專利名稱：電池充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電池充電器，尤其涉及一種鎳鎘鎳氫電池充電器。
(2)背景技術(shù)鎳鎘鎳氫電池在充電時(shí)，可通過(guò)電壓負(fù)增量(-ΔV)方式檢測(cè)(即利用電池在接受充電時(shí)電壓會(huì)上升，充滿時(shí)電壓為最大值，過(guò)充時(shí)電壓反而會(huì)下降，即出現(xiàn)“-ΔV”的特性來(lái)完成對(duì)充電過(guò)程的自動(dòng)控制)，有效地使電池充足電，防止過(guò)充電及充不足電的現(xiàn)象。
目前電池充電電路中，一般使用專用芯片，如圖1所示，其包括電池電壓分壓取樣電路1’、采樣保持比較控制電路2’和受控充電電路3’所組成，其中采樣保持比較控制電路2’包括A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換模塊21’和-ΔV充電狀態(tài)控制模塊22’。由于該專用芯片采用A/D轉(zhuǎn)換方式檢測(cè)電池電壓，對(duì)精度要求高(特別對(duì)鎳氫電池電壓的檢測(cè)精度要求高于鎳鎘電池)，故A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)多，大都采用12到13位A/D轉(zhuǎn)換，造成成本提高。
另有一種電池充電電路，如圖2所示，其包括電壓峰值采樣與輸入電壓比較控制電路1″和受控充電電路2″，其中電壓峰值采樣與輸入電壓比較控制電路1″包括電池電壓分壓取樣電路11″、峰值采樣保持電路12″和-ΔV比較控制電路13″。如圖3所示，電池電壓分壓取樣電路11″由電阻R1、R2和電池BT所組成；峰值采樣保持電路12″由集成運(yùn)算放大器U1B、二極管D1、D2與電容C1所組成；-ΔV比較控制電路13″采用集成運(yùn)算放大器U1C。
該電池充電電路，存在著如下缺點(diǎn)1)運(yùn)放U110腳輸入端的偏置電流(方向流出運(yùn)放輸入端)對(duì)電容C1的充電作用，LM324輸入偏置電流約為45nA，如采用極低輸入偏置電流的運(yùn)放，其輸入偏置電流可達(dá)50pA，其輸入阻抗1012Ω，但會(huì)造成成本增加。
2)二極管D2的反向漏電流，比較小的值為25nA，且其值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越高，漏電越大。
3)電容C1漏電的問(wèn)題。電容的漏電主要與其上的電壓有關(guān)，電壓越高，漏電越大，所以隨著電池電壓的升高，其漏電流也越大。若充由6節(jié)鎳氫電池構(gòu)成的電池組，如不經(jīng)電阻分壓直接輸入，C1上的電壓最大為9伏，電容的漏電問(wèn)題比較嚴(yán)重，單位電容量的漏電流不能忽視，并且無(wú)法采用價(jià)格低廉的大容量的電解電容，若C1采用小容量電容如220n，則運(yùn)放U110腳偏置電流及D2反向漏電流對(duì)C1影響較大。若經(jīng)電阻分壓后輸入，假如1/3分壓，為3伏，漏電流明顯減少，但電壓采樣精度及C1電壓變化速度下降為原來(lái)的1/3。這種方式存在一定的安全隱患，若電容失效，或其漏電流變大，而電池電壓下降速度較慢，將會(huì)造成電池電壓下降時(shí)電容C1電壓跟隨著下降，從而不能結(jié)束充電，將電池充爆。電容C1的漏電流還與其上的電壓，環(huán)境溫度等情況都有關(guān)。
4)無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的-ΔV控制。原因是假若能夠?qū)崿F(xiàn)，那么當(dāng)檢測(cè)到電壓跌落時(shí)，如2mv跌落造成U17腳為低，則在電壓繼續(xù)跌落至所設(shè)定的-ΔV值之前，D2上始終加反向電壓，由于D2存在漏電流，在這段時(shí)間中有可能使電容C1上電壓跟隨電池電壓下降，從而無(wú)法終止充電或-ΔV值不能確定，造成充壞電池，故不宜采用電壓跌落某一ΔV值時(shí)結(jié)束充電，而只能采用電池電壓剛開(kāi)始跌落時(shí)即結(jié)束充電，所以這種電路本質(zhì)上采用的是零電壓斜率制，靈敏度極高，但抗干擾能力差，對(duì)于由于電源電壓波動(dòng)，功率管溫度變化等產(chǎn)生的電池電壓波動(dòng)缺乏適應(yīng)能力，容易受外界干擾而提前終止充電，造成電池充電不足。真正-ΔV控制的好處之一是其抗干擾的門限值即為ΔV，小于ΔV的干擾不會(huì)造成誤動(dòng)作，從而不會(huì)造成對(duì)電池充電不足，而在一定-ΔV范圍內(nèi)的過(guò)充電能確保對(duì)電池充足電并且對(duì)電池?zé)o不良影響。
綜上所述，該充電電路實(shí)現(xiàn)-ΔV充電器很難，假如實(shí)現(xiàn)，其成本也較高，還存在安全性問(wèn)題。
(3)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種電池充電電路，降低-ΔV檢測(cè)方式的鎳氫鎳鎘電池充電器的產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)安全可靠充電。
