CN212627186U - 多路输出式主路电流可变的锂电池充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂电池充电器，具体的说是一种能够兼容市电交流输入和车载直流输入，具有多路输出，从而满足单兵系统用电装备的充电要求的多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，其特征在于所述充电输出端设有市电充电输入电路、车载充电输入电路，所述市电充电输入电路的输出端与交流/直流转换控制电路的输入端相连，交流/直流转换控制电路的输出端与直流/直流转换控制电路的输入端相连，直流/直流转换控制电路的输出端与充电输出端相连，所述车载充电输入电路的输出端接入交流/直流转换控制电路与直流/直流转换控制电路的连线中点，以保证车载直流输入电信号为20‑30V，具有效率高、结构紧凑、产品小型化、轻量化等优点。

Description

多路输出式主路电流可变的锂电池充电器

技术领域

本实用新型涉及锂电池充电器，具体的说是一种能够兼容市电交流输入和车载直流输入，具有多路输出，从而满足单兵系统用电装备的充电要求的多路输出式主路电流可变的锂电池充电器。

背景技术

随着单兵装备的多元化和智能化，装备中需要电池供电的电子类装备越来越多，随之而来的问题是如何解决装备能高效便捷地得到供电的问题。各种单兵装备都需要充电，充电器数目比较多且充电速度慢、效率低，装备集中充电时存在插孔不足、充电器体积大占用空间、重量大增加单兵负重等问题。

因此，急需一种具有集成度高、可靠性高、重量轻、体积小、效率高、能适应多场景、具有多种充电模式等特点的单兵系统用充电器。

发明内容

本实用新型针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够兼容市电交流输入和车载直流输入，具有多路输出，从而满足单兵系统用电装备的充电要求的多路输出式主路电流可变的锂电池充电器。

本实用新型可以通过以下措施达到：

一种多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，设有充电输入端以及充电输出端，其特征在于所述充电输出端设有市电充电输入电路、车载充电输入电路，所述市电充电输入电路的输出端与交流/直流转换控制电路的输入端相连，交流/直流转换控制电路的输出端与直流/直流转换控制电路的输入端相连，直流/直流转换控制电路的输出端与充电输出端相连，所述车载充电输入电路的输出端接入交流/直流转换控制电路与直流/直流转换控制电路的连线中点，以保证车载直流输入电信号为20-30V。

本实用新型还设有串联充电接口电路，串联充电接口电路的输入端接在市电充电输入电路与交流/直流转换控制电路之间，用于为下一个充电器充电。

本实用新型所述交流/直流转换控制电路设有依次连接的交流输入电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、交流/直流转换电路、直流整流输出电路，其中所述交流/直流转换电路采用半桥谐振电路实现，所述直流整流输出电路采用同步整流电路实现。

本实用新型所述串联充电接口电路的设计考虑至少保证三个充电器串接需求，输出功率最大为200W，与串联充电接口电路相连的输入电缆采用1mm²的线缆。

本实用新型所述充电输出端设有多路输出接口电路，多路输出接口电路分别用于为电池包、通信终端、信息终端/数字操控腕表、锂电池提供充电接口电路，也即所述多路输出接口电路包括提供9.5-16.8V恒流恒压源、12V恒压源、5V恒压源以及4.2V恒流恒压源电信号。

本实用新型所述多路输出接口电路中设有输出电压为9.5-16.8V的电池包充电电路，用于为电池包进行充电，为了适应不同场景下的需求，电池包充电电路包括3.5A和8.5A两种电流输出模式，分别对应不同状态下的快速充电要求，即标准充电模式和快速充电模式，并设有模式切换控制电路，模式切换控制电路中设有置于充电器外壳上的模式切换按钮；所述电池包充电电路采用同步整流BUCK拓扑结构，其中，Q1为电压高端MOS管，Q3为同步整流MOS管，芯片 HO、LO为互补并带有死区时间控制的PWM，分别驱动Q1和Q3的导通和关断，L1为储能电感，R12、R13为取样电阻，C8为输出端电容，当HO为高电平时，MOS管Q1导通，输入电压对电感L1充电，同时对负载供电；当HO为低电平时，电感上的电流因无法突变而继续向负载放电，直到LO为高电平时，整流管Q3同步打开导通；输出电压同过两个分压电阻到芯片的FB引脚上，而内部误差放大器基准电压为1.2V，则输出电压Vout=（1+R12/R13）*1.2V。如需设置输出电压到16.8V，可设定R12为15.4K，R13为1.185K，输出电压Vout=（1+15.4/1.185）*1.2V=16.79V；输出电流设定:输出电流大小可通过调节运放电阻R20阻值。

