CN206908373U - 一种锂电池双buck充电控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锂电池双BUCK充电控制器，包括太阳能电池板、太阳能电池接口模块、充电控制模块、锂电池接口模块和锂电池，太阳能电池板通过太阳能电池接口模块连接充电控制模块，并经充电控制模块连接锂电池接口模块对锂电池进行充电，所述充电控制模块包括PWM电流控制模块、BUCK降压模块A、BUCK降压模块B和单片机控制模块。本实用新型提出的锂电池双BUCK充电控制器通过对锂电池充电时的充电电路设计，解决了传统充电方式不适用于对锂电池进行充电的技术问题。

Description

一种锂电池双BUCK充电控制器

技术领域

本实用新型涉及锂电池充电技术领域，具体涉及一种锂电池双BUCK充电控制器。

背景技术

随着光电技术的快速进步和轻洁能源锂电池的不断发展，太阳能路灯系统中蓄电池的传统使用类型铅蓄电池逐渐被轻洁的锂电池所取代。但在简单的太阳能—蓄电池—LED照明系统中，由于传统的控制器是一种不稳定的脉冲式充电方式，这种充电方式在对锂电池进行充电时不仅会减少锂电池的电量以及使用寿命，还存在一定的过充危险性。因此急需一种适用于锂电池充电的控制器。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种锂电池双BUCK充电控制器，其通过对锂电池充电时的充电电路设计，解决了传统充电方式不适用于对锂电池进行充电的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种锂电池双BUCK充电控制器，包括太阳能电池板、太阳能电池接口模块、充电控制模块、锂电池接口模块和锂电池，太阳能电池板通过太阳能电池接口模块连接充电控制模块，并经充电控制模块连接锂电池接口模块对锂电池进行充电，

所述充电控制模块包括PWM电流控制模块、BUCK降压模块A、BUCK降压模块B和单片机控制模块；其中，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的输入均通过太阳能电池接口模块与太阳能电池板的输出端相连，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的输出并联相接并通过锂电池接口模块与锂电池相连，从而在太阳能电池板和锂电池之间形成两条充电支路；PWM电流控制模块至少具有两个同步输出且状态相反的输出端，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的开关管控制端与PWM电流控制模块的输出端相连，且经PWM电流控制模块使得它们交替着连通相对应的充电支路，所述PWM电流控制模块与单片机控制模块相连。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的锂电池双BUCK充电控制器对充电电路进行了设计。改进后的充电控制模块在太阳能电池板和锂电池之间设计了双BUCK降压模块(即BUCK降压模块A和BUCK降压模块B)，利用双BUCK降压模块完成太阳能电池板对锂电池的充电过程。本实用新型通过单片机控制模块控制PWM电流控制模块动作，让PWM电流控制模块对BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的开关管同步控制且控制逻辑电平相反，使它们交替着连通太阳能电池板和锂电池之间的充电支路,从而实现两个BUCK模块在太阳能电池板对锂电池进行充电时的降压动作，最终使锂电池能够得到更稳定更可靠的恒定电流，对锂电池充电过程效益有较大的提升；同时由于锂电池的充电特性，电流可调的稳定的充电方式减缓了锂电池容量的被动消耗，更延长了锂电池的使用寿命。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图；

图2为本实用新型的主电路结构图；

图3为PWM电流控制模块的电路图；

图4为电流采样模块的电路图；

图5为太阳能电池接口模块的电路图；

图6为锂电池接口模块的电路图；

图7为电压采样模块A的电路图；

图8为电压采样模块B的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述：

参照图1并结合图2-3所示，本实用新型提出了一种锂电池双BUCK充电控制器，包括太阳能电池板、太阳能电池接口模块、充电控制模块、锂电池接口模块和锂电池，太阳能电池板通过太阳能电池接口模块连接充电控制模块，并经充电控制模块连接锂电池接口模块对锂电池进行充电，所述充电控制模块包括PWM电流控制模块、BUCK降压模块A、BUCK降压模块B和单片机控制模块；其中，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的输入均通过太阳能电池接口模块与太阳能电池板的输出端相连，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的输出并联相接并通过锂电池接口模块与锂电池相连，从而在太阳能电池板和锂电池之间形成两条充电支路；PWM电流控制模块至少具有两个同步输出且状态相反的输出端，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的开关管控制端与PWM电流控制模块的输出端相连，且经PWM电流控制模块使得它们交替着连通相对应的充电支路，所述PWM电流控制模块与单片机控制模块相连。

