CN105305563A - 一种镍镉蓄电池充电控制电路及充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍镉蓄电池充电控制电路及充电器。所述镍镉蓄电池充电控制电路包括电源变换器、滤波器、电流检测子电路、电压负斜率检测子电路、涓流控制信号发生子电路、恒流控制信号发生子电路、双闭环控制子电路和电流检测饱和子电路。电流检测子电路获取充电电流检测信号，通过同相放大器处理后输出至电压负斜率检测子电路，电压负斜率检测子电路在检测到电压开始降低的临界点时，输出控制信号至恒流控制信号发生子电路，双闭环控制子电路通过涓流控制信号、恒流控制信号和电流反馈信号进行闭环反馈调节，实现电压负斜率检测，解决了浮充充电模式下充电器的输出电压不稳定的问题。

Description

一种镍镉蓄电池充电控制电路及充电器

技术领域

本发明实施例涉及充电技术，尤其涉及一种镍镉蓄电池充电控制电路及充电器。

背景技术

蓄电池充电器是一种较为特殊的电源变换器，其输出特性应与蓄电池的化学特性相适应，以保证在实现对电池快速充电且能够充满电的条件下，延长电池的使用寿命。

镍镉蓄电池实现从恒流模式到浮充充电模式的切换一般采用检测其充电电压负斜率的方法，即在恒流模式下，充电电压持续升高，当电压达到拐点，开始下降时，认为电量较为充足，可以转为浮充充电模式。然而，能够检测电压负斜率的集成芯片大多只能直接应用于小功率充电器。而对于航空镍镉电池，特别是飞机主蓄电池，电池容量较大，其充电器功率较大，难以直接采用该类具有电压负斜率检测功能的集成芯片实施控制。并且由于充电器需要实现恒压控制和恒流控制，然而，由于采样电阻很小，通过所述采样电阻的电流为小电流，将检测到的小电流应用到充电器的恒压控制和恒流控制时，可能会产生空载或轻载(浮充充电模式)情况，此时控制环路不稳定，容易导致充电器的输出电压波动，进而影响蓄电池的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种镍镉蓄电池充电控制电路及充电器，以实现通过使用检测电压负斜率的集成芯片实现镍镉蓄电池充电电压的负斜率检测，还解决了浮充充电模式下充电器的输出电压不稳定的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种镍镉蓄电池充电控制电路，包括电源变换器、滤波器、电流检测子电路、电压负斜率检测子电路、涓流控制信号发生子电路、恒流控制信号发生子电路、双闭环控制子电路和电流检测饱和子电路；

所述电源变换器，用于获取电源电压，对所述电源电压进行电压转换，输出符合预设要求的输出电压和输出电流至控制电路的输出端；

所述滤波器连接于所述电源变换器与控制电路的输出端之间，用于滤除所述输出电压和所述输出电流中的纹波信号；

所述电流检测子电路与控制电路的输出端相连，用于获取充电电流检测信号，通过同相放大器处理所述充电电流检测信号后输出至所述电压负斜率检测子电路，以及，通过反相放大器处理所述充电电流检测信号得到电流反馈信号，输出所述电流反馈信号至所述电流检测饱和子电路；

所述电压负斜率检测子电路通过同相放大器与所述电流检测子电路相连，以及与控制电路的输出端相连，用于获取同相放大处理的充电电流检测信号以及所述输出电压，输出负斜率检测信号至所述恒流控制信号发生子电路；

所述涓流控制信号发生子电路与控制电路的输出端相连，用于获取所述输出电压，分别向所述双闭环控制子电路以及所述电流检测饱和子电路输出涓流控制信号；

所述恒流控制信号发生子电路分别连接所述电压负斜率检测子电路以及控制电路的输出端，用于获取所述负斜率检测信号以及所述输出电压，输出恒流控制信号至所述双闭环控制子电路；

所述电流检测饱和子电路通过反相放大器连接所述电流检测子电路，以及，与所述涓流控制信号子电路相连，用于获取所述电流反馈信号以及所述涓流控制信号，根据所述涓流控制信号取值为高电平或低电平调整所述电流反馈信号得到电流反馈电压信号，输出所述电流反馈电压信号至所述双闭环控制子电路；

