CN104617626B - 用于电容降压的充电保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种结构简单、成本低且在电池被充满后能有效将充电电流导入其它功能器件的用于电容降压的充电保护电路。其在整流电路与电池充电电路之间设有反向开关元件、电池过充检测电路和电池过充分流电路。本发明能够在充电电池充满时(即设定的储电量上限值时)，将电源电流引导至该产品上设置的其它功能器件电路，如LED显示灯、加热器、小马达或小部分功能器件，以使充电电池在充电时的电压低于或等于设定置。确保充电电池不会出现过度充电的现象，有效保护充电电池，大大延长了充电电池使用寿命。本发明结构简单，其仅用十来个小功率元器件，其既提高了产品性能，又可有效降低材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电保护电路，特别涉及一种采用电容降压式的充电电路的过充保护电路。
背景技术
将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。
现有技术中采用电容降压充电的小家电，如电筒、插卡音箱、蓝牙音箱、收音机等，都使用耐过充的铅酸蓄电池或镍镉电池，基本没有充电保护电路。电容降压充电使用普通电池充电保护电路，必须增加大功率稳压器件。上述结构存在如下不足：
1)所述耐过充充电电池，对环境污染大，没有充电保护电路使用时，只能估算充电时间，容易过充，损害电池，没有充满提示信息，使用不方便。
2)所述普通电池充电保护电路，必须增加大功率稳压器件，与开关电源降压和变压器降压电路相比较，没有成本优势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低且在电池被充满后能有效将充电电流导入其它功能器件的用于电容降压的充电保护电路。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的用于电容降压的充电保护电路，包括与输入端相接的整流电路、电容降压电路和电池充电电路，在整流电路与电池充电电路之间还设有反向开关元件、电池过充检测电路和电池过充分流电路，其中，
反向开关元件的输入极接于整流电路的输出端，其输出极接于电池充电电路的正向输出端；
所述电池过充检测电路由晶体管和/或稳压管以及第一电阻和第二电阻组成的分压电路构成，其输出端接于所述电池过充分流电路的启动控制端；
所述电池过充分流电路由第三电阻、第四电阻和第二晶体管组成，所述第二晶体管采用共射极放大电路连接于所述整流电路与功能器件电路之间；
所述电池充电电路中的电池BT1通过闭合第二开关S2给所述功能器件电路供电；所述功能器件电路为该充电保护电路上设置的LED显示灯、加热器或小马达。
所述反向开关元件为整流二极管，整流二极管的正端接于整流电路的输出端；所述电池过充检测电路由第一晶体管、第一电阻和第二电阻构成，其中，第一电阻和第二电阻串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与地端之间，第一晶体管的基极接于第一电阻与第二电阻连接点，其发射极接地，其集电极一路通过第三电阻接于整流电路输出端，另一路通过第四电阻接于第二晶体管的基极，第二晶体管的集电极接于功能器件电路，第二晶体管的发射极接于整流二极管的正端，整流二极管的负端接于充电电路的正向输出端。
所述反向开关元件为整流二极管，整流二极管的正端接于整流电路的输出端；所述电池过充检测电路由第一晶体管、第一电阻和第二电阻构成，其中，第一电阻和第二电阻串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与地端之间，第一晶体管的基极接于第一电阻与第二电阻连接点，其发射极接地，其集电极一路通过第三电阻接于整流二极管的负极，另一路通过第四电阻接于第二晶体管的基极，第二晶体管的集电极接于功能器件电路，第二晶体管的发射极接于充电电路的正向输出端。
第一晶体管为9014型号的NPN管，第二晶体管为8550型号的PNP管，所述整流二极管为4007型号的二极管。
所述反向开关元件为4007型号的整流二极管，整流二极管的正端接地；所述电池过充检测电路由第一晶体管、第一电阻和第二电阻构成，其中，第一电阻和第二电阻串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与整流二极管负端之间，第一晶体管的基极接于第一电阻与第二电阻连接点，其发射极接于整流电路的输出端，其集电极一路通过第三电阻接于整流二极管的负极，另一路通过第四电阻接于第二晶体管的基极，第二晶体管的集电极接于功能器件电路，第二晶体管的发射极接于整流二极管的负极；第一晶体管为9015型号的PNP管，第二晶体管为8050型号的NPN管。
