CN218335395U - 一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型电池充电系统技术领域，尤其涉及一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，包括电压输入端、功率转换电路、电压输出端，所述电压输入端、功率转换电路以及电压输出端连接构成充电回路，所述充电回路上并联有输入电压检测电路、输出电压检测电路，所述充电回路上串联有输入电流检测电路、输出电流检测电路，本实用新型可根据所接输入电源的输出电流能力，实时动态调整设备的充电电流，无论适配器具有怎样的流保护机制，都可以保证输入电源以自身所能提供的最大电流给电池充电。

Description

一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统

技术领域

本实用新型涉及电池充电系统技术领域，尤其涉及一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统。

背景技术

随着社会的不断发展，便携式用电设备开始普及，为满足用电设备的供电需求，设备上使用的电池容量越来越大，为了更快的给便携式设备充满电，这些设备的充电电流也越来越大，所需要的适配的功率相应也会增大，同时由于便携式用电设备种类繁多，在实际设备使用过程中可能出现将不同适配器混用的情况，一旦使用了功率较小的适配器给一些大功率充电设备充电的话，适配器不能提供大电流，可能会使其一直处于过流保护的状态而不能正常充电，甚至会损坏适配器。

目前现有技术CN110021975A可以实现部分输入电源的电流自适应，但还难以覆盖部分比较特殊的输入电源，从现有技术中可知，如果输入电源的输出电流能力小于充电系统所设定的充电电流Ic，输入电流增加到最大后，输入电压会降低，以提供误差信号，实际上不同的适配器有不同的保护机制，有一类适配器在电流增加到最大时，立刻就会出现过功率保护，进入打嗝模式，而此时现有技术的电路由于来不及响应会一直反复触发输入电源进入打嗝模式，无法恢复。当匹配此类适配器时，现有技术不能实现输入电流自适应。

发明内容

为解决电池充电系统不能实现输入电流自适应的问题，本实用新型提供一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，包括电压输入端、输入电压检测电路、输入电流检测电路、功率转换电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、数字控制电路和电压输出端，所述电压输入端、功率转换电路以及电压输出端连接构成充电回路，所述充电回路上并联有输入电压检测电路、输出电压检测电路，所述充电回路上串联有输入电流检测电路、输出电流检测电路，所述输入电压检测电路、输入电流检测电路、功率转换电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路分别连接数字控制电路。

进一步的，所述电压输入端连接输入适配器，所述电压输出端连接电池。

进一步的，所述输入电压检测电路包括分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1一端连接输入适配器的输出端，分压电阻R1另一端分别连接分压电阻R2一端、数字控制器U1的输入电压采样接口，分压电阻R2另一端分别连接输入适配器的输出端、输入电流检测电路。

进一步的，所述输入电流检测电路包括电流采样电阻RS1，所述电流采样电阻RS1一端分别连接数字控制器U1的输入电流采样接口、分压电阻R2另一端，电流采样电阻RS1另一端连接功率转换电路。

进一步的，所述功率转换电路包括功率开关管Q1、续流二极管D1和功率电感L1，所述功率开关管Q1的漏极连接分压电阻R1一端，功率开关管Q1的栅极连接数字控制器U1的PWM信号接口，功率开关管Q1的源极分别连接续流二极管D1的阴极、功率电感L1一端，续流二极管D1的阳极分别连接电流采样电阻RS1另一端、输出电流检测电路。

进一步的，所述输出电流检测电路包括电流采样电阻RS2，所述电流采样电阻RS2一端分别连接续流二极管D1的阳极、电流采样电阻RS1另一端，电流采样电阻RS2另一端分别连接数字控制器U1的输出电流采样接口、输出电压检测电路。

进一步的，所述输出电压检测电路包括分压电阻R3和分压电阻R4，所述分压电阻R3一端分别连接功率电感L1另一端、电池的正极，分压电阻R3另一端分别连接分压电阻R4一端、数字控制器U1的输出电压采样接口，分压电阻R4另一端分别连接电流采样电阻RS2另一端、电池的负极。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的一种兼顾多类型输入电压的输入电流自适应电池充电系统可根据所接输入电源的输出电流能力，实时动态调整设备的充电电流，无论适配器具有怎样的流保护机制，都可以保证输入电源以自身所能提供的最大电流给电池充电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提出的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统的电路原理图；

