一种锂电池组快速充电器的制作方法

本实用新型涉及一种锂电池充电器，具体涉及一种锂电池组快速充电器，其能够将电网输入电压转换为供锂电池组充电的直流输出电压并具有快速充电、限流保护、电流短路与反充保护、充电指示等功能。

背景技术：

在电子信息时代，对移动电源的需求快速增长。由于锂离子电池（简称锂电池）具有高电压、高容量、循环寿命长、安全性能好等优点，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。

目前，由于常规充电技术不能适应各类新型电池的要求，因此严重影响电池的使用寿命。所以要想充分利用电池容量或延长电池寿命，必须极其严格地控制充电参数。再者延长电池寿命的关键是合理选择充电参数，如电流、电压和温度。在充电过程中，施加电压的精度对提高电池的效率和延长电池的寿命具有非常重要的作用。超过充电终止电压将导致过充电，这在短期内会增加电池的供电量，但长期来说则会导致电池失效并产生安全问题。实践证明，充电终止电压每提高1%，电池的初始容量就会增大约5%。这种显而易见的短期增益效应会对电池的充电/放电次数产生严重的后果。过充电会导致了充电次数的减少。另一方面，欠充电尽管不会产生安全问题，但会显著减小电池的容量。所以必须要找到一种新型的锂电池组快速充电的方法以解决上述问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种锂电池组快速充电器，它能够使电池的容量、寿命和安全性这三项关键指标达到最优化。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

一种锂电池组快速充电器，包括：开关电源装置，该开关电源装置包括与电网输入电压相连的输入端、输出电压的输出端和反馈接收端；散热与指示装置；比较器装置，该比较器装置分别连接开关电源装置的输出端和散热与指示装置；以及反馈回路装置，该反馈回路装置分别连接开关电源装置的输出端和开关电源装置的反馈接收端，其中，开关电源装置通过比较器装置来检测和控制输出电流，并由比较器装置来控制散热与指示装置为充电器散热和指示充电状态；反馈回路装置将输出电压的信号反馈至开关电源装置，以使得开关电源装置通过反馈回路的调整与反馈，控制输出电压的大小。

优选地，该开关电源装置包括：依次连接的保险单元、整流单元、驱动控制单元和高频变压单元，其中，在充电器输出过电流或输出短路时，驱动控制单元控制开关电源装置停止工作，在充电器输出过电流或输出短路解除时，驱动控制单元控制开关电源装置恢复工作。

优选地，该驱动控制单元包括：电源芯片，该电源芯片根据来自反馈回路装置的反馈信号，控制输出电压的大小。

优选地，该比较器装置包括：比较器，该比较器通过比较输出电压与基准电压来判断充电器输出电流大小，并根据充电器输出电流大小输出控制信号控制散热与指示装置。

优选地，该散热与指示装置包括：散热器和指示灯，该散热器根据接收来自比较器装置的控制信号对充电器进行散热，该指示灯根据接收来自比较器装置的控制信号指示充电状态。

优选地，该散热器包括散热风扇，当电池正在充电时，散热风扇启动，当电池充满电时，散热风扇关闭。

优选地，该指示灯包括LED，当电池正在充电时，LED显示为红色，当电池充满电时，LED显示为绿色。

优选地，该反馈回路装置包括：可调电阻、可控精密稳压源和光电耦合器，开关电源装置输出电压通过反馈回路装置中的可调电阻进行调整，以使得在输出电压高于预设定值时，流过可控精密稳压源的电流增大，经过光电耦合器隔离后将反馈信号反馈至开关电源装置。

优选地，开关电源装置的驱动控制单元的电源芯片根据接收到来自反馈回路装置的反馈信号，控制输出电压的大小。

本实用新型的有益效果为：通过围绕电源芯片设计的开关电源装置，实现锂电池的快速自动充电，并实现了充电器限流保护、电流短路保护等功能；通过可控精密稳压源组成的反馈回路装置，使得输出电压精确稳定，通过比较器装置检测和控制输出电流，智能控制散热与指示装置以实现充电器自动散热和LED充电状态显示；本实用新型具有结构简单、带负载性能好、低噪声、低成本等特点，拥有良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1所示为根据本实用新型锂电池组快速充电器的电路框图；

图2所示为根据本实用新型锂电池组快速充电器的电路原理图；

图3所示为图2中的对应开关电源装置的虚线框A1部分的局部放大电路原理图；

图4所示为图2中的对应比较器装置的虚线框A2部分的局部放大电路原理图；

图5所示为图2中的对应散热与指示装置的虚线框A3部分的局部放大电路原理图；

图6所示为图2中的对应反馈回路装置的虚线框A4部分的局部放大电路原理图。

具体实施方式

下面将参照附图，详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分，其中，电路原理图中相同的标记12V、GND、GND1、PGND、CS、FB代表相同的电气连接点，其中12V、CS为电路输出端连接点，GND、GND1、PGND为接地连接点，FB为反馈连接点。

如图1所示为根据本实用新型锂电池组快速充电器的电路框图，在本实施例中，一种锂电池组快速充电器，包括：开关电源装置，所述开关电源装置包括与电网输入电压相连的输入端、输出电压的输出端和反馈接收端；散热与指示装置；比较器装置，所述比较器装置分别连接所述开关电源装置的输出端和所述散热与指示装置；以及反馈回路装置，所述反馈回路装置分别连接开关电源装置的输出端和开关电源装置的反馈接收端，其中，开关电源装置通过比较器装置来检测和控制输出电流，并由比较器装置来控制散热与指示装置为充电器散热和指示充电状态；反馈回路装置将输出电压的信号反馈至开关电源装置，以使得开关电源装置通过反馈回路的调整与反馈，控制输出电压的大小。

