CN108808777B - 一种模式自主切换的充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模式自主切换的充电电路，包括主功率电路、二极管D1、恒流模式控制电路、电压基准电路和恒压恒流切换电路，主功率电路与恒流模式控制电路通过二极管D1连接，电压基准电路连接于供电端VCC，电压基准电路用于给恒流模式控制电路和恒压恒流切换电路提供基准电压和低电压比较器的工作电压；恒流模式控制电路的高电平输出端与恒压恒流切换电路连接，恒流模式控制电路用于实现恒流控制和调节基准电压的输出值，恒压恒流切换电路进行电池端电压检测以及完成恒压恒流充电模式的切换，从而实现恒流恒压充电模式的切换问题，实现对充电电池的恒流充电，本发明电路结构简单，调试方便，且恒流充电的充电值大小可调。

Description

一种模式自主切换的充电电路

技术领域

本发明属于充电电路技术领域，具体涉及一种模式自主切换的充电电路。

背景技术

为确保充电器与电池能够匹配运行，在充电的时候能够快速的将电池充满，很多电源充电器都是只能对某一固定型号的充电电池充电，一旦充电电池型号发生变化之后，对应的充电器往往要重新适配新的电池需要进行很大的电路或者程序上面的更改，这就使得产品的研发周期变长。而现有充电器存在充电器差的适配性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模式自主切换的充电电路，以克服现有充电器存在充电器差的适配性问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模式自主切换的充电电路，包括主功率电路、二极管D1、恒流模式控制电路、电压基准电路和恒压恒流切换电路，主功率电路与恒流模式控制电路通过二极管D1连接，电压基准电路连接于供电端VCC，电压基准电路用于给恒流模式控制电路和恒压恒流切换电路提供基准电压和低电压比较器的工作电压；恒流模式控制电路的高电平输出端与恒压恒流切换电路连接，恒流模式控制电路用于实现恒流控制和调节基准电压的输出值，恒压恒流切换电路进行电池端电压检测以及完成恒压恒流充电模式的切换，当电路启动对电池充电时，电池的端电压较低，电池处于亏电状态，通过恒压恒流切换电路调节Battery-Test的反馈电压值来控制充电器工作模式的切换工作电压点，完成恒流模式向恒压模式的转变。

进一步的，二极管D1采用肖特基二极管。

进一步的，电压基准电路包括稳压管UI，稳压管UI的阳极和基准极之间连接有电阻R10，稳压管UI的阳极接地，稳压管UI基准极为电路提供基准输出电压2.5V，稳压管UI的阴极与参考极之间连接有电阻R9，稳压管UI的阴极与电阻R9之间并联有相互串联的电阻R7和电阻R8，电阻R7和电阻R8之间接供电端VCC，稳压管UI的阴极为低电压比较器提供工作电压10V。

进一步的，电阻R9的电阻值为3K，电阻R10的电阻值为1K，电阻R7和电阻R8的电阻值均为2.4K。

进一步的，恒流模式控制电路包括低电压比较器U2A和低电压比较器U2B，低电压比较器U2A的输出极连接二极管D1的负极，低电压比较器U2A的输出极与-INA极并联有电容C2，低电压比较器U2A的-INA极依次串联有电阻R5和电阻R2，电子R2的两端接于功率电路的地线，电阻R1与电容C1串联后与电容C2并联，低电压比较器U2A的高电平输出极连接于电容C3一端，低电压比较器U2A的低电平输出极接地，电容C3另一端接地；低电压比较器U2A的+INA极连接于电阻R6一端和电容C4一端，电容C4的另一端接地，电阻R6的另一端串联电阻R3和电阻R4后接地，低电压比较器U2B的-INA极连接电阻R4与电阻R3之间，低电压比较器U2B的输出级连接于电阻R6和电阻R3之间，低电压比较器U2B的+INA极连接电压基准电路的基准输出电压2.5V。

进一步的，电阻R1电阻值为20K，电容C1和电容C2的电容量均为0.47uF，电阻R3电阻值为1K，电阻R4电阻值为2K，电阻R6电阻值为15K，电容C4电容量为0.1uF，电阻R2电阻值为1Ω，电阻R5的电阻值为2k。

进一步的，恒压恒流切换电路包括低电压比较器U3A，低电压比较器U3A的高电平输出极接电容C5后接地，低电压比较器U3A的高电平输出极接电压基准电路为低电压比较器提供工作电压VCC-1，即低电压比较器U3A的高电平输出极接稳压管UI的阴极；低电压比较器U3A的-INA极接电阻R12后接电压基准电路为电路提供基准电压2.5V，即低电压比较器U3A的-INA极接电阻R12后接电压基准电路中稳压管UI基准极，低电压比较器U3A的+INA极串联电阻R13和电容C6后接地，电阻R13和电容C6之间接电池测试端Battery-Test，低电压比较器U3A的低电平输出极接地，低电压比较器U3A的输出极与低电压比较器U3A的高电平输出极之间接有串联的电阻R14和电阻R11，电阻R14和电阻R11之间接三极管V1的基极，三极管V1的发射极接电阻R11另一端，三极管V1的集电极接恒流模式控制电路中低电压比较器U2A的高电平输出极。

