一種充電裝置的製作方法
2023-06-27 07:47:16 4
專利名稱：一種充電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電學領域，特別是關於一種充電裝置。
背景技術：
開關電源廣泛應用於照相機、攝像機、PDA、手提電腦、可攜式監測設備等電子產品中。隨著可攜式產品的日益發展和廣泛應用，對開關電源電壓輸出種類有了更多的需求，對其體積和穩定性提出了更高的要求。在當前的可攜式電子產品中普遍配備可充電鋰離子電池，不同的產品工作電壓不同、功率不同，所要求的電池輸出電壓及容量不同。現有的充電管理晶片有多種，根據能夠充電的串聯鋰離子電池節數分單節鋰離子電池充電晶片、二節鋰離子電池充電晶片及多節鋰離子電池充電晶片，但最多僅能對六節鋰離子電池進行充電。對於電源電壓要求高於六節串聯鋰離子電池的可攜式應用來說，無現成可以用的集成充電管理晶片。對多節串聯充電電池充電，目前的方案是市電經EMI濾波、橋式整流濾波變成直流電送入功率變換電路(DC/DC)，功率變換電路在PWM控制器和單片機控制下輸出穩定的直流電壓。其中有兩種方案如圖1所示為現有技術1中的充電電路圖，該圖中的單片機控制完成輸出電壓電流的採樣，然後通過控制算法和DA轉換得到輸出到PWM控制器的反饋模擬量，從而控制PWM 控制器輸出波形的佔空比達到調節電壓的目的，但是該方案的問題在於，需要變壓器、橋式整流電路，產品體積大，不易小型化，對可攜式設備不太實用，需要對輸出電壓電流進行模數轉換，經過控制算法，最後由DA轉換輸出PWM控制器所需要的反饋模擬量。控制器所需要的反饋模擬量是單片機系統對輸出電壓採樣經過一定算法後實時輸出的，如果程序有問題則導致反饋電壓失常，會對電源系統帶來災難性故障，如若反饋電壓變的比正常值低，則輸出電壓可能會達到系統不可接受的高電壓，因此該種方案對系統可靠性的要求很高，從而帶來系統成本的增加。如圖2所示為現有技術2中的充電電路圖，該充電的控制方法基本與上述方案相同，只是PWM控制器的輸入模擬反饋量不是來自DA轉換器的輸出而是直接來自輸出採樣電阻。其工作過程是單片機採樣輸出電壓電流，通過控制算法改變數字電位器的電阻值，從而改變電壓反饋比例，以此得到不同的輸出電壓，該方案的問題在於，數字電位器的輸出解析度較低，一般在10位以下，因而不能對輸出電壓進行精細控制，同時它也需要變壓器、橋式整流電路，產品體積大，不易小型化，對可攜式設備不太實用。
實用新型內容本實用新型實施例提供一種充電裝置，用於解決現有技術中充電控制延遲，並且輸出的控制量解析度低等問題。本實用新型實施例提供一種充電裝置，包括PWM驅動單元，檢測單元，控制單元，第一分壓電阻和第二分壓電阻；所述PWM驅動單元輸出充電電壓，該充電電壓通過第一分壓電阻後反饋回所述 PWM驅動單元，所述檢測單元檢測所述PWM驅動單元輸出的充電電壓，將檢測結果傳送給所述控制單元，所述控制單元根據所述檢測結果計算輸出更新的控制電壓，所述更新的控制電壓通過所述第二分壓電阻與經過所述第一分壓電阻的充電電壓合併為一路電壓，反饋回所述PWM驅動單元調整所述PWM驅動單元輸出充電電壓。根據本實用新型實施例所述的充電裝置的一個進一步的方面，還包括輸入緩衝單元，分別與所述PWM驅動單元和控制單元相連接，在所述控制單元的控制下向所述PWM驅動單元供電。根據本實用新型實施例所述的充電裝置的再一個進一步的方面，所述檢測單元檢測PWM驅動單元輸出的充電電壓和充電電流，將所述檢測到的充電電流和檢測到的充電電壓傳送給所述控制單元。根據本實用新型實施例所述的充電裝置的另一個進一步的方面，所述控制單元進一步包括基準電壓模塊，數字模擬轉換器，單片機，運算放大器；所述基準電壓向所述數字模擬轉換器提供基準電壓，所述單片機獲取所述檢測單元傳送來的檢測結果，根據所述檢測結果計算得到需要輸出的控制電壓，通過所述數字模擬轉化器和運算放大器輸出模擬量的控制電壓，將所述控制電壓輸出到所述第二分壓電阻。