專利名稱：全自動(dòng)高效升降壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全自動(dòng)高效升壓與降壓電路，具體是無(wú)需人為控制可全 自動(dòng)自切換降壓充電與升壓放電的高效升降壓電路。
背景技術(shù)：
目前通過(guò)降壓對(duì)電池充電的電路，與通過(guò)升壓對(duì)電池放電的電路已 經(jīng)較為普及，但是同一電路既實(shí)現(xiàn)降壓充電又可實(shí)現(xiàn)升壓放電，并能全 自動(dòng)自切換的高效同步整流電路還遠(yuǎn)未被人們認(rèn)識(shí)和廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的 電池充電與放電電路大部分是采用肖特基整流技術(shù)，而且充電降壓管理 部分與放電升壓管理部分都是相互獨(dú)立的兩部分電路，這樣不但電路結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、成本高、而且充放電效率低。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字芯片 要求供電電壓越來(lái)越低、供電電流越來(lái)越大、供電功率越來(lái)越高。肖特 基速整流技術(shù)因其在大電流時(shí)的動(dòng)態(tài)功耗很大已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足供電的 需求，為解決這個(gè)問(wèn)題，提出了同步整流的概念。同步整流是采用通態(tài)
電阻極低的專用功率M0SFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)，來(lái)取代整 流二極管以降低損耗的一項(xiàng)新技術(shù)，它能大大提高DC/DC (直流/直流) 變換器的效率，采用同步整流技術(shù)的效率可達(dá)90%以上。但無(wú)論是降壓 同步整流電路還是升壓同步整流技術(shù)，都必須使用兩個(gè)功率M0SFET，因 此電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。
現(xiàn)有技術(shù)中尚未有同 一 電路既實(shí)現(xiàn)降壓充電又可實(shí)現(xiàn)升壓放電，并 能全自動(dòng)自切換的高效同步整流技術(shù)，相關(guān)文獻(xiàn)中提到了 一些現(xiàn)代充放
管理電技術(shù)的新方法，例如
1. 在中國(guó)專利ZL 200520114473. 0中提到一種智能電池包，其中所
述智能電池包放電控制單元和充電控制單元與電池管理芯片，特點(diǎn)為對(duì) 電池充放電起到了雙重保護(hù)做用，提高了電池包的安全性，但放電控制 單元和充電控制單元是相互獨(dú)立的兩個(gè)單元，并未實(shí)現(xiàn)同一電路既實(shí)現(xiàn) 降壓充電又可實(shí)現(xiàn)升壓放電，并能全自動(dòng)自切換的高效同步整流技術(shù)。
2. 在申請(qǐng)?zhí)枮?00410014954.4的中國(guó)專利申請(qǐng)中提出一電池管理 器，采用單片機(jī)控制加Buck降壓方案，且放電使用了同步整流電路， 實(shí)現(xiàn)了高效充電，^旦也并未實(shí)現(xiàn)同一電路既實(shí)現(xiàn)降壓充電又可實(shí)現(xiàn)升壓 放電，并能全自動(dòng)自切換的高效同步整流技術(shù)。
從這些充放電管理的新技術(shù)看來(lái)，目前尚未見(jiàn)同一電路既實(shí)現(xiàn)降壓 充電又可實(shí)現(xiàn)升壓放電，并能全自動(dòng)自切換的高效同步整流技術(shù)的方 案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能實(shí)現(xiàn)同一電路既降 壓充電又可升壓放電，并能全自動(dòng)自切換的高效升降壓電路。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題 一種全自動(dòng)高效升降 壓電路，包括輸入/輸出端口、電壓采樣電路、電源電路、開(kāi)關(guān)電路、 電流采樣電路、主控電路、以及電池組，所述電源電路的輸入端分別連 接輸入/輸出端口，輸出端連接主控電路，還包括升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路， 所述電壓采樣電路的輸入端分別連接到所述輸入/輸出端口以及所述電 池組，輸出端連接到所述主控電路，所述升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路分別與輸 入/輸出端口、開(kāi)關(guān)電路，以及主控電路連接，所述開(kāi)關(guān)電路同時(shí)連接 到主控電路以及電池組，所述電流采樣電路分別連接到輸入/輸出端口 、
主4空電路，以及電'池纟且。
