CN110612651A - 用于对二次电池充电的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对二次电池(22)充电的电路(21)，该电路包含直流转换器(23)，其中所述直流转换器(23)包含到输入直流电压(25)的输入连接器(24)和输出连接器(26)，所述输出连接器可连接到所述二次电池(22)的用于将充电电流施加到所述二次电池(22)的正极端子(27)，其中所述直流转换器(23)还包含用于感测反馈电压的电压反馈连接器(30)，其中所述直流转换器(23)经调适以通过根据所感测的反馈电压调整所述输出连接器(26)处的输出电流来调节输出电压；以及连接到所述输出连接器(26)并连接到所述直流转换器(23)的电压反馈连接器(30)的反馈子电路。为了调节和限制充电电流，所述反馈子电路包含可串联连接到所述二次电池(22)的正温度系数电阻器(35)，其在所述电路中设置在所述二次电池(22)的负极端子(28)与所述直流转换器(23)的接地连接器(30)之间，使得所述正温度系数电阻器(35)的电阻增大导致所述电压反馈连接器(30)处的电压增大。

Description

用于对二次电池充电的电路和方法
技术领域
本发明涉及一种具有直流转换器的用于对二次电池充电的电路，例如在家用电器，诸如剪发或脱毛器具(剃刀、脱毛器)、牙刷或皮肤处理装置(按摩)中实施。电路的直流转换器包含可连接到输入直流电压的输入连接器和输出连接器，该输出连接器可连接到二次电池的用于向二次电池施加充电电流的正极端子(在本文中也表示为“阳极”)。直流转换器还包含用于感测反馈电压的电压反馈连接器，其中所述直流转换器经调适以通过根据所感测的反馈电压调整输出连接器处的输出电流来调节输出电压。电路还包含连接到输出连接器并连接到直流转换器的电压反馈连接器的反馈子电路。
背景技术
移动装置，如移动电话、笔记本电脑、平板电脑等的功能每天都变得越来越强大。此外，大量先前具有高耗电量的固定器具正在变得以移动型式提供。这一进展主要是通过二次电池的性能提高而成为可能，所述二次电池现可提供运行这些装置所需的电力。另外，二次电池的容量现在高到足以为这些装置提供电力持续所需的时间量。当电池电量耗尽时，应使用适当的充电装置对二次电池进行再充电。
现代二次电池，如锂离子电池广泛用于小型电子装置中，其应当用适于其充电特性的专用电子充电器充电。充电特性取决于二次电池内部能量的化学转化，其中必须满足若干条件以确保装置的安全性，以避免对电池的损坏并维持电池寿命。已知的充电器使用具有有限充电电流的直接充电，利用适当的电源单元或使用恒定电流/恒定电压方法(CC/CV)的电源独立式拓扑。
利用这种恒定电流/恒定电压方法，首先用恒定电流对电池充电，以避免充电电流过多，尤其是在充电开始时。恒定电流相位继续，直到达到终端充电电压。此时，达到了二次电池标称容量的大约70％至80％。随后，以恒定电压开始充电，从而确保不超过终端充电电压。在恒定电压相位中，充电电流随着电池充电的增大而逐渐减小。
为了将这类方法实施到充电装置中，需要特殊的充电IC。对于小功率需求，使用集成充电IC是常见的。此类充电IC的缺点是提供所需功能的高度复杂性。这导致芯片面积大，引脚数量高，测试所需时间长，并且装置成本特别高。另一个重要缺点是由于充电IC的“黑盒”行为，对于开发者而言缺乏透明度。这使得难以将充电IC与自身的微控制器和/或软件组合，因为开发者无法获得充电IC的工作细节。
对于低成本装置，将简单直流转换器与分流电阻器一起用于对二次电池充电。利用这类装置，对于低电池电压，直流转换器总是将其最大输出电流递送至二次电池。因此，当电池电压接近终端电压时，充电电流仅减小。这导致在充电开始时直流转换器过热，并且导致充电电流非常高，从而导致电池寿命严重降低。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于对二次电池充电的简单低成本电路，该电路确保安全，避免对二次电池的损坏并且维持电池寿命，尤其用于家用电器，诸如剪发或脱毛器具(剃刀、脱毛器)、牙刷或皮肤处理装置(按摩)。