CN217406229U - 一种大功率恒流恒压充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率恒流恒压充电电路，通过在电路中设置控制单元、第一驱动电路、第二驱动电路、电流反馈电路、电压反馈电路、转换电路、开关电路和霍尔电流传感器，可以根据控制单元输出高低电平来控制第一驱动电路、第二驱动电路的工作，转换电路可以将输入电路中得高电压转换成低电压，使得控制板可以正常工作。霍尔电流传感器可以实时采集电流并通过电流反馈电路反馈至控制板，电压反馈单路可以实时采集电路中充电电压并反馈值控制板，开关电路可以调节电路输出电压，确保电路的正常工作，第一驱动电路和第二驱动电路配合可以实现实时数据采集控制电池恒流或恒压充电，确保了大功率充电电路的工作稳定性。

Description

一种大功率恒流恒压充电电路

技术领域

本实用新型属于电池充电技术领域，尤其涉及一种大功率恒流恒压充电电路。

背景技术

电动自行车、新能源纯电动汽车所用的蓄电池，包括铅酸电池、镍镉电池、三元锂电等，其中，铅酸电池、镍镉电池出现较早，也是已经被普遍淘汰的电池种类，而如今主流的纯电动车基本上都是采用的锂电池。锂电池自发明以来，具体能量密度高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、无污染等独特优势，无可厚非的成为电动车动力电池的首选。一方面，为保证电动车续航能力，锂电池电容量被尽量放大，另一方面，如何对大容量的锂电池，尤其是整个电池组进行快速稳定安全的充电，成为亟待解决的问题。

目前，市场上对于锂电池的充电，多采用恒压充电、恒流充电的方式，在给定充电最大输出功率时，充电电路的最大功率出现的时间短，大多数时间充电没有用到最大输出功率，而充电时间较长，不适合大容量电池的快速充电。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种大功率恒流恒压充电电路，通过实时数据采集控制电池恒流或恒压充电，电池可以快速安全的完成充电，避免因充电失误导致电池寿命、性能受到影响，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种大功率恒流恒压充电电路，包括控制单元、第一驱动电路、第二驱动电路、电流反馈电路、电压反馈电路、转换电路、开关电路和霍尔电流传感器，所述转换电路用于连接外部电源将交流电转换为直流电并给所述控制单元供电，所述第一驱动电路、所述第二驱动电路连接所述控制单元，所述电流反馈电路、所述电压反馈电路与所述控制单元连接，所述开关电路的一端连接所述控制单元，所述开关电路的另一端连接所述电压反馈电路，所述霍尔电流传感器的一端连接至所述第二驱动电路、所述电流反馈电路，所述霍尔电流传感器的另一端连接所述开关电路；

其中，所述转换电路接收交流电压并整流输出直流电压，所述霍尔电流传感器用于采集电池的充电电流，所述电流反馈单元将所述充电电流反馈至控制单元，所述控制单元根据所述充电电流控制所述第一驱动电路给电池恒流充电；当所述开关电路导通时，所述电压反馈电路将电池的充电电压发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述充电电压控制所述第二驱动电路给电池恒压充电。

作为上述技术方案的进一步改进，所述控制单元包括稳压电路和接口电路，所述稳压电路与所述转换电路连接，所述接口电路与所述第一驱动电路、所述第二驱动电路的输入端对应连接，所述第一驱动电路和所述第二驱动电路通过电感连接；

所述稳压电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻和有源晶振，所述第一电容与所述第二电容并联连接，所述有源晶振连接所述第一电容和所述第二电容，所述第三电容与所述第一电阻并联，所述接口电路包括四个PWM接口，每两个所述PWM接口为一组用于输出整流控制信号并分别对应连接所述第一驱动电路、所述第二驱动电路。

作为上述技术方案的进一步改进，所述开关电路包括继电器、二极管和开关管，所述继电器与所述二极管并联并连接至所述开关管的漏极，所述开关管的栅极连接所述控制单元，所述开关管的源极接地；