所述双闭环控制子电路分别连接所述涓流控制信号发生子电路、所述恒流控制信号发生子电路和所述电流检测饱和子电路，用于获取所述涓流控制信号、所述恒流控制信号、所述电流反馈电压信号和所述输出电压，输出反馈控制信号至所述电源变换器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种充电器，所述充电器包括上述第一方面提供的控制电路。

本发明通过同相放大器输出放大后的充电电流检测信号至电压负斜率检测子电路，电压负斜率检测子电路根据输出电压和所述充电电流检测信号检测电压开始降低的临界点，在检测到该临界点时，输出控制信号至所述恒流控制信号发生子电路，恒流控制信号发生子电路输出恒流控制信号至双闭环控制子电路，涓流控制信号发生子电路输出涓流控制信号至所述双闭环控制子电路，通过反相放大器对检测电路进行反相直流偏置处理得到电流反馈信号，电流反馈信号输入至电流检测饱和子电路，通过双闭环控制子电路进行闭环反馈调节，使充电器工作于涓流充电模式、恒流充电模式或浮充充电模式，并在浮充充电模式下提供稳定的浮充电压。本发明解决大功率充电器难以直接采用具有电压负斜率检测功能的集成芯片实施控制的问题，并且解决了闭环控制电路不稳定，容易导致充电器的输出波动，进而影响镍镉蓄电池的使用寿命的问题，实现通过检测电压负斜率的集成芯片实现镍镉蓄电池充电电压的负斜率检测，降低充电器的成本，并且充电器输出稳定的效果，具有适航性好、可靠性高的优点。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种镍镉蓄电池充电控制电路的结构框图；

图2a是本发明实施例二中一种镍镉蓄电池充电控制电路的电路原理图；

图2b是本发明实施例二中一种镍镉蓄电池充电控制电路中同相放大器的电路原理图；

图2c是本发明实施例二中一种镍镉蓄电池充电控制电路中反相放大器的电路原理图；

图2d是本发明实施例二中一种镍镉蓄电池充电控制电路中电压负斜率检测子电路的电路原理图；

图2e是本发明实施例二中一种镍镉蓄电池充电控制电路中涓流控制信号发生子电路的电路原理图；

图2f是本发明实施例二中一种镍镉蓄电池充电控制电路中恒流控制信号发生子电路的电路原理图；

图2g是本发明实施例二中一种镍镉蓄电池充电控制电路中电流检测饱和子电路及双闭环控制子电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种镍镉蓄电池充电控制电路的结构框图，具体包括：

电源变换器1、滤波器2、电流检测子电路3、电压负斜率检测子电路6、涓流控制信号发生子电路7、恒流控制信号发生子电路8、双闭环控制子电路9和电流检测饱和子电路10。

所述电源变换器1，用于获取电源电压，对所述电源电压进行电压转换，输出符合预设要求的输出电压和输出电流至控制电路的输出端。

所述滤波器2连接于所述电源变换器1与控制电路的输出端之间，用于滤除所述输出电压和所述输出电流中的纹波信号。

所述电流检测子电路3与控制电路的输出端相连，用于获取充电电流检测信号，通过同相放大器5处理所述充电电流检测信号后输出至所述电压负斜率检测子电路6，以及，通过反相放大器4处理所述充电电流检测信号得到电流反馈信号，输出所述电流反馈信号至所述电流检测饱和子电路10，其中，所述充电电流为充电电路检测电阻上的电流。

所述电压负斜率检测子电路6通过同相放大器5与所述电流检测子电路3相连，以及与控制电路的输出端相连，用于获取同相放大处理的充电电流检测信号以及所述输出电压，根据所述充电电流检测信号随时间的变化曲线，以及所述输出电压随时间的变化曲线确定在为蓄电池充电过程中产生负斜率的临界点，在检测到所述临界点时输出负斜率检测信号至所述恒流控制信号发生子电路8。

