專利名稱：鋰電池充電控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電控制電路，具體涉及鋰電池充電控制電路。
背景技術(shù)：
鋰電池由于能量密度高、使用溫度范圍寬、自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)、充放電壽命長(zhǎng)以及無(wú)污染等特點(diǎn)，成為新一代空間用儲(chǔ)能電源，鋰電池越來(lái)越多的應(yīng)用在空間航天飛行器中。但是，鋰電池的充電控制技術(shù)與其他儲(chǔ)能電池不同，在使用中，根據(jù)鋰電池的活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性，絕對(duì) 不能過(guò)充，否則當(dāng)電壓超過(guò)一定值時(shí)正極材料的結(jié)構(gòu)會(huì)塌陷，影響電池的使用壽命甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決鋰電池在充電過(guò)程中，因過(guò)充影響鋰電池的使用壽命甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)的問(wèn)題，從而提出了鋰電池充電控制電路。鋰電池充電控制電路包括鋰電池、電流采樣電路、信號(hào)處理電路、穩(wěn)壓源、驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、三角波信號(hào)產(chǎn)生電路和開關(guān)管電路，信號(hào)處理電路采集鋰電池的端電壓信號(hào)；電流采樣電路用于采集鋰電池的充電回路的充電電流信號(hào)，并將該充電電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理電路，所述的穩(wěn)壓源將穩(wěn)壓信號(hào)同時(shí)發(fā)送至信號(hào)處理電路、驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)管電路，信號(hào)處理電路將接收到的鋰電池的端電壓信號(hào)、電壓信號(hào)和穩(wěn)壓信號(hào)進(jìn)行比較，取最大的信號(hào)作為第一電壓信號(hào)，并將該第一電壓信號(hào)后發(fā)送至脈寬調(diào)制電路，三角波信號(hào)產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生并發(fā)送三角波信號(hào)至脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路將接收到的第一電壓信號(hào)與該脈寬調(diào)制電路內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較產(chǎn)生第二電壓信號(hào)，并將該第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)，并將該P(yáng)WM信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)PWM信號(hào)獲得充電控制信號(hào)，并將該充電控制信號(hào)發(fā)送至開關(guān)管電路，開關(guān)管電路在控制信號(hào)的控制下對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、由于本發(fā)明基于鋰電池的端電壓信號(hào)、充電電壓信號(hào)和穩(wěn)壓信號(hào)而輸出第一電壓信號(hào)，并由脈寬調(diào)制電路基于該第一電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)而產(chǎn)生第二電壓信號(hào)，第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路放大該P(yáng)WM信號(hào)而獲得充電控制信號(hào)，充電控制信號(hào)用于控制鋰電池的充電，第二電壓信號(hào)與第一電壓信號(hào)呈反向線性關(guān)系，當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)大于基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，基準(zhǔn)電壓信號(hào)減去第一電壓信號(hào)等于第二電壓信號(hào)，如果第一電壓信號(hào)比基準(zhǔn)電壓信號(hào)高輸出為O，第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)比較，產(chǎn)生脈寬，第二電壓信號(hào)低于三角波信號(hào)，輸出的是高，反之是低。輸出就是一個(gè)方波，方波低電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通開始充電，高電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷)，充電控制電路停止充電，在第一電壓信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，第二電壓信號(hào)輸出低電平，充電控制電路對(duì)鋰電池充電,所以，在充電開始,通過(guò)恒流的方式對(duì)鋰電池充電，當(dāng)鋰電池的端電壓達(dá)到設(shè)定的電壓值時(shí)，通過(guò)恒壓的方式對(duì)鋰電池充電，充電電流大于設(shè)定電流、鋰電池的端電壓大于設(shè)定電壓時(shí)，充電控制電路均會(huì)斷開，達(dá)到恒流恒壓充電的目的，使鋰電池不會(huì)因?yàn)檫^(guò)充而影響使用壽命。