本发明的另一个目的是为二次电池提供过电流保护。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于对二次电池充电的电路包含直流转换器。该直流转换器包含到输入直流电压的输入连接器和输出连接器，该输出连接器可连接到二次电池的用于向二次电池施加充电电流的正极端子(阳极)。直流转换器还包含用于感测反馈电压的电压反馈连接器，其中所述直流转换器经调适以通过根据所感测的反馈电压调整输出连接器处的输出电流来调节输出电压。电路还包含连接到输出连接器并连接到直流转换器的电压反馈连接器的反馈子电路。反馈子电路包含可串联连接到二次电池的正温度系数电阻器，其在电路中设置在二次电池的负极端子(在本文中也表示为“阴极”)与直流转换器的接地连接器(在该文本中也表示为“接地”)之间，使得正温度系数电阻器的电阻增大导致电压反馈连接器处的电压增大。
根据另一个方面，提供一种利用如上定义的电路对二次电池充电的方法，其中二次电池的充电电流流过具有正温度系数的电阻器，具有正温度系数的电阻器的电阻由于流过电阻器的电流而增大，增大的电阻限制二次电池的充电电流并且导致反馈子电路向直流转换器的反馈输入提供更高的电压。
附图说明
图1示出了具有充电器IC的已知CC/CV充电器的电路图；
图2示出了具有充电器IC的已知CC/CV充电器的充电电流和充电电压随时间变化的曲线图；
图3示出了本发明的电子电路的第一实施方案的电路图；
图4示出了本发明的电子电路的充电电流和充电电压随时间变化的曲线图；
图5示出了本发明的电子电路的第二实施方案的电路图；并且
图6示出了PPTC电阻器的电阻与温度的依赖性的曲线图。
具体实施方式
本发明的用于对二次电池充电的电路包含直流转换器。直流转换器包含到输入直流电压的输入连接器，该输入直流电压用作直流转换器的供电电压。直流转换器还包含输出连接器，该输出连接器可连接到二次电池的用于向二次电池施加充电电流的正极端子或阳极。
直流转换器还包含用于感测反馈电压的电压反馈连接器，其中所述直流转换器经调适以通过根据所感测的反馈电压调整输出连接器处的输出电流来调节输出电压。
直流转换器的标准操作使得直流转换器尝试将电压反馈连接器处的电压维持到其指定的反馈电压值。根据反馈转换器处的电压，直流转换器通常改变内部脉冲宽度调制，以便调整或调节输出电压和输出电流。因此，直流转换器通过调整其输出电流来调节其输出电压。如果反馈电压低于指定的反馈电压值，则直流转换器增大其在输出连接器处的输出电流，直到反馈电压达到指定的反馈电压值。如果反馈电压高于指定的反馈电压值，则在输出连接器处不递送电流或递送减小的电流。
标准直流转换器的典型行为可为如下：输出电流(即，在输出连接器处递送的电流)的值与差值“指定的反馈电压值”-“反馈电压”直接相关。差值越大，电流就越高。当差值为负数时，不递送电流，而与差值的量无关。
当差值“指定的反馈电压值”-“反馈电压”大于约50mV时，根据所述电路提议的合适的直流转换器可提供全电流(即，按照直流转换器规格的最大电流)。在0V<“指定的反馈电压值”-“反馈电压”<50mV范围内，可调节与差值成比例的电流。
如果电流与电压差无关，即当预定义差值为正时提供了全电流，并且当预定义差值为负时不提供电流，则本发明的电路或方法仍将起作用。然而，之前描述的直流转换器提供在一定范围的“指定的反馈电压值”-“反馈电压”差值，与差值的值成比例的输出电流可提供更好的结果和更顺利的控制。
直流转换器可实现为仅具有集成部件的单个IC(集成电路)，或实现为具有补充部件(诸如线圈和电容器)的IC。直流转换器也有可能由离散的电子部件构成。
电路还包含连接到输出连接器并连接到直流转换器的电压反馈连接器的反馈子电路。该反馈子电路包含正温度系数电阻器，该正温度系数电阻器可串联连接到二次电池使得正温度系数电阻器的电阻增大导致电压反馈连接器处的电压增大。
如本文所用，术语“串联连接”可理解为“沿单一路径连接”。根据本发明，正温度系数电阻器在电路中设置在二次电池的负极端子(阴极)与接地之间。与接地的连接可通过与直流转换器的接地连接器的连接来实现。
