CN107994622A - 电池供电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池供电电路，包括：主功率电路单元、恒流反馈电路单元、恒压反馈电路单元、控制电路单元，其中：主功率电路单元包括蓄能元件，主功率电路单元，用于：根据控制电路单元输出的控制信号，控制由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电、或者由蓄能元件向电池充电；控制电路单元，用于：根据电流比较结果、电压比较结果向主功率电路单元输出控制信号。与现有技术相比，本发明电池供电电路，实现当AC/DC电源输出电压和电池电压压差过大，导致电池充电电流超过设置值时，电路恒流充电功能开启，保证输入电压不会被电池拉低。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电池供电电路。
背景技术
锂电储能作为通讯设备的备用电源，当市电无法供给使，前端AC/DC电源无法工作，由于其特殊性，需要不间断的给设备供电，备用电源在此时起到了至关重要的作用。但是如果市电长时间无法供给，备用电源能量无法及时补充，备用电源能量也有耗尽的时候，为保证电池不会过放，BMS会关断电池输出，停止对外放电；直到市电供给正常，AC/DC恒流电源会给通讯系统及备用电池充电。如果通讯设备最低工作电压低于馈电后的电池电压，则此时AC/DC恒流电源给设备和电池同时供电；如果通讯设备最低工作电压高于馈电后的电池电压，则此时需要较大功率的AC/DC恒流电源给电池充电，使电压达到通讯设备的最低工作电压，保证市电供给正常后通讯设备正常运行。
在已公开的电池供电电路中，存在如下缺陷：
由于，备用电源馈电后，市电供给正常时可能通讯系统仍然无法正常工作。因此，为了保证设备正常运行，需要一个功率很大的AC/DC恒流电源，或者通讯设备厂家把最低工作电压设置更低。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种不需要很大功率的AC/DC恒流电源的电池供电电路。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种电池供电电路，包括：主功率电路单元、恒流反馈电路单元、恒压反馈电路单元、控制电路单元，其中：
主功率电路单元包括蓄能元件，主功率电路单元，用于：根据控制电路单元输出的控制信号，控制由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电、或者由蓄能元件向电池充电；
恒流反馈电路单元，用于：检测主功率电路单元向电池充电的输出电流，将输出电流与预设的第一阈值进行比较得到电流比较结果，将电流比较结果输出到控制电路单元；
恒压反馈电路单元，用于：检测主功率电路单元向电池充电的输出电压，将输出电压与预设的第二阈值进行比较得到电压比较结果，将电压比较结果输出到控制电路单元；
控制电路单元，用于：根据电流比较结果、电压比较结果向主功率电路单元输出控制信号。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述控制电路单元，具体用于：
向主功率电路单元输出控制信号，使得主功率电路单元提高由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率，直到电流比较结果为输出电流大于第一阈值、或者电压比较结果为输出电压大于第二阈值，则向主功率电路单元输出控制信号，使得主功率电路单元停止或减少由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述主功率电路单元还包括开关元件、续流二极管；
恒流供电电源的一极与电池的一极连接，恒流供电电源的另一极依次通过开关元件、蓄能元件与电池的另一极连接，开关元件与蓄能元件的连接点通过续流二极管与电池的一极连接；
根据控制电路单元的输出端与开关元件的控制端连接，根据控制电路单元的输出信号控制开关元件的开关频率。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述开关元件为场效应管，所述场效应管的栅极与控制电路的输出端连接，控制电路单元输出的控制信号为场效应管的PWM信号占空比。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述主功率电路单元中，恒流供电电源的正极与电池的正极连接，恒流供电电源的负极依次通过开关元件、蓄能元件与电池的负极连接，开关元件与蓄能元件的连接点与续流二极管的正极连接，续流二极管的负极与电池的正极连接。