所述升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路主要由功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql、 Q2、三極管Q5、 Q7、 Q8、電阻R2、 R4、 R8、 R25、電容Cl、 C5、與電感L1組成，功率 場(chǎng)效應(yīng)管Ql的源極、三極管Q7的集電極、電阻R2的一端，以及電容 Cl的正極形成一結(jié)點(diǎn)后連接到所述輸入/輸出端，電阻R2的另一端同時(shí) 連接到三極管Q7的基極、三極管Q8的基極，以及三極管Q5的集電極， 電容C1的負(fù)極以及三極管Q5的發(fā)射極接地，三極管Q5的基極通過(guò)電 阻R4連接到所述主控電路，三極管Q7的發(fā)射極連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql 的柵極，三極管Q8的發(fā)射極通過(guò)電阻R25連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵 極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql的漏極連接到電感Ll的一端，電感Ll的另一端 同時(shí)連接到所述開(kāi)關(guān)電路以及電容C5的正極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極 連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的漏極與電感L1之間的結(jié)點(diǎn)，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2 的柵極連接到所述主控電路，并通過(guò)電阻R8接地，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的 源極以及電容C5的負(fù)極接地。
該發(fā)明全自動(dòng)高效升降壓電路進(jìn)一步包括
一基準(zhǔn)穩(wěn)壓源，所述基準(zhǔn)穩(wěn)壓源的輸入端連接所述輸入/輸出端口 ， 輸出端連接所述主控電路。
一過(guò)壓保護(hù)電路，所述過(guò)壓保護(hù)電路一端連接到輸入/輸出端口 ， 另一端連到主控電路。
一顯示電路，所述顯示電路連接到主控電路。
所述輸入/輸出端口包括第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)及第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)兩個(gè)微動(dòng)開(kāi) 關(guān)與接觸直流母座，所述接觸直流母座具有5個(gè)引腳，其中第l腳為正 極接到第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)的1腳與升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路，第2腳為第一微動(dòng) 開(kāi)關(guān)的2腳，第3腳接到第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)的l腳，第4腳為第二微動(dòng)開(kāi)關(guān) 的2腳，第5腳為負(fù)極接到電流檢測(cè)電路。
所述主控電路由單片機(jī)組成，所述單片機(jī)內(nèi)部還包括一計(jì)數(shù)器，用 于在電池組充電開(kāi)始后開(kāi)始計(jì)時(shí)，在達(dá)到預(yù)設(shè)的最長(zhǎng)充電時(shí)間后中止電 池充電。
所述電源電路與基準(zhǔn)穩(wěn)壓源均是從輸入/輸出端口獲取電壓經(jīng)穩(wěn)壓 后為主控電路、顯示電路提供工作電壓，并給主控電路提供基準(zhǔn)電壓。 所述主控電路內(nèi)部預(yù)存有系列參數(shù)與程序。例如恒流、恒壓充電、過(guò)流 保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、時(shí)間計(jì)時(shí)等各自預(yù)先設(shè)定的電壓、電流、 最長(zhǎng)時(shí)間、及顯示電路的各項(xiàng)顯示狀態(tài)等信息。所述主控電路從所述電 流采樣電路實(shí)時(shí)獲取電池組充電與放電電流信息，并從電壓采樣電路實(shí) 時(shí)獲取輸入與輸出的電壓信號(hào)，根據(jù)獲取的電壓與電流信息判斷電路的 各種情況，以此控制升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路的升壓輸出或降壓輸出的狀態(tài)、 開(kāi)關(guān)電路的接通與斷開(kāi)狀態(tài)，以及顯示電路的各項(xiàng)顯示狀態(tài)，以完成電 池組的充放電過(guò)程。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的全自動(dòng)高效升降壓電路可根據(jù)其采 集的電壓與電流信號(hào)自動(dòng)切換輸出升壓與輸入降壓的狀態(tài)，且降壓與升 壓時(shí)均采用的同步整流技術(shù)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了低成本高效率的升壓 與降壓。此外此電路還具有恒流、恒壓充電、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、短 路保護(hù)、時(shí)間計(jì)時(shí)、等控制，有效的避免了電池過(guò)充與欠充現(xiàn)象，大大 增加了電池組的安全性與使用壽命。


