CN209913540U - 一种用于控制蓄电池充电的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于控制蓄电池充电的电路，包括：功率控制电路、恒流控制电路、电流采样电路和电压采样电路；其中，所述电压采样电路与蓄电池并联，提供电压采样点；所述功率控制电路包括恒压控制芯片，所述功率控制电路与直流电源连接，在所述恒压控制芯片的控制下将所述直流电源的直流电压进行转换后输出，并从所述电压采样点采集电压；所述电流采样电路串联在所述功率控制电路和所述蓄电池之间，提供电流采样点；所述恒流控制电路与所述电流采样电路连接，从所述电流采样点采集电流。本实用新型实施例提出的用于控制蓄电池充电的电路，选用具备恒压功能的控制芯片结合外围电路，实现双环控制，降低了芯片成本，芯片可选类型丰富。

Description

一种用于控制蓄电池充电的电路

技术领域

本实用新型属于电路控制技术领域，具体涉及一种用于控制蓄电池充电的电路。

背景技术

目前非隔离开关变换器的蓄电池充电控制方案中，为了控制充电电压和充电电流，都使用专门的具备恒流恒压功能的控制芯片来完成。具体工作过程是：在充电过程中，在具备恒流恒压功能的控制芯片的控制下首先进入恒流充电模式，同时控制芯片对充电电流进行检测，实现对充电电流的控制；当蓄电池充电到预设的电压后，从恒流充电模式切换到恒压充电模式，同时控制芯片对充电电压进行检测，实现对充电电压的控制。这种控制充电电流和充电电压的方式必须选用具备恒流恒压功能的专用芯片，但这类专用芯片成本高，并且可选的类型少。

实用新型内容

为了解决上述具备恒流恒压功能的专用芯片的成本高、可选类型少的技术问题，本实用新型实施例提出了一种用于控制蓄电池充电的电路，包括：功率控制电路、恒流控制电路、电流采样电路和电压采样电路；

其中，所述电压采样电路与蓄电池并联，提供电压采样点；

所述功率控制电路包括恒压控制芯片，所述功率控制电路与直流电源连接，在所述恒压控制芯片的控制下将所述直流电源的直流电压进行转换后输出，并从所述电压采样点采集与所述蓄电池的充电电压呈线性关系的电压；

所述电流采样电路串联在所述功率控制电路和所述蓄电池之间，提供电流采样点；

所述恒流控制电路与所述电流采样电路连接，从所述电流采样点采集与所述蓄电池的充电电流呈线性关系的电流；在所述蓄电池的充电电压未达到设定电压时，所述恒流控制电路基于从所述电流采样点采样得到的电流，控制所述蓄电池处于恒流充电模式；在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，所述恒流控制电路停止工作，所述恒压控制芯片基于从所述电压采样点采样得到的电压，控制所述蓄电池处于恒压充电模式。

在某些实施例中，所述功率控制电路还包括DC-DC功率变换器和电压检测采集端；

所述DC-DC功率变换器与所述直流电源的电源输出端连接，在所述恒压控制芯片的控制下将所述直流电源的直流电压进行转换，输出转换后的直流电压；

所述电压检测采集端与所述电压采样点连接，从所述电压采样点采集与所述蓄电池的充电电压呈线性关系的电压，所述采集的电压作为控制所述DC-DC功率变换器输出的直流电压值的参数。

在某些实施例中，所述DC-DC功率变换器为非隔离DC-DC功率变换器。

在某些实施例中，所述电流采样电路包括：第一电阻和电流采样点，所述第一电阻串联在所述DC-DC功率变换器的功率输出端与所述蓄电池的正极端之间；所述电流采样点位于所述第一电阻两端。

在某些实施例中，所述电压采样电路包括：第二电阻、第三电阻和电压采样点；

其中，所述第二电阻和所述第三电阻串接在所述蓄电池的正极端和地端之间；

所述电压采样点位于所述第二电阻和所述第三电阻之间，与所述DC-DC功率变换器的电压检测采集端连接。

在某些实施例中，所述恒流控制电路包括：电流检测采集端、电流放大电路和调节电路；

其中，所述电流检测采集端与所述电流采样点连接，从所述电流采样点采集与所述蓄电池的充电电流呈线性关系的电流；

所述电流放大电路与所述电流检测采集端连接，对所述电流检测采集端采集的电流进行放大，输出放大后的电流；

所述调节电路与所述电流放大电路连接，基于基准电流和所述放大后的电流，调节所述充电电流，在蓄电池的电压未达到所述设定电压时，控制所述蓄电池处于恒流充电模式；在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，停止工作。