当所述开关管接收到所述控制单元发送的充电指令时，所述继电器导通，所述二极管用于反向保护电路的正常工作。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电压反馈电路包括第二电阻、第四电容、第四电阻、第六电容、第六电阻、第二比较器、第九电阻和第十电阻，所述第二电阻与所述第四电容的输入端并联连接所述控制单元，所述第四电容的输出端接地，所述第六电容、所述第四电阻并联连接在所述第二比较器两端，所述第二电阻与所述比较器的输出端连接，所述第六电阻的一端连接至所述比较器的高压端和所述第十电阻，所述第二比较器的低压端与所述第九电阻，所述第六电阻的另一端接地。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一驱动电路包括U3芯片、第十三电阻和第十四电阻，所述U3芯片的第一引脚连接电压源，所述U3芯片的第二引脚、第四引脚分别连接所述第十三电阻、所述第十四电阻，所述U3芯片的第三引脚接地，所述U3芯片的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚连接所述第二比较器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电流反馈电路包括第三电阻、第五电容、第五电阻、第一比较器、第七电阻和第八电阻，所述第三电阻和所述第五电容并联连接所述控制单元，所述第五电阻并联在所述第一比较器的两端，所述第三电阻与所述第一比较器的输出端连接，所述比较器的高压端与所述第七电阻连接，所述第一比较器的低压端与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端接地。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二驱动电路包括U2芯片、第十一电阻和第十二电阻，所述U2芯片的第一引脚连接电压源，所述U2芯片的第二引脚、第四引脚分别连接所述第十一电阻、所述第十二电阻，所述U2芯片的第三引脚接地，所述U2芯片的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚连接所述第一比较器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述转换电路包括ACDC转换模块和交流输入端，所述ACDC转换模块用于将所述交流输入端的交流电压转换为直流电压，所述第一驱动电路的第一输出端连接第十五电阻、第一功率MOS管，所述第一功率MOS管的栅极连接所述第十五电阻和第十七电阻，所述第一功率MOS管的漏极连接所述ACDC转换模块和第七电容，所述第一功率MOS管的源极与所述第十七电阻连接；

所述第一驱动电路的第二输出端连接第十六电阻、第二功率MOS管，所述第二功率MOS管的栅极连接所述第十六电阻和第十八电阻，所述第二功率MOS管的漏极连接所述第一功率MOS管，所述第二功率MOS管的源极接地。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二驱动电路的第一输出端连接第十九电阻、第三功率MOS管，所述第三功率MOS管的栅极连接所述第十九电阻和第二十一电阻，所述第三功率MOS管的漏极连接第八电容和所述霍尔电流传感器，所述第三功率MOS管的源极与所述第二十一电阻连接；

所述第二驱动电路的第二输出端连接第二十电阻、第四功率MOS管，所述第四功率MOS管的栅极连接所述第二十电阻和第二十二电阻，所述第四功率MOS管的漏极连接所述第三功率MOS管，所述第四功率MOS管的源极接地。

本实用新型提供了一种大功率恒流恒压充电电路，通过在电路中设置控制单元、第一驱动电路、第二驱动电路、电流反馈电路、电压反馈电路、转换电路、开关电路和霍尔电流传感器，可以根据控制单元输出高低电平来控制第一驱动电路、第二驱动电路的工作，转换电路可以将输入电路中得高电压转换成低电压，使得控制板可以正常工作。霍尔电流传感器可以实时采集电流并通过电流反馈电路反馈至控制板，电压反馈单路可以实时采集电路中充电电压并反馈值控制板，开关电路可以调节电路输出电压，确保电路的正常工作。第一驱动电路和第二驱动电路配合可以实现实时数据采集控制电池恒流或恒压充电，每个电池的充电模式均不受干扰，可以提高电池充电效率，电流反馈电路和电压反馈电路的配合可以提高实时采集电路中得电压或电流的精确度，并灵活调整电池的充电模式即恒压充电或恒流充电，确保了大功率充电电路的工作稳定性。