圖l為本發(fā)明全自動(dòng)高效升降壓電路的電路框圖。
圖2為本發(fā)明全自動(dòng)高效升降壓電路一實(shí)施方式的具體電路圖。
具體實(shí)施例方式
參閱圖l所示，本發(fā)明的全自動(dòng)高效升降壓電路，包括輸入/輸出
端口 10、過(guò)壓保護(hù)電路20、電壓采樣電路30、電源電路40、升壓/降 壓轉(zhuǎn)換電路50、開(kāi)關(guān)電路60、顯示電路70、電流采樣電路80、主控電 路90、基準(zhǔn)穩(wěn)壓源IOO、復(fù)位電路IIO，以及電池組120。
其中輸入/輸出端口 IO為帶有兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)的DC (直流)母座，當(dāng) 有DC頭插入時(shí)第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)接通。
過(guò)壓保護(hù)電路20—端連接到輸入/輸出端口 10,并通過(guò)電壓采樣電 路連到主控電路90。在主控電路90的控制下，提供整個(gè)電路的過(guò)壓保 護(hù)。
電壓采樣電路30的輸入端分別連接到輸入/輸出端口10以及電池組 120,輸出端連接到主控電路90。主要用于將電路輸出、輸入、電池組 的各類電壓信號(hào)實(shí)時(shí)送往主控電路90,來(lái)完成電池組120充放電電壓的 采樣工作。
電源電路40與基準(zhǔn)穩(wěn)壓源100的輸入端分別連接輸入/輸出端口 10，輸出端分別連接主控電路90，電源電路40主要是從輸入/輸出端口 IO獲取電壓，經(jīng)穩(wěn)壓后提供給主控電路90與顯示電路70工作?；鶞?zhǔn)穩(wěn) 壓源100主要是將一穩(wěn)定不受外界干擾的電壓送往主控電路90，來(lái)完成 提供主控電路90基準(zhǔn)電壓的工作。
升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50分別與輸入/輸出端口 10、開(kāi)關(guān)電路60,以 及主控電路90連接。它主要是根據(jù)主控電路90輸出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn) 導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)，并實(shí)現(xiàn)電路的升壓輸出或者降壓輸出。
開(kāi)關(guān)電路60同時(shí)連接到主控電路90以及電池組120,主要是根據(jù) 主控電路90的控制輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，來(lái)完成電池組120與升壓/降壓 轉(zhuǎn)換電路50的接通與斷開(kāi)工作。
顯示電路70連接到主控電路90,在主控電路90的控制下顯示電路
的各個(gè)狀態(tài)。
電流采樣電路80分別連接到輸入/輸出端口 10、主控電路90,以 及電池組120。主要用于將電路的各類充放電電流信號(hào)實(shí)時(shí)送往主控電 路90,來(lái)完成電池組120充放電電流的采樣工作。
復(fù)位電路110連接到主控電路90,主要用于當(dāng)有DC頭插入或取出 母座后主控電路90的上電復(fù)位工作。
該全自動(dòng)高效升降電路的工作過(guò)程如下所述所述電源電路40與 基準(zhǔn)穩(wěn)壓源100均是從輸入/輸出端口 IO獲取電壓經(jīng)穩(wěn)壓后為主控電路 90、顯示電路70提供工作電壓，并給主控電路90提供基準(zhǔn)電壓。所述 主控電路90內(nèi)部預(yù)存有系列參數(shù)與程序。例如恒流、恒壓充電、過(guò)流 保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、時(shí)間計(jì)時(shí)等各自預(yù)先設(shè)定的電壓、電流、 最長(zhǎng)時(shí)間、及顯示電路的各項(xiàng)顯示狀態(tài)等信息。所述主控電路90從所 述電流采樣電路80實(shí)時(shí)獲取電池組120充電與放電電流信息，并從電 壓采樣電路30實(shí)時(shí)獲取輸入與輸出的電壓信號(hào)，根據(jù)獲取的電壓與電 流信息判斷電路的各種情況，以此控制升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50的升壓輸 出或降壓輸出的狀態(tài)、開(kāi)關(guān)電路60的接通與斷開(kāi)狀態(tài)，以及顯示電路 70的各項(xiàng)顯示狀態(tài)，以完成電池組120的充放電過(guò)程。
