CN201854049U - 基于电池的充电供电模块 - Google Patents
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Abstract
一种基于电池的充电供电模块，当MOS管Q1、MOS管Q2同时导通时，外部电源通过P2绕组将能量耦合到P1绕组给电池充电，剩余能量储存在电感L1中，电池V1通过P1绕组、外部电源通过P2绕组将能量耦合到S1绕组给负载供电；当MOS管Q1、MOS管Q2同时断开时，P1绕组通过二极管D3将MOS管Q1、MOS管Q2导通周期的变压器磁化电流释放到电容C1，进行磁复位，存储在电感L1的能量通过其耦合电感L2和二极管D2，释放到电池V1中。驱动控制器决定MOS管Q1、MOS管Q2的导通时间；电池管理模块检测电池电压、设定最低和最高电压的阈值；外部电源电流检测模块检测外部电源V2的电流值、设定最大电流阈值。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源管理的相关技术领域，更具体地说，涉及一种电池的充电供电装置。
背景技术
目前基于电池的电源一般采取附图1所示结构：
1、充电部分：“充电管理模块”对外部电源V2降压到电池V1的电压，对其进行充电，并防止充电过程过压、过流、过温等情况的出现。对外部电源V2降压通常采取线性调压器或者DC-DC变换器两种方式，前者结构简单成本低，但能量利用效率低，后者效率高，但结构复杂成本高。
2、供电部分：电池V1通过DC-DC变换器将电压变换到负载需求的电压（一般是升压），为负载供电。
从上述可知，对于需要高能效的应用，现有技术方案里含有充电部分的降压DC-DC变换器和供电部分的升压DC-DC变换器，结构繁琐复杂，成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有技术中结构繁琐复杂、成本高且能量利用效率低的问题。为实现该目的，本实用新型将充电部分和供电部分整合为一体，用一套电路代替了原来的两套DC-DC变化器，实现了结构的简化和成本的降低，并且外部电源V2给电池V1充电的同时又为负载供电，提高了电能的利用效率。
一种基于电池的充电供电模块，包括：一个为电池提供电源的外部电源V2，一个储存充电时剩余能量的电感L1和一个与L1耦合的电感L2，两个具有相同匝数、拥有相同缠绕方向的P1绕组和P2绕组，两个通过其通断来改变电池V1充电模式的N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2，一个决定N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2导通时间的驱动控制器，一个检测外部电源V2的电流值，设定最大电流阈值并将信号反馈给驱动控制器的外部电流检测模块，一个检测电池电压，设定电池最低和最高电压阈值并将信号反馈给驱动控制器的电池管理模块。一个与P1绕组和P2绕组相同方向缠绕，接收电池V1和外部电源V2能量的S1绕组，一个用于整流的二极管D1，一个利用单向导电性的二极管D3，和一个正极接二极管D1和D3阴极的电解电容C1。
当外部电源V2正极通过电感L1把能量传递到变压器T1的P2绕组中，变压器T1的P1绕组、P2绕组、S1绕组为同方向缠绕线圈，电感L1和其耦合电感L2同名端绕向，电感L2的一端接地，另一端通过二极管D2连至电池V1的正极。P2绕组通过与P1绕组、S1绕组的耦合，把能量转换到P1绕组和S1绕组中，P1绕组的一端连接电池V1的正极，为电池V1充电，另一端与N沟增强MOS管Q1的漏极相连接，N沟增强MOS管Q2的漏极接P2绕组的另一端，N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2的源极都接地，它们的栅极都接至驱动控制器，由驱动控制器来控制二者的断开与导通。电池管理模块接于电池V1正极和驱动控制器之间，电池管理模块的功能为检测电池电压、设定最低和最高电压的阀值并将信号反馈给驱动控制器，避免电池V1被过充或过放；外部电源检测模块接于外部电源V2的正极和驱动控制器之间，外部电源电流检测模块的功能为检测外部电源V2的电流值、设定最大电流阀值并将信号反馈给驱动控制器，避免外部电源V2的电流超过电池V1的额定电流。S1绕组通过二极管D1连接至负载，为负载供电，电容C1跨接在负载上，其正极与二极管D1和二极管D3的阴极相连接，二极管D3的阳极连接至N沟增强MOS管Q1的漏极。
