CN1622424A

CN1622424A - 充电器

Info

Publication number: CN1622424A
Application number: CN 200310108947
Authority: CN
Inventors: 陆维林; 黄玉敏; 朱旗
Original assignee: SHANGHAI WEIHUA INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI WEIHUA INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-01

Abstract

本发明公开了一种充电器，包括电源适配器和充电头两部分，电源适配器输出的直流电压输入到充电头。电源适配器为脉宽调制式开关电源，电源适配器主要包括高频扼流线圈、整流器件、高频变压器、开关电源控制器、光电耦合器件。整流器件将交流电转换成为直流电，该开关电源控制器选用TOP247芯片将直流电斩波，该高频变压器采用反激式绕法。充电头由充电供电控制电路和液晶显示电路组成，该充电供电控制电路采用EM78P458单片机，液晶显示屏采用HT 1621 B芯片控制，所述EM78P458单片机和HT 1621 B芯片通过串口相连。本发明可为手持式移动通讯终端设备充供电，对充供电电源进行管理，显示充供电运行状态。

Description

充电器

技术领域

本发明涉及一种充电器，特别是涉及一种用于手持式移动通信终端设备的充电器。

背景技术

由于手持式移动通信终端设备应用的特殊性，手持式移动通信终端设备内部模块的工作方式，用户信息的保存和安全措施的实现需要持续的供电保障，因此设有备用固定电池和可移动电池共两块电池。在更换可移动电池，或可移动电池电量不足时由备用固定电池对所述终端设备供电。

现有的无线通信终端使用的充电器都是针对单一锂聚合物电池充电；充电供电通过同一个通道进入无线终端，供电和充电电路没有分离；并且没有充电状态的详细指示。这些充电器只是在某个设定电压值提供直流恒压输出，不对充电电池进行充电管理，可能会降低电池的使用寿命甚至引起电池损坏。无线终端充电和供电电路共用同一通道，充电和供电电路两部分工作在不同的负载条件下时两部分电路一定会相互影响，严重的甚至会导致电压不稳，终端死机或重启动。另外，用户通常不知道电池充满电所需要的时间，并且对充电过程中距离电池充满电的剩余所需时间也不知晓，不利于无线终端用户进行时间安排。

如前述可知，现有的充电器对于具有固定电池和移动电池的手持式移动通信终端设备不安全，不稳定，不适合，不方便。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种充电器，它可提供相互独立的一路供电、两路充电电源，并可以对充供电电源进行管理，显示充供电运行状态。

为解决上述技术问题，本发明充电器，包括电源适配器和充电头两部分，所述电源适配器输出的直流电压输入到充电头；所述电源适配器为脉宽调制式开关电源，包括高频扼流线圈，该高频扼流线圈连接输入整流器件，还包括开关电源控制器，该开关电源控制器选用TOP247芯片，其引脚6连接高频变压器的初级绕组，引脚1连接光电耦合器件，所述开关电源控制器，其内部集成功率场效应管和脉冲宽度调制器；该高频变压器采用反激式绕法，初级绕组与次级绕组、反馈绕组的极性相反；该开关电源控制器内部的脉冲宽度调制器控制功率场效应管通断，调节输出电压开启和关断；交流输入电压经整流滤波后，由开关电源控制器内的功率场效应管斩波，送高频变压器降压，得到高频矩形波，最后通过输出端的整流滤波电路整流滤波后输出直流电压；

所述充电头由充电供电控制电路和液晶显示电路组成，该充电供电控制电路采用EM78P458单片机(如图2中所示器件IC3)，液晶显示电路采用HT 1621 B芯片(如图2中所示器件IC4)控制，所述EM78P458单片机和HT 1621 B芯片通过串口相连；该EM78P458单片机包括8路8位A/D转换器、2路脉宽调制器和一个比较器；

