一种新型的充电控制系统和方法与流程

本发明涉及充电控制技术领域,尤其涉及一种新型的恒流转恒压的充电控制系统和方法。

背景技术：

充电电池因具有电压高、循环性能好和无记忆效应等特点正作为移动便携式仪器的核心储能装置被人们所关注，而与之相匹配的充电器也越来越被人们所重视，因为充电器的好坏会影响仪器设备的性能，电池的使用寿命以及设备的工作效率。

然而，充电电池是充电次数有限的可充电的电池，具有经济和环保等优点。影响充电电池循环寿命的主要因素是充电电池的充电方式与充电效率。因此，在便携式电子产品向更高层次集成度发展的同时，如何为充电电池提供高效安全的充电方案越来越受到设计者的关注。针对充电电池的充电特性，通常采用恒流-恒压模式充电。

而如何在充电过程中从恒流充电模式平滑的切换到恒压充电模式也成为目前的一个技术难题。

技术实现要素：

为克服现有充电控制方法的问题，本发明提供了一种新型的恒流转恒压的充电控制系统和方法。

本发明解决技术问题的方案是提供一种新型的充电控制系统，该系统主要包括：采样模块，用于采样电池电压和电池电流，同时，模拟数字转化器用于将模拟信号转变为数字信号；及检测模块，通过判断电压端模拟数字转化器的读数来确定是恒流充电还是恒压充电。

优选地，电压端的模拟数字转换器最高位表征电池电压与基准电压的大小关系:当读数为小于0表示电池电压小于基准电压，进行恒流充电；读数为0表示电池电压等于基准电压，开始转为恒压充电；读数为大于0表示电池电压大于基准电压，进行恒压充电。

优选地，在检测模块中，恒流充电模式仅由恒流控制环路参与充电控制，进入恒压充电模式后，则所述恒流控制环路自动退出充电控制，转换为恒压充电模式。

优选地，在检测模块中，恒压充电模式的条件为电压端的模拟数字转换器读数为0或者在一段时间范围内大部分时间为0。

优选地，进一步包括补偿模块，该补偿模块利用PID算法实现环路补偿。

优选地，进一步包括调制模块，该调制模块根据采集到的不同阶段信号参数弹性的调变充电电流和/或电压，使之变成充电电池充电所希望的恒定电流值或恒定电压值。

本发明还提供一种新型的充电控制方法，包括采样电压、采样电流和模拟数字转换器，并设定好基准电压和基准电流，其特征在于：采样点压与基准电压通过模拟数字转换器将模拟信号转变成数字信号比较其大小关系，从而确定是恒流充电还是恒压充电，并且在采样电压与基准电压相等时实现从恒流充电切换到恒压充电。

优选地，如果采样电压小于基准电压，进行恒流充电；一旦采样电压等于基准电压，恒流充电退出并切换成恒压充电。

与现有技术相比，本发明一种新型的充电控制系统和方法，首先通过判断模拟数字转换器的读数确定恒流充电模式转换成恒压充电模式的切换形式，精确度高，从而实现了对充电电池进行充电时恒流充电模式可平滑切换到恒压充电模式，提高了充电电流和电池电压的稳定性。其次，本发明根据控制电路来选择不同的充电环路对电池充电，以达到既安全充电又保证充电最佳化的目的。最后，本发明在不增加系统设计的复杂度以及不损耗系统的性能的情况下，使用恒流恒压自动转换电路控制系统能获得更高的可靠性，提高了充电电流和电池电压的稳定性。

附图说明

图1是本发明第一实施例充电控制系统的模块示意图。

图2是本发明第二实施例充电控制系统的电路模块示意图。

图3是本发明第三实施例充电控制方法的步骤过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明第一实施例，提出了一种新型的充电控制系统10，该系统包括：

输入模块101，用于给充电电池提供输入电压和/或输入电流；

采样模块102，用于采样电池电压和电池电流；同时，

在模拟数字转换器（ADC）组成中，模拟数字转化器用于将模拟信号转变为数字信号，以及电压端的模拟数字转换器的读数表征电池电压与基准电压的大小关系，当读数为0时表示电池电压与基准电压相等；

判断模块103，用于确定是恒流充电还是恒压充电，根据电压端模拟数字转化器的读数控制恒流充电到恒压充电的切换，同时控制电流回路和电压回路的切换，从而可以平稳的从恒流充电切换到恒压充电；