根據本實用新型實施例所述的充電裝置的另一個進一步的方面，所述單片機將所述檢測結果與設定值比較，如果不相等則利用如下公式計算出更新的控制電壓Va = [2. 5* (R24+R11) _Vc*Rl 1] /R24，其中Va為當前充電所需的充電電壓，Vc為更新的控制電壓，R24為第二分壓電阻，Rll為第一分壓電阻。根據本實用新型實施例所述的充電裝置的另一個進一步的方面，所述數字模擬轉換器為乘法型數字模擬轉換器。通過本實用新型實施例，通過分壓電阻直接反饋輸出的充電電壓，並且通過調節分壓電阻虛地端的電勢，可以快速的對PWM驅動單元進行控制，從而實現對充電過程快速和精確的控制。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示為現有技術1中的充電電路圖；圖2所示為現有技術2中的充電電路圖；圖3所示為本實用新型實施例一種充電裝置的結構示意圖；圖4所示為本實用新型實施例一種充電裝置的具體電路圖；圖5所示為本實用新型實施例控制單元中單片機的電路圖；[0024]圖6A、圖6B和圖6C所示為本實用新型實施例的輔助電源電路圖；圖7所示為本實用新型實施例一種充電控制方法的流程圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。如圖3所示為本實用新型實施例一種充電裝置的結構示意圖。PWM驅動單元301，檢測單元302，控制單元303，第一分壓電阻304，第二分壓電阻 305。所述PWM驅動單元301輸出充電電壓，該充電電壓通過第一分壓電阻304後反饋回所述PWM驅動單元301，所述檢測單元302檢測所述PWM驅動單元301輸出的充電電壓，將檢測結果傳送給所述控制單元303，所述控制單元303根據所述檢測結果計算輸出更新的控制電壓，所述更新的控制電壓通過所述第二分壓電阻305與經過所述第一分壓電阻304 的充電電壓合併為一路電壓，反饋回所述PWM驅動單元301調整所述PWM驅動單元301輸出充電電壓。通過上述實施例，PWM驅動單元301經過第一分壓電阻的反饋電壓是直接反饋，反應速度迅速，可以很快的穩定PWM驅動單元輸出的充電電壓，並且通過調節控制電壓可以調節反饋給PWM驅動單元的電壓，從而可以精確控制輸出的充電電壓。如圖4所示為本實用新型實施例一種充電裝置的具體電路圖。包括輸入緩衝單元401，PWM驅動單元402，檢測單元403，控制單元404。其中輸入緩衝單元401，與所述控制單元404相連接，用於在所述控制單元404的控制下向PWM驅動單元402進行供電，以避免給所述充電裝置的部件造成衝擊。所述PWM驅動單元402，其中L2、Q2、D5及U8構成boost電路主體，U8的6腳輸出PWM波控制Q2的通與關，Q2關斷時存儲在L2上的能量通過D5向後級電路輸出。反饋電壓在經電阻Rll與電阻R24，在B點反饋到U8(可以採用晶片TL2842D-8)的電壓反饋引腳上。檢測單元403，其中充電電壓VFB通過分壓電阻取得；充電電流IFB由採樣電阻 R6、放大器U4、電阻R16、R13及電容C26組成的電路取得，輸出端J2與負載(充電電池)相連接。控制單元404，包括基準電壓模塊4041，例如採用REF5040A晶片輸出4. 096V的基準電壓；數字模擬轉換器4042，例如採用乘法型DAC7811晶片，該乘法型DAC7811晶片可以輸出12位精度的電壓信號(當然可以根據控制精度的要求選用更高精度的乘法型數字模擬轉換器，如16位精度的乘法型數字模擬轉換器、18位精度的乘法型數字模擬轉換器等等)，根據單片機4043(如圖5所示)輸出的控制信號，例如同步信號，時鐘信號 (SCLK)，數據輸入信號(SDIN)，數據輸出信號(SDO)，進行數模轉換，將輸入的數字電壓控制信號轉換為模擬信號，輸出給運算放大器(0PA2228)4044 ；運算放大器輸出控制電壓(圖中C點電壓)，經過分壓電阻R24到達B點，B點電壓由A點輸出電壓、電阻R11、電阻R24及C點電壓決定，同時在系統穩定運行時B點電壓被TL2842的2腳鉗位在2. 