CN110994738A - 一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置及充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置及充电方法，包括：依次连接的电源正极、恒流源电路、低压差线性稳压器LDO、待充电电池和电源负极；所述恒流源电路与低压差线性稳压器LDO之间的连接点，通过输入电容C1与电源负极连接；所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，通过电容C2与电源负极连接；所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，还通过串联的反馈电阻R1和反馈电阻R2与电源负极连接；所述反馈电阻R1与反馈电阻R2之间的连接点与低压差线性稳压器LDO的误差放大器的正向输入端连接。
Description
技术领域
本公开涉及恒压恒流充电技术领域，特别是涉及一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置及充电方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
目前对电池或电容充电的方法很多，但大多追求大电流、高效率，而在某些低功耗领域中，大电流充电是不能符合要求的，例如远程小电流供电、微弱能量收集等场合中，仅能提供几mA的电流，此时采用大电流充电显然是不合适的。
在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：
目前基于几mA电流的充电方法很少，或者不能实现恒压恒流，不能实现对后级电池或电容的有效保护。本方法组成简单，但可实现小电流恒压恒流充电，简单有效。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置及充电方法；可以实现基于几mA电流的充电，并且实现恒压恒流，对后级电池或电容的起到有效的保护作用。本方法组成简单，但可实现小电流恒压恒流充电，简单有效。
第一方面，本公开提供了一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置；
一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置，包括：
依次连接的电源正极、恒流源电路、低压差线性稳压器LDO、待充电电池和电源负极；
所述恒流源电路与低压差线性稳压器LDO之间的连接点，通过输入电容C1与电源负极连接；
所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，通过电容C2与电源负极连接；
所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，还通过串联的反馈电阻R1和反馈电阻R2与电源负极连接；
所述反馈电阻R1与反馈电阻R2之间的连接点与低压差线性稳压器LDO的误差放大器的正向输入端连接。
第二方面，本公开还提供了一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电方法；
一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电方法，包括：
输入电流经过恒流源电路后，恒流源电路对输入电流进行恒流控制；
经过恒流控制后的输入电流，被送入低压差线性稳压器LDO，低压差线性稳压器LDO对输入电流进行调整输出电压处理；
低压差线性稳压器LDO输出的电流给待充电电池充电。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
因为LDO具有小电流启动的特性，同时恒流源电路可自行设定电流，因此本方法可实现电池或者电容毫安级甚至微安级小电流的充电，普通的充电方法无法实现。本公开无论恒流源电路还是低压差线性稳压器，都有很多种选择。本方法通过恒流源电路可设定充电电流，通过反馈电阻的改变可设定充电电压，非常灵活，适应用各种电压、电流的充电场合。本方法是应用的LDO的非正常工作方式(充电过程中非恒压，充电截止时恒压)，因此有创新的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为第一个实施例的低功耗环境的恒压恒流充电框图；
图2为第一个实施例的低功耗环境的恒压恒流充电电路示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一，本实施例提供了一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置；
如图1和图2所示，一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置，包括：
依次连接的电源正极、恒流源电路、低压差线性稳压器LDO、待充电电池和电源负极；
所述恒流源电路与低压差线性稳压器LDO之间的连接点，通过输入电容C1与电源负极连接；
