CN103199600B - 充电控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种充电控制电路及方法。其中，所述充电控制方法包括步骤：对不同容量的蓄电池预设不同的最大充电电流；由微控制器发出PWM信号给充电控制电路，由充电电路输出充电电流给蓄电池充电；对充电电路输出的充电电流进行采样，反馈采样充电电流给微控制器；由微控制器根据蓄电池的电压及采样充电电流，以限定充电功率的方式动态调整PWM信号的脉宽来调节充电电流的大小，且控制最大充电电流不超过该蓄电池容量对应的最大充电电流。本发明不仅有利于提高充电效率，更能有效地保证蓄电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池充电控制技术，尤其是涉及一种对蓄电池进行智能充电控制的充电控制电路及方法。
背景技术
随着电池成本不断的增加，人们对充电板电池管理这一块的要求也是越来越高，充电器已经朝着更加智能化、合理化的方向发展。针对电池管理技术，不外乎是对充电器电流环和电压环的控制，使其对蓄电池更加合理的充电，提高电池的使用寿命。
现有用IC控制的充电器通过对电压环的控制，保证最大充电电压不超过设定值，而通过对电流环的控制保证充电电流不超过设定的最大电流值。但是，针对蓄电池的特性，不管是多大容量的电池，当电池放到一个比较低的电压时，充电器总是以最大的电流充电。虽然使用大电流充电能减少充电的时间，而根据蓄电池的特点，小容量的电池的内阻比大容量的电池较大，如果持续的用大电流充电，那么电池将发热，损耗增大，将会大大缩短电池的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种针对不同容量的电池采用不同充电电流进行充电的充电控制电路及充电控制方法，以增长电池的使用寿命。
本发明采用如下技术方案实现：一种充电控制方法，其包括步骤：对不同容量的蓄电池预设不同的最大充电电流；由微控制器发出PWM信号给充电控制电路，由充电电路输出充电电流给蓄电池充电；对充电电路输出的充电电流进行采样，反馈采样充电电流给微控制器；由微控制器根据蓄电池的电压及采样充电电流，以限定充电功率的方式动态调整PWM信号的脉宽来调节充电电流的大小，且控制最大充电电流不超过该蓄电池容量对应的最大充电电流。
所述以限定充电功率的方式动态调整PWM信号的脉宽来调节充电电流的大小是指：当蓄电池的电压较小时，由微控制器控制输出的PWM信号具有较大占空比，以较大的充电电流给蓄电池充电，反之，当蓄电池的电压大时，由微控制器减小输出的PWM波形信号的占空比以较小的充电电流给蓄电池充电。
一种充电控制电路，其特征在于，包括：微控制器，用于对不同容量的蓄电池预设不同的最大充电电流，并发出PWM信号；连接在微控制器的PWM输出端的PWM波形处理电路，用于将PWM信号处理成电压信号；耦接在蓄电池与PWM波形处理电路输出端之间的充电电路，用于输出充电电流给蓄电池充电；连接在充电电路与微控制器之间的电流采样电路，用于对充电电路输出的充电电流进行采样，反馈采样充电电流给微控制器；由微控制器根据蓄电池的电压及采样充电电流，以限定充电功率的方式动态调整PWM信号的脉宽来调节充电电流的大小，且控制最大充电电流不超过该蓄电池容量对应的最大充电电流。
其中，PWM波形处理电路包括：连接微控制器的PWM输出端的RC滤波电路，连接在RC滤波电路输出端的电压跟随器，电压跟随器的输出端通过耦合电路连接充电电路。
其中，耦合电路包括光耦、连接在光耦中三极管的发射极的二极管D503及电阻R524。
其中，充电电路包括：电流模式控制器，其电流采样端耦接PWM波形处理电路、输出端耦接变压器T1的一次侧，该变压器T1的二次侧通过反激输出电路连接蓄电池。
在，电流采样电路包括：用于对采样充电电流进行放大处理的放大器U10A；连接在放大器U10A输出端的比较器U10B，以及连接在比较器U10B输出端的二极管D13，用于将采样充电电流整流处理为直流信号；二极管D13通过RC滤波电路输出电流采样信号送至微处理器。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明针对不同容量的蓄电池采用不同脉宽的PWM波形信号来设定不同的充电电流，并通过采样充电电流来调整PWM波形信号的脉宽，从而确保对蓄电池采用最匹配的充电电流进行充电，不仅有利于提高充电效率，更能有效地保证蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明充电控制电路的框图；
