一种电池高效充电模块的制作方法

1.本实用新型涉及电池充电的技术领域，特别涉及一种电池高效充电模块。


背景技术：

2.术语解释：
3.dc-dc：direct current-direct current 高压(低压)直流电源变换为低压(高压)直流电源；
4.ldo: low dropout regulator 低压差线性稳压器；
5.vin: input voltage 输入电压；
6.vout: output voltag 输出电压；
7.vfb: feedback voltage 反馈电压；
8.vsw: switch volatage 节点电压；
9.iout: output current 输出电流；
10.vc: collector voltage 集电极电压；
11.ve: emitter voltage 发射极电压；
12.vb: base voltage 基极电压；
13.近年来电力电子技术发展迅速，电力供给成为了人们日常生活中不可或缺的一部分，尤其是在进行户外活动时遇到设备没电将会给人们带来严重的影响。常规的充电电源装置输出级大多是经dc-dc变换器输出，但由于dc-dc变换器输出的直流上会叠加上较大的纹波以及输出电压随着开关产生很大的尖峰脉冲干扰，为了解决这些问题常常会在dc-dc变换器后接ldo以获得稳定的直流电源。然而在实际使用时，外接不同电压的待充电电池会导致ldo两端产生不同的压差，当压差小于标称值时输出的电流小且输出电压稳定性差，当压差过大时虽然输出电流较大但ldo发热严重，极大地降低了效率。
14.如图1所示，传统的电池充电装置包括充电电源、dc-dc直流转换器和ldo芯片，dc-dc直流转换器之间通过反馈电路连接，其中反馈电路由电感、电容和若干电阻连接组成，在使用时，充电电源的输出级电路是经内部电池输出一个较高的电压，经dc-dc直流转换器进行降压处理后得到所需要的电压值，最后经ldo芯片稳定输出，给外部的待充电电池进行充电。通常dc-dc直流转换器是基于反馈点电压对输出电压进行调节：vsw=vfb*(1+r1/r2)。但是充电电源的输出级在面对待充电电池的电压较低时，ldo芯片的vin与ldo的vout之间的压差便会很大，例：待充电电池电压为1v即vout=1v，iout=2a，dc-dc直流转换器的输出电压为5v即ldo的vin=5v，则ldo芯片的热功耗近似为2*(5-1)=8w，此时ldo芯片会产生极大的热损耗，导致电池充电效率的降低，且容易让ldo芯片损坏。
15.综上，现有的充电装置存在以下问题：面对电压很低的电池时，因压差过大ldo芯片大部分能量用于发热，效率低且易导致ldo芯片损坏；面对电压不同的电池时，需更换输出通道或者更换ldo芯片，不能自动调节，不灵活；为了适配电压不同的电池，需要设计较多的充电通道，成本高。