进一步的，三极管V1选用mmbt4403型号三极管。

进一步的，电阻R11和电阻R14电阻值均为5.1K，电阻R12和电阻R13电阻值为10K；电容C5和电容C6电容量为0.1uF。

进一步的，低电压比较器U2A、低电压比较器U3A和低电压比较器U2B均选用型号为LM2903的低电压比较器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种模式自主切换的充电电路，包括主功率电路、二极管D1、恒流模式控制电路、电压基准电路和恒压恒流切换电路，主功率电路与恒流模式控制电路通过二极管D1连接，电压基准电路连接于供电端VCC，电压基准电路用于给恒流模式控制电路和恒压恒流切换电路提供基准电压和低电压比较器的工作电压；恒流模式控制电路的高电平输出端与恒压恒流切换电路连接，恒流模式控制电路用于实现恒流控制和调节基准电压的输出值，恒压恒流切换电路进行电池端电压检测以及完成恒压恒流充电模式的切换，从而实现恒流恒压充电模式的切换问题，实现对充电电池的恒流充电，本发明电路结构简单，调试方便，且恒流充电的充电值大小可调。

进一步的，二极管D1采用肖特基二极管，防止运放对于功率变换电路的调节端口的过驱动问题。

进一步的，通过电压基准电路为系统提供一个基准电压，同时为恒压恒流切换电路进行供电，结构简单，实现方便。

进一步的，通过电阻R1、电容C1、和电容C2组成PI调节电路，能够提高恒流充电部分的调节相应速度以及稳定度，同时利用电容C3和电容C4为电路进行滤波,能够在电路中的通过调节电阻R3与电阻R4来任意设定充电的恒流值。

附图说明

图1为本发明电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种模式自主切换的充电电路，包括主功率电路、二极管D1、恒流模式控制电路、电压基准电路和恒压恒流切换电路；

如图1中，电压调节端即主功率电路输出端连接二极管D1的正极，二极管的负极连接恒流模式控制电路；电压基准电路为电路提供基准电压2.5V以及低电压比较器的工作电压10V；

二极管D1采用肖特基二极管D1，用于防止运放对于功率变换电路的调节端口的过驱动问题；

电压基准电路包括稳压管UI，稳压管UI的阳极和基准极之间连接有电阻R10，稳压管UI的阳极接地，稳压管UI基准极为电路提供基准输出电压2.5V，稳压管UI的阴极与参考极之间连接有电阻R9，稳压管UI的阴极与电阻R9之间并联有相互串联的电阻R7和电阻R8，电阻R7和电阻R8之间接供电端VCC，稳压管UI的阴极为低电压比较器提供工作电压VCC-1，VCC-1为10V；

电阻R9的电阻值为3K，电阻R10的电阻值为1K，电阻R7和电阻R8的电阻值均为2.4K，

恒流模式控制电路包括低电压比较器U2A和低电压比较器U2B，低电压比较器U2A的输出极连接二极管D1的负极，低电压比较器U2A的输出极与-INA极并联有电容C2，低电压比较器U2A的-INA极依次串联有电阻R5和电阻R2，电子R2的两端接于功率电路的地线，电阻R1与电容C1串联后与电容C2并联，电阻R1电阻值为20K，低电压比较器U2A的高电平输出极连接于电容C3一端，低电压比较器U2A的低电平输出极接地，电容C3另一端接地；低电压比较器U2A的+INA极连接于电阻R6一端和电容C4一端，电容C4的另一端接地，电阻R6的另一端串联电阻R3和电阻R4后接地，低电压比较器U2B的-INA极连接电阻R4与电阻R3之间，低电压比较器U2B的输出级连接于电阻R6和电阻R3之间，低电压比较器U2B的+INA极连接电压基准电路的基准输出电压2.5V；

电容C1和电容C2的电容量均为0.47uF，电阻R3电阻值为1K，电阻R4电阻值为2K，电阻R6电阻值为15K，电容C4电容量为0.1uF，电阻R2电阻值为1Ω，电阻R5的电阻值为2k；

