CN201087932Y - 一种电池充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池充电电路，包括用电电路、电流调节电路、开关电路以及电压转换电路，所述开关电路设置在电池正极与用电电路输入端之间，所述电压转换电路设置在外部电源与用电电路输入端之间；所述外部电源有输入电压时，所述开关电路断开，此时外部电源经过所述电压转换电路与所述用电电路的输入端形成通路，外部电源还经过所述电流调节电路与所述电池正极形成通路；所述外部电源无输入电压时，所述开关电路导通，此时所述电池正极与所述用电电路的输入端形成通路。利用本实用新型能够使电池合理满充，延长电池寿命；且在电池电压过低或者无电池时，能够通过引入外部电源来使用电子设备；还能够计算电池的实际充入电量和剩余电量。

Description

一种电池充电电路

技术领域

本实用新型涉及充电电路，特别地涉及一种电池充电电路，属于电子技术领域。

背景技术

随着电子设备应用范围的不断加大，尤其是手持电子设备种类的不断增多，电池供电成为了手持电子设备供电的主要方式之一，而对电池的充电技术也随之变得较为重要。

在现有技术中，对电池进行充电大多数是采用如图1所示的充电电路，从该图中可以看出，电池充电电路包括由电流型数模转换器(I digital-to-analog converter，IDAC)与PNP型晶体管J1组成的电流调节电路、由电阻R1与采集电阻R1两端电压的模数转换器(analog-to-digital converter，DAC)组成的充电电流采样电路、包括电源管理单元(Power Management Unit，PMU)的用电电路、以及与充电电流采样电路中ADC输出端和电流调节电路中IDAC输入端连接的中央处理器CPU等；在上述的电流调节电路中，晶体管J1的发射极通过一个锗二极管D1与外部电源连接，其集电极与电阻R1串联后，由R1的另一端连接到电池BAT的正极，其基极与IDAC的输出端连接；且电池BAT的正极通过一滤波电容C2与地连接；电池BAT的负极也与地连接。该充电电路的工作原理是：

当外部电源有输入电压时，其对电池进行充电，CPU根据ADC采集到的电阻R1两端电压的差值计算外部电源提供的电流值I₁(t)，并减去电子设备中用电电路的消耗电流值I₂(t)，计算得到实际充电电流值I₃(t)；此时，CPU再将I₃(t)与预先设定的期望充电电流值I(t)进行比较，如果I₃(t)＞I(t)，则减小IDAC输出，即减弱对晶体管J1基极的驱动，通过减小外部电源提供的电流值I₁(t)来减小实际充电电流值I₃(t)；如果I₃(t)＜I(t)，则增大IDAC输出，即增强对晶体管J1基极的驱动，通过增加外部电源提供的电流值I₁(t)来增大实际充电电流值I₃(t)，从而使电池的充电电流保持在预期值。

然而，在实现上述电池充电的过程中，由于电子设备的用电电路所消耗的电流值I₂(t)是动态瞬变的，并不能够准确地预测与测定，因而通常只能用估计值I₂^(t)代替，由此通过计算得到的电池充电电流值为其估计值I₃^(t)，且 $I_3^{^}\left(t\right)=I_1\left(t\right)-I_2^{^}\left(t\right),$ 该充电电流估计值I₃^(t)与充电电流的实际值I₃(t)之间存在偏差 $\mathrm{\Δ}{I}_3^{^}=I_3^{^}\left(t\right)-I_3\left(t\right).$

对于电池充电而言，实际充电电流值是控制其能够满充且不过充的重要参数之一，而利用上述电池充电电路进行电池充电时，由于测算得到的充电电流值I₃^(t)与实际值I₃(t)存在相当误差，所以通常基于当前充电电流值设计的充电终止控制策略无法使电池正好满充。且上述电池在充电过程中，由于电池同时还给电子设备的用电电路提供工作电源，由此电池还会出现时充时放的波动状态，这种时充时放的过程占用电池的充放电周期，而电池的使用寿命与充放电周期的次数有关，所以由于非预期的充放电周期产生，将减少电池的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电池充电电路，使得电池在充电过程中能够被真正满充、且延长使用寿命。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的：

一种电池充电电路，包括用电电路、电流调节电路、由外部电源输入电压控制的开关电路以及在外部电源有输入电压时，将外部电源电压转换为用电电路所需电压的电压转换电路，所述开关电路设置在电池正极与用电电路输入端之间，所述电压转换电路设置在外部电源与用电电路输入端之间；所述外部电源有输入电压时，所述开关电路断开，此时外部电源经过所述电压转换电路与所述用电电路的输入端形成通路，外部电源还经过所述电流调节电路与所述电池正极形成通路；所述外部电源无输入电压时，所述开关电路导通，此时所述电池正极与所述用电电路的输入端形成通路。

进一步地，所述开关电路包括P沟道场效应管，所述P沟道场效应管栅极与外部电源连接，源极和漏极分别与所述的用电电路的输入端以及被充电电池的正极连接。

更进一步地，所述P沟道场效应管漏极和源极之间并联一个二极管。

再进一步地，所述二极管为锗二极管。

进一步地，所述电压转换电路为DC/DC转换器。

进一步地，所述电压转换电路为低压差线性稳压器。

进一步地，所述用电电路的输入端与地之间串联电容。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著优点：

(1)由于本实用新型提出的电池充电电路可以准确测得电池的实际充电电流值，因而能够准确控制充电电路在预定时间内使电池满充；

(2)由于电池处于充电状态时，无论电子设备处于工作状态或者是非工作状态，其所需电能均由外部充电电源提供，因而利用本实用新型提出的电池充电电路对电池进行充电时，电池将始终处于充电状态中，而不会处于时充时放的状态，从而节省了充电周期数，延长了电池寿命；

