CN107834644B - 一种基于心电图机的智能充电方法及其充电电路 - Google Patents

一种基于心电图机的智能充电方法及其充电电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于心电图机的智能充电电路，包括连接直流输入的第一端子、连接电池的第二端子以及电输出端，其包括充电电压调节部分、充电状态反馈部分、智能控制部分；所述充电电压调节部分包括开关管PT1和PT3，二极管PD1、PD2、PD3和PD4，滤波电感PL5，以及滤波电容PE7；所述充电状态反馈部分包括输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路；所述智能控制部分包括一电源管理芯片，所述电源管理芯片具有连接所述输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路的输入端，产生PWM信号的输出端，其通过调整PWM信号的占空比实现对充电电压调节部分的控制。同时，本发明还提出基于心电图机的智能充电方法。

Description

一种基于心电图机的智能充电方法及其充电电路
技术领域
本发明属于心电技术领域，具体涉及一种基于心电图机的智能充电方法及其充电电路。
背景技术
心电图机是记录心脏生物电活动波形的生理功能检测仪器，可提供各种心脏病确诊和治疗的基本信息，有助于分析和认识各类心律失常，诊断多种心血管疾病，帮助了解某些药物和电解质紊乱以及酸碱失衡对心肌的影响等病理，因此心电图机在心脏病检查中具有重要的地位。
目前，主流心电图机都内置了可充电电池，使心电图机具备了便携性，方便了医护人员使用。心电图机可选用的内置电池种类繁多，规格多样，生产厂家基于市场定位考虑和基于产品安全性要求考虑，心电图机可选用多种材质的内置电池，包括锂离子电池、铅酸电池、聚合物电池等。常规心电图机规格较多，为了满足不同产品的性能和功能要求，内置电池的规格也呈现多样化，输出电压、输出电流、充电电流、饱和电压、电池容量等参数不尽相同。心电图机的充电电路一般设计在电源管理模块中，根据所选用的电池型号规格，在电源管理模块中设计相应的电池充电电路和充电控制方法。
为了实现电池的充电功能，常见的心电图机内置电池充电设计有两种：其一，根据所选电池的型号和规格，依据电池的额定电压，饱和电压，最大充电电流等参数，选用第三方专用的电池充电管理芯片实现充电功能设计。电池充电管理芯片具备恒流或恒压充电功能，高级的电池充电管理芯片同时具备恒流、恒压、快充、慢充功能。其二，根据所选电池的型号和规格，依据电池的额定电压，饱和电压，最大充电电流等参数定设计恒压源、恒流源或快慢二级恒流源电路，实现内置电池的恒压、恒流或快慢二级恒流充电。
以上两种方法是现在主流心电图机内置电池充电电路的设计方法，实现了电池充电功能，工艺简单，方案成熟，稳定性也较高，但也存在一些缺陷和不足：
第一，心电图机由于需要输出心电图报告，必须内置打印热敏片，热敏片的加热电压较高(7～24V)，加热电流较大(3A～8A)，这就决定了心电图机的内置电池的额定输出电压也较高，一般在10V以上，主流设计一般采用11.1V、14.8V等。市面上第三方专用的电池充电管理芯片大多数针对3.7V的电池，10V以上的电池充电管理芯片心电非常少，限制了心电图机的内置电池的选型。
第二，市面上第三方非3.7V的电池充电管理芯片价格较高，提高了心电图机的成本。
第三，自行设计的电池充电电路大多根据所选电池的材质和规格定制充电电路，一旦电池的材质和规格变化，就需要调整硬件电路，缺乏灵活性。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种基于心电图机的智能充电方法及其充电电路，具体技术内容如下：
一种基于心电图机的智能充电电路，包括连接直流输入的第一端子、连接电池的第二端子以及电输出端，其包括充电电压调节部分、充电状态反馈部分、智能控制部分；