本实用新型提供的锂电池双BUCK充电控制器对充电电路进行了设计。改进后的充电控制模块在太阳能电池板和锂电池之间设计了双BUCK降压模块(即BUCK降压模块A和BUCK降压模块B)，利用双BUCK降压模块完成太阳能电池板对锂电池的充电过程。本实用新型通过单片机控制模块控制PWM电流控制模块动作，让PWM电流控制模块对BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的开关管同步控制且控制逻辑电平相反，使它们交替着连通太阳能电池板和锂电池之间的充电支路,从而实现两个BUCK模块在太阳能电池板对锂电池进行充电时的降压动作，最终使锂电池能够得到更稳定更可靠的恒定电流，对锂电池充电过程效益有较大的提升；同时由于锂电池的充电特性，电流可调的稳定的充电方式减缓了锂电池容量的被动消耗，更延长了锂电池的使用寿命。

为便于监测充电电流大小，本实用新型在BUCK降压模块A或者BUCK降压模块B中设置有用于采集太阳能电池板对锂电池充电电流大小的电流采样模块。本实用新型给出的实施例是将电流采样模块设置在BUCK降压模块A中。在图2中，电阻R1和二极管D1串联然后并联在太阳能电池两端作反接保护。电容C1、C4并联对电路进行有效的高频滤波，滤除充电过程中太阳能电池光电转化过程中对锂电池有害的脉冲电流。

参照图2所示并结合图3-4，BUCK降压模块A包括MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R6、电容C2和电感L1；其中，MOS管Q1的S极通过太阳能电池接口模块与太阳能电池板的输出端相连，G极与PWM电流控制模块的输出端PWMin1相连，D极经电阻R6连接至电容C2的正极和电感L1的一端，同时还连接至MOS管Q2的D极，电容C2的负极接地，电感L1的另一端经锂电池接口模块连接至锂电池；MOS管Q2的G极连接至PWM电流控制模块的输出端PWMin2，S极接地；PWM电流控制模块的输出端PWMin1和PWMin2为输出状态相反的两个输出端；电阻R6构成采样电阻，电流采样模块连接在电阻R6的两端。优选的是，在BUCK降压模块A中还包括有二极管D2，所述二极管D2的阴极和阳极分别连接至MOS管Q1的S极和D极。二极管D2起到保护MOS管Q1的作用。

图3示出了PWM电流控制模块的电路图，其主要以D0芯片IR2103构成。由该图3可以看到，PWM电流控制模块可接收单片机控制模块给出的PWM脉冲信号(即PWM1)，然后在HO和LO分别输出PWMin1信号和PWMin2，这两个信号分别作用到Q1和Q2的G极，从而控制Q1和Q2的导通与否。从电路连接方式可知，Q1和Q2的开关状态相反。

图4给出了电流采样模块的电路图。其ADI1和ADI2分别接入电阻R6的两端，用以将流过R6的电流采样信号转化为电压信号传入单片机控制模块。即，本实用新型给出的电流采样模块主要是对BUCK降压模块A中流入锂电池的充电电流进行实时监测、采样，并将电流采样信号转化为电压信号传入单片机控制模块。

具体来说，如图4所示,所述电流采样模块包括由电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R12、电阻R11和运算放大器AR4构成的电流浮空差分采样电路，其中：R6串接在电解电容C2的正极与Q1的D极之间，C7和C8一端分别接运算放大器AR4的同向输入端和反向输入端另一端接地起到电容滤波的作用。所述运算放大器AR4的同相输入端通过R10连接R6的一端、同时通过电阻R11接地，反相输入端通过电阻R9连接到R6的另一端同时通过R12连接到输出端和单片机的AD信号输入端。

