CN219811986U - 一种升降压自动切换电路板及应用其的镍氢电池充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种升降压自动切换电路板及应用其的镍氢电池充电器，所述升降压自动切换电路板包括主控模块、升降压切换模块、电池电压检测模块以及一个或多个电池充电接口；升降压切换模块、电池电压检测模块分别通过一个或多个电池充电接口与对应接口的待充电电池连接，主控模块分别与升降压切换模块、电池电压检测模块连接；主控模块用于通过电池电压检测模块检测待充电电池的电压，并根据检测的结果控制升降压切换模块的输出电压和输出电流，实现升降压切换模块升压输出和降压输出的自动切换。本申请的升降压自动切换电路板及应用其的镍氢电池充电器可以根据待充电电池的实际状态进行升压输出和降压输出的自动切换，提高了充电效率。

Description

一种升降压自动切换电路板及应用其的镍氢电池充电器

技术领域

本实用新型涉及充电技术领域，尤其是涉及一种升降压自动切换电路板及应用其的镍氢电池充电器。

背景技术

镍氢电池是由氢离子和金属镍合成的一种碱性蓄电池，近年来，镍氢电池凭借其能量密度更高、放电倍率可达15C以上、对环境污染较小、使用寿命更长、记忆效应更小等优点在消费类电动工具、视频设备、无绳化真空设备以及个人便携设备等领域广泛应用，大到远程通信设备的UPS系统和电动车辆，小到电动自行车的电源、照明设备乃至美容工具等，都有采用镍氢电池作为供电设备，且未来随着新能源汽车的进一步发展，氢镍电池作为市场上重要的电源系统之一，将继续保持其优势地位。

但是，现有的为镍氢电池提供电能的充电器只能提供单一模式的电压电流为镍氢电池供电，无法根据镍氢电池的实际状态进行输出电压电流的切换，充电效率较低。

实用新型内容

为了提高镍氢电池充电器的充电效率，本申请提供一种升降压自动切换电路板及应用其的镍氢电池充电器。

本申请提供一种升降压自动切换电路板，采用如下的技术方案：

所述升降压自动切换电路板包括：主控模块、升降压切换模块、电池电压检测模块、一个或多个电池充电接口；

升降压切换模块、电池电压检测模块分别通过一个或多个电池充电接口与对应接口的待充电电池连接，主控模块分别与升降压切换模块、电池电压检测模块连接；

主控模块，用于通过电池电压检测模块检测待充电电池的电压，并根据所述检测的结果控制升降压切换模块的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块升压输出和降压输出的自动切换。

通过采用上述技术方案，主控模块通过电池电压检测模块对待充电电池的电压的检测结果，判断待充电电池为正常状态还是放电完成状态还是过放电状态，根据判断结果控制升降压切换模块的输出电压VOUT和输出电流IOUT，为待充电电池提供合适的充电电压和充电电流，提高了充电效率，保护电池。

在一个具体的可实施方案中，所述主控模块根据所述检测的结果控制升降压切换模块的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块升压输出和降压输出的自动切换，具体包括：

主控模块包括脉冲宽度调制信号引脚，主控模块通过脉冲宽度调制信号引脚与升降压切换模块连接，所述主控模块通过改变脉冲宽度调制信号引脚输出的脉冲宽度，控制所述升降压切换模块的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块升压输出和降压输出的自动切换。

在一个具体的可实施方案中，所述主控模块的脉冲宽度调制信号引脚包括PWM0引脚和PWM1引脚，所述升降压切换模块包括：同时与电源电连接的电阻R1的一端、三极管Q5的集电极和开关MOS管Q7的源极，同时与电阻R1的另一端电连接的三极管Q5的基极、二极管D1的负极、电阻R3的一端，同时与二极管D1的正极电连接的三极管Q5的发射极、电阻R2的一端，电阻R2的另一端与开关MOS管Q7的栅极电连接，开关MOS管Q7电连接有寄生二极管D4，电阻R3的另一端与三极管Q6的集电极电连接，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极与电阻R4串联后连接主控模块的PWM0引脚；

