CN108377025B - 充电器保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了充电器保护电路,包括市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路、电池包、单片机和检测电路,所述市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路和电池包依次连接,AC/DC转换电路、恒流恒压电路和检测电路均与单片机连接,恒流恒压电路和充电开关电路均与检测电路连接,充电开关还连接检测电路。本发明可以通过对电路进行检测,通过各模块间配合在充电开关、恒压恒流电路出现异常的情况下将充电器彻底关闭,避免电池包因为过充而发生爆炸,引起火灾等安全隐患,大大提高充电的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及充电器保护电路。
背景技术
在电子产品领域,低成本、高安全性、稳定性高的产品一直是业内人士与消费者追求的目标。随着社会的不断发展,人们的生活、工作节奏不断加快,可移动使用的电子产品的使用力度也越来越高,然而移动电子设备必然需要使用电池来进行续航工作,所以对电池的使用量也是越来越高,那么对电池的充电安全性也提出了更高的要求,然而市面上大多数的充电器只能满足简单的充电要求,安全保护电路缺失是一个平常现象,更是无法做到充电器自身故障检测与防护,给使用的消费者埋下安全隐患,例如目前市面上使用较多的锂离子电池,充电器一旦发生故障,电池就有过充爆炸的危险。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供充电器保护电路,其能解决现有技术充电器存在充电安全隐患的问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现:
充电器保护电路,包括市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路、电池包、单片机和检测电路,所述市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路和电池包依次连接,AC/DC转换电路、恒流恒压电路和检测电路均与单片机连接,恒流恒压电路和充电开关电路均与检测电路连接,充电开关还连接检测电路。
优选的,所述市电输入模块包括保险丝F1、共模电感LF1、滤波电容CX1、共模电感LF2、电阻R1和电阻R2,保险丝F1的一端连接市电的火线端,保险丝F1的另一端连接共模电感LF1的第一输入端,共模电感LF1的第二输入端连接市电的零线端,共模电感LF1的第一输出端连接滤波电容CX1的一端,共模电感LF1的第二输出端连接滤波电容CX1的另一端,电阻R1和电阻R2串联连接形成第一串联支路,所述第一串联支路并接在滤波电容CX1的两端,且第一串联支路的一端连接共模电感LF2的第一输入端,第一串联支路的另一端连接共模电感LF2的第二输入端共模电感LF2的第一输出端和第二输出端均连接AC/DC转换电路。
优选的,所述AC/DC转换电路包括电阻R3至电阻R11、电阻R20至电阻R23、电容C1至电容C4、电容C6、电容C8、电容C14、电容C15、整流桥DB1、变压器T1、MOS管Q3、控制芯片U3、光耦U2A、二极管D4、二极管D8,整流桥DB1的第一输入端连接共模电感LF2的第一输出端,整流桥DB1的第二输入端连接共模电感LF2的第二输出端,整流桥DB1的第一输出端、电容C6的一端、电阻R3的一端、电阻R5的一端、电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端和电容C1的一端均与变压器T1的初级线圈的一端连接,变压器T1的初级线圈的另一端连接至MOS管Q3的漏极;电阻R10的一端、电阻R11的一端,二极管D2的正极均连接变压器T1的次级线圈的一端,电阻R10的另一端、电阻R11的另一端均连接电容C3的一端,电容C3的另一端、二极管D2的负极和电容C2的一端均连接至恒流恒压电路,电阻R7的另一端,电阻R8的另一端,电阻R9的另一端,电容C1的另一端均与电阻R27的一端连接,电阻R26并接在电阻R27的连接,电阻R27的另一端连接二极管D8的负极,二极管D8的正极连接MOS管Q3的漏极;电阻R5的另一端通过电阻R6连接至控制芯片U3的供电端,二极管D4的负极连接电阻R20的一端,二极管D4的正极、电阻R21的一端和电阻R23的一端均与MOS管Q3的栅极连接,电阻R21的另一端和电阻R20的一端均连接至控制芯片U3的信号输入端,电阻R22的一端和电容C7的一端均连接至控制芯片U3的电流检测端,电阻R23的另一端、电阻R22的另一端和电阻R28的一端均连接MOS管Q3的源极;光耦U2A的一端连接至控制芯片U3的反馈引脚,电容C4并接在光耦U2A的两端。