所述反向开关元件为整流二极管；所述电池过充检测电路由可控精密稳压源、第一电阻和第二电阻构成，其中，第一电阻和第二电阻串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与地端之间，可控精密稳压源的参考极接于第一电阻与第二电阻连接点，其阳极接地，其阴极一路通过第三电阻接于整流电路输出端，另一路通过第四电阻接于第二晶体管的基极，第二晶体管的集电极接于功能器件电路，第二晶体管的发射极接于整流二极管的正端，整流二极管的负端接于充电电路的正向输出端，第二晶体管为8550型号的PNP管。
所述反向开关元件为整流二极管，整流二极管的正端接于整流电路的输出端，在整流电路输出端与地端之间还设有一开关电路，该开关电路由第五电阻、第六电阻和第三晶体管构成；所述电池过充检测电路由可控精密稳压源、第一电阻和第二电阻构成，其中，第一电阻和第二电阻串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与第三晶体管的集电极之间，可控精密稳压源的参考极接于第一电阻与第二电阻连接点，其阳极接于第三晶体管的集电极，其阴极一路通过第三电阻接于整流二极管的负极，另一路通过第四电阻接于第二晶体管的基极，第二晶体管的集电极接于功能器件电路，第二晶体管的发射极接于充电电路的正向输出端；第二晶体管为8550型号的PNP管，第三晶体管为9014型号的NPN管。
所述反向开关元件为MOS管，该MOS管的漏极接于整流电路的输出端，在整流电路输出端与地端之间还设有一开关电路，该开关电路由第三晶体管、第五电阻和第六电阻构成，所述电池过充检测电路由可控精密稳压源、第一电阻和第二电阻构成，其中，第一电阻和第二电阻串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与第三晶体管的集电极之间，可控精密稳压源的参考极接于第一电阻与第二电阻连接点，其阳极接于第三晶体管的集电极，其阴极一路通过第三电阻接于MOS管的源极，另一路通过第四电阻接于第二晶体管的基极，第二晶体管的集电极接于功能器件电路，第二晶体管的发射极接于充电电路的正向输出端；MOS管的栅极接于第三晶体管的集电极；MOS管为Z2301型号的管子；第二晶体管为8550型号的PNP管，第三晶体管为9014型号的NPN管。
所述功能器件电路包括LED显示器件或加热器件或小电机。
所述第二晶体管可用型号为Z2301的场效应管替代。
与现有技术相比，本发明在小家电所用的电容降压电源与充电电池之间增设由二极管、晶体管、MOS管和电阻构成的电池过充检测电路和电池过充分流电路，使得其能够在所述充电电池充满时(即设定的储电量上限值时)，将电源电流引导至该产品上设置的其它功能器件电路，如LED显示灯、加热器、小马达或小部分功能器件，以使充电电池在充电时的电压低于或等于设定置。确保充电电池不会出现过度充电的现象，有效保护充电电池，大大延长了充电电池使用寿命。本发明结构简单，其仅用十来个小功率元器件，其既提高了产品性能，又可有效降低材料成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1电路原理图。
图2为图1的变形实例电路原理图之一。
图3为图1的变形实例电路原理图之二。
图4为本发明的实施例2电路原理图。
图5为本发明的实施例3电路原理图。
图6为图5的变形实例电路原理图之一。
附图标记如下：
第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、可控精密稳压源U1、整流二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第十电阻R10、第十一电阻R11、MOS管Q4。
具体实施方式
本发明的用于电容降压的充电保护电路包括与输入端相接的整流电路、电容降压电路和电池充电电路，其还包括设置于整流电路与电池充电电路之间的反向开关元件、电池过充检测电路和电池过充分流电路，其中，
反向开关元件可以为整流二极管D1、MOS管Q4，其作用是不充电时防止电池电流反向放电，该元件为整流二极管D1时，其正极接于整流电路的输出端，其负极接于电池充电电路的正向输出端；该元件为MOS管Q4时，其漏极接于整流电路的输出端，其源极接于电池充电电路的正向输出端，其栅极接于分压电路。
所述电池过充检测电路由晶体管和/或稳压管以及第一电阻R1和第二电阻R2组成的分压电路构成，其输出端接于所述电池过充分流电路的启动控制端；
所述电池过充分流电路的输入端接于电池充电电路的正向输出端，其输出端接于功能器件电路。
实施例1
如图1所示，所述反向开关元件为4007型号的整流二极管D1；所述电池过充检测电路由9014NPN型的第一晶体管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2构成，所述电池过充分流电路由8550PNP型的第二晶体管Q2、第三电阻R3和第四电阻R4构成，其中，第一电阻R1和第二电阻R2串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与地端之间，第一晶体管Q1的基极接于第一电阻R1与第二电阻R2连接点，其发射极接地，其集电极一路通过第三电阻R3接于整流电路输出端，另一路通过第四电阻R4接于第二晶体管Q2的基极，第二晶体管Q2的集电极接于功能电器电路，第二晶体管Q2的发射极接于整流二极管D1的正端，整流二极管D1的负端接于充电电路的正向输出端。
