CN217935169U

CN217935169U - 一款提升锂电池保护性能的充电电路

Info

Publication number: CN217935169U
Application number: CN202222301281.7U
Authority: CN
Inventors: 高益平
Original assignee: Zhejiang Keqiang Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Keqiang Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2032-08-31

Abstract

本实用新型公开了一款提升锂电池保护性能的充电电路包括MCU芯片U2、电压电流输出及电压电流采样电路、精密基准电压电路、功率保护电路及输出电子开关电路。通过电压电流输出及电压电流采样电路、精密基准电压电路及功率保护电路，完美实现了控制开关变压器的正常导通和停止工作，实现了电路保护功能及降低能耗作用，降低了锂电池充电过程中可能造成的电池爆裂现象，安全隐患得到了有效控制。

Description

一款提升锂电池保护性能的充电电路

技术领域

本实用新型涉及充电技术领域，具体是指一款提升锂电池保护性能的充电电路。

背景技术

锂电池可作为便携式电动工具产品动力源，如手持电钻、手持电动螺丝拆装工具，而当电池电量低或无电后需要对其拆下进行充电。由于锂电池过充或不能足额充满电，轻载或无负载开关电源继续工作，会影响锂电池安全，存在安全隐患及能源损耗。因此锂电池的充电回路必须具备充电过压保护、充电欠压保护，充电过流、充电轻载保护电路。而目前，现有的充电电路工作原理是：充电器插入CN1插座，MCU芯片U2的Pin2脚通过R24检测到C+有充电电压，于是MCU芯片U2的Pin7脚输出高电平通过R17、Q7使得P沟道mosfet Q1导通开始充电，充电电流途径是：充电器正极→CN1的Pin1脚→Q1→D7→电池正极→电池负极→RS1→CN1的Pin2脚→充电器负极，RS1上端接CN1的Pin2脚也就是充电器负极，RS1下端接电池负极，电流流过RS1时会产生压降，MCU芯片U2的 Pin1脚参考地也接在充电器负极上，MCU芯片U2的Pin3脚基于充电器负极的参考地通过R21检测到RS1两端的电压差Vrs1实现过压保护。MCU芯片U2 的Pin4脚基于充电器负极的参考地，通过R30检测电池电压Vbat。由于RS1是串联在电池正极到充电器负极参考地的回路中，导致充电电流在RS1上的压降是MCU芯片U2的Pin4脚检测到的电池电压的组成部分，即：Vu2pin4=Vbat+Vrs1，有此可见，充电时Vrs1电压会导致MCU芯片U2的Pin4脚检测到的电池电压Vbat比实际值要高，这样可能造成充电容量不足或过充电。如果在用MCU芯片U2的软件运算中减去Vrs1的方法消除Vrs1引起的误差，但由于充电电流经常变化，那么Vrs1也随之变化，也很难做到精确检测及提供保护功能。这样检测控制准确性差，电池的充电回路无法具备充电过压保护、充电欠压保护，充电过流、充电轻载保护电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的技术中，锂电池因缺少过压保护、欠压保护、过流保护、轻载保护而导致锂电池发生损坏的安全隐患问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一款提升锂电池保护性能的充电电路包括MCU芯片U2、电压电流输出及电压电流采样电路、精密基准电压电路、功率保护电路及输出电子开关电路，所述MCU芯片U2、电压电流输出及电压电流采样电路、精密基准电压电路、功率保护电路及输出电子开关电路之间通过导线为电性连接；所述电压电流输出及电压电流采样电路包括三极管Q7、三极管Q4、电阻R37、电阻R33、电阻R44、电阻R31、电阻R30、电阻R20C、电阻R20D，所述三极管Q7、三极管Q4、电阻R37、电阻R33、电阻R44、电阻R31、电阻R30、电阻R20C、电阻R20D之间通过导线为电性连接；所述精密基准电压包括电阻JP3、电阻R18、电阻R35、电阻R36、光耦U3、电阻R27、电容C18、电容C20、电阻R40、电阻R45、电阻R55、电容R39、电容C12、电阻R43，所述电阻JP321、电阻R18、电阻R35、电阻R36、光耦U3、电阻R27、电容C18、电容C20、电阻R40、电阻R45、电阻R55、电阻R39、电容C12、电阻R43之间通过导线为电性连接；所述功率保护电路包括芯片U1、开关管Q1、电阻R15、电阻R59、电阻R38、电阻R19，所述芯片U1、开关管Q1、电阻R15、电阻R59、电阻R38、电阻R19之间通过导线为电性连接；所述输出电子开关电路包括开关管Q5、开关管Q6、电阻R41、电阻R42、电阻R28、三极管Q3，所述开关管Q5、开关管Q6、电阻R41、电阻R42、电阻R28、三极管Q3之间通过导线为电性连接。

作为优选，所述MCU芯片U2电性连接电阻R48。

作为优选，所述MCU芯片U2电性连接电阻R17、电阻R52、电容C23。

本实用新型的有益效果：通过电压电流输出及电压电流采样电路、精密基准电压电路及功率保护电路，完美实现了控制开关变压器的正常导通和停止工作，实现了电路保护功能及降低能耗作用，降低了锂电池充电过程中可能造成的电池爆裂现象，安全隐患得到了有效控制。