本实用新型所述多路输出接口电路中设有通信终端充电电路以及信息终端充电电路，二者分别采用输出电压可调的型号为TX4116的电源芯片实现，芯片采用固定的100KHz频率峰值电流模式控制，输出电压由FB引脚上的外部反馈电阻串检测，并馈送至内部误差放大器，误差放大器的输出将通过内部PWM比较器与高侧电流检测信号进行比较，当第二个信号高于第一个信号时，PWM比较器将产生一个关断信号来关闭高侧开关，误差放大器的输出电压会随输出负载电流按比例增加或减少，芯片内部具有逐周期峰值电流限制功能，有助于将负载电流保持在安全区域，输出电压由输出端电阻分压器来设置然后连接到FB引脚。

本实用新型所述多路输出接口电路中设有锂电池充电电路，用于为单节18650和17345锂电池充电，锂电池充电电路采用1.0MHz固定频率的同步降压型转换器，具有高达92%以上的充电效率，自身发热量极小，锂电池充电电路还具有完整的充电终止电路、自动再充电和一个精确度达±0.5%的4.2V预设充电电压，内部集成了防反灌保护、输出短路保护、芯片及电池温度保护等多种功能。

本实用新型还设有指示灯电路，指示灯电路连接在直流/直流转换电路与多路输出接口电路的输出端之间，通过设置多个指示灯，用来指示当前充电器的工作状态以及充电充满/未充满状态。

本实用新型的目的在于充电器输入接口支持市电交流输入和车载直流输入，并具有串联充电功能，输出接口能为电池包、通信终端、信息终端及数字操控腕表和18650及17345锂电池等不同的装备进行充电；基于此，考虑产品采用两级架构，即AC-DC转换控制电路和DC-DC转换控制电路，两个控制电路的中点作为车载直流控制电路输入的切入点，该切入点的电压范围应满足车载直流输入20V至30V的要求；本实用新型与现有技术相比，主要有以下优势：（1）输入端兼容市电220V和车载24V供电，并且在输入端设置兼容串联充电，即每一个充电器可以为下一个充电器供电；（2）输出接口能为电池包、通信终端、信息终端及数字操控腕表和18650及17345锂电池等不同的装备进行充电；（3）产品具备快慢充切换功能，模式按键为标准充电和快速充电切换开关。默认上电为标准充电，按下按键切换为快速充电。（4）工作效率高，其中交流/直流转换电路采用半桥谐振技术实现主开关管零电压导通降低开关损耗提高效率，比传统的正激电路效率提升3个百分点，直流整流输出电路采用同步整流技术代替传统二极管整流降低整流损耗提升效率，大大降低了损耗，提升了效率；直流/直流转换电路选用降压同步整流技术且电路占空比工作在控制芯片允许的最大占空比处，此时转换效率最高；输出线采用低内阻的线缆，减小线路损耗；（5）设计模块化、结构紧凑使产品小型化、轻量化。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是本实用新型的原理框图。

