一种新型3-5串锂电池充电器保护板的制作方法

[0001]
本发明涉及锂电池充电器保护板技术领域，尤其涉及一种新型3-5串锂电池充电器保护板。


背景技术：

[0002]
锂电池的应用范围非常广泛,尤其是电动工具应用。随着这些年无刷电机的大批量替代有刷电机，和传统的有刷电机相比，相同点：实际上两种电机的控制都是调压；不同点：只是由于无刷直流采用了电子换向，所以要有数字控制才可以实现了，而有刷直流是通过碳刷换向的，利用可控硅等传统模拟电路都可以控制，比较简单。
[0003]
既然无刷电机采用电子转向，那么无刷电机必须要有单独的控制回路，无刷马达调速过程是马达的供电电源的电压不变，改变电调的控制信号，通过微处理器再改变大功率mos管的开关速率，来实现转速的改变。这一过程被称之为变频调速。
[0004]
目前的无刷电动工具采用的充放电方式，还是充电器+锂电池保护板+无刷控制器，基于这一现状我们提出了一种新型3-5串锂电池充电器保护板。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种新型3-5串锂电池充电器保护板。
[0006]
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0007]
一种新型3-5串锂电池充电器保护板，包括ac-dc模块、与ac-dc模块电性连接的充电控制模块以及与充电控制模块电性连接的电池组，所述ac-dc模块包括电源芯片ic1，电源芯片ic1的引脚2电性连接有光电耦合器ph1的输出端和电容c2a的一端，且光电耦合器ph1的输入端、电容c2a的另一端和电源芯片ic1的引脚1均接地，光电耦合器ph1的输入端还电性连接有电容c
cs
的一端、电阻r4的一端、电阻r4a的一端、电阻r4b的一端、电容c2的一端、电容ec3的负极和电子部件tr1的负极，电子部件tr1的正极电性连接有二极管d3的正极，二极管d3的负极电性连接有电阻r8的一端，电阻r8的另一端电性连接有电容ec3的另一端、电源芯片ic1的引脚5和电阻r7的一端，电阻r7的另一端电性连接有电阻r7a的一端，电阻r7a的另一端电性连接有二极管d1的正极、场效应管q1的集电极、电容cds1的一端和变压器tr1输入线圈的一端，所述场效应管q1的基极电性连接有电阻r6的一端和二极管d2的正极，二极管d2的负极电性连接有电阻r6的另一端和电源芯片ic1的引脚6，所述电源芯片ic1的引脚4电性连接有电阻r
cs
的一端和电容c
cs
的另一端，电阻r
cs
的另一端还电性连接有电容cds1的另一端、电阻r4的另一端、电阻r4a的另一端和电阻r4b的另一端，变压器tr1输入线圈的另一端电性连接有电阻r2b的一端、电阻r2a的一端、电容c1的一剬、电容ec1a的正极、电阻r0的一端和电感l1的一端，电阻r2b的另一端电性连接有电阻r2a的另一端、电阻r2的一端和电容c1的另一端，所述电阻r2的另一端和二极管d1的负极，所述电阻r0的另一端电性连接有电感l1的另一端、电容ec1的正极和整流元件br1的第一引脚，所述电容ec1的负极接
地，所述整流元件br1的第二引脚与电容ec1a的负极电性连接，整流元件br1的第三引脚电性连接有保险丝f1的一端和电阻mov的一端，电阻丝f1的另一端电性连接有市电输入端l，电阻mov的另一端电性连接有整流元件br1的第四引脚和电阻rf1的一端，电阻rf1的另一端电性连接有市电输入端n，所述变压器tr1输出线圈的一端电性连接有电阻r24的一端、二极管d9的正极和二极管d10的正极，电阻r24的另一端电性连接有电容c4的一端，电容c4的另一端电性连接有二极管d9的负极、二极管d10的负极和电容ec4的正极，且电容ec4的负极接地；
[0008]