补偿模块104，利用PID算法实现反馈控制电路，接着借助PID电路来实现对环路的补偿；

调制模块105，用于脉冲宽度调制来弹性的调变开关模块；

驱动模块106，用于驱动整体的电路；

开关电路模块107，用于根据脉冲宽度调节其中开关管的导通，从而弹性调度输入电压和/或输入电流；及

充电电池108，用于接收电量。

在输入模块101中，通常是利用市电或其他供电电源给充电电池提供输入电压和/或输入电流。

在采样模块102中，首先设定基准电流和基准电压，在模块中还包括一采样电压与一采样电流，采样电压是对所述电池电压进行采样获得的电压，即所述采样电压跟随所述电池电压变化。基准电压是根据充电电池的标准输入电压进行设置，例如：手机充电电池的恒定电压通常设置为4.2V。比较器用于比较电池电压和基准电压。模拟数字转化器用于把模拟信号转换成数字信号。当采样电压所述的基准电压时，表示电池电压小于所述恒定电压，模拟数字的转化器的读数小于0；当采样电压等于所述的基准电压时，表示表示电池电压等于所述恒定电压，模拟数字的转化器的读数等于0；当采样电压大于于所述的基准电压时，表示表示电池电压等大于所述恒定电压，模拟数字的转化器的读数大于0。

判断模块103中，在系统工作时，电压端的模拟数字转换器和电流端的模拟数字转换器同时工作。通过判断电压端模拟数字转化器的读数来确定是把电流端的模拟数字转换器还是电压端的模拟数字转换器接入环路。当电压端的模拟数字转换器读数小于0时，表明电池电压小于基准电压，此时判断模块把开关接到电流端的模拟数字转换器，这样就把电流端的模拟数字转换器接入环路，进入恒流充电模式；一旦检测到电压端的模拟数字转换器为0或者在一段时间范围内大部分时间为0，表明电池电压等于基准电压，此时判断模块把开关接到电压端的模拟数字转换器，这样就把电压端的模拟数字转换器接入环路，进入恒压充电模式。

在恒流充电模式时，判断模块103把开关接到电流端模拟数字转换器，把电流端模拟数字转换器接入环路，系统仅由恒流控制环路参与充电控制，一旦检测到电压端的模拟数字转换器为0或者在一段时间范围内大部分时间为0，表明采样电压与基准电压相同或者在一段时间范围内电池电压的平均值与基准电压相同，控制模块把开关接到电压端模拟数字转换器，把电压端模拟数字转换器接入环路，所述恒流控制环路自动退出充电控制。这种充电控制系统实现了恒流充电模式与恒压充电模式之间的自动平滑切换，提高了充电电流和电池电压的稳定性。在恒流充电时，充电电流恒定，电池电量继续增加，电池电压上升；在恒压充电时，充电电压恒定，电池电量继续增加，充电电流下降。

在补偿模块104中，利用PID算法实现反馈控制电路，接着借助PID电路来实现环路补偿。

在调制模块105中，可根据采集到的不同阶段信号参数弹性的调变开关模块，使之变成充电电池充电所希望的恒定电流值或恒定电压值。

在驱动模块106中，用于驱动整体的电路。

在开关电路模块107中，根据脉冲宽度调节其中开关管的导通，从而弹性调度输入电压和/或输入电流。

在接收模块108中，用于充电电池接收电量，使得电池电量逐渐增加。

请参阅图2，为本发明第二实施例，一种新型的充电控制系统的电路模块示意图。其中，采样电路、控制电路、补偿电路、调制电路、驱动电路、开关电路和充电电池形成一个环路。采样电路随时检测充电电池的电流及电压，即采样电流和采样电压。此外，也设定好基准电流和基准电压，利用控制电路做了环路选择。系统工作时，电压端的模拟数字转换器和电流端的模拟数字转换器同时工作。通过判断电压端模拟数字转化器的读数来确定是把电流端的模拟数字转换器还是电压端的模拟数字转换器接入环路。当电压端的模拟数字转换器读数小于0时，表明电池电压小于基准电压，此时判断模块把开关接到电流端的模拟数字转换器，这样就把电流端的模拟数字转换器接入环路，进入恒流充电模式；一旦检测到电压端的模拟数字转换器为0或者在一段时间范围内大部分时间为0，表明电池电压等于基准电压，此时判断模块把开关接到电压端的模拟数字转换器，这样就把电压端的模拟数字转换器接入环路，进入恒压充电模式。接着借助补偿电路来实现环路的补偿。然后根据采集到的不同阶段信号参数弹性的调变开关模块，使之变成充电电池充电所希望的恒定电流值或恒定电压值。接着再经过驱动电路和开关电路，最终到达充电电池从而实现对充电电池的充电，使其电量的逐渐增加。