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述控制电路包括控制芯片，控制芯片的使能端与恒流供电电源连接，控制芯片的输出端向所述主功率电路单元输出控制信号，控制芯片的输入端分别与所述恒流反馈电路单元的输出端、所述恒压反馈电路单元的输出端连接。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述恒流反馈电路单元包括：第一差分放大器、第一比较器、串联在主功率电路单元与电池之间的检测电阻，第一差分放大器的两个输入端分别与检测电阻的两端连接，第一差分放大器的输出端与第一比较器的一输入端连接，第一比较器的另一输入端与第一基准电压连接，第一比较器的输出端与所述控制电路单元的输入端连接。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述检测电阻串联在主功率电路单元与电池的负极之间。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述恒压反馈电路单元包括：第二差分放大器、第二比较器，第二差分放大器的一输入端与电池的正极连接，第二差分放大器的另一输入端接地，第二差分放大器的输出端与第二比较器的一输入端连接，第二比较器的另一输入端与第二基准电压连接，第二比较器的输出端与所述控制电路单元的输入端连接。
作为本发明电池供电电路的一种改进，所述第一阈值、所述第二阈值由上位机设置，上位机分别与所述恒流反馈电路单元、所述恒压反馈电路单元连接。
与现有技术相比，本发明电池供电电路具有以下效果：
通过恒流反馈电路单元和恒压反馈电路单元获取输入到电池的电路和电压，实现当AC/DC电源输出电压和电池电压压差过大，导致电池充电电流超过设置值时，电路恒流充电功能开启，保证输入电压不会被电池拉低。同时，通过本发明的电路，实现当AC/DC电源输出电压过高，导致电池充电电压超过设置值时，电路恒压充电功能开启，保证电池输入电压不会被太高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明电池供电电路及其有益效果进行详细说明。
图1为本发明一种电池供电电路的结构示意图图。
图2为本发明一种电池供电电路的电路原理图。
图3为本发明电池供电电路的一个实施例的电路作动流程图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1和图2，本发明一种电池供电电路的电路原理图，包括：主功率电路单元11、恒流反馈电路单元12、恒压反馈电路单元13、控制电路单元14，其中：
主功率电路单元11包括蓄能元件L1，主功率电路单元11，用于：根据控制电路单元14输出的控制信号，控制由恒流供电电源向蓄能元件L1和电池BAT充电、或者由蓄能元件L1向电池BAT充电；
恒流反馈电路单元12，用于：检测主功率电路单元11向电池BAT充电的输出电流，将输出电流与预设的第一阈值进行比较得到电流比较结果，将电流比较结果输出到控制电路单元14；
恒压反馈电路单元13，用于：检测主功率电路单元11向电池BAT充电的输出电压，将输出电压与预设的第二阈值进行比较得到电压比较结果，将电压比较结果输出到控制电路单元11；
控制电路单元14，用于：根据电流比较结果、电压比较结果向主功率电路单元11输出控制信号。
具体来说，主功率电路单元11，以可控的切换频率在由恒流供电电源向蓄能元件L1和电池BAT充电、或者由蓄能元件L1向电池BAT充电之间进行切换，而控制电路单元14，则根据电流比较结果、电压比较结果向主功率电路单元11输出用于控制该切换频率的控制信号。从而实现通过比较输出电流与预设的第一阈值、以及比较输出电压与预设的第二阈值，来控制由恒流供电电源向蓄能元件L1和电池BAT充电的频率，从而调制输出电压和输出电流。
通过恒流反馈电路单元和恒压反馈电路单元获取输入到电池的电路和电压，实现当AC/DC电源输出电压和电池电压压差过大，导致电池充电电流超过设置值时，电路恒流充电功能开启，保证输入电压不会被电池拉低。同时，通过本发明的电路，实现当AC/DC电源输出电压过高，导致电池充电电压超过设置值时，电路恒压充电功能开启，保证电池输入电压不会被太高。
本发明电池供电电路的一个实施例，所述控制电路单元，具体用于：
向主功率电路单元输出控制信号，使得主功率电路单元提高由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率，直到电流比较结果为输出电流大于第一阈值、或者电压比较结果为输出电压大于第二阈值，则向主功率电路单元输出控制信号，使得主功率电路单元停止或减少由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率。