所述涓流控制信号发生子电路7与控制电路的输出端相连，用于获取所述输出电压，将所述输出电压与涓流充电门槛值(预设的基准电压)进行比较，根据比较结果确定第一涓流充电控制信号为高电平或低电平；再根据所述第一涓流充电控制信号与预设的涓流充电控制信号的逻辑电平生成涓流控制信号，分别向所述双闭环控制子电路9以及所述电流检测饱和子电路10输出涓流控制信号；例如，在所述第一涓流充电控制信号与预设的涓流控制信号不同时为高电平时，生成有效的涓流控制信号，在所述第一涓流充电控制信号与预设的涓流控制信号同时为高电平时，输出无效的涓流控制信号。

所述恒流控制信号发生子电路8分别连接所述电压负斜率检测子电路6以及控制电路的输出端，用于获取所述负斜率检测信号以及所述输出电压，将所述输出电压与恒流充电门槛值(预设的基准电压)进行比较，根据比较结果确定第一恒流充电控制信号为高电平或低电平；再根据所述电压负斜率检测信号与所述第一恒流充电控制信号的逻辑电平生成恒流控制信号，并输出所述恒流控制信号至所述双闭环控制子电路9；例如，在第一恒流充电控制信号与所述电压负斜率检测信号不同时为高电平时，生成有效的恒流控制信号，在第一恒流充电控制信号与所述电压负斜率检测信号同时为高电平时，生成无效的恒流控制信号。

所述电流检测饱和子电路10通过反相放大器4连接所述电流检测子电路3，以及，与所述涓流控制信号子电路7相连，用于获取所述电流反馈信号以及所述涓流控制信号，根据所述涓流控制信号取值为高电平或低电平调整所述电流反馈信号得到电流反馈电压信号，输出所述电流反馈电压信号至所述双闭环控制子电路9；

所述双闭环控制子电路9分别连接所述涓流控制信号发生子电路7、所述恒流控制信号发生子电路8和所述电流检测饱和子电路10，用于获取所述涓流控制信号、所述恒流控制信号、所述电流反馈电压信号和所述输出电压，根据恒流控制信号和涓流控制信号确定所述输出电压输入至电压环的分压，根据输入的所述分压与参考电压通过电压负反馈调节确定输出至电流环的控制电压信号；根据涓流控制信号、所述控制电压信号和电流检测饱和子电路10输出的所述电流反馈电压信号通过电流负反馈调节确定输出至所述电源变换器1的反馈控制信号。

该控制电路的工作原理：电流检测子电路3获取充电电路检测电阻上的输出电流作为充电电流检测信号。在大功率产品中，为减小功耗，通常该充电电路检测电阻的阻值会非常小，进而，充电电流检测信号“Batt-”对应的检测电压会非常小，需经过同相放大器5进行同相放大处理。经同相放大后,同相放大器5输出充电电流检测信号至所述电压负斜率检测子电路6。通过所述电压负斜率检测子电路6检测负斜率产生的临界点。在正常充电时，所述电压负斜率检测子电路6的充电管理芯片输出的负斜率检测信号为低电平；当检测到负斜率产生的临界点时，所述电压负斜率检测子电路6的充电管理芯片输出的负斜率检测信号翻转为高电平。所述恒流控制子电路8根据负斜率检测信号、输出电压以及恒流充电门槛值(预设的参考电压)生成恒流控制信号，实现输出电压(即电池电压)较低或者是未检测到负斜率，恒流控制信号有效，只有二者都不满足的条件下恒流控制信号无效。所述涓流控制子电路7根据输出电压、涓流充电门槛值(预设的小于恒流充电门槛值的参考电压)以及预设的涓流充电控制信号生成涓流控制信号，实现输出电压(电池电压)较低或检测到预设的涓流充电控制信号为低电平时，涓流控制信号有效。所述双闭环控制子电路9获取所述涓流控制信号和所述恒流控制信号，除此之外，充电电流检测信号“Batt-”输入直流偏置反相放大器进行反相放大并加一个5V的直流偏置电压后，输出电流反馈信号“Ios”至所述电流检测饱和子电路10。在涓流控制信号有效时，输出反馈控制信号至所述电源变换器，使充电器工作于涓流充电模式。在涓流控制信号无效且恒流控制信号有效时，输出反馈控制信号至所述电源变换器1，使充电器工作于恒流充电模式。在涓流控制信号和恒流控制信号均无效时，输出反馈控制信号至所述电源变换器1，使充电器工作于浮充充电模式。