下面結(jié)合圖2以一個(gè)具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明全自動(dòng)高效升降壓 電路的各個(gè)模塊。其中除升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50與單片機(jī)內(nèi)部預(yù)存的程 序以外，其他各個(gè)模塊的電路均可以采用現(xiàn)有的電路方案，因此，這些 電路的具體連接關(guān)系在此不再贅述。
輸入/輸出端口10:輸入/輸出端口包括兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)與接觸DC母座: 接觸DC母座具有5個(gè)引腳，其中第l腳為正極接到第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)的l腳與 升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50，第2腳為第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)的2腳，第3腳接到第二微 動(dòng)開(kāi)關(guān)的l腳，第4腳為第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)的2腳，第5腳為負(fù)極接到電流采樣
電路80。當(dāng)有DC頭插入時(shí)，接觸DC母座的2腳與1腳斷開(kāi)及3腳與4腳接通， 即第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)接通；沒(méi)有DC頭插入時(shí)，接觸DC母 座的2腳與1腳接通及3腳與4腳斷開(kāi)，即第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)接通，第二微動(dòng)開(kāi) 關(guān)斷開(kāi)。
主控電路90:主要由單片機(jī)IC2組成，單片機(jī)IC2為本發(fā)明全自動(dòng)高 效升降壓電路的核心部分，其具體工作如下
初始化單片^L復(fù)位后首先對(duì)各參數(shù)如恒流、恒壓充電、過(guò)流保護(hù)、 過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、時(shí)間計(jì)時(shí)等各項(xiàng)功能所需的的基準(zhǔn)電壓、電流、 最長(zhǎng)時(shí)間、及顯示電路的各項(xiàng)顯示狀態(tài)等信息等進(jìn)行設(shè)定，并且將各輸 入輸出端口進(jìn)行定義，然后進(jìn)行自檢；
確定電路輸入或輸出的狀態(tài)單片機(jī)IC2將從電壓采樣電路30采樣 回來(lái)的電壓數(shù)據(jù)與單片機(jī)IC2內(nèi)部設(shè)定的各基準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較進(jìn)行綜合判斷 后，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出電路的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)輸入端口有電壓輸入時(shí)，單片 機(jī)IC2將把升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50切換為降壓充電狀態(tài)，其相應(yīng)的顯示與 檢測(cè)電路也將自動(dòng)切換為降壓充電狀態(tài)。當(dāng)輸入端口沒(méi)有電壓輸入時(shí)， 單片機(jī)IC2將把升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50切換為升壓放電狀態(tài)，其相應(yīng)的顯 示與檢測(cè)電路也將自動(dòng)切換為升壓放電狀態(tài)。
判斷降壓充電階段電路切換為降壓充電狀態(tài)后，充電時(shí)將不停的 采集檢測(cè)各個(gè)電壓、電流及其電壓與電流隨時(shí)間的變化量等信息，通過(guò) 綜合分析計(jì)算出電池組當(dāng)前所處的狀態(tài)，才艮據(jù)電池組當(dāng)前所處狀態(tài)通過(guò) 軟件修正制定電池組的充電曲線，并根據(jù)電池組的不同狀態(tài)確定充電的 不同階段，進(jìn)而才艮據(jù)不同的階段做出相應(yīng)的顯示。單片機(jī)IC2內(nèi)部還包 括一計(jì)數(shù)器(未圖示)，用于在充電開(kāi)始后開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)其它參數(shù)不起 作用時(shí)，在該計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)達(dá)到預(yù)設(shè)的最長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，終止充電過(guò)程，防止 各電池嚴(yán)重過(guò)充。
