CN1156343A - 具有多种充电模式的电池充电器 - Google Patents

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Abstract

一种按3种不同充电模式对可再充电电池充电的电池充电器，包括响应反馈电压的调节器，它按电流或电流电压充电模式产生对应于反馈电压的第1和第2电压电平的开关信号；响应电池检测信号和电池电压设定模式的装置，它产生第1第2和第3充电模式设定信号；响应第1充电模式设定信号的装置，它产生对应充电电流的第1电压电平；响应第2充电模式设定信号的装置，它产生充电电压的第2电压电平；和响应第3充电模式设定信号的装置，它确定加到调节器的电池电压电平。

Description

具有多种充电模式 的电池充电器
本发明涉及对可再充电电池充电的电池充电器，特别涉及按照例如恒定电流充电，恒定电压充电和恒定电流/电压充电的3种不同的充电模式对可再充电的电池充电的电池充电器。
可再充电的电池能够按照其特性用指定的充电模式充电。大多数电池充电器能按几种不同类型充电模式中的一种模式对可再充电的电池充电。实际上，为适合于迅速地对指定的可再充电的电池充电，电池充电器中设置恒定电流充电模式。图1示出这种电池充电器的一个实例。
参见图1，电池充电器用恒定电流充电模式给电池组件(pack)10充电。它基本上由开关调节器SW 207、开关器件FET 210、滤波器，电流检测电阻R214和充电控制部件构成。其中，所述开关调节器SW 207由充电控制信号CHG_C*起动，以产生开关信号；所述开关器件FET 210响应开关信号转换到on/off，以提供充电电压；所述滤波器用于整流充电电压，以消除包含在充电电压中的噪声，并提供恒定充电电流；所述电流检测电阻R214用于检测要加给电池组件10的电流量；所述充电控制部件用于按检测到的电流量产生反馈电压并将反馈电压提供给开关调节器SW 207的反馈端。开关调节器按反馈电压产生有各种脉冲宽度的开关信号。常规电池充电器还包括开关器件FET 223，它响应另一充电控制信号CHG_CS*而转换on/off，以提供给开关调节器的反馈端一快速充电控制信号。
由充电控制器(未画出)提供充电控制信号CHG_C*和CHG_CS*，和开关器件FET 210和FET 223是场效应晶体管。
若充电控制信号CHG_C*是高电平，晶体管TR 201转换到on，晶体管TR 203转换到off，则将高电平信号加到开关调节器SW 207的起动端EN。然后，开关调节器SW 207运作，并产生通过其输出端SW的开关信号。开关器件FET 210重复地转换on/off，以产生充电电压。充电电压通过其两端连接二极管D211和电容器C213的电感器L212加到电流检测电阻R214上。以能从充电电压中消除被转换到on/off的开关器件FET 210上产生的噪声。结果，恒定电流通过二极管D215加到电池组件10，由此，可按标准充电模式给电池组件10充电。
而且，由于电流检测电阻R214的两端连接到运算放大器OP 219的非反向端和反向端，因此，运算放大器OP 219相应于流过电阻R214的电流量产生变化的反馈电压。因此，开关调节器SW 207按变化的反馈电压产生各种开关信号，所以，响应各种开关信号用恒定电流给电池组件10正常充电。
另一方面，为对电池组件10快速充电，必须将充电控制信号CHG_CS*设定为高电平。然后，开关器件FET 223转换到on，用相互连接的两个电阻R221和R222将来自运算放大器OP 219的反馈电压分压。将分压电压加给开关调节器SW 207的反馈端FB，因此，由开关调节器SW 207产生快速开关信号。而且，电池充电器能快速充电电池组件10。
但是，由于常规电池充电器按恒定电流充电模式给电池组件充电，它不能用于需要恒定电流和恒定电压全充电模式的可再充电电池中。
有鉴于此，本发明的目的是，提供能以多种充电模式对可再充电电池进行几种不同类型充电的电池充电器。
本发明的另一目的是，提供一种电池充电器，它能按照恒定电流和恒定电压充电模式中的每种模式对可再充电电池充电，或以恒定电流/电压模式对可再充电的电池充电，即，首先以恒定电流充电模式给电池充电，当电池的充电电压超过预定电压时，最后以恒定电压充电模式充电电池。
按照本发明的一个方案，以多种充电模式给电池组件充电的电池充电器，包括响应反馈电压的调节器，用于按电流充电模式或电流电压充电模式产生对应于反馈电压的第1和第2电压电平的开关信号，响应电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，用于产生第1、第2和第3充电模式设定信号，所述电池检测信号指示电池的不同类型；响应第1充电模式设定信号的装置，用于检测流到电池组件的充电电流并产生相应于充电电流的第1电压电平；响应第2充电模式设定信号的装置，用于产生相应于加到电池组件的充电电压的第2电压电平；响应第3充电模式设定信号的装置，用于检测电池电压，当电池电压小于预定电压时，允许第1电压电平加到调节器，当电池电压高于预定电压时，允许第2电压电平加到调节器。