所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，通过电容C2与电源负极连接；
所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，还通过串联的反馈电阻R1和反馈电阻R2与电源负极连接；
所述反馈电阻R1与反馈电阻R2之间的连接点与低压差线性稳压器LDO的误差放大器的正向输入端连接。
进一步地，误差放大器的反向输入端通过电压基准源与电源负极连接；
进一步地，误差放大器的输出端与调整管连接；
进一步地，调整管的一端与恒流电路的输出端连接，调整管的另外一端与待充电电池连接。
进一步地，所述恒流源电路的最小分压电压为设定值。
进一步地，所述恒流源电路的最大充电电流为设定值。
进一步地，所述通过反馈电阻R1和反馈电阻R2设定低压差线性稳压器LDO的输出电压来实现待充电电池或者电容的最终充电电压V设定，实现恒压充电保护的功能。
实施例二，本实施例还提供了一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电方法；
一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电方法，包括：
输入电流经过恒流源电路后，恒流源电路对输入电流进行恒流控制；
经过恒流控制后的输入电流，被送入低压差线性稳压器LDO，低压差线性稳压器LDO对输入电流进行调整输出电压处理；
低压差线性稳压器LDO输出的电流给待充电电池充电。
进一步地，所述恒流源电路，可采用常规的很多种方式。恒流源电路在恒流过程中会有分压的效果，因此在进行设计时要考虑到恒流源电路的最小分压电压V恒min。
进一步地，所述低压差线性稳压器LDO对输入电流进行调整输出电压处理，是通过调整反馈电阻R1和反馈电阻R2的电阻值来调整输出电压，从而适应不同的待充电电池或电容。
进一步地，所述恒流源电路的最小分压电压为设定值。
进一步地，所述恒流源电路的最大充电电流为设定值。
进一步地，所述通过反馈电阻R1和反馈电阻R2设定低压差线性稳压器LDO的输出电压来实现待充电电池或者电容的最终充电电压V设定，实现恒压充电保护的功能。
进一步地，充电过程中，如果低压差线性稳压器LDO的实际输出电压低于通过反馈电阻调节的低压差线性稳压器LDO的设定输出电压V，则表示低压差线性稳压器LDO工作在非正常状态；
非正常状态下，低压差线性稳压器LDO的设定输出电压为待充电电池或电容的充电最高电压Vc；
在未充满电的情况下，待充电电池或电容的电压是低于充电最高电压Vc的，因此低压差线性稳压器LDO的实际输出电压是低于设定输出电压的，此时低压差线性稳压器LDO内部的误差放大器调节内部调整管导通到最佳导通状态，但并不能实际增大电流，而实际的电流是由低压差线性稳压器LDO前级的恒流源电路控制；
随着充电的进行，待充电电池或电容的电压逐渐上升，低压差线性稳压器LDO的实际输出电压也随着逐渐上升，当低压差线性稳压器LDO的实际输出电压达到设定输出电压时，低压差线性稳压器LDO的实际输出电压将维持恒定不再上升，从而将实际输出电压恒定在低压差线性稳压器LDO的设定输出电压，实现恒压的效果，从而保护电池或电容不会处于过压的状态。
进一步地，充电过程中，如果低压差线性稳压器LDO的实际输出电压等于通过反馈电阻调节的低压差线性稳压器LDO的设定输出电压V时，LDO工作在正常状态，同时充电电压达到设定电压，表明充电截止。
本发明的工作原理是：
1.充电电流设定：由恒流源电路对最大充电电流Imax进行限制；
2.充电电压设定：通过反馈电阻设定低压差线性稳压器LDO的输出电压来设定电池或者电容的最终充电电压V设定，实现恒压充电保护的功能。
3.由于低压差线性稳压器LDO的输出是与待充电电池或者电容直接连接，低压差线性稳压器LDO的输出电压Vout与电池或电容电压相同，在充电初期会低于通过反馈电阻设定的低压差线性稳压器LDO的输出电压V，因此此时LDO是工作在非正常状态；
4.低压差线性稳压器LDO在正常工作时输出电压应等于通过反馈电阻设定的电压，当负载发生变化时，输出电压在瞬时会产生微弱变化，此时通过反馈电阻将变化引入低压差线性稳压器LDO内部的误差放大器，误差放大器总是使其两端电压相等，从而调节内部调整管的导通电流，使输出电压维持在设定电压；
5.低压差线性稳压器LDO在本方法中工作于非正常状态，低压差线性稳压器LDO的设定输出电压为电池或电容的充电最高电压(Vc)。在为充满电的情况下，电池或电容的电压是低于充电最高电压(Vc)的，因此低压差线性稳压器LDO的电压是低于设定电压的，此时低压差线性稳压器LDO内部的误差放大器会调节内部调整管导通到最佳状态，但并不能实际增大电流，而实际的电流是由低压差线性稳压器LDO前级的恒流源电路控制。
随着充电的进行，电池或电容的电压逐渐上升，低压差线性稳压器LDO的输出电压也随着逐渐上升，当低压差线性稳压器LDO的输出电压达到设定电压时，LDO的输出电压将维持恒定不再上升，从而将充电电压恒定在低压差线性稳压器LDO的设定输出电压，实现恒压的效果，从而保护电池或电容不会处于过压的状态。