所述2路脉宽调制器分别控制两路充电电源的充电控制电路，两路A/D转换器分别检测电池电压，还有两路A/D转换器分别接收来自电池内部热敏电阻的检测信号；所述EM78P458单片机通过分别通过ADC1和ADC2引脚采样电池电压VOLDET1和VOLDET2，通过单片机内部比较器同外部输入该单片机的参考电压V_REF比较，并确认达到V_REF以后，通过PWM脚控制充电电路由恒流充电进入恒压充电工作态，当EM78P458单片机通过A/D采样电路获知电池内部的热敏电阻电压异常，EM78P458单片机通过PWM脚切断充电电源；该EM78P458单片机将充电和供电状态通过GPIO串口送到显示电路HT 1621 B芯片输出。

该充电头输出三路电源，其中一路对通信终端设备供电，另外两路供锂聚合物电池充电。

本发明将供电电路与充电电路有效分离，降低了充电电路和供电电路之间的相互影响，充电头可以进行充电管理，即在电池电压低于设定值时对电池进行恒流充电，当电池电压达到设定值后进行恒压充电。本发明还可进行供电管理、并可由充电头上的液晶显示器显示充电状态。供电电路独立为通信终端供电，既不被充电电路影响，也不会影响充电电路。

本发明将易出现问题的充电和供电管理电路设置在充电头，也就是将最容易损坏的这部分电路从终端中分离出来，一旦充电供电电路出现故障(如外部工频电网电压异常或易老化的充电供电电路器件发生故障)，在充电头中，在危害还未到达无线终端时，就得到保护，不会造成通信终端设备损坏。

本发明提供三路电源，其中一路对通信终端设备供电，另外两路供锂聚合物电池充电，该三路电源相互独立互不影响。在更换可移动电池，或可移动电池电量不足时由备用固定电池对所述终端设备供电。当所述通信终端设备在本发明充电器上进行充电时，无论终端是否开机工作，终端上是否有移动电池，电池都将进入充电状态，对于具有固定电池和移动电池的手持式移动通信终端设备的使用非常方便。

附图说明

图1是本发明电源适配器电路原理图；

图2是本发明充电头电路原理图；

图3是本发明充电头充满电剩余时间估算装置控制流程图。

具体实施方式

本发明充电器，包括电源适配器和充电头两部分。

如图1所示，所述电源适配器为脉宽调制式开关电源。该电源适配器主要包括高频扼流线圈LF1(选用LTF13R813)、该高频扼流线圈LF1连接输入整流器件BD1(选用KBP206)、高频变压器T1(选用LTS28C872)、开关电源控制器IC1、光电耦合器件IC2(选用PC817A)。

所述高频扼流线圈LF1是在工频电网和电源适配器内部之间起到低通滤波的作用，隔离两部分的高频信号。

所述整流器件BD1将交流电转换成为直流电。然后可以通过电容滤波得到纹波较小的直流电。

所述高频变压器T1在电路中起能量存储、隔离输出和电压变换的作用。该高频变压器T1采用反激式绕法，初级绕组N1与次级绕组N2、反馈绕组N3的极性相反。当初级绕组N1导通时，电能以磁场能量形式储存在初级绕组N1中，此时二极管D3和D4截止；当初级绕组N1截止时，二极管D3和D4导通，能量传给次级，这就是反激式开关电源的特点。

所述开关电源控制器IC1选用TOP247芯片，其引脚6连接高频变压器T1的初级绕组N1，引脚1连接光电耦合器件IC2。

该控制器IC1内部的脉冲宽度调制器控制该模块内的功率场效应管通断，调节输出电压开启和关断；市电交流输入电压经整流滤波后，由开关电源控制器内的功率场效应管斩波，通过D脚送到高频变压器T1，得到高频矩形波，最后通过高频变压器T1输出端的整流滤波电路整流滤波后输出直流电压。所述开关电源控制器内的脉冲宽度调制器控制功率场效应管通断，调节输出电压。

当交流220V、50～60Hz输入电压经过整流滤波后变成直流电压Vi后，由开关电源控制器IC1斩波，高频变压器T1降压得到高频矩形波，最后通过由二极管D3和D4、电容C11、电容C12、电感L2、电容C13组成的整流滤波电路整流滤波后输出所需的直流输出电压Vo。开关电源控制器IC1是该电源适配器的核心，在其内部它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号。当电源适配器输出的直流电压Vo降低时，开关电源控制器IC1内的脉宽调制器改变驱动信号的脉冲宽度(占空比)，使功率场效应管斩波后的高频电压平均值升高，输出的直流电压Vo升到设定值。反之，当输出的直流电压Vo升高时，通过调节占空比，使直流电压Vo降低。该直流电压Vo为智能充电头电路的供电电压，所述通信终端设备所需的其它各组电压通过通信终端内部的稳压集成电路稳压后取得。