其工作原理：
当电源端没有输入时，第一电阻R1、第二电阻R2构成的分压电路无电流流过，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2截止不工作，整流二极管D1可防止电池电流倒流。当AC电源连接时，电源电流通过整流二极管D1对电池充电(导通的整流二极管D1正端电位比负端电位高出约0.7V，即整流二极管D1正端的电位比电池正向输出端的电位会固定高出约0.7V的压降，该压降根据不同的二极管会有所不同，整流电路输出端电压始终比电池电压高一个二极管的压降)，第一电阻R1、第二电阻R2对电源端电压分压，连接的第一晶体管Q1对电压进行比较，当电压较低时，第一晶体管Q1截止,第二晶体管Q2也截止，当电压达到第一晶体管Q1的结电压(约0.6V)导通值时，第一晶体管Q1导通和第二晶体管Q2导通，电流从第二晶体管Q2集电极流到功能器件电路加以消耗。所述功能器件电路包括提醒用户电池已充满的LED显示器件或与其并联的加热器件或小电机等功耗器件(如图中的第十电阻R10和第十一电阻R11)进行消耗。第一晶体管Q1会连续调整集电极电流维持电压在设定值。这种电路由于第一晶体管Q1的结电压容易受温度变化而变化(温度高时结电压低，温度低时结电压高)，因此，其精度稍差，但成本较低。
实施例2
如图2所示，本实施例除整流二极管D1与实施例1的设置位置不同外，其它结构与实施例1相同，其是实施例1的一种变形方案。其中，整流二极管D1的正端接于整流电路的输出端，其负端接于第二晶体管Q2的发射极。
实施例3
如图3所示，本实施例除整流二极管D1的设置位置和第一晶体管Q1、第二晶体管Q2的型号与实施例1的不同外，其它结构与实施例1相同，其是实施例1的一种变形方案。其中，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2的型号分别为9015型号的PNP管、8050型号的NPN管。
该实施例中的整流二极管D1的正端接地；第一电阻R1和第二电阻R2串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与整流二极管D1负端之间，第一晶体管Q1的基极接于第一电阻R1与第二电阻R2连接点，其发射极接于整流电路的输出端，其集电极一路通过第三电阻R3接于整流二极管D1的负极，另一路通过第四电阻R4接于第二晶体管Q2的基极，第二晶体管Q2的集电极接于功能电器电路，第二晶体管Q2的发射极接于整流二极管D1的负极。
实施例4
如图4所示，本实施例除用型号为TL431的可控精密稳压源U1取代第一晶体管Q1外，其它结构与实施例1相同。其中，可控精密稳压源U1的参考极接于第一电阻R1与第二电阻R2连接点，其阳极接地，其阴极一路通过第三电阻R3接于整流电路输出端，另一路通过第四电阻R4接于第二晶体管Q2的基极。
与实施例1相比，精确度好点。
其工作原理：
与实施例1相同。
实施例5
如图5所示，本实施例是实施例4的进一步变形，其在实施例4的基础上整流电路输出端与地端之间增设了一个开关电路，该开关电路由第三晶体管Q3、第五电阻R5和第六电阻R6组成，另外，整流二极管D1的设置位置与实施例4不同。其中，所述整流二极管D1的正端接于整流电路的输出端；所述电池过充检测电路由可控精密稳压源U1、第一电阻R1、第二电阻R2构成，所述电池过充分流电路由第二晶体管Q2、第三电阻R3和第四电阻R4构成，其中，第一电阻R1和第二电阻R2串接构成分压电路介于所述整流二极管的负极与第三晶体管Q3的集电极之间，可控精密稳压源U1的参考极接于第一电阻R1与第二电阻R2连接点，其阳极接于第三晶体管Q3的集电极，其阴极一路通过第三电阻R3接于整流二极管D1的负极，另一路通过第四电阻R4接于第二晶体管Q2的基极，第二晶体管Q2的集电极接于功能电器电路，第二晶体管Q2的发射极接于充电电路的正向输出端。
在本实施例中，也可采用场效应管替代第三晶体管Q3。
与实施例4相比，本实施例精确度高，温度影响小。
其工作原理：
当电源端没有输入时，第五电阻R5、第六电阻R6构成的电路无电流流过，第三晶体管Q3截止，第一电阻R1和第二电阻R2构成的分压电路无电流流过，可控精密稳压源U1和第二晶体管Q2均不工作，整流二极管D1可防止电池电流倒流。当AC电源连接时，电源电流通过整流二极管D1对电池充电，同时第三晶体管Q3导通，第一电阻R1、第二电阻R2对电源端电压分压，连接的可控精密稳压源U1对电压进行比较，当电压较低时可控精密稳压源U1的阴极电流较小，第二晶体管Q2截止。当电池电压达到设定值上限时，可控精密稳压源U1阴极电流变大，第二晶体管Q2导通，电流从第二晶体管Q2集电极流到功能器件电路。可控精密稳压源U1会连续调整阴极电流维持电压在设定值。
