CN202333942U - 充电电路 - Google Patents

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邵贤辉
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Abstract

一种充电电路，包括单端反激单元、脉宽调制信号控制模块、三极管Q1以及采样电阻R1，其中：所述单端反激单元中的初级绕组N1一端输入电源、另一端与MOS管Q2漏极连接，所述MOS管Q2源极接地，与初级绕组N1相互耦合的次级绕组N2一个输出端连接整流二极管D1正极、另一输出端接地，所述整流二极管D1负极与地之间连接滤波电容C1；所述脉宽调制信号控制模块的脉宽调制信号输出端与MOS管Q2的栅极连接，通过脉宽调制信号控制MOS管Q2的导通与关断以控制充电电路的工作。三极管Q1以及采样电阻R1开启电压限制充电电流IL。

Description

充电电路
【技术领域】
本实用新型涉及电源电路领域，特别是涉及一种充电电路。
【背景技术】
充电电池具有可重复利用、便于携带的特点。被广泛用于笔记本电脑、电动机车及手机等现代化设备。目前，为了使笔记本电脑、电动机车及手机等所使用的充电器实现自动充电的功能，大都采用各种各样的专用IC(IntegratedCircuit，集成电路)充电器集成电路和采样电路来控制充电电压和电流。这类充电电路的缺陷是所用的控制IC成本高，外围电路复杂，在小功率应用上没有优势。
【实用新型内容】
基于此，有必要提供一种既能省去复杂的IC电路及其外围电路，又能够实现自动充电功能的充电电路。
一种充电电路，包括单端反激单元、脉宽调制信号控制模块、三极管Q1以及采样电阻R1，其中：
所述单端反激单元包括相互耦合的初级绕组N1和次级绕组N2，所述初级绕组N1一端输入电源、另一端与MOS管Q2漏极连接，所述MOS管Q2源极接地，所述初级绕组N1两端还并联有吸收电路，所述次级绕组N2一个输出端连接整流二极管D1正极、另一输出端接地，所述整流二极管D1负极与地之间连接滤波电容C1；
所述脉宽调制信号控制模块的脉宽调制信号输出端与MOS管Q2的栅极连接，通过脉宽调制信号控制MOS管Q2的导通与关断；
所述三极管Q1的发射极与所述整流二极管D1的负极连接、集电极接地、基极作为整个充电电路的充电电压输出端，且所述基极和发射极之间连接所述采样电阻R1。
在优选的实施例中，所述单端反激单元还包括与所述初级绕组N1耦合的辅助绕组N3，所述辅助绕组N3与二极管D2、电阻R2串接在所述脉宽调制信号控制模块的电压输入端与地之间，其中二极管D2的正极与辅助绕组N3的一端连接、负极通过电阻R2连接至所述脉宽调制信号控制模块的电压输入端。
在优选的实施例中，还包括串接在初级绕组N1的电源输入端和地之间的电容C2、电阻R3，所述电容C2一端接地，另一端通过电阻R3连接至初级绕组N1的电源输入端，电容C2未接地的一端连接所述脉宽调制信号控制模块的电压输入端。
在优选的实施例中，所述脉宽调制信号控制模块具体为xx芯片，该芯片的电流采样端通过电阻R5连接至MOS管Q2的源极，并通过连接在MOS管Q2的源极与地之间的电阻R4采样MOS管Q2的电流，该芯片的反馈端通过电阻R6连接至电压输入端、通过电阻R7接地。
在优选的实施例中，芯片的脉宽调制信号输出端与MOS管Q2的栅极之间连接电阻R8，MOS管Q2的栅极与地之间连接电阻R9。
在优选的实施例中，还包括滤波电路，所述滤波电路包括连接在初级绕组N1的电源输入端与地之间的电容C3。
在优选的实施例中，还包括连接在初级绕组N1的电源输入端和输入电源之间的整流电路，所述整流电路为整流桥。
在优选的实施例中，还包括充电状态指示电路，包括三极管Q3、三极管Q4、发光二极管D3及发光二极管D4，其中，
所述三极管Q3的基极通过电阻R10与所述充电电压输出端连接，通过电阻R11接地、集电极通过电阻R12与所述充电电压输出端连接、发射极与所述发光二极管D3正极连接，所述发光二级管D3负极接地；
所述三极管Q4基极通过电阻R13与所述三极管Q3的集电极连接、集电极通过电阻R14与所述充电电压输出端连接、发射极与所述发光二极管D4正极连接，所述发光二级管D4负极接地。
