CN107769277B - 一种恒流控制的充电系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于充电控制技术领域，提供了一种恒流控制的充电系统与方法，通过降压模块对电压源进行降压，并将降压后的电压传输给恒流控制模块，接着恒流控制模块将降压后的电压输出给电池充电，同时检测反馈模块检测电池的充电电压，并根据电池的充电电压和电池的额定电压控制恒流控制模块对电池充电或者停止对电池充电。由此实现了当电池充满时自动断开充电，以及当电池电压过低于设定值时自动为电池进行恒流充电的效果，保证了电池始终处于满电压状态，同时充电过程无须人员干预，大大减少了人力物力，解决了现有的充电控制系统存在着无法实现全自主充电，以及无法实现过压保护和过充保护的问题。

Description

一种恒流控制的充电系统与方法

技术领域

本发明属于充电控制技术领域，特别是涉及一种恒流控制的充电系统与方法。

背景技术

近年来，随着电动自行车与电动车的普及与应用，电池的使用也越来越广泛，因此对电池的充电变得越来越重要。而对电池的充电断开和充电接入时刻的判定，是保证电池不出现过充或者过放欠压有效措施；若是只对单一的电压进行判断时，会出现电池一次充电完成后(如果不进行断电复位)不能再次进行充电，因此需要对电池充电完成和电池需要充电两种状态进行判断。

另外，现在越来越多的系统需要使用电池作为系统的备用电源，而电池经过长时间放置以后会由于放电造成电压降低，以往的做法是人员定期去行动为电池充电，这太过耗费人力物力。因此需要一个控制电路来完成电池的自动充电管理，而现有的充电控制系统无法实现全自主充电，以及无法实现过压保护和过充保护。

因此，现有的充电控制系统存在着无法实现全自主充电，以及无法实现过压保护和过充保护的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种恒流控制的充电系统与方法，旨在解决现有的充电控制系统存在着无法实现全自主充电，以及无法实现过压保护和过充保护的问题。

本发明提供了一种恒流控制的充电系统，所述充电系统包括：

降压模块、恒流控制模块以及检测反馈模块；

所述降压模块的输入端接电压源，所述降压模块的输出端接所述恒流控制模块的接收端，所述恒流控制模块的输出端接电池，所述检测反馈模块的输入端接所述电池，所述检测反馈模块的输出端接所述恒流控制模块的输入端；

所述降压模块对所述电压源进行降压，并将降压后的电压传输给所述恒流控制模块；

所述恒流控制模块将降压后的电压输出给所述电池充电；

所述检测反馈模块检测所述电池的充电电压，并根据所述电池的充电电压和所述电池的额定电压控制所述恒流控制模块对所述电池充电或者停止对所述电池充电。

本发明还提供了一种基于上述充电系统的恒流控制的充电方法，所述充电方法包括以下步骤：

A.所述降压模块用于对所述电压源进行降压，并将降压后的电压传输给所述恒流控制模块；

B.所述恒流控制模块用于将降压后的电压输出给所述电池充电；

C.所述检测反馈模块用于检测所述电池的充电电压，并根据所述电池的充电电压和所述电池的额定电压控制所述恒流控制模块对所述电池充电或者停止对所述电池充电。

综上所述，本发明提供了一种恒流控制的充电系统与方法，该充电系统包括降压模块、恒流控制模块以及检测反馈模块，降压模块对电压源进行降压，并将降压后的电压传输给恒流控制模块，接着恒流控制模块将降压后的电压输出给电池充电，同时检测反馈模块检测电池的充电电压，并根据电池的充电电压和电池的额定电压控制恒流控制模块对电池充电或者停止对电池充电。由此实现了当电池充满时自动断开充电，以及当电池电压过低于设定值时自动为电池进行恒流充电的效果，保证了电池始终处于满电压状态，同时充电过程无须人员干预，大大减少了人力物力，解决了现有的充电控制系统存在着无法实现全自主充电，以及无法实现过压保护和过充保护的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的恒流控制的充电系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的恒流控制的充电系统的示例电路图。

