CN210577916U - 跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，包括输入功率检测电路、比较器电路、基准产生电路和跟随保护电路，输入功率检测电路获取一次工作电流，并经整流滤波处理后得到电压变化范围确定的直流信号，比较器电路将所述直流信号的电压与3个门限电压比较，产生3路控制信号，基准产生电路根据所述3路控制信号，产生不同的基准电压，跟随保护电路根据所述基准电压，经过跟随放大，生成锂电池充电电路的电流基准信号。本实用新型通过简单的硬件电路，实现装置配备的锂电池在不同的取能功率情况下的充电电流瞬时灵活可变的功能，电路结构简单，对元器件参数要求较低，电路工作稳定可靠，装置误判断率低，电流响应迅速实时。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电流限定电路，特别是涉及一种跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路。
背景技术
目前自取能装置正在得到越来越广泛的应用，比如户外安装的故障诊断装置等，其特点是供电功率受一次电流影响，功率受限且容易受到波动。这些自取能装置由于工作环境的要求，需要配备锂电池。由于采取自取能供电方式，一次侧电流直接决定了装置的供电功率。在弱功率工作工况情况下，在保证装置可靠工作的同时，还需要频繁对锂电池组进行充电维护，保证锂电池处于充满电的状态。由于装置供电功率采用自取能设计方案，装置功率直接受一次电流影响。为了保障锂电池得到及时有效维护的同时，保证装置能够有充足功率可靠工作，需要针对锂电池充电控制电路的电流限流设计一种简单可靠的技术解决方案。
发明内容
发明目的：本实用新型要解决的技术问题是提供一种跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，根据取能电流大小来决定锂电池的充电电流，实现了在不同的取能功率情况下灵活实时调整充电电流，并且避免了因取能功率不足而导致系统复位。
技术方案：本实用新型所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，包括输入功率检测电路11、比较器电路12、基准产生电路13和跟随保护电路14，
输入功率检测电路11获取一次工作电流，并经整流滤波处理后得到电压变化范围确定的直流信号；
比较器电路12将所述直流信号的电压与3个门限电压比较，产生3路控制信号；
基准产生电路13根据所述3路控制信号，产生不同的基准电压；
跟随保护电路14根据所述基准电压，经过跟随放大，生成锂电池充电电路的电流基准信号。
进一步的，输入功率检测电路11包括取能互感器，取能互感器监测一次工作电流，取能互感器连接二极管D1，二极管D1连接电容C1和电阻R1，电阻R1连接电阻R2，电阻R2接地，电阻R1连接电阻R2端的电压V-输入到比较器电路12中。
进一步的，比较器电路12包括比较器U1A、U1B、U1C，比较器U1A、U1B、U1C的负向输入端连接所述输入功率检测电路11的输出端，比较器U1A的正向输入端连接电阻R3、R4，电阻R3连接VCC电压，电阻R4接地，比较器U1A的输出端连接电阻R9，电阻R9连接下拉电阻R10，比较器U1B的正向输入端连接电阻R5、R6，电阻R5连接VCC电压，电阻R6接地，比较器U1B的输出端连接电阻R11，电阻R11连接下拉电阻R12，比较器U1C的正向输入端连接电阻R7、R8，电阻R7连接VCC电压，电阻R8接地，比较器U1C的输出端连接电阻R13，电阻R13连接下拉电阻R14。
进一步的，基准产生电路13中设置3个三极管，根据三极管的导通和关闭组合产生不同的基准电压。
进一步的，基准产生电路13包括三极管Q1、Q2、Q3，所述3路控制信号分别连接到三极管Q1、Q2、Q3的基极，三极管Q1、Q2、Q3的发射极接地，三极管Q1的集电极连接电阻R16，三极管Q2的集电极连接电阻R17，三极管Q3的集电极连接电阻R18，电阻R15的一端连接VCC电压，另一端与电阻R16、R17、R18和下拉电阻R19相连，并输出基准电压Iref。
进一步的，跟随保护电路14包括运算放大器U2，运算放大器U2的正向输入端连接基准产生电路13的输出端、滤波电容C2、二极管D2的正极，滤波电容C2的另一端和二极管D2的负极接地，运算放大器U2的负向输入端连接电阻R20，运算放大器U2的输出端连接R20，并作为锂电池充电电路的电流基准信号。
进一步的，还包括CPU，CPU与输入功率检测电路11和锂电池充电电路相连接，CPU通过当前的取能功率和锂电池容量状况决定是否需要对锂电池进行充电维护。
进一步的，CPU对取能功率进行监测，当取能功率达到设定值时发出电池维护指令给电池充电，当锂电池电压达到8.4V或者充电电流小于10mA时发出停止充电指令。
有益效果：本实用新型通过较简单的硬件电路，实现装置配备的锂电池在不同的取能功率情况下的充电电流瞬时灵活可变的功能，电路结构简单，对元器件参数要求较低，成本低，电路工作稳定可靠，装置误判断率低，并且根据取能功率判断充电电流不依赖CPU运算处理，电流响应迅速实时。
