接并通过采样电阻R12接地；电压比较器500用于检测采样电阻R12两端的电压，即充电电池400负极的电压，并在该电压的值大于基准电压(即电压比较器500的反相输入端的电压)时关闭恒压模块200，停止对充电电池400充电，从而在电路出现异常充电状况时对充电电池400及充电电路提供保护。

请参考图2，其中所示为图1中充电电路的一种具体实施例逻辑结构图。恒压模块200通过芯片U1实现，在图中所示的实施方式中芯片U1选用的是L5973D芯片，该芯片能够为充电电池400提供恒定的输出电压。在本实施例中涉及到芯片U1的管脚主要有电源输入脚(VCC)、电源输出脚(OUT)、工作状态控制脚(INH)、频率补偿脚(COMP)、电压反馈采样脚(FB)，并且这些管脚分别依次与恒压模块200的电源输入端、电源输出端、工作状态控制端、频率补偿端、电压反馈采样端相对应。电压比较器500是通过电压比较器芯片U2实现，在图中所示的方式中芯片U2是通过采用芯片LM258实现的，在本实施例中涉及到芯片LM258的管脚主要有电源输入脚(VCC)、电源输出脚(OUTA)、同相输入脚(INPUTA)、反相输入脚(N-INPUTA)，以上管脚依次分别与电压比较器500的电源输入端、电源输出端、同相输入端、反相输入端相对应。

芯片U1的电源输出脚处连接的续流二极管D1采用的是型号为SK34的二极管，其与电感L1、第一储能电容C5一起连接在电路中给充电电池400提供稳定的电流，防止电流突变对电池造成损害。频率补偿电路连接在频率补偿脚，其中第一电容器C3与第一电阻R1串联形成的支路与第二电容器C4并联，且第一电阻R1和第二电容器C4分别接地，起到频率补偿的作用。当芯片U1的工作状态控制脚处的电压为高电平时，芯片U1关闭输出；当芯片U1的工作状态控制脚处的电压为低电平时芯片U1正常工作。另外，电压反馈采样脚处的基准电压为1.235V，当电压反馈采样脚处采样到的电压大于1.235V时，说明电路中出现异常状况，芯片U1就会关闭输出，以保护电路。

电压检测模块300包括第一PNP三极管Q2、第一NPN三极管Q3、第二电阻R5、第三电阻R6、第四电阻R7，其中，第一PNP三极管Q2的基极通过第二电阻R5与第一NPN三极管Q3的集电极连接，其集电极与恒压模块200的工作状态控制端连接，发射极与充电电池400的正极连接、并通过串联的第三电阻R6及第四电阻R7接地；第一NPN三极管Q3的基极连接在第三电阻R6及第四电阻R7的公共端，其发射极接地。在充电过程中，电压检测模块300随时检测输出到充电电池400正极的电压，并在充电电池400充满电时，使第一PNP型三极管Q2的集电极输出高电平电压，从而使与之连接的恒压模块200工作状态控制端为高电平，进而关闭恒压模块200。

恒压模块200的电源输出端通过电感L1与充电电池400的正极相连，并通过倒置的续流二极管D1接地。设置电感L1是为了使恒压模块200的输出电压能够根据充电电池400两端的电压进行升降变化，以更好地为充电电池400充电；而续流二极管D1是由于设置有电感L1，用于在电感L1断电产生反向高压时释放掉感应电压为电路中的其他元件提供保护。恒压模块200的工作状态控制端通过一开关电路与充电电源100连接，在充电电源100接通时，恒压模块200启动工作。恒压模块200的电压反馈采样端通过倒置的过流保护二极管D2与电压比较器500连接，通过串联的第一分压电阻R8与第二分压电阻R9接地、通过第一反馈电阻R10与充电电池的正极连接、通过第二反馈电阻R11接地，其频率补偿端通过频率补偿电路接地。

