CN2574279Y - 电池充电电路 - Google Patents

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Abstract

一种电池充电电路，包括电压峰值采样保持与输入电压比较控制电路(1)，其由电池电压分压取样电路(11)、峰值采用保持电路(12)、－ΔV比较控制电路(13)、D1反向漏电流抑制电路(14)、稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路(15)、运放输入端偏置电流抑制电路(16)所组成。且：峰值采样保持电路(12)分别与电池电压分压取样电路(11)、D1反向漏电流抑制电路(14)、稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路(15)和运放输入端偏置电流抑制电路(16)相连；－ΔV比较控制电路(13)分别与电池电压分压取样电路(11)、运放输入端偏置电流抑制电路(16)相连。本实用新型降低了－ΔV检测方式的镍氢镍镉电池充电器的产品成本，实现安全可靠充电。

Description

电池充电电路
(1)技术领域
本实用新型涉及一种电池充电器，尤其涉及一种镍镉镍氢电池充电器。
(2)背景技术
镍镉镍氢电池在充电时，可通过电压负增量(-ΔV)方式检测(即：利用电池在接受充电时电压会上升，充满时电压为最大值，过充时电压反而会下降，即出现“-ΔV”的特性来完成对充电过程的自动控制)，有效地使电池充足电，防止过充电及充不足电的现象。
目前电池充电电路中，一般使用专用芯片，如图1所示，其包括电池电压分压取样电路1’、采样保持比较控制电路2’和受控充电电路3’所组成，其中：采样保持比较控制电路2’包括A/D(模/数)转换模块21’和-ΔV充电状态控制模块22’。由于该专用芯片采用A/D转换方式检测电池电压，对精度要求高(特别对镍氢电池电压的检测精度要求高于镍镉电池)，故A/D转换位数多，大都采用12到13位A/D转换，造成成本提高。
另有一种电池充电电路，如图2所示，其包括电压峰值采样与输入电压比较控制电路1″和受控充电电路2″，其中电压峰值采样与输入电压比较控制电路1″包括电池电压分压取样电路11″、峰值采样保持电路12″和-ΔV比较控制电路13″。如图3所示，电池电压分压取样电路11″由电阻R1、R2和电池BT所组成；峰值采样保持电路12″由集成运算放大器U1B、二极管D1、D2与电容C1所组成；-ΔV比较控制电路13″采用集成运算放大器U1C。
该电池充电电路，存在着如下缺点：
1)运放U110脚输入端的偏置电流(方向流出运放输入端)对电容C1的充电作用，LM324输入偏置电流约为45nA，如采用极低输入偏置电流的运放，其输入偏置电流可达50pA，其输入阻抗1012Ω，但会造成成本增加。
2)二极管D2的反向漏电流，比较小的值为25nA，且其值与环境温度有关，温度越高，漏电越大。
3)电容C1漏电的问题。电容的漏电主要与其上的电压有关，电压越高，漏电越大，所以随着电池电压的升高，其漏电流也越大。若充由6节镍氢电池构成的电池组，如不经电阻分压直接输入，C1上的电压最大为9伏，电容的漏电问题比较严重，单位电容量的漏电流不能忽视，并且无法采用价格低廉的大容量的电解电容，若C1采用小容量电容如220n，则运放U110脚偏置电流及D2反向漏电流对C1影响较大。若经电阻分压后输入，假如1/3分压，为3伏，漏电流明显减少，但电压采样精度及C1电压变化速度下降为原来的1/3。这种方式存在一定的安全隐患，若电容失效，或其漏电流变大，而电池电压下降速度较慢，将会造成电池电压下降时电容C1电压跟随着下降，从而不能结束充电，将电池充爆。电容C1的漏电流还与其上的电压，环境温度等情况都有关。