在优选的实施例中，所述吸收电路包括电阻R15、电容C4及二极管D5，所述电阻R15和电容C4并联后与二极管D5串联，所述二极管D5的负极与电阻R1一端连接、正极与所述MOS管Q2漏极连接，所述电阻R15另一端与所述初级绕组N1输入电源的一端连接。
在优选的实施例中，还包括电阻R16，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R16接地。
上述充电电路通过脉宽调制信号控制模块控制MOS管Q2的通断以控制初级绕组N1的工作，当MOS管Q2接通时，单端反激单元工作在次级绕组N2端输出电压经过整流二极管D1、滤波电容C1整流滤波后向目标负载充电。三极管Q1和采样电阻R1对单端反激单元输出的充电电压电流可控。该电路输出的电压和电流随负载电阻的变化而发生相应的变化，因此充电电池在充电过程中内阻的变化能够控制该电路输出的电压和电流，因而可以实现自动充电控制。整个电路没有使用集成电路，因此结构较为简单。
【附图说明】
图1为一优选实施例中的充电电路原理图；
图2为一优选实施例中的充电电路充电特性曲线；
图3为一使用图1中的充电电路的一款锂离子电池充电器的内部电路。
【具体实施方式】
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，一种充电电路，包括单端反激单元200、脉宽调制信号控制模块300、充电状态指示电路400、滤波电路500、整流电路600、三极管Q1以及采样电阻R1。
单端反激单元200包括反激变压器T1，反激变压器T1包括相互耦合的初级绕组N1和次级绕组N2。初级绕组N1一端输入电源、另一端与MOS管Q2漏极连接，MOS管Q2源极接地。初级绕组N1两端还并联有吸收电路220。次级绕组N2一个输出端连接整流二极管D1正极、另一输出端接地，整流二极管D1负极与地之间连接滤波电容C1。在本实施方式中，滤波电容C1为大容量电解电容，在满足电路性能的情况下，配合其他元件参数，滤波电容可以为其他性质的电容器件。
脉宽调制信号控制模块300的脉宽调制信号输出端与MOS管Q2的栅极连接，通过脉宽调制信号控制MOS管Q2的导通与关断。三极管Q1的发射极与整流二极管D1的负极连接、基极作为整个充电电路的充电电压输出端、集电极通过电阻R16接地，且基极和发射极之间连接采样电阻R1。
通过脉宽调制信号控制模块300控制MOS管Q2的通断以控制初级绕组N1的工作。当MOS管Q2接通时，单端反激单元200工作在次级绕组N2输出电压经过整流二极管D1、滤波电容C1整流滤波后向目标负载充电。三极管Q1、采样电阻R1及电阻R16对单端反激单元200输出的充电电流进行限流控制。
单端反激单元200中的反激变压器T1还包括与初级绕组N1耦合的辅助绕组N3，在充电电路工作时辅助绕组N3的感应电动势作为脉宽调制信号控制模块300的工作电源。辅助绕组N3与二极管D2、电阻R2串接在脉宽调制信号控制模块300的电压输入端与地之间，其中二极管D2的正极与辅助绕组N3的一端连接、负极通过电阻R2连接至脉宽调制信号控制模块300的电压输入端。充电电路工作时，二极管D2先对辅助绕组N3的感应电流整流后电阻R2可分压限流，两者对脉宽调制信号控制模块300作起供电保护。
电容C2和电阻R3串接在初级绕组N1的电源输入端和地之间，电容C2一端接地，另一端通过电阻R3连接至初级绕组N1的电源输入端，电容C2未接地的一端连接脉宽调制信号控制模块300的电压输入端。在本实施方式中，电容C2为电解电容，在其他实施方式中，电容C2可以为其他电容。在充电电路开始启动工作时，通过电阻R3导通电容C2稳压滤波，为脉宽调制信号控制模块300提供启动电压。
吸收电路220包括电阻R15、电容C4及二极管D5。电阻R15和电容C4并联后与二极管D5串联，二极管D5的负极与电阻R1一端连接、正极与所述MOS管Q2漏极连接，电阻R15另一端与初级绕组N1输入电源的一端连接。吸收电路220吸收初级绕组N1反向恢复时产生的尖峰电流的，从而对MOS管Q2有保护作用。。
脉宽调制信号控制模块300具体为UC3842芯片。