同时与开关MOS管Q7的漏极电连接的续流二极管D2的负极、电阻R5的一端、储能电感L1的一端、三极管Q1的集电极，同时与储能电感L1的另一端电连接的防倒流二极管D3的正极、开关MOS管Q4的漏极，续流二极管D2的正极接地，同时与电阻R5的另一端电连接的三极管Q1、Q2的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极与电阻R8串联后连接主控模块的PWM1引脚，同时与三极管Q2的发射极电连接的三极管Q1的发射极、电阻R7的一端、开关MOS管Q4的栅极，三极管Q2的集电极与电阻R6串联后接地，电阻R7的另一端接地，开关MOS管Q4的源极接地，开关MOS管Q4电连接有寄生二极管D5，防倒流二极管D3的负极与滤波电容C1的正极电连接，滤波电容C1的负极接地，滤波电容C1的正极为升降压切换模块的输出端。

在一个具体的可实施方案中，升降压自动切换电路板还包括USB输出模块和USB充电接口，所述USB输出模块通过USB充电接口与待充电USB负载连接，所述USB输出模块用于将电源电压输出至待充电USB负载，为待充电USB负载充电；

所述USB输出模块还与主控模块连接，所述主控模块用于检测USB输出模块输出至待充电USB负载的充电电流，当检测到所述充电电流大于阈值电流时，主控模块控制升降压切换模块停止为待充电电池充电。

通过采用上述技术方案，升降压自动切换电路板还可以对USB负载进行充电，提高了电路板的实用性

在一个具体的可实施方案中，升降压自动切换电路板还包括电流检测模块，所述电流检测模块分别与主控模块、升降压切换模块连接，所述主控模块用于通过电流检测模块检测升降压切换模块的输出电流IOUT。

通过采用上述技术方案，通过电流检测模块将升降压切换模块的输出电流反馈至主控模块，提高了升降压自动切换电路板输出电流的精度。

在一个具体的可实施方案中，升降压自动切换电路板还包括升压电压检测模块，所述升压电压检测模块分别与主控模块、升降压切换模块连接，所述主控模块用于通过升压电压检测模块检测升降压切换模块的输出电压VOUT。

通过采用上述技术方案，通过升压电压检测模块将升降压切换模块的输出电压反馈至主控模块，提高了升降压自动切换电路板输出电压的精度。

在一个具体的可实施方案中，升降压自动切换电路板还包括多个电池充电端口，每个电池充电端口均用于连接待充电电池，所述电路板还包括端口开关控制模块，所述端口开关控制模块分别与主控模块和各电池充电端口连接；

主控模块用于通过电池电压检测模块判断待充电电池连接的充电端口，并根据所述判断结果控制端口开关控制模块打开对应的电池充电端口，使升降压切换模块为对应电池充电端口的待充电电池充电。

通过采用上述技术方案，升降压自动切换电路板具有多个充电端口，提高了升降压自动切换电路板的实用性。

在一个具体的可实施方案中，升降压自动切换电路板还包括灯光显示模块，所述灯光显示模块与主控模块连接，所述灯光显示模块用于显示待充电电池和待充电USB负载的充电情况。

通过采用上述技术方案，灯光显示便于工作人员观察，并在发生故障时工作人员可及时发现并处理。

在一个具体的可实施方案中，升降压自动切换电路板还包括稳压模块，所述稳压模块与主控模块连接，所述稳压模块用于将电源电压降低至主控模块正常工作的工作电压并为主控模块供电。

本申请还提供一种镍氢电池充电器，所述镍氢电池充电器应用上述的升降压自动切换电路板。

综上所述，本申请的技术方案至少包括以下有益技术效果：

1、主控模块通过电池电压检测模块对待充电电池的电压的检测结果，判断待充电电池为正常状态还是放电完成状态还是过放电状态，根据判断结果控制升降压切换模块的输出电压VOUT和输出电流IOUT，为待充电电池提供合适的充电电压和充电电流，提高了充电效率，并保护了电池。

