一种锂电池充电电路的制作方法

1.本实用新型涉及个人护理类小家电或工具类的电池充电技术，具体地涉及锂电池充电的技术，尤其涉及采用先恒流后恒压控制的充电电路。


背景技术：

2.现有的个人护理类小家电或工具类产品，多数已经采用可充电锂电池为该类产品提供电能。而通常采用的锂电池充电方案是使用专用的锂电池充电芯片为核心的充电电路，虽然这种充电电路结构相对简单，但成本也比较高。目前，通用的电源适配器配置的输出接口大部分都采用usb作为标准接口，且大部分采用5v输出，一般都是1a或2a的输出电流，对于单节锂电池充电电压是正好适合，在电路上既不需要升压，也不需要降压。但也有一部分电源适配器具有更高的电压输出，如8v或9v或12v，由于外形和接口完全相同，在不查看商品标签的情况下无法分辨出不同点。在用较高输出电压的电源适配器对锂电池充电时，通常采用通过植入微处理器的软件控制，采样和判断适配器接口电压，当电压超过预设值后切断充电回路并指示适配器超限。若在充电过程中，微处理器及其控制软件出现异常或部分电子元件失效，可能造成电路仍旧进入充电状态，这时就会出现充电电流偏大和电池温度上升的情况，轻则造成产品损坏、锂电池使用寿命缩短或报废，重则造成锂电池起火爆炸等严重事故。
3.针对上述技术问题，本实用新型提供一种锂电池充电电路，通过改进硬件电路解决上述技术问题，为防止因为适配电压异常造成充电产品损坏，提供了一种可靠保护的解决方案。


