專(zhuān)利名稱(chēng)：充電控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電控制電路，尤其涉及一種對(duì)由多個(gè)電池單 元串接而成的電池組進(jìn)行充電的充電控制電路。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的大多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品都是靠電池提供電能的，其中， 可充電的電池憑借其能量密度高、可循環(huán)使用的特點(diǎn)獲得了廣泛的 應(yīng)用。
在對(duì)電池充電過(guò)程中，為防止過(guò)度充電和過(guò)度放電而造成電池 損傷，充電控制電路通常具有過(guò)充電保護(hù)功能和過(guò)放電保護(hù)功能。 所謂過(guò)充電保護(hù)，是指在充電過(guò)程中，當(dāng)電池的內(nèi)電壓上升至某一 預(yù)設(shè)電壓值(過(guò)充保護(hù)電壓值)時(shí)，其充電控制電路的保護(hù)電路切 斷開(kāi)關(guān)，以終止對(duì)該電池充電，從而保護(hù)電池。所謂過(guò)放電保護(hù)， 是在電池放電過(guò)程中，當(dāng)其內(nèi)電壓低于某一預(yù)設(shè)電壓值(過(guò)放保護(hù) 電壓值)時(shí)，該保護(hù)電路切斷開(kāi)關(guān)，以終止電池放電，從而保護(hù)電 池。
由于單一的電池所能提供的電壓有限，在許多情況下不能滿足 電子產(chǎn)品的需求，因而在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用將多個(gè)電池串接成 電池組的方式向電子產(chǎn)品供電，其中的每個(gè)電池成為電池組的一電 池單元。
然而，現(xiàn)有充電控制電路在對(duì)由多個(gè)電池單元串接成的電池組 充電時(shí)，如果電池組中各電池單元內(nèi)殘余的電量不相等，則在對(duì)電 池組充電的過(guò)程時(shí)，殘余電量較多的電池單元會(huì)較早達(dá)到充電飽和 狀態(tài)。此時(shí)，達(dá)到充電飽和狀態(tài)的電池單元將啟動(dòng)過(guò)充電保護(hù)功能， 從而阻止充電電路繼續(xù)向電池組充電。因此，充電結(jié)束時(shí)，電池組 中往往會(huì)有尚未達(dá)到充電飽和狀態(tài)的電池單元，這將使電池組不能
4達(dá)到充電平衡，進(jìn)而縮短電池組的持續(xù)供電時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述背景技術(shù)存在的缺陷，提供一充電控 制電路，該充電控制電路能使電池組中的每個(gè)電池單元更有效地達(dá) 到充電平衡狀態(tài)。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了一種充電控制電路，該充電控 制電路用于連接在一充電電源的兩充電端之間以對(duì)一由多個(gè)電池 單元串接而成的電池組充電。該充電控制電路包括一保護(hù)電路、一 充電電路和一控制電路，保護(hù)電路具有多個(gè)監(jiān)測(cè)端口及多個(gè)控制端 口，該多個(gè)監(jiān)測(cè)端口用于連接在相應(yīng)電池單元的兩端，以監(jiān)測(cè)每一
電池單元的電壓；充電電路包括多個(gè)用于連接所述電池單元兩端的 分流電路，每一分流電路包括有一開(kāi)關(guān)元件及一與該開(kāi)關(guān)元件串連 的耗能元件，多個(gè)開(kāi)關(guān)元件分別具有一控制端，且每一控制端分別 連接在所述保護(hù)電路相應(yīng)的控制端口上；控制電路一端與充電電源 連接，另一端與充電電路連接，該控制電路包括兩并聯(lián)支路，且其 一支路包括有一耗能元件，另一支路包括有一耗能元件及一與該耗 能元件串連的開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件具有一控制端，該控制端連接 至所述充電電路；其中，保護(hù)電路根據(jù)監(jiān)測(cè)得出的每一電池單元的 電壓值控制對(duì)應(yīng)分流電路的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通或斷開(kāi)，充電電路根據(jù)分 流電路的開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通或斷開(kāi)而控制所述控制電路的開(kāi)關(guān)元件 導(dǎo)通或斷開(kāi)。