本实施例的技术方案解决大功率充电器难以直接采用具有电压负斜率检测功能的集成芯片实施控制的问题；并且通过将充电电流检测信号输入至直流偏置反相放大器进行反相放大并加一个直流偏置电压，输出电流反馈信号的方式解决了因输出电流较小使闭环控制电路不稳定，容易导致充电器的输出波动，进而影响蓄电池的使用寿命的问题，实现通过检测电压负斜率的集成芯片实现蓄电池充电电压的负斜率检测，降低充电器的成本，并且充电器输出稳定的效果，具有适航性好、可靠性高的优点。

在本实施例的技术方案的基础上，优选的将所述电压负斜率检测子电路具体优化为包括可编程电池充电管理芯片、启动子电路和补偿子电路。

所述可编程电池管理芯片通过启动子电路与控制电路的输出端相连，用于获取所述输出电压和充电电流检测信号，并输出负斜率检测信号至所述恒流控制信号发生子电路。所述启动子电路与直流电源以及控制电路的输出端相连，用于确保所述可编程电池管理芯片接通直流电源的时间早于检测到所述输出电压的时间。其中，所述启动子电路优选为包括电阻、稳压管、二极管、电容、第四三极管和第五三极管；直流电源通过第四电阻对电容充电，在所述电容的电压达到稳压管的反向击穿电压时，使所述第五三极管导通，所述第五三极管输出使能信号至所述第四三极管的基极，使所述第四三极管导通，输出电压通过第三十三电阻和所述第四三极管输入至所述可编程电池管理芯片。

所述补偿子电路与所述可编程电池管理芯片的电流检测引脚相连，用于为所述电流检测引脚提供偏置信号，以保证在获取的同相放大处理后的充电电流检测信号小于预设的电流阈值时，所述可编程电池管理芯片不发生逻辑错误。其中，所述补偿子电路优选为包括串联的二极管和电阻，所述电流检测引脚通过所述二极管和电阻接地。

在本实施例的技术方案的基础上，进一步优选的，双闭环控制子电路为电压内环电流外环的双闭环控制电路。

电压环分别与所述涓流控制信号发生子电路、所述恒流控制信号发生子电路、控制电路的输出端相连，用于获取涓流控制信号、恒流控制信号和输出电压，输出控制电压信号至电流环；

电流环分别与所述涓流控制信号发生子电路、所述电流检测饱和子电路和所述电压环相连，用于获取涓流控制信号、所述电流反馈电压信号和所述控制电压信号，输出反馈控制信号至所述电源变换器的反馈输入端；

在所述涓流控制信号和所述恒流控制信号中至少有一个为高电平时，所述控制电压信号为电压环中运算放大器的饱和电压，所述电流环输出反馈控制信号至所述电源变换器，使充电器处于恒流充电模式或涓流充电模式；

在所述涓流控制信号和所述恒流控制信号同时为低电平时，所述电流反馈电压信号的电压值不变，所述电流环跟踪所述电压环的控制电压信号，输出反馈控制信号至所述电源变换器，使充电器处于浮充充电模式并输出恒定的浮充电压。

实施例二

如图2a所示，所述蓄电池充电控制电路包括电源变换器、滤波器L1和充电电路检测电阻R11，所述电源变换器的输出端正极串联所述滤波器L1作为充电器的输出正极，所述电源变换器的输出端负极串联所述充电电路检测电阻R11作为充电器的输出负极，其中，所述控制电路的输出端包括充电器的输出正极和充电器的输出负极。所述充电器的输出正极通过电解电容C2接地，其中，所述电解电容C2的阳极连接滤波器L1的一端，电解电容C2的阴极连接所述充电电路检测电阻R11的一端。充电器的输出正极与充电器的输出负极串接有电解电容C3。