图3为本发明另一实施例提供的恒流控制的充电方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的恒流控制的充电系统与方法，通过对电池105的充电电压进行检测，防止过压和过充，再通过恒流控制模块103中的三极管Q1的开关频率实现以恒定电流对电池105充电。对电池105充电时，电池105的电压不断上升,为保护电池105需要防止充电电压出现超过电池105的额定电压，以避免电池105的损坏；另外为了防止电池105过度放电，需要在电池105电压低于一定值时重新开启充电。同时为了防止充电电流过大损坏充电器,充电过程需要对充电电流实现监测和控制。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例提供的恒流控制的充电系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

该恒流控制的充电系统包括降压模块102、恒流控制模块103以及检测反馈模块104。

降压模块102的输入端接电压源，降压模块102的输出端接恒流控制模块103的接收端，恒流控制模块103的输出端接电池105，检测反馈模块104的输入端接电池105，检测反馈模块104的输出端接恒流控制模块103的输入端。

降压模块102对电压源101进行降压，并将降压后的电压传输给恒流控制模块103；

恒流控制模块103将降压后的电压输出给电池105充电；

检测反馈模块104检测电池105的充电电压，并根据电池105的充电电压和电池105的额定电压控制恒流控制模块103对电池105充电或者停止对电池105充电。

作为本发明一实施例，检测反馈模块104控制恒流控制模块103对电池105充电或者停止对电池105充电的过程具体为：

当电池105的充电电压超过电池105的额定电压时，检测反馈模块104输出高电平信号控制恒流控制模块停止对电池105充电；

当电池105的充电电压低于预设电压值时，检测反馈模块104输出低电平信号控制恒流控制模块103对电池105充电。

图2出了本发明实施例提供的恒流控制的充电系统的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，降压模块102包括电阻R6，所述电阻R6的第一端和第二端分别为降压模块102的输入端和输出端。

作为本发明一实施例，恒流控制模块103包括：

恒流控制芯片U2、光耦OC1及三极管Q1；

所述光耦OC1的发光源的输入端为所述恒流控制模块103的输入端，所述光耦OC1的发光源的输出端接地，所述光耦OC1的受光器的输入端接所述恒流控制芯片U2的传输端PHC，所述光耦OC1的受光器的输出端接地，所述恒流控制芯片U2的接收端REC与所述电阻R6以及所述三极管Q1的集电极连接，所述恒流控制芯片U2的控制端CTRL接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极为所述恒流控制模块103的输出端。在本实施例中，恒流控制芯片U2采用了型号LM3409HV的控制芯片，当然，控制芯片的型号不作限定，只要能达到与本实施例恒流控制芯片U2所述的功能作用亦可。

作为本发明一实施例，检测反馈模块104包括：

定时器触发芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1及电容C2；

所述电阻R1的第一端与所述电阻R3的第一端同时接所述电池，所述电阻R1的第二端接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端接地，所述电阻R3的第二端接所述电阻R4的第一端，所述电阻R4的第二端接地，所述电阻R5的第一端与所述定时器触发芯片U1的电源端VDD同时接参考电压VCC，所述电阻R5的第二端通过所述电容C1接地，所述定时器触发芯片U1的接地端GND接地，所述定时器触发芯片U1的低门限电平比较端TRIG接所述电阻R1和所述电阻R2的公共连接端，所述定时器触发芯片U1的输出端OUT为所述检测反馈模块104的输出端，所述定时器触发芯片U1的复位端RESET接所述电阻R5和所述电容C1的公共连接端，所述定时器触发芯片U1的高门限电平比较端THRES接所述电阻R3和所述电阻R4的公共连接端，所述定时器触发芯片U1的电压控制端CONT通过所述电容C2接地。在本实施例中，定时器触发芯片U1采用了型号TLC555CD的触发芯片，当然，触发芯片的型号不作限定，只要能达到与本实施例定时器触发芯片U1所述的功能作用亦可。

