CN111384733A - 一种充电电流可调的充电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种充电电流可调的充电装置，应用于可充电电池，包括功率电路和控制电路，其中：功率电路的输入端接直流电压源，输出端接可充电电池；控制电路的第一输入端接可调基准电压端口，第二输入端接对功率电路的输出电流进行采样的采样端口，输出端接功率电路中功率开关管的控制端；控制电路具体用于：根据可调基准电压端口的设定电压和采样端口的采样电流，输出PWM信号控制功率开关管的通断，以使功率电路输出电流值对应设定电压的充电电流。本申请中的充电装置通过控制电路可以控制功率电路的输出电流值为特定数值，因此充电装置的充电电流可调，可以满足各种不同规格的充电电池，确保充电电池在充电过程中以安全高效的方式获取电能。

Description

一种充电电流可调的充电装置

技术领域

本发明涉及电池充电技术领域，特别涉及一种充电电流可调的充电装置。

背景技术

当前对锂电池充电时，主要采用横流和恒压切换方式，当电池电压低于一定电压值时，一般采用恒流充电，充电器会以恒定电流向电池输送电能，当电池电压达到既定值后，充电器以恒定电压向电池输送电能，充电电流会逐渐减小，直至为零。以18650锂电池为例，当电池电压低于4.2V时采用恒流充电，一旦电池电压达到4.2V，立即转入恒压充电，此时充电电流开始逐渐减小，以维持4.2V的电压值。

现有技术在实际应用时，充电电流存在不可控性，前期的恒流充电过程中，充电电流无法人为控制，无法预测充电电池是否适配，可能对充电电池造成损伤。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种充电电流可调的充电装置，以便准确调整充电电流，保证充电电池的安全。其具体方案如下：

一种充电电流可调的充电装置，应用于可充电电池，包括功率电路和控制电路，其中：

所述功率电路的输入端接直流电压源，输出端接可充电电池；

所述控制电路的第一输入端接可调基准电压端口，第二输入端接对所述功率电路的输出电流进行采样的采样端口，输出端接所述功率电路中功率开关管的控制端；

所述控制电路具体用于：

根据所述可调基准电压端口的设定电压和所述采样端口的采样电流，输出PWM信号控制所述功率开关管的通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压的充电电流。

优选的，所述控制电路具体用于：

根据所述可调基准电压端口的设定电压和所述采样端口的采样电流，生成目标电压，根据所述目标电压，输出PWM信号控制所述功率开关管的通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压的充电电流。

优选的，所述控制电路具体包括主控制器、处理电路、第一电路和第二电路，其中：

所述处理电路的第一端作为所述第一输入端，所述处理电路的第二端与所述主控制器的IN+引脚连接；所述第一电路的第一端作为所述第二输入端，所述第一电路的第二端分别与所述主控制器的IN-引脚、所述第二电路的第一端连接；所述第二电路的第二端与所述主控制器的CMPEN引脚连接。

优选的，所述第一电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容，其中：

所述第一电阻的第一端作为所述第一电路的第一端，分别与所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端、所述第四电阻的第一端相连；所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第二端、所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端相连；所述第一电容的第二端作为所述第一电路的第二端，分别与所述第二电容的第二端、所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第二端相连；

所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一电容和所述第二电容共同形成一个低频极点；所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第一电容和所述第二电容共同形成一个高频零点。

优选的，所述第二电路包括第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容，其中：

所述第三电容和所述第五电阻串联后与所述第四电容、所述第六电阻并联；

所述第三电容和所述第五电阻共同形成一个低频零点，所述第五电阻、所述第六电阻、所述第三电阻和所述第四电阻共同形成一个高频极点。

优选的，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻和所述第四电容共同形成一个初始极点。

优选的，所述功率电路还包括串联于所述功率电路的输出端采样电阻；

所述采样端口通过所述采样电阻获取所述采样电流。

优选的，所述采样电阻具体为：

第一端作为所述采样端口、第二端作为所述功率电路的输出端负极与接地端相连的采样电阻。

本发明公开了一种充电电流可调的充电装置，应用于可充电电池，包括功率电路和控制电路，其中：所述功率电路的输入端接直流电压源，输出端接可充电电池；所述控制电路的第一输入端接可调基准电压端口，第二输入端接对所述功率电路的输出电流进行采样的采样端口，输出端接所述功率电路中功率开关管的控制端；所述控制电路具体用于：根据所述可调基准电压端口的设定电压和所述采样端口的采样电流，输出PWM信号控制所述功率开关管的通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压的充电电流。本发明中的充电装置通过控制电路可以控制功率电路的输出电流值为特定数值，因此充电装置的充电电流可调，可以满足各种不同规格的充电电池，确保充电电池在充电过程中以安全高效的方式获取电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种充电电流可调的充电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种储能电感的电感电流波形图；

图3为本发明实施例中一种具体的控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种充电电流可调的充电装置，应用于锂电池等可充电电池，参见图1所示，包括功率电路1和控制电路2，其中：