附图说明

图1为本实用新型提出的大功率恒流恒压充电电路的结构框图；

图2为本实用新型提出的大功率恒流恒压充电电路的原理图；

图3为本实用新型提出的控制单元的电路图；

图4为本实用新型提出的第一驱动电路的结构示意图；

图5为本实用新型提出的第二驱动电路的结构示意图。

主要元件符号说明如下：

1-控制单元；2-第一驱动电路；3-第二驱动电路；4-电流反馈电路；5-电压反馈电路；6-转换电路；7-开关电路；8-霍尔电流传感器；9-稳压电路；10-接口电路；11-第一比较器；12-第二比较器；13-ACDC转换模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参阅图1和图2，本实用新型提供了一种大功率恒流恒压充电电路，包括控制单元1、第一驱动电路2、第二驱动电路3、电流反馈电路4、电压反馈电路5、转换电路6、开关电路7和霍尔电流传感器8，所述转换电路6用于连接外部电源将交流电转换为直流电并给所述控制单元1供电，所述第一驱动电路2、所述第二驱动电路3连接所述控制单元1，所述电流反馈电路4、所述电压反馈电路5与所述控制单元1连接，所述开关电路7的一端连接所述控制单元1，所述开关电路7的另一端连接所述电压反馈电路5，所述霍尔电流传感器8的一端连接至所述第二驱动电路3、所述电流反馈电路4，所述霍尔电流传感器8的另一端连接所述开关电路7；

其中，所述转换电路6接收交流电压并整流输出直流电压，所述霍尔电流传感器8用于采集电池的充电电流，所述电流反馈单元4将所述充电电流反馈至控制单元1，所述控制单元1根据所述充电电流控制所述第一驱动电路2给电池恒流充电；当所述开关电路7导通时，所述电压反馈电路5将电池的充电电压发送给所述控制单元1，所述控制单元1根据所述充电电压控制所述第二驱动电路3给电池恒压充电。

参阅图3，本实施例中，所述控制单元1包括稳压电路9和接口电路10，所述稳压电路9与所述转换电路6连接，所述接口电路10与所述第一驱动电路2、所述第二驱动电路3的输入端对应连接，所述第一驱动电路2和所述第二驱动电路3通过电感记为L1连接；所述稳压电路9包括第一电容记为C1、第二电容记为C2、第三电容记为C3、第一电阻记为R1和有源晶振记为Y1，所述第一电容与所述第二电容并联连接，所述有源晶振连接所述第一电容和所述第二电容，所述第三电容与所述第一电阻并联，所述接口电路10包括四个PWM接口，每两个所述PWM接口为一组用于输出整流控制信号并分别对应连接所述第一驱动电路2、所述第二驱动电路3。例如，电池组为二十串的三元锂电池，其参数值设为充电电流20A，充电电压84V，截止电流1A。电流启动时，控制板根据采集到的电压判断恒流充电还是恒压充电，若采集到的电压显示地域84V，则以20A充电电流进入恒流充电，控制板实时接收采集到的电压，在电压接近84V时判断进入恒压充电，电流慢慢减小，达到截止电流1A时结束充电。

需要说明的是，所述开关电路7包括继电器记为RY1、二极管记为D1和开关管记为Q1，所述继电器与所述二极管并联并连接至所述开关管的漏极，所述开关管的栅极连接所述控制单元1，所述开关管的源极接地；当所述开关管接收到所述控制单元1发送的充电指令时，所述继电器导通，所述二极管记为D1用于反向保护电路的正常工作。所述电压反馈电路5包括第二电阻记为R2、第四电容记为C4、第四电阻记为R4、第六电容记为C6、第六电阻记为R6、第二比较器、第九电阻记为R9和第十电阻记为R10，所述第二电阻与所述第四电容的输入端并联连接所述控制单元1，所述第四电容的输出端接地，所述第六电容、所述第四电阻并联连接在所述第二比较器两端，所述第二电阻与所述比较器的输出端连接，所述第六电阻的一端连接至所述比较器的高压端和所述第十电阻，所述第二比较器的低压端与所述第九电阻，所述第六电阻的另一端接地。

参阅图4和图5，应理解，稳压电路9可以将交流电压转变为低电压使得控制单元1正常工作，接口电路10为PWM接口用于整流输出，充电电路在启动时，控制单元1中得控制板根据采集的实时充电电压或充电电流可以调整第一驱动电路2、第二驱动电路3以最大功率对电池充电，从而提高电池充电速率，霍尔电流传感器8可以对电路中的电流变化进行检测，在电路的充电电流达到电流阈值时结束充电，从而保证了充电电路的工作安全性。

参阅图，可选地，所述第一驱动电路2包括U3芯片、第十三电阻记为R13和第十四电阻记为R14，所述U3芯片的第一引脚连接电压源，所述U3芯片的第二引脚、第四引脚分别连接所述第十三电阻、所述第十四电阻，所述U3芯片的第三引脚接地，所述U3芯片的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚连接所述第二比较器。