具体地，上述的开关电路包括第一三极管Q1、第三分压电阻R2、第四分压电阻R3、上拉电阻R4，第三分压电阻R2与第四分压电阻R3串联形成的支路一端与充电电源100连接，另一端接地；由充电电源100通过开关电路为电压比较器500提供工作电源。第一三极管Q1的基极连接在第三分压电阻R2与第四分压电阻R3的公共端，其发射极接地，集电极通过上拉电阻R4与恒压模块200的工作状态控制端连接。充电电源100通过该开关电路为恒压模块200供电，对恒压模块200进行控制。在本实施例中，第一三极管Q1为NPN三极管。

具体地，频率补偿电路包括第一电容器C3、第二电容器C4、第一电阻R1，第一电容器C3与第一电阻R1串联形成的支路与第二电容器C4并联，用于实现恒压模块200的恒压输出。

充电电池400的负极连接有采样电阻R12，电压比较器500的反相输入端通过第一分压电阻R8与恒压模块200的电压反馈采样端连接、通过第二分压电阻R9接地，同相输入端与充电电池400的负极连接，检测采样电阻R12两端的电压。在充电过程中，当电池出现短路、过流等故障时，采样电阻R12两端的电压就会升高，并且高于反相输入端的电压，此时电压比较器500电源输出端的电压就升高并大于恒压模块200电压反馈采样端的基准电压1.235V，从而使恒压模块200关闭，保护充电电路。

电压比较器500的电源输入端通过第三电容器C6接地，以对输入到电压比较器500的电压进行滤波。充电电池400的正极通过第一储能电容C5接地。

进一步地，充电电源100两端分别并联有滤波电容C1和第二储能电容C2，用于稳定充电电源100输出到充电电池400的电压。

芯片U1的电压反馈采样脚和电源输入脚之间集成有MOS管，其工作原理是根据反馈电阻R10、R11反馈的电压自动调整MOS管的开关占空比，从而实现恒压输出。MOS管开关频率很高，在一个周期内，当MOS管开通时，整个回路通电为电池充电，储能元件储存能量；当MOS管关闭时，回路断开，由储能元件为电池充电，直到下一个周期MOS管开通，从而到达恒定电压的目的。并且该恒定的电压值由第一二反馈电阻R10、R11确定。另外，电压反馈采样脚与芯片U1内部的基准电源形成一个电压比较器，根据电压反馈脚处的反馈电压与基准电压的比较结果调整MOS管开关的占空比。具体的，当反馈电压大于基准电压时，降低MOS管的开关占空比，从而降低输出电压，当反馈电压小于基准电压时，升高MOS管的开关占空比，从而升高输出电压。

另外，为了便于本发明的实施现提供一套图2实施例中所采用的各元器件的参数，但是这些参数并不能作为对本发明的限制，其他可以实现同样功能的参数也应该包括在本发明的保护范围内：滤波电容器C1的电容量为0.1uF、第一储能电容C5及第二储能电容C2的规格均为22uF/25V，频率补偿电路中的第一电容器C3的电容量为22nF、第二电容器C4的电容量为220pF、第一电阻R1的阻值为4.7KΩ，开关电路中的第三分压电阻R2的阻值为5.1KΩ、第四分压电阻R3的阻值为4.7KΩ、上拉电阻R4的阻值为10KΩ，第一分压电阻R8的阻值为2KΩ、第二分压电阻R9的阻值为85Ω，第一反馈电阻R10的阻值为10KΩ、第二反馈电阻R11的阻值为4KΩ，并且此二者的误差均为1％，电感L1的规格为47uH/1A，采样电阻R12的阻值0.05Ω，电压控制电路中的第二电阻R5的阻值为1KΩ、第三电阻R6的阻值为8KΩ、第四电阻R7的阻值为1KΩ，第五电阻R13的阻值为1KΩ、第六电阻R14的阻值为4.7KΩ，第三电容器C6的阻值为0.1uF。