所述充电电压调节部分包括开关管PT1和PT3，二极管PD1、PD2、PD3和PD4，滤波电感PL5，以及滤波电容PE7，所述开关管PT1、滤波电感PL5和二极管PD2依次串联接于第一端子和第二端子之间，所述开关管PT1的控制极经由开关管PT3接地，开关管PT3的控制极连接至的智能控制部分以接收PMW信号；所述滤波电感PL5的前端通过二极管PD1接地，其后端通过滤波电容PE7接地；所述二极管PD3连接于第一端子与电输出端之间，所述二极管PD4连接于第二端子与电输出端之间；
所述充电状态反馈部分包括输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路；所述输入电压采样电路连接第一端子以获取输入直流输入电压；所述二极管PD2与第二端子之间连接有一反馈电阻PR21，所述第一电池电压采样电路、第二电池电压采样电路分别连接至所述反馈电阻PR21两端；
所述智能控制部分包括一电源管理芯片，所述电源管理芯片具有连接所述输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路的输入端，产生PWM信号的输出端，其通过调整PWM信号的占空比实现对充电电压调节部分的控制。
于本发明的一个或多个实施例中，所述输入电压采样电路包括连接于第一端子与地端之间的分压电阻PR12和PR9，并由二者的连结点作出采样输出。
于本发明的一个或多个实施例中，所述第一电池电压采样电路包括连接于反馈电阻PR21前端与地端之间的分压电阻PR11和PR8，并由二者的连结点作出采样输出，所述分压电阻PR8的两端并联有电容PC1。
于本发明的一个或多个实施例中，所述第二电池电压采样电路包括反馈电阻PR21后端与地端之间的分压电阻PR10和PR7，并由二者的连结点作出采样输出，所述分压电阻PR7的两端并联有电容PC21。
于本发明的一个或多个实施例中，所述反馈电阻PR21的阻值为1欧姆。
一种基于心电图机的智能充电方法，通过上述的基于心电图机的智能充电电路实施，其包括以下步骤：
SO1，根据心电图机内置电池的规格，于电源管理芯片中预设或更新最佳充电电流曲线；
SO2，心电图机开机后，检测有否直流电压输入；若有，则电源管理芯片输出低占空比PWM信号，开始对电池进行小电流预充电；否则直接由电池对心电图机供电；
SO3，采集电池的当前电池电压值和当前充电电流值；
S04，通过最佳充电电流曲线，确定与所述当前电池电压值相对应的充电电流预设值，并将所述充电电流预设值与当前充电电流值作比较，根据比较结果调整所输出的PWM信号的占空比，直到当前充电电流值与充电电流预设值一致；
S05，随后按照最佳充电电流曲线，持续充电至电池充满。
于本发明的一个或多个实施例中，于步骤SO4中，当充电电流预设值大于当前充电电流值时，增大所输出的PWM信号的占空比；当充电电流预设值小于当前充电电流值时，将所输出的PWM信号的占空比降低或调整至最低。
本发明的有益效果是：
可依据电池的材质和规格设定电池充电曲线，可使心电图机电池充电电流在任何阶段都能够稳定在最佳值，并可适时终止充电，实现了智能充电；可依据电池的材质和规格设定电池充电曲线，可兼顾电池寿命和充电速度；针对不同的电池材质和规格，可采用统一的软件控制方法和硬件电路设计，减少研发成本；利用电源管理模块中原有的电源控制芯片进行控制软件设计，充电电路器件少，成本低，工艺简单，成本低。
附图说明
图1为本发明的基于心电图机的智能充电电路的结构图。
图2为本发明的基于心电图机的智能充电电路的电源管理芯片原理图。
图3为本发明的基于心电图机的智能充电电路的充电电流曲线图。
具体实施方式
如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：
参见附图1至2，一种基于心电图机的智能充电电路，包括连接直流输入的第一端子、连接电池的第二端子以及电输出端，其包括充电电压调节部分、充电状态反馈部分、智能控制部分；