驱动控制器控制N沟增强MOS管Q1、N沟增强MOS管Q2同时导通，变压器T1的P1、P2、S1的匝数分别为N1、N1、N2，因此变压器T1的P1、P2绕组的电压为电池电压V1， S1绕组的电压为V1/N1*N2，二极管D1导通，此时根据负载的大小，电路自动工作在以下两种模式之一：
（1）负载小，外部电源V2通过P2绕组将能量耦合到P1绕组给电池充电。
（2）负载大，电池V1通过P1绕组、外部电源V2通过P2绕组，将能量耦合到S1绕组同时给负载供电。
与此同时，耦合电感L1上的电压为V2-V1，其电流按V2-V1=L*dI/dt变化，将能量储存其中。
另外二极管D1和D3不同时导通：当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时导通时，二极管D1导通而二极管D3断开；当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时断开时，二极管D3导通而二极管D1断开。
所述的驱动控制器通过电池管理模块和外部电源电流检测模块反馈的信息决定N沟增强MOS管Q1、N沟增强MOS管Q2的导通时间，包括：一个升降压变换器LM3478，一个与升降压变换器LM3478端口“1”连接的电容C4，一个与电阻R9串联并连接在升降压变换器LM3478端口“2”的电容C5，一个与升降压变换器LM3478连接的电容C6，一个与升降压变换器LM3478连接的电阻R14，一个连接在升降压变换器LM3478端口“1”和“6”之间的电阻R1，一个连接在升降压变换器LM3478端口“6”和N沟增强MOS管Q1栅极之间的电阻R3，和一个连接在升降压变换器LM3478端口“6”和N沟增强MOS管Q2栅极之间的电阻R7。升降压变换器LM3478的端口“3”与电池管理模块相连，接收电池电压、设定最低和最高电压的阀值，确保电池不被过充或过放。升降压变换器LM3478的端口“7”与外部电源管理模块相连，接收外部电源V2的电流值、设定最大电流阀值，确保外部电源的电流不会超过电池的额定大小。
一种基于电池的充电供电方法，包括以下三种情况：
（1）当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时导通时，外部电源V2通过P2绕组把能量耦合到P1绕组，为电池V1充电。
（2）当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时断开，P1绕组通过二极管D3将N沟增强MOS管Q1、N沟增强MOS管Q2导通周期的变压器磁化电流释放到电容C1，进行磁复位，此时存储在电感L1上的能量通其耦合电感L2和二极管D2，释放到电池V1里，为电池V1充电。
（3）当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时导通，当负载较小时，外部电源V2通过P2绕组把能量耦合到S1绕组为负载供电，当负载较大时，电池V1通过P1绕组、外部电源V2通过P2绕组，将能量耦合到S1绕组同时给负载供电。
本实用新型基于电池的充电供电模块的外部电源V2给电池V1充电的同时又为负载供电，提高了电能的利用效率。并将充电部分和供电部分整合为一体，用一套电路代替了原来的两套DC-DC变化器，实现了结构的简化和成本的降低。
附图说明
图1是现有技术电池充电供电结构图；
图2是本实用新型一种基于电池的充电供电模块结构图；
图3是本实用新型一种基于电池的充电供电模块电路图。
具体实施方式
下面参考附图，对本实用新型基于电池的充电供电模块做进一步描述。
一种基于电池的充电供电模块，包括：一个为电池提供电源的外部电源V2，一个储存充电时剩余能量的电感L1和一个与L1耦合的电感L2，两个具有相同匝数、拥有相同缠绕方向的P1绕组和P2绕组，两个通过其通断来改变电池V1充电模式的N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2，一个决定N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2导通时间的驱动控制器，一个检测外部电源V2的电流值，设定最大电流阈值并将信号反馈给驱动控制器的外部电流检测模块，一个检测电池电压，设定电池最低和最高电压阈值并将信号反馈给驱动控制器的电池管理模块。一个与P1绕组和P2绕组相同方向缠绕，接收电池V1和外部电源V2能量的S1绕组，一个用于整流的二极管D1，一个利用单向导电性的二极管D3，和一个正极接二极管D1和D3阴极的电解电容C1。