5V，C點電壓為固定值。由此可得輸出電壓即A點電壓表達式為(設A點電壓為Va，C點電壓為Vc)Va = [2. 5* (R24+R11) _Vc*Rl 1] /R24(式 1)由式1可見，在Rll (第一分壓電阻)、R24 (第二分壓電阻)確定的情況下，通過改變Vc即可改變系統的電壓輸出Va。其中，如圖5所示的單片機，其接收檢測單元輸出的檢測到的充電電壓VFB和充電電流IFB，向控制單元中的DAC7811晶片輸出控制信號，利用自身集成的12位AD轉換器實現對充電電流和充電電壓的採樣，在電池充電的過程中，單片機將所述檢測得到的輸出電壓或輸出電流與設定值相比較，如果輸出電壓或者輸出電流與設定值不相等，例如大於所述設定值或者小於所述設定值，其中設定值為當前充電所需的電壓或電流，則根據上述式1 通過控制算法得到更新的控制電壓，即如果輸出電壓或者輸出電流大於設定值則升高控制電壓，通過上式1計算得知升高控制電壓即可以降低輸出電壓(若要降低輸出電流，同樣是通過降低輸出電壓來間接降低輸出電流)，在這裡上式1中的Va為當前充電所需的充電電壓或對應的所需充電電流的充電電壓值，如果輸出電壓或輸出電流小於設定值則可以降低控制電壓，通過上式1計算可知降低控制電壓可以升高輸出電壓(若要升高輸出電流，同樣是通過升高輸出電壓來間接升高輸出電流)，在這裡上式1中的Va為當前充電所需的充電電壓或對應所需充電電流的充電電壓值，然後通過DAC7811晶片和運算放大器輸出更新的控制電壓，該更新的控制電壓通過第二分壓電阻R24調節B點電壓，從而調節PWM驅動單元的反饋，實現控制輸出充電電壓的目的。對於充電裝置中的各單元所需要的驅動電壓可以通過圖6A、圖6B和圖6C中的輔助電源獲得，所述充電裝置由外部15V直流電源供電(圖中Vin)，上電後輔助電源工作，得到系統需要的+3. 3V、+5V和-5V電壓源。由兩片集成直流到直流(DCDC)轉換晶片 TPS5430DDA及其外圍電感、電阻電容和二極體組成的電源電路把外部直流電源分別轉換成 +3. 3V和+5V ；由集成DOTC轉換晶片MAX735及其外圍電感、電容及二極體組成的電路將+5V 轉換成-5V。+3. 3V給系統的單片機和數模轉換器DAC7811的數字接口供電；+5V給運算放大器 0PA2228和基準電壓模塊REF5040A供電；-5V給運算放大器0PA2228供電。如圖7所示為本實用新型實施例一種充電控制方法的流程圖。步驟701，PWM驅動單元輸出充電電壓，該充電電壓通過第一分壓電阻後反饋回所述PWM驅動單元，進行穩定輸出充電電壓的操作。步驟702，檢測單元檢測所述輸出的充電電壓和充電電流，將檢測結果傳送給控制單元。步驟703，所述控制單元根據所述檢測結果計算輸出更新的控制電壓。步驟704，所述更新的控制電壓通過所述第二分壓電阻與經過所述第一分壓電阻的充電電壓合併為一路電壓，反饋回所述PWM驅動單元。在所述步驟701之前還可以包括，在控制單元的控制下向所述PWM驅動單元供電， 從而可以避免供電電流對充電裝置部件造成衝擊。其中所述控制單元中的單片機根據所述檢測結果計算輸出更新的控制電壓中，利用檢測結果與設定值比較，如果未達到設定值或者超過了設定值(也就是不相等)，則根據
6下式計算得出更新的控制電壓，Va = [2. 5* (R24+R11) _Vc*Rl 1] /R24，其中Va為當前充電需要的充電電壓，控制單元控制電壓輸出的C點電壓為Vc，Rll為第一分壓電阻，R24為第二分壓電阻，由於當前充電所需的充電電壓已知，可以計算出需要在C點輸出的更新的控制電壓，控制單元可以根據計算結果輸出控制電壓到C點。通過上述實施例，由於採用了直流-直流輸入，利用現在市場上的直流電源(例如 12V或15V電源)作為外部供電即可實現對多節鋰離子電池進行充電，省缺了交流到直流 (ACDC)轉換部分，減少了產品體積，從而更適應可攜式產品的要求。通過計算獲得控制電壓，此控制電壓並不是反饋到PWM驅動單元的電壓反饋輸入端，而是反饋到分壓電阻，改變虛地電阻電勢。在交流分析中此電路與純硬體模擬反饋的等效電路等同，因此在動態響應上較模擬量採樣轉換，計算後再通過數模轉換輸出模擬量反饋到控制器的控制方式要快。本方案與現有技術中數字電位器型方案相比，由於採用了乘法型數字模擬轉換器，因此可實現高精度等級的輸出控制電壓，可以實現16位、18位甚至更高的控制精度。以上所述的具體實施方式