具体来说，控制电路单元在初始阶段向主功率电路单元输出控制信号，提高由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率，从而提高对电池的输出电流和输出电压，同时，恒流反馈电路单元对输出电流检测，恒压反馈电路单元对输出电压检测，当输出电流超过第一阈值，或者输出电压超过第一阈值时，恒流反馈电路单元或恒压反馈电路单元向控制电路单元反馈，从而使得控制电路单元输出控制信号，使得主功率电路单元停止或减少由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率，实现主功率电路单元对电池输出恒定的输出电流和输出电压。
本发明电池供电电路的一个实施例中，所述主功率电路单元还包括开关元件Q1、续流二极管D1；
恒流供电电源的一极与电池BAT的一极连接，恒流供电电源的另一极依次通过开关元件Q1、蓄能元件L1与电池BAT的另一极连接，开关元件Q1与蓄能元件L1的连接点通过续流二极管D1与电池BAT的一极连接；
根据控制电路单元14的输出端与开关元件Q1的控制端连接，根据控制电路单元14的输出信号控制开关元件Q1的开关频率。
具体来说，开关元件Q1的开关频率控制开关元件Q1导通与截止的频率，当开关元件Q1导通，则恒流供电电源同时向蓄能元件L1和电池BAT供电，使得蓄能元件L1存储能量，当开关元件Q1截止时，则由蓄能元件L1通过续流二极管D1向电池BAT供电。
因此，通过控制开关元件Q1的开关频率，则可以控制主功率电路单元的输出电压和输出电流。
蓄能元件L1优选为蓄能电感。
本发明电池供电电路的一个实施例中，所述开关元件Q1为场效应管，优选为绝缘栅型场效应管(MOS管)，所述场效应管的栅极与控制电路的输出端连接，控制电路单元14输出的控制信号为场效应管的PWM信号占空比。
本发明电池供电电路的一个实施例中，所述主功率电路单元11中，恒流供电电源的正极DC+与电池BAT的正极连接，恒流供电电源的负极DC-依次通过开关元件Q1、蓄能元件L1与电池BAT的负极连接，开关元件Q1与蓄能元件L1的连接点与续流二极管D1的正极连接，续流二极管D1的负极与电池BAT的正极连接。
本实施例将开关元件Q1和蓄能元件L1与恒流供电电源的负极串联，从而避免向恒流反馈电路单元输出较高的电压，影响测量精度。
本发明电池供电电路的一个实施例，所述控制电路14包括控制芯片U1，控制芯片U1的使能端CS与恒流供电电源连接，控制芯片U1的输出端向所述主功率电路单元11输出控制信号，控制芯片U1的输入端CCMP分别与所述恒流反馈电路单元13的输出端、所述恒压反馈电路单元14的输出端连接。
具体来说，控制芯片U1的使能端通过电阻R1与恒流供电电源连接。
控制芯片U1可以通过一个输入端分别与所述恒流反馈电路单元13的输出端、所述恒压反馈电路单元14的输出端连接，例如，如图1所示的采用两个二极管分别与所述恒流反馈电路单元13的输出端、所述恒压反馈电路单元14的输出端连接，然后两个二极管共同与控制电路单元14的输入端连接。
控制芯片U1也可以分别通过两个输入端与所述恒流反馈电路单元13的输出端、所述恒压反馈电路单元14的输出端连接，然后在内部运算时对所述恒流反馈电路单元13的输出端、所述恒压反馈电路单元14的输出端进行运算。
本发明电池供电电路的一个实施例，所述恒流反馈电路单元12包括：第一差分放大器U2A、第一比较器U2B、串联在主功率电路单元与电池之间的检测电阻R2，第一差分放大器U2A的两个输入端分别与检测电阻R2的两端连接，第一差分放大器U2A的输出端与第一比较器U2B的一输入端连接，第一比较器U2B的另一输入端与第一基准电压REF1连接，第一比较器U2B的输出端与所述控制电路单元14的输入端连接。
具体来说，第一比较器U2B的输出端通过光耦OC1或者A/D转换器与所述控制电路单元的输入端连接。
检测电阻R2将输出电流转变为相应的电压，然后通过第一差分放大器U2A放大，并在第一比较器U2B中与第一基准电压REF1进行比较。第一基准电压REF1的电压为检测电阻R2与第一阈值的乘积。
通过差分放大并与第一基准电压REF1进行比较，则当输出电流经过检测电阻R2之后的电压超过第一基准电压REF1时，向控制电路单元输出相应信号。
本发明电池供电电路的一个实施例，所述检测电阻R2串联在主功率电路单元与电池的负极之间。
本实施例将检测电阻R2串联在主功率电路单元与电池的负极之间，则能避免输出电流过大时第一差分放大器U2A不能工作在线性放大区域，从而提高本发明电池供电电路的适用范围。