充电控制模块包括单片机供电芯片ic2，单片机供电芯片ic2的输入端电性连接有电阻r29的一端和电容c7的一端，所述电容c7的另一端和单片机供电芯片ic2的接地端接地，所述电阻r29的另一端电性连接有电容ec4的正极、电阻r24a的一端、电阻r17的一端、电阻r18的一端、高电平vcc-13和场效应管q6的集电极，电阻r24a的另一端电性连接有电容ec4的负极和电阻r26a的一端，电阻r26a的另一端电性连接有负极输出端b-，场效应管q6的发射极电性连接有电阻r25a的一端和正极输出端b+，场效应管q6的基极电性连接有电阻r25a的另一端和电阻r25的一端，电阻r25的另一端电性连接有三极管q5的发射极，且三极管q5的集电极接地，三极管q5的基极电性连接有电阻r26的一端，电阻r26的另一端电性连接有电阻rjo3的一端，电阻rjo3的另一端电性连接有单片机ic3的引脚5，单片机ic3的引脚1电性连接有电容c15的一端，并接地，电容c15的另一端电性连接有5v电源和单片机ic3的引脚16，单片机ic3的引脚3电性连接有电容c11的一端、电阻r36的一端和电阻r35的一端，电阻r35的另一端电性连接有21v电源，电阻r36的另一端电性连接有电容c11的另一端，并接地，所述单片机ic3的引脚4电性连接有电阻r23的一端和电容c5a的一端，电容c5a的另一端电性连接有电容c5的一端、电阻r20的一端、电阻r19的一端和二极管ic4的正极，并接地，二极管ic4的负极电性连接有电容c4的一端、可控硅芯片ph2的负极和电阻r16的一端，电阻r16的另一端电性连接有可控硅芯片ph2的正极和电阻r17的另一端。电容c4的另一端电性连接有电阻r21的一端，电阻r21的另一端电性连接有电阻r18的另一端、电阻r22的一端、电阻r20的另一端、电阻r19的另一端和可控硅芯片ph2的控制端，电阻r22的另一端电性连接有电容c5的另一端和电阻r23的另一端，单片机ic3的引脚6电性连接有电阻r29的一端，电阻r29的另一端电性连接有场效应管qu1的基极、场效应管qu2的基极、场效应管qu3的基极、场效应管qu4的基极和场效应管qu5的基极，场效应管qu1的发射极电性连接有电阻ru1a的一端、电容cu1a的一端和单片机ic3的引脚10，电阻ru1a的另一端电性连接有电容cu1a的另一端，并接地，场效应管qu1的集电极电性连接有电阻电阻ru1的一端，电阻ru1的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第一节电池的引出点b1，场效应管qu2的发射极电性连接有电阻ru2a的一端、电容cu2a的一端和单片机ic3的引脚8，电阻ru2a的另一端电性连接有电容cu2a的另一端，并接地，场效应管qu2的集电极电性连接有电阻电阻ru2的一端，电阻ru2的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第二节电池的引出点b2，场效应管qu3的发射极电性连接有电阻ru3a的一端、电容cu3a的一端和单片机ic3的引脚9，电阻ru3a的另一端电性连接有电容cu3a的另一端，并接地，场效应管qu3的集电极电性连接有电阻电阻ru3的一端，电阻ru3的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第三节电池的引出点b3，场效应管qu4的发射极电性连接有电阻ru4a的一端、电容cu4a的一端和单片机ic3的引脚12，电阻ru4a的另一端电性连接有电容cu4a的另一端，并接地，场效应管qu4的集电极电性连接有电
阻电阻ru4的一端，电阻ru4的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第四节电池的引出点b4，场效应管qu5的发射极电性连接有电阻ru5a的一端、电容cu5a的一端和单片机ic3的引脚13，电阻ru5a的另一端电性连接有电容cu5a的另一端，并接地，场效应管qu5的集电极电性连接有电阻电阻ru5的一端，电阻ru5的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第五节电池的引出点b5，单片机ic3的引脚7电性连接有电容c10的一端和电阻r30的一端，电容c10的另一端接地，电阻r30的另一端电性连接有5v电源和内置于电池组中的电气元件ntc的一端，电气元件ntc的另一端与正极输出端b+电性连接，单片机ic3的引脚11电性连接有负极输出端b-和电容c15的一端，电容c15的另一端接地，负极输出端b-与电池组的负极电性连接，蓄电池租的正极电性连接有智能开关k1的一端电性连接，且智能开关k1的另一端与正极输出端b+电性连接，单片机ic3的引脚14电性连接有电阻r32的一端，电阻r32的另一端电性连接有发光二极管led/g的正极，单片机ic3的引脚15电性连接有电阻r31的一端，电阻r31的另一端电性连接有发光二极管led/r的正极，发光二极管led/r的负极和发光二极管led/g的负极均接地，所述单片机供电芯片ic2的输出端电性连接有电容ec5的正极、电容c6的一端和5v输出电源，且电容c6的另一端和电容ec5的负极均接地。