在优选实施例中，用于产生充电模式设定信号的所述装置包括微计算机，它根据电池检测信号和电池电压的组合产生充电模式设定信号；
按照本发明的另一方案，以多种充电模式给电池组件充电的电池充电器包括：响应反馈电压的调节器，用于按照电流充电模式或电流电压充电模式，产生对多个反馈电压的第1和第2电压电平的开关信号；响应来自电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，用于产生第1和第2充电模式设定信号，所说电池检测信号表示电池的不同类型；响应第1充电模式设定信号的装置，用于检测流到电池组件的充电电流，并当电池电压低于预定电压时，产生对应于充电电流的第1电压电平；响应第2充电模式设定信号的装置，用于当电池电压高于预定电压时，产生对应于加到电池组件的充电电压的第2电压电平。
按照本发明的又一方案，以多种充电模式给电池组件充电的电池充电器包括：按照电流充电模式或电流电压充电模式给电池组件充电的装置；响应电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，用于产生第1、第2和第3充电模式设定信号，所述电池检测信号表示电池的不同类型；响应第1充电模式设定信号的装置，用于允许充电装置按照恒定电流充电模式给电池组件充电；响应第2充电模式设定信号的装置，用于允许充电装置按照恒定电压充电模式给电池组件充电；响应第3充电模式设定信号的装置，用于检测电池电压，并当电池电压低于预定电压时，允许充电装置按照恒定电流充电模式给电池组件充电，当电池电压高于预定电压时，允许充电装置按恒定电压充电模式给电池组件充电。
按本发明又一方案，以多种充电模式给电池组件充电的电池充电器，包括：以电流充电模式或电流电压充电模式给电池组件充电的装置；响应电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，它产生第1和第2充电模式设定信号，所述电池检测信号表示电池的不同类型；响应第1充电模式设定信号的装置，当电池电压低于预定电压时，允许充电装置按恒定电流充电模式给电池组件充电；响应第2充电模式设定信号的装置，当电池电压高于预定电压时，允许充电装置按照恒定电压充电模式给电池组件充电。
本发明的其它目的和优点通过以下结合附图对优选实施例的详细说明将会更清楚。
图1是应用恒定电流充电模式的常规电池充电器的电路图；
图2是应用多种充电模式的新电池充电器的电路方框图；
图3是图2所示新电池充电器的详细电路图。
图2展示按照本发明优选实施例的新电池充电器的一个例子。标号40是充电电路，它具有与图1中调节器SW 207的功能相同的开关调节器41。开关调节器41具有用于接收反馈电压的反馈端FB和按照反馈电压产生开关信号的输出端SW。当开关器件(未画出)按照开关信号转换到on/off时，产生充电电流或充电电压并供给电池组件10。图2中，充电电路40除了调节器41外还具有附加电路元件(未画出)，但在实施例中省去了附加的电路元件，以便更清楚的说明本发明。而且，电池检测信号由电池组件10产生，其电压电平按照可再充电电池组件的几种不同类型决定。若放在电池充电器中的可再充电电池组件能按照恒定电流充电模式或恒定电流/电压充电模式充电，则电池组件10产生低电平电池检测信号。若放在电池充电器中的电池组件能按照恒定电压充电模式充电，则由电池组件10产生高电平电池检测信号。
电池充电器还包括充电模式设定部件31，它响应电池检测信号和电池电压用于设定充电模式，并产生充电控制信号OUT1，OUT2和OUT3；和充电控制部件33，34和35，用于接收相应于各充电模式的充电控制信号并产生反馈电压。充电控制部件33是用于产生第1反馈电压的恒定电流充电控制部件，它允许充电电路40按照恒定电流模式给电池组件10充电。充电控制部件34是用于产生第2反馈电压的恒定电压充电控制部件，它允许充电电路40按照恒定电压充电模式给电池组件10充电，充电控制部件35是用于产生控制信号的恒定电流/电压充电控制部件，当电池电压高于预定电压时，它允许从恒定电压充电控制部件34产生第2反馈电压。特别是，部件35能按照恒定电流/电压充电模式给电池组件10充电，电池组件10首先用恒定电流充电控制部件33按照恒定电流模式充电，当电池充电电压超过预定电压时，最后，用恒定电压充电控制部件34按照恒定电压充电模式给电池组件充电。
