一种锂电池组均衡充电电路的制作方法

1.本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其是指一种锂电池组均衡充电电路。


背景技术：

2.充电器的好坏在很大从程度上影响了锂电池的使用性能，快速高效、安全可靠的充电器可提高锂电池的使用寿命，而劣质的充电器则无法发挥锂电池的全部优势，由于其无法实现监测控制与保护功能，容易引发安全问题、充电效率低。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术的问题提供一种锂电池组均衡充电电路，设计巧妙，实现监测控制与保护功能，有利于提高充电效率，实现快速充电盒延长电池的循环寿命，电路设计简单、可靠。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
5.本实用新型提供的一种锂电池组均衡充电电路，包括主控模块以及与主控模块连接的控制电路和均衡电路，所述控制电路包括电流反馈控制部分和电压反馈控制部分；所述电压反馈控制部分包括主开关管q1、整流管q2、电阻r、电感l、电容c、电阻r1、电阻r2、电阻r3、ea放大器m1和pwm比较器m2，所述电阻r1的一端、电阻r2的一端、电阻r3的一端连接后与ea放大器m1的反相端连接，电阻r与电容c并联后的一端分别与电感l的一端、电阻r1的另一端连接，电阻r与电容c并联后的另一端与整流管q2的源极连接，电感l的另一端与整流管q2的漏极以及主开关管q1的源极连接，所述电阻r2的另一端接地，电阻r3的另一端和ea放大器m1的输出端均与pwm比较器m2的反相端连接，所述pwm比较器m2的正相端输入锯齿波信号；pwm比较器m2的输出端与主开关管q1的栅极、整流管q2的杀机连接；
6.所述电流反馈控制部分包括主开关管q1’、整流管q2’、电阻r’、电感l’、电容c’、电容c1、电阻r1’、电阻r2’、电阻r3’、ez放大器m1’、pwm比较器m2’、电阻ri、触发器m3和放大器m4，所述触发器m3的s端是置位端并用于外接振荡电路产生的时钟脉冲信号，所述触发器m3的q端连接于pwm比较器m2’的输出端，所述触发器m3的输出端连接于主开关管q1’的栅极、整流管q2’的栅极，所述电阻r1’的一端、电阻r2’的一端、电阻r3’的一端连接后与ea放大器m1’的反相端连接，电阻r’与电容c’并联后的一端分别与电阻ri的一端、放大器m4的反相端、电阻r1’的另一端连接，电阻ri的另一端与电感l’的一端、放大器m4的正相端连接，电感l’的另一端与整流管q2’的漏极以及主开关管q1’的源极连接，电阻r’与电容c’并联后的另一端与整流管q2’的源极连接，所述电阻r2’的另一端接地，电阻r3’的另一端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端和ea放大器m1’的输出端均与pwm比较器m2’的反相端连接，所述放大器m4的输出端与pwm比较m2’的正相端连接，所述放大器m4的输出端与pwm比较m2’的正相端之间设置有斜坡补偿。
7.其中，所述主控模块采用max1772芯片。
8.其中，所述主控模块还连接有恒流恒压充电电路，恒流恒压充电电路包括功率开
关管m11、整流管m21、电感l11、电流检测电阻rs、滤波电容c11、滤波电容c21、电压采样电阻r11、电压采样电阻r21、电流设置模块、充电电流采样信号放大器gi、电压采样信号放大器gv、电流电压转换电阻rz、缓冲器m31、缓冲器m32、pwm比较m5、开关管m6、补偿模块、逻辑控制模块和驱动电路，所述电流设置模块与充电电流采样信号放大器gi的vp端连接，电池电压反馈信号vfb和参考电压vref作为电压采样信号放大器gv的输入，电压采样信号放大器gv的输出经过开关管m6和电流电压转换电阻rz后，通过缓冲器m32进入补偿模块，电流设置模块用于对预充时段和恒流时段的输出电流大小进行设定，经过充电电流采样信号放大器gi和电压电流转换电阻rz后，把充电电流的误差信号变换成电压信号，经由缓冲器m31进入补偿模块，补偿模块的输出端与pwm比较m5的正相端连接，pwm比较器m5的输出端与逻辑控制模块的输入端连接，逻辑控制模块的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端分别与功率开关管m11的栅极和整流管m21的栅极连接，功率开关管m11的漏极外接电压输入vin，功率开关管m11的源极、整流管m21的漏极均与电感l11的一端连接，电感l11的另一端与电流检测电阻rs的一端、滤波电容c11的一端连接，电流检测电阻rs的另一端与滤波电容c21的一端、电压采样电阻r11的一端、锂电池的正极连接，电压采样电阻r11的另一端与电压采样电阻r21的一端连接，电压采样电阻r21的另一端、锂电池的负极、整流管m21的源极、滤波电容c11的另一端、滤波电容c21的另一端均接地。