附图3是本实用新型实施例1中交流/直流变换电路的一种原理图。

附图4是本实用新型实施例1中通信终端充电电路的一种原理图。

附图5是本实用新型实施例1中信息终端充电电路的一种原理图。

附图6是本实用新型实施例1中锂电池充电电路的一种原理图。

附图7是本实用新型实施例1中指示灯控制电路18的一种原理图。

附图标记：市电输入线1、车载输入线2、市电充电输入电路3、车载充电输入电路4、交流/直流转换控制电路5、直流/直流转换控制电路6、串联充电接口电路7、交流输入电路8、EMI滤波电路9、整流滤波电路10、交流/直流转换电路11、直流整流输出电路12、电池包充电电路13、模式切换控制电路14、通信终端充电电路15、信息终端充电电路16、锂电池充电电路17、指示灯控制电路18、电池包接头19、通信终端接头20、信息终端接头21、锂电池22。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如附图1所示，本实用新型提出了一种多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，设有充电输入端以及充电输出端，所述充电输出端设有市电充电输入电路3、车载充电输入电路4，市电充电输入电路3的输入端连接市电输入线1，车载充电输入电路4的输入端连接车载输入线2，所述市电充电输入电路3的输出端与交流/直流转换控制电路5的输入端相连，交流/直流转换控制电路5的输出端与直流/直流转换控制电路6的输入端相连，直流/直流转换控制电路6的输出端与充电输出端相连，所述车载充电输入电路4的输出端接入交流/直流转换控制电路5与直流/直流转换控制电路6的连线中点，以保证车载直流输入电信号为20-30V。

本实用新型还设有串联充电接口电路7，串联充电接口电路7的输入端接在市电充电输入电路3与交流/直流转换控制电路5之间，用于为下一个充电器充电。

本实用新型所述交流/直流转换控制电路5设有依次连接的交流输入电路8、EMI滤波电路9、整流滤波电路10、交流/直流转换电路11、直流整流输出电路12，其中所述交流/直流转换电路11采用半桥谐振电路实现，所述直流整流输出电路12采用同步整流电路实现。

本实用新型所述串联充电接口电路7的设计考虑至少保证三个充电器串接需求，输出功率最大为200W，与串联充电接口电路相连的输入电缆采用1mm²的线缆。

本实用新型所述充电输出端设有多路输出接口电路，多路输出接口电路分别用于为电池包、通信终端、信息终端/数字操控腕表、锂电池提供充电接口电路，也即所述多路输出接口电路包括提供9.5-16.8V恒流恒压源、12V恒压源、5V恒压源以及4.2V恒流恒压源电信号。

本实用新型所述多路输出接口电路中设有输出电压为9.5-16.8V的电池包充电电路13，用于为电池包进行充电，为了适应不同场景下的需求，电池包充电电路包括3.5A和8.5A两种电流输出模式，分别对应不同状态下的快速充电要求，即标准充电模式和快速充电模式，并设有模式切换控制电路14，模式切换控制电路14中设有置于充电器外壳上的模式切换按钮；所述电池包充电电路13采用同步整流BUCK拓扑结构，其中，Q1为电压高端MOS管，Q3为同步整流MOS管，芯片 HO、LO为互补并带有死区时间控制的PWM，分别驱动Q1和Q3的导通和关断，L1为储能电感，R12、R13为取样电阻，C8为输出端电容，当HO为高电平时，MOS管Q1导通，输入电压对电感L1充电，同时对负载供电；当HO为低电平时，电感上的电流因无法突变而继续向负载放电，直到LO为高电平时，整流管Q3同步打开导通；输出电压同过两个分压电阻到芯片的FB引脚上，而内部误差放大器基准电压为1.2V，则输出电压Vout=（1+R12/R13）*1.2V，如需设置输出电压到16.8V，可设定R12为15.4K，R13为1.185K，输出电压Vout=（1+15.4/1.185）*1.2V=16.79V；输出电流设定:输出电流大小可通过调节运放电阻R20阻值。

本实用新型所述多路输出接口电路中设有通信终端充电电路15以及信息终端充电电路16，二者分别采用输出电压可调的型号为TX4116的电源芯片实现，芯片采用固定的100KHz频率峰值电流模式控制，输出电压由FB引脚上的外部反馈电阻串检测，并馈送至内部误差放大器，误差放大器的输出将通过内部PWM比较器与高侧电流检测信号进行比较，当第二个信号高于第一个信号时，PWM比较器将产生一个关断信号来关闭高侧开关，误差放大器的输出电压会随输出负载电流按比例增加或减少，芯片内部具有逐周期峰值电流限制功能，有助于将负载电流保持在安全区域，输出电压由输出端电阻分压器来设置然后连接到FB引脚。