2、由于所述信號(hào)處理電路包括穩(wěn)壓源電壓處理電路，在穩(wěn)壓源功率很充裕時(shí)，所述鋰電池充電控制電路能夠?qū)︿囯姵爻潆?，而?dāng)穩(wěn)壓源功率不太充裕時(shí)，能夠根據(jù)穩(wěn)壓源功率的情況控制所述脈寬調(diào)制電路輸出PWM信號(hào)，當(dāng)穩(wěn)壓源電壓能夠滿足充電要求時(shí)，充電控制電路對(duì)鋰電池充電；當(dāng)不能夠滿足充電需要時(shí)，充電控制電路不對(duì)鋰電池充電，進(jìn)而，保護(hù)穩(wěn)壓源，達(dá)到穩(wěn)壓源電壓跟隨的目的。當(dāng)穩(wěn)壓源是衛(wèi)星母線時(shí)，本發(fā)明的新型充電控制電路具有母線跟隨功能。


圖1為本發(fā)明的所述的鋰電池充電控制電路的電路原理圖；圖2是具體實(shí)施方式
四所述的信號(hào)處理電路3的電路原理圖；圖3是圖2中信號(hào)處理電路3內(nèi)部的一種具體電路結(jié)構(gòu)示意；圖具體實(shí)施方式
五所述的驅(qū)動(dòng)電路5 —種具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖具體實(shí)施方式
七所述的脈寬調(diào)制電路6 —種具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的鋰電池充電控制電路包括鋰電池1、電流采樣電路2、信號(hào)處理電路3、穩(wěn)壓源4、驅(qū)動(dòng)電路5、脈寬調(diào)制電路6、三角波信號(hào)產(chǎn)生電路7和開關(guān)管電路8，信號(hào)處理電路3采集鋰電池I的端電壓信號(hào)；電流采樣電路2用于采集鋰電池I的充電回路的充電電流信號(hào)，并將該充電電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理電路3，所述的穩(wěn)壓源4將穩(wěn)壓信號(hào)同時(shí)發(fā)送至信號(hào)處理電路3、驅(qū)動(dòng)電路5和開關(guān)管電路8，信號(hào)處理電路3將接收到的鋰電池I的端電壓信號(hào)、電壓信號(hào)和穩(wěn)壓信號(hào)進(jìn)行比較，取最大的信號(hào)作為第一電壓信號(hào)，并將該第一電壓信號(hào)后發(fā)送至脈寬調(diào)制電路6，三角波信號(hào)產(chǎn)生電路7用于產(chǎn)生并發(fā)送三角波信號(hào)至脈寬調(diào)制電路6，脈寬調(diào)制電路6將接收到的第一電壓信號(hào)與該脈寬調(diào)制電路6內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較產(chǎn)生第二電壓信號(hào)，并將該第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)，并將該P(yáng)WM信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)電路5，該驅(qū)動(dòng)電路5根據(jù)PWM信號(hào)獲得充電控制信號(hào)，并將該充電控制信號(hào)發(fā)送至開關(guān)管電路8，開關(guān)管電路8在控制信號(hào)的控制下對(duì)鋰電池I進(jìn)行充電。
具體實(shí)施方式
二、本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的鋰電池充電控制電路的區(qū)別在于，脈寬調(diào)制電路6將接收到的第一電壓信號(hào)與該脈寬調(diào)制電路6內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較產(chǎn)生第二電壓信號(hào)的方法為:所述的第二電壓信號(hào)與第一電壓信號(hào)呈反向線性關(guān)系，當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)大于基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，第二電壓信號(hào)為基準(zhǔn)電壓信號(hào)減去第一電壓信號(hào)，當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)小于等于基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，第二電壓信號(hào)為0V。
具體實(shí)施方式
三、本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的鋰電池充電控制電路的區(qū)別在于，第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)的方法為:當(dāng)?shù)诙妷盒盘?hào)低于三角波信號(hào)，產(chǎn)生PWM信號(hào)的高電平；當(dāng)?shù)诙妷盒盘?hào)高于或等于三角波信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生PWM信號(hào)的低電平。所述的輸出PWM信號(hào)為一個(gè)方波，方波低電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通開始充電，高電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷。