4)无法实现真正的-ΔV控制。原因是假若能够实现，那么当检测到电压跌落时，如2mv跌落造成U17脚为低，则在电压继续跌落至所设定的-ΔV值之前，D2上始终加反向电压，由于D2存在漏电流，在这段时间中有可能使电容C1上电压跟随电池电压下降，从而无法终止充电或-ΔV值不能确定，造成充坏电池，故不宜采用电压跌落某一ΔV值时结束充电，而只能采用电池电压刚开始跌落时即结束充电，所以这种电路本质上采用的是零电压斜率制，灵敏度极高，但抗干扰能力差，对于由于电源电压波动，功率管温度变化等产生的电池电压波动缺乏适应能力，容易受外界干扰而提前终止充电，造成电池充电不足。真正-ΔV控制的好处之一是其抗干扰的门限值即为ΔV，小于ΔV的干扰不会造成误动作，从而不会造成对电池充电不足，而在一定-ΔV范围内的过充电能确保对电池充足电并且对电池无不良影响。
综上所述，该充电电路实现-ΔV充电器很难，假如实现，其成本也较高，还存在安全性问题。
(3)实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电池充电电路，降低-ΔV检测方式的镍氢镍镉电池充电器的产品成本，实现安全可靠充电。
本实用新型所提供的一种电池充电电路，包括电压峰值采样保持与输入电压比较控制电路和受控充电电路，过压保护电路，其特点是：它还包括过压保护电路，其中：电压峰值采样保持与输入电压比较控制电路包括电池电压分压取样电路、峰值采样保持电路、-ΔV比较控制电路、峰值采样二极管D1反向漏电流抑制电路、稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路、运放输入端偏置电流抑制电路所组成；且：峰值采样保持电路分别与电池电压分压取样电路、D1反向漏电流抑制电路、稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路和运放输入端偏置电流抑制电路相连；-ΔV比较控制电路分别与电池电压分压取样电路、运放输入端偏置电流抑制电路相连。
上述的电池充电电路，还包括受控充电电路和过压保护电路，且均与所述的-ΔV比较控制电路相连。
上述的电池充电电路，其中：电池电压分压取样电路是由电池BT、电阻R17、R19、R4、R18、R5、R20、R7、二极管D3、D6、电容C4、C5所组成；峰值采样保持电路是由集成运算放大器U2A、二极管D1、D2、D4、电阻R1、电容C3所组成；-ΔV比较控制是采用集成运算放大器U2B；D1反向漏电流抑制电路是由集成运算放大器U2D和电阻R3所组成；稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路是由型号为78L09集成芯片U1、电容C7、C6、C2、电阻R23、R22所组成，也可由任何提供稳定电压的电路构成；运放输入端偏置电流抑制电路是由集成运算放大器U2C、电阻R8、R13、电容C6所组成；过压保护电路是由稳压管D5、电阻R21、R24、三极管Q2所组成；受控充电电路是由R16、D7、R15、R14、Q1、D8所组成。
采用了上述的技术方案，从三方面控制对采样电容的影响：①采用运放输入端偏置电流抑制电路来抑制运放的输入端偏置电流，构成一个输入偏置电流约为零的运放。②采用D1反向漏电流抑制电路，通过在取样二极管(D1)反偏时，在其负端加一高于采样点(V5)约三十几个毫伏的电压，这个电压经由一对首尾相接的二极管(D2、D4)构成的动态电阻到达采样电容(C3)的负端，当在充电终止的临界点上时，这个电压变为几个毫伏，二极管在此电压下动态电阻为几十兆，故流过这一对二极管上的电流很小，对采样电容无影响。③选用稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压，其负端接采样保持点。因此本实用新型能够采用集成运算放大器(LM324)实现-ΔV检测，四运放LM324价格低廉，降低了-ΔV检测方式的镍氢镍镉电池充电器的产品成本，实现安全可靠充电。
(4)附图说明
图1是现有电池充电电路一种电路结构的框图；