，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式
而已，並不用於限定本實用新型的保護範圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種充電裝置，其特徵在於包括PWM驅動單元，檢測單元，控制單元，第一分壓電阻和第二分壓電阻；所述PWM驅動單元輸出充電電壓，該充電電壓通過第一分壓電阻後反饋回所述PWM驅動單元，所述檢測單元檢測所述PWM驅動單元輸出的充電電壓，將檢測結果傳送給所述控制單元，所述控制單元根據所述檢測結果計算輸出更新的控制電壓，所述更新的控制電壓通過所述第二分壓電阻與經過所述第一分壓電阻的充電電壓合併為一路電壓，反饋回所述 PWM驅動單元調整所述PWM驅動單元輸出充電電壓。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括輸入緩衝單元，分別與所述PWM驅動單元和控制單元相連接，在所述控制單元的控制下向所述PWM驅動單元供電。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述檢測單元檢測PWM驅動單元輸出的充電電壓和充電電流，將所述檢測到的充電電流和檢測到的充電電壓傳送給所述控制單元。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述控制單元進一步包括基準電壓模塊，數字模擬轉換器，單片機，運算放大器；所述基準電壓向所述數字模擬轉換器提供基準電壓，所述單片機獲取所述檢測單元傳送來的檢測結果，根據所述檢測結果計算得到需更新的控制電壓，通過所述數字模擬轉換器和運算放大器輸出模擬量的更新的控制電壓，將所述更新的控制電壓輸出到所述第二分壓電阻。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述單片機將所述檢測結果與設定值比較，如果不相等則利用如下公式計算出更新的控制電壓Va = [2. 5* (R24+R11) _Vc*Rl 1] /R24，其中Va為當前充電需要的充電電壓，Vc為更新的控制電壓，R24為第二分壓電阻，Rll為第一分壓電阻。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述數字模擬轉換器為乘法型數字模擬轉換器。
專利摘要本實用新型涉及電學領域，特別是關於一種充電裝置，其中裝置包括PWM驅動單元輸出充電電壓，該充電電壓通過第一分壓電阻後反饋回所述PWM驅動單元，檢測單元檢測PWM驅動單元輸出的充電電壓，將檢測結果傳送給控制單元，控制單元根據檢測結果計算輸出更新的控制電壓，更新的控制電壓通過第二分壓電阻與經過第一分壓電阻的充電電壓合併為一路電壓，反饋回PWM驅動單元調整PWM驅動單元輸出充電電壓。通過本實用新型實施例的分壓電阻直接反饋輸出的充電電壓，並且通過調節分壓電阻虛地端的電勢，可以快速的對PWM驅動單元的控制，從而實現對充電過程快速和精確的控制。
文檔編號H02J7/00GK202068219SQ201120192968
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年2月17日
發明者劉丙午, 劉軍, 周麗, 申貴成, 郭鍵 申請人:北京物資學院