附图2是本实用新型基于电池的充电供电模块的结构图，如图所示。当外部电源V2正极通过电感L1把能量传递到变压器T1的P2绕组中，变压器T1的P1绕组、P2绕组、S1绕组为同方向缠绕线圈，其中P1绕组和P2绕组的线圈匝数相同设为N1，S1绕组的线圈匝数设为N2，则电池V1两端的电压可知P1和P2两端的电压都与电池V1的电压相同，设为V1，此时S1绕组的电压应为V1/N1*N2，电感L1上的电压为V2-V1，并且电感L1上的电流按 变化。电感L1和其耦合电感L2同名端绕向，电感L2的一端接地，另一端通过二极管D2连至电池V1的正极。P2绕组通过与P1绕组、S1绕组的耦合，把能量转换到P1绕组和S1绕组中，P1绕组的一端连接电池V1的正极，为电池V1充电，另一端与N沟增强MOS管Q1的漏极相连接，N沟增强MOS管Q2的漏极接P2绕组的另一端，N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2的源极都接地，它们的栅极都接至驱动控制器，由驱动控制器来控制二者的断开与导通。电池管理模块接于电池V1正极和驱动控制器之间，电池管理模块的功能为检测电池电压、设定最低和最高电压的阀值并将信号反馈给驱动控制器，避免电池V1被过充或过放；外部电源检测模块接于外部电源V2的正极和驱动控制器之间，外部电源电流检测模块的功能为检测外部电源V2的电流值、设定最大电流阀值并将信号反馈给驱动控制器，避免外部电源V2的电流超过电池V1的额定电流。S1绕组通过二极管D1连接至负载，为负载供电，电解电容C1跨接在负载上，起到滤波和退耦的作用，其正极与二极管D1和二极管D3的阴极相连接，二极管D1起到整流的作用，二极管D3是利用其单向导电性，在S1为负载供电时反向截止，避免负载处电流流至P1绕组和N沟增强MOS管Q1电路中，当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时断开时，利用其正向导电性将N沟增强MOS管Q1、N沟增强MOS管Q2导通周期的变压器磁化电流释放到电容C1，进行磁复位，二极管D3的阳极连接至N沟增强MOS管Q1的漏极。
附图3是本实用新型基于电池的充电供电模块的电路图，如图所示。当外部电源V2正极通过电感L1把能量传递到变压器T1的P2绕组中，变压器T1的P1绕组、P2绕组、S1绕组为同方向缠绕线圈，其中P1绕组和P2绕组的线圈匝数相同。电感L1和其耦合电感L2同名端绕向，电感L2的一端接地，另一端通过二极管D2连至电池V1的正极，电感L3与电感L2异名端绕向。P2绕组通过与P1绕组、S1绕组的耦合，把能量转换到P1绕组和S1绕组中，P1绕组的一端连接电池V1的正极，为电池V1充电，另一端与N沟增强MOS管Q1的漏极相连接，N沟增强MOS管Q2的漏极接P2绕组的另一端，N沟增强MOS管Q1的源极都接地，N沟增强MOS管Q2的源极通过电阻R12接地，N沟增强MOS管Q1的栅极通过电阻R3连接升降压变换器LM3478的端口“6”， N沟增强MOS管Q2的栅极通过电阻R7连接升降压变换器LM3478的端口“6”， 由驱动控制器来控制N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2的断开与导通。
升降压变换器LM3478的端口“1”通过电容C4接地，升降压变换器LM3478的端口“1”通过电阻R10接至N沟增强MOS管Q2的源极，升降压变换器LM3478的端口“4”和端口“5”都接地，降压变换器LM3478的端口“7”通过电阻R14接地，降压变换器LM3478的端口“8”接外部电源V2的正极和电容C6之间，电容C6的另一端接地。
电池管理模块：NPN型三极管Q4的集电极通过电阻R4和电阻R2接至电池V1的正极，电容C3跨接在电阻R4上，NPN型三极管Q4的基极通过电阻R5和稳压二极管DZ1接外部电源V2的正极，NPN型三极管Q4的发射极接地，电阻R13和电容C8都跨接在NPN型三极管Q4的基极和发射极之间，升降压变换器LM3478的端口“3”接至电阻R2和电阻R4之间，用于驱动控制器接收电池管理模块提供的信号。