附图说明
图1是本实施方式的模块连接图；
图2是本实施方式中输入功率检测电路和比较器电路的电路图；
图3是本实施方式中基准产生电路和跟随保护电路的电路图。
具体实施方式
本实施方式的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路如图1所示，包括输入功率检测电路11、比较器电路12、基准产生电路13和跟随保护电路14。本实施方式用于自取能的故障诊断装置，故障诊断装置通过一次电缆获得电能。输入功率检测电路11通过取能互感器(CT)监测一次电缆工作电流，并将电流整流滤波处理后得到电压变化范围可以确定的直流信号，比较器电路12将所述直流信号的电压与3个门限电压比较，产生3路控制信号。3路控制信号分别控制基准产生电路13中的3个三极管，通过三极管的导通与关闭组合产生不同的基准电压，该基准电压经跟随保护电路14，经过跟随放大，然后给锂电池充电电路作为电流给定基准信号。
本实施例中的电路连接如图2和图3所示。输入功率检测电路11包括取能互感器，取能互感器监测一次工作电流，取能互感器连接二极管D1，二极管D1连接电容C1和电阻R1，电阻R1连接电阻R2，电阻R2接地，电阻R1连接电阻R2端的电压V-输入到比较器电路12中。比较器电路12包括比较器U1A、U1B、U1C，比较器U1A、U1B、U1C的负向输入端连接V-，比较器U1A的正向输入端连接电阻R3、R4，门限电压Vref1为比较器U1A的正向输入端，电阻R3连接VCC电压，电阻R4接地，比较器U1A的输出端连接电阻R9，电阻R9另一端为输出信号OUT1，并连接下拉电阻R10，比较器U1B的正向输入端连接电阻R5、R6，门限电压Vref2为比较器U1B的正向输入端，电阻R5连接VCC电压，电阻R6接地，比较器U1B的输出端连接电阻R11，电阻R11另一端为输出信号OUT2，并连接下拉电阻R12，比较器U1C的正向输入端连接电阻R7、R8，门限电压Vref3为比较器U1C的正向输入端，电阻R7连接VCC电压，电阻R8接地，比较器U1C的输出端连接电阻R13，电阻R13另一端为输出信号OUT3，并连接下拉电阻R14。其中，Vref1>Vref2>Vref3。基准产生电路13包括三极管Q1、Q2、Q3，所述3路控制信号OUT1、OUT2、OUT3分别连接到三极管Q1、Q2、Q3的基极，三极管Q1、Q2、Q3的发射极接地，三极管Q1的集电极连接电阻R16，三极管Q2的集电极连接电阻R17，三极管Q3的集电极连接电阻R18，电阻R15的一端连接VCC电压，另一端与电阻R16、R17、R18和下拉电阻R19相连，并输出基准电压Iref。跟随保护电路14包括运算放大器U2，运算放大器U2的正向输入端连接基准产生电路13的输出端Iref、滤波电容C2、二极管D2的正极，滤波电容C2的另一端和二极管D2的负极接地，运算放大器U2的负向输入端连接电阻R20，运算放大器U2的输出端连接R20，并作为锂电池充电电路的电流基准信号。
作为一种优选，还包括CPU，CPU与输入功率检测电路11和锂电池充电电路相连接，CPU通过当前的取能功率和锂电池当前容量状态以及当前环境温度等情况决定是否需要对锂电池进行充电维护。
本电路的工作原理为，在所连接的故障诊断装置正常工作时，故障诊断装置通过一次电缆取能获得电能。取能互感器(CT)监测一次电缆工作电流，并将交流信号经二极管D1整流，电容C1滤波后形成直流信号。为保证电容滤波效果，电阻R1、R2一般选取阻值较大，电容电压经分压后得到电压V-进入比较器U1A、U1B、U1C的负向输入端。锂电池充电电流大小需要跟随取能功率大小，为了判别取能功率状况，在比较器U1A、U1B、U1C的正向输入端接入门限电压Vref1、Vref2和Vref3，门限电压由VCC经分压电阻获得，而无需精度较高的基准电压源，Vref1>Vref2>Vref3。比较器电路12的输出情况具体说明如下：
无取能功率时，V-＝0，Out1＝1，Out2＝1，Out3＝1；
取能功率非常低时，V-<Vref3，Out1＝1，Out2＝1，Out3＝1；
取能功率较高时，Vref3<V-<Vref2，Out1＝0，Out2＝1，Out3＝1；
取能功率更高时，Vref2<V-<Vref1，Out1＝0，Out2＝0，Out3＝1；
取能功率非常充足时，Vref1<V-，Out1＝0，Out2＝0，Out3＝0。
比较器U1A、U1B、U1C输出端分别通过下拉电阻R10、R12和R14以避免输出信号Out1、Out2和Out3的不确定。Out1、Out2和Out3，分别控制三极管Q1、Q2、Q3的开通和关断，决定R16、R17、R18是否和R19并联，从而产生不同的Iref电压输出。当Out1＝1、Out2＝1、Out3＝1时，Q1、Q2、Q3导通，R16、R17、R18、R19电阻形成并联关系，再和R15串联，Iref此时获得的分压值很低。Iref经滤波电容C2，再经运放U2跟随放大，作为锂电池充电电路的电流基准信号。Out的输出其余组合依次类推。当取能功率充足，Out输出都为0，Q1、Q2、Q3全部关闭，此时Iref经R15、R19分压获得，且幅值最大，作为电流基准给充电电路，此时锂电池按照最大充电电流快速充电。