技术实现要素：

4.本实用新型所采用的技术方案如下：
5.一种锂电池充电电路，包括充电接口、过电压保护模块、适配器监测模块、控制模块和充电调节模块以及电流监测模块，其中：所述适配器监测模块一端与电源相连，另一端与所述控制模块相连，用于判断适配器的插入，并将适配器插入的信息传输给所述控制模块；所述控制模块与所述充电调节模块相连，用于适配器插入充电接口后将控制模块从低功耗的睡眠模式唤醒进入充电模式，在充电模式中，依据所监测的实时充电电流值和控制模块内部采样的电池电压值，通过充电调节模块来完成先恒流后恒压充电的整个过程；其特征在于：还包括连接于充电接口和充电调节模块之间的过电压保护模块，当过电压保护模块判断到适配器电压超过设定值时切断电源到电池之间的充电回路，避免事故的发生。
6.进一步地，所述过电压保护模块包括：第二电阻、稳压管、第四电阻、第二三极管和第一二极管以及第一场效应管；所述第二三极管为pnp型，所述第一场效应管为p沟道型；所述第二电阻一端与充电接口正极和第一二极管正极以及第二三极管集电极相接，第二电阻另一端接稳压管负极和第四电阻一端；稳压管正极接充电接口负极后接地，第四电阻另一端接第二三极管基极，第二三极管发射极接第一场效应管栅极，第一二极管负极接第一场
效应管源极，充电接口负极接地。
7.根据以上可以选择：所述适配器监测模块包括：过压保护模块的第二电阻、第六电阻和第九电阻以及控制模块，所述控制模块包括微处理器，所述第六电阻一端与稳压管负极连接，另一端与第九电阻一端和微处理器第一输入接口连接，第九电阻另一端接地。
8.较优地，可以选择：所述充电调节模块包括：第五电阻、第八电阻、第三三极管和第一场效应管以及微处理器，所述第三三极管为npn型，所述第五电阻一端与第一场效应管栅极相连，另一端与第三三极管集电极相连；第八电阻一端与第三三极管基极相连，另一端与微处理器第一pwm输出接口相连；第三三极管发射极接地。
9.还可以选择：锂电池保护模块，它包括：第三电阻、第一电容和采样用基准电阻以及锂电池保护芯片；所述第三电阻一端与电池正极相连，另一端与第一电容和锂电池保护芯片第一输入端相连，第一电容另一端与锂电池保护芯片第二输入端连接后接电池负极；锂电池保护芯片第四输出端、第五输出端并联后与采样用基准电阻相连，采样用基准电阻另一端接地。
10.进一步地，所述电流监测模块包括：第七电阻、第二电容和微处理器以及采样用基准电阻，所述第七电阻一端与保护芯片第四、第五输出端和采样用基准电阻相连，采样用基准电阻另一端接地；第七电阻另一端与第二电容和微处理器第一a/d接口相连，第二电容另一端接地。
11.在上述技术方案的基础上，还可以选择：包括并联于第一场效应管源极和漏极之间的第一电阻。以及在本实用新型应用时需要配置的输出控制部分：包括直流马达、第四场效应管、第二二极管和第三电容，所述直流马达正极接电池正极和第二二极管负极以及第三电容的一端，直流马达负极接第三场效应管漏极和第二二极管正极以及第三电容另一端；第四场效应管源极接地，栅极连接微处理器第二pwm输出接口。还包括与微处理器开关量输入接口连接的按键控制开关，该按键开关另一端接地；一端与微处理器开关量输出接口连接的第十电阻，与第十电阻另一端连接的led指示灯，所述led指示灯另一端接地。
12.本应用实用新型的积极效果如下：
13.所采用的过电压保护模块，通过简单电子元器件构成的电路，当充电适配器电压超过预设值时自动断开充电回路，特别在控制模块或者其它电子元件失效时，能及时断开充电回路，由此避免因过电压造成的大电流充电，为本实用新型的应用提供了更为可靠的保护。
14.在嵌入微处理控制软件的控制下，本电路可以实现先恒压后恒流的充电方式，使充电过程更为经济合理，不仅可以降低电能损耗，还可以延长锂电池的使用寿命。
附图说明
15.图1为本实用新型的电路模块示意图；
16.图2为本实用新型的电路原理示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的说明：
18.在图1中，本实用新型的控制模块可以采用通用型mcu处理器，本实施例采用的是
fmd的带ad型微处理器u2，锂电池保护模块的锂电池保护芯片u1也可以根据产品电池容量和电压进行选择，本实施例选择的3a/4.25v的锂电池保护芯片；充电接口采用目前较为通用的type-c接口，其它模块均采用普通的常用电子元件。如图1所示，适配器监测模块一端通过充电接口与电源适配器连接，另一端与微处理器u2的一个中断输入接口相连，可以在适配器插入的瞬间将mcu处理器从睡眠状态唤醒进入工作状态，目的是使本实用新型在不使用的情况下进入睡眠状态，降低对电池的消耗，又能够及时响应适配器插入，立即进入t作状态。
19.如图1所示，过电压保护模块连接于充电接口和充电调节模块之间，可以看出，充电调节模块同时受微处理器u2和过电压保护模块控制的控制。当外接适配器输出电压未超出过电压保护模块预设的电压范围，过电压保护模块处于导通状态；在这种情况下，通过控制软件微处理器u2依据所采样电池电压和采样充电电流值，根据程序内设定的算法运算输出适当的pwm信号，控制充电调节模块开启充电或停止充电，以及依照最佳充电策略调节充电电流，提供如快充，慢充以及涓流浮充等充电方式。当外接适配器的输入电压超出过电压保护模块预设范围，则通过电压保护模块即刻断开充电电路与电源适配器之间的连接，停止充电，即使此时微处理器u2或其它电子元件失效，已经无法控制关断充电，过压保护模块也会自主完成这个动作，防止适配器电压过高，对充电电池形成大电流充电而损坏电池或造成意外事故。
