CN103187738B - 一种充电电路和充电器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种充电电路和充电器，其中，所述充电电路与电源和充电负载相连，用于为所述充电负载充电，所述充电电路包括与所述电源连接的电源供电电路，与电源供电电路相连的充电控制电路，与所述电源供电电路和所述充电控制电路相连接的负载检测电路；所述电源供电电路用于为所述充电控制电路提供工作电源，所述电源供电电路中包括稳压芯片U1；所述充电控制电路在所述负载检测电路检测到有充电负载接入时，用于控制为所述充电负载充电。采用本发明可以采用车载电源等直流电源为铅酸电池等新型电池充电，充电方式简单，且在充电的过程中，能够进行输出过流、短路保护等功能，安全可靠。

Description

一种充电电路和充电器

技术领域

本发明涉及电池充电领域，尤其涉及一种充电电路和充电器。

背景技术

随着科学技术的不断发展，新材料新技术不断革新，铅酸电池等新型电能储存介质被广泛应用，它有着能量密度大、输出电压高、自放电小、长循环寿命等优点，技术已经成熟并应用于各个领域，尤其在便携灯具行业人们普遍采用铅酸电池作为供电电源。

目前的铅酸电池等新型电池的充电电路，大多是根据交流220V电源作为充电电源来进行设计得到。而如何采用直流电源给铅酸电池等新型电池充电，例如采用车载的直流12V电源给铅酸电池等新型电池充电，成为研究的热点问题。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种充电电路和充电器，可以以直流电源作为充电电源来安全可靠地为电池充电。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种充电电路，所述充电电路与电源和充电负载相连，用于为所述充电负载充电，所述充电电路包括与所述电源连接的电源供电电路，与电源供电电路相连的充电控制电路，与所述电源供电电路和所述充电控制电路相连接的负载检测电路；

所述电源供电电路用于为所述充电控制电路提供工作电源，所述电源供电电路中包括稳压芯片U1；

所述充电控制电路在所述负载检测电路检测到有充电负载接入时，用于控制为所述充电负载充电；

其中，所述充电控制电路包括单片机U2，所述单片机U2的脉冲宽度调制PWM脉冲信号输出脚连接至三极管Q2的基极，并通过所述三极管Q2的集电极和下拉电阻R5与场效应管Q1的栅极相连，所述场效应管Q1的漏极通过储能电感L1和整流二极管D2与充电端子S相连接，所述单片机U2通过输出PWM脉冲信号控制所述场效应管Q1实现对所述充电负载的充电控制。

其中，还包括与所述电源正极侧连接的储能电容C1和滤波电容C2。

其中，所述充电控制电路具体组成包括：

所述单片机U2的电源输入脚与稳压芯片U1的输出脚、上拉电阻R11相连，并通过滤波电容C4接地；

所述单片机U2的内部振荡源输出脚通过电阻R10和所述充电端子S的第3脚连接，并通过滤波电容C6接地，所述滤波电容C6与所述电阻R10共同组成RC滤波电路，所述充电端子S的第3脚通过采样电阻R9接地；

所述单片机U2的负载状态检测输入脚通过滤波电容C5接地，并与所述负载检测电路中的三极管Q3的集电极连接，并通过上拉电阻R11与所述电源输入脚连接；

所述单片机U2的电压采样脚通过分压电阻R8接地，并通过分压电阻R7与所述充电端子S第1脚、第2脚连接，并通过滤波电容C7接地；

所述单片机U2的PWM脉冲信号输出脚与所述三极管Q2的基极连接，并通过滤波电容C8接地；

所述单片机U2的地脚直接接地；

所述场效应管Q1的第1脚、第2脚、第3脚为源极，与所述电源正极连接；

所述场效应管Q1的第4脚为栅极，通过下拉电阻R5与所述三极管Q2的集电极连接，并通过上拉电阻R4与所述电源正极连接，所述三极管Q2的基极通过下拉电阻R6接地，所述三极管Q2的发射极接地；