请参阅图3，为本发明第三实施例，提出了一种新型的充电控制方法，该方法包括：

步骤S1，提供输入；

步骤S2，采样电压与基准电压相减并将模拟信号转换为数字信号；

步骤S3，确定是恒流充电还是恒压充电；

步骤S4，环路补偿；

步骤S5，脉冲宽度调制；

步骤S6，驱动其电路的启动运行；

步骤S7，用于根据脉冲宽度调节其中开关管的导通，从而弹性调度输入电压和/或输入电流；及

步骤S8，充电电池接收电量。

其中，步骤S2进一步包括：

步骤S21，在采样电路中，检测采样电压是否大于或等于基准电压；及

步骤S22，当采样电压小于基准电压时，采用恒流充电，一旦采样电压大于或等于基准电压，则退出恒流充电，切换到恒压充电。

首先，给充电电池充电时，可以是输入电压和/或输入电流，根据电压端模拟数字转化器的读数，确定是以恒定电流模式还是恒定电压模式，其具体步骤是设定基准电流和基准电压，而采样电压是对所述电池电压进行采样获得的电压，即所述采样电压跟随所述电池电压变化。基准电压是根据充电电池的电池容量进行设置，例如：手机充电电池的恒定电压通常设置为4.2V。当采样电压小于所述的基准电压时，表示电池电压小于所述恒定电压；当采样电压等于所述的基准电压时，表示电池电压与所述恒定电压相等；当采样电压大于所述的基准电压时，表示电池电压大于所述恒定电压。在系统工作时，电压端的模拟数字转换器和电流端的模拟数字转换器同时工作。通过判断电压端模拟数字转化器的读数来确定是把电流端的模拟数字转换器还是电压端的模拟数字转换器接入环路。当电压端的模拟数字转换器读数小于0时，表明电池电压小于基准电压，此时判断模块把开关接到电流端的模拟数字转换器，这样就把电流端的模拟数字转换器接入环路，进入恒流充电模式；一旦检测到电压端的模拟数字转换器为0或者在一段时间范围内大部分时间为0，表明电池电压等于基准电压，此时判断模块把开关接到电压端的模拟数字转换器，这样就把电压端的模拟数字转换器接入环路，进入恒压充电模式，所述恒流控制环路自动退出充电控制，同时充电控制系统实现了恒流充电模式与恒压充电模式之间的自动平滑切换，转换成恒压充电，提高了充电电流和电池电压的稳定性。在恒流充电时，充电电流恒定，电池电量继续增加，电池电压上升；在恒压充电时，充电电压恒定，电池电量继续增加，充电电流下降。当然，如果充电电池一开始就满足恒压充电模式的条件，即电压端的模拟数字转换器的读书大于或等于0，那么就不需要进行恒流充电并且跳转到恒压充电模式这样的过程了，而是直接就进行恒压充电。在进行充电的同时需要将模拟信号转变成数字信号，接着借助反馈控制电路来实现提高增益的稳定性并且减少充电信号的失真。然后根据采集到的不同阶段信号参数弹性的调变充电电流、电压，使之变成充电电池充电所希望的恒定电流值或恒定电压值。接着再经过驱动电路和开关电路，最终到达充电电池从而实现对充电电池的充电，使其电量的逐渐增加。

与现有技术相比，本发明一种新型的充电控制系统和方法，首先通过判断模拟数字转换器的读数确定恒流充电模式转换成恒压充电模式的切换形式，精确度高，从而实现了对充电电池进行充电时恒流充电模式可平滑切换到恒压充电模式，提高了充电电流和电池电压的稳定性。其次，本发明根据控制电路来选择不同的充电环路对电池充电，以达到既安全充电又保证充电最佳化的目的。最后，本发明在不增加系统设计的复杂度以及不损耗系统的性能的情况下，使用恒流恒压自动转换电路控制系统能获得更高的可靠性，提高了充电电流和电池电压的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。