一种电池充电装置的制作方法

1.本实用新型涉及充电器技术领域，特别是一种电池充电装置。


背景技术：

2.近年来，在国家的重点支持下，太阳能发电行业快速发展，许多领域可见太阳能发电的应用，其中锂电池领域尤为突出。锂电池因具有单体电压高、储能大、循环寿命长、无记忆等优点，在便携式设备中得到广泛的应用。便携式设备一般内置锂电池为自身供电，因设备自身有大小体积的要求，内置电池容量受到了限制，此外，随着手机等便携式设备功能的多样化发展，电池容量显得更加捉襟见肘。在此基础上，基于太阳能的户外锂电池充电装置显得尤为必要。
3.目前，基于太阳能发电的充电器仍存在一些问题。例如，在不同的光照强度下，太阳能板所输出的功率不同，直接导致了输入、输出功率不匹配，大大影响了太阳能的利用率，严重情况下影响充电器的充电功能。此外，大多数充电器本身不具备充电指示功能，导致用户无法获知所充锂电池的实时电量。
4.因此，如何设计一种能够根据光照强度不同，调节充电功率大小的电池充电装置，是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中，太阳能充电器不能根据光照强度不同调节充电功率的问题，本实用新型提出了一种电池充电装置。
6.本实用新型的技术方案为，提出了一种电池充电装置，包括：
7.太阳能电池板：其用于通过光伏作用产生直流输入电压vin；
8.flyback dc/dc电路：其用于对所述直流输入电压vin进行升压，得到恒定的输出电压vbus；
9.buck dc/dc充电电路：其用于对所述输出电压vbus进行降压变换，并输出充电电压给待充电池充电；
10.输出功率调节电路：其设于所述buck dc/dc充电电路中，并根据光照强度调节所述buck dc/dc充电电路的输出功率；
11.所述输出功率电路包括设于电池充电装置外部的光敏电阻、以及输入端与所述光敏电阻连接的放大器，所述输出功率电路根据光照强度改变所述光敏电阻的分压大小，进而改变输出给放大器的电压，从而调节输出功率的大小。
12.进一步，还包括：
13.保护电路：其设于所述buck dc/dc充电电路与待充电池之间，并在所述电池充电装置过流或过压时断开充电；
14.电量指示电路：其设于所述buck dc/dc充电电路与待充电池之间，并通过led灯点亮个数显示电池电量。
15.进一步，所述flyback dc/dc电路包括：
16.变压电路：包括变压器t2，所述变压器t2的输入侧分别连接所述太阳能电池板的输出正端和输出负端，并用于接收输入电压，所述变压器t2的输出侧连接所述buck dc/dc充电电路，用于输出恒定的输出电压vbus；
17.第一控制电路：其连接于所述变压器的输出侧和输入侧，与所述变压电路形成闭环控制，从而得到恒定的输出电压vbus。
18.进一步，还包括与所述flyback dc/dc电路连接的辅助电源电路，所述辅助电源电路用于给所述fly back dc/dc电路和所述buck dc/dc充电电路中的控制芯片提供电压；
19.所述辅助电源电路采用三端变压器t1，其包括与电源输入连接的输入端、以及用于输出电压的第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和第二输出端输出不同电压给所述控制芯片。
20.进一步，所述buck dc/dc充电电路包括充电电路、以及与所述充电电路连接的第二控制电路，所述第二控制电路与所述充电电路的输出端连接，并用于获取所述充电电路的输出电流和输出电压，根据所述输出电流和输出电压调节所述充电电路的输出。
21.进一步，所述输出功率调节电路包括：放大器u1a、比较器u1b、电阻r8、电阻r9、电阻r10、光敏电阻r11和电阻r12；
22.所述光敏电阻r11一端连接电源，另一端连接所述电阻r8后接地；
23.所述电阻r10一端连接电源，另一端连接所述电阻r9后接地；
24.所述放大器u1a的同向输入端连接在所述光敏电阻r11与所述电阻r8之间、反向输入端串联电阻r12后接入所述buck dc/dc充电电路的输出电流、输出端与所述第二控制电路连接；