应当指出的是，基本上相同的电流(充电电流)流过串联连接的所有部件，即电池和正温度系数电阻器。流过其他连接部件(即反馈子电路(分压器)和电压反馈连接器)的电流与充电电流相比较小，使得电流的主要部分沿着单一路径流过串联连接的部件。
类似地，术语“并联连接”可被理解为沿着多条路径连接，使得基本上相同的电压被施加到相应的路径。
当二次电池连接到用于充电的电路的输出连接器并且直流转换器被供应有输入直流电压时，直流转换器可向二次电池提供充电电流。当所连接的二次电池的电池电压较低时，反馈电压低于指定的反馈电压值。直流转换器因此增大或提供输出电流。在正温度系数电阻器串联连接到二次电池的情况下，充电电流流过两个部件-二次电池以及正温度系数电阻器。因此，能量在正温度系数电阻器中耗散，从而导致温度升高，且因此导致正温度系数电阻器的电阻增大。这具有以下效果：反馈电压也朝直流转换器的指定反馈电压值增大。在反应中，直流转换器优选地降低输出电流。因此，根据本发明，正温度系数电阻器连接到电压反馈连接器，使得反馈子电路用作充电电流的反馈调节和限制器。因此，利用本发明的电路，在不使用昂贵的充电器IC的情况下，可用受调节且不过量的充电电流对锂离子电池、锂聚合物电池和其他现代二次电池充电。
在本发明的一个实施方案中，电路的反馈子电路包含具有至少两个电阻器(第一电阻器和第二电阻器)的分压器。该分压器与二次电池并联设置并且与正温度系数电阻器串联设置。这意味着分压器设置在连接二次电池的正极端子和二次电池的负极端子的路径中，其中二次电池的负极端子和连接到二次电池的负极端子的分压器的连接器两者均连接到正温度系数电阻器的同一连接器。就具有两个电阻器的分压器而言，可根据电阻器的电阻和电池电压来计算两个电阻器之间相对于二次电池的负极端子(阴极)的电压：
在本发明的一个优选实施方案中，直流转换器的电压反馈连接器在第一电阻器与第二电阻器之间连接到分压器。
因此，在电压反馈连接器处感测到的反馈电压的值由分压器的电阻器的电阻和电池电压限定。分压器的电阻器可被选择为使得对于对应于完全充电的电池的电池电压，两个电阻器之间的电压对应于直流转换器的指定反馈电压值。因此，分压器被设计成使得如果二次电池被完全充电，则直流转换器停止工作，这意味着不再向二次电池提供充电电流。
相比之下，如果二次电池的电压电平低于完全充电电池的电压电平，则在电压反馈连接器处感测到的反馈电压也低于指定的反馈电压值。在反应中，直流转换器接入充电电流。优选地，所施加的充电电流取决于所指定的反馈电压值和所感测的反馈电压之间的差值量。
在本发明的另一方面，反馈子电路包含启用和/或禁用反馈子电路的反馈开关。这在不向直流转换器施加输入电压时尤其有用。在这种情况下，如果反馈子电路不被反馈开关中断，则二次电池将向分压器递送供电电压，从而导致维持电流。反馈开关打开分压器和二次电池的电路。一旦反馈开关打开，就没有电流可从二次电池流过分压器，导致不需要的维持电流对二次电池放电。
在本发明的另一个实施实施方案中，反馈开关可由输入电压来切换。因此，如果输入连接器未连接到电源，或者所连接的电源未递送输入直流电压或递送的输入直流电压过低以使电路无法正常工作，则反馈开关被断开。因此，自动避免连接到电路的二次电池在这种情况下放电。这是尤其重要的，因为当使用者使用具有用于对二次电池充电的电路的充电装置时，使用者通常不会在电池被完全充满时从充电装置移除电池，而是简单地将充电装置的插头从电源拔出，从而断开输入直流电压与电路的连接。家用电器的情况通常如此。
如果没有上述例如可由输入电压切换的反馈开关，则电池将立即开始在反馈子电路的分压器上再次放电。当用户希望稍后使用电池时，只有有限的电池电量可用。在使用者将电池长时间留在拔出的电池充电器中的情况下，这甚至可导致电池的深度放电，从而导致电池寿命缩短。
根据本发明的另一个方面，至少一个可切换旁路连接到分压器的至少一个电阻器，以用于在分压器中使该电阻器短路。因此，旁路连接在相应电阻器的第一连接器与第二连接器之间。具体地讲，分压器可包含第三电阻器，其中可切换旁路连接在该第三电阻器的第一连接器与第二连接器之间。