如图2d所示，该蓄电池充电控制电路还包括电压负斜率检测子电路6，该电压负斜率检测子电路6包括可编程电池充电管理芯片，例如，MAX713。直流电源Vss通过电阻R41接入所述可编程电池管理芯片的电源引脚，直流电源Vss对地接退耦电容C15。所述可编程电池充电管理芯片(MAX713)的电流检测引脚连接所述同相放大器的输出端，用于接收经同相放大处理的充电电流检测信号713Batt-。以及，电流检测引脚串联二极管D6和电阻R42后接地，电流检测引脚对地串接二极管D6和电阻R42，用于为所述电流检测引脚提供偏置信号，以保证在获取的同相放大处理后的充电电流检测信号小于预设的电流阈值时，所述可编程电池管理芯片不发生逻辑错误。如图2b所示，充电电流检测信号Batt-通过电阻R3输入至运算放大器U2的同相输入端，运算放大器U2的反相输入端串联电阻R2后接地，运算放大器U2的输出端串联电阻R1后与运算放大器的反相输入端连接构成电压负反馈电路，运算放大器U2输出放大处理后的充电电流检测信号713Batt-至MAX713芯片的电流检测引脚。

所述可编程电池充电管理芯片的电池组正极引脚连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极电阻R33与充电器的输出正极Batt+连接，三极管Q4的基极通过电阻R35连接三极管Q5的集电极，三极管Q4的基极与发射极之间串接二极管D5，且二极管D5的阳极接三极管Q4的基极，二极管D5的阴极接三极管Q4的发射极。三极管Q5的发射极接地，三级管Q5的基极串联稳压管ZD1和电阻R4后接直流电源。三极管Q5的基极连接稳压管ZD1的阳极，三极管Q5基极与发射极之间串接电阻R34，稳压管ZD1的阴极接电容C11的一端，电容C11的另一端连接三极管Q5的发射极。上述元件构成启动子电路以控制可编程电池充电管理芯片的供电电源(直流电源)Vss与输出电压检测信号(输出电压)的上电时序，直流电源Vss上电后，通过电阻R4对电容C11进行充电，当电容C11的电压高于稳压管ZD1反向击穿电压时，三极管Q5导通，使得三极管Q4同时导通，输出电压检测信号“Batt+”通过电阻R33输入到可编程电池充电管理芯片的电池组正极引脚，实现了可编程电池充电管理芯片先上电，并经过足够的延时后才检测到输出电压检测信号“Batt+”，从而保证芯片的逻辑正确。

充电状态输出引脚连接所述恒流控制信号发生子电路8中与非门U9的一端，以输出负斜率检测信号CC2至恒流控制信号发生子电路8。所述充电状态输出引脚通过电阻R37连接直流电源Vss，所述快速充电状态输出引脚与电阻R37连接的一端通过电容C13接地，其中，电容C13为信号滤波电容。在正常充电时，MAX713芯片输出的负斜率检测信号CC2为低电平；当MAX713芯片检测到负斜率产生的临界点时(输出电压曲线出现拐点)，确定检测到输出电压增长出现负斜率，输出的负斜率检测信号CC2翻转为高电平。

如图2e所示，该蓄电池充电控制电路还包括涓流控制信号发生子电路7，该涓流控制信号发生子电路7包括：运算放大器U5和与非门U10。

充电器的输出正极通过电阻R43连接运算放大器U5的同相输入端，电阻R43与运算放大器U5的公共端通过电阻R45接地，电阻R45的两端并联电容C16。

运算放大器U5的反相输入端通过电阻R5连接参考电压源，电阻R5与运算放大器U5的连接的一端通过电容C18接地，运算放大器U5的输出端连接与非门U10的第一输入端；运算放大器U5的输出端连接二极管D7的阳极，二极管D7的阴极通过电阻R47连接运算放大器U5的同相输入端；直流电源Vss通过电阻R38连接运算放大器U5的输出端，运算放大器U5的输出端对地接电容C21。与非门U10的第二输入端接预设的涓流充电控制信号LC2，与非门U10的输出端分别连接所述双闭环控制子电路9和所述电流检测饱和子电路10，向所述双闭环控制子电路9和所述电流检测饱和子电路10输出涓流控制信号LCctrl。其中，涓流充电控制信号LC2可以根据需要设置，如可以设置为温度使能信号。

