專利名稱：充電器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種充電器，特別是涉及一種用于手持式移動通信終端設備的充電器。
背景技術：
由于手持式移動通信終端設備應用的特殊性，手持式移動通信終端設備內(nèi)部模塊的工作方式，用戶信息的保存和安全措施的實現(xiàn)需要持續(xù)的供電保障，因此設有備用固定電池和可移動電池共兩塊電池。在更換可移動電池，或可移動電池電量不足時由備用固定電池對所述終端設備供電。
現(xiàn)有的無線通信終端使用的充電器都是針對單一鋰聚合物電池充電；充電供電通過同一個通道進入無線終端，供電和充電電路沒有分離；并且沒有充電狀態(tài)的詳細指示。這些充電器只是在某個設定電壓值提供直流恒壓輸出，不對充電電池進行充電管理，可能會降低電池的使用壽命甚至引起電池損壞。無線終端充電和供電電路共用同一通道，充電和供電電路兩部分工作在不同的負載條件下時兩部分電路一定會相互影響，嚴重的甚至會導致電壓不穩(wěn)，終端死機或重啟動。另外，用戶通常不知道電池充滿電所需要的時間，并且對充電過程中距離電池充滿電的剩余所需時間也不知曉，不利于無線終端用戶進行時間安排。
如前述可知，現(xiàn)有的充電器對于具有固定電池和移動電池的手持式移動通信終端設備不安全，不穩(wěn)定，不適合，不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種充電器，它可提供相互獨立的一路供電、兩路充電電源，并可以對充供電電源進行管理，顯示充供電運行狀態(tài)。
為解決上述技術問題，本發(fā)明充電器，包括電源適配器和充電頭兩部分，所述電源適配器輸出的直流電壓輸入到充電頭；所述電源適配器為脈寬調(diào)制式開關電源，包括高頻扼流線圈，該高頻扼流線圈連接輸入整流器件，還包括開關電源控制器，該開關電源控制器選用TOP247芯片，其引腳6連接高頻變壓器的初級繞組，引腳1連接光電耦合器件，所述開關電源控制器，其內(nèi)部集成功率場效應管和脈沖寬度調(diào)制器；該高頻變壓器采用反激式繞法，初級繞組與次級繞組、反饋繞組的極性相反；該開關電源控制器內(nèi)部的脈沖寬度調(diào)制器控制功率場效應管通斷，調(diào)節(jié)輸出電壓開啟和關斷；交流輸入電壓經(jīng)整流濾波后，由開關電源控制器內(nèi)的功率場效應管斬波，送高頻變壓器降壓，得到高頻矩形波，最后通過輸出端的整流濾波電路整流濾波后輸出直流電壓；所述充電頭由充電供電控制電路和液晶顯示電路組成，該充電供電控制電路采用EM78P458單片機(如圖2中所示器件IC3)，液晶顯示電路采用HT 1621 B芯片(如圖2中所示器件IC4)控制，所述EM78P458單片機和HT 1621 B芯片通過串口相連；該EM78P458單片機包括8路8位A/D轉換器、2路脈寬調(diào)制器和一個比較器；所述2路脈寬調(diào)制器分別控制兩路充電電源的充電控制電路，兩路A/D轉換器分別檢測電池電壓，還有兩路A/D轉換器分別接收來自電池內(nèi)部熱敏電阻的檢測信號；所述EM78P458單片機通過分別通過ADC1和ADC2引腳采樣電池電壓VOLDET1和VOLDET2，通過單片機內(nèi)部比較器同外部輸入該單片機的參考電壓VREF比較，并確認達到VREF以后，通過PWM腳控制充電電路由恒流充電進入恒壓充電工作態(tài)，當EM78P458單片機通過A/D采樣電路獲知電池內(nèi)部的熱敏電阻電壓異常，EM78P458單片機通過PWM腳切斷充電電源；該EM78P458單片機將充電和供電狀態(tài)通過GPIO串口送到顯示電路HT 1621 B芯片輸出。
該充電頭輸出三路電源，其中一路對通信終端設備供電，另外兩路供鋰聚合物電池充電。
本發(fā)明將供電電路與充電電路有效分離，降低了充電電路和供電電路之間的相互影響，充電頭可以進行充電管理，即在電池電壓低于設定值時對電池進行恒流充電，當電池電壓達到設定值后進行恒壓充電。本發(fā)明還可進行供電管理、并可由充電頭上的液晶顯示器顯示充電狀態(tài)。供電電路獨立為通信終端供電，既不被充電電路影響，也不會影響充電電路。
本發(fā)明將易出現(xiàn)問題的充電和供電管理電路設置在充電頭，也就是將最容易損壞的這部分電路從終端中分離出來，一旦充電供電電路出現(xiàn)故障(如外部工頻電網(wǎng)電壓異?；蛞桌匣某潆姽╇婋娐菲骷l(fā)生故障)，在充電頭中，在危害還未到達無線終端時，就得到保護，不會造成通信終端設備損壞。