通过使分压器的至少一个电阻器短路，可改变分压器的特性，从而导致至少两个电阻器处的电压改变。例如，在分压器中可提供至少三个电阻器，其中第一电阻器连接在输出连接器与电压反馈连接器之间，并且第二和第三电阻器连接在电压反馈连接器与正温度系数电阻器之间。然后可将旁路布置成以可切换方式使第二和/或第三电阻器短路。此可切换旁路可用于针对给定的电池电压改变电压反馈连接器处的电压电平。当绕过第二或第三电阻器时，反馈电压下降至较小值，从而导致充电电流增大。另一方面，当旁路断开时，电压电平升高至较高值，从而产生较小的充电电流。例如，有可能在正常充电模式下使第二或第三电阻器短路，并且断开旁路从而减小充电电流以实现缓慢或涓流充电模式。这可用于例如非常热的环境中，以避免对二次电池或对深放电的二次电池的损坏。
还有可能在正常充电模式下断开旁路并绕过其中一个电阻器以实现快速充电模式，从而获得更高的充电电流。如果使用者需要在非常短的时间内对电池充电，从而有降低二次电池使用寿命的风险，则可使用这种方法。
另选地或另外，可切换旁路可连接到连接在输出连接器与电压反馈连接器之间的电阻器。在这种情况下，绕过电阻器导致反馈电压增大，且因此导致充电电流减小。因此，有可能用可切换旁路提供分压器的若干电阻器，使得可选择许多充电电流的不同水平。
根据一个优选的实施方案，至少一个可切换旁路由控制单元致动。借助于可切换旁路，控制单元可以方便的方式调整反馈电压并因此调整充电电流。例如，如果要对电压电平低于3V的深度放电电池充电，则可在预调节阶段降低充电电流以保护二次电池。当正常充电电流被认为是1A时，预调节阶段中的充电电流可降低至100mA。在预先确定的时间段之后，或者当达到指定的电池电压时，控制单元可通过切换旁路并从而增大充电电流来结束预调节阶段。因此，有可能在没有对电池造成损坏的风险的情况下自动对深度放电电池进行再充电。例如，对于深度放电的锂离子电池，供应商非常推荐低充电电流。
可切换旁路可被布置成使得在停用控制单元的情况下，启动自动预调节阶段。当停用控制单元时，连接到开关的控制单元输出具有0V。因此，旁路被断开并且电阻器限制充电电流，从而防止二次电池过电流。
根据另一个实施方案，控制单元被配置成借助于施加到至少一个可切换旁路的脉冲宽度调制来设定终端充电电压。
当二次电池接近完全充满并且因此充电电流逐渐减小到零时，终端充电电压为供应给二次电池的电压。终端充电电压由分压器的电阻器的电阻限定。电压将达到使得电压反馈连接器处的电压将等于直流转换器的指定反馈电压值的值。
例如，利用如前文所述的三个电阻器，可因此根据电阻和直流转换器的指定反馈电压值来计算终端充电电压。
通过将脉冲宽度调制(PWM)施加到例如连接到第三电阻器的可切换旁路，该电阻器可被接通和断开。当旁路被接通时，电阻器被短路，且因此具有零有效电阻，其中当旁路被断开时，电阻器具有其标称值的有效电阻。当可切换旁路通过脉冲宽度调制接通和断开时，这导致第三电阻器的电阻平均值：
在PWM＝100％的情况下，旁路开关一直接通，使第三电阻器连续短路。因此，旁路的断开时间toff＝0，从而导致电阻R3平均值＝0。在PWM＝0％的情况下，旁路的接通时间t为ton＝0，并且所得电阻为R3平均值＝R3。在PWM＝50％的情况下，接通时间等于断开时间，导致电阻R3平均值＝0.5·R3。这导致感测到的反馈电压的终端充电电压
因此，控制单元可借助于脉冲宽度调制在以下两个值之间调节终端充电电压：
和
在另一方面，控制单元被配置成借助于施加到至少一个可切换旁路的脉冲宽度调制来限制充电电流。
如上所述，通过接通和断开分压器的至少一个电阻器的旁路，可移位在电压反馈连接器处的电压电平以改变充电电流。通过在充电期间向旁路施加脉冲宽度调制，可改变相应旁路电阻器的平均电阻。因此，控制单元可将充电电流调整到在相应旁路接通和旁路断开时所实现的充电电流之间的任何值。
对于如之前所述的脉冲宽度调制，根据本发明，建议使用用于脉冲宽度调制的合适频率和对应电容来使从直流转换器的反馈输入中“看到的”信号平稳。适于调制频率的电容器滤掉PWM的断开状态和接通状态，使得在电压反馈连接器处看到之前所述的平均值。这导致稳定控制充电电流和/或终端充电电压。