在某些实施例中，所述调节电路为比例积分调节电路。

在某些实施例中，所述电流放大电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一运算放大器；

其中，所述第四电阻和所述第六电阻串接在所述第一电阻的第一端与地端之间，所述第一运算放大器的同相输入端连接在所述第四电阻和所述第六电阻之间；

所述第五电阻和所述第七电阻串接在所述第一电阻的第二端与所述第一运算放大器的输出端之间，所述第一运算放大器的反相输入端连接在所述第五电阻和所述第七电阻之间。

在某些实施例中，所述调节电路包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二运算放大器和光电耦合器；

其中，所述第八电阻、所述第九电阻和所述第一电容串接在所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的输出端之间，所述第二运算放大器的反相输入端连接在所述第八电阻和所述第九电阻之间；

所述第二运算放大器的同相输入端接参考电流；

所述光电耦合器包括发光源和受光器，所述发光源耦接在所述第十电阻和第二运算放大器的输出端之间；所述受光器耦接在所述蓄电池的正极端和所述电压采样点之间。

在某些实施例中，所述发光源为发光二极管，其正极经所述第十电阻连接所述蓄电池的正极端，负极接所述第二运算放大器的输出端；

所述受光器为光敏三极管，其集电极连接所述蓄电池的正极端，发射极连接所述电压采样点。

本实用新型的有益效果：本实用新型实施例提出的用于控制蓄电池充电的电路，选用具备恒压功能的控制芯片，通过增加外围电路，将单环控制改造成双环控制，并且增加的外围电路能够实现恒流充电模式向恒压充电模式的切换，从而能够替代现有的同时具备恒流恒压功能的专用DC-DC控制芯片的技术方案，其实现方式简单，设计选型对器件本身功能的依赖，降低了芯片成本，芯片可选类型丰富。

附图说明

图1是本实用新型实施例提出的用于控制蓄电池充电的电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提出的功率控制电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提出的恒流控制电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提出的用于控制蓄电池充电的电路的电路组成结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。文中所使用的“第一”、“第二”等表述并不表示任何顺序、数量或者重要性等实质含义，仅是用来区分不同的组成部分。

本实用新型实施例涉及用于控制蓄电池充电的电路，为了解决具备恒流恒压功能的专用芯片的成本高、可选类型少的技术问题，本实用新型实施例选用具备恒压功能的普通控制芯片，通过结合外围电路，控制蓄电池充电，本实用新型实施例提出的电路不仅能够实现恒流恒压双环控制，而且成本低，可选类型丰富。

本实用新型实施例提出了一种用于控制蓄电池充电的电路，如图1所示，包括：直流电源、功率控制电路、恒流控制电路、电流采样电路、电压采样电路和蓄电池。

其中，所述电压采样电路与所述蓄电池并联，提供电压采样点；

所述功率控制电路包括恒压控制芯片，所述功率控制电路与所述直流电源连接，在所述恒压控制芯片的控制下将所述直流电源的直流电压进行转换后输出，并从所述电压采样点采集与所述蓄电池的充电电压呈线性关系的电压；

所述电流采样电路串联在所述功率控制电路和所述蓄电池之间，提供电流采样点；

所述恒流控制电路与所述电流采样电路连接，从所述电流采样点采集与所述蓄电池的充电电流呈线性关系的电流。在所述蓄电池的充电电压未达到设定电压时，所述恒流控制电路基于从所述电流采样点采样得到的电流，控制所述蓄电池处于恒流充电模式；在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，所述恒流控制电路停止工作，所述恒压控制芯片基于从所述电压采样点采样得到的电压，控制所述蓄电池处于恒压充电模式。