附图说明

图1是本申请实施例一中升降压自动切换电路板的整体结构图。

图2是本申请实施例一中主控模块1的引脚示意图。

图3是本申请实施例一中升降压切换模块2的具体电路图。

附图标记说明：

1、主控模块；2、升降压切换模块；3、电池电压检测模块；4、USB输出模块；5、电流检测模块；6、升压电压检测模块；7、端口开关控制模块；8、灯光显示模块；9、稳压模块。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细说明。

实施例一：

如图1所示，本申请实施例一公开一种升降压自动切换电路板，包括主控模块1、升降压切换模块2、电池电压检测模块3、一个或多个电池充电接口，电池电压检测模块3分别通过一个或多个电池充电接口与对应接口的待充电电池连接，主控模块1分别与升降压切换模块2、电池电压检测模块3连接，升降压自动切换电路板通过升降压切换模块2的输出端为待充电电池充电。

主控模块1，用于通过电池电压检测模块3检测待充电电池的电压，并根据所述检测的结果控制升降压切换模块2的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块2升压输出和降压输出的自动切换。

主控模块1包括脉冲宽度调制信号引脚，主控模块1通过脉冲宽度调制信号引脚与升降压切换模块2连接，主控模块1通过改变脉冲宽度调制信号引脚输出的脉冲宽度，控制升降压切换模块2的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块2升压输出和降压输出的自动切换。下面结合图2和图3对主控模块1控制升降压切换模块2的输出电压VOUT和输出电流IOUT进行具体说明：

如图2所示，主控模块1的脉冲宽度调制信号引脚包括PWM0引脚和PWM1引脚。

如图3所示，升降压切换模块2包括：同时与电源电连接的电阻R1的一端、三极管Q5的集电极和开关MOS管Q7的源极，同时与电阻R1的另一端电连接的三极管Q5的基极、二极管D1的负极、电阻R3的一端，同时与二极管D1的正极电连接的三极管Q5的发射极、电阻R2的一端，电阻R2的另一端与开关MOS管Q7的栅极电连接，开关MOS管Q7电连接有寄生二极管D4，电阻R3的另一端与三极管Q6的集电极电连接，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极与电阻R4串联后连接主控模块1的PWM0引脚。

升降压切换模块2还包括：同时与开关MOS管Q7的漏极电连接的续流二极管D2的负极、电阻R5的一端、储能电感L1的一端、三极管Q1的集电极，同时与储能电感L1的另一端电连接的防倒流二极管D3的正极、开关MOS管Q4的漏极，续流二极管D2的正极接地，同时与电阻R5的另一端电连接的三极管Q1、Q2的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极与电阻R8串联后连接主控模块1的PWM1引脚，同时与三极管Q2的发射极电连接的三极管Q1的发射极、电阻R7的一端、开关MOS管Q4的栅极，三极管Q2的集电极与电阻R6串联后接地，电阻R7的另一端接地，开关MOS管Q4的源极接地，开关MOS管Q4电连接有寄生二极管D5，防倒流二极管D3的负极与滤波电容C1的正极电连接，滤波电容C1的负极接地，滤波电容C1的正极为升降压切换模块2的输出端。

在本实施例中，电源提供的电压为5V，开关MOS管Q7的源极连接的为系统输入电源，即5V电源，滤波电容C1的正极为升降压切换模块2的输出端，滤波电容C1的正极与待充电电池连接。

本实施例中，正常状态下待充电电池的电压为5V及以上，但是当待充电电池在放电完成或者过放电后，待充电电池的电压会低于5V，因此正常状态下需要采用升压的充电模式对待充电电池充电，本实施例中升压的供电模式下升降压切换模块2的输出电压和输出电流为9.0V-70mA，但是当待充电电池在放电完成或者过放电状态下，需要采用降压的充电模式对待充电电池充电，本实施例中降压的供电模式下降压切换模块2的输出电压和输出电流为5V-1A。