图2是现有电池充电电路另一种电路结构的框图；
图3是图2所示的电路结构的原理图；
图4是本实用新型电路结构的框图；
图5是本实用新型的电路原理图。
(5)具体实施方式
如图4所示，本实用新型电池充电电路包括电压峰值采样保持与输入电压比较控制电路1、过压保护电路3和受控充电电路2，其中：电压峰值采样保持与输入电压比较控制电路1包括电池电压分压取样电路11、峰值采样保持电路12、-ΔV比较控制电路13、D1反向漏电流抑制电路14、稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路15、运放输入端偏置电流抑制电路16所组成。
在图5所示的实施例中，集成运算放大器采用LM324，电源电压VCC为12伏。
电池电压分压取样电路11是由电池BT、电阻R17、R19、R4、R18、R5、R20、R7、二极管D3、D6、电容C4、C5所组成。其输入为接受充电的电池电压V1，输出为电池电压经分压网络形成的各种控制用电压取样。作用：①C3负端可能达到的最高采样电压V2，此电压通过R2/20M确保在各种不利条件下能终止对电池充电；②用于抑制D1反向漏电流的电压V3；③用于与峰值采样保持电压进行比较的电压V4；④设定的进行峰值采样的电压V5，V4与V5的电压差值即为所设定的-ΔV值；⑤一恒定的比V2低约640mv的电压V8。
峰值采样保持电路12是由集成运算放大器U2A、二极管D1、D2、D4、电阻R1、电容C3所组成。其输入为电池电压分压取样V5的信号，当V5上升时，运放U2A通过D1、D2、R1将采样电容C3负端的电压(即V6点)设定为V5，当V5下降时，U2A1脚输出变低，D1反向截止，采样电容C3将V6电压保持在最大值，从而实现对取样电压V5的峰值采样。
-ΔV比较控制13是采用集成运算放大器U2B。其输入分别为：1、电池电压分压取样点V4的电压；2、峰值采样保持电压V6经运放输入端偏置电流抑制电路后的输出，其值与V6相等。在充电过程中，电池电压到达最大值时，因为V4总比V5高电阻R5上的电压，此处有V4-V5＝25mv，而V5＝V6，所以V4-V6＝25mv，故U2B6脚比5脚电压高25mv，当电池电压下降时，因采样保持电容C3的作用，U2B5脚电压基本不变，6脚随电池电压的下降而下降，当下降至低于5脚电压时，U2B7脚输出变高，终止电池充电过程。通过调整R5的阻值，可改变-ΔV的大小。
D1反向漏电流抑制电路14是由集成运算放大器U2D和电阻R3所组成。其输入为V3点电压，V3点电压是一比V4点电压高8mv的电压，输出为V7点电压，U2D起电压跟随器的作用，放大倍数为1，所以当D1反偏时，有V3＝V7，此时V7-V6的变化范围是8mv+25mv＝33mv以内，这样通过D2、R1、D4的漏电流很小，假设此时在V7至V6之间的电阻为10M，则漏电流最大为33mv/10M＝3.3nA，当V7至V6电压为8mv时，即在充电截止点(因V4＝V6，也即U2B 6脚＝5脚电压)上，漏电流为8mv/10M＝0.8nA，而此时D1上的反向漏电流一般为25nA，采样保持电容C3已不受D1漏电流的影响。
稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路15是由型号为78L09集成芯片U1、电容C7、C6、C2、电阻R23、R22所组成。获得一个稳定的电压提供给采样保持电容C3正端对于实现充电控制是十分重要的，本处采用三端稳压电路来获得一个稳定的电压输出。电容C3正端接稳定的参考电压，其负端接采样保持点电压这种结构，与图3中采样保持电容负端接地，正端接采样保持点电压的结构相比较的好处是：①在电池充电过程中，电池电压越高，则加在采样保持电容两端的电压越低，漏电流越小，加在采样保持电容上的最大电压实际上是一个电池充电开始后的初始电压与充电结束时的电压的变化量，这个变化量与电池电压相比较小，故较图3中的连接方式大大减少了漏电流，并且由于电容两端电压低，可采用低价的大容量的电解电容，这样漏电情况主要取决于电容自身漏电，(在低压下，电容漏电情况可以满足这里充电要求)，同时因电容量大，使电路其它方面漏电对电容的影响进一步降低。②电容的漏电增大，失效，损坏都会使采样保持点电压上升，从而结束充电，不会造成充坏电池，故很安全。