附图说明

图1是现有的充电电路结构示意图；

图2是本实用新型电路结构示意图；

图3是电压电流输出及电压电流采样电路结构示意图；

图4是精密基准电压电路结构示意图；

图5是功率保护电路结构示意图；

图6是输出电子开关电路结构示意图。

图例说明：1、电压电流输出及电压电流采样电路；11、三极管Q7；12、三极管Q4；13、电阻R37；14、电阻R33；15、电阻R44；16、电阻R31；17、电阻R30；18、电阻R20C；19、电阻R20D；2、精密基准电压电路；21、电阻JP3；22、电阻R18；23、电阻R35；24、电阻R36；25、光耦U3；26、电阻R27；27、电容C18；28、电容C20；29、电阻R40；291、电阻R45；292、电阻R55；293、电阻R39；294、电容C12；295、电阻R43；3、功率保护电路；31、芯片U1；32、开关管Q1；33、电阻R15；34、电阻R59；35、电阻R38；36、电阻R19；4、输出电子开关电路；41、开关管Q5；42、开关管Q6；43、电阻R41；44、电阻R42；45、电阻R28；46、三极管Q3；5、电阻R48；6、电阻R17；7、电阻R52；8、电容C23。

具体实施方式

下面我们结合附图对本实用新型所述的一款提升锂电池保护性能的充电电路做进一步的说明。

参阅附图1-6所示，本实施例中一款提升锂电池保护性能的充电电路包括MCU芯片U2、电压电流输出及电压电流采样电路1、精密基准电压电路2、功率保护电路3及输出电子开关电路4：所述MCU芯片U2、电压电流输出及电压电流采样电路1、精密基准电压电路2、功率保护电路3及输出电子开关电路4之间通过导线为电性连接；所述电压电流输出及电压电流采样电路1包括三极管Q711、三极管Q412、电阻R3713、电阻R3314、电阻R4415、电阻R3116、电阻R3017、电阻R20C18、电阻R20D19，所述三极管Q711、三极管Q412、电阻R3713、电阻R3314、电阻R4415、电阻R3116、电阻R3017、电阻R20C18、电阻R20D19之间通过导线为电性连接；所述精密基准电压2包括电阻JP321、电阻R1822、电阻R3523、电阻R3624、光耦U325、电阻R2726、电容C1827、电容C2028、电阻R4029、电阻R45291、电阻R55292、电容R39293、电容C12294、电阻R43295，所述电阻JP321、电阻R1822、电阻R3523、电阻R3624、光耦U325、电阻R2726、电容C1827、电容C2028、电阻R4029、电阻R45291、电阻R55292、电阻R39293、电容C12294、电阻R43295之间通过导线为电性连接；所述功率保护电路3包括芯片U131、开关管Q132、电阻R1533、电阻R5934、电阻R3835、电阻R1936，所述芯片U131、开关管Q132、电阻R1533、电阻R5934、电阻R3835、电阻R1936之间通过导线为电性连接；所述输出电子开关电路4包括开关管Q541、开关管Q642、电阻R4143、电阻R4244、电阻R2845、三极管Q346，所述开关管Q541、开关管Q642、电阻R4143、电阻R4244、电阻R2845、三极管Q346之间通过导线为电性连接。所述MCU芯片U2电性连接电阻R485。所述MCU芯片U2电性连接电阻R176、电阻R527、电容C238。

充电电压过压、欠压保护电路工作原理：当锂电池开始充电的时候，MCU芯片U2的Pin4脚通过三极管Q711、三极管Q412及周边电阻R3713、电阻R3314、电阻R4415等组成的电压采样电路检测到充电端有充电电压，于是MCU芯片U2的Pin9脚输出正常电平，MCU芯片U2的Pin8脚通过电阻R3116接MCU芯片U2的Pin13脚参考地。芯片U131的Pin2脚输出高电平通过电阻R1533使得开关管Q132导通开始充电。充电电压过压、欠压保护电路路径是充电器正极电压→三极管Q711、电阻R3017→MCU芯片U2的Pin8脚与通过电阻R3116接MCU芯片U2的Pin13脚参考地，MCU芯片U2的Pin9脚基于通过电阻R3116的压差输出电平信号通过电阻R17→电阻JP321→电阻R1822→光耦U3的Pin2脚和Pin3脚→光耦U3的Pin1脚和 Pin4脚→芯片U131的Pin2脚→芯片U131的Pin6脚输出控制电平通过电阻R1533控制开关管Q132的导通截止→控制开关变压器T1的导通截止。