恒压恒流切换电路包括低电压比较器U3A，低电压比较器U3A的高电平输出极接电容C5后接地，低电压比较器U3A的高电平输出极接电压基准电路为低电压比较器提供工作电压VCC-1，即低电压比较器U3A的高电平输出极接稳压管UI的阴极；低电压比较器U3A的-INA极接电阻R12后接电压基准电路为电路提供基准电压2.5V，即低电压比较器U3A的-INA极接电阻R12后接电压基准电路中稳压管UI基准极，低电压比较器U3A的+INA极串联电阻R13和电容C6后接地，电阻R13和电容C6之间接电池测试端Battery-Test，低电压比较器U3A的低电平输出极接地，低电压比较器U3A的输出极与低电压比较器U3A的高电平输出极之间接有串联的电阻R14和电阻R11，电阻R14和电阻R11之间接三极管V1的基极，三极管V1的发射极接电阻R11另一端，三极管V1的集电极接恒流模式控制电路中低电压比较器U2A的高电平输出极；

三极管V1选用mmbt4403型号三极管；

电阻R11和电阻R14电阻值均为5.1K，电阻R12和电阻R13电阻值为10K；电容C5和电容C6电容量为0.1uF；

低电压比较器U2A、低电压比较器U3A和低电压比较器U2B均选用型号为LM2903的低电压比较器；

下面结合附图对本发明的结构原理和使用步骤作进一步说明：

如图1所示，恒流模式控制电路中电阻R1、电容C1和电容C2组成PI调节电路，用于提高恒流充电部分的调节相应速度以及稳定度；

电阻R2、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和低电压比较器U2A实现恒流控制；电容C3、电容C4在恒流模式控制电路中起到滤波的作用；

电阻R3、电阻R4以及低电压比较器U2B用于调节基准电压的输出值，用于调节恒流控制电路的恒流值大小；

电压基准电路中电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和稳压管UI为系统提供一个基准电压，同时为运放部分进行供电；

恒压恒流切换电路进行电池端电压检测以及完成恒压恒流充电模式的切换；

本电路具体工作过程为：

1、上电之后基准电压稳压管UI与电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10为电路提供基准电压2.5V以及低电压比较器的工作电压10V；

2、当电路启动对电池充电时，电池的端电压较低，电池处于亏电状态，这时候恒压恒流切换电路通过电池测试端Battery-Test检测回来的电压小于设定转换电压2.5V，这时低电压比较器U3A输出低电平，三极管V1导通，保证恒流控制电路正常工作，此处可以通过调节电池测试端Battery-Test的反馈电压值来控制充电器工作模式的切换工作电压点，完成恒流模式向恒压模式的转变；

3、基准电压连接到低电压比较器U2B的+INA端，低电压比较器U2B形成一个输出电压可以调节的电路，该部分的作用为控制恒流控制电路的恒流值大小，当充电电流流经采样电阻R2形成采样电压，进入到低电压比较器U2A的-INA极，这时与前级低电压比较器U2B的输出到后级低电压比较器U2A的+INA极的电压信号进行比较，从而调节输出调节信号，来稳定系统的输出恒流值；

4、当充电电流变小的时候，采样电压就会低于预设定的调节基准电压，此时低电压比较器U2A输出一个线性增大的电压信号，此时主电路的输出电压就随之线性升高，充电电流随之增大；当充电电流变大的时候，调节模式正相反；

5、由电阻R1、电容C1、电容C2组成的PI调节电路，这部分的主要功能为在充电器进行恒流控制时，使调节平稳且实时性较快；

6、充电进行一段时间之后，当达到预先设定好的充电转换点，以三元材料的锂电池为例，单节转换电压一般设定为4.15V左右，即4.15×n V(n为电池串联的组数)时恒压恒流转换电路的Battery-Test处的电压就变为2.5V以上，此处的电压由锂电池处的分压电阻决定，这时低电压比较器U3A翻转输出高电平，使三极管V1关断，这样就切断了对恒流调节电路的供电，这时对于主功率部分来说就没有外部调节了，因此主功率部分开始恒压输出，进行恒压充电，至此完成一个完整的充电环节。

本电路结构简单，调试方便，且恒流充电的充电值大小可调；可通过调节电阻R3与电阻R4来任意设定充电的恒流值；恒流恒压充电模式的转换调节方便，可通过调节电池测试端Battery-Test端的参考电压来实现切换点的变更；该电路的调节响应速度可以调节，通过调节由电阻R1、电容C1、电容C2的值来控制调节速度的快慢以及稳定性；本电路中所用元件均为常用器件，易选型，且价格相对便宜。

所选低电压比较器的供电电压为单电压供电为2-36V，双电源供电为±1V～±18V，可以工作在超低的供电电压下；基准电压稳压器供电电压范围为0-36V之间，基准电压为2.5V，最大输出电流100mA；三极管MMBT4403参数为：Vcemax＝-40V，Icmax＝-600mA，PDmax＝0.225W；电阻除R7、R8为1W，其余均为0.25W表贴封装器件，电容均为0805表贴封装器件，肖特基二极管为10MQ060N(V1H)该二极管的参数为：IF＝1A，VR＝60V，VF＝0.57V，所选择的器件均满足实际使用的降额要求；