具體實(shí)施方式
四、參見圖2說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的鋰電池充電控制電路的區(qū)別在于，信號(hào)處理電路3包括穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1、鋰電池電壓處理電路3-2和采樣電壓處理電路3-3，穩(wěn)壓源4的穩(wěn)壓信號(hào)輸出端與穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的穩(wěn)壓信號(hào)輸入端連接；鋰電池I的端電壓與鋰電池電壓處理電路3-2的電壓信號(hào)輸入端連接；電流米樣電路2的電壓信號(hào)輸出端與米樣電壓處理電路3-3的電壓信號(hào)輸入端連接，穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1輸出的穩(wěn)壓信號(hào)輸出端、鋰電池電壓處理電路3-2輸出的鋰電池I的端電壓信號(hào)輸出端和米樣電壓處理電路3-3輸出的電壓信號(hào)輸出端均與脈寬調(diào)制電路6的電壓信號(hào)輸入端連接。結(jié)合圖3所示，所述鋰電池電壓處理電路3-2在本實(shí)施例中包括第二差分放大電路3-2-1和第二二極管DC101-1。與所述單體電壓處理電路3-1類似，所述第二差分放大電路3-2-1包括第二運(yùn)算放大器UC1-1A、接地的第二同相分壓電路、第二反相分壓電路和連接于第二運(yùn)算放大器UCl-1A的反相輸入端和輸出端之間的第二電阻RC108-1。該第二運(yùn)算放大器UCl-1A的反相輸入端通過(guò)由電阻RC106-1構(gòu)成第二反相分壓電路連接鋰電池I的負(fù)極，同相輸入端通過(guò)由電阻RC107-1、電阻RC105-1、電阻RC101-1構(gòu)成第二同相分壓電路連接鋰電池I的正極。所述第二二極管DC101-1的正極連接第二運(yùn)算放大器UCl-1A的輸出端，所述第二二極管DC101-1的負(fù)極連接所述脈寬調(diào)制電路6，具體的，在本實(shí)施例中，所述鋰電池電壓處理電路3-2還包括具有運(yùn)算放大器UCl-1B的電壓跟隨器，所述電壓跟隨器的輸入端通過(guò)電阻RC110-1連接所述第二差分放大電路3-2-1的第二運(yùn)算放大器UCl-1A的輸出端，所述第二二極管DC101-1的正極連接于所述電壓跟隨器的輸出端，負(fù)極連接所述脈寬調(diào)制電路6。所述電壓跟隨器的設(shè)置可以避免第二差分放大電路3-2-1在放大鋰電池I的端電壓過(guò)程中出現(xiàn)的溫漂問(wèn)題。所述鋰電池電壓處理電路3-2的第二差分放大電路3-2-1差分放大所述鋰電池I的端電壓而產(chǎn)生第二放大電壓，為了便于敘述，將第二差分放大電路3-2-1經(jīng)過(guò)所述電壓跟隨器傳輸至第二二極管DC101-1的正極的電壓也用該第二放大電壓代替，當(dāng)?shù)诙糯箅妷捍笥诘诙O管DC101-1的閾值電壓時(shí)，該第二二極管DC101-1導(dǎo)通，進(jìn)而，所述鋰電池的端電壓被差分放大后傳輸至所述脈寬調(diào)制電路6，當(dāng)該第二放大電壓小于第二二極管DClOl-1的閾值電壓時(shí)，所述二極管截止，所述鋰電池I的端電壓不能被差分放大后傳輸至所述脈寬調(diào)制電路6。結(jié)合圖3所示，所述采樣電壓處理電路3-3包括第三差分放大電路3-3-1和第三二極管DC501-1，所述第三差分放大電路3-3-1包括第三運(yùn)算放大器UC4-1A、接地的第三同相分壓電路、第三反相分壓電路和連接于所述第三運(yùn)算放大器UC4-1A的反相輸入端和輸出端的第三電阻RC507-1。該第三運(yùn)算放大器UC4-1A的負(fù)極通過(guò)由電阻RC505-1構(gòu)成的第三反相分壓電路連接所述電流采樣電路2的負(fù)極，同相輸入端通過(guò)由電阻RC506-1、電阻RC504-1和電阻RC501-1構(gòu)成第三同相分壓電路連接電流采樣電路2的正極。所述第三二極管DC501-1的正極連接第三運(yùn)算放大器UC4-1A的輸出端，所述第三二極管DC501-1的負(fù)極連接所述脈寬調(diào)制電路6，具體的，該采樣電壓處理電路3-3還包括具有運(yùn)算放大器UC4-1B的電壓跟隨器，該電壓跟隨器防止第三差分放大電路3-3-1在放大充電回路的充電電流過(guò)程中出現(xiàn)的溫漂問(wèn)題，在此種情況下，所述第三二極管DC501-1的負(fù)極連接脈寬調(diào)制電路6，正極連接電壓跟隨器的運(yùn)算放大器UC4-1B的輸出端，運(yùn)算放大器UC4-1B的同相輸入端通過(guò)電阻RC508-1連接第三運(yùn)算放大器UC4-1A。在本發(fā)明中，電流采樣電路2采樣回路的充電電流而獲得采樣電壓，所述第三差分放大電路3-3-1的差分放大該采樣電壓而產(chǎn)生第三放大電壓，與前述單體電壓處理電路3-1和鋰電池電壓處理電路3-2類似，將第三二極管DC501-1正極的電壓用第三放大電壓代替，所以，當(dāng)?shù)谌糯箅妷捍笥诘谌O管DC501-1的閾值電壓時(shí)，第三二極管DC501-1導(dǎo)通，該第三放大電壓與閾值電壓之差被傳輸至脈寬調(diào)制電路6，當(dāng)?shù)谌糯箅妷盒∮谒龅谌O管DC501-1的閾值電壓時(shí)，第三二極管DC501-1截止，采樣電壓不能被傳輸至脈寬調(diào)制電路6。