CN1089959C - 电池充电电路 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池充电电路和电池充电装置，它包括电压跟随器和具有电阻的转换器电路，电压跟随器电源的基准线接用于测充电电流值的电阻的第一端以接收电源，从而相对于基准线而工作，其输入端接蓄电池侧的电阻的第二端，转换电路根据基准线与电压跟随器的输出之间的电压差而接收电流值并将其转换成以地为基准的电压信号，而该电压信号即用作充电电流值的检测信号。

Description

电池充电电路

本发明涉及蓄电池充电电路和充电装置，具体讲，涉及锂离子型蓄电池的蓄电池充电电路，其中因产生用于对充电电路或充电装置进行充电控制所测出的充电电流值的离散性得到抑制，并实现了最佳的充电效果。

假定蓄电池是在放过电之后，对诸如锂电池的充电首先是以诸如300mA的恒定电流充电，随后，在充电进入实质阶段后，充电操作就切换到恒压充电。随后，在恒定充电电压下，当充电电流降至低于30mA以下时或充电电压高于预定值时，就确定电池充满且结束充电。

图2为常规的电池充电电路。标号8为充电装置，其中标号1为由诸如微机构成的控制电路，标号2为充电电流馈给电路，它根据来自控制电路1的控制信号开始充电操作，执行恒流操作，并根据控制信号进行恒压充电和结束充电，它是由驱动电路2a和以MOS场效应晶体管形式的充电电流的输出晶体管2b构成的。标号3为锂蓄电池(以下简称电池)，它经检测电阻R从充电电流馈给电路2接收充电电流并由此而被充电，标号4为包括上述检测器电阻R的充电电流检测电路，而标号5为一个模/数转换器(A/D)。D为充电电流馈送电路2的输出晶体管2b和电阻R之间的用于防止过充的二极管。

上述电路的充电是如下进行的，当由开关(未示出)测出电池3装在了电路上时，控制电路1向充电电流馈送电路2送出控制信号以根据此控制信号启动充电操作并控制驱动电路2a。这样，充电电流馈送电路2工作以对电池3充电。在此充电过程中，由充电电流检测电路4测出恒定充电电流值。由A/D转换器5将所测出的值A/D转换，并送到控制电路1上。控制电路1将恒流值与基准值比较并判定电流充电状态，根据判定后的充电状态，将恒流充电操作改变为恒压充电操作，随后，当状态达到充完电的状态后，控制电路1就结束充电电流馈送电路2的工作。

充电电流检测电路4通常是由减法电路构成，它在检测器电阻R的两端接收端子电压。此减法电路是由运算放大器或差分放大电路4a构成，在其(+)端有一个由分压电阻R₁和R₂构成的分压电路，而在(-)端则有一个由分压电阻R₃和R₄构成的分压电路。各分压电路具有相同的分压比。因此，由充电电流检测电路产生一个代表检测电阻R的两端6和7处的电压V₁和V₂之间电压差的输出电压V₀。

在分压电阻R₃和R₄中，分压电阻R₄用作反馈电阻，而分压电阻R₃用作差分放大器电路4a的基准电阻。在此例中，差分放大电路4a用作反相和非反相操作的电路，且在其输出端的检测电压V₀由下式表示：

V₀＝V₁(R₃+R₄)R₂/(R₁+R₂)R₃-V₂(R₄/R₃)

当R₁＝R₂＝R₃＝R₄时，V₀＝V₁-V₂关系成立，其中R₁、R₂、R₃和R₄分别为分压电阻R₁、R₂、R₃和R₄的电阻值。

但当使用了上述充电电流检测电路后，检测电压V₀＝V₁-V₂的关系就不能再保持，因为每次制造出的充电电路或充电装置的电阻R₁、R₂、R₃和R₄是离散的，从而因各电阻值的离散性使表示充电改变完成的检测电压也不同。

结果，所测出的充电电流值会依各充电电路和充电装置而有所不同。在此例中，对于其中的电流值离散性趋向较低值时的电路和装置，对电池的充电会在实际充电完之前完结，由于此种不完全的充电使其可用时间被缩短。在另一种离散性趋向较高值时的情况，尽管有防过充二极管，电池仍会轻微过充，过充电池的工作时间反过来会受影响。

本发明的一个目的在于解决上述问题，并为诸如锂蓄电池的电池提供充电电路，其中在充电电路中充电电流值的离散性受到抑制并实现最佳充电。

本发明的另一个目的在于提供一种诸如锂蓄电池的电池充电电路，其中检测电路中充电电流值的离散性受到抑制并实现最佳充电。

根据本发明的蓄电池充电电路包括：充电电流馈送电路，用于经检测充电电流值的电阻将充电电流馈到蓄电池上，经所述阻测出所述充电电流值，并根据测出的所述充电电流值，对所述蓄电池充电，其特征在于，包括：电压跟随器，其中在电源侧的基准线被接到所述充电电流馈送电路侧的所述电阻的第一端上以接收电源，从而将所述基准线作为基准而工作，而且其输入端子接到在所述蓄电池侧的所述电阻的第二端上，用以经所述电阻检测所述充电电流值；具有一个电阻器的转换器电路，它根据所述基准线与所述电压跟随器输出间的电压差接收电流值，并且通过将接地端作为基准端而将其转换为电压信号；以及控制电路，用所述电压信号作所述充电电流值的检测信号，并根据该检测信号控制所述充电电流馈送电路的所述充电电流。