图2是PWM波形处理电路的示意图；
图3是耦合电路的示意图；
图4是充电电路的示意图；
图5是电流采样电路的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的充电控制电路包括：连接显示模块（比如包括LCD驱动电路及相连的LCD显示屏）和键盘的微控制器（比如由单片机来实现）、连接在微控制器的PWM输出端的PWM波形处理电路、连接蓄电池的充电电路以及连接在充电电路与微控制器之间的电流采样电路。
在微控制器中针对每一个常用的电池容量值设定对应的一个最大充电电流值（以下又称为设定充电电流），用户可以通过显示模块和键盘配合选择当前正使用的电池容量，比如说，可以选择7AH、65AH、100AH或120AH等容量的电池。当电池容量选择以后，微控制器针对不同的电池容量将对应发出一个预设占空比的PWM波形信号，不同电池容量对应不同占空比的PWM信号，由PWM波形处理电路将PWM波形信号处理成电压信号后提供给充电电路，由充电电路对蓄电池进行充电。同时，由电流采样电路对充电电流进行实时的采样，输出采样充电电流至微控制器，由微控制器根据蓄电池电压及采样充电电流以限定充电功率（充电功率为蓄电池电压和充电电流决定）对蓄电池进行充电控制：蓄电池的电压小时，由微控制器控制输出的PWM信号具有较大占空比，以较大的充电电流给蓄电池充电（但是，如果采样充电电流大于预设充电电流，那么由微控制器减小输出的PWM波形信号的占空比，进一步减小充电电流，直到满足要求，反之则增大输出的PWM波形信号的占空比以增大实际的充电电流，使采样充电电流不能大于预设充电电流），而蓄电池的电压大时，由微控制器减小输出的PWM波形信号的占空比以较小的充电电流给蓄电池充电。
结合图2所示为PWM波形处理电路的示意图。PWM波形处理电路包括：连接微控制器的PWM输出端的RC滤波电路，该RC滤波电路由电阻R520、电阻R521电容C529和电容C530构成；连接在RC滤波电路输出端的电压跟随器U11B（采用LM2904D芯片实现）；电压跟随器U11B的输出端(输出信号CS1)串接电阻R523后通过耦合电路连接充电电路。
微控制器输出的PWM波形信号通过RC滤波电路将其平滑成一条直线。不同占空比的PWM波形信号，经过RC滤波电路进行滤波后的电压值都将不一样，比如说设置为50%的占空比，那么电压跟随器U11B的正输入端的输入电压为输入PWM电压的一半。
结合图3所示，耦合电路包括光耦U03、连接在光耦U03中三极管的发射极的二极管D503及电阻R524。电压跟随器U11B输出信号CS1将光耦U03的二极管导通，然后光耦U03的三极管导通，通过二极管D503的阴极输出信号CS至充电电路，从而控制充电电流的大小。另外，光耦U03中三极管的发射极与地之间连接一个阻值0.5K的电阻R525，将光耦的光耦U03中三极管的发射极电压抬高了500mv。
结合图4所示，充电电路包括：电流模式控制器U06，比如，该电流模式控制器U06采用UC3843BN芯片或UC3845芯片来实现；该电流模式控制器U06的电流采样端（第3接脚）连接耦合电路输出的输出信号CS，而电流模式控制器U06的输出端（第接脚）耦接变压器T1的一次侧，该变压器T1的二次侧通过反激输出电路连接蓄电池BAT+。根据电流模式控制器U06的特性，当其电流采样端（第3接脚）的电压增大时，将会其输出端（第6接脚）输出PWM信号的脉宽，从而使充电电流减小。如果电流采样端的电压信号电压超过1V，那么电流模式控制器U06的输出端将会关断PWM信号的输出。
电流模式控制器U06的电流采样端（第3接脚）连接电阻R507，该电阻R507与地之间连接2个并联的限功电阻R511和R512，电流模式控制器U06的电流采样端采样限功电阻R511和R512上的电压值，根据采样值控制调整输出PWM信号的脉宽大小对蓄电池进行充电控制。