图2为现有技术的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

参考图1，本实施例提出一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统的结构，包括输入电压检测电路100，输入电流检测电路101，功率转换电路102，输出电流检测电路103，输出电压检测电路104，和数字控制电路105，电路的输入端连接输出适配器的输出，电路的输出端连接充电电池。

输入电压检测电路100由分压电阻R1和R2组成，其中点电压送入数字控制电路105的模数采样端口进行采样并被数字控制器读取；

输入电流检测电路101主要由电流采样电阻RS1组成，其两端电压送入数字控制电路105的模数采样端口进行采样并被数字控制器读取，输入电流值为采样电压与电流采样电阻RS1阻值之商；

功率转换电路102由功率开关管Q1、续流二极管D1和功率电感L1组成，通过调节功率开关管Q1的PWM驱动信号的占空比，可以实时调节充电系统的充电功率；

输出电流检测电路103主要由电流采样电阻RS2组成，其两端电压送入数字控制电路105的模数采样端口进行采样并被数字控制器读取，输入电流值为采样电压与电流采样电阻RS2阻值之商；

输出电压检测电路104由分压电阻R3和R4组成，其中点电压送入数字控制电路105的模数采样端口进行采样并被数字控制器读取；

数字控制电路105主要由数字控制器dsPIC33EP16GS504组成，该类型控制器一般集成了模数采样电路、PWM发生器电路、比较器、运算放大器等单元。

实施例2

参考图2，是现有的具有输入电源电流自适应功能的电池充电系统示意图，若不考虑输入电源的输出电流能力，该充电系统的充电电流由充电电流采样电路202所确定。由于功率开关管MP0和MN0轮流导通，功率开关管MP0导通时，电感L1励磁，充电电流由输入电源VDD经MP0、电感L1、充电电流采样电阻RS1、充电电池到地，功率管MN0导通时，电感 L1消磁，电感电流由L1、充电电流采样电阻RS1、充电电池到地，再经MN0回到电感L1，采样电阻RS1将采集到的平均电流送到电流采样运放，经放大后输出到第二误差放大器EA2，经第二误差放大器处理后转换成误差电流IEA2由NMOS晶体管MN2输出到COMP对COMP电压进行调节，若系统受到扰动使得充电电流较设定电流偏大时，IEA2也变大，从而使COMP降低，若系统受到扰动使得充电电流较设定电流偏小时，IEA2也变小，从而使COMP升高，电压比较器接受电感电流采样单元采集到的电感电流信号，与COMP电压进行比较，进而控制功率开关管 MN0和MP0的导通和关断，使充电电流稳定在RS1所设定的电流值，在RS1确定的情况下，系统所设定的充电电流Ic也会确定。根据输入电源的输出电流能力，会出现以下两种可能：

1、如果输入电源的输出电流能力大于充电系统所设定的充电电流Ic，那么在充电过程中输入电源VDD电压不会被拉低，检测输入电源电压的分压电阻采集到的电压信号VSENSE大于参考电压VREF1，第一误差放大器EA1会控制NMOS晶体管MN1关闭，误差电流IEA1为零，COMP电压只受充电电流采样电路输出的误差电流IEA2控制，这时输入电源以充电系统所设定的充电电流Ic给设备充电；

2、如果输入电源的输出电流能力小于充电系统所设定的充电电流Ic，那么充电系统将会自动减小充电电流以适应输入电源的输出电流能力。

而本方案适配器上电时，数字控制电路105内部初始设定电路的充电电流为额定值IORI,PWM占空比从0%开始逐周期增大，每个周期中，数字控制芯片通过模数采样记录下充电电路的输入电压VIN、输入电流IIN，输出电压VOUT、输出电流IOUT。通过计算输入电压和输入电流的乘积得到该时钟周期下的输入功率PIN，同样通过计算输出电压和输出电流的乘积得到该时钟周期下的输入功率POUT，随着PWM占空比的逐周期增大，将会出现三种技术效果：

1、电源的输入功率足够大：

随着PWM占空比的逐周期增大，适配器能提供足够的功率，当电池的充电电流IOUT和数字控制电路105内部初始设定电路的充电电流额定值IORI相等时，PWM占空比不再增加，电池管理系统维持最初设定值进行充电;