本实施例应用于自取电的户外故障诊断装置，通过检测一次侧工作电流来确定当前取能功率，且系统CPU根据当前电池状况和当前装置取能功率情况以及环境状况等因素，决定是否对锂电池进行充电维护。充电过程中，电路实时监测当前装置的取能电流大小，不间断地瞬时调整锂电池充电电流，在尽可能保障电池充电的同时，也保证装置的正常工作功率，从而使装置能够正常运行。在充电过程中，当充电完成或因为环境温度等其他原因不能满足继续充电的条件时，装置CPU发出停止充电的相关控制功能。对于锂电池来说，在取能功率正常的情况下，CPU发出电池维护指令给电池充电，直到电池电压达到8.4V，充电电流小于10mA时，CPU发出停止充电指令，系统完成锂电池充电维护工作。在充电过程中，装置实时检测当前装置取能功率，并根据取能功率来确定当前的充电电流：取能电流低于15A时，充电电流为0mA；取能电流不超过20A时，充电电流为50mA；取能电流在20～30A时，充电电流为100mA；其他情况下，锂电池最大充电电流为300mA。
Claims (8)
1.一种跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：包括输入功率检测电路11、比较器电路12、基准产生电路13和跟随保护电路14，
输入功率检测电路11获取一次工作电流，并经整流滤波处理后得到电压变化范围确定的直流信号；
比较器电路12将所述直流信号的电压与3个门限电压比较，产生3路控制信号；
基准产生电路13根据所述3路控制信号，产生不同的基准电压；
跟随保护电路14根据所述基准电压，经过跟随放大，生成锂电池充电电路的电流基准信号。
2.根据权利要求1所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：输入功率检测电路11包括取能互感器，取能互感器监测一次工作电流，取能互感器连接二极管D1正极，二极管D1负极连接电容C1和电阻R1，电阻R1连接电阻R2，电阻R2接地，电阻R1连接电阻R2端的电压V-输入到比较器电路12中。
3.根据权利要求1所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：比较器电路12包括比较器U1A、U1B、U1C，比较器U1A、U1B、U1C的负向输入端连接所述输入功率检测电路11的输出端，比较器U1A的正向输入端连接电阻R3、R4，电阻R3连接VCC电压，电阻R4接地，比较器U1A的输出端连接电阻R9，电阻R9连接下拉电阻R10，比较器U1B的正向输入端连接电阻R5、R6，电阻R5连接VCC电压，电阻R6接地，比较器U1B的输出端连接电阻R11，电阻R11连接下拉电阻R12，比较器U1C的正向输入端连接电阻R7、R8，电阻R7连接VCC电压，电阻R8接地，比较器U1C的输出端连接电阻R13，电阻R13连接下拉电阻R14。
4.根据权利要求1所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：基准产生电路13中设置3个三极管，根据三极管的导通和关闭组合产生不同的基准电压。
5.根据权利要求4所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：基准产生电路13包括三极管Q1、Q2、Q3，所述3路控制信号分别连接到三极管Q1、Q2、Q3的基极，三极管Q1、Q2、Q3的发射极接地，三极管Q1的集电极连接电阻R16，三极管Q2的集电极连接电阻R17，三极管Q3的集电极连接电阻R18，电阻R15的一端连接VCC电压，另一端与电阻R16、R17、R18和下拉电阻R19相连，并输出基准电压Iref。
6.根据权利要求1所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：跟随保护电路14包括运算放大器U2，运算放大器U2的正向输入端连接基准产生电路13的输出端、滤波电容C2、二极管D2的正极，滤波电容C2的另一端和二极管D2的负极接地，运算放大器U2的负向输入端连接电阻R20，运算放大器U2的输出端连接R20，并作为锂电池充电电路的电流基准信号。
7.根据权利要求1所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：还包括CPU，CPU与输入功率检测电路11和锂电池充电电路相连接，CPU通过当前的取能功率和锂电池容量状况决定是否需要对锂电池进行充电维护。
8.根据权利要求1所述的跟随输入功率的锂电池充电电流限定电路，其特征在于：CPU对取能功率进行监测，当取能功率达到设定值时发出电池维护指令给电池充电，当锂电池电压达到8.4V或者充电电流小于10mA时发出停止充电指令。
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