所述场效应管Q1的第5脚、第6脚、第7脚、第8脚为漏极，通过续流二极管D1接地，并通过储能电感L1、整流二极管D2与所述充电端子S第1脚、第2脚连接；

所述整流二极管D2的阳极通过斩波电容C3接地。

其中，所述负载检测电路具体组成包括：

所述三极管Q3的集电极与所述单片机U2的负载状态检测输入脚连接；

所述三极管Q3的发射极接地；

所述三极管Q3的基极与所述充电端子S的第1脚、第2脚连接，并通过分压电阻R13接地，通过分压电阻R12和所述电源正极连接。

其中，所述电源供电电路具体组成包括：

所述稳压芯片U1的电源输入脚通过分压电阻R1和所述电源正极连接；

所述稳压芯片U1的地脚直接接地；

所述稳压芯片U1的工作控制脚与所述电源输入脚连接，高电平开启，低电平关断；

所述稳压芯片U1的输出电压反馈脚，通过反馈电阻R3接地，并通过反馈电阻R2与所述稳压芯片U1的输出脚连接；

所述稳压芯片U1的输出脚与所述单片机U2的电源输入脚连接。

其中，所述单片机U2通过输出PWM脉冲信号控制所述场效应管Q1实现对所述充电负载的充电控制包括：

所述单片机U2通过调整所述PWM脉冲信号输出脚输出的PWM脉冲信号的占空比，控制所述场效应管Q1的开关占空比，在所述场效应管Q1开通时，由所述电源的能量为所述充电负载充电，在所述三极管Q2关闭时，由所述储能电感L1的能量为所述充电负载充电。

其中，所述单片机U2是根据采样电压脚采样得到的反馈电压与所述单片机U2内部的基准电压进行比较，根据比较结果调整所述PWM脉冲信号输出脚输出的PWM脉冲信号的占空比。

其中，所述场效应管Q1为P沟道MOS管。

其中，所述稳压芯片U1为线性稳压器。

相应地，本发明实施例还提供了一种充电器，包括上述的充电电路。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

可以采用车载电源等直流电源为铅酸电池等新型电池充电，充电方式简单，且在充电的过程中，能够进行输出过流、短路保护等功能，安全可靠。

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是本发明实施例的充电电路的结构组成示意图；

图2是图1中的充电电路的其中一种具体电路图。

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。

请参见图1，是本发明实施例的充电电路的结构组成示意图，本实施例的所述充电电路包括：可以与车载电源等直流电源相连的电源供电电路1，与电源供电电路1相连的充电控制电路2，与所述电源供电电路1和所述充电控制电路2相连接的负载检测电路3。本实施例的所述充电电路在加上外壳和相应的充电插头后，即可构成用于为铅酸电池等新型电池充电的充电器。

具体的，所述电源供电电路1用于为所述充电控制电路2提供工作电源，所述电源供电电路中包括稳压芯片U1；

所述充电控制电路2在所述负载检测电路3检测到有充电负载接入时，用于控制为所述充电负载充电；

其中，所述充电控制电路2包括单片机U2，所述单片机U2的脉冲宽度调制PWM脉冲信号输出脚连接至三极管Q2的基极，并通过所述三极管Q2的集电极和下拉电阻R5与场效应管Q1的栅极相连，所述场效应管Q1的漏极通过储能电感L1和整流二极管D2与充电端子S相连接，所述单片机U2通过输出PWM脉冲信号控制所述场效应管Q1实现对所述充电负载的充电控制。

在用户为所述充电电路接通了车载电源等直流电源后，所述电源供电电路1为所述充电控制电路2中的所述单片机U2提供工作电源，所述单片机U2得电后待机。

在用户向所述充电控制电路2的所述充电端子S上放入了作为充电负载的铅酸电池等新型电池后，所述充电端子S上的第1脚和第2脚保持连通，但均与第3脚断开，所述负载检测电路3由此即可检测得到存在充电负载接入。

所述单片机U2进入工作状态，其PWM脉冲信号输出脚输出相应的PWM脉冲信号控制对所述充电负载的充电。

具体的，请参见图2，是图1中的充电电路的其中一种具体电路图。

如图2所示，所述电源供电电路1具体组成可以包括：

所述稳压芯片U1的电源输入脚通过分压电阻R1和所述电源正极连接。

所述稳压芯片U1的地脚直接接地。

所述稳压芯片U1的工作控制脚与所述电源输入脚连接，高电平开启，低电平关断。

所述稳压芯片U1的输出电压反馈脚，通过反馈电阻R3接地，并通过反馈电阻R2与所述稳压芯片U1的输出脚连接。

所述稳压芯片U1的输出脚，与所述单片机U2的电源输入脚连接。

在接通直流电源后，所述稳压芯片U1的输出脚为所述充电控制电路2中的单片机U2提供工作电源，所述单片机U2得电待机。所述稳压芯片U1可以为线性稳压器。需要说明的是，本实施例中的所述电源供电电路1可以根据输入的直流电源电压大小进行变形调整。