实施例6
如图6所示，本实施例除用MOS管Q4(场效应管)取代整流二极管D1外，其它结构与实施例5相同。其中，MOS管Q4的漏极接于整流电路的输出端，其源极接于第二晶体管Q2的发射极，其栅极接于第三晶体管Q3的集电极。
使用场效应管代替整流二极管D1，可以提升效率。
特殊说明：
1)当在电源输入加入外置充电接口(如太阳能充电接口)时，整流二极管D1、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2都可以采用场效应管取代，可控精密稳压源U1可以用功耗更低的同类型器件取代，以提高充电效率。
2)如果制作专用集成电路，晶体管都可以用运放电压比较器、场效应管等取代，但其内部必须有一个基准源。
3)电容降压可以用半波整流，或桥堆等，可以加设保险管，防雷管开关等安全器件。
4)第四电阻R4作为限流元件，可以不要。
5)本发明电路中的所有开关K可以用电子开关，可以加入升压电路等。
6)充电电池可以再增加其它保护电路，实现多重保护。
Claims (9)
1.一种用于电容降压的充电保护电路，包括与输入端相接的整流电路、电容降压电路和电池充电电路，其特征在于：在整流电路与电池充电电路之间还设有反向开关元件、电池过充检测电路和电池过充分流电路，其中，
反向开关元件的输入极接于整流电路的输出端，其输出极接于电池充电电路的正向输出端；
所述电池过充检测电路由晶体管和/或稳压管以及第一电阻(R1)和第二电阻(R2)组成的分压电路构成，其输出端接于所述电池过充分流电路的启动控制端；
所述电池过充分流电路由第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第二晶体管(Q2)组成，所述第二晶体管(Q2)采用共射极放大电路连接于所述整流电路与功能器件电路之间；
所述电池充电电路中的电池BT1通过闭合第二开关S2给所述功能器件电路供电；所述功能器件电路为该充电保护电路上设置的LED显示灯、加热器或小马达。
2.根据权利要求1所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：所述反向开关元件为整流二极管(D1)，整流二极管(D1)的正端接于整流电路的输出端；所述电池过充检测电路由第一晶体管(Q1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成，其中，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与地端之间，第一晶体管(Q1)的基极接于第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点，其发射极接地，其集电极一路通过第三电阻(R3)接于整流电路输出端，另一路通过第四电阻(R4)接于第二晶体管(Q2)的基极，第二晶体管(Q2)的集电极接于功能器件电路，第二晶体管(Q2)的发射极接于整流二极管(D1)的正端，整流二极管(D1)的负端接于充电电路的正向输出端。
3.根据权利要求1所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：所述反向开关元件为整流二极管(D1)，整流二极管(D1)的正端接于整流电路的输出端；所述电池过充检测电路由第一晶体管(Q1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成，其中，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与地端之间，第一晶体管(Q1)的基极接于第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点，其发射极接地，其集电极一路通过第三电阻(R3)接于整流二极管(D1)的负极，另一路通过第四电阻(R4)接于第二晶体管(Q2)的基极，第二晶体管(Q2)的集电极接于功能器件电路，第二晶体管(Q2)的发射极接于充电电路的正向输出端。
4.根据权利要求2或3所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：第一晶体管(Q1)为9014型号的NPN管，第二晶体管(Q2)为8550型号的PNP管，所述整流二极管(D1)为4007型号的二极管。