本实施例中，所述电流反馈电路4包括第三电阻记为R3、第五电容记为C5、第五电阻记为R5、第一比较器、第七电阻记为R7和第八电阻记为R8，所述第三电阻和所述第五电容并联连接所述控制单元，所述第五电阻并联在所述第一比较器的两端，所述第三电阻与所述第一比较器的输出端连接，所述比较器的高压端与所述第七电阻连接，所述第一比较器的低压端与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端接地。

需要说明的是，所述第二驱动电路3包括U2芯片、第十一电阻记为R11和第十二电阻记为R12，所述U2芯片的第一引脚连接电压源，所述U2芯片的第二引脚、第四引脚分别连接所述第十一电阻、所述第十二电阻，所述U2芯片的第三引脚接地，所述U2芯片的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚连接所述第一比较器。所述第二驱动电路3的第一输出端连接第十九电阻记为R19、第三功率MOS管记为QS3，所述第三功率MOS管的栅极连接所述第十九电阻和第二十一电阻记为R21，所述第三功率MOS管的漏极连接第八电容记为C8和所述霍尔电流传感器记为RL1，所述第三功率MOS管的源极与第二十一电阻记为R21连接；所述第二驱动电路3的第二输出端连接第二十电阻记为R20、第四功率MOS管记为QS4，所述第四功率MOS管的栅极连接所述第二十电阻和第二十二电阻记为R22，所述第四功率MOS管的漏极连接所述第三功率MOS管，所述第四功率MOS管的源极接地，有效调整充电电路的充电模式即恒压充电或恒流充电或两者兼备，从而提高了充电电路的工作稳定性和应用范围。

可选地，所述转换电路6包括ACDC转换模块13和交流输入端，所述ACDC转换模块13用于将所述交流输入端的交流电压转换为直流电压，所述第一驱动电路2的第一输出端连接第十五电阻记为R15、第一功率MOS管记为QS1，所述第一功率MOS管的栅极连接所述第十五电阻和第十七电阻记为R17，所述第一功率MOS管的漏极连接所述ACDC转换模块13和第七电容记为C7，所述第一功率MOS管的源极与所述第十七电阻连接；所述第一驱动电路2的第二输出端连接第十六电阻记为R26、第二功率MOS管记为QS2，所述第二功率MOS管的栅极连接所述第十六电阻记为R16和第十八电阻记为R18，所述第二功率MOS管的漏极连接所述第一功率MOS管，所述第二功率MOS管的源极接地。

本实施例中，控制单元1为MCU，接口电路10包括PWM1、PWM2、PWM3和PWM4，PWM1和PWM2连接第二驱动电路3，PWM3和PWM4连接第一驱动电路1，控制单元1中的MCU即控制板输出高电平、低电平和PWM，控制驱动电路U2和U3工作，控制开关管Q1工作。电压220V输入ACDC转换模块13，经过ACDC整流转换输出84V电压，ACDC转换模块13为单向工作，整流后的电压84V输入第一功率MOS管QS1，输出70KHz的波形，第三功率MOS管QS3导通，相当于导线，第二功率MOS管不导通不工作，其内部整流二极管进行整流，第四功率MOS管QS4不到痛不工作，三极管Q1接收命令，控制继电器RY1导通输出工作，二极管D1反向波保护工作。霍尔电流传感器RL1实时采集电流反馈，经放大器U1A上传到控制板MCU。电压反馈电路5的端口BAT+和BAT-实时采集电压反馈，经放大器U1B上传到控制板MCU，控制板MCU根据采集数据实时判断控制输出、结束等。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，包括控制单元、第一驱动电路、第二驱动电路、电流反馈电路、电压反馈电路、转换电路、开关电路和霍尔电流传感器，所述转换电路用于连接外部电源将交流电转换为直流电并给所述控制单元供电，所述第一驱动电路、所述第二驱动电路连接所述控制单元，所述电流反馈电路、所述电压反馈电路与所述控制单元连接，所述开关电路的一端连接所述控制单元，所述开关电路的另一端连接所述电压反馈电路，所述霍尔电流传感器的一端连接至所述第二驱动电路、所述电流反馈电路，所述霍尔电流传感器的另一端连接所述开关电路；