本發(fā)明提供三路電源，其中一路對通信終端設備供電，另外兩路供鋰聚合物電池充電，該三路電源相互獨立互不影響。在更換可移動電池，或可移動電池電量不足時由備用固定電池對所述終端設備供電。當所述通信終端設備在本發(fā)明充電器上進行充電時，無論終端是否開機工作，終端上是否有移動電池，電池都將進入充電狀態(tài)，對于具有固定電池和移動電池的手持式移動通信終端設備的使用非常方便。


圖1是本發(fā)明電源適配器電路原理圖；圖2是本發(fā)明充電頭電路原理圖；圖3是本發(fā)明充電頭充滿電剩余時間估算裝置控制流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明充電器，包括電源適配器和充電頭兩部分。
如圖1所示，所述電源適配器為脈寬調(diào)制式開關電源。該電源適配器主要包括高頻扼流線圈LF1(選用LTF13R813)、該高頻扼流線圈LF1連接輸入整流器件BD1(選用KBP206)、高頻變壓器T1(選用LTS28C872)、開關電源控制器IC1、光電耦合器件IC2(選用PC817A)。
所述高頻扼流線圈LF1是在工頻電網(wǎng)和電源適配器內(nèi)部之間起到低通濾波的作用，隔離兩部分的高頻信號。
所述整流器件BD1將交流電轉換成為直流電。然后可以通過電容濾波得到紋波較小的直流電。
所述高頻變壓器T1在電路中起能量存儲、隔離輸出和電壓變換的作用。該高頻變壓器T1采用反激式繞法，初級繞組N1與次級繞組N2、反饋繞組N3的極性相反。當初級繞組N1導通時，電能以磁場能量形式儲存在初級繞組N1中，此時二極管D3和D4截止；當初級繞組N1截止時，二極管D3和D4導通，能量傳給次級，這就是反激式開關電源的特點。
所述開關電源控制器IC1選用TOP247芯片，其引腳6連接高頻變壓器T1的初級繞組N1，引腳1連接光電耦合器件IC2。
該控制器IC1內(nèi)部的脈沖寬度調(diào)制器控制該模塊內(nèi)的功率場效應管通斷，調(diào)節(jié)輸出電壓開啟和關斷；市電交流輸入電壓經(jīng)整流濾波后，由開關電源控制器內(nèi)的功率場效應管斬波，通過D腳送到高頻變壓器T1，得到高頻矩形波，最后通過高頻變壓器T1輸出端的整流濾波電路整流濾波后輸出直流電壓。所述開關電源控制器內(nèi)的脈沖寬度調(diào)制器控制功率場效應管通斷，調(diào)節(jié)輸出電壓。
當交流220V、50～60Hz輸入電壓經(jīng)過整流濾波后變成直流電壓Vi后，由開關電源控制器IC1斬波，高頻變壓器T1降壓得到高頻矩形波，最后通過由二極管D3和D4、電容C11、電容C12、電感L2、電容C13組成的整流濾波電路整流濾波后輸出所需的直流輸出電壓Vo。開關電源控制器IC1是該電源適配器的核心，在其內(nèi)部它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅動信號。當電源適配器輸出的直流電壓Vo降低時，開關電源控制器IC1內(nèi)的脈寬調(diào)制器改變驅動信號的脈沖寬度(占空比)，使功率場效應管斬波后的高頻電壓平均值升高，輸出的直流電壓Vo升到設定值。反之，當輸出的直流電壓Vo升高時，通過調(diào)節(jié)占空比，使直流電壓Vo降低。該直流電壓Vo為智能充電頭電路的供電電壓，所述通信終端設備所需的其它各組電壓通過通信終端內(nèi)部的穩(wěn)壓集成電路穩(wěn)壓后取得。
由于經(jīng)過整流器件BD1整流后的直流電壓經(jīng)初級繞組N1加至開關電源控制器IC1內(nèi)的功率場效應管的漏極上即IC1的D腳，在初級繞組N1關斷期間，由高頻變壓器T1漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，會疊加在直流電壓和感應電壓上，使開關電源控制器IC1內(nèi)的功率場效應管的漏極電壓超過它可承受的極限值而損壞，所以必須在初級繞組N1兩端增加漏極鉗位保護電路，對尖峰電壓進行鉗位或吸收。所述漏極鉗位保護電路由電容C3同電阻R2串連后與電阻R1并聯(lián)，然后再與二極管D1串聯(lián)，連接在初級繞組N1兩端。