如图2所示，所述负载检测电路3具体组成可以包括：

所述三极管Q3的集电极与所述单片机U2的负载状态检测输入脚连接。

所述三极管Q3的发射极接地。

所述三极管Q3的基极与所述充电端子S的第1脚、第2脚连接，并通过分压电阻R13接地，通过分压电阻R12和所述电源正极连接。

如图2所示，所述充电控制电路2具体组成可以包括：

所述单片机U2的电源输入脚与稳压芯片U1的输出脚、上拉电阻R11相连，并通过滤波电容C4接地，本实施例中，所述单片机U2的电源输入脚加入所述滤波电容C4，用于滤除供电电源中的干扰杂波。

所述单片机U2的内部振荡源输出脚通过电阻R10和所述充电端子S的第3脚连接，并通过滤波电容C6接地，所述滤波电容C6与所述电阻R10共同组成RC滤波电路，所述充电端子S的第3脚通过采样电阻R9接地；本实施例中，所述单片机U2的内部振荡源输出脚是作为电流采样脚，并且，由所述滤波电容C6与所述电阻R10共同组成RC滤波电路可滤除反馈信号中的干扰、杂波，保证采样到真实的反馈信号。

所述单片机U2的负载状态检测输入脚通过滤波电容C5接地，并与所述负载检测电路3中的三极管Q3的集电极连接，并通过上拉电阻R11与所述电源输入脚连接。

所述单片机U2的电压采样脚通过分压电阻R8接地，并通过分压电阻R7与所述充电端子S第1脚、第2脚连接，并通过滤波电容C7接地；本实施例中，设置所述滤波电容C7用于滤除采样信号中的干扰、杂波，保证采样到真实的反馈信号。

所述单片机U2的PWM脉冲信号输出脚与三极管Q2的基极连接，并通过滤波电容C8接地；本实施例中，设置所述滤波电容C8可防止PWM脉冲信号受到外界的干扰。

所述单片机U2的地脚直接接地；

所述场效应管Q1的第1脚、第2脚、第3脚为源极，与所述电源正极连接；

所述场效应管Q1的第4脚为栅极，通过下拉电阻R5与所述三极管Q2的集电极连接，并通过上拉电阻R4与所述电源正极连接，所述三极管Q2的基极通过下拉电阻R6接地，所述三极管Q2的发射极接地；

所述场效应管Q1的第5脚、第6脚、第7脚、第8脚为漏极，通过续流二极管D1接地，并通过储能电感L1、整流二极管D2与所述充电端子S第1脚、第2脚连接；

所述整流二极管D2的阳极通过斩波电容C3接地。

其中，所述场效应管Q1可以为P沟道MOS管。

当没有充电负载接入时，所述充电控制电路2的所述充电端子S的第1脚、第2脚和第3脚连通，即所述充电端子S的第1、2、3脚均接地，那么，所述负载检测电路3中的三极管Q3的基极接地，一直处于低电平状态，所述三极管Q3保持关断，所述充电控制电路2中的单片机U2的负载状态检测输入脚保持高电平，电平状态无变化，保持待机状态，且其PWM脉冲信号输出脚无PWM脉冲信号输出，故所述充电控制电路2的三极管Q2关断，所述充电控制电路2的场效应管Q1的栅极电压为高，也处于关断状态，电路无电压输出。

当有充电负载接入时，即用户向所述充电电路加入电池需要充电时，所述充电控制电路2的所述充电端子S的第1、2脚保持连通，但均和第3脚断开，那么，所述三极管Q3的基极电压就等于所述分压电阻R13上的电压，为高电平状态，所述三极管Q3则由关断转为导通，所述单片机U2负载状态检测输入脚电平状态由高变为低，所述单片机U2进入工作状态，其PWM脉冲信号输出脚输出PWM脉冲信号，其中，所述PWM脉冲信号输出脚输出的PWM脉冲信号的占空比取决于其电压采样脚采样的电压信号。