根据本发明所进行的说明，电压跟随器以电源的基准线作为工作基准而工作，并且还连接到检测电阻的第二端子上以接收输入信号，在其下游用于测充电电流值的检测电阻的第二端子可以获得与电压跟随器的输出电压相同的电压值。另外，在电源上的电压跟随器的基准线接其上游的检测电阻的第一端，并从其上接收电源而工作。因此在电源上的基准线上的和电压跟随器输出端上的各电压与检测电阻两端的电压相等。由于电压的相等而由转换器电路以地为基准转换成电压，从而可以获得检测电阻的原电压或成一定比例的电压。此外，在此例中由于转换电路具有电阻，因此具有一个电阻或两个电阻就足够了，从而可以减少由电阻的离散性而引起的充电电流检测值的离散性。

以此电路，可以方便地实现诸如锂离子型蓄电池的二次电池的电池充电装置，其中可以减小检测电流离散性并实现最佳的充电。

图1为代表一个实施例的电流充电装置的方框图，其中利用了根据本发明的电池充电电路；

图2为常规电池充电装置的方框图。

图1中的电池充电装置10包括一个代替图2中的充电电流检测电路4的充电电流检测电路9。图1的其它结构与图2的基本相同。在图1中，与图2相同的部分标以相同的标号并省略相应的描述。

充电电流检测电路9是由差分放大器11和射极跟随器12构成，对射随器12输出的全反馈的电路以其整体形成一个电压跟随器。另外，由于电源端的电压跟随器的基准线+V_c接检测器电阻R上游处的端子6，则从充电电流馈送电路2的一侧接收电源。此外，射随器12的输出信号的基准线使用接地线之外的电源一侧的基准线+V_c。

差分放大器电路11包括NPN型差分晶体管Q₄和Q₅，在电流镜电路中的有源负载PNP型晶体管Q₆和Q₇，晶体管Q₆和Q₇被设在NPN型差分晶体管Q₄和Q₅的上游并在电源侧的基准线+V_c与晶体管Q₄和Q₅的公共射极与地GND之间设置的电阻之间。从晶体管Q₇和Q₅的集电极的连接点取出差分放大电路11的输出并送到射极跟随器12中的晶体管Q₁的基极。此外，连在晶体管Q₄和Q₅的集电极之间连接的电容C用于消除噪声。

差分放大器电路11在晶体管Q₄的前级设有用作小电流放大电路的晶体管Q₂，而Q₂的基极接用作电池3的充电端的检测器电阻R的端子7，其集电极接电源基准线+V_c，发射极经也用于晶体管Q₄基极的电阻R_b接地GND。另外，在晶体管Q₅前设晶体管Q₃以形成与晶体管Q₂对称的结构。晶体管Q₃的基极接射随器12的晶体管Q₁的射极(换言之，为插入到其射极一侧的负载电阻R₅的输出)，集电极接电源基准线+V_c，射极经也用于晶体管Q₅基极的电阻R_c接地GND。

作为上述电路的变型，包括电阻R_a和电阻R_b和R_c的差分放大电路11的接地GND端的电阻可分别用作恒流源。

如之前所解释的，电源线+V_c接连在充电电流馈送电路2输出端的检测电阻R的端子6上，并经此端子6接收电源。结果，插在前级和差分放大电路11的晶体管Q₁和Q₂由充电电流馈送电路2上接收的电源驱动。

射随器12的射极经负载电阻R₅接电源线+V_c，而其集电极经电阻R₆接地GND。另外，由于其射极还接晶体管Q₃的基极，射随器12就由充电电流馈送电路2接收的电源驱动，且以+V_c作基准电源的射极上的输出被全反馈到差分放大器电路11上。经此全反馈，形成一个电压跟随器，它由用+V_c作为基准电源情况下从充电电流馈送电路2接收的电源驱动的，并且还包括晶体管Q₁和Q₂，差分放大器11和跟随器12。

在电压跟随器中，在晶体管Q₃的基极产生与晶体管Q₂的基极电压相同的电压。结果，晶体管Q₃基极的电位等于端子7处的电压，在负载电阻R₅产生的输出电压以相同量跟随于检测电阻R的端子7的电压。另外，在电压跟随器中，电源基准线+V_c接端子6。因此，+V_c的电压与检测电阻R的端子6上的电压相对应。在电源基准线+V_c和电阻R₅射极上获得与检测电阻R的两端6和7上的电压V₁和V₂相同的电压。当然，在此实例中，与将被充电的电池3相类似，经充电电流检测用电阻R的端子6从充电电流馈送电路2上接收加给充电电流检测电阻9的电源。