优选的,所述恒流恒压电路包括三极管Q1、电容C8、电容C10、电容C14、电容C15、二极管D6、二极管D7、稳压管D5、运算放大器U4C、运算放大器U4D、光耦U2B、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电阻R31、电阻R33、电阻R34、电阻R41至电阻R48、电阻R50、电阻R51,三极管Q1的集电极连接二极管D2的负极,三极管Q1的基极连接稳压管Z5的一端,电阻R14和电阻R15串联形成第二串联支路,第二串联支路的一端连接三极管Q1的发射极,第二串联支路的另一端和稳压管Z5的另一端均接地,电容C10并接在第二串联支路的两端;电阻R33的一端和电阻R34的一端均与运算放大器U4C的反相输入端连接,电阻R33的另一端通过电容C8连接至运算放大器U4C的输出端,电阻R42的一端连接运算放大器U4C的输出端,另一端连接二极管D6的正极,电阻R43的一端连接在电阻R33与电阻R34之间,另一端接地,电阻R34的另一端连接三极管Q1的发射极;运算放大器U4C的同相输入端连接在电阻R44和电阻R46之间,电阻R44的另一端接地,电阻R46的另一端连接至三极管Q1的集电极;二极管D6的负极和二极管D7的负极均连接光耦U2B的正极,二极管D7的正极通过电阻R41连接至运算放大器U4D的输出端,电阻R12和电容C14形成第三串联支路,该第三串联支路并接在运算放大器U4D的反相输入端和输出端,电容C15、电阻R45的一端、电阻R47的一端、电阻R31的一端、电阻R48的一端均连接至运算放大器U4D的反相输入端,电阻R47的另一端连接电阻R48的另一端,电容C15的另一端、电阻R31的另一端均连接电阻R50的一端,电阻R50的另一端和电阻R51的一端均接地,电阻R51的另一端连接运算放大器U4D的同相输入端。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
本发明可以通过对电路进行检测,通过各模块间配合在充电开关、恒压恒流电路出现异常的情况下将充电器彻底关闭,避免电池包因为过充而发生爆炸,引起火灾等安全隐患,大大提高充电的安全性。
附图说明
图1为本发明的充电器保护电路的模块结构图;
图2为本发明的充电器保护电路的部分电路结构图;
图3为本发明的充电器保护电路的另一部分电路结构图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述:
如图1所示,本发明提供一种充电器保护电路,包括有市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路、电池包、单片机和检测电路,所述市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路和电池包依次连接,AC/DC转换电路、恒流恒压电路和检测电路均与单片机连接,恒流恒压电路和充电开关电路均与检测电路连接,充电开关还连接检测电路。当电池达到充电需求的充电电压、充电电流后,检测电路将充电开关关闭,当发现充电器电压异常或者充电电流异常时,迅速通过关闭信号将AC/DC转换电路给关闭掉,使充电器系统停止工作。
具体电路结构结合图2和图3所示,市电输入模块包括保险丝F1、共模电感LF1、滤波电容CX1、共模电感LF2、电阻R1和电阻R2,保险丝F1的一端连接市电的火线端,保险丝F1的另一端连接共模电感LF1的第一输入端,共模电感LF1的第二输入端连接市电的零线端,共模电感LF1的第一输出端连接滤波电容CX1的一端,共模电感LF1的第二输出端连接滤波电容CX1的另一端,电阻R1和电阻R2串联连接形成第一串联支路,所述第一串联支路并接在滤波电容CX1的两端,且第一串联支路的一端连接共模电感LF2的第一输入端,第一串联支路的另一端连接共模电感LF2的第二输入端共模电感LF2的第一输出端和第二输出端均连接AC/DC转换电路。
