CN201118268Y - 用于电池充电器的充电管理控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电池充电器的充电管理控制电路，包括一初级电路、一具有电池充电管理功能的次级电路、一隔离传输模块及充电电池，其中，充电电池与具有电池充电管理功能的次级电路中的直流输出电路的一输出端连接；具有电池充电管理功能的次级电路还包括融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路，该开关电源次级反馈电路的输入端分别连接充电电池及直流输出电路的另一个输出端；所述隔离传输模块的输入端和输出端分别连接融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路的输出端和初级控制模块的输入端。本充电管理控制电路能将交流电流变换到直流电流并直接给电池充电，不需要额外的直流电流到电池电压的电压余量。

Description

用于电池充电器的充电管理控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种属于电子技术/开关电源及电池充电技术，尤其涉及一种用于充电器的把AC/DC开关电源控制和电池充电管理控制统一的电路。

背景技术

随着社会的发展，移动设备应用越来越多，所以对电池的需求也越来越多，其中可充电电池因使用次数多使用寿命长而大量使用，产生了对充电器的大量需求，因为电池的充电特性要求很高，所以对电池的充电要求也很高，为了使电池获得良好的保护、有效的充电及更长的使用寿命，就要根据电池的充电要求进行充电，如图1所示的为目前公认的最常用的电池充电特性曲线，根据电池的情况可分为预充电、恒流充电、恒压充电、再充电等过程。为了满足这样的充电要求，需要对充电过程进行管理和控制。目前对电池的充电不管是数字控制还是模拟技术实现，都由独立二部分组成，一个是直流电源，给电池充电提供直流能源(电池充电只能用直流能源)，另一个是直流电源对电池进行充电的管理和保护部分，产生直流电源的装置(或设备或电路)和用直流电源对电池进行充电的充电管理部分是完全分开的。直流电源的产生一般有AC/DC高频开关电源、线性电源、太阳能和其他直流电源等，其中高频开关电源是给电池充电提供直流电源的主要方法。目前市场上使用的充电器几乎都是由开关电源提供直流电源。如图2为以开关电源为基础的带电池23充电管理的充电器的简单框图，它由AC/DC开关电源模块1和充电管理模块2两部分组成。AC/DC开关电源模块1通过传统的开关电源控制原理在输出端产生一直流电源，此直流输出不受电池23充电控制信号的影响。充电管理模块2在以AC/DC开关电源模块1的输出为输入的前提下，通过充电管理控制芯片21检测电池23的电压和充电电流来判断其充电状态(预充电、恒流、恒压、再充电)，发出控制信号，联合控制器件22实现对充电电流和电压的调节，从而实现电池23的充电管理。其中，AC/DC开关电源模块1一般是隔离的，分为初级电路11、次级电路12和误差隔离传输模块30等部分，其中，初级电路11由交流输入111、整流滤波电路112、变压器初级部分130、初级控制模块114及主开关管115等部分组成，而初级控制模块114一般包含一个电源管理芯片及配套外围电路，实现的功能包含有：误差信号处理电路、开关脉冲的产生和控制电路、开关驱动电路、辅助电源电路、输入过欠压保护电路及过温保护等电路等，控制芯片为UC3842。次级电路12由变压器次级部分121、输出整流滤波电路122、直流输出电路123及次级误差控制反馈电路124等部分组成，其中次级误差控制反馈电路124包含反馈输出模块1241及电压电流误差、取样、放大模块1242。常用的电路包括TL431，358，339等芯片组成；隔离传输模块30一般由光藕、变压器等组成，如无需隔离的AC/DC开关电源，则可以减少隔离传输模块30。以上AC/DC电路完成从交流电源到直流电源的转换，为电池充电准备好直流电源。