2、电源输入功率较小，流保护关断但不以最快速度关断：

随着PWM占空比的逐周期增大，适配器不能提供足够的功率，其输出电压开始降低，此时，控制器检测到充电管理系统的当前时钟周期的输入功率小于上一时钟周期的输入功率，控制器减小PWM占空比，当控制器检测到充电管理系统的当前时钟周期的输入功率大于上一时钟周期的输入功率，控制器增加PWM占空比，如此则可以确保适配器工作在最大输出功率；

3、电源输入功率较小，过流保护关断且以最快速度关断：

随着PWM占空比的逐周期增大，适配器不能提供足够的功率，适配以最快速度保护关断重启。由于控制器时刻在记录电源的最大输入功率，当电源重启时，控制器已经通过计算记录了电源的最大输入功率，据此对初始设定电路的充电电流额定值IORI进行逐周期更改，使其等于最大输入功率除以电池当前电压，如此，当适配器重启后，电池最大充电功率将和适配器最大输出功率自动匹配，不会再触发过流保护。

本方案在输入电源功率不足且过功率保护机制不是迅速关断输出的情况下，充电管理系统通过实时检测输入功率的变化调节PWM的占空比，实现输入功率最大化；

在输入电源功率不足且过功率保护机制是迅速关断输出的情况下，充电管理系统通过记录下关断前输入的最大功率，调节电池最大充电电流限制，在输入电源重启后能迅速实现输入功率最大化。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上提出一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统的优化方式。

本方案还适用于太阳能电池板的最大功率跟踪，当功率转换单元的输入电压范围变大后，则使用该技术方案的电池充电管理系统可匹配使用现有的任何适配器或太阳能电池板给电池充电，实现社会经济效益的最大化。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，包括电压输入端、输入电压检测电路、输入电流检测电路、功率转换电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、数字控制电路和电压输出端，所述电压输入端、功率转换电路以及电压输出端连接构成充电回路，所述充电回路上并联有输入电压检测电路、输出电压检测电路，所述充电回路上串联有输入电流检测电路、输出电流检测电路，所述输入电压检测电路、输入电流检测电路、功率转换电路、输出电流检测电路和输出电压检测电路分别连接数字控制电路。

2.根据权利要求1所述的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，所述电压输入端连接输入适配器，所述电压输出端连接电池。

3.根据权利要求1所述的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，所述数字控制电路包括数字控制器U1，所述数字控制器U1具有输入电压采样接口、输入电流采样接口、PWM信号接口、输出电流采样接口和输出电压采样接口。

4.根据权利要求1所述的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，所述输入电压检测电路包括分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1一端连接输入适配器的输出端，分压电阻R1另一端分别连接分压电阻R2一端、数字控制器U1的输入电压采样接口，分压电阻R2另一端分别连接输入适配器的输出端、输入电流检测电路。

5.根据权利要求1所述的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，所述输入电流检测电路包括电流采样电阻RS1，所述电流采样电阻RS1一端分别连接数字控制器U1的输入电流采样接口、分压电阻R2另一端，电流采样电阻RS1另一端连接功率转换电路。

6.根据权利要求1所述的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，所述功率转换电路包括功率开关管Q1、续流二极管D1和功率电感L1，所述功率开关管Q1的漏极连接分压电阻R1一端，功率开关管Q1的栅极连接数字控制器U1的PWM信号接口，功率开关管Q1的源极分别连接续流二极管D1的阴极、功率电感L1一端，续流二极管D1的阳极分别连接电流采样电阻RS1另一端、输出电流检测电路。

7.根据权利要求1所述的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，所述输出电流检测电路包括电流采样电阻RS2，所述电流采样电阻RS2一端分别连接续流二极管D1的阳极、电流采样电阻RS1另一端，电流采样电阻RS2另一端分别连接数字控制器U1的输出电流采样接口、输出电压检测电路。

8.根据权利要求1所述的一种多类型输入电源的输入电流自适应电池充电系统，其特征在于，所述输出电压检测电路包括分压电阻R3和分压电阻R4，所述分压电阻R3一端分别连接功率电感L1另一端、电池的正极，分压电阻R3另一端分别连接分压电阻R4一端、数字控制器U1的输出电压采样接口，分压电阻R4另一端分别连接电流采样电阻RS2另一端、电池的负极。

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