所述AC/DC转换电路包括电阻R3至电阻R11、电阻R20至电阻R23、电容C1至电容C4、电容C6、电容C8、电容C14、电容C15、整流桥DB1、变压器T1、MOS管Q3、控制芯片U3、光耦U2A、二极管D4、二极管D8,整流桥DB1的第一输入端连接共模电感LF2的第一输出端,整流桥DB1的第二输入端连接共模电感LF2的第二输出端,整流桥DB1的第一输出端、电容C6的一端、电阻R3的一端、电阻R5的一端、电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端和电容C1的一端均与变压器T1的初级线圈的一端连接,变压器T1的初级线圈的另一端连接至MOS管Q3的漏极;电阻R10的一端、电阻R11的一端,二极管D2的正极均连接变压器T1的次级线圈的一端,电阻R10的另一端、电阻R11的另一端均连接电容C3的一端,电容C3的另一端、二极管D2的负极和电容C2的一端均连接至恒流恒压电路,电阻R7的另一端,电阻R8的另一端,电阻R9的另一端,电容C1的另一端均与电阻R27的一端连接,电阻R26并接在电阻R27的连接,电阻R27的另一端连接二极管D8的负极,二极管D8的正极连接MOS管Q3的漏极;电阻R5的另一端通过电阻R6连接至控制芯片U3的供电端,二极管D4的负极连接电阻R20的一端,二极管D4的正极、电阻R21的一端和电阻R23的一端均与MOS管Q3的栅极连接,电阻R21的另一端和电阻R20的一端均连接至控制芯片U3的信号输入端,电阻R22的一端和电容C7的一端均连接至控制芯片U3的电流检测端,电阻R23的另一端、电阻R22的另一端和电阻R28的一端均连接MOS管Q3的源极;光耦U2A的一端连接至控制芯片U3的反馈引脚,电容C4并接在光耦U2A的两端。
所述恒流恒压电路包括三极管Q1、电容C8、电容C10、电容C14、电容C15、二极管D6、二极管D7、稳压管D5、运算放大器U4C、运算放大器U4D、光耦U2B、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电阻R31、电阻R33、电阻R34、电阻R41至电阻R48、电阻R50、电阻R51,三极管Q1的集电极连接二极管D2的负极,三极管Q1的基极连接稳压管Z5的一端,电阻R14和电阻R15串联形成第二串联支路,第二串联支路的一端连接三极管Q1的发射极,第二串联支路的另一端和稳压管Z5的另一端均接地,电容C10并接在第二串联支路的两端;电阻R33的一端和电阻R34的一端均与运算放大器U4C的反相输入端连接,电阻R33的另一端通过电容C8连接至运算放大器U4C的输出端,电阻R42的一端连接运算放大器U4C的输出端,另一端连接二极管D6的正极,电阻R43的一端连接在电阻R33与电阻R34之间,另一端接地,电阻R34的另一端连接三极管Q1的发射极;运算放大器U4C的同相输入端连接在电阻R44和电阻R46之间,电阻R44的另一端接地,电阻R46的另一端连接至三极管Q1的集电极;二极管D6的负极和二极管D7的负极均连接光耦U2B的正极,二极管D7的正极通过电阻R41连接至运算放大器U4D的输出端,电阻R12和电容C14形成第三串联支路,该第三串联支路并接在运算放大器U4D的反相输入端和输出端,电容C15、电阻R45的一端、电阻R47的一端、电阻R31的一端、电阻R48的一端均连接至运算放大器U4D的反相输入端,电阻R47的另一端连接电阻R48的另一端,电容C15的另一端、电阻R31的另一端均连接电阻R50的一端,电阻R50的另一端和电阻R51的一端均接地,电阻R51的另一端连接运算放大器U4D的同相输入端。
单片机U5的VCC供电连接到一个稳定的直流电压+5V,VCC的供电地GND连接到充电器输出信号Bat-处;异常关闭信号通过光耦U1来进行完成,光耦U1B通过二极管D5、电阻R13连接到单片机U5上,经过稳压管ZD1、电阻R35连接到+VB信号处;恒压恒流电路由U4C、U4D、U4E运放进行功能实现;电池电压检测信号通过R45、R49分压进行检测;电流检测信号利用运放U4A、R24、R29、R30、R32、C9将R50上的电压信号经过放大后输送到单片机U5。单片机U5OVP/OCP信号脚通过电阻R34、二极管D5连接到光耦U1B;电池识别信号通过电阻R53、电阻R52、电容C16接入单片机U5的ID信号脚;Isense信号接入单片机U5的Isen信号脚;Vsense信号接入单片机U5的Vsen信号脚;control信号脚通过高低电平来导通或关闭Q4,使的Q2的GS得到或失去一个导通的负电压,从而控制Q2的导通和关断。