本实用新型实施例中，功率控制电路只需要具备恒压功能(包括恒压控制芯片)，通过恒压控制芯片结合恒流控制电路，就可以实现对蓄电池先恒流后恒压的充电控制。可见，对于只具备恒压功能的普通DC-DC控制芯片，虽然其只能实现单环控制，但本实用新型实施例通过增加外围电路，将单环控制改造成双环控制，并且增加的外围电路能够实现恒流充电模式向恒压充电模式的切换，从而能够替代现有的同时具备恒流恒压功能的专用DC-DC控制芯片的技术方案，其实现方式简单，降低了设计选型时对器件本身功能的依赖，降低了芯片成本，芯片可选类型丰富。

下面结合具体的实施方式进行更进一步的描述，以期更清楚地表述本实用新型实施例公开的内容，但不应理解为对本实用新型实施例的限制，本实用新型实施例并不限于这些具体的实施例。

实施例1：

实施例1对所述功率控制电路的组成结构进行了示例性描述，如图2所示。

图2给出了功率控制电路的组成结构示例图。

参考图2，所述功率控制电路还包括DC-DC功率变换器和电压检测采集端。

所述DC-DC功率变换器与所述直流电源的电源输出端连接，在所述恒压控制芯片的控制下将所述直流电源的直流电压进行转换，输出转换后的直流电压。在一实施例中，所述DC-DC功率变换器为非隔离DC-DC功率变换器。

所述电压检测采集端与所述电压采样点连接，从所述电压采样点采集与所述蓄电池的充电电压呈线性关系的电压，所述恒压控制芯片基于采集的电压控制所述DC-DC功率变换器输出的直流电压值。

本实施例中的功率控制电路进一步将电压检测采集端采集的与所述蓄电池的充电电压呈线性关系的电压，作为控制参数，控制DC-DC功率变换器输出的直流电压值，从而使得在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，能够控制所述蓄电池处于恒压充电模式。

实施例2：

实施例2对恒流控制电路的组成结构进行示例性描述，如图3所示。

图3给出了恒流控制电路的组成结构示例图。

参考图3，所述恒流控制电路包括：电流检测采集端、电流放大电路和调节电路。

其中，所述电流检测采集端与所述电流采样点连接，从所述电流采样点采集与所述蓄电池的充电电流呈线性关系的电流；

所述电流放大电路与所述电流检测采集端连接，对所述电流检测采集端采集的电流进行放大，输出放大后的电流；

所述调节电路与所述电流放大电路连接，基于基准电流和所述放大后的电流，调节所述充电电流，在蓄电池的电压未达到所述设定电压时，控制所述蓄电池处于恒流充电模式；在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，停止工作。

在一实施例中，所述调节电路可以为PI(比例积分)调节电路或PID(比例积分微分)调节电路等。

在一实施例中，所述基准电流通过精准恒压电路获取。

本实施例中的恒流控制电路基于采集的电流和基准电流，对充电电流进行调节，从而使得在蓄电池的电压未达到所述设定电压时，能够控制所述蓄电池处于恒流充电模式，并且在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，停止工作。

实施例3：

实施例3对前述实施例1和实施例2的电路组成结构进行示例性描述，如图4所示。

图4给出了本实施例中用于控制蓄电池充电的电路的电路组成结构，如图4所示，所述电流采样电路包括：第一电阻R1和电流采样点。所述第一电阻R1的第一端连接所述DC-DC功率变换器的功率输出端，所述第一电阻R1的第二端连接所述蓄电池的正极端BAT+。所述电流采样点位于所述第一电阻R1两端(即所述第一电阻R1的第一端和所述第一电阻R1的第二端)。

所述电流检测采集端包括第一电流检测采集端和第二电流检测采集端，所述第一电流检测采集端与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第二电流检测采集端与所述第一电阻R1的第二端连接。

所述电流放大电路包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第一运算放大器U1A。

其中，所述第四电阻R4的第一端连接所述第一电阻R1的第一端，所述第四电阻R4的第二端连接所述第六电阻R6的第一端和第一运算放大器U1A的同相输入端，所述第六电阻R6的第二端接地端GND。