运放输入端偏置电流抑制电路16是由集成运算放大器U2C、电阻R8、R13、电容C6所组成，本电路输入取自采样保持点的电压(即C3负端)，输出至-ΔV比较控制电路(U2B的5脚)，主要作用就是抑制运放的输入端偏置电流对采样保持电容C3的影响。电阻R13用于检测U29脚与5脚的输入端偏置电流，同时将这个电流转换成电压，由于U2C的作用，这个电压加在R8上，形成的电流抵消了U210脚和2脚的输入端偏置电流，从而对采样保持电容C3的影响也就极小。如果存在未能完全抵消，若抵消后的结果是有少量电流(如约2nA)对C3充电，则由R2上的电流(约5nA)予以抵消，抵消后则变为3nA对电容放电。若是抵消后的结果是有少量电流(如约2nA)对C3电容放电，则再加上R2上的电流就共有7nA对电容放电，与运放单输入端的45nA的输入端偏置电流而言，有了很大的抑制。另由于最终结果是对电容放电，所以只会加快结束充电，不会造成不能终止充电的情况发生。C6为防震荡电容。这里R2起确保电路在不利的情况下可终止充电的作用。
受控充电电路2是由三极管Q1、发光二极管D7、二极管D8、电阻R14、R15、R16所组成，其输入为充电控制信号，经D8输出对电池充电。
过压保护电路3是由二极管D5、电阻R21、R24、三极管Q2所组成，输入为待充电电池电压，输出进入U2B6脚，用于当电池电压超过规定值时起停止充电的作用。

Claims (3)

1.一种电池充电电路，包括电压峰值采样保持与输入电压比较控制电路(1)，其特征在于：
该电压峰值采样保持与输入电压比较控制电路(1)包括电池电压分压取样电路(11)、峰值采样保持电路(12)、-ΔV比较控制电路(13)、峰值采样二极管D1反向漏电流抑制电路(14)、稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路(15)、运放输入端偏置电流抑制电路(16)；且：
峰值采样保持电路(12)分别与电池电压分压取样电路(11)、D1反向漏电流抑制电路(14)、稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路(15)和运放输入端偏置电流抑制电路(16)相连；-ΔV比较控制电路(13)分别与电池电压分压取样电路(11)、运放输入端偏置电流抑制电路(16)相连。
2.根据权利要求1所述的一种电池充电电路，其特征在于：该电路还包括受控充电电路(2)和过压保护电路(3)，且均与所述的-ΔV比较控制电路(13)相连。
3.根据权利要求2所述的一种电池充电电路，其特征在于：
电池电压分压取样电路(11)是由电池BT、电阻R17、R19、R4、R18、R5、R20、R7、二极管D3、D6、电容C4、C5所组成；
峰值采样保持电路(12)是由集成运算放大器U2A、二极管D1、D2、D4、电阻R1、电容C3所组成；
-ΔV比较控制(13)是采用集成运算放大器U2B；
D1反向漏电流抑制电路(14)是由集成运算放大器U2D和电阻R3所组成；
稳定电压作峰值采样保持电容正端参考电压电路(15)是由型号为78L09集成芯片U1、电容C7、C6、C2、电阻R23、R22所组成，或由提供稳定电压的电路构成；
运放输入端偏置电流抑制电路(16)是由集成运算放大器U2C、电阻R8、R13、电容C6所组成；
过压保护电路(3)是由稳压管D5、电阻R21、R24、三极管Q2所组成；
受控充电电路(2)是由R16、D7、R15、R14、Q1、D8所组成。
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