可以得到，主控模块通过电池电压检测模块对待充电电池的电压的检测结果，判断待充电电池为正常状态还是放电完成状态还是过放电状态，根据判断结果控制升降压切换模块的输出电压VOUT和输出电流IOUT，为待充电电池提供合适的充电电压和充电电流，提高了充电效率，并保护电池。

主控模块1的PWM1引脚是升压控制引脚，主控模块1通过改变PWM1引脚输出的脉冲宽度，控制升降压切换模块2实现升压输出，使升降压切换模块2的输出电压VOUT增大；主控模块1的PWM0引脚是降压控制引脚，主控模块1通过改变PWM0引脚输出的脉冲宽度，控制升降压切换模块2实现降压输出，使升降压切换模块2的输出电压VOUT减小，下面对升压输出和降压输出进行具体说明：

当主控模块1通过电池电压检测模块3检测到待充电电池的电压低于5V时，需要降压输出：主控模块1关闭升压的PWM1引脚输出，使开关MOS管Q4不工作，同时主控模块1打开降压的PWM0引脚输出，使开关MOS管Q7进入开关工作状态，5V的电源电压通过开关MOS管Q7、续流二极管D2、储能电感L1和滤波电容C1实现降压，使滤波电容C1正极端的输出电压为5V、电流为1A，即升降压切换模块2的输出电压VOUT为5V、输出电流IOUT为1A。

当主控模块1通过电池电压检测模块3检测到待充电电池的电压等于或高于5V时，需要升压输出：主控模块1打开降压的PWM0引脚输出，使降压的PWM0引脚100%脉宽输出，使开关MOS管Q7进入饱和导通状态，同时，主控模块1打开升压的PWM1引脚输出，使开关MOS管Q4进入开关工作状态，5V的电源电压通过饱和导通状态的开关MOS管Q7、储能电感L1、开关MOS管Q4、防倒流二极管D3和滤波电容C1实现升压，使滤波电容C1正极端的输出电压为9V、电流为70mA，即升降压切换模块2的输出电压VOUT为9V、输出电流IOUT为70mA。

进一步的，当升降压自动切换电路板在降压充电时，若主控模块1的PWM0引脚输出的脉宽超过95%、输出电流IOUT小于50mA、而且待充电电池的电压大于4.5V，满足以上三个条件则主控模块1控制升降压切换模块2，使升降压自动切换电路板切换进入升压充电模式。

在升降压自动切换电路板在升压充电时，若主控模块1的PWM1引脚输出的脉宽超过45%、输出电流IOUT大于90mA、而且待充电电池的电压小于等于4.5V，满足以上三个条件则主控模块1控制升降压切换模块2，使升降压自动切换电路板切换进入降压充电模式。

如图2所示，本实施例中主控模块1还包括USB引脚、VOLTAGE1引脚、VOLTAGE2引脚、BTV引脚、BTI引脚、CH1引脚、CH2引脚、LED1-R引脚、LED1-G引脚、LED2-R引脚、LED2-G引脚，下面对各引脚功能进行具体说明：

本实施例的升降压自动切换电路板还包括USB输出模块4和USB充电接口，所述USB输出模块4通过USB充电接口与待充电USB负载连接，USB输出模块4将电源电压输出至待充电USB负载，为待充电USB负载充电。

USB输出模块4还与主控模块1的USB引脚连接，主控模块1通过USB引脚检测USB输出模块4输出至待充电USB负载的充电电流，当检测到所述充电电流大于阈值电流时，主控模块1控制升降压切换模块2停止为待充电电池充电。