25.所述比较器u1b的同向输入端连接在所述光敏电阻r11与所述电阻r8之间、反向输入端连接在所述电阻r9与电阻r10之间、输出端与所述充电电路连接。
26.进一步，还包括设于所述输出功率调节电路与所述充电电路之间的与门and，所述充电电路的输入正端设有用于控制充电电路关断的开关管q2；
27.所述与门and的第一输入端与所述比较器u1b的输出端连接、第二输入端与所述第二控制电路的输出端连接、输出端与所述开关管q2连接；
28.当光照强度过低时，所述比较器u1b输出低电平，并控制所述与门and输出低电平，所述开关管q2关断，断开所述充电电路。
29.进一步，所述保护电路包括：比较器u1c、比较器u1d、或门or1、继电器ry1、开关管q3、电阻r13、电阻r14、电阻r15；
30.所述电阻r13的一端连接电源、另一端依次串联电阻r14和电阻r15后接地；
31.所述比较器u1c的同向输入端接入所述buck dc/dc充电电路的输出电压、
32.反向输入端连接在所述电阻r13与电阻r14之间、输出端连接到所述或门or1的第一输入端；
33.所述比较器u1d的同向输入端接入所述buck dc/dc充电电路的输出电流、反向输入端连接在所述电阻r14与电阻r15之间、输出端连接到所述或门or1的第二输出端；
34.所述或门or1的输出端与所述开关管q3连接，用于控制所述开关管q3的关断；
35.所述继电器ry1的控制端与所述开关管q3串联后连接在电源与地之间，所述继电
器ry1的开关部分设于所述buck dc/dc充电电路与待充电池之间；
36.当所述电池充电装置出现过流和过压故障时，所述或门or1输出高电平，控制所述开关管q3导通，从而导通所述继电器ry1的控制端，进而断开所述buck dc/dc充电电路与待充电池的连接，停止充电。
37.进一步，所述电量指示电路包括：比较器u2a、比较器u2b、比较器u2c、比较器u2d、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、led1、led2、led3、led4；
38.所述电阻r22一端连接电源、另一端依次串联电阻r23、电阻r24、电阻r25后接地；
39.所述比较器u2a的同向输入端接入所述待充电池的采样电压、反向输入端连接在电源与电阻r22之间、输出端串联led4后接地；
40.所述比较器u2b的同向输入端接入所述待充电池的采样电压、反向输入端连接在所述电阻r22与电阻r23之间、输出端串联led3后接地；
41.所述比较器u2c的同向输入端接入所述待充电池的采样电压、反向输入端连接在所述电阻r23与电阻r24之间、输出端串联led2后接地；
42.所述比较器u2d的同向输入端接入所述待充电池的采样电压、反向输入端连接在所述电阻r24与电阻r25之间、输出端串联led1后接地；
43.所述待充电池上的电量越高，所述采样电压越高，led1、led2、led3、led4的发光数量越多。
44.进一步，所述电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25的阻值相同，
45.当所述led1被点亮时，所述待充电池上的电量为总电量的25%
‑
50%；
46.当所述led1、led2被点亮时，所述待充电池上的电量为总电量的50%
‑
75%；
47.当所述led1、led2、led3被点亮时，所述待充电池上的电量为总电量的75%
‑
100%；
48.当所述led1、led2、led3、led4被点亮时，所述待充电池上的电量为总电量的100%。
49.与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：
50.1、通过输出功率调节电路的设置，使电池充电装置具有自调节功能，能够根据太阳能强度的不同，自适用的调节充电冲率。
51.2、通过保护电路的设置，避免了电池充电装置过压和过流问题的发生，大大提高了电池充电装置的安全性。