5.根据权利要求1所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：所述反向开关元件为4007型号的整流二极管(D1)，整流二极管(D1)的正端接地；所述电池过充检测电路由第一晶体管(Q1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成，其中，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与整流二极管(D1)负端之间，第一晶体管(Q1)的基极接于第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点，其发射极接于整流电路的输出端，其集电极一路通过第三电阻(R3)接于整流二极管(D1)的负极，另一路通过第四电阻(R4)接于第二晶体管(Q2)的基极，第二晶体管(Q2)的集电极接于功能器件电路，第二晶体管(Q2)的发射极接于整流二极管(D1)的负极；第一晶体管(Q1)为9015型号的PNP管，第二晶体管(Q2)为8050型号的NPN管。
6.根据权利要求1所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：所述反向开关元件为整流二极管(D1)；所述电池过充检测电路由可控精密稳压源(U1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成，其中，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与地端之间，可控精密稳压源(U1)的参考极接于第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点，其阳极接地，其阴极一路通过第三电阻(R3)接于整流电路输出端，另一路通过第四电阻(R4)接于第二晶体管(Q2)的基极，第二晶体管(Q2)的集电极接于功能器件电路，第二晶体管(Q2)的发射极接于整流二极管(D1)的正端，整流二极管(D1)的负端接于充电电路的正向输出端，第二晶体管(Q2)为8550型号的PNP管。
7.根据权利要求1所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：所述反向开关元件为整流二极管(D1)，整流二极管(D1)的正端接于整流电路的输出端，在整流电路输出端与地端之间还设有一开关电路，该开关电路由第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和第三晶体管(Q3)构成；所述电池过充检测电路由可控精密稳压源(U1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成，其中，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串接构成分压电路介于所述整流电路输出端与第三晶体管(Q3)的集电极之间，可控精密稳压源(U1)的参考极接于第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点，其阳极接于第三晶体管(Q3)的集电极，其阴极一路通过第三电阻(R3)接于整流二极管(D1)的负极，另一路通过第四电阻(R4)接于第二晶体管(Q2)的基极，第二晶体管(Q2)的集电极接于功能器件电路，第二晶体管(Q2)的发射极接于充电电路的正向输出端；第二晶体管(Q2)为8550型号的PNP管，第三晶体管(Q3)为9014型号的NPN管。
8.根据权利要求1所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：所述反向开关元件为MOS管(Q4)，该MOS管(Q4)的漏极接于整流电路的输出端，在整流电路输出端与地端之间还设有一开关电路，该开关电路由第三晶体管(Q3)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)构成，所述电池过充检测电路由可控精密稳压源(U1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成，其中，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串接构成分压电路介于所述MOS管(Q4)的源极与第三晶体管(Q3)的集电极之间，可控精密稳压源(U1)的参考极接于第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接点，其阳极接于第三晶体管(Q3)的集电极，其阴极一路通过第三电阻(R3)接于MOS管(Q4)的源极，另一路通过第四电阻(R4)接于第二晶体管(Q2)的基极，第二晶体管(Q2)的集电极接于功能器件电路，第二晶体管(Q2)的发射极接于充电电路的正向输出端；MOS管(Q4)的栅极接于第三晶体管(Q3)的集电极；MOS管(Q4)为Z2301型号的管子；第二晶体管(Q2)为8550型号的PNP管，第三晶体管(Q3)为9014型号的NPN管。
9.根据权利要求5－8中任一项所述的用于电容降压的充电保护电路，其特征在于：所述第二晶体管(Q2)可用型号为Z2301的场效应管替代。
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