過(guò)壓保護(hù)電路20:由壓穩(wěn)壓二極管Z1組成，兩端分別連接到輸入/ 輸出端口10的接觸DC母座第1腳以及主控電路90，提供整個(gè)電路的過(guò)壓 保護(hù)。
電壓采樣電路30:由電阻R1、 R14、 R15、 R16及電容C2、 C3組成， 其連接于輸入/輸出端10與電池組120的正極上，主要用于將電路輸出、 輸入、電池組的各類電壓信號(hào)實(shí)時(shí)送往單片機(jī)IC2的1腳與第2腳，來(lái)完 成電池組充》文電電壓的采樣工作。
電源電路40:由二極管D1 、 D2， 穩(wěn)壓芯片IC1、電阻R27、 R3、及 電容C4、 C6組成，主要是從輸入/輸出端10與電池組120的正極獲取電 壓經(jīng)穩(wěn)壓后提供給主控電路9 0與顯示電路7 O工作。
開(kāi)關(guān)電路60:由電阻R9、 R12、功率M0S管Q4及三極管Q6組成，其 連接于升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50與電池組120的路徑上，主要是根據(jù)單片機(jī) IC2第18腳輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，來(lái)完成電池組120的正極與升壓/降壓轉(zhuǎn) 換電路50的接通與斷開(kāi)工作。
顯示電路70: 為L(zhǎng)CD (液晶顯示)與LED (發(fā)光二極管)結(jié)合的顯 示方式包括多種顯示信息。圖2中LCD顯示部分包括12種顯示狀態(tài)，LED 包括兩種顯示狀態(tài)，由液晶顯示屏與該液晶顯示屏連接的電阻R17、 R18、 R19、 R20、 R21、 R22、 R23、 R24以及發(fā)光二極管LED1 、電阻R6組成。 所述LCD與LED顯示支路分別從單片IC2的第5腳、6腳、7腳、8腳、9腳、 IO腳、16腳獲取電路各個(gè)狀態(tài)的顯示信息，進(jìn)而做出相應(yīng)的顯示，具體 顯示內(nèi)容如下
自檢當(dāng)DC頭插入DC母座后，液晶屏全部顯示，LED1點(diǎn)亮一秒后熄 滅。表示自動(dòng)檢測(cè)完畢。
充電當(dāng)DC頭插入DC母座內(nèi)，液晶屏上顯示"充電"字樣與電池 符號(hào)閃爍則表示電池組正在充電。
充飽電池組充飽后液晶屏上的電池符號(hào)顯示滿格并停止閃爍則表 示電池纟且充々包。
放電將DC轉(zhuǎn)換線的一頭插入DC母座內(nèi)電池組自檢完畢，電池組液 晶屏上顯示"放電"字樣后，將另一頭插入用電設(shè)備內(nèi)，即可使用。
電流采樣電路80:由電阻R7、 RIO、 R11及電容C11組成，其連接于 電池組120充電與放電路徑上，主要用于將電路的各類充放電電流信號(hào) 實(shí)時(shí)送往單片才幾IC2的3腳，來(lái)完成電池組120充力丈電電流的采樣工作。
基準(zhǔn)穩(wěn)壓源100:主要由穩(wěn)壓芯片IC3、電阻R13、電容C7、 C8 、 C9組成，連接于輸入/輸出端口10，主要是將一穩(wěn)定不受外界干擾的電 壓送往單片機(jī)IC2的第14腳，來(lái)完成提供基準(zhǔn)電壓的工作。
復(fù)位電路110:由電阻R5、 R26及電容C10組成，其連接于輸入/輸出 端口10的接觸DC母座的第3腳與單片機(jī)IC2的11腳上，主要用于當(dāng)有DC頭 插入或取出接觸DC母座后單片機(jī)IC2的上電復(fù)位工作。
升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50:主要由功率M0S(場(chǎng)效應(yīng)管)管Q1、 Q2、三 極管Q5、 Q7、 Q8 、電阻R2、 R4、 R8、 R25、電容C1、 C5 、與電感L1組 成，功率M0S管Q1的源極、三極管Q7的集電極、電阻R2的一端，以及電 容C1的正極形成一結(jié)點(diǎn)后連接到輸入/輸出端10的接觸DC母座的1腳，電 阻R2的另一端同時(shí)連接到三極管Q7的基極、三極管Q8的基極，以及三極 管Q5的集電極，電容C1的負(fù)極以及三極管Q5的發(fā)射極接地，三極管Q5的 基極通過(guò)一電阻R4接收單片機(jī)IC2的12腳發(fā)出的PWM1信號(hào)，三極管Q7的 發(fā)射極連接到功率M0S管Q1的柵極，三極管Q8的發(fā)射極通過(guò)電阻R25連接 到功率M0S管Q1的柵極，功率M0S管Q1的漏極連接到電感L1的一端，電感 L1的另一端同時(shí)連接到開(kāi)關(guān)電路60中功率MOS管Q4的漏極以及電容C5的 正極，功率M0S管Q2的漏極連接到功率M0S管Q1的漏極與電感L1之間的結(jié) 點(diǎn)，功率MOS管Q2的柵極接收單片機(jī)IC2的13腳發(fā)出的PWM2信號(hào)，并通過(guò) 電阻R8接地，功率MOS管Q2的源極以及電容C5的負(fù)極接地。
