CN214755593U - 一种恒压恒流充电控制电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型用于电气技术领域，提供一种恒压恒流充电控制电路及开关电源，电路包括恒流控制模块和恒压控制模块，恒流控制模块与充电电路连接，用于在充电电流大于预设的电流阈值时，控制充电电路输出恒定电流为电池充电；恒压控制模块包括恒压电源芯片和分压单元，分压单元与电池连接，恒压电源芯片与分压单元、充电电路以及恒流控制模块连接，用于在电池电压大于预设的电压阈值时，控制充电电路输出恒定电压为电池充电。本实用新型在电池的充电电流大于预设的电流阈值时，进入恒流环为电池恒流充电，而在电池电压大于电压阈值时，进入恒压环为电池恒压充电，从而在恒压电源芯片上实现了恒压恒流功能，能有效降低开关电源对芯片的要求。

Description

一种恒压恒流充电控制电路及开关电源

技术领域

本实用新型属于电气技术领域，尤其涉及一种恒压恒流充电控制电路及开关电源。

背景技术

开关电源是一种电能转换装置，是开关电源供应器的一种。相比于传统电源，开关电源具有体积小，转换效率高的优势，因此被广泛应用于各个领域，给人们的生活带来便利。当开关电源对充电电池进行充电的过程中，开始时电池电压较低，会进入恒流充电的状态，用较大的电流提高充电的效率，在充电电池将近充满时进入恒压充电状态，改用恒压充电。

但是，现在的开关电源给充电电池进行充电是基于恒压恒流控制开关电源芯片来实现恒压恒流功能，对于恒压控制开关电源芯片则无法实现恒压恒流功能，对芯片的要求较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种恒压恒流充电控制电路，旨在解决现有恒压控制开关电源芯片无法实现恒压恒流功能的问题。

本实用新型实施例提供一种恒压恒流充电控制电路，包括：

在电池的充电电流大于预设的电流阈值时，控制充电电路输出恒定电流为电池充电的恒流控制模块，恒流控制模块与充电电路连接；

在电池的电池电压大于预设的电压阈值时，控制充电电路输出恒定电压为电池充电的恒压控制模块，恒压控制模块包括恒压电源芯片和分压单元，分压单元与电池的输出端连接，恒压电源芯片与分压单元、充电电路以及恒流控制模块连接。

第二方面，本申请还提供一种开关电源，开关电源包括如上述的恒压恒流充电控制电路。

本实用新型实施例通过恒压控制模块的分压单元对电池的输出进行分压，然后通过恒压电源芯片根据分压单元检测电池的电池电压，当电池的电压低于预设的电压阈值时，充电电路的充电电流会上升，当电池的充电电流大于预设的电流阈值时，恒流控制模块动作，以使充电电路输出恒定电流为电池充电，而在充电过程中当电池电压逐步上升大于电压阈值时，恒压电源芯片进入恒压工作模式，以使充电电路输出恒定电压为电池充电，从而在恒压电源芯片上实现了恒压恒流功能，能有效降低开关电源对芯片的要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种恒压恒流充电控制电路一个实施例的模块示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种恒压恒流充电控制电路一个实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现在的开关电源无法基于恒压控制开关电源芯片实现恒压恒流功能，局限性强。本实用新型通过能在恒压电源芯片上实现了恒压恒流功能，能有效降低开关电源对芯片的要求。

实施例一

在一些可选实施例中，如图1至图2所示，本申请一个实施例提供一种恒压恒流充电控制电路，包括恒流控制模块1和恒压控制模块2。

恒流控制模块1与电池100的充电电路101连接，用于在电池100的充电电流大于预设的电流阈值时，控制充电电路101输出恒定电流为电池100充电；

恒压控制模块2包括恒压电源芯片U1和分压单元21，分压单元21与电池100的输出端连接，恒压电源芯片U1与分压单元21、充电电路101以及恒流控制模块1连接，用于在电池100的电池电压大于预设的电压阈值时，控制充电电路101输出恒定电压为电池100充电。