本实用新型所述多路输出接口电路中设有锂电池充电电路17，用于为单节18650和17345锂电池充电，锂电池充电电路采用1.0MHz固定频率的同步降压型转换器，具有高达92%以上的充电效率，自身发热量极小，锂电池充电电路还具有完整的充电终止电路、自动再充电和一个精确度达±0.5%的4.2V预设充电电压，内部集成了防反灌保护、输出短路保护、芯片及电池温度保护等多种功能。

本实用新型还设有指示灯控制电路18，指示灯控制电路18连接在直流/直流转换电路6与多路输出接口电路的输出端之间，通过设置多个指示灯，用来指示当前充电器的工作状态以及充电充满/未充满状态。

实施例1：

本例提出了一种能够满足3个充电器串联充电，并能够实现市电交流信号与车载直流电信号输入、多路并行输出的多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，其中，为了实现支持市电至少3个充电器串联充电功能，本例设有串联充电接口电路7，考虑到至少3个充电器串联充电，需在输入电压最低值时设计线缆的线径，本例中充电器的最大输出功率约为200W，预估效率为89%，在输入电压下偏时单个充电器的输入电流为：176V÷（200÷89%）=0.8A，3个充电器串接的最大电流为3×0.58=2.4A；在制作输入线缆时采用1mm²的线缆，保守设计按6A/mm²计算，采用1mm²的线缆可支持3个以上充电器串联；

本例中交流/直流转换电路可为PFC加半桥LLC结构或者单独半桥LLC结构，两种可根据实际情况选择；其中如附图3所示，PFC电路由PFC电感、MOS管、超快恢复二极管、控制电路组成，PFC电路将整流后的300V直流电变为390V，并且提高功率因数；

半桥LLC 谐振变换器主电路由逆变网络、谐振网络、高频变压器、同步整流电路和母线电容构成，励磁电感Lm1=Lm2，Lm= Lm1+Lm2；为使变换器既能实现二次侧开关管的零电压开通，同时又能实现二次侧整流管的零电流关断，应使LLC 开关频率fs 满足条件：fm＜fs＜fr；其中，fm 为并联谐振频率，且

，fr 为串联谐振频率，且

。

高频变压器将变换器分为两部分：初级侧和次级侧，两者之间电气隔离，通过变压器进行能量传递，VD1A、VD2A为续流箝位二极管，在上电时保证后级续流供电，电路正常建立输出后不起作用；高压直流电被转换为低压24V，在次级侧，D6、D7为整流二极管，需要具有正向压降小、快恢复的特性，C31、C32、C33、C38为输出滤波电容，并储存能量；

本例中电池包充电电路输出电压支持9.6V至16.8V，为了适应不同场景下的需求，该接口设计了3.5A和8.5A两种电流输出模式，分别对应不同状态下的快速充电要求，即标准充电模式和快速充电模式。两种充电模式可通过充电器上的模式切换按钮一键切换；本电路拓扑为典型的同步整流BUCK结构。采用恒定电流/恒定电压线性充电器，同步整流MOS管代替快恢复整流二极管，从而极大提高电源转换效率；其中，Q1为电压高端MOS管，Q3为同步整流MOS管，芯片 HO、LO为互补并带有死区时间控制的PWM，分别驱动Q1和Q3的导通和关断。L1为储能电感，R12、R13为取样电阻，C8为输出端电容。当HO为高电平时，开关管Q1导通，输入电压对电感L1充电，同时对负载供电；当HO为低电平时，电感上的电流因无法突变而继续向负载放电，直到LO为高电平时，整流管Q3同步打开导通。