20.图2示出本实用新型的一个具体使用电路。其中，锂电池保护模块串联在电池与电源地之间，起到二次保护的作用，当电池电压超过保护芯片的限值和充、放电电流超过保护芯片设定值，都会直接断开锂电池的负极，这也是使用锂电池作为电源的电子产品通行的一种保护手段。
21.在图2示出的实施例中，过电压保护模块包括：第二电阻r2、稳压管z、第四电阻r4、第二三极管q2和第一二极管d1以及第一场效应管q1。第二三极管q2为pnp型晶体管，第一场效应管q1为p沟道型场效应管，第一二极管d1用于防止外部电源的正负极反接。第二电阻r2一端与充电接口正极和第一二极管d1正极以及第二三极管q2集电极相接，另一端接稳压管z负极和第四电阻r4；稳压管z正极接充电接口负极后接地，第四电阻r4另一端接第二三极管q2基极，第二三极管q2发射极接第一场效应管q1栅极，第一二极管d1负极接第一场效应管q1源极。在本实施例中，当适配器输出电压超过稳压管z导通值0.1～0.3v时，第二三极管q2因基极电压降低导通，第二三极管q2的导通使得第一场效应管q1的栅极电压提高到适配器输入电压致使第一场效应管q1断开，由此断开充电回路。
22.适配器监测模块由过电压保护模块的第二电阻r2，第六电阻r6和第九电阻r9构成的分压电路，将适配器插入的电压信号接入微处理u2第一输入接口；其中第六电阻r6一端与稳压管z负极和第二电阻r2的一端连接，另一端与第九电阻r9一端和微处理器u2第一输入接口连接，第九电阻r9另一端接地。
23.充电调节模块包括：第五电阻r5、第八电阻r8、第三三极管q3和第一场效应管q1以及微处理器u2，第三三极管q3为npn型晶体管，第五电阻r5一端与第一场效应管q1栅极相连，另一端与第三三极管q3集电极相连；第八电阻r8一端与第三三极管q3基极相连，另一端与微处理器u2的pwm输出接口相连；第三三极管q3发射极接地。正常充电情况下，微处理器u2依据实时采样的电池电压和充电电流值，根据程序内设定的算法运算得出充电所需的脉
冲宽度，通过微处理器u2第4管脚输出pwm脉宽信号对锂电池进行充电，采用先恒压后恒流的锂电池最优充电模式，当输出高电平的pwm信号时，第三三极管q3导通，使第一场效应管q1的栅极通过第五电阻r5拉低到低电平，使第一场效应管q1导通；当输出低电平pwm信号时，第三三极管q3截止，第一场效应管q1的栅极呈高电平，第一场效应管q1截止充电。由此实现充电电流的调节。
24.锂电池保护模块包括：第三电阻r3、第一电容c1、采样用基准电阻rt1和锂电池保护芯片u1；第三电阻r3一端与电池正极相连，另一端与第一电容c1和锂电池保护芯片u1第一输入端(u1管脚3)相连，第一电容c1另一端与锂电池保护芯片u1第二输入端(u1管脚2)连接后接电池负极；锂电池保护芯片u1第四输出端(u1管脚4)与第五输出端(u1管脚5)并联后与采样基准电阻rt1相连，采样基准电阻rt1另一端接地。当电池电压超过预设值时u1会自动切断锂电池的负极进入保护状态，以及当锂电池充、放电电流超过预设值时，u1也会自动切断锂电池的负极进入保护状态。
25.电流监测模块包括：采样基准电阻rt1、第七电阻r7、第二电容c2和微处理器u2第一a/d接口(u2管脚6)，当充电电流流过采样基准电阻rt1时，会产生电压信号在采样基准电阻rt1与第七电阻r7连接的管脚上，第七电阻r7另一端与第二电容c2和微处理器u2第一a/d接口相连，将电压信号送入微处理器；第二电容c2另一端接地。
26.本实施例还包括并联于第一场效应管q1源极和漏极之间的第一电阻r1，第一阻r1的作用是：当锂电池较长时间内未充电，由于自放电等因素，锂电池电压可能会降低至微处理器u2的工作电压以下，甚至达到0v，此时插入适配器后微处理器u2不能进入工作状态，无法控制第三三极管q3导通，第一场效应管q1也就处于截止状态，此时外部适配器的电流通过第一电阻r1对锂电池进行小电流激活充电，当锂电池电压达到微处理器u2的工作电压后进入正常充电控制状态。
27.本实用新型的实际应用中，也可以在微处理器u2第4脚pwm输出接口增加一个10k～100k的下拉电阻，以避免微处理器u2未进入工作状态或上电瞬间造成的输出不稳定。
28.本实用新型的充电保护功能仅仅是产品的一部分，为了充分利用微处理器u1的资源，本实用新型电路可以应用于其它个人护理类产品或电子类小工具的产品中，例如：电推剪、磨甲器、电动剃须刀、电动牙刷、电动磨头或雕刻剪等。
29.图2示出了一种简单的扩展应用示例，其中驱动部分包括直流马达m，第二场效应管q4，第二二极管d2以及第三电容c3。微处理器u1的第二pwm输出接口(u1第3管脚)连接于第二场效应管q4的栅极，可以通过控制软件对直流马达m进行脉宽调制输出，实现马达的变速、恒速或根据不同负载输出不同的控制电压。
30.图2所示的实施例还包括人机交互操作控制，具体包括与微处理器u1开关量输入接口连接的按键控制开关sw，微处理器u1通过接收按键开关sw按压时间长短或按压次数构成序列信号，根据预设程序做出相应处理；还包括一端与微处理器开关量输出接口连接的第十电阻r10，与第十电阻r10另一端连接的led指示灯，受预设软件控制，led指示灯以不同闪烁频率或点亮方式，提示对应本实施例处于不同的运行状态，达到人机交互的目的。