(3)在外部提供电能的情况下，由于电子设备所需消耗的电能由外部电源直接供给，因此在电子设备本身电池电压过低或者没有装载电池时，也可以通过引入外部电源的方式来使用电子设备；

(4)由于电池的实际充入电量通常也是根据充电时的电流大小与时间所确定，因而利用本实用新型提出的电路进行电池充电时，能够准确计算电池的实际充入电量，也能够根据电池的使用状况准确确定电池的实际剩余电量。

附图说明

图1为现有技术中电池充电电路的原理图；

图2为本实用新型实施例的电池充电电路的原理图。

具体实施方式

本实用新型的设计思想是：当电池处于充电状态时，将电子设备所消耗的电流与对电池的充电电流进行分离，从而准确地控制电池的充电过程。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地介绍，但不作为对本实用新型的限定。

参考图2所示，为一种电池充电电路的原理图。从该图中可以看出，本实施例中的充电电路在现有技术的电路基础上增加了锗二极管D2、P沟道场效应管MSF1、输出电压为用电电路所需电压的DC/DC转换器以及容值较大的电容C3，其中锗二极管D2并联在场效应管MSF1的源极和漏极之间，其输出端与用电电路的PMU的输入端连接，且经过电容C3与地连接，场效应管MSF1的栅极直接与外部电源连接，源极与漏极分别与电池BAT的正极以及用电电路的PMU的输入端连接，DC/DC转换器的输入端也直接与外部电源连接，其输出端通过锗二极管D1与用电电路的PMU的输入端连接。该电池充电电路的工作原理如下：

当电池不处于充电状态，即外部电源输入电压为零时，V_CHG为0V，场效应管MSF1的栅极电压被拉至0V，场效应管MSF1导通，由此，电池BAT为用电电路工作提供电流；此时，锗二极管D1用于防止电池BAT输出的电流通过DC/DC转换器反向漏电；

当电池开始充电，即外部电源有输入电压，例如5V时，V_CHG变为5V，场效应管MSF1的栅极电压被拉至5V，如果该场效应管MSF1的栅极关断电压为5V，则场效应管MSF1关闭，由外部电源通过DC/DC转换器为用电电路工作提供电流；此时，CPU根据电阻R1两端的电压差计算得到电池的实际充电电流值I₃(t)，然后CPU将实际充电电流值I₃(t)与预先设定的期望充电电流值I(t)进行比较，当I₃(t)＞I(t)时，减小IDAC的输出，即减弱对晶体管J1基极的驱动电流值，从而实现I₃(t)的减小，当I₃(t)＜I(t)时，增加IDAC的输出，即增强对晶体管J1基极的驱动电流，从而实现I₃(t)的增加，从而保证电池充电电流的准确恒定。

可见上述电路中，DC/DC转换器主要实现外部电源电压与电子设备用电电路供电电压之间的转化，其也可以由包括低压差线性稳压器(low dropoutregulator，LDO)、实现外部电源电压与电子设备用电电路供电电压之间转化的电压转换电路所替代；场效应管MSF1的作用是根据该充电电路连接的外部电源是否有输入电压，来控制其导通状态，实现开关作用，当该外部电源没有输入电压时，其导通，当该外部电源有输入电压时，其断开，在其它的实施例中，场效应管MSF1也可以由包括PNP型晶体管的外部电源电压控制开关电路或者其它由外部电源电压控制通断开关所替代。

对上述实施例所提到的电路作一点说明：在上述电路中，电池BAT在必要时可通过锗二极管D2为电子设备供电：当外部电源从无输入电压到有输入电压状态瞬间，场效应管MSF1立即关断，而DC/DC转换器需一定时间后才能通过二极管D1向用电电路提供工作电流，在此时间差内由二极管D2从电池BAT向用电电路提供工作电流，从而防止电子设备瞬间掉电；电容C3的作用是进行用电电路输入的滤波。上述电路中的二极管D1和D2都选用锗二极管，是因为锗二极管具有较低的正向压降，在其它实施例中，根据实际需要二极管D1和D2也可选用硅二极管。

对于本实用新型所提出的电池充电电路，还需要说明一点，其不仅可以根据充电的控制策略使用，还可以与对电池进行类型判断、温度保护等多种其他电池充电控制电路一起使用。

应当理解的是，对本实用新型技术所在领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其构思进行相应的等同改变或者替换，而所有这些改变或者替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种电池充电电路，包括用电电路、电流调节电路，其特征在于，该电路还包括由外部电源输入电压控制的开关电路以及在外部电源有输入电压时，将外部电源电压转换为用电电路所需电压的电压转换电路，

所述开关电路设置在电池正极与用电电路输入端之间，

所述电压转换电路设置在外部电源与用电电路输入端之间；

所述外部电源有输入电压时，所述开关电路断开，此时外部电源经过所述电压转换电路与所述用电电路的输入端形成通路，外部电源还经过所述电流调节电路与所述电池正极形成通路；

所述外部电源无输入电压时，所述开关电路导通，此时所述电池正极与所述用电电路的输入端形成通路。

2.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述开关电路包括P沟道场效应管，所述P沟道场效应管栅极与外部电源连接，源极和漏极分别与所述用电电路的输入端以及被充电电池的正极连接。

3.如权利要求2所述的电池充电电路，其特征在于，所述P沟道场效应管漏极和源极之间并联一个二极管。

4.如权利要求3所述的电池充电电路，其特征在于，所述二极管为锗二极管。

5.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述电压转换电路为DC/DC转换器。

6.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述电压转换电路为低压差线性稳压器。

7.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述用电电路的输入端与地之间串联电容。

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