参照图2所示并结合图3-4，BUCK降压模块B包括MOS管Q4、MOS管Q5、电容C3和电感L2；其中，MOS管Q4的S极通过太阳能电池接口模块与太阳能电池板的输出端相连，G极与PWM电流控制模块的输出端PWMin3相连，D极连接至电感L2的一端，且还与MOS管Q5的D极相连，电感L2的另一端与电容C3的正极相连，且经锂电池接口模块连接至锂电池；MOS管Q5的G极连接至PWM电流控制模块的输出端PWMin4、S极接地；PWM电流控制模块的输出端PWMin3和PWMin4为输出状态相反的两个输出端，并且PWMin3和PWMin2共用一个输出端口，PWMin4与PWMin1共用一个输出端口。优选的是，在BUCK降压模块B中还包括有二极管D3，所述二极管D3的阴极和阳极分别连接至MOS管Q4的S极和D极。二极管D3起到保护MOS管Q4的作用。

由该图3可看到，PWM电流控制模块可接收单片机控制模块给出的PWM脉冲信号(即PWM1)，然后在HO和LO分别输出PWMin4信号和PWMin3，这两个信号分别作用到Q5和Q4的G极，从而控制Q5和Q4的导通与否。从电路连接方式可知，Q4和Q5的开关状态相反。并且Q4与Q2的开关状态同步，Q5与Q1的开关状态同步。由此看出，不同BUCK降压模块对应位置的开关管开关状态相反，同一个BUCK降压模块中两个开关管的开关状态相反。

参照图1、图2、图6、图7和图8，所述充电控制模块还包括用于采集太阳能电池板电压的电压采样模块A和用于采集锂电池两端电压的电压采样模块B；其中，电压采样模块A连接在太阳能电池接口模块和单片机控制模块之间，电压采样模块B连接在锂电池和单片机控制模块之间。

如图2和图7，电压采样模块A包括电阻R2、电阻R3和由电阻R7、电容C5、运算放大器AR1组成的电压跟随器，其中：电阻R2一端通过太阳能电池接口模块连接至太阳能电池板输出端、另一端和R3串联后接地，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R7接到电阻R3和电阻R2之间、反相输入端连到其输出端和单片机的信号输入端，电容C5一端连接运算放大器AR1的同相输入端、另一端接地。该电压采样模块A可对太阳能电池板的两端电压进行实时监测、采样，并将采样信号传入单片机控制模块。

如图6和图8，电压采样模块B包括电阻R4、电阻R5和由电阻R8、电容C6、运算放大器AR2组成的电压跟随器，其中：电阻R4一端连接锂电池输出端、另一端和R5串联后接地，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R8接到电阻R4和电阻R5之间、反相输入端连到其输出端和单片机的信号输入端，电容C6一端连接运算放大器AR2的同相输入端、另一端接地。该电压采样模块B可对锂电池的两端电压进行实时监测、采样，并将采样信号传入单片机控制模块。其中，图5-6中示出的太阳能电池接口模块、锂电池接口模块分别接入太阳能电池板和锂电池，它们均设置有控制端CTR1和CTR2，这些控制端接单片机控制模块的信号输出端口，受单片机的单向控制。

总体来说，本实用新型优势在于采用双BUCK降压电路再辅以精确地单片机控制可有效地减小充电电流的纹波，从而得到更稳定可靠的充电电流，并根据单片机的控制实现了多种锂电池充电模式，这样既增加了充电的效率也有效的保护了锂电池，延长了锂电池的使用寿命。

本实用新型的工作原理如下：

充电时：太阳能电池板把光能转化为电能通过太阳能接口模块、PWM电流控制模块、BUCK降压模块A、BUCK降压模块B、电流采样模块、电压采样模块A、电压采样模块B以及单片机控制模块对锂电池进行稳定快速地充电。单片机控制模块通过对电压采样模块A、B的采样信号进行综合分析、计算进而向PWM电流控制模块发出控制信号，调节与锂电池相应的充电方式，以稳定而且高效的三段式充电方式对锂电池进行有效的充电，可自动实现锂电池过充保护，过放充电方式调节，过流保护等功能。