本實(shí)用新型所提供的一種電池充電電路，包括電壓峰值采樣保持與輸入電壓比較控制電路和受控充電電路，過(guò)壓保護(hù)電路，其特點(diǎn)是它還包括過(guò)壓保護(hù)電路，其中電壓峰值采樣保持與輸入電壓比較控制電路包括電池電壓分壓取樣電路、峰值采樣保持電路、-ΔV比較控制電路、峰值采樣二極管D1反向漏電流抑制電路、穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路、運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路所組成；且峰值采樣保持電路分別與電池電壓分壓取樣電路、D1反向漏電流抑制電路、穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路和運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路相連；-ΔV比較控制電路分別與電池電壓分壓取樣電路、運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路相連。
上述的電池充電電路，還包括受控充電電路和過(guò)壓保護(hù)電路，且均與所述的-ΔV比較控制電路相連。
上述的電池充電電路，其中電池電壓分壓取樣電路是由電池BT、電阻R17、R19、R4、R18、R5、R20、R7、二極管D3、D6、電容C4、C5所組成；峰值采樣保持電路是由集成運(yùn)算放大器U2A、二極管D1、D2、D4、電阻R1、電容C3所組成；-ΔV比較控制是采用集成運(yùn)算放大器U2B；D1反向漏電流抑制電路是由集成運(yùn)算放大器U2D和電阻R3所組成；穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路是由型號(hào)為78L09集成芯片U1、電容C7、C6、C2、電阻R23、R22所組成，也可由任何提供穩(wěn)定電壓的電路構(gòu)成；運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路是由集成運(yùn)算放大器U2C、電阻R8、R13、電容C6所組成；過(guò)壓保護(hù)電路是由穩(wěn)壓管D5、電阻R21、R24、三極管Q2所組成；受控充電電路是由R16、D7、R15、R14、Q1、D8所組成。
采用了上述的技術(shù)方案，從三方面控制對(duì)采樣電容的影響①采用運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路來(lái)抑制運(yùn)放的輸入端偏置電流，構(gòu)成一個(gè)輸入偏置電流約為零的運(yùn)放。②采用D1反向漏電流抑制電路，通過(guò)在取樣二極管(D1)反偏時(shí)，在其負(fù)端加一高于采樣點(diǎn)(V5)約三十幾個(gè)毫伏的電壓，這個(gè)電壓經(jīng)由一對(duì)首尾相接的二極管(D2、D4)構(gòu)成的動(dòng)態(tài)電阻到達(dá)采樣電容(C3)的負(fù)端，當(dāng)在充電終止的臨界點(diǎn)上時(shí)，這個(gè)電壓變?yōu)閹讉€(gè)毫伏，二極管在此電壓下動(dòng)態(tài)電阻為幾十兆，故流過(guò)這一對(duì)二極管上的電流很小，對(duì)采樣電容無(wú)影響。③選用穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓，其負(fù)端接采樣保持點(diǎn)。因此本實(shí)用新型能夠采用集成運(yùn)算放大器(LM324)實(shí)現(xiàn)-ΔV檢測(cè)，四運(yùn)放LM324價(jià)格低廉，降低了-ΔV檢測(cè)方式的鎳氫鎳鎘電池充電器的產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)安全可靠充電。
(4)
圖1是現(xiàn)有電池充電電路一種電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是現(xiàn)有電池充電電路另一種電路結(jié)構(gòu)的框圖3是圖2所示的電路結(jié)構(gòu)的原理圖；圖4是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖5是本實(shí)用新型的電路原理圖。
(5)具體實(shí)施方式
如圖4所示，本實(shí)用新型電池充電電路包括電壓峰值采樣保持與輸入電壓比較控制電路1、過(guò)壓保護(hù)電路3和受控充電電路2，其中電壓峰值采樣保持與輸入電壓比較控制電路1包括電池電壓分壓取樣電路11、峰值采樣保持電路12、-ΔV比較控制電路13、D1反向漏電流抑制電路14、穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路15、運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路16所組成。
在圖5所示的實(shí)施例中，集成運(yùn)算放大器采用LM324，電源電壓VCC為12伏。