当所述PWM脉冲信号输出的PWM脉冲信号为高脉冲，所述三极管Q2、所述场效应管Q1均导通，电源电压经过所述场效应管Q1、储能电感L1、整流二极管D2、充电端子S、采样电阻R9形成工作回路，依靠电源电压为所述充电负载充电，而当输出的PWM脉冲信号为低脉冲时，所述三极管Q2、所述场效应管Q1均关断，所述储能电感L1、整流二极管D2、充电端子S、采样电阻R9、续流二极管D1形成工作回路，依靠所述储能电感L1中的能量为负载充电。

在充电过程中，所述单片机U2通过调整其PWM脉冲信号输出脚输出的PWM脉冲信号的占空比，控制所述场效应管Q1的开关占空比，在所述场效应管Q1开通时，由所述电源的能量为所述充电负载充电，在所述三极管Q2关闭时，由所述储能电感L1的能量为所述充电负载充电，同时也实现了输出电压恒定的目的。其中，所述单片机U2是根据采样电压脚采样得到的反馈电压与所述单片机U2内部的基准电压进行比较，根据比较结果调整所述PWM脉冲信号输出脚输出的PWM脉冲信号的占空比。

具体的，在充电过程中，所述三极管Q3基极一直保持高电平，所述三极管Q3则一直处于导通状态。所述单片机U2的电压采样脚和所述单片机U2内部的基准电压源形成一个比较器，所述电压采样脚采样得到的反馈电压和基准电压比较后，所述单片机U2根据比较结果自动调整PWM脉冲的占空比，如果采样得到的反馈电压大于基准电压，说明输出电压大于设定值，那么输出的PWM脉冲的占空比就降低，降低输出电压到设定值，如果采样得到的反馈电压小于基准电压，说明输出电压小于设定值，那么输出的PWM脉冲的占空比就升高，升高输出电压到设定值。所述场效应管Q1开关频率很高，在一个周期内，当所述场效应管Q1开通，电源通过所述场效应管Q1、储能电感L1、整流二极管D2、充电端子S、采样电阻R9形成工作回路，依靠电源电压为充电负载充电，当所述场效应管Q1关闭，所述场效应管Q1关断，所述储能电感L1、整流二极管D2、充电端子S、采样电阻R9、续流二极管D1形成工作回路，依靠储能电感L1中的能量为充电负载充电，直到下一个周期所述场效应管Q1开通，从而达到恒定电压的目的。

随着电池电压即充电负载的电压不断升高，充电电流逐步降低，直到充电电流降为零，当所述单片机U2的作为电流采样脚的内部振荡源输出脚采样不到充电电流时，即认为充电完成，所述单片机U2的PWM脉冲信号输出脚关闭脉冲输出，进入休眠状态，停止充电。

另外，在充电过程中，当所述充电负载出现短路、过流等故障时，所述采样电阻R9处的电压急剧升高，所述单片机U2的作为电流采样脚的内部振荡源输出脚采样到异常电流，就启动保护，关闭所述单片机U2的PWM脉冲信号输出脚的PWM脉冲信号的输出，切断电源充电回路，起到充电保护的作用。直到故障消除即在所述单片机U2的作为电流采样脚的内部振荡源输出脚并未采样到异常电流时，自动启动充电回路，对所述充电负载进行充电。

进一步可选的，如图2所示，为了保证电源电压稳定可靠，在电源正极侧还可设置连接储能电容C1和滤波电容C2。

其中，本实施例的所述稳压芯片U1可采用MIC5235实现，所述单片机U2可采用MC68HC908实现。

可以理解的是，本实施例为所述充电电路的较佳实施例，在其他实施例中，还可以根据需要进行简单调整，如将本实施例中的在所述单片机U2的电源输入脚设置的滤波电容C4，在所述单片机U2的内部振荡源输出脚设置的C6，在所述单片机U2的电压采样脚设置的C7以及在所述PWM脉冲信号输出脚设置的C8部分或者全部去除等。

本发明可以采用车载电源等直流电源为铅酸电池等新型电池充电，充电方式简单，且在充电的过程中，能够进行输出过流、短路保护等功能，安全可靠。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种充电电路，所述充电电路与电源和充电负载相连，用于为所述充电负载充电，其特征在于，所述充电电路包括与所述电源连接的电源供电电路，与电源供电电路相连的充电控制电路，与所述电源供电电路和所述充电控制电路相连接的负载检测电路；其中，所述电源包括直流电源；