结合图2给出的具体电路分析充电过程如下：

首先通过单片机太阳能电池接口模块、锂电池接口模块处于工作状态；然后单片机向PWM电流控制模块的PWM1端输出脉冲信号，从而在PWMin1、PWMin2、PWMin3、PWMin4分别输出相应的控制电平；当PWMin1和PWMin4为高电平，PWMin2和PWMin3为低电平时，Q1、Q5导通，Q2、Q4截止，此时太阳能电池板主要通过C2、L1(即BUCK降压模块A)对锂电池进行充电；反之，当PWMin1和PWMin4为低电平，PWMin2和PWMin3为高电平时，Q2、Q4导通，Q1、Q5截止，此时太阳能电池板主要通过C3、L2(即BUCK降压模块B)对锂电池进行充电。但无论太阳能电池板经过哪个BUCK降压模块对锂电池进行充电，另一个BUCK降压模块也会通过相应的电解电容放电来完成充电输出。在充电过程中，单片机控制模块会根据电压采样模块A和电压采样模块B实时监测太阳能电池板两端电压和锂电池两端电压，以及根据电流采样模块实时监测锂电池的充电电流，来进行锂电池充电过程的监控。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种锂电池双BUCK充电控制器，包括太阳能电池板、太阳能电池接口模块、充电控制模块、锂电池接口模块和锂电池，太阳能电池板通过太阳能电池接口模块连接充电控制模块，并经充电控制模块连接锂电池接口模块对锂电池进行充电，其特征在于，

所述充电控制模块包括PWM电流控制模块、BUCK降压模块A、BUCK降压模块B和单片机控制模块；其中，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的输入均通过太阳能电池接口模块与太阳能电池板的输出端相连，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的输出并联相接并通过锂电池接口模块与锂电池相连，从而在太阳能电池板和锂电池之间形成两条充电支路；PWM电流控制模块至少具有两个同步输出且状态相反的输出端，BUCK降压模块A和BUCK降压模块B的开关管控制端与PWM电流控制模块的输出端相连，且经PWM电流控制模块使得它们交替着连通相对应的充电支路,所述PWM电流控制模块与单片机控制模块相连。

2.如权利要求1所述的锂电池双BUCK充电控制器，其特征在于，在BUCK降压模块A或者BUCK降压模块B中设置有用于采集太阳能电池板对锂电池充电电流大小的电流采样模块。

3.如权利要求2所述的锂电池双BUCK充电控制器，其特征在于，所述BUCK降压模块A包括MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R6、电容C2和电感L1；

其中，MOS管Q1的S极通过太阳能电池接口模块与太阳能电池板的输出端相连，G极与PWM电流控制模块的输出端PWMin1相连，D极经电阻R6连接至电容C2的正极和电感L1的一端，同时还连接至MOS管Q2的D极，电容C2的负极接地，电感L1的另一端经锂电池接口模块连接至锂电池；MOS管Q2的G极连接至PWM电流控制模块的输出端PWMin2，S极接地；PWM电流控制模块的输出端PWMin1和PWMin2为输出状态相反的两个输出端；电阻R6构成采样电阻，电流采样模块连接在电阻R6的两端。

4.如权利要求3所述的锂电池双BUCK充电控制器，其特征在于，在BUCK降压模块A中还包括有二极管D2，所述二极管D2的阴极和阳极分别连接至MOS管Q1的S极和D极。

5.如权利要求1所述的锂电池双BUCK充电控制器，其特征在于，所述BUCK降压模块B包括MOS管Q4、MOS管Q5、电容C3和电感L2；

其中，MOS管Q4的S极通过太阳能电池接口模块与太阳能电池板的输出端相连，G极与PWM电流控制模块的输出端PWMin3相连，D极连接至电感L2的一端，且还与MOS管Q5的D极相连，电感L2的另一端与电容C3的正极相连，且经锂电池接口模块连接至锂电池；MOS管Q5的G极连接至PWM电流控制模块的输出端PWMin4、S极接地；

PWM电流控制模块的输出端PWMin3和PWMin4为输出状态相反的两个输出端，并且PWMin3和PWMin2共用一个输出端口，PWMin4与PWMin1共用一个输出端口。

6.如权利要求5所述的锂电池双BUCK充电控制器，其特征在于，在BUCK降压模块B中还包括有二极管D3，所述二极管D3的阴极和阳极分别连接至MOS管Q4的S极和D极。

7.如权利要求1-6任一项所述的锂电池双BUCK充电控制器，其特征在于，所述充电控制模块还包括用于采集太阳能电池板电压的电压采样模块A和用于采集锂电池两端电压的电压采样模块B；其中，电压采样模块A连接在太阳能电池接口模块和单片机控制模块之间，电压采样模块B连接在锂电池和单片机控制模块之间。