CN202084961U - 一种小功率蓄电池的充电控制电路 - Google Patents

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封小民
钟国基
何东升
张勇
林海旋
邱晓欢
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Abstract

本实用新型提供的小功率蓄电池的充电控制电路，包括恒流-恒压控制电路，恒流-恒压控制电路包括电压反馈PI调节器和电流反馈PI调节器，恒压参考基准Vref-v和输出电压采样值VFB分别于电压反馈PI调节器连接；输出电流参考基准Vref和输出电流采样值IFB分别于电流反馈PI调节器连接；反馈环输出VFBO分别与电压反馈PI调节器和电流反馈PI调节器连接。与现有技术相比，本实用新型提供的小功率蓄电池的充电控制电路，通过采样电流与电压，并比较两者的关系，而实现不同充电阶段的转换，其具体通过调整恒压阶段的电压参考基准，从而实现不同阶段下的电压转换，从而具有电压转换调节速度快，且平滑转换，降低成本等优点。

Description

一种小功率蓄电池的充电控制电路
技术领域
本实用新型涉及蓄电池充放电领域，确切地说是指一种小功率蓄电池的充电控制电路。
背景技术
随着人类社会的发展，二次能源的需求越来越大，蓄电池作为二次能源的主体地位更加不可替代。例如，便捷式中小功率蓄电池充电器被广泛用于电动车，电瓶车，高尔夫球车，手机等领域。充电器的充电性能将很大程度决定蓄电池的使用寿命，因此，充电方式及其控制是充电器的关键所在。
变流变压式即充电电流随着充电过程而逐渐降低，充电电压随着充电过程而逐渐增加，直至达到浮点电压时，进入浮充。目前，此类中小功率的充电器以变流变压式充电电路，三段式充电电路或两段式充电电路居多，三段式即恒流-恒压-浮充，充电曲线见图1，该图为三段式充电曲线图。三段式充电电路是目前被认可的一种理想的铅酸蓄电池充电方式，能有效的保证蓄电池被充满，降低充电过程蓄电池的温升，减小稀气量等。但是，现有的三段式充电电路存在电压转换控制方法复杂，速度慢，成本较高等缺点。
实用新型内容
针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于提供一种小功率蓄电池的充电控制电路，其电压转换调节速度快，且可实现平滑转换，降低成本。
为了解决以上的技术问题，本实用新型提供的小功率蓄电池的充电控制电路，包括恒流-恒压控制电路，所述恒流-恒压控制电路包括电压反馈PI调节器和电流反馈PI调节器，恒压参考基准Vref-v和输出电压采样值VFB分别于所述电压反馈PI调节器连接；输出电流参考基准Vref和输出电流采样值IFB分别于所述电流反馈PI调节器连接；反馈环输出VFBO分别与所述电压反馈PI调节器和所述电流反馈PI调节器连接。
优选地，所述电压反馈PI调节器包括电阻器R1、电阻器R2、电容器C1、电容器C2及运放U1A，所述电容器C1和电容器C2之间并联，所述电阻器R2和电容器C1之间串联，所述电阻器R1串联在输出电压采样值VFB的电路上；所述电流反馈PI调节器包括电阻器R7、电阻器R8、电容器C4、电容器C5及运放U1B，所述电容器C4和电容器C4之间并联，所述电阻器R7和电容器C4之间串联，所述电阻器R8串联在输出电压采样值IFB的电路上。
优选地，所述运放U1A和运放U1B集成于一个芯片中或者分别集成于两个独立的芯片中。
优选地，所述反馈环输出VFBO与所述电压反馈PI调节器的连接电路上设置有电阻器R3；所述反馈环输出VFBO与所述电流反馈PI调节器的连接电路上设置有电阻器R4。
优选地，所述小功率蓄电池的充电控制电路还包括浮充转换控制电路，所述浮充转换控制电路包括输出电压采样值VFB、输出电流参考基准Vref、输出电流采样值IFB、输出控制信号VGT、电路中各IC的供电电压VDD、运放U2A和运放U2B，输出电流参考基准Vref和输出电流采样值IFB分别与运放U2A连接；输出电流参考基准Vref和输出电压采样值VFB分别与运放U2B连接；输出控制信号VGT分别与运放U2A和运放U2B连接；电路中各IC的供电电压VDD分别与运放U2A和运放U2B连接。
优选地，所述运放U1A和运放U2B集成于一个芯片中或者分别集成于两个独立的芯片中。