如圖3所示，該穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1包括第四差分放大電路3-1-1和第四二極管DC301-1，所述第四差分放大電路3-1-1包括第四運(yùn)算放大器UC2-1A、接地的第四同相分壓電路、第四反相分壓電路和連接于該第四運(yùn)算放大器UC2-1A的反相輸入端和輸出端之間的第四電阻RC309-1。該運(yùn)算放大器UC2-1A的正相輸入端通過(guò)至少由電阻RC308-1、電阻RC306-1和電阻RC305-1構(gòu)成的第四同相分壓電路與電源連接，在本實(shí)施例中，與+12V電源連接，反相輸入端通過(guò)由電阻RC307-1和電阻RC301-1構(gòu)成的第四反相分壓電路連接所述穩(wěn)壓源4的正極(也稱之為穩(wěn)壓源正極)。所述第四二極管DC301-1的正極連接所述第四運(yùn)算放大器UC2-1A的輸出端，負(fù)極與所述脈寬調(diào)制電路6連接，具體的，該穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1還包括電壓跟隨器和濾波電路，該電壓跟隨器包括運(yùn)算放大器UC2-B，用于防止第四差分放大電路3-1-1在放大穩(wěn)壓源電壓過(guò)程中出現(xiàn)的溫漂問(wèn)題。所述第四二極管DC301-1的負(fù)極連接脈寬調(diào)制電路6，正極連接運(yùn)算放大器UC2-1B的輸出端，運(yùn)算放大器UC2-1B的同相輸入端通過(guò)電阻RC311-1連接第四運(yùn)算放大器UC2-1A的輸出端。濾波電路包括電阻RC302-1、電阻RC303-1、電阻RC304-1和電容CC303-1構(gòu)成的濾波電路以及電容CC302-1。
具體實(shí)施方式
五、參見圖4說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的鋰電池充電控制電路的區(qū)別在于，驅(qū)動(dòng)電路5包括電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R2UNPN晶體管Q2、PNP晶體管Q3和第一穩(wěn)壓管D5，所述的電阻R18的一端同時(shí)與穩(wěn)壓源4穩(wěn)壓信號(hào)輸出端和電阻R19的一端連接，電阻R18的另一端同時(shí)與NPN晶體管Q2的基極、PNP晶體管Q3的基極和第一穩(wěn)壓管D5的陰極連接，第一穩(wěn)壓管D5的陽(yáng)極與脈寬調(diào)制電路6的PWM信號(hào)輸出端連接，電阻R19的另一端與NPN晶體管Q2的集電極連接， NPN晶體管Q2的發(fā)射極同時(shí)與PNP晶體管Q3的發(fā)射極和電阻R21的一端連接，電阻R21的另一端與開關(guān)管電路8的控制信號(hào)輸入端連接，PNP晶體管Q3的集電極與電阻R20的一端連接，電阻R20的另一端接地。如圖4所示，所述驅(qū)動(dòng)電路5放大脈寬調(diào)制電路6產(chǎn)生的PWM信號(hào)，獲得充電控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路5包括NPN晶體管Q2和PNP晶體管Q3構(gòu)成的推挽式電路，具體的，所述NPN晶體管Q2和PNP晶體管Q3的基極均連接于所述脈寬調(diào)制電路6的輸出端，具體的，均通過(guò)二極管D5連接于脈寬調(diào)制電路6輸出端。
具體實(shí)施方式
六、本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的鋰電池充電控制電路的區(qū)別在于，所述的電流采樣電路2為霍爾電流采樣器。
具體實(shí)施方式
七、參見圖5說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的鋰電池充電控制電路的區(qū)別在于，所述的脈寬調(diào)制電路6采用7J193比較器芯片實(shí)現(xiàn)，具體結(jié)構(gòu)包括電阻RC201-1、電阻RC202-1、電阻RC203-1、電阻RC204-1、電阻RC205-1、電阻RC206-1、電阻 RC207-1、電阻 RC208-1、電容 CC201-1、電容 CC202-1、電容 CC203-1、第二穩(wěn)壓管DC201-1、第五運(yùn)算放大器UC5-1A和比較器UC6-1A，電阻RC201-1的一端同時(shí)與電阻RC204-1的一端和12V電源連接，電阻RC201-1的另一端同時(shí)與電阻RC202-1的一端和第二穩(wěn)壓管DC201-1的陰極連接，第二穩(wěn)壓管DC201-1的陽(yáng)極接地，電阻RC202-1的另一端與第五運(yùn)算放大器UC5-1A的正相輸入端連接，第五運(yùn)算放大器UC5-1A的雙相電源的負(fù)極接地，第五運(yùn)算放大器UC5-1A的雙相電源的正極同時(shí)與電阻RC204-1的另一端、電容CC202-1的一端、電阻RC208-1的一端和比較器UC6-1A的雙相電源的正極連接，第五運(yùn)算放大器UC5-1A的負(fù)相輸入端同時(shí)與電容CC203-1的一端和電阻RC205-1的一端連接，電容CC203-1的另一端與信號(hào)處理電路3的第一電壓信號(hào)輸出端連接，電阻RC205-1的另一端與電容CC201-1的一端連接，電容CC201-1的另一端同時(shí)與第五運(yùn)算放大器UC5-1A的輸出端和電阻RC206-1的一端連接，電阻RC206-1的另一端與比較器UC6-1A的負(fù)相輸入端連接，比較器UC6-1A的正相輸入端與電阻RC207-1的一端連接，電阻RC207-1的另一端與三角波信號(hào)產(chǎn)生電路7的三角波信號(hào)輸出端連接，比較器UC6-1A的雙相電源的負(fù)極接地，比較器UC6-1A的輸出端同時(shí)與電阻RC208-1的另一端和驅(qū)動(dòng)電路5的PWM信號(hào)輸入端連接。