该芯片的电流采样(芯片的Is引脚)端通过电阻R5连接至MOS管Q2的源极，并通过连接在MOS管Q2的源极与地之间的电阻R4采样MOS管Q2的电流。电阻R4将电流信号转换成电压信号输入到第3脚，内部将第3脚的输入电压信号与基准电压比较，以在流过MOS管Q2的电流超过额定值时及时关断开关管，起着过流保护的作用。
该芯片的反馈端(芯片的FB引脚)通过电阻R6连接至电压输入端、通过电阻R7接地。次级绕组N2的输出空载电压Vo(为a点对地电压)由变压器匝比和反馈端的输入电压决定，为一个稳定的值。
芯片的脉宽调制信号输出端(芯片的GD引脚)与MOS管Q2的栅极之间连接电阻R8，MOS管Q2的栅极与地之间连接电阻R9。芯片输出脉宽调制信号控制MOS管Q2的通断。
充电状态指示电路400，包括三极管Q3、三极管Q4、发光二极管D3及发光二极管D4。
三极管Q3的基极通过电阻R10与充电电压输出端连接，通过电阻R11接地、集电极通过电阻R12与充电电压输出端连接、发射极与发光二极管D3正极连接，发光二级管D3负极接地。三极管Q4基极通过电阻R13与三极管Q3的集电极连接、集电极通过电阻R14与充电电压输出端连接、发射极与发光二极管D4正极连接，发光二级管D4负极接地。
D3、D4为绿、红两种颜色的LED，当电池电压低于浮充电压点时，D3亮，D4灭，电池正常充电；当电池充满电后，电池电压上升至额定值，D4亮，D3灭，电池进入浮充状态。
滤波电路500，滤波电路包括连接在初级绕组N1的电源输入端与地之间的电容C3。
外接交流电时，充电电路接入火线的一端电源线上接有保险管F1及整流电路600，保险管F1对充电电路的输入有过流过压保护作用。整流电路600为整流桥BR1，连接在初级绕组N1的电源输入端和输入电源之间，整流电路100对输入的电源进行整流后输出。
以下说明充电电路的工作原理。
输入交流电经整流桥BR1整流和电容C3滤波稳压后输入到变压器的初级绕组N1，同时有电流流经电阻R3给电容C2充电。电容C2两端电压渐渐上升，当电容C2端电压达到芯片的额定工作电压以后，芯片开始工作，芯片的脉宽调制信号输出端(芯片的GD引脚)输出一定频率的PWM信号，MOS管Q2进入开关工作状态。经过几个周期后芯片、MOS管Q2工作稳定，辅助绕组N3的输出电压也会稳定，次级绕组N2输出的电压经二极管D2整流和R2限流后给芯片供电。
MOS管Q2导通时，变压器同名端(图示有圆点标记的一端)电位高，次级整流二极管D1关断，滤波电容C1向负载放电，流经初级绕组N1，MOS管Q2和R4的初级励磁电流Ip线性增长直至MOS管Q2关断。MOS管Q2关断后，变压器同名端电位降低，次级整流二极D1管导通，次级绕组N2向负载供电同时给电容C1充电。
电阻R1为一个阻值很小的电阻，流过电阻R1(也即流过负载)的电流IL(IL≈0.7/R11)使三极管Q1开启电压的限制。输出空载电压Vo由变压器匝比和芯片反馈端的输入电压决定，为一个稳定的值。电路接入负载(电池)后，输出电压Vo随负载电阻大小而变化，本电路正好利用这个特点，满足充电器的充电特性。由图1中可知，电路的负载电阻RL实际上是被充电电池的等效内阻，当电池电量放空时，等效内阻RL很小，随着充电量增大，其等效内阻升高，而电路输出电压Vo就是充电电压，其变化是随RL增大而升高。
如图2所示的充电特性曲线。可以看出充电电流IL是随着RL增大而下降。IL＝Vo/RL，充电电压Vo、充电电流IL都是随RL而变化。RL的变化曲线是电池的充电特性决定的，所以用单端反激单元200作成的充电器其充电电压Vo、电流IL有很好的跟随性。当电池充满后，RL也就大到一定限度，充电电压Vo也就进入饱和状态，充电电流IL自动进入浮充状态。
如图3所示，为使用本充电电路的一款锂离子电池充电器内部电路。电池规格为两节18650充电电池串联。电池的输出电压为7.4V，容量为2AH。电路输出空载电压Vo≈8.4V，限流700ma；电池电压较低时，充电电流较大，但不会超过700ma，红色指示灯亮，表示正常充电；当电池电压逐渐上升接近8.4V时，充电电流逐渐降至20ma以内，红色指示灯灭，绿色指示灯亮表示涓流充电。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种充电电路，其特征在于，包括单端反激单元、脉宽调制信号控制模块、三极管Q1以及采样电阻R1，其中：