图3是图2所示电池充电器的详细电路图。开关调节器41产生开关信号，以使开关器件(未画出)响应开关信号转换到on/off而产生恒定电压。恒定电压通过电流检测电阻R330加到电池组件10。电流检测电阻R330的两端分别通过电阻器连到恒定电流充电控制部件33中的运算放大器OP 335的非反向端和反向端。电流检测电阻R330一端的充电电压由电阻R331和R332分压，并加到放大器OP 335的非反向端。电流检测电阻R330的另一端通过电阻R333连到放大器OP335的反向端。放大器OP 335的反向端与输出端之间接电阻R334。放大器OP 335的输出通过晶体管TR 337供给调节器41的反馈端FB。晶体管TR 337按微机MIC 317的输出信号OUT1转换到on/off，微机MIC 317被编程，以响应电池电压和电池检测信号选择地产生模式控制信号。
微机MIC 317具有3个输入端口S1，S2和S3。当电池检测信号是低电平时，场效应晶体管FET 312被转换到on，允许输入端口S1的电压降低到低电平。当电池检测信号是高电平时，场效应晶体管FET 314转换到on，允许输入端口S2的电压降低到低电平。而且，当电池电压，即电池组件10的充电电压高于预定电压时，场效应晶体管FET 316被转换到on，允许输入端口S3的电压降低到低电平。因此，微机MIC 317通过其输出端口OUT1，OUT2和OUT3输出充电控制信号。来自输出端口OUT1的充电控制信号，使场效应晶体管FET 344被转换。当输出端口OUT1是高电平时，然后，恒定电流充电控制部件33运作，用电流检测电阻R330和运算放大器OP 335检测充电电流，并对应检测到的充电电流将反馈电压加到调节器41。
来自微机输出端口OUT2的充电控制信号可使场效应晶体管FET 345被转换。当输出端口OUT2是高电平时。然后，恒定电压充电控制部件34运作，用运算放大器OP 342作为缓冲电路以检测电池电压。作为反馈电压的电池电压通过电阻TR 343加到调节器41。若场效应晶体管FET 345被转换到on，晶体管TR 343也被转换到on。为了对电池电压分压，运算放大器OP 342有连接到其输出端的反向端与连接在两个电阻R340和R341之间的非反向端。该电阻用于对电池电压分压。
本例中，来自微机输出端口OUT3的充电控制信号用于转换场效应晶体管FET 356。当输出端口OUT3是高电平时，然后，通过晶体管FET 356被转换到on使恒定电流/电压充电控制部件35运作，用两个电阻器R352和R353对被加到作为比较器的运算放大器OP 354的非反向端的电池电压分压。用两个电阻器R350和R351对电源电压Vcc分压，分压后的电压作为参考电压加到比较器OP 354的反向端。若电池电压(例如，用电阻器R352和R353分压的电压)高于参考电压时，将场效应晶体管FET 316转换到on，使输入端口S3的电压降低到低电平。同时，恒定电压充电控制部件34中的晶体管TR355也被转换，使缓冲器OP 342的电压输出到调节器41的反馈端FB。
以下将结合附图3详细说明新电池充电器的运作。
若来自电池组件10的电池检测信号是低电平，为了按照恒定电流充电模式给电池组件10充电，场效应晶体管FET 312被转换到on，但场效应晶体管FET 314被转换到off。由于微机MIC 317分别通过输入端口S1和S2接收低电平和高电平信号，它确定了电池组件10应按恒定电流充电模式充电。然后，微机只通过输出端口OUT1输出高电平信号，而低电平信号通过其它输出端口OUT2和OUT3。用来自输出端口OUT1的高电平信号将场效应晶体管FET 334转换到on，然后，将晶体管TR 337也转换到on。因此，电流检测电阻器R330检测的充电电压通过放大器OP 335和晶体管TR 337转换到on而加到调节器41的反馈端。而且，电池充电器允许充电电路40按恒定电流充电模式给电池组件10充电。
若来自电池组件10的电池检测信号是高电平为了按照恒定电压充电模式给电池组件10充电，场效应晶体管FET 314被转换到on，而场效应晶体管FET 312被转换到off。由于微机MIC 317分别通过输入端口S1和S2接收高电平和低电平信号，它确定了电池组件10应按恒定电压充电模式充电。然后微机只通过输出端口OUT2输出高电平信号，而低电平信号通过另外的端口OUT1和OUT3。用来自输出端口OUT2的高电平信号将场效应晶体管FET 345转换到on，然后，将晶体管TR 343也转换到on。因此，用电阻器R340和R341对充电电压分压，分压后的电压经转换到on的缓冲器OP 342和晶体管TR 343而加到调节器41的反馈端。而且，电池充电器允许充电电路40按照恒定电压充电模式给电池组件10充电。
此外，为了用恒定电流/电压充电模式给完全放电的电池充电，来自电池组件10的电池检测信号应为低电平，电池电压低于由分压电阻器R352和R356设定的参考电压。若按上述恒定电流充电模式对电池组件10连续充电，到电池电压高于参考电压。