电池充电管理部分2在直流输出电路123和充电电池23之间串接一个控制器件22，控制器件22是由三极管或功率MOS管等三端以上的可控器件组成，22由充电管理芯片21控制，充电管理芯片21的功能包括对充电电池23电压和充电电流进行取样、对充电电池23的状态进行判断从而对充电电流和充电电压进行控制，即通过对充电电池23状态的检测和判断来控制充电电池23的充电电流和充电电压。满足如图1所示充电曲线。其充电过程为：如果充电电池23的初始电压低于预充电阈值，则首先进入预充电阶段。在此阶段以一个比较小的预充电电流对充电电池23进行充电，当充电电池23的电压达到预充电电压阈值时，充电电池23将进入下一个充电阶段：恒定电流充电。随着恒定电流充电的进行，充电电池23电压上升，当充电电池23电压达到最大充电电压时，即进入恒压充电阶段。在此阶段，充电电池23电压不再上升，被恒定在最大充电电压，且充电电流逐渐减小。当电流减小到最小充电电流阈值时，充电电池23充电结束，同时充电电流降为零。当充电电池23电压降到再充电电压阈值时，又进入再充电阶段，开始下一个充电周期。所以目前一般对电池充电管理芯片21的要求根据功能分为：1.电池预充电控制模块230，其功能为在电池电压低于预充电的电压值以下时控制控制器件22以一个比较小的预充电电流对电池进行充电，预充电电流一般为最大充电电流的1/11。2.恒流充电控制模块212，其功能为对恒流充电的条件进行鉴别，并控制控制器件22实现在充电电池23电压高于充电电池23预充电阈值，又在小于最大充电电压的情况下对充电电池23进行恒流充电，恒流充电电流是对充电电池23充电的最大充电电流。3.最大充电电压控制模块214(恒压充电控制模块)，随着恒流充电的进行，充电电池23电压慢慢升高，当充电电池23电压上升到最大充电电压，最大充电电压控制模块214就会控制充电电压不再上升，充电电池23充电电流就会逐渐下降。4.充饱和再充电控制模块212，在恒压充电状态下，当充电电流下降到最小充电电流阈值，充饱和再充电控制模块212就会监控到并停止对充电电池23进行充电，同时充饱和再充电模块212会监控充电电池23的电压变化，当充电电池23停止充电后，充电电池23电压下降到再充电电压阈值，充饱和再充电控制模块212会再次启动充电过程。在这里所有对充电电池23充电功能的控制都是通过对控制器件22的控制实现的。直流输入电压DCIN的电压基本不变，直流输入电压DCIN电压和充电电池23充电电压之差就由控制器件22承受，并产生损耗，充电电池23电压越低，控制器件22的损耗就越大。目前常用的电池充电管理芯片21有：W17205，SL1151，CHK0504，CN3051等。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于电池充电器的充电管理控制电路，它能将交流电流变换到直流电流直接给电池充电，不需要额外的直流电流到电池电压的电压余量，从而在充电过程中节省能量。

为实现上述目的本实用新型采用的技术方案是：一种用于电池充电器的充电管理控制电路，包括一初级电路、一融合电池充电管理功能的次级电路、一隔离传输模块及充电电池，所述初级电路包括变压器初级、一输出端与变压器初级的输入端连接的主开关管、一输出端与主开关管的输入端连接的初级控制模块，所述具有电池充电管理功能的次级电路包括一与变压器初级感应连接变压器次级、输入端与变压器次级输出端连接的输出整流滤波电路、输入端与输出整流滤波电路的输出端连接的直流输出电路，其中，

所述充电电池与具有电池充电管理功能的次级电路中的直流输出电路的一输出端连接；

所述具有电池充电管理功能的次级电路还包括融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路，该融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路的输入端分别连接充电电池及直流输出电路的另一个输出端；

所述隔离传输模块的输入端和输出端分别连接融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路的输出端和初级控制模块的输入端；

所述融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路接受直流输出电路的电源，采集并检测充电电池的充电电流、充电电压和温度信号，根据充电电池的充电情况做出判断，输出充电反馈信号给隔离传输模块，通过隔离传输模块直接将开关控制反馈信号输出给初级控制模块，并由初级控制模块控制主开关管的开关脉冲，从而控制初级电路向次级电路提供功率的大小。

上述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其中，所述融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路包括工作电源和内部基准电路、电流电压检测模块、电池温度检测模块、恒流充电控制模块、预充电控制模块、温度保护控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块、充电状态指示控制电路及开关脉冲反馈输出信号电路，其中：

所述工作电源和内部基准接收来自次级电路中直流输出电路的工作电源或电池的电源产生内部的电压和电流基准及内部的工作电源给融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路进行工作；

所述电流电压检测模块检测充电电池的电压信号和电流信号，根据不同状态的充电电池的电压和电流分别向恒流充电控制模块、预充电控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块及充电状态指示控制电路输出充电电池的电压信号和电流信号；

所述恒流充电控制模块、预充电控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块及充电状态指示控制电路接收电流电压检测模块的不同状态的充电电池的电压信号和电流信号，经过处理后输出信号给开关脉冲反馈输出信号电路；

所述电池温度检测模块检测充电电池的温度信号，向温度保护控制模块传输充电电池的温度信号，温度保护控制模块根据充电电池的温度信号给开关脉冲反馈输出信号电路输出充电反馈信号；

所述开关脉冲反馈输出信号电路接收恒流充电控制模块、预充电控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块及温度保护控制模块输出的充电反馈信号，处理后将开关控制反馈信号通过隔离传输模块输出给初级控制模块。

