CN204707033U - 一种电池充电电源变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电池充电电源变换器，包括直流电压输入、输入滤波、降压－升压斩波电路、脉宽调制控制（PWM）驱动电路、保护稳压电路、输出滤波和直流电压输出；直流电压输入经输入滤波电路滤波后输出给降压－升压斩波电路，脉宽调制控制（PWM）驱动电路控制降压－升压斩波电路工作，降压－升压斩波电路输出给输出滤波电路，滤波后产生直流电压输出，同时保护稳压电路采集直流电压输出进行保护和稳压控制。此电源变换器能接受电压4.5V至55V的超宽范围的输入，并且能产生高达55V的输出电压。本实用新型具有宽范围输入和输出的降压-升压型电路，支持对各类材质电池充电；同时，它兼有体积小、转换效率高、宽范围输入和宽范围输出可调等优点。

Description

一种电池充电电源变换器
技术领域
本实用新型涉及一种电源变换器，具体地说，涉及一种高效率、宽范围输入和输出的降压-升压型电池充电电源变换器。
背景技术
目前，随着充电池的广泛使用，各类使用充电电池供电设备需要各种充电方式的充电电源，比如化学组成不同的电池充电方式不同，需要多种充电电压和电流。随着面向所有类型电池化学组成和新的大型电池组在工业、医疗和汽车电池充电器领域的使用，需要较高的电压和较大的电流。而对于新型再充电密封铅酸电池及锂电池的应用，如人行横道标志灯、便携式扬声器系统到垃圾压实机，甚至海上浮标灯，用到了太阳能充电方式。在这些太阳能电池供电应用中，有些铅酸电池是深周期型的，除了深度放电，还能够长时间承受重复充电周期。这种深周期型电池的一个很好的例子是深海浮标灯，对于这种浮标灯，10年的使用寿命是一个先决条件。另一个例子是不连接公用电力公司的电网可再生能源系统，例如太阳能或风力发电，这类系统由于安装地点很难靠近，所以系统运行时间长是最重要的。
各类材质的充电电池对其充电器的充电模式有所不同。例如：有一种基于镍的电池系统，是遵循一种恒定电流/恒定电压充电算法，采用C/10或定时终止；还有的采用定时终止的恒定电流特性。这样就要针对不同的充电电路进行不同的设计，这样就造成了资源的浪费和重复投入。
实用新型内容
本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种电池充电电源变换器。
为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种电池充电电源变换器，包括直流电压输入、输入滤波、降压－升压斩波电路、脉宽调制控制（PWM）驱动电路、保护稳压电路、输出滤波和直流电压输出；其直流电压输入经输入滤波电路滤波后输出给降压－升压斩波电路，脉宽调制控制（PWM）驱动电路控制降压－升压斩波电路工作，降压－升压斩波电路输出给输出滤波电路，滤波后产生直流电压输出，同时保护稳压电路采集直流电压输出进行保护和稳压控制；其中，降压－升压斩波电路、脉宽调制控制（PWM）驱动电路和保护稳压电路由同步单片式降压型稳压芯片LTC4020及其外围电路组成，包括四个高效率开关管M2、M3、M4和M5，电感器L1，两个检测电阻器RCBRT1和RCBRB1；开关管M2的栅极与LTC4020的TG1脚相连，开关管M2的漏极与LTC4020的SENSTOP脚相连，开关管M2的源极与开关管M4的漏极相连；开关管M4的栅极与LTC4020的BG1脚相连，开关管M4的源极与LTC4020的SENSBOT脚相连，检测电阻器RCBRB1跨接在LTC4020的SENSBOT脚和SENSGND脚之间，开关管M4的漏极经电感器L1与开关管M3的源极相连；开关管M3的栅极与LTC4020的TG2脚相连，开关管M3的源极与开关管M5的漏极相连，开关管M3的漏极连接到输出滤波电路，检测电阻器RCBRT1跨接在开关管M3的漏极和开关管M1的源极之间；开关管M5的源极接地，栅极与LTC4020的BG2脚相连。
所述一种电池充电电源变换器，其开关管M3和M5的型号为SIR422DP，M2和M4的型号为SIR664DP。