在实施时，充电电路101与电池100和电源102耦合，电源102通过充电电路101对电池100进行充电，分压单元21与电池100连接以对电池100进行分压，分压单元21还与恒压电源芯片U1连接，恒压电源芯片U1可以采用LM5116芯片，恒压电源芯片U1根据分压单元21的分压结果检测电池100的电池电压，在电池100的电压较低时，恒压电源芯片U1不会动作，此时充电电流上升，当充电电流大于电流阈值时，恒流控制模块1控制充电电路101对电池100进行恒流充电，进入恒流环，以提高充电效率。随着电池电压的上升，当电池电压大于电压阈值时，恒压电源芯片U1动作，恒压电源芯片U1进入恒压工作模式控制充电电路101对电池100进行恒压充电，进入恒压环，恒压恒流环共同作用，此时充电电流会逐渐减小，直至退出恒流环，仅恒压环动作，当检测到充电电流小于涓充电流时确认充电结束。

恒流恒压充电第一阶段是对电池100进行恒流充电，恒流充电是以恒定的电流为电池100充电的方式，在实施时，恒流充电的充电电流大小是由负载(电池100)决定的，电流阈值可以设定成恒流充电的电流值，以电池100的电压为4.2V为例，当电池100消耗完电量后，电池100的电压低于4.2V，此时对电池100进行充电，充电电流上升至电流阈值时，例如充电电流上升至X时，X＝W/4.2，其中，W为电源102的充电功率，恒流环动作，对电池100进行恒流充电，随着充电进程的继续，电池100被充入越来越多的电量，电池100的电压越来越高，如果不进行限压，电池100的电压会持续上升，内部极化，直至破坏电池结构，电池失效，甚至爆炸。电压阈值由负载决定，例如电池100的电压为12V，电压阈值的取值范围为14.2V至14.7V之间，在一些实施例中，为提高充电效率，电压阈值还可以高于14.7V，而为了保护电池100，电压阈值的取值还可以低于14.2V，电压阈值能使电池100充满又不会使电池100损坏即可，还是以电池100的电压为4.2V为例，电压阈值的值为5V，当电池100的电压上升至5V时，恒压环动作，对电池100进行5V恒压充电，恒压充电过程中充电电流随时间逐渐减小，直至充电电流下降至涓充电流(例如0.1C-0.02C，C＝电池容量/h)，可认为电池充满，至此充电过程结束。

本申请实施例通过恒压控制模块2的分压单元21对电池100的输出进行分压，然后通过恒压电源芯片U1根据分压单元21检测电池100的电池电压，当电池100的电压低于预设的电压阈值时，充电电路101的充电电流会上升，当电池100的充电电流大于预设的电流阈值时，恒流控制模块1动作，以使充电电路101输出恒定电流为电池100充电，而在充电过程中当电池100的电压逐步上升大于电压阈值时，恒压电源芯片U1进入恒压工作模式，以使充电电路101输出恒定电压为电池100充电，从而在恒压电源芯片U1上实现了恒压恒流功能，能有效降低开关电源对芯片的要求。

实施例二

在一些可选实施例中，分压单元21包括第一电阻R1和稳压二极管D1；

稳压二极管D1的阳极与恒压电源芯片U1的恒压反馈引脚FB连接，阴极与电池100的输出端Vout连接；

第一电阻R1的一端与稳压二极管D1的阳极连接，第一电阻R1的另一端接地。

在实施时，恒压电源芯片U1采用LM5116芯片，通过将分压单元21的稳压二极管D1和第一电阻R1进行分压，当输出端Vout的电压达到稳压管门限时进入恒压环，该稳压管门限对应电压阈值，而当输出端Vout的电压较低时，此时充电电流上升，恒流控制模块1动作，此时稳压二极管D1截止，恒压电源芯片U1不会动作，实现恒流独立控制，不会影响输出电压稳压。

实施例三

在一些可选实施例中，恒流控制模块1包括电流采样单元11、恒流控制单元12以及恒流动作单元13；

电流采样单元11与充电电路101连接，用于采样充电电路101的充电电流；

恒流控制单元12与电流采样单元11的输出端连接，用于根据电流采样单元11采样得到的充电电流输出控制信号；

恒流动作单元13与恒流控制单元12的输出端连接，用于根据控制信号控制充电电路101输出恒定电流。

在实施时，电流采样单元11包括电流采样芯片U2、第一电容C1和第二电容C2；

电流采样芯片U2包括正采样引脚VIN+、负采样引脚VIN-、芯片电压引脚Vo、电压正引脚V+和电压负引脚V-，正采样引脚VIN+和负采样引脚VIN-与充电电路101连接，芯片电压引脚Vo连接至恒流控制单元12和恒流动作单元13，电压正引脚V+连接第一电压端Vcc，电压负引脚V-接地；