根据蓄电池的特性：在电池容量比较空（可通过检测蓄电池的电压进行判断）时，充电控制电路输出的充电电压将会拉低，给电池充电时的电流是最大电流，所以为了不让大电流给小容量电池充电，本申请对充电电流进行实时采样，然后判断现在用户选择的电池容量与充电电流是否对应，每一种容量的电池都将对应一个最大充电电流，如果采样到的充电电流比我们设定的最大值都大，那么将减小输出PWM波形的占空比，进一步减小充电电流，直到满足要求。
在反激输出电路中设有电流采样电阻RS1，流过电流采样电阻RS1的采样电流-IS，该采样电流-IS通过电流采样电路传送至微控制器。结合图5所示，电流采样电路，电流采样电路主要是对采样电流信号-IS进行放大处理并传送，一开始采样到的-IS信号为馒头波，由放大器U10A进行放大处理，再由比较器U10B配合连接在比较器U10B输出端的二极管D13对信号进行精密整流处理为直流信号，并通过RC滤波电路（电阻R53、电阻R56和电容C42）输出电流采样信号CHG_I送至微处理器。
反激输出电路是对充电进行限功率处理，随着充电的持续进行，蓄电池的电压将逐渐上升，电流将逐渐减小，当电池充满时，电池电压已经很接近充电电压，而电流已经是相当的小了，而当采样到的电流小于预设的最大充电电流时，将不会对PWM信号的脉宽进行调整，比如说：对12V/7AH的电池充电，3节电池为1组，充电电压固定为41.25V，电池电压比较空时（31V），充电电压将会拉低接近电池电压（由于电池内阻的存在会稍高一点），此时充电电流将会是最大的（比如说1.5A），所以我们主要是限制这个最大充电电流的大小，不能超过1.5A，随着充电的进行蓄电池电压上升，而充电电流将下降，一般情况下，电池可以充电到40.6V，此时电池已经差不多充满了，由于电压差已经很小了，所以充电电流也就差不多0.1A或0.2A。
所以，微控制器输出PWM信号对电流模式控制器U06的调节实际是对限定功率的大小调节：蓄电池的电压小时充电电流大，而蓄电池的电压大时充电电流小。因此，只要保证总的充电功率不变和最大充电电流不变即可。
微控制器判断现在用户选择的电池容量与充电电流是否对应，如果采样充电电流大于预设充电电流，那么由微控制器减小输出的PWM波形信号的占空比，进一步减小充电电流，直到满足要求，反之则增大输出的PWM波形信号的占空比以增大实际的充电电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种充电控制电路，其特征在于，包括：
微控制器，用于对不同容量的蓄电池预设不同的最大充电电流，并发出PWM信号；
连接在微控制器的PWM输出端的PWM波形处理电路，用于将PWM信号处理成电压信号，其中PWM波形处理电路包括：连接微控制器的PWM输出端的RC滤波电路，连接在RC滤波电路输出端的电压跟随器，电压跟随器的输出端通过耦合电路连接充电电路，耦合电路包括光耦、连接在光耦中三极管的发射极的二极管D503及电阻R524；
耦接在蓄电池与PWM波形处理电路输出端之间的充电电路，用于输出充电电流给蓄电池充电；
连接在充电电路与微控制器之间的电流采样电路，用于对充电电路输出的充电电流进行采样，反馈采样充电电流给微控制器；
由微控制器根据蓄电池的电压及采样充电电流，以限定充电功率的方式动态调整PWM信号的脉宽来调节充电电流的大小，且控制最大充电电流不超过该蓄电池容量对应的最大充电电流，其中，所述以限定充电功率的方式动态调整PWM信号的脉宽来调节充电电流的大小是指：当蓄电池的电压较小时，由微控制器控制输出的PWM信号具有较大占空比，以较大的充电电流给蓄电池充电，反之，当蓄电池的电压大时，由微控制器减小输出的PWM波形信号的占空比以较小的充电电流给蓄电池充电。
2.根据权利要求1所述充电控制电路，其特征在于，充电电路包括：电流模式控制器，其电流采样端耦接PWM波形处理电路、输出端耦接变压器T1的一次侧，该变压器T1的二次侧通过反激输出电路连接蓄电池。
3.根据权利要求2所述充电控制电路，其特征在于，电流采样电路包括：用于对采样充电电流进行放大处理的放大器U10A；连接在放大器U10A输出端的比较器U10B，以及连接在比较器U10B输出端的二极管D13，用于将采样充电电流整流处理为直流信号；二极管D13通过RC滤波电路输出电流采样信号送至微处理器。
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