52.3、通过电量指示电路的设置，使电池充电装置能够实时显示待充电池的电量，设计更加人性化。
附图说明
53.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
54.图1为本实用新型电池充电装置电路整体架构示意图；
55.图2为本实用新型flyback dc/dc电路的原理图；
56.图3为本实用新型辅助电源电路的原理图；
57.图4为本实用新型buck dc/dc充电电路的原理图；
58.图5为本实用新型输出功率调节电路的原理图；
59.图6为本实用新型保护电路的原理图；
60.图7为本实用新型电量指示电路的原理图。
具体实施方式
61.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
62.由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
63.下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理及结构进行详细说明。
64.随着太阳能发电行业的快速发展，太阳能电池充电装置的应用越来越广泛，目前基于太阳能发电的充电器还存在以下问题：在不同的光照强度下，太阳能板所输出的功率不同，直接导致了输入、输出功率不匹配，大大影响了太阳能的利用率，甚至影响充电器的充电功能。对此，本实用新型的思路在于，提出一种电池充电装置，设置有输出功率调节电路，通过输出功率调节电路中的光敏电阻以及放大器调节输出功率，使其能够适应不同的光照强度调节输出功率，提高了太阳能的利用率。
65.本实用新型提出的电池充电装置包括有：
66.太阳能电池板：其通过光伏作用将太阳能转换为电能，并生成直流输入电压vin作为电池充电装置的输入电压。
67.flyback dc/dc电路：其用于对太阳能电池板输出的直流输入电压vin进行升压，得到恒定的输出电压vbus；
68.buck dc/dc充电电路：其用于对恒定的输出电压vbus进行降压变换，并输出充电电压给待充电池充电；
69.输出功率调节电路：其设于buck dc/dc充电电路中，并根据光照强度调节buck dc/dc充电电路的输出功率。
70.其中，输出功率调节电路包括设于电池充电装置外部的光敏电阻、以及输入端与光敏电阻连接的放大器，光敏电阻在不同的光照强度下阻值能够发生改变，从而输出给放大器不同的输入电压，进而得到不同的输出功率，以此适应不同光照强度。
71.请参见图1，在buck dc/dc充电电路与待充电池（battery）之间还设有保护电路，保护电路用于在电池充电装置出现过压或过流问题时断开buck dc/dc充电电路与待充电池的连接，避免故障问题的发生，提高电池充电装置的安全性。
72.在buck dc/dc充电电路与待充电池之间设有电量指示电路，其输入为待充电池的采样电压，在电量指示电路中设置有多个比较器以及与比较器相连的led灯，通过采样电压与比较器的配合，能够根据待充电池的电量对应点亮不同数量的led灯，使电池充电装置能够实时显示待充电池的电量，设计更人性化。
73.请参见图1及图2，flyback dc/dc电路包括变压电路、以及与变压电路连接的第一控制电路，其中变压电路包括有变压器t2，其输入侧分别连接到太阳能电池板的输出正端和输出负端，分别用于接收太阳能电池板输出的直流输入电压vin+和直流输入电压vin
‑
，其输出侧连接到buck dc/dc充电电路，用于给buck dc/dc充电电路输出恒定的输出电压vbus。
74.请参见图2，在变压电路中还设置有保险丝fuse、电容c2、电阻r1、电阻r2以及开关管q1，其中保险丝fuse连接在变压器t2的输入正端上，用于起到保护作用，当输入电压过高时保险丝fuse能够熔断从而断开太阳能电池板对flyback dc/dc电路的输出，起到保护作用；
75.电容c2连接在变压器t2的输出正端与输出负端之间，并连接到地，用于对变压器t2输出的电压起到滤波作用；