由流经电阻R₅的电流而测出与产生电压V₁和V₂相同的电压的电阻R₅的端电压。因此，下游电阻R₆的电压是与上述电压V₁和V₂的差对应的电压。在电阻R₆上的端电压为以接地GND端为基准的电压值。也就是说，在此例中，射随器12的射极将接其集电极的电阻R₆测出的电压转换成以地GND为基准的电压值。由电阻R₆测出的电压根据电阻R₅和R₆的比值而用作电压值，它形成了充电电流检测电路9的输出电压V₀并输出到A/D转换器电路5上。

由于此时从A/D转换器电路5中所获的信号其值与电阻R₅和R₆的比值对应，如果R₅和R₆值相同而使其比值为1∶1，则可获得V₀＝V₁-V₂的关系。如果比值不为1∶1，在从A/D转换电路5接收检测电压V₀的数字值之后，控制电路执行相应的控制。

在此例中，检测电压V₀的离散性是由电阻R₅和R₆的值决定的。此外，由于信号是依比例取出的，如果电阻R₅和R₆同时集成起来，所测出的电压的离散可被抑制到单一电阻R₅离散的程度加另一轻微离散的程度。另外，由于检测电路形成电压跟随器，可根据电阻的离散性来确定输出电压的离散性。因此，所测电流值的离散性可被限制到大约一个电阻的电阻值离散性的程度。

此外，在本实施例中由于充电电流检测电路9之外的电路以如图2的方式形成，因而省略对其进行的描述。

现在，根据本实施例的射极跟随器构造成一个能产生与作为全反馈放大器的电压跟随器的输出电压与电源基准线的电压之间的电压差对应的电流值的电路，且在本实施例中，由射随器集电极的电阻将此电流值转换成以地GND为基准的电压值。

在本发明的实施例中，电压跟随器和转换器电路是由具有负载电阻的转换器电路和全反馈放大器构成的，但本发明并不局限于此，任何包括能将电压跟随器与电源端之间的电压差对应的电流转换成以地为基准的电压的电阻的转换器电路都可利用。

此外，在实施例中，将由转换器电路进行转换的检测电压值是以地线GND为基准的，但本发明并不局限于以GND线为基准，与地线有预定电压的任何线都可用作基准线。

Claims (6)

1.一种蓄电池充电电路，具有充电电流馈送电路，用于经检测充电电流值的电阻将充电电流馈到蓄电池上，经所述电阻测出所述充电电流值，并根据测出的所述充电电流值，对所述蓄电池充电，其特征在于，包括：

电压跟随器，其中在电源侧的基准线被接到所述充电电流馈送电路侧的所述电阻的第一端上以接收电源，从而将所述基准线作为基准而工作，而且其输入端子接到在所述蓄电池侧的所述电阻的第二端上，用以经所述电阻检测所述充电电流值

具有一个电阻器的转换器电路，它根据所述基准线与所述电压跟随器输出间的电压差接收电流值，并且通过将接地端作为基准端而将其转换为电压信号；以及

控制电路，用所述电压信号作所述充电电流值的检测信号，并根据该检测信号控制所述充电电流馈送电路的所述充电电流。

2.如权利要求1的蓄电池充电电路，其特征在于所述电压跟随器包括差分放大器电路和射极跟随器电路，其中差分放大器电路的输入端之一接收与来自所述第二端的电压信号对应的信号，而射极跟随器具有在基极接收所述差分放大器电路的输出，并参照所述基准线工作的晶体管，并在连接该晶体管的射极的负载电阻上产生所述电压跟随器的输出，在所述负载电阻产生的输出全反馈至所述差分放大器电路的另一输入端上，

所述转换器电路是在所述晶体管的集电极与以所述地侧为基准的线之间设置的、变换所述电压信号的电阻。

3.如权利要求2的蓄电池充电电路，其特征在于在所述电源侧的基准线为电源线，所述差分放大器电路包括一对在用于执行差分的晶体管前级的作为信号放大级的对称的一对晶体管，设置在前级的晶体管之一从所述第二端在其基极上接收电压信号，而设置在前级的另一所述晶体管则在其基极接收在所述负载电阻产生的输出信号。

4.如权利要求3的蓄电池充电电路，其特征在于用于转换所述电压信号之用的电阻和所述负载电阻的电阻值实际上相等。

5.如权利要求2的蓄电池充电电路，其特征在于所述差分放大器电路为运算放大器。

6.如权利要求3的电池充电电路，其特征在于还包括一个模/数转换器电路，该模/数转换器从变换所述电压信号的电阻接收所述电压信号，并将所述电压信号进行模/数转换并送到所述控制电路。