另外，本发明还提供了一种包括上述充电电路的充电装置。

本发明实施例具有如下优点或有益效果：采用恒压模块连接在充电电源及充电电池的之间，对输出到充电电池的电压进行检测，并在充电电池充满电时关闭电压输出以实现对充电电池的保护；采用电压检测模块连接在恒压模块与充电电池间，对充电电池两端的电压进行检测，并根据检测结果控制恒压模块的工作状态，从而避免电池过充或者充不满，另外，恒压模块还可以为充电电池提供恒定的充电电压。在充电电池与恒压模块间设置电压比较器，当充电电池出现短路、过流等现象时，关闭恒压模块的输出，实现对电池及充电电路的保护。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于便携式灯具的充电电路，其特征在于，包括：恒压模块、电压检测模块、电压比较器、过流保护二极管D2，所述电压比较器的同相输入端连接充电电池的负极，并通过采样电阻R12接地；

所述恒压模块的电源输入端与充电电源连接，其电源输出端与所述充电电池的正极连接；

所述电压检测模块一端与所述恒压模块的工作状态控制端连接，其另一端与所述充电电池的正极连接，所述电压检测模块用于检测所述充电电池的充电状态，并在检测到所述充电电池充电完成时，关闭所述恒压模块；

所述电压比较器的电源输出端通过所述过流保护二极管D2与所述恒压模块的电压反馈采样端连接，其反相输入端通过第一分压电阻R8与所述恒压模块的电压反馈采样端连接并通过第二分压电阻R9接地。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电压检测模块包括第一PNP三极管Q2、第一NPN三极管Q3、第二电阻R5、第三电阻R6、第四电阻R7，其中，

所述第一PNP三极管Q2的基极通过所述第二电阻R5与所述第一NPN三极管Q3的集电极连接，其集电极与所述恒压模块的工作状态控制端连接，其发射极与所述充电电池的正极连接并通过串联的第三电阻R6及第四电阻R7接地；

所述第一NPN三极管Q3的基极连接在所述第三电阻R6及第四电阻R7的公共端，其发射极接地。

3.如权利要求1或2所述的充电电路，其特征在于，所述恒压模块的电源输出端通过电感L1与所述充电电池的正极相连并通过倒置的续流二极管D1接地，其工作状态控制端通过开关电路与充电电源连接并通过所述电压检测模块与所述充电电池的正极连接，电压反馈采样端通过倒置的过流保护二极管D2与所述电压比较器连接、通过串联的第一分压电阻R8与第二分压电阻R9接地、通过第一反馈电阻R10与所述充电电池的正极连接、通过第二反馈电阻R11接地，其频率补偿端通过频率补偿电路接地。

4.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述开关电路包括第一三极管Q1、第三分压电阻R2、第四分压电阻R3、上拉电阻R4，所述第三分压电阻R2与所述第四分压电阻R3串联形成的支路一端与所述充电电源连接，另一端接地，所述第一三极管Q1的基极连接在所述第三分压电阻R2与所述第四分压电阻R3的公共端，其发射极接地，集电极通过所述上拉电阻R4与所述恒压模块的工作状态控制端连接。

5.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述频率补偿电路包括第一电容器C3、第二电容器C4、第一电阻R1，所述第一电容器C3与第一电阻R1串联形成的支路与所述第二电容器C4并联。

6.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电压比较器的电源输入端通过电压控制电路与所述充电电池的正极连接；所述电压控制电路包括第二NPN三极管Q4、第二PNP三极管Q5、第五电阻R13、第六电阻R14，所述第二NPN三极管Q4的基极通过第六电阻R14与第二PNP三极管Q5的发射极、所述充电电池的正极连接，其集电极通过第五电阻R13与所述第二PNP三极管Q5的基极连接，其发射极接地；所述第二PNP三极管Q5的集电极与所述电压比较器的电源输入端连接。

7.如权利要求6所述的充电电路，其特征在于，所述电压比较器的电源输入端还通过第三电容器C6接地。

8.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电电池的正极通过第一储能电容C5接地。

9.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电电源两端分别并联有滤波电容C1和第二储能电容C2。

10.一种用于便携式灯具的充电装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的充电电路。

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