由于经过整流器件BD1整流后的直流电压经初级绕组N1加至开关电源控制器IC1内的功率场效应管的漏极上即IC1的D脚，在初级绕组N1关断期间，由高频变压器T1漏感产生的尖峰电压，会叠加在直流电压和感应电压上，使开关电源控制器IC1内的功率场效应管的漏极电压超过它可承受的极限值而损坏，所以必须在初级绕组N1两端增加漏极钳位保护电路，对尖峰电压进行钳位或吸收。所述漏极钳位保护电路由电容C3同电阻R2串连后与电阻R1并联，然后再与二极管D1串联，连接在初级绕组N1两端。

开关电源控制器IC1具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源，所构成的开关电源在成本上与同等功率的线性稳压电源相当甚至更低，而电源效率显著提高，体积与重量大为减小，被誉为“高效节能型电源”或“绿色电源”。电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可高达90％，比线性稳压电源提高近一倍。因无需工频变压器，利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离，不仅去掉笨重的工频变压器，还可以采用较小的滤波元件和散热器，有利于开发高效率、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源。

如图2所示，所述充电头由充电供电控制电路和液晶显示电路组成，该充电供电控制电路采用EM78P458单片机IC3，液晶显示电路采用HT 1621 B芯片IC4控制，所述单片机IC3和HT 1621 B芯片IC4通过串口相连；作为充电供电控制电路核心部件的EM78P458芯片是一款高性能OTP单片机，除了具有其它EM78系列单片机的功能外，还包括8路8位A/D转换器、2路脉宽调制器(PWM)和一个比较器。

所述2路脉宽调制器分别控制两路充电电源的充电控制电路，2路A/D转换器分别检测电池电压，还有两路A/D转换器分别接收来自电池内部热敏电阻的采样信号；所述单片机IC3通过ADC1或ADC2引脚采样电池电压VOLDET1或VOLDET2，通过单片机IC3内部比较器同外部输入该单片机的参考电压V_REF比较，并确认达到V_REF以后，通过PWM1或PWM2脚控制充电电路由恒流充电进入恒压充电，当单片机IC3通过A/D采样电路获知电池内部的热敏电阻电压异常，单片机IC3通过PWM脚(即单片机IC3的13脚或14脚)切断充电电源；该单片机IC3将充电和供电状态通过GPIO串口P64、P65、P66(分别为单片机IC3的8、9、10引脚)送到显示电路芯片IC4的9、11、12引脚后显示输出。

所述电源适配器输出的直流电压输入到充电头，该充电头输出三路电源，其中一路对所述通信终端设备供电，一路为固定电池提供充满设定值为8.4V充电，还有一路为可移动电池提供充满设定值为8.4V充电。该三路电源相互独立互不影响。

该充电头还可实现计算电池充满电还需要的时间并显示输出，通常锂聚合物电池的充电曲线(以电压为纵坐标，时间为横坐标)可以抽象为3个线性部分，在电池电压为电池过放截止电压到7.3V时，为斜率绝对值较大的线段，其在时间轴上的时间较短，该区域称为A区；在电池电压从7.3V到7.5V，为斜率绝对值很小的线段，其在时间轴上的时间较长，该区域称为B区；在电池电压为7.5V到电池过充保护电压8.4V时，为斜率绝对值较大的线段，其在时间轴上的时间较短，该区域称为C区。该充电曲线的详细参数信息为事先存储在单片机IC3中，单片机IC3根据采样得的电池电压信号，比较出电压较低的电池电压信号，确定较低电压电池目前所处的状态，对照事先存储的充电曲线的详细参数信息得出电池充满电还需要的时间，并显示输出。