76.电阻r1和电阻r2串联连接在变压器t2的输出正端和输出负端之间，用于第一控制电路获取采样电压。
77.具体的，第一控制电路一侧连接在电阻r1与电阻r2之间、另一侧通过开关管q1连接到变压器t2的输入负端，与变压电路形成闭环控制，得到恒定的输出电压vbus。
78.优选的，第一控制电路中的控制芯片可以采用自带过压、过流、过温保护的ld5535电源芯片，经过第一控制电路调节后得到恒定的输出电压vbus。
79.请参见图3，辅助电源电路采用三端变压器t1，其具有一个原边转换电路、以及两个副边转换电路，其中原边转换电路作为变压器t1的输入端，其与电源输入连接，第一个副边转换电路作为第一输出端，第二个副边转换电路作为第二输出端，分别用于输出12v和5v电压，给第一控制电路中的ld5535电源芯片以及第二控制电路中的mp26123芯片供电。
80.具体的，副边第一转换电路中设有二极管d2、电容c3，其中二极管d2串联在副边第一转换电路的输出正端上，电容c3连接在副边第一转换电路的输出正端与输出负端之间，用于消除副边第一转换电路中的共模干扰。
81.副边第二转换电路与副边第一转换电路共地，其输出正端设置有二极管d3、电阻r4以及电容c4，其中二极管d3直接串联在副边第二转换电路的输出正端上，电容c和电阻r3串联后并联在二极管d3的两端。在副边第二转换电路的输出正端上还连接有电容c5，其一端连接到副边第一转换电路的输出正端，另一端接地，用于消除副边第二转换电路中的共模干扰。
82.请参见图4，buck dc/dc充电电路包括有充电电路、以及与充电电路连接的第二控制电路，其中，第二控制电路连接到充电电路的输出端，用于获取充电电路的输出电流和输出电压，并根据输出电流和输出电压对充电电路的输出进行调节。
83.具体的，充电电路中设有电阻r4和电阻r5，其连接在充电电路的输出正端和输出负端之间，第二控制电路连接到电阻r4与电阻r5之间和电阻r5与输出负端之间，分别用于电压采样和电流采样。其采用基于mp26123芯片的方案，具有三段式充电模式，包含涓流、恒流和恒压充电，满足电池充电的需要。
84.在buck dc/dc充电电路中设有输出功率调节电路，其连接到第二控制电路，用于调节充电电路的输出。
85.请参见图5，输出功率调节电路包括：放大器u1a、比较器u1b、电阻r8、电阻r9、电阻
r10、光敏电阻r11和电阻r12；
86.其中，光敏电阻r11一端连接电源，另一端连接电阻r8后接地；
87.电阻r10一端连接电源，另一端连接电阻r9后接地；
88.放大器u1a的同向输入端连接在光敏电阻r11与电阻r8之间、反向输入端串联电阻r12后接入buck dc/dc充电电路的输出电流、输出端与第二控制电路连接；
89.比较器u1b的同向输入端连接在光敏电阻r11与电阻r8之间、反向输入端连接在电阻r9与电阻r10之间、输出端与充电电路连接。
90.由于光敏电阻r11和电阻r8一通串联在电源与地之间，当光照强度发生变化时，光敏电阻r11的阻值也会随之发生变化，其分压随着改变，从而改变输出给放大器u1a同向输入端和比较器u1b同向输入端的电压，进而调节输出功率。
91.具体的，光敏电阻r11的阻值随着光照强度的增大而减小，当光照强度增大时，放大器u1a和比较器u1b的同向输入端电压增大，输出电流和输出功率随之增大；当光照强度减小时，放大器u1a和比较器u1b的同向输入端电压减小，输出电流和输出功率随之减小。
92.进一步，请参见图4和图5，在输出功率调节电路与充电电路之间还设置有与门and，其第一输入端与比较器u1b的输出端连接、第二输入端与第二控制电路的输出端连接、输出端连接到开关管q2，用于控制开关管q2的关断，其中，开关管q2串联在充电电路的输入正端上，当开关管q2断开时，充电电路会断开充电动作。
93.由于与门的运算逻辑为（ab），其只有在两个输入端同时输入高电平时才会输出高电平，第二控制电路用于控制充电电路的输出，其恒定输出一个高电平信号，故与门and只受控于比较器u1b。由于电阻r9和电阻r10串联在电源和地之间，其能够给比较器u1b提供一个基准电压，该电压作为关断电压vl，用于关断充电电路。