9.其中，所述均衡电路包括与主控模块连接的多个保护ic以及与多个保护ic一一连接的多个旁路开关，每个旁路开关分别并联一个锂电池，每个旁路开关上串接有分流电阻r18。
10.其中，所述保护ic的型号为s-8209a。
11.本实用新型的有益效果：
12.本实用新型在电压反馈控制部分，当输出电压vo值比设定的电压值小的时候，采样到的电压信号vs也会减小，因为vs输入的是ea放大器m1的反相端，vs的减小会使ea放大器m1的输出信号ve增大，和锯齿波信号比较后，导致pwm比较器m2的输出信号占空比相应增加，主开关管q1的导通时间增多，输出电压增大，维持稳定；同理，当输出电压vo比设定值高时，pwm比较器m2的输出信号占空比相应减小，输出电压值vo降低，维持输出电压的稳定；
13.进一步的，在电流反馈控制部分，触发器m3的s端是置位端，外接的是由振荡电路产生的时钟脉冲信号，时钟脉冲是高电平时，触发器高输出，开通主开关管q1’，电感l’电流线性增加，当电感l’电流增加到某一值时，检测电流和斜坡补偿的总和，大于ez放大器m1’的输出时，pwm比较器m2’高电平输出，r＝1，q＝0，使得主开关管q1’关断，整流管q2’导通，电感电流线性减少，当其瞬时值和斜坡补偿值的总和，比误差电压ve小的时候，r变为0，触发器m3保持，一直到下一个时钟脉冲的高电平输入，补偿斜坡频率和振荡器频率一样，在每个周期都对检测电流补偿，循环调节，最终输出电压和电流都维持稳定。
14.本实用新型设计巧妙，实现监测控制与保护功能，有利于提高充电效率，实现快速充电盒延长电池的循环寿命，电路设计简单、可靠。
附图说明
15.图1为本实用新型的电压反馈控制部分的电路图。
16.图2为本实用新型的电流反馈控制部分的电路图。
17.图3为本实用新型的恒流恒压充电电路的电路图。
18.图4为本实用新型的均衡电路的电路图。
具体实施方式
19.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。
20.一种锂电池组均衡充电电路，如图1至图4所示，包括主控模块以及与主控模块连接的控制电路和均衡电路，所述控制电路包括电流反馈控制部分和电压反馈控制部分；所述电压反馈控制部分包括主开关管q1、整流管q2、电阻r、电感l、电容c、电阻r1、电阻r2、电阻r3、ea放大器m1和pwm比较器m2，所述电阻r1的一端、电阻r2的一端、电阻r3的一端连接后与ea放大器m1的反相端连接，电阻r与电容c并联后的一端分别与电感l的一端、电阻r1的另一端连接，电阻r与电容c并联后的另一端与整流管q2的源极连接，电感l的另一端与整流管q2的漏极以及主开关管q1的源极连接，所述电阻r2的另一端接地，电阻r3的另一端和ea放大器m1的输出端均与pwm比较器m2的反相端连接，所述pwm比较器m2的正相端输入锯齿波信号；pwm比较器m2的输出端与主开关管q1的栅极、整流管q2的杀机连接；
21.所述电流反馈控制部分包括主开关管q1’、整流管q2’、电阻r’、电感l’、电容c’、电容c1、电阻r1’、电阻r2’、电阻r3’、ez放大器m1’、pwm比较器m2’、电阻ri、触发器m3和放大器m4，所述触发器m3的s端是置位端并用于外接振荡电路产生的时钟脉冲信号，所述触发器m3的q端连接于pwm比较器m2’的输出端，所述触发器m3的输出端连接于主开关管q1’的栅极、整流管q2’的栅极，所述电阻r1’的一端、电阻r2’的一端、电阻r3’的一端连接后与ea放大器m1’的反相端连接，电阻r’与电容c’并联后的一端分别与电阻ri的一端、放大器m4的反相端、电阻r1’的另一端连接，电阻ri的另一端与电感l’的一端、放大器m4的正相端连接，电感l’的另一端与整流管q2’的漏极以及主开关管q1’的源极连接，电阻r’与电容c’并联后的另一端与整流管q2’的源极连接，所述电阻r2’的另一端接地，电阻r3’的另一端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端和ea放大器m1’的输出端均与pwm比较器m2’的反相端连接，所述放大器m4的输出端与pwm比较m2’的正相端连接，所述放大器m4的输出端与pwm比较m2’的正相端之间设置有斜坡补偿。
22.具体地，本实用新型在电压反馈控制部分，当输出电压vo值比设定的电压值小的时候，采样到的电压信号vs也会减小，因为vs输入的是ea放大器m1的反相端，vs的减小会使ea放大器m1的输出信号ve增大，和锯齿波信号比较后，导致pwm比较器m2的输出信号占空比相应增加，主开关管q1的导通时间增多，输出电压增大，维持稳定；同理，当输出电压vo比设定值高时，pwm比较器m2的输出信号占空比相应减小，输出电压值vo降低，维持输出电压的稳定；
23.进一步的，在电流反馈控制部分，触发器m3的s端是置位端，外接的是由振荡电路产生的时钟脉冲信号，时钟脉冲是高电平时，触发器高输出，开通主开关管q1’，电感l’电流线性增加，当电感l’电流增加到某一值时，检测电流和斜坡补偿的总和，大于ez放大器m1’的输出时，pwm比较器m2’高电平输出，r＝1，q＝0，使得主开关管q1’关断，整流管q2’导通，电感电流线性减少，当其瞬时值和斜坡补偿值的总和，比误差电压ve小的时候，r变为0，触