所述充电电压调节部分包括开关管PT1(大功率三极管)和PT3(小功率三极管)，二极管PD1、PD2、PD3和PD4，滤波电感PL5，以及滤波电容PE7，所述开关管PT1、滤波电感PL5和二极管PD2依次串联接于第一端子和第二端子之间，所述开关管PT1的控制极经由开关管PT3接地，开关管PT3的控制极连接至的智能控制部分以接收PMW信号；所述滤波电感PL5的前端通过二极管PD1接地，其后端通过滤波电容PE7接地；所述二极管PD3连接于第一端子与电输出端之间，所述二极管PD4连接于第二端子与电输出端之间；
所述充电状态反馈部分包括输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路；所述输入电压采样电路连接第一端子以获取输入直流输入电压；所述二极管PD2与第二端子之间连接有一反馈电阻PR21，所述第一电池电压采样电路、第二电池电压采样电路分别连接至所述反馈电阻PR21两端；
所述智能控制部分包括一电源管理芯片，所述电源管理芯片具有连接所述输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路的输入端，产生PWM信号的输出端，其通过调整PWM信号的占空比实现对充电电压调节部分的控制。
所述输入电压采样电路包括连接于第一端子与地端之间的分压电阻PR12和PR9，并由二者的连结点作出采样输出。
所述第一电池电压采样电路包括连接于反馈电阻PR21前端与地端之间的分压电阻PR11和PR8，并由二者的连结点作出采样输出，所述分压电阻PR8的两端并联有电容PC1。
所述第二电池电压采样电路包括反馈电阻PR21后端与地端之间的分压电阻PR10和PR7，并由二者的连结点作出采样输出，所述分压电阻PR7的两端并联有电容PC21，所述反馈电阻PR21的阻值为1欧姆。
一种基于心电图机的智能充电方法，通过上述的基于心电图机的智能充电电路实施，其包括以下步骤：
SO1，根据心电图机内置电池的规格，于电源管理芯片中预设或更新最佳充电电流曲线；
SO2，心电图机开机后，检测有否直流电压输入；若有，则电源管理芯片输出低占空比PWM信号，开始对电池进行小电流预充电；否则直接由电池对心电图机供电；
SO3，采集电池的当前电池电压值和当前充电电流值；
S04，通过最佳充电电流曲线，确定与所述当前电池电压值相对应的充电电流预设值，并将所述充电电流预设值与当前充电电流值作比较，根据比较结果调整所输出的PWM信号的占空比，直到当前充电电流值与充电电流预设值一致；
S05，随后按照最佳充电电流曲线，持续充电至电池充满。
于步骤SO4中，当充电电流预设值大于当前充电电流值时，增大所输出的PWM信号的占空比；当充电电流预设值小于当前充电电流值时，将所输出的PWM信号的占空比降低或调整至最低。
具体工作原理是：
电源管理芯片的PWM管脚通过PWM波控制开关管PT3的通/断，开关管PT3的集电极的电平变化继而控制开关管PT1的通/断，开关管PT1的集电极输出电压幅值与输入直流电压相近的PWM波，通过滤波电感PL5和滤波电容PE7拉直转化为直流电源，直流电源的电压由电源管理芯片控制PWM的占空比决定。
反馈电阻PR21两端的电压分别由第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路降到5V以内，以便电源管理芯片的ADC管脚进行AD采样，采样得到当前充电电压值和当前电池电压值，电源管理芯片根据分压电阻PR21阻值计算出反馈电阻PR21两端电压值后，继而计算出反馈电阻PR21的电流值，亦即当前充电电流值。
智能控制部分的电源管理芯片，其管脚RA1和RA3具备ADC功能，可采集反馈电阻PR21两侧经分压后的电压AD_BAT1和AD_BAT2，电源管理芯片通过分压换算出反馈电阻PR21的电流，电源管理芯片的RC1管脚具备PWM功能，比较当前充电电流与充电电流预设值，调节PWM的占空比，继而调节充电电压，从而调节电池充电电流，通过PWM占空比调节电池充电电压，可使电池充电电流稳定在当前充电电流预设值。