6.计算低压差线性稳压器LDO最小压差Vdrop，待充电电池或电容最终充电电压为Vc：则输入电压Vin至少大于Vc+Vdrop+V恒min，其中，V恒min表示恒流源电路的最小分压电压；实际设计中输入电压Vin大于Vc+Vdrop+V恒min，留有一定余量。
本申请采用的是一个简单的恒流源电路实现恒流功能，再加一个LDO实现恒压功能，同时LDO是工作在非常规模式下(充电过程中非恒压，充电截止时恒压)。LDO的常规用法是设定一个固定的电压，输入足够的能量，使LDO维持固定电压输出，来驱动负载。而本申请是用的LDO在达到设定电压前的工作过程，在充电过程中，由于本申请前级采用了恒流源电路，使得LDO处于输入电压不足的工作状态(不能输出设定电压)，同时利用LDO的线性电源及低压降的特性，既保持电流与恒流源电路一致，又可以输出比输入电压略低的电压用于后级充电。当随着后级电池或电容电压的上升，LDO输出电压和输入电压随着上升，直到输出电压达到设定电压，此时充电截止。本申请能够实现毫安级充电，简单可靠有效，可利用简单器件搭建而成，而且不需要去寻找专门的充电芯片。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电装置，其特征是，包括：
依次连接的电源正极、恒流源电路、低压差线性稳压器LDO、待充电电池和电源负极；
所述恒流源电路与低压差线性稳压器LDO之间的连接点，通过输入电容C1与电源负极连接；
所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，通过电容C2与电源负极连接；
所述低压差线性稳压器LDO与待充电电池之间的连接点，还通过串联的反馈电阻R1和反馈电阻R2与电源负极连接；
所述反馈电阻R1与反馈电阻R2之间的连接点与低压差线性稳压器LDO的误差放大器的正向输入端连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述恒流源电路的最小分压电压为设定值。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述恒流源电路的最大充电电流为设定值。
4.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述通过反馈电阻R1和反馈电阻R2设定低压差线性稳压器LDO的输出电压来实现待充电电池或者电容的最终充电电压V设定，实现恒压充电保护的功能。
5.一种应用于低功耗环境的恒压恒流充电方法，其特征是，包括：
输入电流经过恒流源电路后，恒流源电路对输入电流进行恒流控制；
经过恒流控制后的输入电流，被送入低压差线性稳压器LDO，低压差线性稳压器LDO对输入电流进行调整输出电压处理；
低压差线性稳压器LDO输出的电流给待充电电池充电。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述低压差线性稳压器LDO对输入电流进行调整输出电压处理，是通过调整反馈电阻R1和反馈电阻R2的电阻值来调整输出电压，从而适应不同的待充电电池或电容。
7.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述恒流源电路的最小分压电压为设定值；所述恒流源电路的最大充电电流为设定值。
8.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述通过反馈电阻R1和反馈电阻R2设定低压差线性稳压器LDO的输出电压来实现待充电电池或者电容的最终充电电压V设定，实现恒压充电保护的功能。
9.如权利要求5所述的方法，其特征是，充电过程中，如果低压差线性稳压器LDO的实际输出电压低于通过反馈电阻调节的低压差线性稳压器LDO的设定输出电压V，则表示低压差线性稳压器LDO工作在非正常状态；
非正常状态下，低压差线性稳压器LDO的设定输出电压为待充电电池或电容的充电最高电压Vc；
在未充满电的情况下，待充电电池或电容的电压是低于充电最高电压Vc的，因此低压差线性稳压器LDO的实际输出电压是低于设定输出电压的，此时低压差线性稳压器LDO内部的误差放大器调节内部调整管导通到最佳导通状态，但并不能实际增大电流，而实际的电流是由低压差线性稳压器LDO前级的恒流源电路控制；
随着充电的进行，待充电电池或电容的电压逐渐上升，低压差线性稳压器LDO的实际输出电压也随着逐渐上升，当低压差线性稳压器LDO的实际输出电压达到设定输出电压时，低压差线性稳压器LDO的实际输出电压将维持恒定不再上升，从而将实际输出电压恒定在低压差线性稳压器LDO的设定输出电压，实现恒压的效果，从而保护电池或电容不会处于过压的状态。
10.如权利要求5所述的方法，其特征是，充电过程中，如果低压差线性稳压器LDO的实际输出电压等于通过反馈电阻调节的低压差线性稳压器LDO的设定输出电压V时，LDO工作在正常状态，同时充电电压达到设定电压，表明充电截止。
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