所述功率电路1的输入端接直流电压源，输出端接可充电电池；

所述控制电路2的第一输入端接可调基准电压端口，第二输入端接对所述功率电路1的输出电流进行采样的采样端口，输出端接所述功率电路1中功率开关管Q1的控制端；

所述控制电路2具体用于：

根据所述可调基准电压端口的设定电压V-ref和所述采样端口的采样电流I-s，输出PWM信号控制所述功率开关管Q1的通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压V-ref的充电电流。

具体的，所述功率电路1可以为图1中的buck电路，一般包括功率开关管Q1，储能电感L1、续流二极管V1、输入滤波电容C11和C12、输出滤波电容C13和C14、吸收电路，其中吸收电路具体包括电阻R11、电容C15和开关管V2，功率开关管Q1一般为MOSFET管或三极管，还可以是其他通断可控的功率管，此处不作限制。

在续流二极管V1的一个开关周期内，在功率开关管Q1开通阶段，续流二极管V1反向截止，储能电感L1的电流增大，磁场能量增强；当功率开关管Q1关断，续流二极管V1导通，储能电感L1泄放存储的能量。如果储能电感L1的电能释放结束时功率开关管Q1仍未开通，此时续流二极管V1中无电流，输出滤波电容C13和C14提供电流为可充电电池充电。

而控制电路2的第一输入端接可调基准电压端口，可调基准电压端口的设定电压V-ref可以人为调节选择数值，其数值选择方式既可以是无极转换，也可以是阶梯调节的，本实施例对此并不限制；

控制电路2的第二输入端接采样端口，该采样端口用于对功率电路1的电流进行采样，得到采样电流I-s，该采样电流I-s一般可以通过串联于功率电路1的输出端的采样电阻R12得到，具体的，采样电阻R12的第一端作为采样端口、第二端作为功率电路1的输出端负极与接地端相连，采样端口根据采样电阻R12第一端的电压和采样电阻R12的阻值，可以获取得到输出电流作为采样电流I-s。

可以理解的是，控制电路2实际上是一个环路补偿控制器，通过获取采样电流I-s和设定电压V-ref，输出PWM信号，从而根据PWM信号实现功率开关管Q1的通断，实现了功率电路输出电流值为充电电流的效果，也即通过获取功率电路1的实际状况，并将其与预设条件对比，输出补偿控制信号，以使功率电路1的实际输出为预设状况。

具体的，参见图2所示，以50Ω的采样电阻为例，设定每个周期内功率开关管Q1的开通时间为0～T₁，储能电感L1储能，关断时间为T₁～T₂，储能电感L1泄能，则功率电路输出电流值与储能电感L1的电流有效值相等，为

其中_Ip为电流峰值，f_s为功率开关管Q1的开通频率；又则根据储能电感L1周期内的伏秒守恒可知(Vg-Vb-Vm)×T1＝(Vb+Vm)×(T2-T1)，其中Vg为直流电压源输入电压，Vb为可充电电池的电压，Vm为采样电阻第一端的电压，从而可以解得：

其中1/2为根据采样电阻的阻值50Ω算出的系数，L为储能电感L1的电感值，D为每个周期内与功率开关管Q1相关的占空比。

由上式可以得知，获取直流电压源输入电压Vg、可充电电池的电压Vb以及采样电阻的阻值和第一端电压Vm后，再设置占空比D，该占空比D对应控制电路2输出的PWM信号，就可以将功率电路输出电流值确定为I₀。

在实际应用充电装置时，控制电路2的控制范围和精度根据充电对象和充电环境进行设置，一般能够达到使所述功率电路输出电流值的变化范围为0～300mA，精度则在0.01～0.1mA范围内波动，最优能达到0.01mA。

本发明实施例公开了一种充电电流可调的充电装置，应用于可充电电池，包括功率电路和控制电路，其中：所述功率电路的输入端接直流电压源，输出端接可充电电池；所述控制电路的第一输入端接可调基准电压端口，第二输入端接对所述功率电路的输出电流进行采样的采样端口，输出端接所述功率电路中功率开关管的控制端；所述控制电路具体用于：根据所述可调基准电压端口的设定电压和所述采样端口的采样电流，输出PWM信号控制所述功率开关管的通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压的充电电流。本发明实施例中的充电装置通过控制电路可以控制功率电路的输出电流值为特定数值，因此充电装置的充电电流可调，可以满足各种不同规格的充电电池，确保充电电池在充电过程中以安全高效的方式获取电能。

本发明实施例公开了一种具体的充电电流可调的充电装置，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。

具体的，所述控制电路2用于根据所述可调基准电压端口的设定电压V-ref和所述采样端口的采样电流I-s，生成目标电压，根据所述目标电压，输出PWM信号控制所述功率开关管Q1通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压V-ref的充电电流。

具体的，参见图3所示，所述控制电路2具体包括主控制器21、处理电路22、第一电路23和第二电路24，其中：

所述处理电路22的第一端作为所述第一输入端，所述处理电路22的第二端与所述主控制器21的IN+引脚连接；所述第一电路23的第一端作为所述第二输入端，所述第一电路23的第二端分别与所述主控制器21的IN-引脚、所述第二电路24的第一端连接；所述第二电路24的第二端与所述主控制器21的CMPEN引脚连接。