綜上所述，在利用本發(fā)明充電控制電路對(duì)電池組充電的過(guò)程 中，由于控制電路的開(kāi)關(guān)元件可控制對(duì)電池組的充電電流的大小， 且充電電路的開(kāi)關(guān)元件和耗能元件可對(duì)電池組的每個(gè)電池單元的 充電電流進(jìn)行分流調(diào)節(jié)，所以可在保護(hù)電池單元的前提下，使電池 組中的各電池單元達(dá)到充電飽和，從而使電池組達(dá)到充電平衡，提 高充電效'率。
附圖i兌明
在說(shuō)明書(shū)附圖中

圖1是本發(fā)明充電控制電路的一實(shí)施例的電路圖。 圖中各元件的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下
充電電源10正充電端11
負(fù)充電端12電池組20
第一電池單元21第二電池單元22
保護(hù)電路30監(jiān)測(cè)端口31-33
控制端口36-39充電電路40
第一分流電路41第二分流電路44
耗能元件42、 45、51、 52
開(kāi)關(guān)元件43、 46、53
邏輯或電路47發(fā)光二極管47a
光敏三極管47b耗能電阻49
控制電路50電阻元件54
分壓電阻55電子開(kāi)關(guān)56
保護(hù)開(kāi)關(guān)60單向開(kāi)關(guān)61、 62
腳雄M
為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及效果， 以下茲例舉實(shí)施例并配合附圖詳予說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，圖1表示的是本發(fā)明充電控制電路的一代表性實(shí)
施例的電路圖。本發(fā)明充電控制電路與一充電電源10連接，以對(duì) 一電池組20進(jìn)行充電。該充電電源10具有一正充電端11和一負(fù) 充電端12。電池組20是由多個(gè)串接在一起的電池單元組成。在本 實(shí)施例中，該電池組20由一第一電池單元21及一第二電池單元22 串連而成。
所述充電控制電路包括一保護(hù)電路30、 一充電電路40及一控 制電路50，其中，控制電路50 —端連接至充電電源10的正充電端 11，另一端連接于充電電路40。
保護(hù)電路30是一可實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能的芯片，具有電壓監(jiān)測(cè) 功能和控制功能。當(dāng)前業(yè)內(nèi)有多種芯片可供選擇，如型號(hào)為OZ890 的保護(hù)芯片等。保護(hù)電路30的Vcc端連接至上述控制電路50與充電電路40之間以提供保護(hù)電路30所需的工作電壓，其Vss端接地。 該保護(hù)電路30具有多個(gè)監(jiān)測(cè)端口及多個(gè)控制端口。本實(shí)施例中， 該多個(gè)監(jiān)測(cè)端口的標(biāo)號(hào)分別為31-33，該多個(gè)控制端口的標(biāo)號(hào)分別 為36-39。
充電電路40包括串連的第一分流電路41及第二分流電路44。 第一分流電路41包括一耗能元件42及一開(kāi)關(guān)元件43，第二分流電 路44包括一耗能元件45及一開(kāi)關(guān)元件46，且耗能元件42、 45為 一電阻，開(kāi)關(guān)元件43、 46為一 N溝道(N-channel)場(chǎng)效應(yīng)三極管。 其中，第一分流電路41的耗能元件42 —端與控制電路50連接， 另一端連接至開(kāi)關(guān)元件43的汲極(Drain Electrode),該開(kāi)關(guān)元件 43的源極(Source Electrode)與第二分流電路44的耗能元件45的 一端連接。第二分流電路44的耗能元件45的另一端連接至開(kāi)關(guān)元 件46的汲極，開(kāi)關(guān)元件46的源極通過(guò)一組保護(hù)開(kāi)關(guān)60(容后詳述) 連接至充電電源10的負(fù)充電端12上。該兩開(kāi)關(guān)元件43、 46的柵 極(Gate Electrode)分別連接至保護(hù)電路30的控制端口 36、 37上， 以此實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路30對(duì)開(kāi)關(guān)元件43、 46的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制。