反馈电阻PR21右侧的电压亦即电池电压，如果电池电压达到饱和电压，电源管理芯片控制PWM终止电池充电。
根据电池的材质和规格参数，智能控制部分(电源管理芯片)可通过软件设计，为电池制定最佳充电电流曲线，从而保障电池寿命，提高充电速度；所述充电曲线形式参见附图3。设定合适的电池充电电流曲线，可使电池充电电流在任何阶段都能够稳定在最佳值，并可适时终止充电，使心电图机可灵活选用不同材质和规格的电池，实现心电图机内置电池的智能充电
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于心电图机的智能充电电路，包括连接直流输入的第一端子、连接电池的第二端子以及电输出端，其特征在于：包括充电电压调节部分、充电状态反馈部分、智能控制部分；
所述充电电压调节部分包括开关管PT1和PT3，二极管PD1、PD2、PD3和PD4，滤波电感PL5，以及滤波电容PE7，所述开关管PT1、滤波电感PL5和二极管PD2依次串联接于第一端子和第二端子之间，所述开关管PT1的控制极经由开关管PT3接地，开关管PT3的控制极连接至的智能控制部分以接收PMW信号；所述滤波电感PL5的前端通过二极管PD1接地，其后端通过滤波电容PE7接地；所述二极管PD3连接于第一端子与电输出端之间，所述二极管PD4连接于第二端子与电输出端之间；
所述充电状态反馈部分包括输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路；所述输入电压采样电路连接第一端子以获取输入直流输入电压；所述二极管PD2与第二端子之间连接有一反馈电阻PR21，所述第一电池电压采样电路、第二电池电压采样电路分别连接至所述反馈电阻PR21两端；
所述智能控制部分包括一电源管理芯片，所述电源管理芯片具有连接所述输入电压采样电路、第一电池电压采样电路和第二电池电压采样电路的输入端，产生PWM信号的输出端，其通过调整PWM信号的占空比实现对充电电压调节部分的控制；
所述输入电压采样电路包括连接于第一端子与地端之间的分压电阻PR12和PR9，并由二者的连结点作出采样输出；
所述第一电池电压采样电路包括连接于反馈电阻PR21前端与地端之间的分压电阻PR11和PR8，并由二者的连结点作出采样输出，所述分压电阻PR8的两端并联有电容PC1；
所述第二电池电压采样电路包括反馈电阻PR21后端与地端之间的分压电阻PR10和PR7，并由二者的连结点作出采样输出，所述分压电阻PR7的两端并联有电容PC21；
所述反馈电阻PR21的阻值为1欧姆。
2.一种基于心电图机的智能充电方法，通过如权利要求1所述的基于心电图机的智能充电电路实施，其特征在于，包括以下步骤：
SO1，根据心电图机内置电池的规格，于电源管理芯片中预设或更新最佳充电电流曲线；
SO2，心电图机开机后，检测有否直流电压输入；若有，则电源管理芯片输出低占空比PWM信号，开始对电池进行小电流预充电；否则直接由电池对心电图机供电；
SO3，采集电池的当前电池电压值和当前充电电流值；
S04，通过最佳充电电流曲线，确定与所述当前电池电压值相对应的充电电流预设值，并将所述充电电流预设值与当前充电电流值作比较，根据比较结果调整所输出的PWM信号的占空比，直到当前充电电流值与充电电流预设值一致；
S05，随后按照最佳充电电流曲线，持续充电至电池充满。
3.根据权利要求2所述的基于心电图机的智能充电方法，其特征在于：于步骤SO4中，当充电电流预设值大于当前充电电流值时，增大所输出的PWM信号的占空比；当充电电流预设值小于当前充电电流值时，将所输出的PWM信号的占空比降低或调整至最低。
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