CN104868543A - 一种宽输入电压范围的智能电池充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽输入电压范围的智能电池充电器，其特点是，包括一单片机控制器、一电流比较电路、一电压比较电路和一信号放大电路；所述单片机控制器的第一输入端接输出电流采样端；所述单片机控制器的第二输入端接输出电压采样端；所述单片机控制器的第一输出端接电流比较电路的同相输入端；所述单片机控制器的第二输出端接电压比较电路的同相输入端；所述运算放大器U1的反相输入端接输出电流采样端；所述运算放大器U2的反相输入端接输出电压采样端；所述运算放大器U3的输出端接DC/DC变换器的电源管理芯片。本发明通过MCU控制器和DC/DC变换器的联合架构扩展了输入电压的工作范围，提高了智能充电器应用的可靠性，同时允许对更高电压的电池组进行充电。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换领域，特别涉及一种宽输入电压范围的智能电池充电器。
背景技术
目前锂离子电池在各种电子产品中的应用已经越来越普遍，其使用寿命受充电方式的影响较大。研究表明，电池充电过程对电池寿命影响很大，而放电过程的影响相对较小。正确的充电策略能够有效延长电池的寿命。锂离子电池在充电过程中主要对充电电压和充电电流的参数有要求，一般采用恒流转恒压充电方式。在预充电阶段以小电流对电池充电，从而激活电池内部过放电的单元；在第二阶段充电电流保持恒定，电池电压以较快的速率增长，在充电过程中速率逐步降低；达到最大电压时，充电电压保持恒定，逐渐减少充电电流，当电流下降到某一特定值时则认为电池已经完全充电，充电过程停止。三阶段充电法不但实现了电池充电容量的最大化，还可以有效缩短充电时间。
充电算法的实现通常基于专用的锂离子电池充电管理芯片，如MAX1758等。这类电池充电管理芯片通过内置定时器精确地控制充电时间，可以调节充电电压和充电电流，并监测电池温度以防止超过允许的充电温度范围。专用充电管理芯片集成度高，可以较好地完成充电策略控制。但这类芯片由于供电电压的限制，允许的输入电压范围较窄。为了适应宽范围的输入电压范围，可以采用一个单片机芯片来控制宽输入范围的DC/DC变换器，如图1所示。电池充电器由MCU控制器单元和DC/DC变换器单元组成，电池正负端连接变换器单元，采样的电压和电流信息发送给MCU控制器单元，单片机根据电池充电算法经分析计算后输出PWM调制信号给变换器单元，从而调整输出电压和电流。本专利技术就是基于这样的背景展开研究的。
发明内容
本发明的目的是设计一种宽输入电压范围的智能电池充电器。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种宽输入电压范围的智能电池充电器，包括一单片机控制器、一电流比较电路、一电压比较电路和一信号放大电路；所述单片机控制器的第一输入端接输出电流采样端；所述单片机控制器的第二输入端接输出电压采样端；所述单片机控制器的第一输出端接电流比较电路的同相输入端；所述单片机控制器的第二输出端接电压比较电路的同相输入端。
进一步，所述电流比较电路包括运算放大器U1、电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、C2；所述电压比较电路包括运算放大器U2、电阻R5、R6、R7、R8和电容C3、C4；所述信号放大电路包括运算放大器U3和电阻R9、R10、R11。
进一步，所述运算放大器U1的反相输入端接输出电流采样端；所述运算放大器U1的输出端接二极管D1的阳极；所述运算放大器U2的反相输入端接输出电压采样端；所述运算放大器U2的输出端接二极管D2的阳极。
进一步，所述运算放大器U3的反相输入端接二极管D1的阴极；所述运算放大器U3的同相输入端接二极管D2的阴极；所述运算放大器U3的输出端接DC/DC变换器的电源管理芯片。
进一步，所述单片机控制器采用8位单片机控制芯片。
进一步，所述单片机控制器采用MC68HC908JK3实现。
本发明实施例提供了一种宽输入电压范围的智能电池充电器，电池充电器由MCU控制器单元和DC/DC变换器单元组成，变换器单元的输出连接电池的正负端，采样电压和电流信号发送给MCU控制器单元，单片机根据电池充电算法经分析计算后输出PWM调制信号给变换器单元，从而调整输出电压和电流。本发明通过MCU控制器和DC/DC变换器的联合架构扩展了输入电压的工作范围，提高了智能充电器应用的可靠性，同时允许对更高电压的电池组进行充电。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明实施例提供的智能电池充电器结构框图；
图2为本发明实施例提供的智能电池充电器电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明所述的方法做进一步的详细说明。