根据本发明的另一个方面，分压器被配置成使得在控制单元失效的情况下不超过最大终端充电电压。
这可通过为分压器的电阻器选择足够的电阻来实现。例如，在控制单元失效的情况下，可连续地绕过第三电阻器。第三电阻器的有效电阻因此为零。然后，终端充电电压将达到
该终端充电电压可例如通过对应的电阻器选择被设定为4.5V。因此，分压器用作在硬件中实施的过电压保护。用于正常操作的终端充电电压可由软件设定为例如4.1V，对第三电阻器R3的旁路进行适当的脉冲宽度调制。
根据本发明的一个方面，具有正温度系数的电阻器为PPTC(聚合物正温度系数电阻器)。此类电阻器具有当通过PPTC的电流超过阈值时增大数个数量级的电阻。因此，利用PPTC作为正温度系数电阻器的电路可以可靠地防止可能损坏二次电池的过电流。
在本发明的另一方面，电容被布置在反馈电压连接器与接地之间并且/或者被布置在输出连接器和/或输入连接器与接地之间，尤其在如上所述使用PWM时。如上已述，接地可由直流转换器的接地连接器限定。电容可充当平滑电容器，其可稳定在反馈连接器、输入连接器和/或输出连接器处的电压。
在本发明的另一个方面，直流转换器可以是简单的直流转换器，其在无任何其他逻辑的情况下根据感测到的反馈电压提供输出电流。此类装置特别便宜，且因此可用于低成本装置。
另选地，直流转换器可根据感测到的反馈电压提供输出电流，并且具有例如呈微控制器形式的处理器，以用于调整充电扫频形式和/或吸收PPTC和其他电阻器容差和/或在软件层面上限定辅助功能终端电压。具有带有处理器的直流转换器的电路可递送非常精确的输出。另外，有可能提供针对相应的二次电池定制的更复杂的输出信号。因此，它可用更短的充电时间提供甚至更好的充电程序，并提供更长的电池寿命。
在本发明的另一个方面，提供一种用如上所述的电路之一对二次电池充电的方法。在该方法中，二次电池的充电电流流过具有正温度系数的电阻器。这导致具有正温度系数的电阻器的电阻由于电流流过电阻器而增大。这种增大的电阻限制二次电池的充电电流并且导致反馈子电路向直流转换器的反馈输入提供更高的电压。因此，以避免过电流和对二次电池的损坏的相关风险的方式对电池充电。
图1中示出了用于对二次电池2(例如锂离子电池)充电的已经已知电路1。该电路包含作为中央控制元件的锂离子充电器IC(集成电路)3。锂离子充电器IC 3具有用于将锂离子充电器IC 3连接到输入直流电压5的输入连接器4。锂离子充电器IC 3还包含输出连接器6，该输出连接器经由分流电阻器12连接到二次电池2的正极端子(阳极)7。对电池充电时，流过二次电池2的充电电流也流过分流电阻器12，从而导致分流电阻器12上的电压降，所述电压降与充电电流13成比例。二次电池2的负极端子(阴极)8连接到充电器IC 3的接地连接器9。接地连接器9还连接到输入直流电压5的接地。锂离子充电器IC 3包含两个反馈连接器10、11。电压反馈连接器10、11可用于测定二次电池2的电压14，并且电流反馈连接器10、11可用于测定充电电流13。通过持续测量充电电流13和充电电压14，锂离子充电器IC 3可调节输出电流以实现充电电流13和充电电压14的预编程时间轴，例如如图2所示的时间轴。
图2中所示的充电过程是通常用于锂离子电池和锂聚合物电池的恒定电流(cc)/恒定电压(cv)充电过程。它显示随时间t而变的电流I和电压U。充电电流13在充电过程开始时保持恒定。这限制了充电电流13，避免了充电过程开始时的过电流。在此时间期间，充电电压14逐渐增大。在预先确定的时间段之后或当达到充电电压14的预定值时，充电过程切换至恒定电压相位。通常，在电池电压达到充电电压的终端时启动恒定电压相位。此时，二次电池通常被充电至其标称电容的70％至80％。在恒定电压相位中，充电电压14保持恒定，而充电电流13随着电池充电的增大而逐渐减小。
用实施CC/CV充电方法的锂离子充电器IC 3对二次电池2充电的电路1的缺点是使锂离子充电器IC 3成为昂贵部件的高度复杂性。
在下文中，描述了在家用电器(诸如使用二次电池的剃刀、脱毛器、牙刷)中使用的本发明的电路的具体示例。