首先检测电池识别信号,通过电池的信号输入PIN脚,电阻经过R53、电阻R52和电容C16将信号传递给单片机U5,单片机U5判断为有电池插入,然后检测电池电压,由电阻BAT+、BAT-通过连接电阻R40、电阻R49形成回路,电阻R40、电阻R49分压后形成电压信号Vsense并传递给单片机U5进行判断,如果电池包为满电状态,充电器跳过后续充电过程完成充电,指示灯LED1的绿灯亮起,如果电池包电压未充满,再检测充电器的输出电流状态,由运算放大器U4A、电阻R24、电阻R29、电阻R30、电阻R32、电容C9将充电器输出流过电阻R50的电流信号进行放大后形成信号Isense输入到单片机U5进行检测(信号放大解决了受单片机ID精度限制,微弱信号下的检测的问题);因为单片机U5并未控制充电开关MOS管Q2开启,所以此时如果检测到有电流流过电阻R50,证明MOS管Q2或者MOS管Q2的控制电路发生故障,此时不能再对电池包进行充电,单片机U5由OVP/OCP信号脚输出高电平经过电阻R36、二极管D5推动光耦U1B将信号反馈到U1A,光耦U1A控制AC/DC转换电路的控制芯片U3进行关闭,达到关闭总电路的目的;如果此时未检测到Isense上的信号,证明MOS管Q2以及MOS管Q2的控制电路功能正常;单片机U5发出信号打开充电开关MOS管Q2(通过control信号输出高电平,经过电阻R16、电阻R25分压后驱动Q4导通,使得电阻R18电阻接通到Bat-信号上,经过电阻R17、电阻R18的分压使MOS管Q2GS得到导通的负电压,MOS管Q2导通进行工作)对电池包进行正常充电,在整个充电过程中单片机持续循环检测Vsense、Isense两个信号,如果信号出现任何异常状况,单片机由OVP/OCP信号脚输出高电平经过光耦U1将控制芯片U3进行关闭;当单片机U5检测到电池包充饱后,通过control信号输出低电平,使得Q4停止导通进而Q2关闭,LED1绿灯亮起指示电池充饱;然后充电器再次检测Isense信号以确认充电开关MOS管Q2以及其控制电路的安全,当Isense信号确认安全后,单片机流程跳到检测电池识别信号重新开始新一轮的流程工作,一直循环检测,直到检测电池识别信号判断电池已经移除;本电路与流程逻辑的特点是通过电池包接入后使得充电电路经过BAT+、BAT-形成回路,利用单片机对充电开始前、充电进行中、充电完成后三种状态下Isense、Vsense信号的检测,来判断来电路硬件是否存在异常,在检测异常经过异常关闭信号(通过光耦合器U1来完成初次级的信号传递)将充电器彻底关闭;从而提高充电的安全性。
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.充电器保护电路,其特征在于,包括市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路、电池包、单片机和检测电路,所述市电输入模块、AC/DC转换电路、恒流恒压电路、充电开关电路和电池包依次连接,AC/DC转换电路、恒流恒压电路和检测电路均与单片机连接,恒流恒压电路和充电开关电路均与检测电路连接,充电开关还连接检测电路;所述市电输入模块包括保险丝F1、共模电感LF1、滤波电容CX1、共模电感LF2、电阻R1和电阻R2,保险丝F1的一端连接市电的火线端,保险丝F1的另一端连接共模电感LF1的第一输入端,共模电感LF1的第二输入端连接市电的零线端,共模电感LF1的第一输出端连接滤波电容CX1的一端,共模电感LF1的第二输出端连接滤波电容CX1的另一端,电阻R1和电阻R2串联连接形成第一串联支路,所述第一串联支路并接在滤波电容CX1的两端,且第一串联支路的一端连接共模电感LF2的第一输入端,第一串联支路的另一端连接共模电感LF2的第二输入端共模电感LF2的第一输出端和第二输出端均连接AC/DC转换电路;所述AC/DC转换电路包括电阻R3至电阻R11、电阻R20至电阻R23、电容C1至电容C4、电容C6、电容C8、电容C14、电容C15、整流桥DB1、变压器T1、MOS管Q3、控制芯片U3、光耦U2A、二极管D4、二极管D8,整流桥DB1的第一输入端连接共模电感LF2的第一输出端,整流桥DB1的第二输入端连接共模电感LF2的第二输出端,整流桥DB1的第一输出端、电容C6的一端、电阻R3的一端、电阻R5的一端、电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端和电容C1的一端均与变压器T1的初级线圈的一端连接,变压器T1的初级线圈的另一端连接至MOS管Q3的漏极;电阻R10的一端、电阻R11的一端,二极管D2的正极均连接