电压检测信号“Batt+”经过电阻R43和R45分压后输入运算放大器U5的同相输入端，通过运算放大器U5将其同相输入端的信号与参考电压源(例如，可以选择5V电源)的输入信号(涓流充电门槛值，取值小于恒流充电门槛值)进行比较。在所述同相输入端的信号电压值低于所述参考电压源的输入信号电压值时，运算放大器U5输出信号LC1为低电平；在所述同相输入端的信号大于所述参考电压源的输入信号时，运算放大器U5输出信号LC1为高电平。在LC1和LC2中任意一个输入信号为低电平时，涓流控制信号LCctrl有效。

如图2f所示，该蓄电池充电控制电路还包括恒流控制信号发生子电路8，该恒流控制信号发生子电路8包括：运算放大器U6和与非门U9。

充电器的输出正极通过电阻R44连接运算放大器U6的同相输入端，电阻R44与运算放大器U6连接的一端通过电阻R46接地，电阻R46的两端并联电容C17。运算放大器U6的反相输入端通过电阻R6连接参考电压源，电阻R6与运算放大器U6连接的一端通过电容C19接地。运算放大器U6的输出端连接与非门U9的第一输入端；运算放大器U6的输出端连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极通过电阻R48连接运算放大器U6的同相输入端，运算放大器U6的输出端通过电阻R39连接直流电源Vss。运算放大器U6的输出端通过电容C20接地。与非门U9的第二输入端连接所述电压负斜率检测子电路6的输出端，与非门U9的输出端连接所述双闭环控制子电路9，向所述双闭环控制子电路9输出恒流控制信号CCctrl。

当电压检测信号“Batt+”经电阻R44和电阻R46分压后输入至运算放大器的同相输入端，通过运算放大器U5将其同相输入端的信号与参考电压源(例如，可以选择5V电源)的输入信号(恒流充电门槛值)进行比较。在所述同相输入端的信号电压值低于所述参考电压源的输入信号电压值时，运算放大器U6输出信号CC1为低电平；在所述同相输入端的信号电压值高于所述参考电压源的输入信号电压值时，运算放大器U6输出信号CC1为高电平。在CC1和CC2中任意一个输入信号为低电平时，涓流控制信号CCctrl有效。若CC1和CC2两个输入信号均为高电平时，涓流控制信号CCctrl无效。

如图2g所示，该蓄电池充电控制电路还包括电流检测饱和子电路10，该电流检测饱和子电路10包括：场效应管Q1(如N沟道增强型MOS管)和基准电压芯片U7(如TL431芯片)。

场效应管Q1的栅极通过电阻R12和二极管D1连接涓流控制信号发生子电路7的输出端，场效应管Q1的源极接地。场效应管Q1的栅极与源极之间串接电阻R15，电阻R15两端并联电容C4。场效应管Q1的漏极通过电阻R19连接基准电压芯片U7的参考端。基准电压芯片U7的阳极接地，基准电压芯片U7的阴极通过电阻R26连接反相放大器的输出端。如图2c所示，充电电流检测信号Batt-通过电阻R1输入至运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U1的同相输入端串联电阻R9后连接参考电压源Vref(该参考电压源Vref通过电阻R9和电阻R7分压后输入至运算放大器U1的同相输入端)，运算放大器U1的输出端串联电阻R10后与运算放大器的反相输入端连接构成电压负反馈电路，运算放大器U1输出电流反馈信号“Ios”至电流检测饱和子电路10中基准电压芯片U7的阴极。基准电压芯片U7的阴极与参考端之间串接电阻R23，基准电压芯片U7的阳极与参考端之间串接电阻R21。电阻R23与电阻R26的公共端为所述电流检测饱和子电路10的输出端。电流反馈信号“Ios”输入可控精密稳压源TL431芯片获得电压值可控的电流反馈电压信号，根据输入的涓流控制信号确定输出的电流反馈电压信号的电压值。

该蓄电池充电控制电路还包括双闭环控制子电路9，所述双闭环控制子电路9为电压内环电流外环的闭环控制电路。其中，电压环中运算放大器U4的反相输入端通过电阻R17和电阻R31连接充电器的输出正极。电阻R17与电阻R31的公共端通过电阻R32接地，并且电阻R17与电阻R31的公共端通过电阻R30连接场效应管Q3(如N沟道增强型MOS管)的漏极。运算放大器U4的反相输入端通过电阻R28和电容C10连接运算放大器U4的输出端。参考电压源(例如，可以选择5V电源)通过电阻R29连接运算放大器U4的同相输入端，运算放大器U4的同相放大器通过电容C8接地。场效应管Q3的源极接地。场效应管Q3的栅极与源极之间串接电阻R18，在电阻R18的两端并联电容C9。场效应管Q3的栅极通过电阻R14和二极管D3连接涓流控制信号发生子电路7中与非门U10的输出端。二极管D3的阴极与电阻R14的公共端连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接恒流控制信号发生子电路8中与非门U9的输出端。运算放大器U4的输出端连接电流环。