此電路為本發(fā)明的重要組成部分，它主要是根據(jù)單片機(jī)IC2第12腳 輸出的PWM1控制信號(hào)與13腳輸出的PWM2控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通與截止?fàn)?態(tài)。開(kāi)關(guān)電路60在升壓輸出狀態(tài)與降壓輸出狀時(shí)均是處于導(dǎo)通狀態(tài)，因 此以下將不再敘述開(kāi)關(guān)電路60的狀態(tài)，其默認(rèn)為導(dǎo)通。
當(dāng)單片機(jī)IC2根據(jù)各電壓與電流信號(hào)判斷需要升壓輸出時(shí)，此時(shí)C5 為濾波作用，單片機(jī)IC2的第13腳輸出頻率為200KHz的PWM2控制信號(hào)， 延時(shí)O. 5us后單片機(jī)IC2的第12腳再輸出頻率為200KHz的PWMl控制信號(hào)， 這樣形成了功率M0S管Q1比M0S管Q2延時(shí)0. 5us導(dǎo)通的交替導(dǎo)通同步整流 電路結(jié)構(gòu)，此時(shí)Q2為功率開(kāi)關(guān)管，Q1為代替肖特基二極管的M0S整流管。 具體工作如下當(dāng)單片機(jī)IC2的第13腳輸出高電平第12腳輸出低電平時(shí)， 功率M0S開(kāi)關(guān)管Q2導(dǎo)通、功率M0S整流管Q1截止，此時(shí)電感L1處于儲(chǔ)能狀 態(tài)，當(dāng)單片機(jī)IC2的第13腳輸出低電平第12腳輸出高電平時(shí)功率M0S開(kāi)關(guān) 管Q2截止、功率M0S整流管Q1導(dǎo)通，因電感中的電流不能突變此時(shí)電感 Ll的石茲能將改變線圏兩端的電壓極性，改變后的電壓疊加在電池組120 的正極上通過(guò)功率M0S整流管Q1向電解電容C1充電，并與電解電容C1一 起向負(fù)載供電，這樣就形成了輸出電壓高于電池組120的狀態(tài)，完成了 升壓過(guò)程。
當(dāng)單片機(jī)IC2根據(jù)各電壓與電流信號(hào)判斷需要降壓輸出時(shí)，此時(shí)C1 為濾波作用，單片機(jī)IC2的第12腳輸出頻率為28KHz的PWMl控制信號(hào)，延 時(shí)2us后單片機(jī)IC2的第13腳再輸出頻率為28KHz的PWM2控制信號(hào)，這樣 形成了功率MOS管Q2比MOS管Ql延時(shí)2us導(dǎo)通的交替導(dǎo)通同步整流電路結(jié) 構(gòu)，此時(shí)Q1為功率開(kāi)關(guān)管，Q2為代替肖特基二極管的M0S續(xù)流管。具體 工作如下當(dāng)單片機(jī)IC2的第12腳輸出高電平第13腳輸出低電平時(shí)，功 率M0S開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通、功率M0S續(xù)流管Q2截止，電流經(jīng)過(guò)功率MOS開(kāi)關(guān)管
Q1與電感L1向電解電容C5充電并向電池組供電，此時(shí)電感L1未袍和前， 電流線性增加。當(dāng)單片機(jī)IC2的第12腳輸出低電平第13腳輸出高電平時(shí)， 功率M0S開(kāi)關(guān)管Q1截止、功率M0S續(xù)流管Q2導(dǎo)通，由于電感L1的磁能將改 變線圏兩端的電壓極性，以保持LI電流不變，因此電感L1的電流經(jīng)過(guò)功 率MOS續(xù)流管Q2向電解電容C5充電，并與電解電容C5向電池組供電，因 單片機(jī)IC2的內(nèi)部設(shè)定PWM的占空比最大為60% ,所以輸出電壓會(huì)小于輸 入電壓，這樣就形成了充電電壓低于輸入電壓的狀態(tài)，完成了降壓過(guò)程。 判斷升壓放電階段電路切換為升壓放電狀態(tài)后、將不停的采集檢 測(cè)各個(gè)電壓、電流信號(hào)，通過(guò)綜合分析判斷出輸出電壓是否在設(shè)定范圍 之間，是否有過(guò)壓、過(guò)流、短路等異?，F(xiàn)象，進(jìn)而做出相應(yīng)的調(diào)整與顯 示。