正常充电电压或电池电压是8±1V～21.2±0.3V，芯片U131Pin2脚接收信号电压1.0-3.7V是正常工作电压，芯片U131Pin6脚输出控制高电平通过电阻R1533控制开关管Q132的导通，进而控制开关变压器T1正常工作；当充电电压或电池电压低于7V时，代表负载轻载或充电的锂电池移除，芯片U131Pin2脚接收信号电压低于或等于0.85V含0.857V，芯片U131Pin6脚输出控制低电平通过电阻R1533控制开关管Q132的截止，进而控制开关变压器T1停止工作；当充电电压或电池电压高于21.5V时，代表负载反馈环路开路，芯片U131Pin2脚接收信号电压为3.7-4.2V，U131Pin6脚输出控制低电平通过电阻R1533控制开关管Q132的截止，进而控制开关变压器T1停止工作。

充电电流过流、轻载保护电路工作原理：充电电流途径是充电器正极→开关管Q541→开关管Q642→CH+→电池正极B+→电池负极B-→CH-→充电器负极，电阻R485一端接MCU芯片U2的Pin7脚，电阻R485另一端接电池负极B-，电流流过电阻R485时会产生压降，MCU芯片U2的Pin13脚参考地通过电阻R20C18、电阻R20D19接在电池负极B-，MCU芯片U2的Pin7脚基于电池负极B-的参考地，通过电阻R485检测电阻R20C18、R20D19两端的电压差Vrs1，MCU芯片U2的Pin9脚基于Vrs1输出电平信号通过电阻R176→电阻JP321→电阻R1822→光耦U3的Pin2脚和Pin3脚→光耦U3的Pin1脚和 Pin4脚→芯片U131的Pin2脚→芯片U131的Pin6脚输出控制电平通过电阻R1533控制开关管Q132的导通截止→控制开关变压器T1的导通截止。

正常充电电流是0.3mA～4.5±0.2A，芯片U131Pin2脚接收信号电压1.0-3.7V是正常工作电压，芯片U131Pin6脚输出控制高电平通过电阻R1533控制开关管Q132的导通，进而控制开关变压器T1正常工作；充电电流低于0.3mA，代表负载轻载或充电电池移除，芯片U131Pin2脚接收信号电压低于或等于0.85V含0.857V，芯片U131Pin6脚输出控制低电平通过电阻R1533控制开关管Q132的截止，进而控制开关变压器T1停止工作；充电电流大于4.7A，代表负载反馈环路开路，芯片U131Pin2脚接收信号电压3.7-4.2V，芯片U131Pin6脚输出控制低电平通过电阻R1533控制开关管Q132的截止，进而控制开关变压器T1停止工作。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一款提升锂电池保护性能的充电电路包括MCU芯片U2、电压电流输出及电压电流采样电路（1）、精密基准电压电路（2）、功率保护电路（3）及输出电子开关电路（4），其特征在于：所述MCU芯片U2、电压电流输出及电压电流采样电路（1）、精密基准电压电路（2）、功率保护电路（3）及输出电子开关电路（4）之间通过导线为电性连接；所述电压电流输出及电压电流采样电路（1）包括三极管Q7（11）、三极管Q4（12）、电阻R37（13）、电阻R33（14）、电阻R44（15）、电阻R31（16）、电阻R30（17）、电阻R20C（18）、电阻R20D（19），所述三极管Q7（11）、三极管Q4（12）、电阻R37（13）、电阻R33（14）、电阻R44（15）、电阻R31（16）、电阻R30（17）、电阻R20C（18）、电阻R20D（19）之间通过导线为电性连接；所述精密基准电压电路（2）包括电阻JP3（21）、电阻R18（22）、电阻R35（23）、电阻R36（24）、光耦U3（25）、电阻R27（26）、电容C18（27）、电容C20（28）、电阻R40（29）、电阻R45（291）、电阻R55（292）、电阻R39（293）、电容C12（294）、电阻R43（295），所述电阻JP3（21）、电阻R18（22）、电阻R35（23）、电阻R36（24）、光耦U3（25）、电阻R27（26）、电容C18（27）、电容C20（28）、电阻R40（29）、电阻R45（291）、电阻R55（292）、电阻R39（293）、电容C12（294）、电阻R43（295）之间通过电性连接；所述功率保护电路（3）包括芯片U1（31）、开关管Q1（32）、电阻R15（33）、电阻R59（34）、电阻R38（35）、电阻R19（36），所述芯片U1（31）、开关管Q1（32）、电阻R15（33）、电阻R59（34）、电阻R38（35）、电阻R19（36）之间通过导线为电性连接；所述输出电子开关电路（4）包括开关管Q5（41）、开关管Q6（42）、电阻R41（43）、电阻R42（44）、电阻R28（45）、三极管Q3（46），所述开关管Q5（41）、开关管Q6（42）、电阻R41（43）、电阻R42（44）、电阻R28（45）、三极管Q3（46）之间通过导线为电性连接。

2.根据权利要求1所述的一款提升锂电池保护性能的充电电路，其特征在于，所述MCU芯片U2电性连接电阻R48（5）。

3.根据权利要求1所述的一款提升锂电池保护性能的充电电路，其特征在于，所述MCU芯片U2电性连接电阻R17（6）、电阻R52（7）、电容C23（8）。