所述电源供电电路用于为所述充电控制电路提供工作电源，所述电源供电电路中包括稳压芯片U1；

所述充电控制电路在所述负载检测电路检测到有充电负载接入时，用于控制为所述充电负载充电；

其中，所述充电控制电路包括单片机U2，所述单片机U2的脉冲宽度调制PWM脉冲信号输出脚连接至三极管Q2的基极，并通过所述三极管Q2的集电极和下拉电阻R5与场效应管Q1的栅极相连，所述场效应管Q1的漏极通过储能电感L1和整流二极管D2与充电端子S相连接，所述单片机U2通过输出PWM脉冲信号控制所述场效应管Q1实现对所述充电负载的充电控制；

其中，所述负载检测电路具体组成包括：

所述三极管Q3的集电极与所述单片机U2的负载状态检测输入脚连接；

所述三极管Q3的发射极接地；

所述三极管Q3的基极与所述充电端子S的第1脚、第2脚连接，并通过分压电阻R13接地，通过分压电阻R12和所述电源正极连接。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括与所述电源正极侧连接的储能电容C1和滤波电容C2。

3.如权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述充电控制电路具体组成包括：

所述单片机U2的电源输入脚与稳压芯片U1的输出脚、上拉电阻R11相连，并通过滤波电容C4接地；

所述单片机U2的内部振荡源输出脚通过电阻R10和所述充电端子S的第3脚连接，并通过滤波电容C6接地，所述滤波电容C6与所述电阻R10共同组成RC滤波电路，所述充电端子S的第3脚通过采样电阻R9接地；

所述单片机U2的负载状态检测输入脚通过滤波电容C5接地，并与所述负载检测电路中的三极管Q3的集电极连接，并通过上拉电阻R11与所述电源输入脚连接；

所述单片机U2的电压采样脚通过分压电阻R8接地，并通过分压电阻R7与所述充电端子S第1脚、第2脚连接，并通过滤波电容C7接地；

所述单片机U2的PWM脉冲信号输出脚与所述三极管Q2的基极连接，并通过滤波电容C8接地；

所述单片机U2的地脚直接接地；

所述场效应管Q1的第1脚、第2脚、第3脚为源极，与所述电源正极连接；

所述场效应管Q1的第4脚为栅极，通过所述下拉电阻R5与所述三极管Q2的集电极连接，并通过上拉电阻R4与所述电源正极连接，所述三极管Q2的基极通过下拉电阻R6接地，所述三极管Q2的发射极接地；

所述场效应管Q1的第5脚、第6脚、第7脚、第8脚为漏极，通过续流二极管D1接地，并通过储能电感L1、整流二极管D2与所述充电端子S第1脚、第2脚连接；

所述整流二极管D2的阳极通过斩波电容C3接地。

4.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述电源供电电路具体组成包括：

所述稳压芯片U1的电源输入脚通过分压电阻R1和所述电源正极连接；

所述稳压芯片U1的地脚直接接地；

所述稳压芯片U1的工作控制脚与所述电源输入脚连接，高电平开启，低电平关断；

所述稳压芯片U1的输出电压反馈脚，通过反馈电阻R3接地，并通过反馈电阻R2与所述稳压芯片U1的输出脚连接；

所述稳压芯片U1的输出脚与所述单片机U2的电源输入脚连接。

5.如权利要求4所述的充电电路，其特征在于，所述单片机U2通过输出PWM脉冲信号控制所述场效应管Q1实现对所述充电负载的充电控制包括：

所述单片机U2通过调整所述PWM脉冲信号输出脚输出的PWM脉冲信号的占空比，控制所述场效应管Q1的开关占空比，在所述场效应管Q1开通时，由所述电源的能量为所述充电负载充电，在所述三极管Q2关闭时，由所述储能电感L1的能量为所述充电负载充电。

6.如权利要求5所述的充电电路，其特征在于，所述单片机U2是根据采样电压脚采样得到的反馈电压与所述单片机U2内部的基准电压进行比较，根据比较结果调整所述PWM脉冲信号输出脚输出的PWM脉冲信号的占空比。

7.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述场效应管Q1为P沟道MOS管。

8.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述稳压芯片U1为线性稳压器。

9.一种充电器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的充电电路。