本實(shí)施方式使用7J193比較器芯片實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制電路所有功能，從而，充電控制電路簡(jiǎn)單、可靠。如圖5所示，所述的7J193比較器芯片采用比較器UC6-1A具體的，第五運(yùn)算放大器UC5-1A反相輸入端連接所述信號(hào)處理電路3的輸出端，比較器UC6-1A同相輸入端連接所述三角波信號(hào)產(chǎn)生電路7的輸出端，在本實(shí)施例中，第五運(yùn)算放大器UC5-1A反相輸入端與鋰電池電壓處理電路3-2、采樣電壓處理電路3-3和穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的輸出端連接。該脈寬調(diào)制電路6具有基準(zhǔn)電壓信號(hào)，基于所述第一電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較產(chǎn)生第二電壓信號(hào)，第二電壓信號(hào)與比較器UC6-1A反相輸入端連接,第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)產(chǎn)生電路7產(chǎn)生的三角波信號(hào)比較輸出PWM信號(hào)，所述第二電壓信號(hào)與鋰電池電壓、采樣電壓和最高單體電壓中的最大者呈線性關(guān)系。在本實(shí)施例中，所述第一電壓信號(hào)是所述第一放大電壓與第一二極管閾值電壓之差、第二放大電壓與第二二極管閾值電壓之差和第三放大電壓與第三二極管閾值電壓之差中最大者，也就是該線性關(guān)系是指第一放大電壓、第二放大電壓或者第三放大電壓與相應(yīng)二極管閾值電壓之差；在具備穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的情況下，第一電壓信號(hào)還與穩(wěn)壓源電壓呈線性關(guān)系，是所述第一電壓信號(hào)是所述第一放大電壓與第一二極管閾值電壓之差、第二放大電壓與第二二極管閾值電壓之差、第三放大電壓與第三二極管閾值電壓之差和第四放大電壓與第四二極管的閾值電壓之差中最大者，也就是該線性關(guān)系是指第一放大電壓、第二放大電壓、第三放大電壓或者第四放大電壓與相應(yīng)二極管閾值電壓之差。如圖1至圖5所示，在發(fā)明的實(shí)施例中，所述穩(wěn)壓源可以衛(wèi)星母線，以穩(wěn)壓源是衛(wèi)星母線為例，說(shuō)明本發(fā)明鋰電池充電控制電路的工作過(guò)程如下:1、當(dāng)母線功率充裕時(shí)，該充裕是指母線的功率不僅能滿足系統(tǒng)內(nèi)部其他設(shè)備(衛(wèi)星其他設(shè)備)的用電需求，還能完全滿足鋰電池I充電的需求。此種情況下，所述第四運(yùn)算放大器U2C-1A的反相輸入端的電壓大于同相輸入端的電壓，第四運(yùn)算放大器U2C-1A輸出低電平，進(jìn)而，所述第四二極管DC301-1截止，所以，該穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1不工作，而此種情況下，第二二極管DC101-1導(dǎo)通，鋰電池電壓處理電路3-2的輸出電壓被傳輸至所述脈寬調(diào)制電路6，所述脈寬調(diào)制電路6比較該鋰電池電壓處理電路3-2的輸出電壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓信號(hào)，而在充電初始階段，鋰電池電壓處理電路的輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓信號(hào)，所以，脈寬調(diào)制電路6輸出為低電平，從而，開始充電過(guò)程。充電過(guò)程開始后，所述電流檢測(cè)電路I檢測(cè)整個(gè)回路的充電電流并將充電電流轉(zhuǎn)化為采樣電壓，所述第三差分放大電路3-3-1差分放大該采樣電壓。通過(guò)設(shè)置第一差分放大電路3_1_1、第二差分放大電路3_2_1和第二差分放大電路3_3_1的差模電壓增益，可以使得隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，所述采樣電壓處理電路3-3的輸出電壓比鋰電池電壓處理電路3-2的輸出電壓大，這樣，所述米樣電壓處理電路3-3的輸出電壓是第一電壓信號(hào)，所述脈寬調(diào)制電路6將基于采樣電壓處理電路的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較而產(chǎn)生第二電壓信號(hào)，第二電壓信號(hào)和三角波信號(hào)比較而產(chǎn)生PWM信號(hào)，在采樣電壓處理電路3-3的輸出電壓低于所述基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，第二電壓信號(hào)輸出低電壓，和三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)的低電平；米樣電壓處理電路的輸出電壓高于所述基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，第二電壓信號(hào)輸出高電壓，和三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)的高電平。