其中，主控制器可以采用SG3525，也可以采用其他处理芯片；

其中，所述第一电路23包括第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24、第一电容C21和第二电容C22，其中：

所述第一电阻R21的第一端作为所述第一电路23的第一端，分别与所述第二电阻R22的第一端、所述第三电阻R23的第一端、所述第四电阻R24的第一端相连；所述第一电阻R21的第二端分别与所述第二电阻R22的第二端、所述第一电容C21的第一端、所述第二电容C22的第一端相连；所述第一电容C21的第二端作为所述第一电路23的第二端，分别与所述第二电容C22的第二端、所述第三电阻R23的第二端、所述第四电阻R24的第二端相连；

所述第一电阻R21、所述第二电阻R22、所述第一电容C21和所述第二电容C22共同形成一个低频极点；所述第一电阻R21、所述第二电阻R22、所述第三电阻R23、所述第四电阻R24、所述第一电容C21和所述第二电容C22共同形成一个高频零点。

具体的，所述第二电路24包括第五电阻R25、第六电阻R26、第三电容C23和第四电容C24，其中：

所述第三电容C23和所述第五电阻R25串联后与所述第四电容C24、所述第六电阻R26并联；

所述第三电容C23和所述第五电阻R25共同形成一个低频零点，所述第五电阻R25、所述第六电阻R26、所述第三电阻R23和所述第四电阻R24共同形成一个高频极点。

进一步的，所述第一电阻R21、所述第二电阻R22、所述第三电阻R23、所述第四电阻R24和所述第四电容C24共同形成一个初始极点。

可以理解的是，本实施例中的控制电路2，是基于现代控制理论核心要素-状态空间平均分析法进行了空间状态变量的小信号系统数学建模，并在此基础上设计的环路补偿控制器，通过环路补偿控制器内的三个极点(高频极点、低频极点和初始极点)和两个零点(高频零点和低频零点)，就能够实现稳定、快速、准确地调整功率电路1的输出电流。

由此可知，第一电路23和第二电路24中的元件参数需要有选择性地设置，以满足三个极点和两个零点的要求。

另外，除了本实施例中提到的电阻、电容、处理器外，图3中的控制电路2还包括一些辅助元件，其使用方法与现有技术相同，可以进行推导得出，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种充电电流可调的充电装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种充电电流可调的充电装置，应用于可充电电池，其特征在于，包括功率电路和控制电路，其中：

所述功率电路的输入端接直流电压源，输出端接可充电电池；

所述控制电路的第一输入端接可调基准电压端口，第二输入端接对所述功率电路的输出电流进行采样的采样端口，输出端接所述功率电路中功率开关管的控制端；

所述控制电路具体用于：

根据所述可调基准电压端口的设定电压和所述采样端口的采样电流，输出PWM信号控制所述功率开关管的通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压的充电电流。

2.根据权利要求1所述充电装置，其特征在于，所述控制电路具体用于：

根据所述可调基准电压端口的设定电压和所述采样端口的采样电流，生成目标电压，根据所述目标电压，输出PWM信号控制所述功率开关管的通断，以使所述功率电路输出电流值对应所述设定电压的充电电流。

3.根据权利要求2所述充电装置，其特征在于，所述控制电路具体包括主控制器、处理电路、第一电路和第二电路，其中：

所述处理电路的第一端作为所述第一输入端，所述处理电路的第二端与所述主控制器的IN+引脚连接；所述第一电路的第一端作为所述第二输入端，所述第一电路的第二端分别与所述主控制器的IN-引脚、所述第二电路的第一端连接；所述第二电路的第二端与所述主控制器的CMPEN引脚连接。

4.根据权利要求3所述充电装置，其特征在于，所述第一电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容，其中：

所述第一电阻的第一端作为所述第一电路的第一端，分别与所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端、所述第四电阻的第一端相连；所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第二端、所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端相连；所述第一电容的第二端作为所述第一电路的第二端，分别与所述第二电容的第二端、所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第二端相连；

所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一电容和所述第二电容共同形成一个低频极点；所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第一电容和所述第二电容共同形成一个高频零点。

5.根据权利要求4所述充电装置，其特征在于，所述第二电路包括第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容，其中：

所述第三电容和所述第五电阻串联后与所述第四电容、所述第六电阻并联；

所述第三电容和所述第五电阻共同形成一个低频零点，所述第五电阻、所述第六电阻、所述第三电阻和所述第四电阻共同形成一个高频极点。

6.根据权利要求5所述充电装置，其特征在于，

所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻和所述第四电容共同形成一个初始极点。

7.根据权利要求1至6任一项所述充电装置，其特征在于，所述功率电路还包括串联于所述功率电路的输出端的采样电阻；

所述采样端口通过所述采样电阻获取所述采样电流。

8.根据权利要求7所述充电装置，其特征在于，所述采样电阻具体为：

第一端作为所述采样端口、第二端作为所述功率电路的输出端负极与接地端相连的采样电阻。

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