本發(fā)明全自動(dòng)高效升降壓電路的工作原理可簡(jiǎn)述為當(dāng)有DC頭插入 輸入/輸出端1 O的接觸DC母座后，此時(shí)接觸DC母座的第l腳與第2腳斷開(kāi) 第3腳與第4腳接通，電池組12 0的正極便接通到電源電路4 0與復(fù)位電路 110，單片機(jī)IC2經(jīng)供電復(fù)位初始化結(jié)束后將不停的檢測(cè)各個(gè)電壓與電流 信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到輸入/輸出端10有電壓輸入且在要求范圍時(shí)單片機(jī)IC2便 開(kāi)通開(kāi)關(guān)電路60的功率MOS管Q4，然后將電路調(diào)整為降壓充電狀態(tài)進(jìn)行 電池組120的充電。進(jìn)入充電模式后單片機(jī)IC2把從電池組120通過(guò)電壓 采樣電路30及電流采樣電路80采樣回來(lái)的電壓與電流信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波 消除干擾和諧波成分后，進(jìn)行恒流、恒壓、充飽、過(guò)流、短路保護(hù)等基 準(zhǔn)電壓比較綜合判斷后，進(jìn)而控制升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50與開(kāi)關(guān)電路60 工作。此外，最長(zhǎng)時(shí)間控制采用單片機(jī)IC2內(nèi)部計(jì)數(shù)器。當(dāng)電池組120開(kāi) 始充電后計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。當(dāng)電池組120飽和或最大時(shí)間達(dá)到要求時(shí)， 單片機(jī)IC2關(guān)閉升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50與開(kāi)關(guān)電路60,完成充電過(guò)程。 當(dāng)檢測(cè)到輸入/輸出端沒(méi)有電壓輸入時(shí)單片機(jī)IC2便開(kāi)通開(kāi)關(guān)電路
60的功率M0S管Q4，然后將電路調(diào)整為升壓放電狀態(tài)進(jìn)行電池組120的放 電。進(jìn)入放電模式后單片機(jī)IC2把從電池組120采樣回來(lái)的電壓與電流信 號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波消除干擾和諧波成分后，進(jìn)行過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù)等基 準(zhǔn)電壓比較綜合判斷后，進(jìn)而控制升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路50與開(kāi)關(guān)電路60 工作。使電路輸出電壓一直在設(shè)定的范圍內(nèi)。 本全自動(dòng)高效升降壓電路的優(yōu)點(diǎn)為
本電路硬件電路簡(jiǎn)潔可靠，主控電路90使用單片機(jī)IC2控制，升壓/ 降壓轉(zhuǎn)換電路50采用了同步整流技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高效大電流充放電，同一電 路實(shí)現(xiàn)了既升壓又降壓的功能，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路成本低。
建立動(dòng)態(tài)模型，通過(guò)對(duì)各個(gè)變化量的計(jì)算與置信度考查而終止快速 充電，有效的避免了電池過(guò)充與欠充現(xiàn)象，大大延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
硬件電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠并具有電路自身多項(xiàng)保護(hù)，更安全可靠。
權(quán)利要求
1、一種全自動(dòng)高效升降壓電路，包括輸入/輸出端口、電壓采樣電路、電源電路、開(kāi)關(guān)電路、電流采樣電路、主控電路、以及電池組，所述電源電路的輸入端分別連接輸入/輸出端口，輸出端連接主控電路，其特征在于包括升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路，所述電壓采樣電路的輸入端分別連接到所述輸入/輸出端口以及所述電池組，輸出端連接到所述主控電路，所述升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路分別與輸入/輸出端口、開(kāi)關(guān)電路，以及主控電路連接，所述開(kāi)關(guān)電路同時(shí)連接到主控電路以及電池組，所述電流采樣電路分別連接到輸入/輸出端口、主控電路，以及電池組。
2、 如權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于所 述升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路主要由功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql、 Q2、三極管Q5、 Q7、 Q8、 電阻R2、 R4、 R8、 R25、電容Cl、 C5、與電感L1組成，功率場(chǎng)效應(yīng)管 Ql的源極、三極管Q7的集電極、電阻R2的一端，以及電容C1的正極 形成一結(jié)點(diǎn)后連接到所述輸入/輸出端，電阻R2的另一端同時(shí)連接到三 