图3中示出了用标准直流转换器23对二次电池22充电的本发明电路21。直流转换器23包含连接到输入直流电压25的输入连接器24。输入直流电压25的接地连接到直流转换器23的接地连接器29。直流转换器23还包含连接到二次电池22的正极端子27的输出连接器26。作为(例如，仅一个)反馈输入，直流转换器23包含电压反馈连接器30。电压反馈连接器30连接到分压器，该分压器包含彼此串联布置并且与二次电池22并联布置的两个电阻器33、34。分压器的第一电阻器33连接到直流转换器23的输出连接器26并连接到二次电池22的正极端子27，并且分压器的第二电阻器34连接到二次电池22的负极端子28。电压反馈连接器30在两个电阻器33、34之间连接到分压器。聚合物正温度系数电阻器35串联设置到二次电池22，连接到二次电池22的负极端子28。聚合物正温度系数电阻器35也串联连接到分压器，连接到分压器的第二电阻器34并连接到直流转换器23的接地连接器29。
因此，电压反馈连接器30处的电压对应于电池电压的比分数，这取决于两个电阻器33、34的电阻值并取决于由充电电流引起的聚合物正温度系数电阻器35上的电压降。
当将输入直流电压25提供给直流转换器23时，直流转换器23通过调整输出电流来尝试将反馈电压(即电压反馈连接器处的电压电平)保持到其指定反馈电压值，例如至0.8V。
当二次电池22连接到电路21时，充电电流在开始时为零。因此，电压反馈连接器30处的反馈电压仅由电池电压和两个电阻器33、34的电阻值确定，该电阻值被选择成使得当二次电池的电池电压小于完全充满的电池的电池电压时，反馈电压小于指定的反馈电压值，例如0.8V。因此，直流转换器23向输出连接器26提供输出电流，从而对二次电池22充电。此输出电流流过聚合物正温度系数电阻器35，从而导致其上的电压降。该电压降使反馈电压更接近指定的反馈电压值偏移。电压反馈连接器处的电压电平因此对应于电池电压和充电电流的叠加。
由于聚合物正温度系数电阻器35的电阻在开始时非常小，而且电压降也非常小，所以仅导致反馈电压发生小偏移，所述小偏移开始不足以达到指定的反馈电压值。另外，充电电流耗散聚合物正温度系数电阻器35中的能量，从而导致聚合物正温度系数电阻器35的温度升高，并因此导致聚合物正温度系数电阻器35的电阻增大。增大的电阻导致聚合物正温度系数电阻器35上更大的电压降，从而进一步使反馈电压向指定的反馈电压值偏移。当达到输出电流时，对于该输出电流，反馈电压等于直流转换器23的指定反馈电压值，直流转换器23停止增大输出电流。聚合物正温度系数电阻器35因此充当充电电流的限制器。
图4示出了用于对二次电池22充电的本发明电路21的电池电压37和充电电流36的进程。电池电压随着时间的推移逐渐增大到对应于终端充电电压的值。充电电流36在开始时具有较大值，该值仍然足够小以避免对二次电池的损坏并且逐渐减小到零。充电电流和充电电压随时间推移的进程类似于如图2所示的昂贵充电器IC 3的进程，但是使用简单和便宜得多的电路21来实现。
图5示出了本发明的另一个实施方案，其基于图3的电路并且包含若干附加特征。二极管38设置在输入直流电压25与直流转换器23的输入连接器24之间。在输入直流电压25以错误极性供应的情况下，该二极管38防止对直流转换器23和二次电池22的损坏。它还充当反向电流阻断二极管。直流转换器23的输入连接器24还连接到电容器39。电容器39的第二连接器连接到接地。该输入电容器39可稳定输入电压并过滤输入直流电压中的电压峰值，所述电压峰值可导致直流转换器23和/或二次电池22损坏。
另一个电容器40连接在电压反馈连接器与接地之间，从而使反馈电压的高频干扰平滑。否则，反馈电压处的干扰可能导致直流转换器23的不规则行为。该电容器49对于应用于调节二次电池22的充电的PWM滤波(脉冲宽度调制滤波)至关重要。其使直流转换器23的电压反馈连接器30处的反馈电压平稳，使得在电压反馈连接器30处不可检测到脉冲宽度调制。