图2为本发明实施例提供的宽输入电压范围智能电池充电器的电路原理图，如图所示，包括一单片机控制器、一电流比较电路、一电压比较电路和一信号放大电路；所述单片机控制器的第一输入端接输出电流采样端；所述单片机控制器的第二输入端接输出电压采样端；所述单片机控制器的第一输出端接电流比较电路的同相输入端；所述单片机控制器的第二输出端接电压比较电路的同相输入端。
进一步，所述电流比较电路包括运算放大器U1、电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、C2；所述电压比较电路包括运算放大器U2、电阻R5、R6、R7、R8和电容C3、C4；所述信号放大电路包括运算放大器U3和电阻R9、R10、R11。
进一步，所述运算放大器U1的反相输入端接输出电流采样端；所述运算放大器U1的输出端接二极管D1的阳极；所述运算放大器U2的反相输入端接输出电压采样端；所述运算放大器U2的输出端接二极管D2的阳极。
进一步，所述运算放大器U3的反相输入端接二极管D1的阴极；所述运算放大器U3的同相输入端接二极管D2的阴极；所述运算放大器U3的输出端接DC/DC变换器的电源管理芯片。
进一步，所述单片机控制器采用8位单片机控制芯片。
进一步，所述单片机控制器采用MC68HC908JK3实现。
本发明实施例提供的宽输入电压范围智能电池充电器由MCU控制器单元和DC/DC变换器单元组成。充电器在电池电压达到最大电压之前对充电电流进行限流，采用恒流充电方式；达到最大电压时，充电电压保持恒定，充电电流逐渐减小，直到电池完全充电为止。在图2所示电路中，运放U1将单片机U3输出的电流基准电压与电流采样信号做比较。如果基准电压高于采样电流，则运放输出高电平；如果基准电压较低，运放输出低电平。运放U2将单片机U3输出的电压基准值与电压采样信号做比较。如果电压基准高于采样电压，则运放输出高电平；反之运放输出低电平。
运放U3比较运放U1和U2的输出信号。如果电流比较电路的输出信号大于电压比较电路的输出信号，则DC/DC变换器工作于恒流工作模式；如果电流比较电路的输出信号小于电压比较电路的输出信号，则DC/DC变换器工作于恒压工作模式。当单片机控制器发出一个设定的电流基准电压时，如果电池可以接受此电流，则控制器调整为该电流级别；如果电池不能接受，则电压开始上升并达到最大值，电压反馈环路开始工作。
通常为了提高充电器的可靠性和安全性，DC/DC变换器还需要过电压保护和反向保护电路。电池充电期间，充电安全问题非常重要。在充电期间，单片机控制器每隔固定的时间与电池发生通信，对电池安全寄存器中的所有安全标志进行监控。单片机对一些标志位如充电警报、终止充电警报、高温警报等需要实时做出响应。由此可以确保电池充电器工作的可靠性和安全性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种宽输入电压范围的智能电池充电器，其特征在于：包括一单片机控制器、一电流比较电路、一电压比较电路和一信号放大电路；所述单片机控制器的第一输入端接输出电流采样端；所述单片机控制器的第二输入端接输出电压采样端；所述单片机控制器的第一输出端接电流比较电路的同相输入端；所述单片机控制器的第二输出端接电压比较电路的同相输入端。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述电流比较电路包括运算放大器U1、电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、C2；所述电压比较电路包括运算放大器U2、电阻R5、R6、R7、R8和电容C3、C4；所述信号放大电路包括运算放大器U3和电阻R9、R10、R11。
3.根据权利要求1至2任一权利要求所述的变换器，其特征在于：所述运算放大器U1的反相输入端接输出电流采样端；所述运算放大器U1的输出端接二极管D1的阳极；所述运算放大器U2的反相输入端接输出电压采样端；所述运算放大器U2的输出端接二极管D2的阳极。
4.根据权利要求1至2任一权利要求所述的变换器，其特征在于：所述运算放大器U3的反相输入端接二极管D1的阴极；所述运算放大器U3的同相输入端接二极管D2的阴极；所述运算放大器U3的输出端接DC/DC变换器的电源管理芯片。
5.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述单片机控制器采用8位单片机控制芯片。
6.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述单片机控制器采用MC68HC908JK3实现。
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