極管Q7的基極、三極管Q8的基極，以及三極管Q5的集電極，電容C1 的負(fù)極以及三極管Q5的發(fā)射極接地，三極管Q5的基極通過(guò)電阻R4連 接到所述主控電路，三極管Q7的發(fā)射極連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極， 三極管Q8的發(fā)射極通過(guò)電阻R25連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極，功率 場(chǎng)效應(yīng)管Ql的漏極連接到電感Ll的一端，電感Ll的另一端同時(shí)連接 到所述開(kāi)關(guān)電路以及電容C5的正極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極連接到功 率場(chǎng)效應(yīng)管Ql的漏極與電感Ll之間的結(jié)點(diǎn)，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極 連接到所述主控電路，并通過(guò)電阻R8接地，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極以 及電容C5的負(fù)極接地。
3、 如權(quán)利要求l所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于包括一基準(zhǔn)穩(wěn)壓源，所述基準(zhǔn)穩(wěn)壓源的輸入端連接所述輸入/輸出端口，輸 出端連接所述主控電路。
4、 如權(quán)利要求l所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于包括 一過(guò)壓保護(hù)電路，所述過(guò)壓保護(hù)電路一端連接到輸入/輸出端口，并通 過(guò)電壓采樣電路連到主控電路。
5、 如權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于包 括一顯示電路，所述顯示電路連接到主控電路。
6、 如權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于所 述輸入/輸出端口包括第 一微動(dòng)開(kāi)關(guān)及第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)與接 觸直流母座，所述接觸直流母座具有5個(gè)引腳，其中第l腳為正極接到 第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)的1腳與升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路，第2腳為第一微動(dòng)開(kāi)關(guān)的2 腳，第3腳接到第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)的l腳，第4腳為第二微動(dòng)開(kāi)關(guān)的2腳， 第5腳為負(fù)極接到電流檢測(cè)電路。
7、 如權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于所 述主控電路由單片機(jī)組成。
8、 如權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于所 述單片機(jī)內(nèi)部還包括一計(jì)數(shù)器。
9、 如權(quán)利要求l所述的全自動(dòng)高效升降壓電路，其特征在于包括 一復(fù)位電路，所述復(fù)位電路連接到主控電路。
全文摘要
一種全自動(dòng)高效升降壓電路，包括輸入/輸出端口、電壓采樣電路、電源電路、開(kāi)關(guān)電路、升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路、電流采樣電路、主控電路、以及電池組，電源電路分別連接到輸入/輸出端口及主控電路，電壓采樣電路的輸入端分別連接到所述輸入/輸出端口以及電池組，輸出端連接到主控電路，升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路分別與輸入/輸出端口、開(kāi)關(guān)電路，以及主控電路連接，開(kāi)關(guān)電路同時(shí)連接到主控電路以及電池組，電流采樣電路分別連接到輸入/輸出端口、主控電路，以及電池組。本發(fā)明提供的全自動(dòng)高效升降壓電路可根據(jù)其采集的電壓與電流信號(hào)自動(dòng)切換輸出升壓與輸入降壓的狀態(tài)，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了低成本高效率的升壓與降壓。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101394094SQ200710009559
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者李仕清, 王慶海 申請(qǐng)人:李仕清