上述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其中，所述融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路可以制成一个独立的芯片。

上述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其中，所述融合电池充电管理功能的次级电路还包括一输入端连接充电状态指示控制电路输出端且接收充电状态指示控制电路信号的充电状态指示电路。

上述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其中，所述初级电路还包括输出端与变压器初级输入端连接的整流滤波电路及输出端与整流滤波电路输入端连接的交流输入电路。

本实用新型的用于电池充电器的充电管理控制电路相对于现有技术所具有的优点是：

1、节省成本，即可以节省带电池充电管理功能的充电器中1C/DC开关电源次级控制电路部分的次级误差控制反馈电路124，可以减少现有技术中的充电管理芯片21，可以去掉充电控制器件22，而本实用新型中增加的开关脉冲反馈加电池充电控制芯片30的成本和次级误差控制反馈电路124的成本相当，这样可以节省充电管理芯片21和控制器件22的成本。

2、简化结构，由于和一般的充电器比较，少用充电管理芯片21和控制器件22，可以使产品结构简单，另外由于提高了系统的效率，减小发热量，减小了对散热的设计要求，又可以简化设计结构和空间，有利于设备的小型化。

3、减小损耗，节约能源，一般情况下控制器件22要正常工作需要一个最小的工作电压压差设为V22MIN；充电电池23的最大充电电压设为VCHM1X；充电电池23供电的直流电压设为VDCOUT，在满足不等式VDCOUT＞V22MIN+VCHM1X成立时才能满足充电电池23充电的要求，设正常充电过程中控制器件22上的电压差为V22，充电电池23电压为VCH，充电电流为ICH，V22＝VDCOUT-VCH，由于VDCOUT是不变的，VCH会随充电的过程而变化且小于等于VCHM1X，所以V22的值远大于V22MIN。在充电过程中给充电电池23的充电电流同样会通过控制器件22，所以在控制器件22上产生功率损耗P22＝V22×ICH。本实用新型的AC/DC直接给充电电池23充电，无控制器件22元件，节省了这部分损耗。如对于3.6V的铝电池，最大充电电压为4.2V，控制器件22的最小工作电压为1V，所以一般情况下需要直流输入电压为5.2V以上，而在实际充电过程中充电电池23充电电压可以在3V以下，这时控制器件22带来的损耗和需要的充电功率比为(5.2-3)/3×110％＝73％，即在充电电池23电压为3V的情况下损耗能量是有效充电能量的73％。

附图说明

图1是现有技术的最常用的电池充电特性曲线示意图；

图2是现有技术的用于电池充电器的充电管理控制电路的模块结构图；

图3是本实用新型的用于电池充电器的充电管理控制电路的模块结构图；

图4是本实用新型的用于电池充电器的充电管理控制电路中的开关脉冲反馈控制加电池充电管理芯片的模块结构图。

具体实施方式

请参阅图3，一种用于电池充电器的充电管理控制电路，包括一初级电路11、一具有电池充电管理功能的次级电路12、一隔离传输模块13及充电电池23，其中，初级电路11包括依次连接的一交流输入电路111、一整流滤波电路112、一变压器初级113、一与变压器初级113输入端连接的主开关管115及一输出端与主开关管115的输入端连接的初级控制模块114；

具有电池充电管理功能的次级电路12包括一与变压器初级113感应连接变压器次级121、一输入端与变压器次121级输出端连接的输出整流滤波电路122、一输入端与输出整流滤波电路122的输出端连接的直流输出电路123、一输入端分别连接充电电池23和直流输出电路123的另一个输出端的开关脉冲反馈控制加充电管理芯片30及一输入端与开关脉冲反馈控制加充电管理芯片30的一个输出端连接的充电状态指示电路24；

充电电池23与具有电池充电管理功能的次级电路12中的直流输出电路123的一输出端连接；

隔离传输模块13的输入端和输出端分别连接开关脉冲反馈控制加充电管理芯片30的输出端和初级控制模块114的输入端。

具有电池充电管理功能的次级电路12中的开关脉冲反馈控制加充电管理芯片30(请参见图4)包括一含有工作电源的内部基准电路303、一电流电压检测模块306、一电池温度检测模块309、一恒流充电控制模块302、一预充电控制模块305、一温度保护控制模块308、一充饱和再充电控制模块301、一恒压充电控制模块304、一充电状态指示控制电路307及一开关脉冲反馈输出信号电路3010，其中：