作为本发明一实施例，电阻R5与电容C1构成RC复位电路，为定时器触发芯片U1提供足够长的复位时间。

作为本发明一实施例，光耦OC1的作用时对定时器触发芯片U1输出的电平信号进行电平转换，并将逻辑状态进行一次取反。

作为本发明一实施例，该三极管Q1也可以用MOS管代替，只要能起到与本发明三极管Q1所述的功能即可。

图3示出了本发明实施例提供的恒流控制的充电方法的步骤流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

基于上述的充电系统，该恒流控制的充电方法包括以下步骤：

S10.所述降压模块用于对所述电压源进行降压，并将降压后的电压传输给所述恒流控制模块；

S20.所述恒流控制模块用于将降压后的电压输出给所述电池充电；

S30.所述检测反馈模块用于检测所述电池的充电电压，并根据所述电池的充电电压和所述电池的额定电压控制所述恒流控制模块对所述电池充电或者停 止对所述电池充电。

作为本发明另一实施例，所述步骤S30具体包括以下步骤：

S301.当所述电池的充电电压超过所述电池的额定电压时，所述检测反馈模块输出高电平信号控制所述恒流控制模块停止对所述电池充电；

S302.当所述电池的充电电压低于预设电压值时，所述检测反馈模块输出低电平信号控制所述恒流控制模块对所述电池充电。

以下结合图2和图3对上述恒流控制的充电系统与方法的工作原理进行说明：

在上述充电系统中，系统通过对电池电压的判断来自动控制充电回路的工作与停止状态，实现自动充电，以保证电源系统始终处于电源充足状态。

该检测反馈模块104对应的电路包括一个定时器触发芯片U1，四个可变电阻R1、R2、R3及R4，一个定值电阻R5，两个定值电容C1和C2，电阻R1和电阻R2是用来调整允许充电的电平门限，电阻R3和电阻R4是用来调整充电禁止的电平门限，电阻R5和电容C1是作为定时器触发芯片U1的复位去抖电路，电容C2是输入滤波电容。

电池过放保护功能描述：

通过对电阻R1和电阻R2的阻值进行调整可以设定不同的低电平门限(电池自动充电开始时刻电平)，电池电压在经过电阻R1与电阻R2进行分压后，在电阻R2上分得的电压与VCC/3进行比较，当电阻R2上的电压低于VCC/3时，则定时器触发芯片U1的输出端OUT输出低电平信号，经过光耦OC1之后状态发生翻转，翻转后的逻辑电平变成高电平信号，在高电平信号的驱动下，恒流控制芯片U2开始工作，控制三极管Q1以一定频率的开关，开始对电池进行恒流充电。

电池过充保护功能描述：

通过对电阻R3和电阻R4的阻值进行调整可以设定不同的高电平门限(电池停止充电时刻电平)，电池的电压在经过电阻R3和电阻R4分压后，在电阻R4上分得的电压与VCC2/3进行比较，当电压高于2VCC/3时，则定时器触发 芯片U1的输出端OUT输出高电平信号，经过光耦OC1之后状态发生翻转，翻转后的逻辑电平变成高电平信号，在低电平信号的驱动下，恒流控制芯片U2控制三极管Q1关闭，停止对电池充电，以保护电池。

过流保护电路描述：

当电压源的电流通过电阻R6时，会在电阻R6上产生压降，通过读取电阻R6两端的电压，然后计算得到当前的电流值，此电流值再与设定的需求电流值进行作差，再根据测量值和设定值的差来的控制三极管Q1的开关频率，当电压差为正时，Q1的开关频率将升高，输出电流降低；当电压差为负时，Q1的开关频率将降低，输出电流升高。由此实现对电池进行恒流充电的效果。

综上所述，本发明实施例提供了一种恒流控制的充电系统与方法，该充电系统包括降压模块、恒流控制模块以及检测反馈模块，降压模块对电压源进行降压，并将降压后的电压传输给恒流控制模块，检测反馈模块根据电池的充电电压输出电平信号控制恒流控制模块是否对电池充电；当电池的充电电压超过电池的额定电压时，检测反馈模块输出高电平信号控制恒流控制模块停止对电池充电；当电池的充电电压低于预设电压值时，检测反馈模块输出低电平信号控制恒流控制模块对电池充电。由此实现了当电池充满时自动断开充电，以及当电池电压过低于设定值时自动为电池进行恒流充电的效果，保证了电池始终处于满电压状态，同时充电过程无须人员干预，大大减少了人力物力，解决了现有的充电控制系统存在着无法实现全自主充电，以及无法实现过压保护和过充保护的问题。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的步骤或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特 征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

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)

1.一种恒流控制的充电系统，其特征在于，所述充电系统包括：

降压模块、恒流控制模块以及检测反馈模块；

所述降压模块的输入端接电压源，所述降压模块的输出端接所述恒流控制模块的接收端，所述恒流控制模块的输出端接电池，所述检测反馈模块的输入端接所述电池，所述检测反馈模块的输出端接所述恒流控制模块的输入端；