電池電壓分壓取樣電路11是由電池BT、電阻R17、R19、R4、R18、R5、R20、R7、二極管D3、D6、電容C4、C5所組成。其輸入為接受充電的電池電壓V1，輸出為電池電壓經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)形成的各種控制用電壓取樣。作用①C3負(fù)端可能達(dá)到的最高采樣電壓V2，此電壓通過(guò)R2/20M確保在各種不利條件下能終止對(duì)電池充電；②用于抑制D1反向漏電流的電壓V3；③用于與峰值采樣保持電壓進(jìn)行比較的電壓V4；④設(shè)定的進(jìn)行峰值采樣的電壓V5，V4與V5的電壓差值即為所設(shè)定的-ΔV值；⑤一恒定的比V2低約640mv的電壓V8。
峰值采樣保持電路12是由集成運(yùn)算放大器U2A、二極管D1、D2、D4、電阻R1、電容C3所組成。其輸入為電池電壓分壓取樣V5的信號(hào)，當(dāng)V5上升時(shí)，運(yùn)放U2A通過(guò)D1、D2、R1將采樣電容C3負(fù)端的電壓(即V6點(diǎn))設(shè)定為V5，當(dāng)V5下降時(shí)，U2A1腳輸出變低，D1反向截止，采樣電容C3將V6電壓保持在最大值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)取樣電壓V5的峰值采樣。
-ΔV比較控制13是采用集成運(yùn)算放大器U2B。其輸入分別為1、電池電壓分壓取樣點(diǎn)V4的電壓；2、峰值采樣保持電壓V6經(jīng)運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路后的輸出，其值與V6相等。在充電過(guò)程中，電池電壓到達(dá)最大值時(shí)，因?yàn)閂4總比V5高電阻R5上的電壓，此處有V4-V5＝25mv，而V5＝V6，所以V4-V6＝25mv，故U2B6腳比5腳電壓高25mv，當(dāng)電池電壓下降時(shí)，因采樣保持電容C3的作用，U2B5腳電壓基本不變，6腳隨電池電壓的下降而下降，當(dāng)下降至低于5腳電壓時(shí)，U2B7腳輸出變高，終止電池充電過(guò)程。通過(guò)調(diào)整R5的阻值，可改變-ΔV的大小。
D1反向漏電流抑制電路14是由集成運(yùn)算放大器U2D和電阻R3所組成。其輸入為V3點(diǎn)電壓，V3點(diǎn)電壓是一比V4點(diǎn)電壓高8mv的電壓，輸出為V7點(diǎn)電壓，U2D起電壓跟隨器的作用，放大倍數(shù)為1，所以當(dāng)D1反偏時(shí)，有V3＝V7，此時(shí)V7-V6的變化范圍是8mv+25mv＝33mv以內(nèi)，這樣通過(guò)D2、R1、D4的漏電流很小，假設(shè)此時(shí)在V7至V6之間的電阻為10M，則漏電流最大為33mv/10M＝3.3nA，當(dāng)V7至V6電壓為8mv時(shí)，即在充電截止點(diǎn)(因V4＝V6，也即U2B 6腳＝5腳電壓)上，漏電流為8mv/10M＝0.8nA，而此時(shí)D1上的反向漏電流一般為25nA，采樣保持電容C3已不受D1漏電流的影響。
穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路15是由型號(hào)為78L09集成芯片U1、電容C7、C6、C2、電阻R23、R22所組成。獲得一個(gè)穩(wěn)定的電壓提供給采樣保持電容C3正端對(duì)于實(shí)現(xiàn)充電控制是十分重要的，本處采用三端穩(wěn)壓電路來(lái)獲得一個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出。電容C3正端接穩(wěn)定的參考電壓，其負(fù)端接采樣保持點(diǎn)電壓這種結(jié)構(gòu)，與圖3中采樣保持電容負(fù)端接地，正端接采樣保持點(diǎn)電壓的結(jié)構(gòu)相比較的好處是①在電池充電過(guò)程中，電池電壓越高，則加在采樣保持電容兩端的電壓越低，漏電流越小，加在采樣保持電容上的最大電壓實(shí)際上是一個(gè)電池充電開(kāi)始后的初始電壓與充電結(jié)束時(shí)的電壓的變化量，這個(gè)變化量與電池電壓相比較小，故較圖3中的連接方式大大減少了漏電流，并且由于電容兩端電壓低，可采用低價(jià)的大容量的電解電容，這樣漏電情況主要取決于電容自身漏電，(在低壓下，電容漏電情況可以滿足這里充電要求)，同時(shí)因電容量大，使電路其它方面漏電對(duì)電容的影響進(jìn)一步降低。②電容的漏電增大，失效，損壞都會(huì)使采樣保持點(diǎn)電壓上升，從而結(jié)束充電，不會(huì)造成充壞電池，故很安全。
運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路16是由集成運(yùn)算放大器U2C、電阻R8、R13、電容C6所組成，本電路輸入取自采樣保持點(diǎn)的電壓(即C3負(fù)端)，輸出至-ΔV比較控制電路(U2B的5腳)，主要作用就是抑制運(yùn)放的輸入端偏置電流對(duì)采樣保持電容C3的影響。電阻R13用于檢測(cè)U29腳與5腳的輸入端偏置電流，同時(shí)將這個(gè)電流轉(zhuǎn)換成電壓，由于U2C的作用，這個(gè)電壓加在R8上，形成的電流抵消了U210腳和2腳的輸入端偏置電流，從而對(duì)采樣保持電容C3的影響也就極小。如果存在未能完全抵消，若抵消后的結(jié)果是有少量電流(如約2nA)對(duì)C3充電，則由R2上的電流(約5nA)予以抵消，抵消后則變?yōu)?nA對(duì)電容放電。若是抵消后的結(jié)果是有少量電流(如約2nA)對(duì)C3電容放電，則再加上R2上的電流就共有7nA對(duì)電容放電，與運(yùn)放單輸入端的45nA的輸入端偏置電流而言，有了很大的抑制。另由于最終結(jié)果是對(duì)電容放電，所以只會(huì)加快結(jié)束充電，不會(huì)造成不能終止充電的情況發(fā)生。C6為防震蕩電容。這里R2起確保電路在不利的情況下可終止充電的作用。