該P(yáng)WM信號(hào)被傳輸至驅(qū)動(dòng)電路5，在PWM信號(hào)的正半周期，所述驅(qū)動(dòng)電路5的NPN晶體管Q21導(dǎo)通，PNP晶體管Q3截止；在PWM信號(hào)的負(fù)半周期，所述驅(qū)動(dòng)電路5的PNP晶體管Q2導(dǎo)通，NPN晶體管Q3截止，從而，將PWM信號(hào)放大。在本實(shí)施例中，所述充電控制信號(hào)為高電平信號(hào)時(shí)停止充電，在充電控制信號(hào)為低電平信號(hào)時(shí)開始充電。所以，只要采樣電流小于設(shè)定電流，也就是采樣電壓處理電路3-3的輸出電壓未超過(guò)基準(zhǔn)電壓信號(hào)，就能通過(guò)穩(wěn)壓源4向鋰電池I充電，而采樣電流大于設(shè)定電流，不能向鋰電池I充電，而且，采樣電流小于設(shè)定電流的時(shí)間等于PWM信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間，也等于充電控制電路充電的時(shí)間；采樣電流大于設(shè)定電流的時(shí)間等于PWM信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間，也等于充電控制電路停止充電的時(shí)間，從而，達(dá)到恒流充電的目的。在恒流充電的過(guò)程中鋰電池電壓處理電路3-2的輸出電壓與脈寬調(diào)制電路6的三角波信號(hào)比較，而使得脈寬調(diào)制電路6輸出PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)使得充電控制電路進(jìn)行充電或停止充電，進(jìn)而，恒流充電過(guò)程持續(xù)。該過(guò)程一直持續(xù)至鋰電池I的端電壓大于設(shè)定的鋰電池I的端電壓在鋰電池I的充電電壓達(dá)到設(shè)定的鋰電池I的端電壓后，本發(fā)明的鋰電池充電控制電路進(jìn)入恒壓充電模式，具體如下: 在恒壓充電模式下,鋰電池電壓處理電路3-2與三角波信號(hào)比較而產(chǎn)生PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路5放大該P(yáng)WM信號(hào)后，在PWM信號(hào)的低電平時(shí)充電控制電路開始充電，在高電平時(shí)截止，也就是說(shuō)，只要出現(xiàn)鋰電池電壓低于設(shè)定的鋰電池電壓的情況，所述PWM信號(hào)將出現(xiàn)低電平，從而，充電控制電路開始充電，當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中，鋰電池電壓低于設(shè)定的鋰電池I的端電壓的時(shí)間較短，所以，充電時(shí)間也較短，進(jìn)而，此種情況下的充電電流將逐漸減小，通常成指數(shù)規(guī)律減小。當(dāng)鋰電池的端電壓穩(wěn)定的情況下，所述脈寬調(diào)制電路6輸出始終為高電平，從而，整個(gè)充電回路的充電電流為0，充電過(guò)程結(jié)束。2、當(dāng)穩(wěn)壓源的功率不充裕時(shí)，該不充裕是指穩(wěn)壓電源的功率能滿足系統(tǒng)內(nèi)部其他設(shè)備(衛(wèi)星其他設(shè)備)的用電需求，但不能完全滿足鋰電池I充電的需求。此種情況下，由于穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的第四差分放大電路3-1-1的第四運(yùn)算放大器UC2-1A的反相輸入端連接穩(wěn)壓源的正極，第四運(yùn)算放大器UC2-1A反相輸入端的電壓小于同相輸入端的電壓，所以，第四運(yùn)算放大器UC2-1A輸出為高電平，該高電平使得第四二極管DC301-1導(dǎo)通，從而，穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1能夠輸出電壓，所述穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的輸出電壓比電池單體電壓處理電路3-1的輸出電壓、鋰電池I的端電壓處理電路3-2的輸出電壓均大，此種情況下，所述第一電壓信號(hào)是穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的輸出電壓，所以，脈沖寬度調(diào)制電路3比較該穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的輸出電壓和三角波信號(hào)比較而產(chǎn)生PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)使得充電控制電路開始充電或停止充電，如何充電和停止充電如前所述，在此不再贅述。而在穩(wěn)壓源4的電壓很低時(shí)，所述穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的輸出電壓會(huì)變大，此種情況下，穩(wěn)壓源電壓處理電路3-1的輸出電壓大于脈寬調(diào)制電路6的基準(zhǔn)電壓信號(hào)，所述脈寬調(diào)制電路6輸出高電平信號(hào)，從而，停止對(duì)鋰電池I充電。從上述過(guò)程可以看出，當(dāng)穩(wěn)壓源4的功率能夠充電時(shí)，所述充電控制電路能夠因?yàn)榉€(wěn)壓源電壓處理電路3-1的設(shè)置對(duì)鋰電池I充電，當(dāng)穩(wěn)壓源4的功率不足時(shí)，所述充電控制電路因?yàn)榉€(wěn)壓源電壓處理電路3-1的設(shè)置不對(duì)鋰電池I充電，這樣，在穩(wěn)壓源4功率不足的情況下，保護(hù)了穩(wěn)壓源4，而具有穩(wěn)壓源電壓跟隨的功能，當(dāng)該穩(wěn)壓源是衛(wèi)星母線時(shí)，本發(fā)明的充電控制電路具有母線跟隨功能，能夠保護(hù)母線，在確保充電的前提下不影響衛(wèi)星的工作。綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，故舉凡數(shù)值的變更或等效組件的置換，或依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，都應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范疇。