所述電池組20的第一電池單元21連接在第一分流電路41的 兩端，第二電池單元22連接在第二分流電路44的兩端，且該第一 電池單元21連接于保護(hù)電路30的監(jiān)測(cè)端口 31、 32之間，且第二 電池單元22連接于保護(hù)電路30的監(jiān)測(cè)端口 32、 33之間，以此實(shí) 現(xiàn)保護(hù)電路30對(duì)第一電池單元21、第二電池單元22的電池內(nèi)電壓 的監(jiān)測(cè)。
所述充電電路40的耗能元件42、 45兩端還分別連接一邏輯或 電路47，用以在開(kāi)關(guān)元件43、 46的狀態(tài)改變時(shí)向所述控制電路50 發(fā)送一電訊號(hào)。本實(shí)施例中，兩邏輯或電路47分別為一光電耦合 器(Photo Coupler)。
現(xiàn)僅以第一分流電路41為例說(shuō)明光電耦合器的連接。光電耦 合器內(nèi)集成有一發(fā)光二極管47a及一光敏三極管47b，其中，發(fā)光 二極管47a的兩接腳分別連接在耗能元件42的兩端，光敏三極管 47b的集電極通過(guò)一耗能電阻49連接至一獨(dú)立設(shè)置的穩(wěn)壓電源以提 供光電耦合器的工作電壓，光敏三極管47b的發(fā)射極接地。當(dāng)發(fā)光
7二極管47a中有電流通過(guò)并發(fā)光時(shí)，光敏三極管47b的集電極與發(fā) 射極間的PN結(jié)導(dǎo)通，從而使穩(wěn)壓電源、光電耦合器及地之間形成 一回路。第二分流電路44的光電耦合器的連接方式與上述方法相 同，在此不再贅述。
所述控制電路50包括并聯(lián)的兩支路，其中，第一支路包括一耗 能元件51，該耗能元件51 —端連接于充電電源10的正充電端11， 另一端分別與前述保護(hù)電路30的Vcc端及耗能元件42的一端連接。 第二支路連接于第一支路的兩端，包括一耗能元件52及一與該耗 能元件52串接的開(kāi)關(guān)元件53。所述耗能元件51、52分別是一電阻， 開(kāi)關(guān)元件53是一 P溝道(P-channel)場(chǎng)效應(yīng)三極管，且該場(chǎng)效應(yīng) 三極管的源極連接至充電電源10的正充電端11，汲極與耗能元件 52連接，柵極通過(guò)一電阻元件54連接至正充電端11，且該柵極另 通過(guò)一分壓電阻55及一電子開(kāi)關(guān)56接地。
所述電子開(kāi)關(guān)56為一NPN型的三極管。該三極管的集電極與 分壓電阻55相連，發(fā)射極接地，且其基極與充電電路40的耗能電 阻49的一端及該兩光電耦合器的光敏三極管47b的集電極相連， 使得邏輯或電路47發(fā)送的電訊號(hào)可以通過(guò)切換電子開(kāi)關(guān)56而實(shí)現(xiàn) 對(duì)開(kāi)關(guān)元件53的導(dǎo)通或切斷狀態(tài)的控制。
所述保護(hù)開(kāi)關(guān)60串連于充電電路40與充電電源10的負(fù)充電 端12之間，包括相互連接的兩具有單向?qū)üδ艿膯蜗蜷_(kāi)關(guān)61、 62。本實(shí)施例中，兩單向開(kāi)關(guān)61、 62均為一N溝道(N-channel) 場(chǎng)效應(yīng)三極管，該兩場(chǎng)效應(yīng)三極管的兩汲極連接在一起，兩源極分 別連接于充電電源10的負(fù)充電端12及充電電路40的開(kāi)關(guān)元件46 的源極上，且兩柵極分別連接至保護(hù)電路30的控制端口 3S、39上， 以實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路30對(duì)該兩單向開(kāi)關(guān)61、 62的導(dǎo)通或切斷狀態(tài)的控 制。其中，單向開(kāi)關(guān)61是一過(guò)放電保護(hù)開(kāi)關(guān)，單向開(kāi)關(guān)62是一過(guò) 充電保護(hù)開(kāi)關(guān)，兩開(kāi)關(guān)在充電或放電過(guò)程中同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)而使 電池組20得以充電或放電，當(dāng)電池組20中的任一電池單元處于過(guò) 放電狀態(tài)時(shí)，單向開(kāi)關(guān)61切斷，當(dāng)任一電池單元處于過(guò)充電狀態(tài) 時(shí)，單向開(kāi)關(guān)62切斷，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)電池單元的作用。
利用本發(fā)明充電控制電路對(duì)電池組20進(jìn)行充電的過(guò)程說(shuō)明如下