94.当光照强度过低时，光敏电阻r11的阻值很大，电阻r8上分压较小，比较器u1b的同向输入端电压小于关断电压vl，其输出低电平给与门and，进而关断开关管q2，从而停止充电。
95.即输出功率调节电路的控制逻辑为，随着光照强度的增大，输出给待充电池的功率也越大，随着光照强度的减小，输出给待充电池的功率也越小，当光照强度低于一定值时，能够关断充电电路。
96.请参见图6，保护电路包括比较器u1c、比较器u1d、或门or1、继电器ry1、开关管q3、电阻r13、电阻r14、电阻r15；
97.电阻r13的一端连接电源、另一端依次串联电阻r14和电阻r15后接地；
98.比较器u1c的同向输入端接入buck dc/dc充电电路的输出电压、反向输入端连接在电阻r13与电阻r14之间、输出端连接到或门or1的第一输入端；
99.比较器u1d的同向输入端接入buck dc/dc充电电路的输出电流、反向输入端连接在电阻r14与电阻r15之间、输出端连接到或门or1的第二输出端；
100.或门or1的输出端与开关管q3连接，用于控制开关管q3的关断；
101.继电器ry1的控制端与开关管q3串联后连接在电源与地之间，继电器ry1的开关部分设于buck dc/dc充电电路与待充电池之间。
102.其中，比较器u1c的反向输入端通过电阻r13的分压提供基准电压，比较器u1d的反向输入端连接到电阻r14与电阻r15之间获取基准电流，或门的运算逻辑为（a+b），其只要两
个输入端中存在一个高电平即可输出高电平。
103.保护电路的工作原理为：
104.当电池充电装置发生过压时，其输出电压高于基准电压，比较器u1c输出高电平，或门or1输出高电平进而导通开关管q3，继电器ry1导通，从而断开buck dc/dc充电电路与待充电池，停止充电；
105.当电池充电装置发生过流时，其输出电流高于基准电压，比较器u1d输出高电平，或门or1输出高电平进而导通开关管q3，继电器ry1导通，从而断开buck dc/dc充电电路与待充电池，停止充电；
106.当同时发生过压和过流时，比较器u1c和比较器u1d同时输出高电平，或门or1输出高电平进而导通开关管q3，继电器ry1导通，从而断开buck dc/dc充电电路与待充电池，停止充电；
107.当电路正常时，比较器u1c的同向输入端电压小于反向输入端电压、比较器u1d同向输入端的电流小于反向输入端的电流，比较器u1c和比较器u1d同时输出低电平，或门or1输出低电平，开关管q3关断，继电器ry1处于关断状态，buck dc/dc充电电路继续给待充电池充电。
108.通过设置保护电路，避免了过压和过流问题的发生，提高了电池充电装置的安全性。
109.优选的，在或门or1与开关管q3之间还连接有电阻r19和电阻r20，电阻r19一端连接在或门or1的输出端、另一端连接开关管q3，电阻r20一端连接在电阻r19与开关管q3之间，另一端接地。通过r20的分压，能够降低或门or1输出给开关管q3的电压，避免了输出电压过高损坏开关管q3的问题。
110.请参见图7，电量指示电路包括：比较器u2a、比较器u2b、比较器u2c、比较器u2d、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、led1、led2、led3、led4；
111.电阻r22一端连接电源、另一端依次串联电阻r23、电阻r24、电阻r25后接地；
112.比较器u2a的同向输入端接入待充电池的采样电压、反向输入端连接在电源与电阻r22之间、输出端串联led4后接地；
113.比较器u2b的同向输入端接入待充电池的采样电压、反向输入端连接在电阻r22与电阻r23之间、输出端串联led3后接地；
114.比较器u2c的同向输入端接入待充电池的采样电压、反向输入端连接在电阻r23与电阻r24之间、输出端串联led2后接地；