開關電源控制器IC1具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標等優(yōu)點，能構成高效率無工頻變壓器的隔離式開關電源，所構成的開關電源在成本上與同等功率的線性穩(wěn)壓電源相當甚至更低，而電源效率顯著提高，體積與重量大為減小，被譽為“高效節(jié)能型電源”或“綠色電源”。電源內(nèi)部關鍵元器件工作在高頻開關狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可高達90％，比線性穩(wěn)壓電源提高近一倍。因無需工頻變壓器，利用體積很小的高頻變壓器來實現(xiàn)電壓變換及電網(wǎng)隔離，不僅去掉笨重的工頻變壓器，還可以采用較小的濾波元件和散熱器，有利于開發(fā)高效率、高可靠性、體積小、重量輕的開關電源。
如圖2所示，所述充電頭由充電供電控制電路和液晶顯示電路組成，該充電供電控制電路采用EM78P458單片機IC3，液晶顯示電路采用HT 1621 B芯片IC4控制，所述單片機IC3和HT 1621 B芯片IC4通過串口相連；作為充電供電控制電路核心部件的EM78P458芯片是一款高性能OTP單片機，除了具有其它EM78系列單片機的功能外，還包括8路8位A/D轉換器、2路脈寬調(diào)制器(PWM)和一個比較器。
所述2路脈寬調(diào)制器分別控制兩路充電電源的充電控制電路，2路A/D轉換器分別檢測電池電壓，還有兩路A/D轉換器分別接收來自電池內(nèi)部熱敏電阻的采樣信號；所述單片機IC3通過ADC1或ADC2引腳采樣電池電壓VOLDET1或VOLDET2，通過單片機IC3內(nèi)部比較器同外部輸入該單片機的參考電壓VREF比較，并確認達到VREF以后，通過PWM1或PWM2腳控制充電電路由恒流充電進入恒壓充電，當單片機IC3通過A/D采樣電路獲知電池內(nèi)部的熱敏電阻電壓異常，單片機IC3通過PWM腳(即單片機IC3的13腳或14腳)切斷充電電源；該單片機IC3將充電和供電狀態(tài)通過GPIO串口P64、P65、P66(分別為單片機IC3的8、9、10引腳)送到顯示電路芯片IC4的9、11、12引腳后顯示輸出。
所述電源適配器輸出的直流電壓輸入到充電頭，該充電頭輸出三路電源，其中一路對所述通信終端設備供電，一路為固定電池提供充滿設定值為8.4V充電，還有一路為可移動電池提供充滿設定值為8.4V充電。該三路電源相互獨立互不影響。
該充電頭還可實現(xiàn)計算電池充滿電還需要的時間并顯示輸出，通常鋰聚合物電池的充電曲線(以電壓為縱坐標，時間為橫坐標)可以抽象為3個線性部分，在電池電壓為電池過放截止電壓到7.3V時，為斜率絕對值較大的線段，其在時間軸上的時間較短，該區(qū)域稱為A區(qū)；在電池電壓從7.3V到7.5V，為斜率絕對值很小的線段，其在時間軸上的時間較長，該區(qū)域稱為B區(qū)；在電池電壓為7.5V到電池過充保護電壓8.4V時，為斜率絕對值較大的線段，其在時間軸上的時間較短，該區(qū)域稱為C區(qū)。該充電曲線的詳細參數(shù)信息為事先存儲在單片機IC3中，單片機IC3根據(jù)采樣得的電池電壓信號，比較出電壓較低的電池電壓信號，確定較低電壓電池目前所處的狀態(tài)，對照事先存儲的充電曲線的詳細參數(shù)信息得出電池充滿電還需要的時間，并顯示輸出。
本發(fā)明的充電頭還設有充滿電剩余時間估算裝置，該裝置包括一通過單片機IC3的引腳3采樣移動電池(圖2中電池組2)電壓V1及通過單片機IC3的引腳4采樣固定電池(圖2中電池組1)電壓V2的采樣器，該采樣器連接至V1與V2的比較器內(nèi)，當V1大于V2時連接至V2電壓所屬區(qū)域即A區(qū)、B區(qū)或C區(qū)判斷器，判斷結果送該電池充滿電剩余時間計算器，計算剩余時間；該剩余時間送顯示器顯示輸出；并將顯示結果連接至V2與參考電壓Vref比較器，當V2大于參考電壓Vref時進入恒壓充電狀態(tài)，否則返回采樣器，繼續(xù)恒流充電；當V1小于V2時連接至V1電壓所屬區(qū)域即A區(qū)、B區(qū)或C區(qū)判斷器，判斷結果送該電池充滿電剩余時間計算器，計算剩余時間；該剩余時間送顯示器顯示輸出；并將顯示結果連接至V1與參考電壓Vref比較器，當V1大于參考電壓Vref時進入恒壓充電狀態(tài)，否則返回采樣器，繼續(xù)恒流充電。本發(fā)明充電頭充滿電剩余時間估算裝置控制流程圖如圖4所示。