优选的，上述阈值电流为500mA。

本实施例的升降压自动切换电路板还包括电流检测模块5，电流检测模块5通过BTI引脚与主控模块1连接，所述电流检测模块5还与升降压切换模块2连接，主控模块1通过电流检测模块5检测升降压切换模块2的输出电流，电流检测模块5将升降压切换模块2的输出电流IOUT的值反馈至主控模块1，提高了升降压自动切换电路板输出电流的精度。

本实施例的升降压自动切换电路板还包括升压电压检测模块6，升压电压检测模块6通过BTV引脚与主控模块1连接，升压电压检测模块6还与升降压切换模块2连接，主控模块1通过升压电压检测模块6检测升降压切换模块2的输出电压，升压电压检测模块6将升降压切换模块2的输出电压VOUT的值反馈至主控模块1，提高了升降压自动切换电路板输出电压的精度。

升降压自动切换电路板还包括多个电池充电端口，本实施例中为两个电池充电端口：电池充电端口1和电池充电端口2，每个电池充电端口均用于连接待充电电池，电池充电端口1连接待充电电池1，电池充电端口2连接待充电电池2，每个电池充电端口均与升降压切换模块2连接，所述电路板还包括端口开关控制模块7，所述端口开关控制模块7与各电池充电端口连接，主控模块1通过CH1引脚和CH2引脚与端口开关控制模块7连接。

主控模块1通过VOLTAGE1引脚和VOLTAGE2引脚与电池电压检测模块3连接，主控模块1通过电池电压检测模块3判断待充电电池连接在充电端口1还是充电端口2，并根据判断结果控制端口开关控制模块7打开对应的电池充电端口开关，使控制升降压切换模块2为对应电池充电端口的待充电电池供电。

进一步的，主控模块1可以控制对待充电电池1和待充电电池2的两路分时轮流输出。

升降压自动切换电路板还包括灯光显示模块8，主控模块1通过LED1-R引脚、LED1-G引脚、LED2-R引脚和LED2-G引脚与灯光显示模块8连接，所述灯光显示模块8用于显示待充电电池和待充电USB负载的充电情况，便于工作人员观察，并在发生故障时工作人员可及时发现并处理。

升降压自动切换电路板还包括稳压模块9，稳压模块9与主控模块1连接，稳压模块9用于将电源电压降低至主控模块1正常工作的工作电压并为主控模块1供电。在本实施例中稳压模块9是将电源的5V电压降低至3.3V为主控模块1供电。

进一步的，主控模块1还可以通过电池电压检测模块3实时检测待充电电池的电压状态，配合内部程序判定，使升降压自动切换电路板实现以下功能：恒流充电、0DV检测、负DV检测、碱性电池检测、坏电池检测、安全定时保护、最高电压保护。

实施例二：

本申请实施例二公开一种镍氢电池充电器，镍氢电池充电器采用实施例一中的升降压自动切换电路板。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种升降压自动切换电路板，其特征在于，包括：主控模块(1)、升降压切换模块(2)、电池电压检测模块(3)、一个或多个电池充电接口；

升降压切换模块(2)、电池电压检测模块(3)分别通过一个或多个电池充电接口与对应接口的待充电电池连接，主控模块(1)分别与升降压切换模块(2)、电池电压检测模块(3)连接；

主控模块(1)，用于通过电池电压检测模块(3)检测待充电电池的电压，并根据所述检测的结果控制升降压切换模块(2)的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块(2)升压输出和降压输出的自动切换。

2.根据权利要求1所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：所述主控模块(1)根据所述检测的结果控制升降压切换模块(2)的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块(2)升压输出和降压输出的自动切换，具体包括：

主控模块(1)包括脉冲宽度调制信号引脚，主控模块(1)通过脉冲宽度调制信号引脚与升降压切换模块(2)连接，所述主控模块(1)通过改变脉冲宽度调制信号引脚输出的脉冲宽度，控制所述升降压切换模块(2)的输出电压VOUT和输出电流IOUT，实现升降压切换模块(2)升压输出和降压输出的自动切换。