所述第五电阻R5的第一端连接所述第一电阻R1的第二端，所述第五电阻R5的第二端连接所述第一运算放大器U1A的反相输入端和所述第七电阻R7的第一端。

所述第七电阻R7的第二端连接所述第一运算放大器U1A的输出端。

所述调节电路包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一电容C1、第二运算放大器U1B和光电耦合器。

其中，所述第八电阻R8的第一端连接所述第一运算放大器U1A的输出端，所述第八电阻R8的第二端连接所述第二运算放大器U1B的反相输入端和所述第九电阻R9的第一端。

所述第九电阻R9的第二端连接所述第一电容C1的第一端。

所述第一电容C1的第二端连接所述第二运算放大器U1B的输出端。

所述第二运算放大器U1B的同相输入端接参考电流Iref。

所述光电耦合器包括发光源U2A和受光器U2B。

所述发光源U2A耦接在所述第十电阻R10和第二运算放大器U1B的输出端之间。在一实施例中，所述发光源U2A为发光二极管，其正极经所述第十电阻R10连接所述蓄电池的正极端，负极接所述第二运算放大器U1B的输出端。

所述受光器耦接在所述蓄电池的正极端和所述电压采样点之间。在一实施例中，所述受光器U2B为光敏三极管，其集电极连接所述蓄电池的正极端，发射极连接所述电压采样点。

所述电压采样电路包括：第二电阻R2、第三电阻R3和电压采样点。

其中，所述第二电阻R2的第一端连接所述蓄电池的正极端BAT+，所述第二电阻R2的第二端连接所述受光器U2B的发射极和所述第三电阻R3的第一端。

所述第三电阻R3的第二端接地端GND。

所述电压采样点与所述DC-DC功率变换器的电压检测采集端连接。

在本实施例中，所述电流放大电路的放大倍数由第一电阻R1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的值决定。

在一实施例中，所述电流放大电路对第一电阻R1两端的电压采样后放大5～10倍。

在一实施例中，所述调节电路采用了PI(比例积分)控制，主要用于实现对电流的自动控制。

图4给出的用于控制蓄电池充电的电路的控制过程包括：

当蓄电池未达到设定电压时，所述电流检测采集端从所述第一电阻R1两端采集电流，采集的电流经过所述电流放电电路放大(放大倍数例如可以为5倍)，放大后的电流输出给所述调节电路，所述调节电路基于基准电流和所述放大后的电流，调节充电电流，控制所述蓄电池处于恒流充电模式；当蓄电池达到设定电压时，所述调节电路中的光电耦合器的发光源U2A不发光，受光器U2B截止，此时，所述恒流控制电路停止工作，同时，所述功率控制电路基于所述电压检测采集端从所述电压采样点采样得到的电压，控制所述DC-DC功率变换器输出恒定电压，从而使得所述蓄电池处于恒压充电模式。

再参考图4，所述调节电路基于基准电流和所述放大后的电流，调节充电电流的过程包括：

当充电电流不足时，第二运算放大器U1B的反相输入端的电流小于所述基准电流，第二运算放大器U1B输出端的电压会上升，导致流过发光源U2A的电流减小，相应地，流过受光器U2B的电流也减小，受光器U2B的等效阻抗增大，所述DC-DC功率变换器的输出电压抬高，从而使得充电电流增大，由此控制所述蓄电池处于恒流充电模式。可以发现，第二运算放大器U1B输出端的电压上升的最大值是在受光器U2B的等效阻抗达到无穷大的时候获得，受光器U2B的等效阻抗达到无穷大的时候也就是第二运算放大器U1B输出端的电压上升到蓄电池的充电电压达到所述设定电压，如果蓄电池的充电电压达到所述设定电压，恒流控制电路停止工作，从而进入恒压充电模式。

当充电电流过大时，第二运算放大器U1B的反相输入端的电流大于所述基准电流，第二运算放大器U1B输出端的电压会下降，导致流过发光源U2A的电流增大，相应地，流过受光器U2B的电流也增大，受光器U2B的等效阻抗减小，所述DC-DC功率变换器的输出电压降低，从而使得充电电流减小，由此控制所述蓄电池处于恒流充电模式。