在充電過(guò)程中，當(dāng)保護(hù)電路30監(jiān)測(cè)到第一電池單元21與第二 電池單元22的內(nèi)電壓差異小于某一特定值(如小于0.01-0.02V) 時(shí)，保護(hù)電路30切斷充電電路40的開(kāi)關(guān)元件43、 46。此時(shí)，邏輯 或電路47的光敏三極管47b處于斷開(kāi)狀態(tài)，所述穩(wěn)壓電源通過(guò)耗 能電阻49施加一電壓至控制電路50的電子開(kāi)關(guān)56的基極，從而 導(dǎo)通電子開(kāi)關(guān)56。電子開(kāi)關(guān)56導(dǎo)通后，充電電源10的正充電端 11、電阻元件54、分壓電阻55及電子開(kāi)關(guān)56構(gòu)成一回路，從而開(kāi) 關(guān)元件53的源極電壓高于柵極電壓，使得開(kāi)關(guān)元件53導(dǎo)通。此時(shí)， 充電電源10通過(guò)并聯(lián)的耗能元件51、 52向電池組20充電，由于 耗能元件51、 52并聯(lián)，故能減小充電控制電路的電阻值，增大充 電電流，從而提高電池組20的充電速度。
若保護(hù)電路30監(jiān)測(cè)到電池組20的某一電池單元先達(dá)到一預(yù)設(shè) 電壓值(略低于啟動(dòng)過(guò)充電保護(hù)功能的電壓值)且電池組20的兩 電池單元21、 22之間的電量差異超過(guò)前述的特定值，則保護(hù)電路 30導(dǎo)通與該電量較高的電池單元并接的開(kāi)關(guān)元件，以達(dá)成分流該電 池單元的充電電流及延長(zhǎng)電池組20充電時(shí)間的目的。現(xiàn)以第一電 池單元21的電量較高為例進(jìn)行說(shuō)明。
此時(shí)，保護(hù)電路30導(dǎo)通開(kāi)關(guān)元件43而使耗能元件42分流第 一電池單元21中的充電電流；同時(shí)，部分電流流經(jīng)發(fā)光二極管47a 并使其發(fā)光而導(dǎo)通光敏三極管47b。由此，所述穩(wěn)壓電源、耗能電 阻49、邏輯或電路47與地之間形成一電流通路，從而控制該電子 開(kāi)關(guān)56斷開(kāi)。由于電子開(kāi)關(guān)56的斷開(kāi)，充電電源IO的正充電端 11、電阻元件54、分壓電阻55、電子開(kāi)關(guān)56及地之間的通路被切 斷，使得控制電路50的開(kāi)關(guān)元件53因其柵極與源極沒(méi)有導(dǎo)通電壓 而轉(zhuǎn)為斷開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)，充電電源IO只透過(guò)耗能元件51向電池組 20充電，即減小了第一電池單元21的充電電流。又由于第一分流 電路41的耗能元件42的分流作用，故能進(jìn)一步減小向第一電池單 元21充電的電流，從而延長(zhǎng)整個(gè)電池組20的充電時(shí)間，使第二電 池單元22得以繼續(xù)充電至達(dá)到飽和狀態(tài)。
電池組20的各電池單元均充電飽和后，保護(hù)電路30控制保護(hù)開(kāi)關(guān)60的單向開(kāi)關(guān)62斷開(kāi)，從而結(jié)束充電過(guò)程。電池組20放電 時(shí)，若保護(hù)電路30監(jiān)測(cè)到電池組20的任一電池單元的內(nèi)電壓降低 至某一預(yù)設(shè)電壓值時(shí)，即切斷單向開(kāi)關(guān)61，從而結(jié)束放電過(guò)程，從 而避免電池組20因過(guò)充電或過(guò)放電而損壞。
綜上所述，在利用本發(fā)明充電控制電路充電時(shí)，通過(guò)控制電路 50的開(kāi)關(guān)元件53及耗能元件51、 52控制對(duì)電池組20的充電電流 的大小，且通過(guò)充電電路30的開(kāi)關(guān)元件43、 46導(dǎo)通或切斷對(duì)電池 組20的每個(gè)電池單元21、 22的充電電流進(jìn)行分流調(diào)節(jié)，從而在保 護(hù)電池單元21、 22的前提下，使電池單元21、 22飽和，即電池組 20中達(dá)到充電平衡，提高充電效率。