所述降压模块对所述电压源进行降压，并将降压后的电压传输给所述恒流控制模块；

所述恒流控制模块将降压后的电压输出给所述电池充电；

所述检测反馈模块检测所述电池的充电电压，并根据所述电池的充电电压和所述电池的额定电压控制所述恒流控制模块对所述电池充电或者停止对所述电池充电；

所述检测反馈模块控制所述恒流控制模块对所述电池充电或者停止对所述电池充电的过程具体为：

当所述电池的充电电压超过所述电池的额定电压时，所述检测反馈模块输出高电平信号控制所述恒流控制模块停止对所述电池充电；

当所述电池的充电电压低于预设电压值时，所述检测反馈模块输出低电平信号控制所述恒流控制模块对所述电池充电；

所述降压模块包括电阻R6，所述电阻R6的第一端和第二端分别为所述降压模块的输入端和输出端；

所述恒流控制模块包括：

恒流控制芯片、光耦及三极管Q1；

所述光耦的发光源的输入端为所述恒流控制模块的输入端，所述光耦的发光源的输出端接地，所述光耦的受光器的输入端接所述恒流控制芯片的传输端，所述光耦的受光器的输出端接地，所述恒流控制芯片的接收端与所述电阻R6以及所述三极管Q1的集电极连接，所述恒流控制芯片的控制端接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极为所述恒流控制模块的输出端；

所述检测反馈模块包括：

定时器触发芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1及电容C2；

所述电阻R1的第一端与所述电阻R3的第一端同时接所述电池，所述电阻R1的第二端接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端接地，所述电阻R3的第二端接所述电阻R4的第一端，所述电阻R4的第二端接地，所述电阻R5的第一端与所述定时器触发芯片的电源端同时接参考电压，所述电阻R5的第二端通过所述电容C1接地，所述定时器触发芯片的接地端接地，所述定时器触发芯片的低门限电平比较端接所述电阻R1和所述电阻R2的公共连接端，所述定时器触发芯片的输出端为所述检测反馈模块的输出端，所述定时器触发芯片的复位端接所述电阻R5和所述电容C1的公共连接端，所述定时器触发芯片的高门限电平比较端接所述电阻R3和所述电阻R4的公共连接端，所述定时器触发芯片的电压控制端通过所述电容C2接地；

通过对电阻R1和电阻R2的阻值进行调整设定不同的低电平门限，电池电压在经过电阻R1与电阻R2进行分压后，在电阻R2上分得的电压与VCC/3进行比较，当电阻R2上的电压低于VCC/3时，则定时器触发芯片的输出端OUT输出低电平信号，经过光耦之后状态发生翻转，翻转后的逻辑电平变成高电平信号，在高电平信号的驱动下，恒流控制芯片开始工作，控制三极管以一定频率的开关，开始对电池进行恒流充电，所述VCC为参考电压；

通过对电阻R3和电阻R4的阻值进行调整设定不同的高电平门限，电池的电压在经过电阻R3和电阻R4分压后，在电阻R4上分得的电压与2VCC/3进行比较，当电压高于2VCC/3时，则定时器触发芯片的输出端输出高电平信号，经过光耦之后状态发生翻转，翻转后的逻辑电平变成高电平信号，在低电平信号的驱动下，恒流控制芯片控制三极管关闭，停止对电池充电，所述VCC为参考电压。

2.一种基于权利要求1所述的充电系统的恒流控制的充电方法，其特征在于，所述充电方法包括以下步骤：

A.所述降压模块用于对所述电压源进行降压，并将降压后的电压传输给所述恒流控制模块；

B.所述恒流控制模块用于将降压后的电压输出给所述电池充电；

C.所述检测反馈模块用于检测所述电池的充电电压，并根据所述电池的充电电压和所述电池的额定电压控制所述恒流控制模块对所述电池充电或者停止对所述电池充电。

3.如权利要求2所述的充电方法，其特征在于，所述步骤C具体包括以下步骤：

C1.当所述电池的充电电压超过所述电池的额定电压时，所述检测反馈模块输出高电平信号控制所述恒流控制模块停止对所述电池充电；

C2.当所述电池的充电电压低于预设电压值时，所述检测反馈模块输出低电平信号控制所述恒流控制模块对所述电池充电。