本发明的充电头还设有充满电剩余时间估算装置，该装置包括一通过单片机IC3的引脚3采样移动电池(图2中电池组2)电压V1及通过单片机IC3的引脚4采样固定电池(图2中电池组1)电压V2的采样器，该采样器连接至V1与V2的比较器内，当V1大于V2时连接至V2电压所属区域即A区、B区或C区判断器，判断结果送该电池充满电剩余时间计算器，计算剩余时间；该剩余时间送显示器显示输出；并将显示结果连接至V2与参考电压Vref比较器，当V2大于参考电压Vref时进入恒压充电状态，否则返回采样器，继续恒流充电；当V1小于V2时连接至V1电压所属区域即A区、B区或C区判断器，判断结果送该电池充满电剩余时间计算器，计算剩余时间；该剩余时间送显示器显示输出；并将显示结果连接至V1与参考电压Vref比较器，当V1大于参考电压Vref时进入恒压充电状态，否则返回采样器，继续恒流充电。本发明充电头充满电剩余时间估算装置控制流程图如图4所示。

该充电头可实现充电智能化，进行自动以0.5C速率充电，及电池状态检测。当所述电源适配器掉电后，也不会消耗电池电量。充电头上的LCD屏可显示电量较小的电池充电时间。

Claims

1.一种充电器，其特征在于：包括电源适配器和充电头两部分，所述电源适配器输出的直流电压输入到充电头；所述电源适配器为脉宽调制式开关电源，电源适配器包括高频扼流线圈，该高频扼流线圈连接输入整流器件，还包括开关电源控制器，该开关电源控制器选用TOP247芯片，其引脚6连接高频变压器的初级绕组，引脚1连接光电耦合器件，所述开关电源控制器控制其内部的功率场效应管通断，调节输出电压；该高频变压器采用反激式绕法，初级绕组与次级绕组、反馈绕组的极性相反；交流输入电压经输入整流滤波后，由该开关电源控制器内的功率场效应管斩波，送高频变压器降压，得到高频矩形波，最后通过输出端的整流滤波电路整流滤波后输出直流电压；

所述充电头由充电供电控制电路和液晶显示电路组成，该充电供电控制电路采用EM78P458单片机，液晶显示电路采用HT 1621 B芯片控制，所述EM78P458单片机和HT 1621 B芯片通过串口相连；该EM78P458单片机包括8路8位A/D转换器、2路脉宽调制器和一个比较器；

所述2路脉宽调制器分别控制两路充电电源的充电控制电路，两路A/D转换器分别检测电池电压，还有两路A/D转换器分别接收来自电池内部热敏电阻的检测信号；所述EM78P458单片机对电池电压检测信号确认到达设定值8.4V以后，通过PWM脚控制充电电路由恒流充电进入恒压充电，当电池内部的热敏电阻上的电压异常时，EM78P458单片机通过PWM脚切断充电电源；该EM78P458单片机将充电和供电状态通过GPIO串口送到显示电路HT 1621 B芯片显示输出；

该充电头输出三路电源，其中一路为直流供电电源，另外两路供锂聚合物电池充电。

2.如权利要求1所述的充电器，其特征在于：所述漏极钳位保护电路由电阻R1与电容C3并联后再与二极管D1串联，连接在初级绕组N1两端。

3.如权利要求1所述的充电器，其特征在于：充电头还设有充满电剩余时间估算装置，该装置包括一通过单片机IC3的引脚3采样移动电池电压V1及通过单片机IC3的引脚4采样固定电池电压V2的采样器，该采样器连接至V1与V2的比较电路，当V1大于V2时连接至V2电压所属区域即A区、B区或C区判断电路，判断结果送该电池充满电剩余时间计算电路，计算剩余时间；该剩余时间送显示器显示输出；并将显示结果连接至V2与参考电压Vref比较器，当V2大于参考电压Vref时进入恒压充电状态，否则返回采样器；当V1小于V2时连接至V1电压所属区域即A区、B区或C区判断器，判断结果送该电池充满电剩余时间计算电路，计算剩余时间；该剩余时间送显示器显示输出；并将显示结果连接至V1与参考电压Vref比较电路，当V1大于参考电压Vref时进入恒压充电状态，否则返回采样器。