所选择肖特基二极管的正向导通压降要尽可能的小一些，这样可以减小损耗；开关速度要尽可能的快，这样在调节的过程中可是保证调节的实时性；

选取的电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10应能保证流入电压基准电路的电流要能够使基准稳压芯片正常工作，保持至少1mA以上；三极管V1保证工作在饱和导通区，这样可以减小损耗。

Claims (4)

1.一种模式自主切换的充电电路，其特征在于，包括主功率电路、二极管D1、恒流模式控制电路、电压基准电路和恒压恒流切换电路，主功率电路与恒流模式控制电路通过二极管D1连接，电压基准电路连接于供电端VCC，电压基准电路用于给恒流模式控制电路和恒压恒流切换电路提供基准电压和低电压比较器的工作电压；恒流模式控制电路的高电平输出端与恒压恒流切换电路连接，恒流模式控制电路用于实现恒流控制和调节基准电压的输出值，恒压恒流切换电路进行电池端电压检测以及完成恒压恒流充电模式的切换；电压基准电路包括稳压管UI，稳压管UI的阳极和基准极之间连接有电阻R10，稳压管UI的阳极接地，稳压管UI基准极为电路提供基准输出电压2.5V，稳压管UI的阴极与参考极之间连接有电阻R9，稳压管UI的阴极与电阻R9之间并联有相互串联的电阻R7和电阻R8，电阻R7和电阻R8之间接供电端VCC，稳压管UI的阴极为低电压比较器提供工作电压10V，二极管D1采用肖特基二极管，电阻R9的电阻值为3K，电阻R10的电阻值为1K，电阻R7和电阻R8的电阻值均为2.4K，恒流模式控制电路包括低电压比较器U2A和低电压比较器U2B，低电压比较器U2A的输出极连接二极管D1的负极，低电压比较器U2A的输出极与-INA极并联有电容C2，低电压比较器U2A的-INA极依次串联有电阻R5和电阻R2，电子R2的两端接于功率电路的地线，电阻R1与电容C1串联后与电容C2并联，低电压比较器U2A的高电平输出极连接于电容C3一端，低电压比较器U2A的低电平输出极接地，电容C3另一端接地；低电压比较器U2A的+INA极连接于电阻R6一端和电容C4一端，电容C4的另一端接地，电阻R6的另一端串联电阻R3和电阻R4后接地，低电压比较器U2B的-INA极连接电阻R4与电阻R3之间，低电压比较器U2B的输出级连接于电阻R6和电阻R3之间，低电压比较器U2B的+INA极连接电压基准电路的基准输出电压2.5V，电阻R1电阻值为20K，电容C1和电容C2的电容量均为0.47uF，电阻R3电阻值为1K，电阻R4电阻值为2K，电阻R6电阻值为15K，电容C4电容量为0.1uF，电阻R2电阻值为1Ω，电阻R5的电阻值为2k，恒压恒流切换电路包括低电压比较器U3A，低电压比较器U3A的高电平输出极接电容C5后接地，低电压比较器U3A的高电平输出极接电压基准电路为低电压比较器提供工作电压VCC-1，即低电压比较器U3A的高电平输出极接稳压管UI的阴极；低电压比较器U3A的-INA极接电阻R12后接电压基准电路为电路提供基准电压2.5V，即低电压比较器U3A的-INA极接电阻R12后接电压基准电路中稳压管UI基准极，低电压比较器U3A的+INA极串联电阻R13和电容C6后接地，电阻R13和电容C6之间接电池测试端Battery-Test，低电压比较器U3A的低电平输出极接地，低电压比较器U3A的输出极与低电压比较器U3A的高电平输出极之间接有串联的电阻R14和电阻R11，电阻R14和电阻R11之间接三极管V1的基极，三极管V1的发射极接电阻R11另一端，三极管V1的集电极接恒流模式控制电路中低电压比较器U2A的高电平输出极。

2.根据权利要求1所述的一种模式自主切换的充电电路，其特征在于，三极管V1选用mmbt4403型号三极管。

3.根据权利要求1所述的一种模式自主切换的充电电路，其特征在于，电阻R11和电阻R14电阻值均为5.1K，电阻R12和电阻R13电阻值为10K；电容C5和电容C6电容量为0.1uF。

4.根据权利要求1所述的一种模式自主切换的充电电路，其特征在于，低电压比较器U2A、低电压比较器U3A和低电压比较器U2B均选用型号为LM2903的低电压比较器。

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