本实用新型的工作过程是：将直流低压15V至55V的电压输入经滤波电容后，在经降压-升压斩波电路输出，输出滤波后输出；输出电压稳压及保护电路反馈给脉宽调制器，脉宽调制器通过调制占空比来实现稳压和保护功能。
本实用新型通过调节内部几个元器件，可以实现各类材质的电池充电，而且还具有转换效率高，超宽范围输入，体积小，重量轻，电路简洁等特点。
本实用新型与传统的电源变换器相比有如下优点：
1、可以实现对各类材质电池充电。电路简洁，可降低人工及成本。
2、超宽范围输入。此电源变换器输入电压范围在15V至55V，通过调节内部几个元器件，可以实现4.5V至55V输入，输出参数也可实现调节。
3、转换效率高。转换效率高达98%以上。
4、体积小。仅50×40×15mm，输出功率高达150W。
本实用新型的有益效果具有宽范围输入和输出的降压-升压型电路，支持对各类材质电池充电；同时，它兼有体积小、转换效率高、宽范围输入和宽范围输出可调等优点。
附图说明
图1为本实用新型电路原理框图。
图2为本实用新型电路原理图。
图3：针对图2转换器的效率与负载电流IOUT之关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1和图2所示一种电池充电电源变换器，包括直流电压输入、输入滤波、降压－升压斩波电路、脉宽调制控制（PWM）驱动电路、保护稳压电路、输出滤波和直流电压输出；其直流电压输入经输入滤波电路滤波后输出给降压－升压斩波电路，脉宽调制控制（PWM）驱动电路控制降压－升压斩波电路工作，降压－升压斩波电路输出给输出滤波电路，滤波后产生直流电压输出，同时保护稳压电路采集直流电压输出进行保护和稳压控制；其中，降压－升压斩波电路、脉宽调制控制（PWM）驱动电路和保护稳压电路由同步单片式降压型稳压芯片LTC4020及其外围电路组成，包括四个高效率开关管M2、M3、M4和M5，电感器L1，两个检测电阻器RCBRT1和RCBRB1；开关管M2的栅极与LTC4020的TG1脚相连，开关管M2的漏极与LTC4020的SENSTOP脚相连，开关管M2的源极与开关管M4的漏极相连；开关管M4的栅极与LTC4020的BG1脚相连，开关管M4的源极与LTC4020的SENSBOT脚相连，检测电阻器RCBRB1跨接在LTC4020的SENSBOT脚和SENSGND脚之间，开关管M4的漏极经电感器L1与开关管M3的源极相连；开关管M3的栅极与LTC4020的TG2脚相连，开关管M3的源极与开关管M5的漏极相连，开关管M3的漏极连接到输出滤波电路，检测电阻器RCBRT1跨接在开关管M3的漏极和开关管M1的源极之间；开关管M5的源极接地，栅极与LTC4020的BG2脚相连。
所述一种电池充电电源变换器，其开关管M3和M5的型号为SIR422DP，M2和M4的型号为SIR664DP。
所述一种电池充电电源变换器仅需一个电感器（L1）。专有的平均电流模式架构采用两个检测电阻器（RCBRT1和RCBRB1）来监视电感器电流。在该降压-升压型解决方案中，当VIN高于VOUT时，转换器在降压模式工作；当VIN低于VOUT时，转换器则工作在升压模式。当VIN接近VOUT时，转化器工作于四开关降压-升压模式。
转换器以一个可编程的恒定开关频率运作，该频率处在50KHZ至500KHZ的范围内，采用一个电阻来设定（R13=100K,250KHZ）。图2示出的这款解决方案能够为系统负载提供高达8A（VOUT=25.2V）。如图3所示，满负载效率（IOUT=8A,VIN=24V）可达98%以上。
电源变换器内部的LTC4020芯片采用一个从BAT引脚引出的外部反馈电阻分压器以通过VFB引脚来设置电池电压。POWERPATH(电源通路)FEI(MI)在正常电池充电期间处于导通状态，可能的情况下会在电池与降压-升压型转换器输出之间形成一种低阻抗连接。电池充电电流通过一个检测电阻（RCBAT1）来监控。最大平均电池充电电流可容易地通过选择RCBAT1的阻值来设置。动态电流限值调整可以通过RNG/SS引脚实现。