含有工作电源的内部基准电路303接收来自直流输出电路123的工作电源控制开关脉冲反馈控制加充电管理芯片30进行工作；

电流电压检测模块306检测充电电池23的电压和电流信号，根据不同状态的充电电池23的电压和电流分别向恒流充电控制模块302、预充电控制模块305、充饱和再充电控制模块301、恒压充电控制模块304及充电状态指示控制电路307输出充电电池23的电压和电流信号；

恒流充电控制模块302、预充电控制模块305、充饱和再充电控制模块301、恒压充电控制模块304及充电状态指示控制电路307接收电流电压检测模块306的不同状态的充电电池23的电压和电流信号，经过处理后输出信号给开关脉冲反馈输出信号电路3010；

电池温度检测模块309检测充电电池23的温度信号，向温度保护控制模块308传输充电电池23的温度信号，温度保护控制模块308根据充电电池23的温度信号给开关脉冲反馈输出信号电路3010输出充电反馈信号；

开关脉冲反馈输出信号电路3010接收恒流充电控制模块304、预充电控制模块305、充饱和再充电控制模块301、恒压充电控制模块304及温度保护控制模块308输出的充电反馈信号，处理后将开关控制反馈信号输出给初级控制模块114。

开关脉冲反馈控制加充电管理芯片30接受次级电路12的电源，采集并检测充电电池23的充电电流、充电电压和温度信号，根据充电电池23的充电情况做出判断，输出充电反馈信号给隔离传输模块13，通过隔离传输模块13直接将开关控制反馈信号输出给初级控制模块114，并由初级控制模块114控制主开关管115的开关脉冲。

充电状态指示电路24接收充电状态指示控制电路307的信号。

本实用新型的用于电池充电器的充电管理控制电路的工作原理是：

充电电池23信号输入开关脉冲反馈控制加充电管理芯片30后，电池温度检测模块309即检测充电电池23的温度是否在正常工作范围内，若温度是在正常工作范围内，即进入充电状态；若温度不在工作范围内，则停止充电，显示充电结束状态。与此同时电流电压检测模块306检测充电电池23的电流和电压：若充电电池23的电压小于预充电电压阈值Vmin，进入预充电控制模块305的控制状态，充电状态指示控制电路307显示充电状态继续；若充电电池23的电压大于预充电电压阈值Vmin且小于恒压充电电压Vreg，进入恒流充电控制模块302的控制状态，充电状态指示控制电路307显示充电状态继续；若充电电池23的电压等于恒压充电电压Vreg，进入恒压充电控制模块304的控制状态，充电状态指示控制电路307显示充电状态继续；若充电电池23的电压大于恒压充电电压Vreg，充电结束，充电状态指示控制电路307显示充电结束。

预充电控制模块305：检测充电电流I是否等于预充电电流Imin，若I＜Imin，致使隔离传输模块13传输信号增强，此增强信号反馈至初级控制模块114，114通过控制主开关管115的开关脉冲使初级传递到次级的功率增大，从而使充电电流I增大，若I仍然小于预充电电流Imin，传输信号继续反馈至初级控制，使充电电流I增至预充电电流Imin；若I＞Imin，隔离传输模块13传输信号减弱，此减弱信号反馈至初级控制模块114，该初级控制模块114通过控制主开关管115的开关脉冲使初级传递到次级的功率减小，从而使充电电流I减小，若充电电流I仍然大于预充电电流Imin，传输信号继续反馈至初级控制，使充电电流I减小至预充电电流Imin。达到了以恒定的预充电电流Imin进行充电的状态，随着预充电的进行，充电电池23的电压增大，当充电电池23的电压增至大于预充电电压Vmin且小于恒压充电电压Vreg时，进入恒流充电模块302控制状态。

恒流充电控制模块302：检测充电电流I是否等于恒流充电电流Ireg，若I＜Ireg，致使隔离传输模块13传输信号增强，此增强信号反馈至初级控制模块114，初级控制模块114通过控制主开关管115的开关脉冲使初级电路11传递到次级电路12的功率增大，从而使充电电流I增大，若充电电流I仍然小于恒流充电电流Ireg，传输信号继续反馈至初级控制模块114，使充电电流I增至等于预充电电流Imin；若I＞Ireg，隔离传输模块13传输信号减弱，此减弱信号反馈至初级控制模块114，初级控制模块114通过控制主开关管115的开关脉冲使初级电路11传递到次级电路12的功率减小，从而使充电电流I减小；若充电电流I仍然大于恒流充电电流Ireg，传输信号继续反馈至初级控制，使充电电流I减小至等于恒流充电电流Ireg。达到了以恒流预充电电流Ireg进行充电的状态，随着恒流充电的进行，充电电池23的电压继续增大，当充电电池23的电压增至恒压充电电压Vreg时，进入恒压充电模块304控制阶段。