发器m3保持，一直到下一个时钟脉冲的高电平输入，补偿斜坡频率和振荡器频率一样，在每个周期都对检测电流补偿，循环调节，最终输出电压和电流都维持稳定。
24.本实用新型设计巧妙，实现监测控制与保护功能，有利于提高充电效率，实现快速充电盒延长电池的循环寿命，电路设计简单、可靠。
25.本实施例中，所述主控模块采用max1772芯片。具体地，max1772芯片内部集成的dc-dc转换器，结构是同步整流降压式的，用来控制充电电压和电流。芯片内部还包括用于设置充电电流和充电电压的输入电源电流限制电路和模拟输入电路。dc-dc变换器使用的是外部n-通道的mosfet作为降压开关和同步整流器的器件，将输入电压转换为所需的充电电流和电压。引脚ictl端的电压值和rs2的数值用来设置充电电流。dc-dc变换器产生控制信号，送给外部mosfet，并通过引脚vctl、ictl、和cells的输入值调节电压和电流。进一步的，max1772芯片为现有技术，此处不再赘述。
26.本实施例中，所述主控模块还连接有恒流恒压充电电路，恒流恒压充电电路包括功率开关管m11、整流管m21、电感l11、电流检测电阻rs、滤波电容c11、滤波电容c21、电压采样电阻r11、电压采样电阻r21、电流设置模块、充电电流采样信号放大器gi、电压采样信号放大器gv、电流电压转换电阻rz、缓冲器m31、缓冲器m32、pwm比较m5、开关管m6、补偿模块、逻辑控制模块和驱动电路，所述电流设置模块与充电电流采样信号放大器gi的vp端连接，电池电压反馈信号vfb和参考电压vref作为电压采样信号放大器gv的输入，电压采样信号放大器gv的输出经过开关管m6和电流电压转换电阻rz后，通过缓冲器m32进入补偿模块，电流设置模块用于对预充时段和恒流时段的输出电流大小进行设定，经过充电电流采样信号放大器gi和电压电流转换电阻rz后，把充电电流的误差信号变换成电压信号，经由缓冲器m31进入补偿模块，补偿模块的输出端与pwm比较m5的正相端连接，pwm比较器m5的输出端与逻辑控制模块的输入端连接，逻辑控制模块的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端分别与功率开关管m11的栅极和整流管m21的栅极连接，功率开关管m11的漏极外接电压输入vin，功率开关管m11的源极、整流管m21的漏极均与电感l11的一端连接，电感l11的另一端与电流检测电阻rs的一端、滤波电容c11的一端连接，电流检测电阻rs的另一端与滤波电容c21的一端、电压采样电阻r11的一端、锂电池的正极连接，电压采样电阻r11的另一端与电压采样电阻r21的一端连接，电压采样电阻r21的另一端、锂电池的负极、整流管m21的源极、滤波电容c11的另一端、滤波电容c21的另一端均接地。
27.具体地，电池电压反馈信号vfb，是经由电阻r11和r21获得，和参考电压vref作为电压采样信号放大器gv的输入，电压采样信号放大器gv输出的误差信号经过开关管m6和电压电流转换电阻rz后，又通过缓冲器m32后进入补偿模块。电流设置模块主要的功能是，对预充时段和恒流时段的输出电流大小进行设定。rs是电流检测电阻,其两端的电位为vcs和vbs，在经过电流设定模块、充电电流采样信号放大器gi和电压电流转换电阻rz后，把充电电流的误差信号，变换成电压信号，经由缓冲器m31进入补偿模块。
28.进一步的，恒流充电时，由于锂离子电池端电压还比较低，vrb《vref，电压采样信号放大器gv较低的输出电压，不能使接成二极管形式的开关管m6打开，因此环路的调节中没有电压采样信号放大器gv。此时，整个恒流充电环路包含：功率开关管m11、整流管m21、电感l11、电流检测电阻rs、电流设置模块、电压电流转换电阻rz、缓冲器m31和缓冲器m32、补偿模块、pwm比较器m5，充电电流仅作为控制变量，对锂离子电池恒流充电。
29.进一步的，在vrb增大到vref后，电压采样信号放大器gv模块输出电压增大，该值能使得开关管m6导通，进入到恒压充电过程。此时，由功率开关管m11、整流管m21、电感l11、电压采样电阻r1和电压采样电阻r2、电压采样信号放大器gv、电压电流转换电阻rz、缓冲器m31和缓冲器m32、补偿模块、pwm比较器m5组成恒压充电环路，控制电压变量，对锂离子电池恒压充电。
30.本实施例中，所述均衡电路包括与主控模块连接的多个保护ic以及与多个保护ic一一连接的多个旁路开关，每个旁路开关分别并联一个锂电池，每个旁路开关上串接有分流电阻r18。其中，所述保护ic的型号为s-8209a。具体地，s-8209a是带有电量平衡功能的电池保护用ic，保证本实用新型的可靠性和安全性。
31.以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。