[0009]
优选的，所述单片机ic3采用8位的东软单片机hc7003sd。
[0010]
优选的，所述电阻rf1和电阻mov均为ntc负温度系数电阻，且电阻mov为压敏式电阻。
[0011]
优选的，所述电阻r29和电容c7构成单片机供电芯片ic2的输入滤波回路，电容ec5和电容c6组成构成单片机供电芯片ic2的5v输出电源的输出滤波回路。
[0012]
优选的，所述电容ec1、电感l1和电容ec1a组成π型滤波。
[0013]
优选的，所述智能开关k1采用的是两个pmos方向相反串联起来。
[0014]
本发明的优势是实现3-5串的锂电池充电器，待机充电器无输出电压避免误充电，能够实现预充、正常充电、单节过冲、温度侦测、涓流充电等功能，且本充电方案适用于1c-2c的快充充电，也适用0.1-0.5c的慢充充电。
附图说明
[0015]
图1为本发明提出的一种新型3-5串锂电池充电器保护板的系统框图；
[0016]
图2为图1中ac-dc模块的内部电路图；
[0017]
图3为图1中充电控制模块的内部电路图；
[0018]
图4为图3中芯片ic6的电路连接图；
[0019]
图5为图3中芯片ic3的电路连接图。
具体实施方式
[0020]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0021]
参照图1-5，一种新型3-5串锂电池充电器保护板，包括ac-dc模块、与ac-dc模块电性连接的充电控制模块以及与充电控制模块电性连接的电池组，ac-dc模块包括电源芯片ic1，电源芯片ic1的引脚2电性连接有光电耦合器ph1的输出端和电容c2a的一端，且光电耦合器ph1的输入端、电容c2a的另一端和电源芯片ic1的引脚1均接地，光电耦合器ph1的输入
端还电性连接有电容ccs的一端、电阻r4的一端、电阻r4a的一端、电阻r4b的一端、电容c2的一端、电容ec3的负极和电子部件tr1的负极，电子部件tr1的正极电性连接有二极管d3的正极，二极管d3的负极电性连接有电阻r8的一端，电阻r8的另一端电性连接有电容ec3的另一端、电源芯片ic1的引脚5和电阻r7的一端，电阻r7的另一端电性连接有电阻r7a的一端，电阻r7a的另一端电性连接有二极管d1的正极、场效应管q1的集电极、电容cds1的一端和变压器tr1输入线圈的一端，场效应管q1的基极电性连接有电阻r6的一端和二极管d2的正极，二极管d2的负极电性连接有电阻r6的另一端和电源芯片ic1的引脚6，电源芯片ic1的引脚4电性连接有电阻rcs的一端和电容ccs的另一端，电阻rcs的另一端还电性连接有电容cds1的另一端、电阻r4的另一端、电阻r4a的另一端和电阻r4b的另一端，变压器tr1输入线圈的另一端电性连接有电阻r2b的一端、电阻r2a的一端、电容c1的一剬、电容ec1a的正极、电阻r0的一端和电感l1的一端，电阻r2b的另一端电性连接有电阻r2a的另一端、电阻r2的一端和电容c1的另一端，电阻r2的另一端和二极管d1的负极，电阻r0的另一端电性连接有电感l1的另一端、电容ec1的正极和整流元件br1的第一引脚，电容ec1的负极接地，整流元件br1的第二引脚与电容ec1a的负极电性连接，整流元件br1的第三引脚电性连接有保险丝f1的一端和电阻mov的一端，电阻丝f1的另一端电性连接有市电输入端l，电阻mov的另一端电性连接有整流元件br1的第四引脚和电阻rf1的一端，电阻rf1的另一端电性连接有市电输入端n，变压器tr1输出线圈的一端电性连接有电阻r24的一端、二极管d9的正极和二极管d10的正极，电阻r24的另一端电性连接有电容c4的一端，电容c4的另一端电性连接有二极管d9的负极、二极管d10的负极和电容ec4的正极，且电容ec4的负极接地；
[0022]