首先，当电池检测信号是低电平时，场效应晶体管FET 312被转换到on，而场效应晶体管FET 314被转换到off。并且，由于电池电压低于参考电压，比较器OP 354输出低电平信号，由此使场效应晶体管FET 316和晶体管TR 355同时被转换到off。在这种状态下，微机MIC 317通过输出端口OUT3输出高电平信号，因此，使场效应晶体管FET 356被转换到on。这就是说电池组件10将按照恒定电流充电模式连续充电，并能在晶体管FET 356转换到off期间检测电池电压。若充电运作中电池电压高于参考电压，比较器OP 354输出高电平信号，由此使晶体管FET 316被转换到on。然后，微机MIC 317确定，电池组件10应按恒定电流/电压充电模式充电，通过输出端口OUT1输出低电平信号，终止恒定电流充电运作，与此同时，通过输出端口OUT2输出高电平信号以起动电流电压充电运作。
从这时起按恒定电压充电模式给电池组件10充电。即用来自输出端口OUT2的高电平信号使晶体管FET 345被转换到on，然后，晶体管TR 343也被转换到on。因此，充电电压作为反馈电压通过转换到on的缓冲器OP 342和晶体管TR 343而加到调节器41的反馈端。而且，只有当充电电压高于由电阻器R350和R351设定的参考电压时，电池充电器使充电电路40按照恒定电压充电模式给电池组件10充电。
如上所述，在恒定电流/电压充电模式的情况下，电池充电器使电池组件10首先按恒定电流充电模式充电只有当电池充电电压高于预定电压时，最后按恒定电压充电模式充电。
本发明的电池充电器能按多种充电模式对可再充电的电池进行几种不同类型的充电。即，电池充电器能以恒定电流和恒定电压充电模式中的每种模式充电，或以恒定电流/电压充电模式充电。即电池首先按恒定电流充电模式充电和只有当电池充电电压高于预定电压时最后按照恒定电压充电模式充电。

Claims (5)

1、一种按照多种充电模式给电池组件充电的电池充电器，包括：
响应反馈电压的调节器，它按照电流充电模式或电流电压充电模式产生对应于反馈电压的第1和第2电压电平的开关信号；
响应电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，它产生第1、第2和第3充电模式设定信号，所说电池检测信号表示电池的不同类型；
响应第1充电模式设定信号的装置，用于检测流到电池组件的充电电流并产生对应于充电电流的第1电压电平；
响应第2充电模式设定信号的装置，用于产生对应于加到电池组件的充电电压的第2电压电平；和
响应第3充电模式设定信号的装置，用于检测该电池电压，当电池电压低于预定电压时，使第1电压电平加到调节器，当电池电压高于预定电压时，使第2电压电平加到调节器。
2、按照权利要求1的电池充电器，其中，所说产生充电模式设定信号的装置，包括根据电池检测信号和电池电压的组合，用于产生充电模式设定信号的微机。
3、一种按照多种充电模式给电池组件充电的电池充电器，包括：
响应反馈电压的调节器，用于按照电流充电模式或电流电压充电模式产生对应反馈电压的第1和第2电压电平的开关信号；
响应电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，用于产生第1和第2充电模式设定信号，所说电池检测信号表示电池的不同类型；
响应第1充电模式设定信号的装置，用于检测流到电池组件的充电电流，当电池电压低于预定电压时，产生对应充电电流的第1电压电平；
响应第2充电模式设定信号的装置，当电池电压高于预定电压时，产生对应于加到电池组件的充电电压的第2电压电平。
4、按照多种充电模式给电池组件充电的电池充电器，包括：
按照电流充电模式或电流电压充电模式给电池组件充电的装置；
响应电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，它产生第1、第2和第3充电模式设定信号，所说电池检测信号表示电池的不同类型；
响应第1充电模式设定信号的装置，它使充电装置按照恒定电流充电模式给电池组件充电；
响应第2充电模式设定信号的装置，它使充电装置按照恒定电压充电模式给电池组件充电；
响应第3充电模式设定信号的装置，它检测电池电压，当电池电压低于预定电压时使充电装置按照恒定电流充电模式给电池组件充电，当电池电压高于预定电压时使充电装置按照恒定电压充电模式给电池组件充电。
5、按照多种充电模式给电池组件充电的电池充电器，包括：
按照电流充电模式或电流电压充电模式给电池组件充电的装置；
响应电池组件的电池检测信号和电池电压的装置，它产生第1和第2充电模式设定信号，所说电池检测信号表示电池的不同类型；
响应第1充电模式设定信号的装置，当电池电压低于预定电压时使充电装置按照恒定电流充电模式给电池组件充电；和
响应第2充电模式设定信号的装置，当电池电压高于预定电压时使充电装置按照恒定电压充电模式给电池组件充电。
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