恒压充电模块304：以恒压充电电压Vreg进行充电，如果充电电池23电压小于恒压充电电压Vreg，恒压充电模块304会加强反馈信号通过隔离传输模块13传递给初级控制模块114，通过控制初级控制模块114的脉冲改变使AC/DC的输出功率加强，促使充电电池23的电压上升，如果充电电池23的电压大于恒压充电电压Vreg，恒压充电模块304会减弱反馈信号强度，通过隔离传输模块13传递给初级控制模块114，通过控制初级控制模块114的脉冲改变使AC/DC的输出功率减小，促使充电电池23的电压下降，从而控制充电电池23的充电电压保持为恒压充电电压Vreg，所以我们称之恒压充电阶段，随着恒压充电的进行，充电电池23的电量逐渐接近饱和，充电电流I逐渐减小，当充电电流I减小至小于充电结束电流Iterm时，恒压充电模块304控制AC/DC结束充电，充电状态指示控制电路307控制显示充电结束指示。

充电结束后，随着时间的推移，充电电池23的电量由于各种原因可能得到泻放并使充电电池23的电压下降，所以充饱和再充电控制模块301在充电结束后对充电电池23的电压不断检测，当放电至充电电池23电压低于再充电电压阈值Vrechg时，再次进入恒流充电状态，对充电电池23进行再充电。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种用于电池充电器的充电管理控制电路，包括一初级电路、一融合电池充电管理功能的次级电路、一隔离传输模块及充电电池，所述初级电路包括变压器初级、一输出端与变压器初级的输入端连接的主开关管、一输出端与主开关管的输入端连接的初级控制模块，所述具有电池充电管理功能的次级电路包括一与变压器初级感应连接变压器次级、输入端与变压器次级输出端连接的输出整流滤波电路、输入端与输出整流滤波电路的输出端连接的直流输出电路，其特征在于，

所述充电电池与具有电池充电管理功能的次级电路中的直流输出电路的一输出端连接；

所述具有电池充电管理功能的次级电路还包括融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路，该融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路的输入端分别连接充电电池及直流输出电路的另一个输出端；

所述隔离传输模块的输入端和输出端分别连接融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路的输出端和初级控制模块的输入端；

所述融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路接受直流输出电路的电源，采集并检测充电电池的充电电流、充电电压和温度信号，根据充电电池的充电情况做出判断，输出充电反馈信号给隔离传输模块，通过隔离传输模块直接将开关控制反馈信号输出给初级控制模块，并由初级控制模块控制主开关管的开关脉冲，从而控制初级电路向次级电路提供功率的大小。

2.根据权利要求1所述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其特征在于，所述融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路包括工作电源和内部基准电路、电流电压检测模块、电池温度检测模块、恒流充电控制模块、预充电控制模块、温度保护控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块、充电状态指示控制电路及开关脉冲反馈输出信号电路，其中：

所述工作电源和内部基准接收来自次级电路中直流输出电路的工作电源或电池的电源产生内部的电压和电流基准及内部的工作电源给融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路进行工作；

所述电流电压检测模块检测充电电池的电压信号和电流信号，根据不同状态的充电电池的电压和电流分别向恒流充电控制模块、预充电控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块及充电状态指示控制电路输出充电电池的电压信号和电流信号；

所述恒流充电控制模块、预充电控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块及充电状态指示控制电路接收电流电压检测模块的不同状态的充电电池的电压信号和电流信号，经过处理后输出信号给开关脉冲反馈输出信号电路；

所述电池温度检测模块检测充电电池的温度信号，向温度保护控制模块传输充电电池的温度信号，温度保护控制模块根据充电电池的温度信号给开关脉冲反馈输出信号电路输出充电反馈信号；

所述开关脉冲反馈输出信号电路接收恒流充电控制模块、预充电控制模块、充饱和再充电控制模块、恒压充电控制模块及温度保护控制模块输出的充电反馈信号，处理后将开关控制反馈信号通过隔离传输模块输出给初级控制模块。

3.根据权利要求2所述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其特征在于，所述融合电池充电管理功能的开关电源次级反馈电路可以制成一个独立的芯片。

4.根据权利要求2所述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其特征在于，所述融合电池充电管理功能的次级电路还包括一输入端连接充电状态指示控制电路输出端且接收充电状态指示控制电路信号的充电状态指示电路。

5.根据权利要求1所述的用于电池充电器的充电管理控制电路，其特征在于，所述初级电路还包括输出端与变压器初级输入端连接的整流滤波电路及输出端与整流滤波电路输入端连接的交流输入电路。

Images