受控充電電路2是由三極管Q1、發(fā)光二極管D7、二極管D8、電阻R14、R15、R16所組成，其輸入為充電控制信號(hào)，經(jīng)D8輸出對(duì)電池充電。
過(guò)壓保護(hù)電路3是由二極管D5、電阻R21、R24、三極管Q2所組成，輸入為待充電電池電壓，輸出進(jìn)入U(xiǎn)2B6腳，用于當(dāng)電池電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)起停止充電的作用。
權(quán)利要求1.一種電池充電電路，包括電壓峰值采樣保持與輸入電壓比較控制電路(1)，其特征在于該電壓峰值采樣保持與輸入電壓比較控制電路(1)包括電池電壓分壓取樣電路(11)、峰值采樣保持電路(12)、-ΔV比較控制電路(13)、峰值采樣二極管D1反向漏電流抑制電路(14)、穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路(15)、運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路(16)；且峰值采樣保持電路(12)分別與電池電壓分壓取樣電路(11)、D1反向漏電流抑制電路(14)、穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路(15)和運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路(16)相連；-ΔV比較控制電路(13)分別與電池電壓分壓取樣電路(11)、運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路(16)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池充電電路，其特征在于該電路還包括受控充電電路(2)和過(guò)壓保護(hù)電路(3)，且均與所述的-ΔV比較控制電路(13)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電池充電電路，其特征在于電池電壓分壓取樣電路(11)是由電池BT、電阻R17、R19、R4、R18、R5、R20、R7、二極管D3、D6、電容C4、C5所組成；峰值采樣保持電路(12)是由集成運(yùn)算放大器U2A、二極管D1、D2、D4、電阻R1、電容C3所組成；-ΔV比較控制(13)是采用集成運(yùn)算放大器U2B；D1反向漏電流抑制電路(14)是由集成運(yùn)算放大器U2D和電阻R3所組成；穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路(15)是由型號(hào)為78L09集成芯片U1、電容C7、C6、C2、電阻R23、R22所組成，或由提供穩(wěn)定電壓的電路構(gòu)成；運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路(16)是由集成運(yùn)算放大器U2C、電阻R8、R13、電容C6所組成；過(guò)壓保護(hù)電路(3)是由穩(wěn)壓管D5、電阻R21、R24、三極管Q2所組成；受控充電電路(2)是由R16、D7、R15、R14、Q1、D8所組成。
專利摘要一種電池充電電路，包括電壓峰值采樣保持與輸入電壓比較控制電路(1)，其由電池電壓分壓取樣電路(11)、峰值采用保持電路(12)、－ΔV比較控制電路(13)、D1反向漏電流抑制電路(14)、穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路(15)、運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路(16)所組成。且峰值采樣保持電路(12)分別與電池電壓分壓取樣電路(11)、D1反向漏電流抑制電路(14)、穩(wěn)定電壓作峰值采樣保持電容正端參考電壓電路(15)和運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路(16)相連；－ΔV比較控制電路(13)分別與電池電壓分壓取樣電路(11)、運(yùn)放輸入端偏置電流抑制電路(16)相連。本實(shí)用新型降低了－ΔV檢測(cè)方式的鎳氫鎳鎘電池充電器的產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)安全可靠充電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK2574279SQ0226054
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月9日
發(fā)明者劉玉環(huán) 申請(qǐng)人:劉玉環(huán)