另一个电容器41提供在直流转换器23的输出连接器26与接地之间。直流转换器的输出电流显示(大)纹波(例如，标称电流为1A的+-0.5A)。电容器41的电容移除该纹波，使得流入电池的电流是平稳的(并且没有纹波)。补充地，纹波电流将在正温度系数电阻器35(PPTC)处以及相应地在电压反馈连接器30处导致(大)电压纹波。因此，可根据本发明来提供电容器41以增强系统品质和性能。因此，电容器41使输出电压平稳，从而产生更恒定的输出信号。
当图3或图5的电路未连接到输入直流电压25但连接到二次电池22时，电池电压被施加到具有电阻器33、34和43的分压器(在根据图5的电路情况下)。因此，不需要的维持电流流过电阻器33、34、43，从而使二次电池22放电。为了避免该维持电流，图5的电路具有布置在二次电池22的正极端子27与分压器的第一电阻器33(或串联连接的电阻器33、34和43的线路中)之间的反馈开关42。当打开反馈开关42时，反馈子电路与二次电池22断开连接，从而防止维持电流流过具有电阻器33、34和43的分压器。反馈开关42可以晶体管(例如MOSFET晶体管)形式实现，其连接到输入直流电压使得在向直流转换器提供输入电压时闭合开关。因此，当输入直流电压断开或过低时自动打开反馈开关42。
图5的电路的分压器包含三个电阻器。第一电阻器33经由反馈开关42连接到二次电池的正极端子27并连接到电压反馈连接器30。第二电阻器34和第三电阻器43在电压反馈连接器30与二次电池22的负极端子28之间彼此串联布置。第三电阻器43具有布置在电阻器43的第一与第二连接器之间的可切换旁路44。因此，可绕过电阻器，从而产生零有效电阻。可切换旁路44由控制单元控制，所述控制单元可对可切换旁路44施加脉冲宽度调制。因此，具有可切换旁路的第三电阻器43可实现许多功能。可断开旁路以实现具有减小的充电电流(涓流充电)的预调节阶段。控制单元可向可切换旁路施加脉冲宽度调制以调节输出电流。在充电结束时，控制单元可向可切换旁路提供脉冲宽度调制以设定终端充电电压。根据本发明，该特征使用简单脉冲宽度调制(PWM)来模拟一种CC/CV行为。当使用该脉冲宽度调制时，出于已经讨论的原因，优选还在电压反馈连接器30与接地之间提供电容器40。
为了以举例的方式给出图3和图5中所示的电路对于家用电器(诸如剪发或脱毛器具(剃刀、脱毛器)、牙刷或皮肤处理装置(按摩)的典型应用的合适工作范围的想法，提供以下数据作为电路的典型工作数据：
电池终端充电电压：4.05V
电池过电压保护：4.25V
指定的反馈电压值：800mV
充电电流：1A
预调节/涓流电流：100mA
直流输入电压：约5V-16V
输入电流：约350mA-900mA
在本发明的范围内，本领域的技术人员可在不脱离本发明的理念下根据其知识来修正这些值，以使电路适应某些器具的要求。电路的电子部件由本领域的技术人员根据其知识来选择。
图6示出了PPTC的电阻45与温度的依赖性的示例。对电流的依赖性相似，这是因为电流的增大会导致部件内温度的内部增大。在所谓的PPTC跳闸之后，达到具有极高电阻的曲线的平坦部分。优选地，这将不会在根据本发明的电路中实现。已经具有低得多的电阻(通常小于0.5Ohm)，PPTC处的电压已经足够高，使得反馈电压超过直流转换器的指定反馈电压值，并且直流转换器停止向二次电池递送充电电流，从而快速降低PPTC电阻。
本发明的用于对二次电池充电的电路和用于对二次电池充电的相应方法为常用的昂贵充电器IC提供了廉价且简单的替代方案，并且确保了安全充电，避免了对二次电池的损坏并且维持了电池寿命。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

Claims (14)

1.用于对二次电池(22)充电的电路，所述电路具有直流转换器(23)，所述直流转换器(23)包含
-输入连接器(24)，所述输入连接器可连接到输入直流电压(25)，
-输出连接器(26)，所述输出连接器可连接到所述二次电池(22)的用于向所述二次电池(22)施加充电电流的正极端子(27)；以及
-用于感测反馈电压的电压反馈连接器(30)，其中所述直流转换器(23)经调适以通过根据所感测的反馈电压调整所述输出连接器(26)处的输出电流来调节输出电压；