外部电源电流控制模块：NPN型三极管Q3的发射极通过电阻R15接地，NPN型三极管Q3的基极通过电阻R8、电阻R6、反向二极管D4和电感L3接地，电阻R11一端接在电阻R8和电阻R6之间，另一端接地，电容C7跨接在电阻R11上，NPN型三极管Q3的集电极接至升降压变换器LM3478的端口“6”，用于反馈外部电源电流控制模块的信号给驱动控制器。
S1绕组通过二极管D1连接电容C1的正极，电容C1的负极接至S1绕组的另一端，电容C2跨接在电容C1上，二极管D3一端接N沟增强MOS管Q2的漏极，另一端接至电容C1的正极。
Claims (6)
1.一种基于电池的充电供电模块，其特征在于，包括：
一个为电池提供电源的外部电源V2；
一个储存充电时剩余能量的电感L1和一个与L1耦合的电感L2；
两个具有相同匝数、拥有相同缠绕方向的P1绕组和P2绕组；
两个通过其通断来改变电池V1充电模式的N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2；
一个决定N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2导通时间的驱动控制器；
一个检测外部电源V2的电流值，设定最大电流阈值并将信号反馈给驱动控制器的外部电流检测模块；
一个检测电池电压，设定电池最低和最高电压阈值并将信号反馈给驱动控制器的电池管理模块；和
一个与P1绕组和P2绕组相同方向缠绕，接收电池V1和外部电源V2能量的S1绕组。
2.根据权利要求1所述的一种基于电池的充电供电模块，其特征在于，所述的驱动控制器通过电池管理模块和外部电源电流检测模块反馈的信息决定N沟增强MOS管Q1、N沟增强MOS管Q2的导通时间，包括：
一个升降压变换器LM3478；
一个与升降压变换器LM3478端口“1”连接的电容C4；
一个与电阻R9串联并连接在升降压变换器LM3478端口“2”的电容C5；
一个与升降压变换器LM3478连接的电容C6；
一个与升降压变换器LM3478连接的电阻R14；
一个连接在升降压变换器LM3478端口“1”和“6”之间的电阻R1；
一个连接在升降压变换器LM3478端口“6”和N沟增强MOS管Q1栅极之间的电阻R3；和
一个连接在升降压变换器LM3478端口“6”和N沟增强MOS管Q2栅极之间的电阻R7。
3.根据权利要求2所述的一种基于电池的充电供电模块，其特征在于，所述升降压变换器LM3478的端口“3”与电池管理模块相连，接收电池电压、设定最低和最高电压的阀值，确保电池不被过充或过放。
4.根据权利要求2所述的一种基于电池的充电供电模块，其特征在于，所述升降压变换器LM3478的端口“7”与外部电源管理模块相连，接收外部电源V2的电流值、设定最大电流阀值，确保外部电源的电流不会超过电池的额定大小。
5.根据权利要求1所述的一种基于电池的充电供电模块，其特征在于，所述电池的充电供电模块还包括：
一个用于整流的二极管D1；
一个利用单向导电性的二极管D3；和
一个正极接二极管D1和二极管D3阴极的电解电容C1。
6.根据权利要求5所述的一种基于电池的充电供电模块，其特征在于，所述二极管D1和D3不同时导通：
当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时导通时，二极管D1导通而二极管D3断开；
当N沟增强MOS管Q1和N沟增强MOS管Q2同时断开时，二极管D3导通而二极管D1断开。
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| CN2010205401871U CN201854049U (zh) | 2010-09-25 | 2010-09-25 | 基于电池的充电供电模块 |
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| CN102412602A (zh) * | 2010-09-25 | 2012-04-11 | 深圳市茂宏电气有限公司 | 基于电池的充电供电模块 |
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