需要说明的是，本实用新型实施例中的各个电阻可以采用单个电阻实现，也可以采用多个电阻以并联和/或串联的方式实现，电阻可以是固定阻值的电阻，在某些实施例中，也可以采用可变阻值的电阻。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于控制蓄电池充电的电路，其特征在于，包括：功率控制电路、恒流控制电路、电流采样电路和电压采样电路；

其中，所述电压采样电路与蓄电池并联，提供电压采样点；

所述功率控制电路包括恒压控制芯片，所述功率控制电路与直流电源连接，在所述恒压控制芯片的控制下将所述直流电源的直流电压进行转换后输出，并从所述电压采样点采集与所述蓄电池的充电电压呈线性关系的电压；

所述电流采样电路串联在所述功率控制电路和所述蓄电池之间，提供电流采样点；

所述恒流控制电路与所述电流采样电路连接，从所述电流采样点采集与所述蓄电池的充电电流呈线性关系的电流；在所述蓄电池的充电电压未达到设定电压时，所述恒流控制电路基于从所述电流采样点采样得到的电流，控制所述蓄电池处于恒流充电模式；在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，所述恒流控制电路停止工作，所述恒压控制芯片基于从所述电压采样点采样得到的电压，控制所述蓄电池处于恒压充电模式。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率控制电路还包括DC-DC功率变换器和电压检测采集端；

所述DC-DC功率变换器与所述直流电源的电源输出端连接，在所述恒压控制芯片的控制下将所述直流电源的直流电压进行转换，输出转换后的直流电压；

所述电压检测采集端与所述电压采样点连接，从所述电压采样点采集与所述蓄电池的充电电压呈线性关系的电压，所述采集的电压作为控制所述DC-DC功率变换器输出的直流电压值的参数。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述DC-DC功率变换器为非隔离DC-DC功率变换器。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：第一电阻和电流采样点，所述第一电阻串联在所述DC-DC功率变换器的功率输出端与所述蓄电池的正极端之间；所述电流采样点位于所述第一电阻两端。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电压采样电路包括：第二电阻、第三电阻和电压采样点；

其中，所述第二电阻和所述第三电阻串接在所述蓄电池的正极端和地端之间；

所述电压采样点位于所述第二电阻和所述第三电阻之间，与所述DC-DC功率变换器的电压检测采集端连接。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述恒流控制电路包括：电流检测采集端、电流放大电路和调节电路；

其中，所述电流检测采集端与所述电流采样点连接，从所述电流采样点采集与所述蓄电池的充电电流呈线性关系的电流；

所述电流放大电路与所述电流检测采集端连接，对所述电流检测采集端采集的电流进行放大，输出放大后的电流；

所述调节电路与所述电流放大电路连接，基于基准电流和所述放大后的电流，调节所述充电电流，在蓄电池的电压未达到所述设定电压时，控制所述蓄电池处于恒流充电模式；在所述蓄电池的电压达到所述设定电压时，停止工作。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述调节电路为比例积分调节电路。

8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电流放大电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一运算放大器；

其中，所述第四电阻和所述第六电阻串接在所述第一电阻的第一端与地端之间，所述第一运算放大器的同相输入端连接在所述第四电阻和所述第六电阻之间；

所述第五电阻和所述第七电阻串接在所述第一电阻的第二端与所述第一运算放大器的输出端之间，所述第一运算放大器的反相输入端连接在所述第五电阻和所述第七电阻之间。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述调节电路包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二运算放大器和光电耦合器；

其中，所述第八电阻、所述第九电阻和所述第一电容串接在所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的输出端之间，所述第二运算放大器的反相输入端连接在所述第八电阻和所述第九电阻之间；

所述第二运算放大器的同相输入端接参考电流；

所述光电耦合器包括发光源和受光器，所述发光源耦接在所述第十电阻和第二运算放大器的输出端之间；所述受光器耦接在所述蓄电池的正极端和所述电压采样点之间。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述发光源为发光二极管，其正极经所述第十电阻连接所述蓄电池的正极端，负极接所述第二运算放大器的输出端；

所述受光器为光敏三极管，其集电极连接所述蓄电池的正极端，发射极连接所述电压采样点。

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