第一电容C1的一端与芯片电压引脚Vo连接，第一电容C1的另一端接地；

第二电容C2的一端与电压正引脚V+连接，第二电容C2的另一端接地。

在实施时，正采样引脚VIN+和负采样引脚VIN-可以设计成与充电电路101中的采样电阻(图未示出)连接，电流采样芯片U2即可采样充电电路101的充电电流，并通过芯片电压引脚Vo输出采样信号Iout-Mes至恒流控制单元12和恒流动作单元13。

在一些实施例中，恒流控制单元12包括运算放大器U3、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一二极管D2；

运算放大器U3的同相输入端通过第二电阻R2与芯片电压引脚Vo连接，反向输入端通过第三电阻R3与恒流门限电压端Vref连接；

第一二极管D2的阳极与运算放大器U3的输出端连接，第一二极管D2的阴极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与恒流动作单元13连接。

恒流动作单元13包括第六电阻R6和开关管Q1；

开关管Q1的第一引脚通过第六电阻R6与芯片电压引脚Vo连接，第二引脚与第四电阻R4的另一端连接，第三引脚与第一电阻R1的一端连接。

在实施时，开关管Q1可以采用三极管或者MOS管，开关管Q1的第一引脚、第二引脚和第三引脚分别对应三极管或者MOS管的三个管脚，例如当开关管Q1为三极管时，开关管Q1的第一引脚、第二引脚和第三引脚分别为三级管的集电极、基极和发射极，而当开关管Q1为MOS管时，开关管Q1的第一引脚、第二引脚和第三引脚分别为MOS管的漏极、栅极和源极。

运算放大器U3的正向输入端和反向输入分别连接芯片电压引脚Vo和恒流门限电压端Vref，从而将采样信号Iout-Mes与恒流门限电压端Vref的参考恒流门限进行比较，该参考恒流门限对应电流阈值，在实施时，本申请提供的恒压恒流充电控制电路的恒压恒流充电步骤包括：

当电池100的电压较低时，输出端Vout的电压未达到稳压二极管D1的稳压管门限，此时稳压二极管D1截止，充电电流上升，恒流控制模块1动作，通过电流采样单元11的电流采样芯片U2进行电流采样充电电流，当检测到充电电流大于参考恒流门限时，运算放大器U3的输出端输出高电平，此时开关管Q1导通，第一电阻R1和第六电阻R6进行分压控制Iout-Mes恒流，进入恒流环。而当电池100的电压逐步上升达到稳压二极管D1的稳压管门限时，此时稳压二极管D1导通，恒压电源芯片U1进入恒压工作模式，进入恒压环，初始恒压恒流环共同作用，此时充电电流会逐步减小，直至退出恒流滞环，仅恒压环动作，当检测到充电电流小于涓充电流时，确认充电结束。

在另一些实施例中，恒流控制单元13还包括第五电阻R5和第三电容C3；

第五电阻R5的一端与反向输入端连接，第五电阻R5的另一端接地，第三电容C3与第五电阻R5并联。通过第五电阻R5和第三电容C3能有效提高恒流门限电压端Vref的参考恒流门限信号，进而提高运算放大器的比对精度，提高电路的稳定性。

实施例四

在一些可选实施例中，本申请还提供一种开关电源，开关电源包括如上述的恒压恒流充电控制电路。电路包括恒流控制模块1和恒压控制模块2。

恒流控制模块1与电池100的充电电路101连接，用于在电池100的充电电流大于预设的电流阈值时，控制充电电路101输出恒定电流为电池100充电；恒压控制模块2包括恒压电源芯片U1和分压单元21，分压单元21与电池100的输出端连接，恒压电源芯片U1与分压单元21、充电电路101以及恒流控制模块1连接，用于在电池100的电池电压大于预设的电压阈值时，控制充电电路101输出恒定电压为电池100充电。