該充電頭可實現(xiàn)充電智能化，進行自動以0.5C速率充電，及電池狀態(tài)檢測。當所述電源適配器掉電后，也不會消耗電池電量。充電頭上的LCD屏可顯示電量較小的電池充電時間。
權利要求
1.一種充電器，其特征在于包括電源適配器和充電頭兩部分，所述電源適配器輸出的直流電壓輸入到充電頭；所述電源適配器為脈寬調(diào)制式開關電源，電源適配器包括高頻扼流線圈，該高頻扼流線圈連接輸入整流器件，還包括開關電源控制器，該開關電源控制器選用TOP247芯片，其引腳6連接高頻變壓器的初級繞組，引腳1連接光電耦合器件，所述開關電源控制器控制其內(nèi)部的功率場效應管通斷，調(diào)節(jié)輸出電壓；該高頻變壓器采用反激式繞法，初級繞組與次級繞組、反饋繞組的極性相反；交流輸入電壓經(jīng)輸入整流濾波后，由該開關電源控制器內(nèi)的功率場效應管斬波，送高頻變壓器降壓，得到高頻矩形波，最后通過輸出端的整流濾波電路整流濾波后輸出直流電壓；所述充電頭由充電供電控制電路和液晶顯示電路組成，該充電供電控制電路采用EM78P458單片機，液晶顯示電路采用HT 1621 B芯片控制，所述EM78P458單片機和HT 1621 B芯片通過串口相連；該EM78P458單片機包括8路8位A/D轉換器、2路脈寬調(diào)制器和一個比較器；所述2路脈寬調(diào)制器分別控制兩路充電電源的充電控制電路，兩路A/D轉換器分別檢測電池電壓，還有兩路A/D轉換器分別接收來自電池內(nèi)部熱敏電阻的檢測信號；所述EM78P458單片機對電池電壓檢測信號確認到達設定值8.4V以后，通過PWM腳控制充電電路由恒流充電進入恒壓充電，當電池內(nèi)部的熱敏電阻上的電壓異常時，EM78P458單片機通過PWM腳切斷充電電源；該EM78P458單片機將充電和供電狀態(tài)通過GPIO串口送到顯示電路HT 1621 B芯片顯示輸出；該充電頭輸出三路電源，其中一路為直流供電電源，另外兩路供鋰聚合物電池充電。
2.如權利要求1所述的充電器，其特征在于所述漏極鉗位保護電路由電阻R1與電容C3并聯(lián)后再與二極管D1串聯(lián)，連接在初級繞組N1兩端。
3.如權利要求1所述的充電器，其特征在于充電頭還設有充滿電剩余時間估算裝置，該裝置包括一通過單片機IC3的引腳3采樣移動電池電壓V1及通過單片機IC3的引腳4采樣固定電池電壓V2的采樣器，該采樣器連接至V1與V2的比較電路，當V1大于V2時連接至V2電壓所屬區(qū)域即A區(qū)、B區(qū)或C區(qū)判斷電路，判斷結果送該電池充滿電剩余時間計算電路，計算剩余時間；該剩余時間送顯示器顯示輸出；并將顯示結果連接至V2與參考電壓Vref比較器，當V2大于參考電壓Vref時進入恒壓充電狀態(tài)，否則返回采樣器；當V1小于V2時連接至V1電壓所屬區(qū)域即A區(qū)、B區(qū)或C區(qū)判斷器，判斷結果送該電池充滿電剩余時間計算電路，計算剩余時間；該剩余時間送顯示器顯示輸出；并將顯示結果連接至V1與參考電壓Vref比較電路，當V1大于參考電壓Vref時進入恒壓充電狀態(tài)，否則返回采樣器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種充電器，包括電源適配器和充電頭兩部分，電源適配器輸出的直流電壓輸入到充電頭。電源適配器為脈寬調(diào)制式開關電源，電源適配器主要包括高頻扼流線圈、整流器件、高頻變壓器、開關電源控制器、光電耦合器件。整流器件將交流電轉換成為直流電，該開關電源控制器選用TOP247芯片將直流電斬波，該高頻變壓器采用反激式繞法。充電頭由充電供電控制電路和液晶顯示電路組成，該充電供電控制電路采用EM78P458單片機，液晶顯示屏采用HT 1621 B芯片控制，所述EM78P458單片機和HT 1621 B芯片通過串口相連。本發(fā)明可為手持式移動通訊終端設備充供電，對充供電電源進行管理，顯示充供電運行狀態(tài)。
文檔編號H02J7/04GK1622424SQ20031010894
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權日2003年11月28日
發(fā)明者陸維林, 黃玉敏, 朱旗 申請人:上海維華信息技術有限公司