优选地，所述小功率蓄电池的充电控制电路还包括参考电压调整电路，所述参考电压调整电路包括输出电流参考基准Vref、恒压参考基准Vref-v、输出控制信号VGT、电路中各IC的供电电压VDD，所述输出电流参考基准Vref、恒压参考基准Vref-v、输出控制信号VGT、电路中各IC的供电电压VDD分别与电压参考芯片U3连接。
本实用新型提供的小功率蓄电池的充电控制电路，包括恒流-恒压控制电路，所述恒流-恒压控制电路包括电压反馈PI调节器和电流反馈PI调节器，恒压参考基准Vref-v和输出电压采样值VFB分别于所述电压反馈PI调节器连接；输出电流参考基准Vref和输出电流采样值IFB分别于所述电流反馈PI调节器连接；反馈环输出VFBO分别与所述电压反馈PI调节器和所述电流反馈PI调节器连接。与现有技术相比，本实用新型提供的小功率蓄电池的充电控制电路，通过采样电流与电压，并比较两者的关系，而实现不同充电阶段的转换，其具体通过调整恒压阶段的电压参考基准，从而实现不同阶段下的电压转换，从而具有电压转换调节速度快，且平滑转换，降低成本等优点。
附图说明
图1为三段式充电曲线图；
图2为本实用新型中恒流-恒压信号控制电路图；
图3为本实用新型中浮充转换信号控制电路图；
图4为本实用新型中参考电压调整电路图。
具体实施方式
为了本领域的技术人员能够更好地理解本实用新型所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。
本实用新型提供的小功率蓄电池的充电控制电路的具体电路结构请参见图2-图4，图2为本实用新型中恒流-恒压信号控制电路图；图3为本实用新型中浮充转换信号控制电路图；图4为本实用新型中参考电压调整电路图。恒流-恒压控制阶段
在此阶段，用恒压限流方式实现，即当电流未达到设定值时，电流被钳制，实际上实现了恒流目的，电压随着充电时间的增加而逐渐升高。电路结构见图2，其工作原理如下：
在图2中，Vref-v为恒压参考基准；Vref为输出电流参考基准；VFB为输出电压采样值；IFB为输出电流采样值；VFBO为反馈环输出，输出指反馈调制电路(或相应的IC端口)。
电阻器R1、R2，电容器C1、C2及运放U1A组成电压反馈PI调节器(即比例积分调节器)。电阻器R7、R8，电容器C4、C5及运放U1B组成电流反馈PI调节器(即比例积分调节器)。电阻器R5，R6用于设定电流参考基准，电容器C3用作高频滤波。二极管D1用于电流钳位，电阻器R3，R4用作限流。
在启动阶段，电流电压均为达到设定值，电流反馈信号IFB与电流参考基准Vref通过比例积分运算，输出电流控制信号V2；电压反馈信号VFB与电压参考基准Vref-v通过比例积分运算，输出电压控制信号为V1；设定此时V2＜V1，则VFBO通过R4及D1被V1钳位，因此反馈调节电路之信号受V2控制，即功率电路以恒定电流方式输出。
在以恒流输出过程中，蓄电池以恒流方式充电，输出电压随充电时间而逐渐升高，V2逐渐降低。当输出电压达到设定值时，设定V1＝V2，此时电压电流均达到设定值，段阶段即恒流阶段充电结束。
当继续充电时，由于输出电压被限制，输出电流下降，致使V2升高，即有V2＞V1，此时，VFBO由电压控制信号V1决定，以功率电路恒压方式输出，即进入恒压阶段。
在图2电路中，运放U1A、U1B既可是集成的一个芯片，也可以是两个独立的芯片；任何电压电流采样方式均在此列。
浮充转换控制和参考电压调整阶段
浮充是在恒压充电过程中，当充电电流低至某个预设值时，降低充电电压，致使以更小的电流对蓄电池进行浮充，确保蓄电池被充分充电。图3为浮充转换信号控制电路图；图4为参考电压调整电路图。具体工作原理如下：
IFB为输出电流采样值；VFB为输出电压采样值；Vref-v为恒压参考基准；Vref为输出电流参考基准；VDD为电路中各IC的供电电压；VGT为输出控制信号，用于控制晶闸管X1。
图3中，电阻器R11、R12用于设定浮充电流阈值；电阻器R13、R14用于设定浮充电压阈值，该阈值略低于上述恒压阶段的恒压值，高于浮充电压值；电阻器R9，R10用于匹配比较的输出阻抗；电阻器R15，R16用于分压及限流；电容器C6，C7，C8用作滤波；二极管D2、D3组成与门逻辑电路；U2A、U2B为比较器。