利用POWERPATH FET实现即时接通和理想二极管功能，对于一个严重放电的电池，内部的LTC4020芯片能够自动地将POWERPATH FET（图2中的M1）配置为一个线性稳压器，从而允许降压-升压型转换器输出升至高于电池电压，同时仍然向电池提供充电电流。该功能被称为POWERPATH即时接通，此时POWERPATH FET充当一个高阻抗电流源，负责为电池提供充电电流。
当电池充电器不处于充电周期时（即是降压-升压型转换器专为系统负载而运作），内部的LTC4020芯片自动地把POWERPATH FET配置为一个理想二极管。这允许电池在正常操作期间与转换器输出保持断接。然而，假如系统负载电流超过了降压-升压型转换器的供电能力，则可通过该理想二极管有效地从电池抽取额外的功率。
其他特点：
内部的LTC4020芯片支持基于定时器的充电算法，一个连接在TIMER引脚和地之间的电容器负责设置充电周期的完结。
内部的LTC4020芯片具有电池温度监视和控制功能。通过把一个NTC（负温度系数）热敏电阻连接至NTC引脚，并将该热敏电阻不设在电池组（或其他需要的监视设置）之附近，如果NTC引脚电压超出范围（高于1.35V或低于0.3V），则LTC4020将触发一个NTC故障并停止电池充电。
内部的LTC4020芯片的VIN_REG引脚负责提供输入电压调节。该引脚可用于设置一块太阳能电池板的峰值电源电压，或为其他的高阻抗输入电源保持一个最小电压。
内部的LTC4020芯片具有两个集电极开路输出（STAT1和STAT2），用以报告充电器状态和故障状态。这两个引脚进行了二进制编码。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下得出的其他任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电池充电电源变换器，包括直流电压输入、输入滤波、降压－升压斩波电路、脉宽调制控制（PWM）驱动电路、保护稳压电路、输出滤波和直流电压输出；其特征在于：直流电压输入经输入滤波电路滤波后输出给降压－升压斩波电路，脉宽调制控制（PWM）驱动电路控制降压－升压斩波电路工作，降压－升压斩波电路输出给输出滤波电路，滤波后产生直流电压输出，同时保护稳压电路采集直流电压输出进行保护和稳压控制；其中，降压－升压斩波电路、脉宽调制控制（PWM）驱动电路和保护稳压电路由同步单片式降压型稳压芯片LTC4020及其外围电路组成，包括四个高效率开关管M2、M3、M4和M5，电感器L1，两个检测电阻器RCBRT1和RCBRB1；开关管M2的栅极与LTC4020的TG1脚相连，开关管M2的漏极与LTC4020的SENSTOP脚相连，开关管M2的源极与开关管M4的漏极相连；开关管M4的栅极与LTC4020的BG1脚相连，开关管M4的源极与LTC4020的SENSBOT脚相连，检测电阻器RCBRB1跨接在LTC4020的SENSBOT脚和SENSGND脚之间，开关管M4的漏极经电感器L1与开关管M3的源极相连；开关管M3的栅极与LTC4020的TG2脚相连，开关管M3的源极与开关管M5的漏极相连，开关管M3的漏极连接到输出滤波电路，检测电阻器RCBRT1跨接在开关管M3的漏极和开关管M1的源极之间；开关管M5的源极接地，栅极与LTC4020的BG2脚相连。
2.根据权利要求1所述的一种电池充电电源变换器，其特征在于：开关管M3和M5的型号为SIR422DP，M2和M4的型号为SIR664DP。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110611352A (zh) * 2019-09-27 2019-12-24 天津七六四通信导航技术有限公司 一种基于充电管理芯片的锂电池充电电路
CN112996186A (zh) * 2019-12-18 2021-06-18 安徽展晖电子科技有限公司 脉冲控制的电路单元、驱动电路、集成电路和照明装置

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