權(quán)利要求
1.鋰電池充電控制電路，其特征在于:它包括鋰電池(I)、電流采樣電路(2)、信號(hào)處理電路(3)、穩(wěn)壓源(4)、驅(qū)動(dòng)電路(5)、脈寬調(diào)制電路(6)、三角波信號(hào)產(chǎn)生電路(7)和開關(guān)管電路(8)， 信號(hào)處理電路(3)采集鋰電池(I)的端電壓信號(hào)； 電流采樣電路(2)用于采集鋰電池(I)的充電回路的充電電流信號(hào)，并將該充電電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理電路(3 )， 所述的穩(wěn)壓源(4)將穩(wěn)壓信號(hào)同時(shí)發(fā)送至信號(hào)處理電路(3)、驅(qū)動(dòng)電路(5)和開關(guān)管電路(8 )， 信號(hào)處理電路(3)將接收到的鋰電池(I)的端電壓信號(hào)、電壓信號(hào)和穩(wěn)壓信號(hào)進(jìn)行比較，取最大的信 號(hào)作為第一電壓信號(hào)，并將該第一電壓信號(hào)后發(fā)送至脈寬調(diào)制電路(6),三角波信號(hào)產(chǎn)生電路(7)用于產(chǎn)生并發(fā)送三角波信號(hào)至脈寬調(diào)制電路(6)， 脈寬調(diào)制電路(6)將接收到的第一電壓信號(hào)與該脈寬調(diào)制電路(6)內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較產(chǎn)生第二電壓信號(hào)，并將該第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)，并將該P(yáng)WM信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)電路(5 )， 該驅(qū)動(dòng)電路(5)根據(jù)PWM信號(hào)獲得充電控制信號(hào)，并將該充電控制信號(hào)發(fā)送至開關(guān)管電路(8)， 開關(guān)管電路(8 )在控制信號(hào)的控制下對(duì)鋰電池(I)進(jìn)行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電控制電路，其特征在于:脈寬調(diào)制電路(6)將接收至IJ的第一電壓信號(hào)與該脈寬調(diào)制電路(6)內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較產(chǎn)生第二電壓信號(hào)的方法為: 所述的第二電壓信號(hào)與第一電壓信號(hào)呈反向線性關(guān)系， 當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)大于基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，第二電壓信號(hào)為基準(zhǔn)電壓信號(hào)減去第一電壓信號(hào)， 當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)小于等于基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，第二電壓信號(hào)輸出為0V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電控制電路，其特征在于:第二電壓信號(hào)與三角波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM信號(hào)的方法為: 當(dāng)?shù)诙妷盒盘?hào)低于三角波信號(hào)，產(chǎn)生PWM信號(hào)的高電平； 當(dāng)?shù)诙妷盒盘?hào)高于或等于三角波信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生PWM信號(hào)的低電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電控制電路，其特征在于:所述的信號(hào)處理電路(3)包括穩(wěn)壓源電壓處理電路(3-1)、鋰電池電壓處理電路(3-2 )和采樣電壓處理電路(3-3 )， 穩(wěn)壓源(4)的穩(wěn)壓信號(hào)輸出端與穩(wěn)壓源電壓處理電路(3-1)的穩(wěn)壓信號(hào)輸入端連接； 鋰電池(I)的端電壓與鋰電池電壓處理電路(3-2)的電壓信號(hào)輸入端連接； 電流米樣電路(2)的電壓信號(hào)輸出端與米樣電壓處理電路(3-3)的電壓信號(hào)輸入端連接， 