115.比较器u2d的同向输入端接入待充电池的采样电压、反向输入端连接在电阻r24与电阻r25之间、输出端串联led1后接地。
116.设电阻r23两端电压为v3、电阻r24两端电压为v4、电阻r25两端电压为v5，可以得出输出给比较器u2d反向输入端的电压为v5、输出给比较器u2c反向输入端的电压为v4+v5、输出给比较器u2b反向输入端的电压为v3+v4+v5、输出给比较器u2a反向输入端的电压为12v（电源电压），其分别作为比较器u2d、比较器u2c、比较器u2b和比较器u2a的基准电压，且比较器u2a的基准电压大于比较器u2b、比较器u2b的基准电压大于比较器u2c、比较器u2c的基准电压大于比较器u2d。根据比较器的工作原理，当比较器的同向输入端电压大于反向输入端电压时，比较器输出高电平，可以看出待充电池的采样电压越高，输出高电平的比较器
越多，led灯发光数量越多。
117.优选的，电源电压设置为待充电池电量100%时的采样电压（12v），电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25的阻值相同，故输出给比较器u2a的基准电压为12v、比较器u2b的基准电压为9v、比较器u2c的基准电压为6v、比较器u2d的基准电压为3v。
118.当待充电池的电量为总电量的0~25%时，其待充电池的采样电压为0~3v，其比较器u2a、比较器u2b、比较器u2c和比较器u2d均输出低电平，led1、led2、led3、led4不发光；
119.当待充电池的电量为总电量的25%~50%时，其待充电池的采样电压为3v~6v，比较器u2a、比较器u2b和比较器u2c输出低电平，比较器u2d输出高电平，led1发光，led2、led3、led4不发光；
120.当待充电池的电量为总电量的50%~75%时，其待充电池的采样电压为6v~9v，比较器u2a、比较器u2b输出低电平，比较器u2c和比较器u2d输出高电平，led1、led2发光，led3、led4不发光；
121.当待充电池的电量为总电流的75%~100%时，其待充电池的采样电压为9v~12v，比较器u2a输出低电平，比较器u2b、比较器u2c、比较器u2d输出高电平，led1、led2、led3发光，led4不发光。
122.当待充电池的电量为总电量的100%时，其待充电池的采样电压为12v，比较器u2a、比较器u2b、比较器u2c和比较器u2d均输出高电平，led1、led2、led3、led4发光。
123.从电量指示电路的工作原理可以看出，待充电池的电量越高，led灯被点亮的数量越多，电池充电装置能够根据led的发光数量，实时监测待充电池的电量，给用户更直观的体验，设计更人性化。
124.具体的，本实用新型整体的工作流程为：太阳能电池板通过光伏作用将太阳能转换为电能，并产生直流输入电压vin，直流输入电压经过flyback dc/dc电路升压后转换为母线电压vbus，直流母线电压作为buck dc/dc充电电路的输入电压，经其控制电路和输出功率调节电路后得到根据光照强度变化的输出电流，并给电池充电，当电池充电装置出现过压或过流问题时，保护电路断开充电动作，随着电池的充电，待充电池的采样电压随之升高，电路指示电路中被电量的led灯越来越多，直至全部led灯被电量，电池充电完毕。
125.与现有技术相比，本实用新型通过设置输出功率调节电路，使其能够根据光照强度的不同，调节输出给待充电池的充电功率，避免了太阳能的浪费；同时本实用新型还设置有保护电路，当电池充电装置出现过流或过压问题时，能够及时断开充电动作，进而保护电路，提高了电池充电装置的安全性；还设置有电量指示装置，能够根据待充电电池的电量点亮不同数量的led灯，使电池充电装置能够实时监测电池的充电状态，设计更人性化。
126.上述实施例仅用于说明本实用新型的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本实用新型的保护范围。