如图2所示为根据本实用新型锂电池组快速充电器的电路原理图，其中，虚线框A1部分为开关电源装置，虚线框A2部分为比较器装置，虚线框A3部分为散热与指示装置，虚线框A4部分为反馈回路装置。图3-6依次为图2中的开关电源装置、比较器装置、散热与指示装置和反馈回路装置的对应虚线框A1-A4的局部放大电路原理图，下面将依次进行详细描述。

如图3所示，开关电源装置主要包括：依次连接的保险单元、整流单元、驱动控制单元和高频变压单元。在本实施例中，保险单元包括并联的保险丝F1、F1A，其与电路的输入端相连，在另一个实施例中，熟悉本领域的技术人员可采用等效的保险电阻或其他熔断器替代。在本实施例中，整流单元采用整流桥DB1实现，在另一个实施例中，熟悉本领域的技术人员可采用由4个二极管组成的整流电路替代。电网输入电压流经保险丝F1、F1A，经整流桥DB1整流后，形成高压直流电压。高频变压单元主要包括高频变压器B1，经整流桥DB1形成的高压直流电压通过高频变压器B1,转换为供锂电池充电的12.6V直流电压，输出电流可达到10A。驱动控制单元包括电源芯片U1，在本实施例中，优选地，电源芯片U1采用芯片SF1560，SF1560是一款高集成度、高性能、PWM控制芯片，具备低待机功耗和低成本等优点，驱动控制单元由电源芯片U1及其外围电路搭建实现，电源芯片U1根据引脚2接收到的来自反馈回路装置的反馈信号调整PWM开关频率，从而可以控制输出电压稳定在预设定值。在另一个实施例中，熟悉本领域的技术人员可采用等效的其他电源芯片及外围电路实现本部分功能。在本实施例中，电源芯片U1通过6脚检测开关回路的电流，在充电器输出过电流或输出短路时，控制开关电源装置停止工作，在充电器输出过电流或输出短路解除时，控制开关电源装置恢复工作。通过围绕电源芯片设计的开关电源装置，实现了锂电池的快速自动充电，并实现了充电器限流保护、电流短路保护等功能。

如图4所示，比较器装置主要包括比较器U5，优选地，在本实施例中，比较器U5采用芯片LM358，其通过比较输出端的电阻R21的电压与基准电压的差异来判断充电器输出电流大小，并根据充电器输出电流大小输出控制信号控制散热与指示装置。在另一个实施例中，熟悉本领域的技术人员可采用其它的比较器芯片搭建电路实现本部分功能。

如图5所示，散热与指示装置包括：散热器和指示灯，散热器根据接收来自比较器装置的控制信号对充电器进行散热，指示灯根据接收来自比较器装置的控制信号指示充电状态。在本实施例中，散热器包括散热风扇，当电池正在充电时，散热风扇启动，当电池充满电时，散热风扇关闭。指示灯包括LED，当电池正在充电时，LED显示为红色，当电池充满电时，LED显示为绿色。

通过比较器装置检测和控制输出电流，智能控制散热与指示装置以实现充电器自动散热和LED充电状态显示。

如图6所示，反馈回路装置主要包括：可调电阻VR1、可控精密稳压源U4和光电耦合器U2，其中，可控精密稳压源U4采用芯片TL431，在另一个实施例中，熟悉本领域的技术人员可采用其它的可控精密稳压源芯片替代。在本实施例中，开关电源装置输出电压通过反馈回路装置中的可调电阻VR1进行精确的调整，当输出电压高于预设定值时，流过可控精密稳压源U4的2脚和3脚的电流增大，经过光电耦合器U2隔离后将反馈信号反馈至电源芯片U1的2脚，电源芯片U1根据反馈引脚2脚的信息调整开关频率，从而可控制输出电压稳定在预设定值。开关电源装置通过可控精密稳压源组成的反馈回路装置，使得充电器输出电压精确稳定。

如图2所示，在本实施例中，一种锂电池组快速充电器，包括开关电源装置、比较器装置、散热与指示装置和反馈回路装置。在开关电源装置中，市电流经保险丝F1、F1A，经整流桥DB1整流后，形成高压直流电，然后通过高频变压器B1,转换为低压12.6V直流电压。电源芯片U1通过6脚检测开关回路的电流，当输出过电流或者短路时，控制开关电源装置停止工作，当过电流或者短路解除时，控制开关电源装置恢复工作。开关电源装置输出电压通过反馈回路装置中的可调电阻VR1进行精确的调整，当输出电压高于预设定值时，流过可控精密稳压源U4的2脚和3脚的电流增大，经过光耦隔离后将反馈信号反馈至电源芯片U1的2脚，电源芯片U1根据反馈引脚2脚的信息调整开关频率，从而可以控制输出电压稳定在预设定值。开关电源装置输出端通过比较器装置来检测和控制输出电流，比较器U5通过比较输出端的电阻R21的电压与基准电压的差异来判断充电器输出电流大小。当电池充电时输出电流大，电阻R21上的电压高于基准电压值，比较器U5的7脚输出高电平，驱动散热风扇启动给充电器散热，同时驱动LED显示为红色，表示正在充电；当电池充满时，流过电阻R21的电流很小，电阻R21上的电压低，比较器U5的7脚输出低电平，使得散热风扇关闭，同时驱动LED显示为绿色，指示电池已经充满电。

尽管本实用新型的描述已经相当详尽且特别对本实施例及几个替代实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本实用新型的预定范围。此外，上文以实用新型人可预见的实施例对本实用新型进行描述，其目的是为了提供有用的描述，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。