电流环包括运算放大器U3和晶体管Q2。运算放大器U3的同相输入端通过电阻R22连接参考电压源(例如，可以选择5V电源)，运算放大器U3的同相输入端通过电容C6接地。运算放大器U3的反相输入端通过电阻R24连接所述电流检测饱和子电路10的输出端，运算放大器U3的反相输入端与电阻R24的公共端通过电阻R25连接场效应管Q2(如N沟道增强型MOS管)的漏极，场效应管Q2的源极接地。运算放大器U3的反相输入端通过电阻R20和电容C5连接运算放大器U3的输出端。场效应管Q2的栅极通过电阻R13和二极管D2连接涓流控制信号发生子电路7的输出端。场效应管Q2的栅极与源极之间串接电阻R16，电阻R16两端串联电容C7。运算放大器U3的输出端连接所述电源变换器的反馈输入端。

当涓流控制信号LCctrl有效(高电平)时，场效应管Q1和场效应管Q2导通，所述电流检测饱和子电路10中电阻R19并联至电阻R21的两端，使基准电压芯片U7参考端的电压达不到基准电压芯片U7的导通电压，基准电压芯片U7截止。电流反馈信号“Ios”通过电阻R26和电阻R24输入至电流环的运算放大器U3的反相输入端，同时，运算放大器U3的反相输入端通过电阻R25与场效应管Q2接地，从而实现涓流控制。

当涓流控制信号LCctrl无效(低电平)，恒流控制信号CCctrl有效(高电平)时，场效应管Q1和场效应管Q2截止，电流环的运算放大器U3的反相输入端对地开路，而通过电阻R21和电阻R23将基准电压芯片U7的阴极电压限制在饱和电压(对于TL431是4.7V左右)。场效应管Q3导通，电阻R30与电阻R32并联，并联后的电阻R30和电阻R32的电阻网络和电阻R31的分压比减小，电压检测信号“Batt+”的电压值将高于预设的浮充电压设置值，电压环输出饱和，运算放大器U4的输出端电压为运算放大器U4的饱和电压，电流反馈信号“Ios”的电压低于4.7V，基准电压芯片U7截止。(由于电流反馈信号“Ios”是经过反相放大器进行反相放大并加一个5V的直流偏置电压得到，当输出电流越高时，电流反馈信号“Ios”的值越小。)电流反馈电压信号通过电阻R26和电阻R24输入至电流环的运算放大器U3的反相输入端，电流环单独作用实现恒流控制。

当涓流控制信号LCctrl无效(低电平)，恒流控制信号CCctrl无效(低电平)时，场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3均截止，充电器的输出电压为恒定的浮充电压，输出电流较小，接近空载状态，电流反馈信号“Ios”的电压高于4.7V，基准电压芯片U7导通，基准电压芯片U7的阴极输出电流反馈电压信号的电压被限制为4.7V饱和电压，电压环单独作用实现浮充控制，此时，电流环相当于一个带直流电压偏置的静态放大器，输出电压控制比较稳定，解决了浮充充电模式下充电器的输出电压不稳定的问题。

本发明实施例还提供了一种充电器，所述充电器包括上述实施例提供的控制电路。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种镍镉蓄电池充电控制电路，包括电源变换器和滤波器，其特征在于，还包括：电流检测子电路、电压负斜率检测子电路、涓流控制信号发生子电路、恒流控制信号发生子电路、双闭环控制子电路和电流检测饱和子电路；