在实施时，分压单元21与电池100连接以对电池100进行分压，分压单元21还与恒压电源芯片U1连接，恒压电源芯片U1根据分压单元21的分压结果检测电池100的电池电压，在电池100的电压较低时，恒压电源芯片U1不会动作，此时充电电流上升，当充电电流大于电流阈值时，恒流控制模块1控制充电电路101对电池100进行恒流充电，进入恒流环，以提高充电效率。随着电池电压的上升，当电池电压大于电压阈值时，恒压电源芯片U1动作控制充电电路101对电池100进行恒压充电，进入恒压环，恒压恒流环共同作用，此时充电电流会逐渐减小，直至退出恒流环，仅恒压环动作，当检测到充电电流小于涓充电流时确认充电结束。

本申请实施例通过恒压控制模块2的分压单元21对电池100的输出进行分压，然后通过恒压电源芯片U1根据分压单元21检测电池100的电池电压，当电池100的电压低于预设的电压阈值时，充电电路101的充电电流会上升，当电池100的充电电流大于预设的电流阈值时，恒流控制模块1动作，以使充电电路101输出恒定电流为电池100充电，而在充电过程中当电池100的电压逐步上升大于电压阈值时，恒压电源芯片U1动作，以使充电电路101输出恒定电压为电池100充电，从而在恒压电源芯片U1上实现了恒压恒流功能，能有效降低开关电源对芯片的要求。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种恒压恒流充电控制电路，其特征在于，包括：

在电池的充电电流大于预设的电流阈值时，控制充电电路输出恒定电流为所述电池充电的恒流控制模块，所述恒流控制模块与所述充电电路连接；

在所述电池的电池电压大于预设的电压阈值时，控制所述充电电路输出恒定电压为所述电池充电的恒压控制模块，所述恒压控制模块包括恒压电源芯片和分压单元，所述分压单元与所述电池的输出端连接，所述恒压电源芯片与所述分压单元、所述充电电路以及所述恒流控制模块连接。

2.如权利要求1所述的恒压恒流充电控制电路，其特征在于，所述分压单元包括第一电阻和稳压二极管；

所述稳压二极管的阳极与所述恒压电源芯片的恒压反馈引脚连接，阴极与所述电池的输出端连接；

所述第一电阻的一端与所述稳压二极管的阳极连接，另一端接地。

3.如权利要求2所述的恒压恒流充电控制电路，其特征在于，所述恒流控制模块包括电流采样单元、恒流控制单元以及恒流动作单元；

所述电流采样单元与所述充电电路连接，用于采样所述充电电路的充电电流；

所述恒流控制单元与所述电流采样单元的输出端连接，用于根据所述电流采样单元采样得到的所述充电电流输出控制信号；

所述恒流动作单元与所述恒流控制单元的输出端连接，用于根据所述控制信号控制所述充电电路输出恒定电流。

4.如权利要求3所述的恒压恒流充电控制电路，其特征在于，所述电流采样单元包括电流采样芯片、第一电容和第二电容；

所述电流采样芯片包括正采样引脚、负采样引脚、芯片电压引脚、电压正引脚和电压负引脚，所述正采样引脚和负采样引脚与所述充电电路连接，所述芯片电压引脚连接至所述恒流控制单元和所述恒流动作单元，所述电压正引脚连接第一电压端，所述电压负引脚接地；

所述第一电容的一端与所述芯片电压引脚连接，另一端接地；

所述第二电容的一端与所述电压正引脚连接，另一端接地。

5.如权利要求4所述的恒压恒流充电控制电路，其特征在于，所述恒流控制单元包括运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一二极管；

所述运算放大器的同相输入端通过所述第二电阻与所述芯片电压引脚连接，反向输入端通过所述第三电阻与恒流门限电压端连接；

所述第一二极管的阳极与所述运算放大器的输出端连接，阴极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述恒流动作单元连接。

6.如权利要求5所述的恒压恒流充电控制电路，其特征在于，所述恒流控制单元还包括第五电阻和第三电容；

所述第五电阻的一端与所述反向输入端连接，另一端接地，所述第三电容与所述第五电阻并联。

7.如权利要求5所述的恒压恒流充电控制电路，其特征在于，所述恒流动作单元包括第六电阻和开关管；

所述开关管的第一引脚通过所述第六电阻与所述芯片电压引脚连接，第二引脚与所述第四电阻的另一端连接，第三引脚与所述第一电阻的一端连接。

8.如权利要求7所述的恒压恒流充电控制电路，其特征在于，所述开关管包括三极管和MOS管中的任意一种。

9.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括如权利要求1至8中任一项所述的恒压恒流充电控制电路。

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