如附图4及附图5所示，本例中通信终端充电电路和信息终端充电电路采用相同的设计，通信终端充电的负载为12V/2A的通信终端；充电电源采用一款输出电压可调的电源芯片TX4116，通过采样输出电压建立电压负反馈电路调节芯片的反馈脚来实现恒压供电功能；工作时输出电压由FB引脚上的外部反馈电阻串检测，并馈送至内部误差放大器。误差放大器的输出将通过内部PWM比较器与高侧电流检测信号进行比较。当第二个信号高于第一个信号时，PWM比较器将产生一个关断信号来关闭高侧开关。误差放大器的输出电压会随输出负载电流按比例增加或减少。芯片内部具有逐周期峰值电流限制功能，有助于将负载电流保持在安全区域。输出电压由输出端电阻分压器来设置然后连接到FB引脚。分压电阻需使用精度为的1％的电阻。

如附图6所示，本例中锂电池充电电路用于给单节18650和17345锂电池充电的电源电路，该电路采用1.0MHz固定频率的同步降压型转换器，具有高达92%以上的充电效率，自身发热量极小，此外，该电路具有完整的充电终止电路、自动再充电和一个精确度达±0.5%的4.2V预设充电电压，内部集成了防反灌保护、输出短路保护、芯片及电池温度保护等多种功能。

如附图7所示，本例中还设有指示灯控制电路18，模式按键为标准充电和快速充电切换开关，标充时亮标充灯，快充时亮快充灯；充电器空载上电，所有充电指示灯亮蓝灯；电池包充电输出线缆连接负载时，接通输入电源，负载电池正常充电时红灯亮；当红灯变为蓝灯时，电池充满；通信终端输出线缆连接负载时，接通输入电源，充电蓝灯亮。信息终端/数字操控腕表输出线缆连接负载时，接通输入电源，充电蓝灯亮。锂电池充电装置放入18650电池时，接通输入电源，电池正常充电时对应输出充电指示红灯亮；当红灯变为蓝灯时，电池充满。放入17345电池时，接通输入电源，电池正常充电时对应输出充电指示红灯亮；当红灯变为蓝灯时，电池充满。

本实用新型与现有技术相比，充电器支持交流220V和直流24V输入，满足不同应用场合的需求，并且输入端支持串联充电，当充电插口不足时可为下一个充电器充电；充电器体积小、效率高、模块化程度高；充电器支持多路输出同时工作，可以同时给多个设备供电；电池包充电可以标准充电快速充电转换，支持不同场景下的充电模式。

Claims (5)

1.一种多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，设有充电输入端以及充电输出端，其特征在于所述充电输出端设有市电充电输入电路、车载充电输入电路，所述市电充电输入电路的输出端与交流/直流转换控制电路的输入端相连，交流/直流转换控制电路的输出端与直流/直流转换控制电路的输入端相连，直流/直流转换控制电路的输出端与充电输出端相连，所述车载充电输入电路的输出端接入交流/直流转换控制电路与直流/直流转换控制电路的连线中点，以保证车载直流输入电信号为20-30V。

2.根据权利要求1所述的一种多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，其特征在于还设有串联充电接口电路，串联充电接口电路的输入端接在市电充电输入电路与交流/直流转换控制电路之间。

3.根据权利要求1所述的一种多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，其特征在于所述交流/直流转换控制电路设有依次连接的交流输入电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、交流/直流转换电路、直流整流输出电路，其中所述交流/直流转换电路采用半桥谐振电路实现，所述直流整流输出电路采用同步整流电路实现。

4.根据权利要求2所述的一种多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，其特征在于所述串联充电接口电路的设计考虑至少保证三个充电器串接需求，输出功率最大为200W，与串联充电接口电路相连的输入电缆采用1mm²的线缆。

5.根据权利要求1所述的一种多路输出式主路电流可变的锂电池充电器，其特征在于所述充电输出端设有多路输出接口电路，多路输出接口电路分别用于为电池包、通信终端、信息终端/数字操控腕表、锂电池提供充电接口电路，也即所述多路输出接口电路包括提供9.5-16.8V恒流恒压源、12V恒压源、5V恒压源以及4.2V恒流恒压源电信号。

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