所述电源变换器，用于获取电源电压，对所述电源电压进行电压转换，输出符合预设要求的输出电压和输出电流至控制电路的输出端；

所述滤波器连接于所述电源变换器与控制电路的输出端之间，用于滤除所述输出电压和所述输出电流中的纹波信号；

所述电流检测子电路与控制电路的输出端相连，用于获取充电电流检测信号，通过同相放大器处理所述充电电流检测信号后输出至所述电压负斜率检测子电路，以及，通过反相放大器处理所述充电电流检测信号得到电流反馈信号，输出所述电流反馈信号至所述电流检测饱和子电路；

所述电压负斜率检测子电路通过同相放大器与所述电流检测子电路相连，以及与控制电路的输出端相连，用于获取同相放大处理的充电电流检测信号以及所述输出电压，输出负斜率检测信号至所述恒流控制信号发生子电路；

所述涓流控制信号发生子电路与控制电路的输出端相连，用于获取所述输出电压，分别向所述双闭环控制子电路以及所述电流检测饱和子电路输出涓流控制信号；

所述恒流控制信号发生子电路分别连接所述电压负斜率检测子电路以及控制电路的输出端，用于获取所述负斜率检测信号以及所述输出电压，输出恒流控制信号至所述双闭环控制子电路；

所述电流检测饱和子电路通过反相放大器连接所述电流检测子电路，以及，与所述涓流控制信号子电路相连，用于获取所述电流反馈信号以及所述涓流控制信号，根据所述涓流控制信号取值为高电平或低电平调整所述电流反馈信号得到电流反馈电压信号，输出所述电流反馈电压信号至所述双闭环控制子电路；

所述双闭环控制子电路分别连接所述涓流控制信号发生子电路、所述恒流控制信号发生子电路和所述电流检测饱和子电路，用于获取所述涓流控制信号、所述恒流控制信号、所述电流反馈电压信号和所述输出电压，输出反馈控制信号至所述电源变换器。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电压负斜率检测子电路包括：可编程电池充电管理芯片、启动子电路和补偿子电路；

所述可编程电池管理芯片通过启动子电路与控制电路的输出端相连，用于获取所述输出电压和充电电流检测信号，并输出负斜率检测信号至所述恒流控制信号发生子电路；

所述启动子电路与直流电源以及控制电路的输出端相连，用于确保所述可编程电池管理芯片接通直流电源的时间早于检测到所述输出电压的时间；

所述补偿子电路与所述可编程电池管理芯片的电流检测引脚相连，用于为所述电流检测引脚提供偏置信号，以保证在获取的同相放大处理后的充电电流检测信号小于预设的电流阈值时，所述可编程电池管理芯片不发生逻辑错误。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述启动子电路包括电阻、稳压管、二极管、电容、第四三极管和第五三极管；

直流电源通过第四电阻对电容充电，在所述电容的电压达到稳压管的反向击穿电压时，使所述第五三极管导通，所述第五三极管输出使能信号至所述第四三极管的基极，使所述第四三极管导通，输出电压通过第三十三电阻和所述第四三极管输入至所述可编程电池管理芯片。

4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述补偿子电路包括串联的二极管和电阻，所述电流检测引脚通过所述二极管和电阻接地。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述双闭环控制子电路为电压外环电流内环的双闭环控制电路；

电压环分别与所述涓流控制信号发生子电路、所述恒流控制信号发生子电路、控制电路的输出端相连，用于获取涓流控制信号、恒流控制信号和输出电压，输出控制电压信号至电流环；

电流环分别与所述涓流控制信号发生子电路、所述电流检测饱和子电路和所述电压环相连，用于获取涓流控制信号、所述电流反馈电压信号和所述控制电压信号，输出反馈控制信号至所述电源变换器的反馈输入端；

在所述涓流控制信号和所述恒流控制信号中至少有一个为高电平时，所述电压环输出所述控制电压信号调节所述电流环的参考电压，所述电流环输出反馈控制信号至所述电源变换器，使充电器处于恒流充电模式或涓流充电模式；

在所述涓流控制信号和所述恒流控制信号同时为低电平时，所述电流反馈电压信号的电压值不变，所述电流环跟踪所述电压环的控制电压信号，输出反馈控制信号至所述电源变换器，使充电器处于浮充充电模式并输出恒定的浮充电压。

6.一种充电器，其特征在于包括如权利要求1至5中任一所述的控制电路。