3.根据权利要求2所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：所述主控模块(1)的脉冲宽度调制信号引脚包括PWM0引脚和PWM1引脚，所述升降压切换模块(2)包括：同时与电源电连接的电阻R1的一端、三极管Q5的集电极和开关MOS管Q7的源极，同时与电阻R1的另一端电连接的三极管Q5的基极、二极管D1的负极、电阻R3的一端，同时与二极管D1的正极电连接的三极管Q5的发射极、电阻R2的一端，电阻R2的另一端与开关MOS管Q7的栅极电连接，开关MOS管Q7电连接有寄生二极管D4，电阻R3的另一端与三极管Q6的集电极电连接，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极与电阻R4串联后连接主控模块(1)的PWM0引脚；

同时与开关MOS管Q7的漏极电连接的续流二极管D2的负极、电阻R5的一端、储能电感L1的一端、三极管Q1的集电极，同时与储能电感L1的另一端电连接的防倒流二极管D3的正极、开关MOS管Q4的漏极，续流二极管D2的正极接地，同时与电阻R5的另一端电连接的三极管Q1、Q2的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极与电阻R8串联后连接主控模块(1)的PWM1引脚，同时与三极管Q2的发射极电连接的三极管Q1的发射极、电阻R7的一端、开关MOS管Q4的栅极，三极管Q2的集电极与电阻R6串联后接地，电阻R7的另一端接地，开关MOS管Q4的源极接地，开关MOS管Q4电连接有寄生二极管D5，防倒流二极管D3的负极与滤波电容C1的正极电连接，滤波电容C1的负极接地，滤波电容C1的正极为升降压切换模块(2)的输出端。

4.根据权利要求1所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：还包括USB输出模块(4)和USB充电接口，所述USB输出模块(4)通过USB充电接口与待充电USB负载连接，所述USB输出模块(4)用于将电源电压输出至待充电USB负载，为待充电USB负载充电；

所述USB输出模块(4)还与主控模块(1)连接，所述主控模块(1)用于检测USB输出模块(4)输出至待充电USB负载的充电电流，当检测到所述充电电流大于阈值电流时，主控模块(1)控制升降压切换模块(2)停止为待充电电池充电。

5.根据权利要求1所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：还包括电流检测模块(5)，所述电流检测模块(5)分别与主控模块(1)、升降压切换模块(2)连接，所述主控模块(1)用于通过电流检测模块(5)检测升降压切换模块(2)的输出电流IOUT。

6.根据权利要求5所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：还包括升压电压检测模块(6)，所述升压电压检测模块(6)分别与主控模块(1)、升降压切换模块(2)连接，所述主控模块(1)用于通过升压电压检测模块(6)检测升降压切换模块(2)的输出电压VOUT。

7.根据权利要求1所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：还包括多个电池充电端口，每个电池充电端口均用于连接待充电电池，所述电路板还包括端口开关控制模块(7)，所述端口开关控制模块(7)分别与主控模块(1)和各电池充电端口连接；

主控模块(1)用于通过电池电压检测模块(3)判断待充电电池连接的充电端口，并根据所述判断的结果控制端口开关控制模块(7)打开对应的电池充电端口，使升降压切换模块(2)为对应电池充电端口的待充电电池充电。

8.根据权利要求1所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：还包括灯光显示模块(8)，所述灯光显示模块(8)与主控模块(1)连接，所述灯光显示模块(8)用于显示待充电电池和待充电USB负载的充电情况。

9.根据权利要求1所述的升降压自动切换电路板，其特征在于：还包括稳压模块(9)，所述稳压模块(9)与主控模块(1)连接，所述稳压模块(9)用于将电源电压降低至主控模块(1)正常工作的工作电压并为主控模块(1)供电。

10.一种镍氢电池充电器，其特征在于，所述镍氢电池充电器应用权利要求1-9中任意一项所述的升降压自动切换电路板。