技术实现要素：

16.本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种充电效率高、应用灵活且制造成本较低的电池高效充电模块。
17.本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括电源、dc-dc转换器、ldo稳压芯片，所述电源的输出端与所述dc-dc转换器的输入端连接，所述dc-dc转换器和所述ldo稳压芯片通过自调节反馈电路连接，所述自调节反馈电路包括第一电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻、三极管和第四电阻，所述dc-dc转换器和所述ldo稳压芯片之间连接有所述第一电感，所述第三电阻的一端连接在所述dc-dc转换器和所述ldo稳压芯片之间，所述第三电阻的另一端与所述三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与所述dc-dc转换器的反馈端连接，所述三极管的基极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述ldo稳压芯片的输出端连接，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端连接在所述第三电阻远离所述三极管的一端，所述三极管的发射极经所述第四电阻接地，所述ldo稳压芯片的输出端外接待充电电池。
18.进一步，所述第一电感的一端与所述dc-dc转换器的节点端连接，所述第一电感的另一端与所述ldo稳压芯片的输入端连接，所述第三电阻的一端连接在所述第一电感和所述ldo稳压芯片之间，所述dc-dc转换器和所述第三电阻之间连接有第一电容，所述第一电容的一端与所述第三电阻远离所述三极管的一端连接，所述第一电容的另一端与所述dc-dc转换器的反馈端连接。
19.进一步，所述电源、所述dc-dc转换器和所述ldo稳压芯片均设有线路接地，所述dc-dc转换器的型号为lmq61460，所述ldo稳压芯片的型号为lm1085。
20.本实用新型的有益效果是：本实用新型针对传统的电源输出级的反馈电路径进行修改，使得调节后dc-dc转换器的输出电压让后级ldo稳压芯片的输入与输出始终保持1.8v的压差，大幅度减少了ldo稳压芯片的热损耗，提高了电池充电的效率；本实用新型提供的充电模块大大降低了电源的输出级中ldo稳压芯片的热损耗，提高了电池充电的效率，且可根据输出电压自动调节dc-dc转换器的输出电压，保证ldo稳压芯片的输入输出的压差刚好稳定在标称压差之上，可在保证提高电池充电效率的同时适配于电压不同的电池，不用设计多个通道以适配电压不同的电池，通过电阻与三极管便搭建自调节反馈电路，极大程度上节约了成本。
附图说明
21.图1是传统电源的输出级电路框图；
22.图2是本实用新型的电源输出级电路框图。
具体实施方式
23.如图2所示，在本实施例中，本实用新型包括电源1、dc-dc转换器2、ldo稳压芯片3，所述电源1的输出端与所述dc-dc转换器2的输入端连接，所述dc-dc转换器2和所述ldo稳压芯片3通过自调节反馈电路连接，所述自调节反馈电路包括第一电感l1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、三极管q1和第四电阻r4，所述dc-dc转换器2和所述ldo稳压芯片3之间连接有所述第一电感l1，所述第三电阻r3的一端连接在所述dc-dc转换器2和所述ldo稳压
芯片3之间，所述第三电阻r3的另一端与所述三极管q1的集电极连接，所述三极管q1的发射极与所述dc-dc转换器2的反馈端连接，所述三极管q1的基极与所述第二电阻r2的一端连接，所述第二电阻r2的另一端与所述ldo稳压芯片3的输出端连接，所述第一电阻r1的一端与所述第二电阻r2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端连接在所述第三电阻r3远离所述三极管q1的一端，所述第一电感l1的一端与所述dc-dc转换器2的节点端连接，所述第一电感l1的另一端与所述ldo稳压芯片3的输入端连接，所述第三电阻r3的一端连接在所述第一电感l1和所述ldo稳压芯片3之间，所述dc-dc转换器2和所述第三电阻r3之间连接有第一电容c2，所述第一电容c2的一端与所述第三电阻r3远离所述三极管q1的一端连接，所述第一电容c2的另一端与所述dc-dc转换器2的反馈端连接，所述三极管q1的发射极经所述第四电阻r4接地，所述ldo稳压芯片3的输出端外接待充电电池。
24.本实用新型的dc-dc转换器2的输出电压通过自调节反馈电路让后级ldo的输入与输出始终保持1.8v的压差，大幅度减少了ldo稳压芯片3的热损耗，提高了电池充电的效率。
25.相较于传统的反馈电路，ldo稳压芯片3的输入与输出的关系为：
26.vin=vout+2*vfb*r3/r4+1.4；
27.式中，vin为ldo稳压芯片3的输入电压，vout为ldo稳压芯片3的输出电压，vfb为dc-dc转换器2的反馈电压；
28.所述dc-dc转换器2的vfb电压为1v左右，所述ldo稳压芯片3的标称压差为1.5v，所述三极管q1的放大倍数β
»
1，故所述三极管q1的集电极的电流ic近似等于发射极的电流ie，pnp三极管q1导通压降ve
–
vb=0.7v；
29.当iout=2a时，
30.ic = vfb/r4 = 200ua；（算式1）
31.vin = ie*r3 + ve ≈ ic*r3 + vb + 0.7 = vb + 0.9；（算式2）
32.(vout
ꢀ‑ꢀ
vb)/r2 = (vb
ꢀ‑ꢀ
vin)/r1；（算式3）
33.上述的各算式中，ic为三极管q1的集电极电流，ie为三极管q1的发射极电路，ve为三极管q1的发射极电压，vb为三极管q1的基极电压，iout为电源1的输出电流，vfb为dc-dc转换器2的反馈电压，r4的阻值为5k，vin为ldo稳压芯片3的输入电压，r3的阻值为1k，vout为ldo稳压芯片3的输出电压，r2的阻值为100k，r1的阻值为100k；
34.由算式1-3可得vin = vout + 2*vfb*r3/r4 + 1.4 = vout + 1.8；
35.则ldo的热损耗近似为：1.8*2 = 3.6w，因此，与传统电源输出级相比较，为同一个电池进行充电，本实用新型的方案将所述ldo稳压芯片3的热损耗降低了55%，使所述ldo稳压芯片3的效率提高了44%。
36.在本实施例中，所述电源1、所述dc-dc转换器2和所述ldo稳压芯片3均设有线路接地，所述dc-dc转换器2的型号为lmq61460，所述ldo稳压芯片3的型号为lm1085。
37.本实用新型与现有的技术相比，具有以下优点：
38.1、效率高；该装置大大降低了电源的输出级中ldo的热损耗，提高了电池充电的效率；
39.2、应用灵活：因为该装置可根据输出电压自动调节dc-dc的输出电压，保证ldo的输入输出的压差刚好稳定在标称压差之上，可在保证提高电池充电效率的同时适配于电压不同的电池；
40.3、成本低：不用设计多个通道以适配电压不同的电池，通过电阻与三极管便可搭建自调节电路，极大程度上节约了成本。
41.虽然本实用新型的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本实用新型含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。