图4中，U3为电压参考芯片；X1为低压小功率晶闸管；电阻器R17、R18、R19用于分压及限流；稳压管D4用于提高晶闸管X1的驱动阈值，可有效因干扰而导致的误触发。
当输出电压大于设定的浮充电压阈值时，比较器U2B输出电压V4为高电平，反之为低电平。当输出电流小于设定的浮充电流阈值时，比较器U2A输出电压V3为高电平，反之为低电平。只有当两者均为高电平时，D2、D3截止，VGT有R15、R16分压得出，驱动晶闸管X1，使Vref经过R18、R19分压得到Vref-v即浮充电压参考基准，从而改变了图2中的恒压参考基准，使输出电压调低至浮充电压。
由于晶闸管的导通特性，其导通维持电流小于5mA，且触发之后只要有维持电流，不需触发信号，也能继续维持导通，所以，当输出电压降低至浮充电压时，参考电压依然维持不变，从而保证了浮充状态的持续。
在图3、图4电路中，运放U2A、U2B既可是集成的一个芯片，也可以是两个独立的芯片；任何电压电流采样方式均在此列；U3既可为常用的参考电压芯片如TL431，亦可为其他相同功能的芯片或电路；D4根据实际情况可不用。浮充结束信号，既可是定时方式产生，也可是检测电流低于某值时，由比较器产生。
与现有技术相比，本实用新型提供的小功率蓄电池的充电控制方法，通过采样电流与电压，并比较两者的关系，而实现不同充电阶段的转换，其具体通过调整恒压阶段及浮充阶段的电压参考基准，从而实现不同阶段下的电压转换，从而具有电压转换调节速度快，且平滑转换，降低成本等优点。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种小功率蓄电池的充电控制电路，其特征在于，包括恒流-恒压控制电路，所述恒流-恒压控制电路包括电压反馈PI调节器和电流反馈PI调节器，恒压参考基准Vref-v和输出电压采样值VFB分别于所述电压反馈PI调节器连接；输出电流参考基准Vref和输出电流采样值IFB分别于所述电流反馈PI调节器连接；反馈环输出VFBO分别与所述电压反馈PI调节器和所述电流反馈PI调节器连接。
2.根据权利要求1所述的小功率蓄电池的充电控制电路，其特征在于，所述电压反馈PI调节器包括电阻器R1、电阻器R2、电容器C1、电容器C2及运放U1A，所述电容器C1和电容器C2之间并联，所述电阻器R2和电容器C1之间串联，所述电阻器R1串联在输出电压采样值VFB的电路上；所述电流反馈PI调节器包括电阻器R7、电阻器R8、电容器C4、电容器C5及运放U1B，所述电容器C4和电容器C4之间并联，所述电阻器R7和电容器C4之间串联，所述电阻器R8串联在输出电压采样值IFB的电路上。
3.根据权利要求2所述的小功率蓄电池的充电控制电路，其特征在于，所述运放U1A和运放U1B集成于一个芯片中或者分别集成于两个独立的芯片中。
4.根据权利要求1所述的小功率蓄电池的充电控制电路，其特征在于，所述反馈环输出VFBO与所述电压反馈PI调节器的连接电路上设置有电阻器R3；所述反馈环输出VFBO与所述电流反馈PI调节器的连接电路上设置有电阻器R4。
5.根据权利要求1所述的小功率蓄电池的充电控制电路，其特征在于，还包括浮充转换控制电路，所述浮充转换控制电路包括输出电压采样值VFB、输出电流参考基准Vref、输出电流采样值IFB、输出控制信号VGT、电路中各IC的供电电压VDD、运放U2A和运放U2B，输出电流参考基准Vref和输出电流采样值IFB分别与运放U2A连接；输出电流参考基准Vref和输出电压采样值VFB分别与运放U2B连接；输出控制信号VGT分别与运放U2A和运放U2B连接；电路中各IC的供电电压VDD分别与运放U2A和运放U2B连接。
6.根据权利要求5所述的小功率蓄电池的充电控制电路，其特征在于，所述运放U1A和运放U2B集成于一个芯片中或者分别集成于两个独立的芯片中。
7.根据权利要求5所述的小功率蓄电池的充电控制电路，其特征在于，还包括参考电压调整电路，所述参考电压调整电路包括输出电流参考基准Vref、恒压参考基准Vref-v、输出控制信号VGT、电路中各IC的供电电压VDD，所述输出电流参考基准Vref、恒压参考基准Vref-v、输出控制信号VGT、电路中各IC的供电电压VDD分别与电压参考芯片U3连接。
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