以上所揭露的，僅是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，不應(yīng)以限定本 發(fā)明的權(quán)利范圍。至于本發(fā)明的其它等效修飾或變化，都應(yīng)該涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種充電控制電路，用于連接在一充電電源的兩充電端之間以對(duì)一由多個(gè)電池單元串接而成的電池組充電，該充電控制電路包括一保護(hù)電路、一充電電路和一控制電路，其特征是保護(hù)電路具有多個(gè)監(jiān)測(cè)端口及多個(gè)控制端口，該多個(gè)監(jiān)測(cè)端口用于連接在相應(yīng)電池單元的兩端，以監(jiān)測(cè)每一電池單元的電壓；充電電路包括多個(gè)用于連接所述電池單元兩端的分流電路，每一分流電路包括有一開(kāi)關(guān)元件及一與該開(kāi)關(guān)元件串連的耗能元件，多個(gè)開(kāi)關(guān)元件分別具有一控制端，每一控制端分別連接在所述保護(hù)電路相應(yīng)的控制端口上；控制電路一端與充電電源連接，另一端與充電電路連接，該控制電路包括兩并聯(lián)支路，且其一支路包括有一耗能元件，另一支路包括有一耗能元件及一與該耗能元件串連的開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件具有一控制端，該控制端連接至所述充電電路；其中，保護(hù)電路根據(jù)監(jiān)測(cè)得出的每一電池單元的電壓值控制對(duì)應(yīng)分流電路的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通或斷開(kāi)，充電電路根據(jù)分流電路的開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通或斷開(kāi)而控制所述控制電路的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通或斷開(kāi)。
2. 根據(jù)專(zhuān)利要求1所述的充電控制電路，其中所述充電電路中 分流電路的耗能元件并聯(lián)有一邏輯或電路，該邏輯或電路與控制電 路中開(kāi)關(guān)元件的控制端連接。
3. 根據(jù)專(zhuān)利要求1所述的充電控制電路，其中所述充電電路中 分流電路的耗能元件兩端分別連接有一光電耦合器，該光電耦合器 包括有一發(fā)光二極管及一光敏三極管，該光敏三極管的發(fā)射極接 地，該光敏三極管的集電極通過(guò)一耗能電阻連接至一穩(wěn)壓電源，且 該光敏三極管的集電極與所述控制電路中開(kāi)關(guān)元件的控制端之間 連接有一電子開(kāi)關(guān)。
4. 根據(jù)專(zhuān)利要求3所述的充電控制電路，其中所述電子開(kāi)關(guān)為 一三極管，該三極管的發(fā)射極接地，其集電極通過(guò)一電阻元件與充 電電源連接；所述控制電路中開(kāi)關(guān)元件的控制端通過(guò)一電阻與所述 三極管的集電極連接。
5. 根據(jù)專(zhuān)利要求1所述的充電控制電路，其中所述充電電路與 控制電路之間設(shè)置有兩具有單向?qū)üδ艿膯蜗蜷_(kāi)關(guān)；所述兩單向 開(kāi)關(guān)分別具有一控制端，所述保護(hù)電路的控制端口分別連接該兩單 向開(kāi)關(guān)的控制端以分別控制該兩單向開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或切斷。
6. 根據(jù)專(zhuān)利要求5所述的充電控制電路，其中所述兩單向開(kāi)關(guān) 分別為場(chǎng)效應(yīng)三極管，該兩場(chǎng)效應(yīng)三極管的汲極連接在一起，其源 極分別連接于充電電源的一充電端及充電電路的一開(kāi)關(guān)元件上，其 柵極分別連接至所述保護(hù)電路的控制端口上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種充電控制電路，用以對(duì)由多個(gè)電池單元串聯(lián)而成的電池組充電，其包括一充電電路、一控制電路及一保護(hù)電路。該充電電路及控制電路分別包括多個(gè)開(kāi)關(guān)元件及耗能元件。該保護(hù)電路用以監(jiān)測(cè)各個(gè)電池單元的內(nèi)電壓，當(dāng)任兩電池單元之間的內(nèi)電壓差異超過(guò)一特定值時(shí)，保護(hù)電路切換控制電路的開(kāi)關(guān)元件及充電電路的開(kāi)關(guān)元件，以減小對(duì)電池組的充電電流，同時(shí)分流所述內(nèi)電壓較高的電池單元的充電電流，從而使電池組的各電池單元快速達(dá)到充電飽和狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101582594SQ20081002819
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者張男勝, 詹佳翰 申請(qǐng)人:富港電子(東莞)有限公司;正崴精密工業(yè)股份有限公司