变压器T1的次级线圈的一端,电阻R10的另一端、电阻R11的另一端均连接电容C3的一端,电容C3的另一端、二极管D2的负极和电容C2的一端均连接至恒流恒压电路,电阻R7的另一端,电阻R8的另一端,电阻R9的另一端,电容C1的另一端均与电阻R27的一端连接,电阻R26并接在电阻R27的连接,电阻R27的另一端连接二极管D8的负极,二极管D8的正极连接MOS管Q3的漏极;电阻R5的另一端通过电阻R6连接至控制芯片U3的供电端,二极管D4的负极连接电阻R20的一端,二极管D4的正极、电阻R21的一端和电阻R23的一端均与MOS管Q3的栅极连接,电阻R21的另一端和电阻R20的一端均连接至控制芯片U3的信号输入端,电阻R22的一端和电容C7的一端均连接至控制芯片U3的电流检测端,电阻R23的另一端、电阻R22的另一端和电阻R28的一端均连接MOS管Q3的源极;光耦U2A的一端连接至控制芯片U3的反馈引脚,电容C4并接在光耦U2A的两端;所述恒流恒压电路包括三极管Q1、电容C8、电容C10、电容C14、电容C15、二极管D6、二极管D7、稳压管D5、运算放大器U4C、运算放大器U4D、光耦U2B、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电阻R31、电阻R33、电阻R34、电阻R41至电阻R48、电阻R50、电阻R51,三极管Q1的集电极连接二极管D2的负极,三极管Q1的基极连接稳压管Z5的一端,电阻R14和电阻R15串联形成第二串联支路,第二串联支路的一端连接三极管Q1的发射极,第二串联支路的另一端和稳压管Z5的另一端均接地,电容C10并接在第二串联支路的两端;电阻R33的一端和电阻R34的一端均与运算放大器U4C的反相输入端连接,电阻R33的另一端通过电容C8连接至运算放大器U4C的输出端,电阻R42的一端连接运算放大器U4C的输出端,另一端连接二极管D6的正极,电阻R43的一端连接在电阻R33与电阻R34之间,另一端接地,电阻R34的另一端连接三极管Q1的发射极;运算放大器U4C的同相输入端连接在电阻R44和电阻R46之间,电阻R44的另一端接地,电阻R46的另一端连接至三极管Q1的集电极;二极管D6的负极和二极管D7的负极均连接光耦U2B的正极,二极管D7的正极通过电阻R41连接至运算放大器U4D的输出端,电阻R12和电容C14形成第三串联支路,该第三串联支路并接在运算放大器U4D的反相输入端和输出端,电容C15、电阻R45的一端、电阻R47的一端、电阻R31的一端、电阻R48的一端均连接至运算放大器U4D的反相输入端,电阻R47的另一端连接电阻R48的另一端,电容C15的另一端、电阻R31的另一端均连接电阻R50的一端,电阻R50的另一端和电阻R51的一端均接地,电阻R51的另一端连接运算放大器U4D的同相输入端。
2.如权利要求1所述的充电器保护电路,其特征在于,所述充电开关电路包括MOS管Q2、三极管Q4、电阻R16至电阻R18、电阻R25,MOS管Q2的源极和电阻R17的一端均连接三极管Q1的集电极,电阻R17的另一端通过电阻R18连接三极管Q4的集电极,三极管Q4的发射极接地,MOS管Q2的栅极连接在电阻R17与电阻R18之间,MOS管Q2的漏极连接至电池包的正极,电阻R16的一端和电阻R25的一端连接三极管Q4的基极,电阻R16的另一端连接单片机的控制端。
3.如权利要求2所述的充电器保护电路,其特征在于,所述检测电路包括电阻R29、电阻R30、电阻R39、电阻R24、电阻R40、电阻R49、电阻R32、电阻R52、电阻R53、电容C9、电容C16、电阻R36、二极管D5、光耦U1B、运算放大器U4A、电阻R35和稳压管ZD1,电阻R29的一端和电阻R32的一端均连接至运算放大器U4A的反相输入端,电阻R30的一端连接至运算放大器U4A的同相输入端,电阻R32的另一端和电阻R24的一端连接至运算放大器U4A的输出端,电阻R24的另一端和电容C9的一端均连接至单片机的电流检测端,电阻R39的一端连接至电阻R40和电阻R49之间,另一端与单片机的电压检测端连接,电阻R40的一端连接电池包的正极,电阻R52的一端和电阻R53的一端均与电池包连接,电阻R52的另一端和电容C16的一端均连接单片机的控制指令输入端,电阻R36的一端通过二极管D5连接至稳压管ZD1与光耦U1B之间,稳压管ZD1的一端通过电阻R35连接至三极管Q1的集电极。
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