穩(wěn)壓源電壓處理電路(3-1)輸出的穩(wěn)壓信號(hào)輸出端、鋰電池電壓處理電路(3-2)輸出的鋰電池(I)的端電壓信號(hào)輸出端和米樣電壓處理電路(3-3)輸出的電壓信號(hào)輸出端均與脈寬調(diào)制電路(6)的電壓信號(hào)輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電控制電路，其特征在于:驅(qū)動(dòng)電路(5)包括電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R21、NPN晶體管(Q2 )、PNP晶體管(Q3 )和第一穩(wěn)壓管(D5 )，所述的電阻R18的一端同時(shí)與穩(wěn)壓源(4)穩(wěn)壓信號(hào)輸出端和電阻R19的一端連接，電阻R18的另一端同時(shí)與NPN晶體管(Q2)的基極、PNP晶體管(Q3)的基極和第一穩(wěn)壓管(D5)的陰極連接， 第一穩(wěn)壓管(D5)的陽(yáng)極與脈寬調(diào)制電路(6)的PWM信號(hào)輸出端連接， 電阻R19的另一端與NPN晶體管(Q2)的集電極連接， NPN晶體管(Q2)的發(fā)射極同時(shí)與PNP晶體管(Q3)的發(fā)射極和電阻R21的一端連接， 電阻R21的另一端與開關(guān)管電路(8)的控制信號(hào)輸入端連接， PNP晶體管(Q3)的集電極與電阻R20的一端連接， 電阻R20的另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電控制電路，其特征在于:所述的電流采樣電路(2)為霍爾電流采樣器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電控制電路，其特征在于:所述的脈寬調(diào)制電路(6)采用7J193比較器芯片實(shí)現(xiàn)，具體結(jié)構(gòu)包括電阻RC201-1、電阻RC202-1、電阻RC203-1、電阻 RC204-1、電阻 RC205-1、電阻 RC206-1、電阻 RC207-1、電阻 RC208-1、電容 CC201-1、電容CC202-1、電容CC20 3-1、第二穩(wěn)壓管(DC201-1)、第五運(yùn)算放大器(UC5-1A)和比較器(UC6-1A), 電阻RC201-1的一端同時(shí)與電阻RC204-1的一端和12V電源連接， 電阻RC201-1的另一端同時(shí)與電阻RC202-1的一端和第二穩(wěn)壓管(DC201-1)的陰極連接， 第二穩(wěn)壓管(DC201-1)的陽(yáng)極接地， 電阻RC202-1的另一端與第五運(yùn)算放大器(UC5-1A)的正相輸入端連接， 第五運(yùn)算放大器(UC5-1A)的雙相電源的負(fù)極接地， 第五運(yùn)算放大器(UC5-1A)的雙相電源的正極同時(shí)與電阻RC204-1的另一端、電容CC202-1的一端、電阻RC208-1的一端和比較器(UC6-1A)的雙相電源的正極連接， 第五運(yùn)算放大器(UC5-1A)的負(fù)相輸入端同時(shí)與電容CC203-1的一端和電阻RC205-1的一端連接， 電容CC203-1的另一端與信號(hào)處理電路(3)的第一電壓信號(hào)輸出端連接， 電阻RC205-1的另一端與電容CC201-1的一端連接， 電容CC201-1的另一端同時(shí)與第五運(yùn)算放大器(UC5-1A)的輸出端和電阻RC206-1的一端連接， 電阻RC206-1的另一端與比較器(UC6-1A)的負(fù)相輸入端連接， 比較器(UC6-1A)的正相輸入端與電阻RC207-1的一端連接， 電阻RC207-1的另一端與三角波信號(hào)產(chǎn)生電路(7)的三角波信號(hào)輸出端連接， 比較器(UC6-1A)的雙相電源的負(fù)極接地， 比較器(UC6-1A)的輸出端同時(shí)與電阻RC208-1的另一端和驅(qū)動(dòng)電路(5)的PWM信號(hào)輸入端連接。
全文摘要
鋰電池充電控制電路，本發(fā)明具體涉及鋰電池充電控制電路。它為了解決鋰電池在充電過(guò)程中，因過(guò)充影響鋰電池的使用壽命甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)的問(wèn)題。信號(hào)處理電路接收電壓信號(hào)和鋰電池中的端電壓信號(hào)而輸出第一電壓信號(hào)。三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生一定頻率的三角波。脈寬調(diào)制電路具有基準(zhǔn)電壓信號(hào)，第一電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)比較產(chǎn)生第二電壓信號(hào)，第二電壓信號(hào)和三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生的三角波比較產(chǎn)生PWM信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路放大所述脈寬調(diào)制電路的PWM信號(hào)，產(chǎn)生第一開關(guān)信號(hào)和第二開關(guān)信號(hào)。本發(fā)明的充電控制電路簡(jiǎn)單、可靠，能確保鋰離子電池組不被過(guò)充，從而，確保電池組壽命。本發(fā)明適用于控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103151824SQ201310108240
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者林曉輝, 周明中, 邢雷, 陶建秋 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)