充电控制模块包括单片机供电芯片ic2，单片机供电芯片ic2的输入端电性连接有电阻r29的一端和电容c7的一端，电容c7的另一端和单片机供电芯片ic2的接地端接地，电阻r29的另一端电性连接有电容ec4的正极、电阻r24a的一端、电阻r17的一端、电阻r18的一端、高电平vcc-13和场效应管q6的集电极，电阻r24a的另一端电性连接有电容ec4的负极和电阻r26a的一端，电阻r26a的另一端电性连接有负极输出端b-，场效应管q6的发射极电性连接有电阻r25a的一端和正极输出端b+，场效应管q6的基极电性连接有电阻r25a的另一端和电阻r25的一端，电阻r25的另一端电性连接有三极管q5的发射极，且三极管q5的集电极接地，三极管q5的基极电性连接有电阻r26的一端，电阻r26的另一端电性连接有电阻rjo3的一端，电阻rjo3的另一端电性连接有单片机ic3的引脚5，单片机ic3的引脚1电性连接有电容c15的一端，并接地，电容c15的另一端电性连接有5v电源和单片机ic3的引脚16，单片机ic3的引脚3电性连接有电容c11的一端、电阻r36的一端和电阻r35的一端，电阻r35的另一端电性连接有21v电源，电阻r36的另一端电性连接有电容c11的另一端，并接地，单片机ic3的引脚4电性连接有电阻r23的一端和电容c5a的一端，电容c5a的另一端电性连接有电容c5的一端、电阻r20的一端、电阻r19的一端和二极管ic4的正极，并接地，二极管ic4的负极电性连接有电容c4的一端、可控硅芯片ph2的负极和电阻r16的一端，电阻r16的另一端电性连接有可控硅芯片ph2的正极和电阻r17的另一端。电容c4的另一端电性连接有电阻r21的一端，电阻r21的另一端电性连接有电阻r18的另一端、电阻r22的一端、电阻r20的另一端、电阻r19的另一端和可控硅芯片ph2的控制端，电阻r22的另一端电性连接有电容c5的另一端和电阻r23的另一端，单片机ic3的引脚6电性连接有电阻r29的一端，电阻r29的另一端电性连接有场效应管qu1的基极、场效应管qu2的基极、场效应管qu3的基极、场效应管qu4的
基极和场效应管qu5的基极，场效应管qu1的发射极电性连接有电阻ru1a的一端、电容cu1a的一端和单片机ic3的引脚10，电阻ru1a的另一端电性连接有电容cu1a的另一端，并接地，场效应管qu1的集电极电性连接有电阻电阻ru1的一端，电阻ru1的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第一节电池的引出点b1，场效应管qu2的发射极电性连接有电阻ru2a的一端、电容cu2a的一端和单片机ic3的引脚8，电阻ru2a的另一端电性连接有电容cu2a的另一端，并接地，场效应管qu2的集电极电性连接有电阻电阻ru2的一端，电阻ru2的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第二节电池的引出点b2，场效应管qu3的发射极电性连接有电阻ru3a的一端、电容cu3a的一端和单片机ic3的引脚9，电阻ru3a的另一端电性连接有电容cu3a的另一端，并接地，场效应管qu3的集电极电性连接有电阻电阻ru3的一端，电阻ru3的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第三节电池的引出点b3，场效应管qu4的发射极电性连接有电阻ru4a的一端、电容cu4a的一端和单片机ic3的引脚12，电阻ru4a的另一端电性连接有电容cu4a的另一端，并接地，场效应管qu4的集电极电性连接有电阻电阻ru4的一端，电阻ru4的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第四节电池的引出点b4，场效应管qu5的发射极电性连接有电阻ru5a的一端、电容cu5a的一端和单片机ic3的引脚13，电阻ru5a的另一端电性连接有电容cu5a的另一端，并接地，场效应管qu5的集电极电性连接有电阻电阻ru5的一端，电阻ru5的另一端电性连接有4.2v电源和电池组中第五节电池的引出点b5，单片机ic3的引脚7电性连接有电容c10的一端和电阻r30的一端，电容c10的另一端接地，电阻r30的另一端电性连接有5v电源和内置于电池组中的电气元件ntc的一端，电气元件ntc的另一端与正极输出端b+电性连接，单片机ic3的引脚11电性连接有负极输出端b-和电容c15的一端，电容c15的另一端接地，负极输出端b-与电池组的负极电性连接，蓄电池租的正极电性连接有智能开关k1的一端电性连接，且智能开关k1的另一端与正极输出端b+电性连接，单片机ic3的引脚14电性连接有电阻r32的一端，电阻r32的另一端电性连接有发光二极管led/g的正极，单片机ic3的引脚15电性连接有电阻r31的一端，电阻r31的另一端电性连接有发光二极管led/r的正极，发光二极管led/r的负极和发光二极管led/g的负极均接地，单片机供电芯片ic2的输出端电性连接有电容ec5的正极、电容c6的一端和5v输出电源，且电容c6的另一端和电容ec5的负极均接地，本发明的优势是实现3-5串的锂电池充电器，待机充电器无输出电压避免误充电，能够实现预充、正常充电、单节过冲、温度侦测、涓流充电等功能，且本充电方案适用于1c-2c的快充充电，也适用0.1-0.5c的慢充充电。