所述单端反激单元包括相互耦合的初级绕组N1、次级绕组N2、MOS管Q2，所述初级绕组N1一端输入电源、另一端与MOS管Q2漏极连接，所述MOS管Q2源极接地，所述初级绕组N1两端还并联有吸收电路，所述吸收电路吸收所述初级绕组N1反向恢复时产生的尖峰电流的，所述次级绕组N2一个输出端连接整流二极管D1正极、另一输出端接地，所述整流二极管D1负极与地之间连接有滤波电容C1；
所述脉宽调制信号控制模块的脉宽调制信号输出端与MOS管Q2的栅极连接，通过脉宽调制信号控制MOS管Q2的导通与关断；
所述三极管Q1的发射极与所述整流二极管D1的负极连接、集电极接地、基极作为整个充电电路的充电电压输出端，且所述基极和发射极之间连接所述采样电阻R1。
2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述单端反激单元还包括与所述初级绕组N1耦合的辅助绕组N3，所述辅助绕组N3与二极管D2、电阻R2串接在所述脉宽调制信号控制模块的电压输入端与地之间，其中二极管D2的正极与辅助绕组N3的一端连接、负极通过电阻R2连接至所述脉宽调制信号控制模块的电压输入端。
3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，还包括串接在初级绕组N1的电源输入端和地之间的电容C2、电阻R3，所述电容C2一端接地，另一端通过电阻R3连接至初级绕组N1的电源输入端，电容C2未接地的一端连接所述脉宽调制信号控制模块的电压输入端。
4.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述脉宽调制信号控制模块具体为UC3842芯片，该芯片的电流采样端通过电阻R5连接至MOS管Q2的源极，并通过连接在MOS管Q2的源极与地之间的电阻R4采样MOS管Q2的电流，该芯片的反馈端通过电阻R6连接至电压输入端、通过电阻R7接地。
5.根据权利要求4所述的充电电路，其特征在于，所述芯片的脉宽调制信号输出端与MOS管Q2的栅极之间连接电阻R8，MOS管Q2的栅极与地之间连接电阻R9。
6.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路包括连接在初级绕组N1的电源输入端与地之间的电容C3。
7.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括连接在初级绕组N1的电源输入端和输入电源之间的整流电路，所述整流电路为整流桥。
8.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括充电状态指示电路，包括三极管Q3、三极管Q4、发光二极管D3及发光二极管D4，其中，
所述三极管Q3的基极通过电阻R10与所述充电电压输出端连接，通过电阻R11接地、集电极通过电阻R12与所述充电电压输出端连接、发射极与所述发光二极管D3正极连接，所述发光二级管D3负极接地；
所述三极管Q4基极通过电阻R13与所述三极管Q3的集电极连接、集电极通过电阻R14与所述充电电压输出端连接、发射极与所述发光二极管D4正极连接，所述发光二级管D4负极接地。
9.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述吸收电路包括电阻R15、电容C4及二极管D5，所述电阻R15和电容C4并联后与二极管D5串联，所述二极管D5的负极与电阻R1一端连接、正极与所述MOS管Q2漏极连接，所述电阻R15另一端与所述初级绕组N1输入电源的一端连接。
10.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括电阻R16，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R16接地。
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