其中，所述转换电路接收交流电压并整流输出直流电压，所述霍尔电流传感器用于采集电池的充电电流，所述电流反馈单元将所述充电电流反馈至控制单元，所述控制单元根据所述充电电流控制所述第一驱动电路给电池恒流充电；当所述开关电路导通时，所述电压反馈电路将电池的充电电压发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述充电电压控制所述第二驱动电路给电池恒压充电。

2.根据权利要求1所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述控制单元包括稳压电路和接口电路，所述稳压电路与所述转换电路连接，所述接口电路与所述第一驱动电路、所述第二驱动电路的输入端对应连接，所述第一驱动电路和所述第二驱动电路通过电感连接；

所述稳压电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻和有源晶振，所述第一电容与所述第二电容并联连接，所述有源晶振连接所述第一电容和所述第二电容，所述第三电容与所述第一电阻并联，所述接口电路包括四个PWM接口，每两个所述PWM接口为一组用于输出整流控制信号并分别对应连接所述第一驱动电路、所述第二驱动电路。

3.根据权利要求1所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述开关电路包括继电器、二极管和开关管，所述继电器与所述二极管并联并连接至所述开关管的漏极，所述开关管的栅极连接所述控制单元，所述开关管的源极接地；

当所述开关管接收到所述控制单元发送的充电指令时，所述继电器导通，所述二极管用于反向保护电路的正常工作。

4.根据权利要求1所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述电压反馈电路包括第二电阻、第四电容、第四电阻、第六电容、第六电阻、第二比较器、第九电阻和第十电阻，所述第二电阻与所述第四电容的输入端并联连接所述控制单元，所述第四电容的输出端接地，所述第六电容、所述第四电阻并联连接在所述第二比较器两端，所述第二电阻与所述比较器的输出端连接，所述第六电阻的一端连接至所述比较器的高压端和所述第十电阻，所述第二比较器的低压端与所述第九电阻，所述第六电阻的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述第一驱动电路包括U3芯片、第十三电阻和第十四电阻，所述U3芯片的第一引脚连接电压源，所述U3芯片的第二引脚、第四引脚分别连接所述第十三电阻、所述第十四电阻，所述U3芯片的第三引脚接地，所述U3芯片的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚连接所述第二比较器。

6.根据权利要求1所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述电流反馈电路包括第三电阻、第五电容、第五电阻、第一比较器、第七电阻和第八电阻，所述第三电阻和所述第五电容并联连接所述控制单元，所述第五电阻并联在所述第一比较器的两端，所述第三电阻与所述第一比较器的输出端连接，所述第一比较器的高压端与所述第七电阻连接，所述比较器的低压端与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述第二驱动电路包括U2芯片、第十一电阻和第十二电阻，所述U2芯片的第一引脚连接电压源，所述U2芯片的第二引脚、第四引脚分别连接所述第十一电阻、所述第十二电阻，所述U2芯片的第三引脚接地，所述U2芯片的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚连接所述第一比较器。

8.根据权利要求1所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述转换电路包括ACDC转换模块和交流输入端，所述ACDC转换模块用于将所述交流输入端的交流电压转换为直流电压，所述第一驱动电路的第一输出端连接第十五电阻、第一功率MOS管，所述第一功率MOS管的栅极连接所述第十五电阻和第十七电阻，所述第一功率MOS管的漏极连接所述ACDC转换模块和第七电容，所述第一功率MOS管的源极与所述第十七电阻连接；

所述第一驱动电路的第二输出端连接第十六电阻、第二功率MOS管，所述第二功率MOS管的栅极连接所述第十六电阻和第十八电阻，所述第二功率MOS管的漏极连接所述第一功率MOS管，所述第二功率MOS管的源极接地。

9.根据权利要求1所述的大功率恒流恒压充电电路，其特征在于，所述第二驱动电路的第一输出端连接第十九电阻、第三功率MOS管，所述第三功率MOS管的栅极连接所述第十九电阻和第二十一电阻，所述第三功率MOS管的漏极连接第八电容和所述霍尔电流传感器，所述第三功率MOS管的源极与所述第二十一电阻连接；

所述第二驱动电路的第二输出端连接第二十电阻、第四功率MOS管，所述第四功率MOS管的栅极连接所述第二十电阻和第二十二电阻，所述第四功率MOS管的漏极连接所述第三功率MOS管，所述第四功率MOS管的源极接地。

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