以及反馈子电路，所述反馈子电路连接到所述输出连接器(26)并连接到所述直流转换器(23)的所述电压反馈连接器(30)，
其特征在于
所述反馈子电路包含可串联连接到所述二次电池(22)的正温度系数电阻器(35)，其中所述正温度系数电阻器(35)在所述电路中设置在所述二次电池(22)的负极端子(28)与所述直流转换器(23)的接地连接器(29)之间，使得所述正温度系数电阻器(35)的电阻增大导致所述电压反馈连接器(30)处的电压增大。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于
所述反馈子电路包含分压器，其中所述分压器与所述二次电池(22)并联且与所述正温度系数电阻器(35)串联设置，并且其中所述分压器包含第一电阻器(33)和第二电阻器(34)。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于所述直流转换器(23)的所述电压反馈连接器(30)在所述第一电阻器(33)和所述第二电阻器(34)之间连接到所述分压器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路，其特征在于
所述反馈子电路包含启用和/或禁用所述反馈子电路的反馈开关(42)。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述反馈开关(42)可由所述输入电压(25)切换。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电路，其特征在于，所述分压器包含第三电阻器(43)和可切换旁路(44)，所述可切换旁路(44)连接在所述第三电阻器(43)的第一连接器与第二连接器之间以使所述分压器中的所述第三电阻器(43)短路。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于所述至少一个可切换旁路(44)由控制单元致动。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述控制单元被配置成借助于施加到所述至少一个可切换旁路(44)的脉冲宽度调制来设定终端充电电压。
9.根据权利要求7或8所述的电路，其特征在于，所述控制单元被配置成借助于施加到所述至少一个可切换旁路(44)的脉冲宽度调制来限制所述充电电流。
10.根据权利要求8至10中任一项所述的电路，其特征在于
所述分压器被配置成使得在所述控制单元失效的情况下不超过最大终端充电电压。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其特征在于
具有正温度系数的所述电阻器(35)为PPTC。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其特征在于
电容(39、40、41)被布置在所述反馈电压连接器(30)与接地(29)之间并且/或者被布置在所述输出连接器(26)和/或输入连接器(24)与接地(29)之间。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其特征在于
所述直流转换器(23)为以下中的任一种：
-根据所感测的反馈电压提供输出电流的简单直流转换器(23)
-根据所感测的反馈电压提供输出电流的具有处理器的直流转换器。
14.一种利用根据权利要求1至13中任一项所述的电路(21)对二次电池(22)充电的方法，其特征在于
-所述二次电池(22)的所述充电电流流过具有正温度系数的所述电阻器(35)；
-具有正温度系数的所述电阻器(35)的所述电阻由于所述电流流过所述电阻器(35)而增大；
-所述增大的电阻限制所述二次电池(22)的所述充电电流，并且
-导致所述反馈子电路向所述直流转换器(23)的所述电压反馈连接器(30)提供更高的电压。
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