[0023]
本发明中，单片机ic3采用8位的东软单片机hc7003sd，电阻rf1和电阻mov均为ntc负温度系数电阻，且电阻mov为压敏式电阻，电阻r29和电容c7构成单片机供电芯片ic2的输入滤波回路，电容ec5和电容c6组成构成单片机供电芯片ic2的5v输出电源的输出滤波回路，电容ec1、电感l1和电容ec1a组成π型滤波，智能开关k1采用的是两个pmos方向相反串联起来，本发明的优势是实现3-5串的锂电池充电器，待机充电器无输出电压避免误充电，能够实现预充、正常充电、单节过冲、温度侦测、涓流充电等功能，且本充电方案适用于1c-2c的快充充电，也适用0.1-0.5c的慢充充电。
[0024]
本发明中，ac-dc模块通过市电输入端n和市电输入端l进行接入市电，将90-264v的交流电转变为7v-22v的直流电，单片机供电芯片ic2在电阻r29、电容c7、电容ec5和电容c6的配合下，将7v-22v的直流电转变为用单片机ic3进行供电的5v电源，其中电阻r29和电容c7构成单片机供电芯片ic2的输入滤波回路，其中电容ec5和电容c6组成构成单片机供电
芯片ic2的5v输出电源的输出滤波回路，由于单片机ic3采用8位的东软单片机hc7003sd，单片机ic3的引脚1为vss，单片机ic3的引脚16为vdd，单片机ic3的引脚3作为充电器电压设置点，单片机ic3的引脚4为恒压恒流环控制点，单片机ic3的引脚5为三极管q5的开关控制引脚，单片机ic3的引脚6为3-5节电池侦测开关，除非充电其余状态为低电平，避免电池漏电流，单片机ic3的引脚7为电池包温度侦测引脚，同时作为电池包插入充电器的判断引脚，单片机ic3的引脚8为第二节电池电压侦测，单片机ic3的引脚9为第三节电池电压侦测，单片机ic3的引脚10为第一节电池电压侦测，单片机ic3的引脚11为充电器充电电流侦测和设定预充，涓流，正常充电电流，单片机ic3的引脚12为第四节电池电压侦测，单片机ic3的引脚13为第五节电池电压侦测，单片机ic3的引脚14为led绿灯指示控制，假设充满绿灯常亮，待机绿灯闪烁1hz，单片机ic3的引脚15为led红灯指示控制，假设充电红灯常亮，过温低温红灯闪烁1hz，同时此套环路可以取消传统方案利用358来实现恒压恒流环路；场效应管q6、电阻r25a、电阻r25、三极管q5、电阻r26和电阻rj03共同构成充电器的开关回路，连接单片机ic3的引脚5，此回路只有当引脚5输出高电平，才能够打开场效应管q6，从而给电池充电；充电控制模块分别与电池组中第一节电池的引出点b1、第二节电池的引出点b2、第三节电池的引出点b3、第四节电池的引出点b4、第五节电池的引出点b5电性连接，且正极输出端b+和负极输出端b-分别连接电池组的正负极电性连接，其中电子元件ntc连接电阻mov，可以不改硬件实现3-5串锂电池充电；电阻r26a为充电器充电电流的取样电阻，电容c15和单片机ic3的引脚11构成整个充电回路的充电电流的侦测，当充电电流超过2c时，关闭输出，同时当充电电流小于0.1c以下关闭输出；电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r22、电阻r23、电容c5、电容c5a、电容ic4、光电耦合器ph1和单片机ic3的引脚4共同组合起来产生待机时的充电器电压设定为7v，7v能够保证即使将场效应管q6短路也能保证，充电器电压低于电池包电压从而保证不给电池组充电。
[0025]
本实用的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。
[0026]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。