本发明电池供电电路的一个实施例，所述恒压反馈电路单元13包括：第二差分放大器U3A、第二比较器U3B，第二差分放大器U3A的一输入端与电池的正极连接，第二差分放大器U3A的另一输入端接地，第二差分放大器U3A的输出端与第二比较器U3B的一输入端连接，第二比较器U3B的另一输入端与第二基准电压REF2连接，第二比较器U3B的输出端与所述控制电路单元14的输入端连接。
具体来说，第二比较器U3B的输出端通过光耦OC1或者A/D转换器与所述控制电路单元的输入端连接。
输出电压通过第二差分放大器U3A放大，并在第二比较器U3B中与第二基准电压REF2进行比较。第二基准电压REF2的电压为第二阈值。
通过差分放大并与第二基准电压REF2进行比较，则当输出电压超过第二基准电压REF2时，向控制电路单元输出相应信号。
本发明电池供电电路的一个实施例，所述第一阈值、所述第二阈值由上位机设置，上位机分别与所述恒流反馈电路单元、所述恒压反馈电路单元连接。
本实施例的第一阈值、第二阈值由上位机控制，具体为上位机的微控制单元(MicrocontroL1L1er Unit；MCU)控制，从而实现恒流、恒压控制可调。
请参阅图3，本发明电池供电电路的一个实施例的电路作动如下：
步骤S301，控制电路单元输出高的PWM信号占空比，主功率电路单元根据PWM信号占空比控制由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电、或者由蓄能元件向电池充电；
步骤S302，恒流反馈电路单元检测主功率电路单元向电池充电的输出电流，将输出电流与预设的第一阈值进行比较得到电流比较结果，将电流比较结果输出到控制电路单元；
步骤S303，恒压反馈电路单元检测主功率电路单元向电池充电的输出电压，将输出电压与预设的第二阈值进行比较得到电压比较结果，将电压比较结果输出到控制电路单元；
步骤S304，当控制电路单元接收到电流比较结果为输出电流大于第一阈值、或者电压比较结果为输出电压大于第二阈值，则降低所输出的PWM信号占空比，使主功率电路单元降低由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率。
与现有技术相比，本发明电池供电电路具有以下效果：
通过恒流反馈电路单元和恒压反馈电路单元获取输入到电池的电路和电压，实现当AC/DC电源输出电压和电池电压压差过大，导致电池充电电流超过设置值时，电路恒流充电功能开启，保证输入电压不会被电池拉低。同时，通过本发明的电路，实现当AC/DC电源输出电压过高，导致电池充电电压超过设置值时，电路恒压充电功能开启，保证电池输入电压不会被太高。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种电池供电电路，其特征在于，包括：主功率电路单元、恒流反馈电路单元、恒压反馈电路单元、控制电路单元，其中：
主功率电路单元包括蓄能元件，主功率电路单元，用于：根据控制电路单元输出的控制信号，控制由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电、或者由蓄能元件向电池充电；
恒流反馈电路单元，用于：检测主功率电路单元向电池充电的输出电流，将输出电流与预设的第一阈值进行比较得到电流比较结果，将电流比较结果输出到控制电路单元；
恒压反馈电路单元，用于：检测主功率电路单元向电池充电的输出电压，将输出电压与预设的第二阈值进行比较得到电压比较结果，将电压比较结果输出到控制电路单元；
控制电路单元，用于：根据电流比较结果、电压比较结果向主功率电路单元输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的电池供电电路，其特征在于，所述控制电路单元，具体用于：
向主功率电路单元输出控制信号，使得主功率电路单元提高由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率，直到电流比较结果为输出电流大于第一阈值、或者电压比较结果为输出电压大于第二阈值，则向主功率电路单元输出控制信号，使得主功率电路单元停止或减少由恒流供电电源向蓄能元件和电池充电的频率。
3.根据权利要求2所述的电池供电电路，其特征在于，所述主功率电路单元还包括开关元件、续流二极管；
恒流供电电源的一极与电池的一极连接，恒流供电电源的另一极依次通过开关元件、蓄能元件与电池的另一极连接，开关元件与蓄能元件的连接点通过续流二极管与电池的一极连接；
根据控制电路单元的输出端与开关元件的控制端连接，根据控制电路单元的输出信号控制开关元件的开关频率。
4.根据权利要求3所述的电池供电电路，其特征在于，所述开关元件为场效应管，所述场效应管的栅极与控制电路的输出端连接，控制电路单元输出的控制信号为场效应管的PWM信号占空比。
5.根据权利要求3所述的电池供电电路，其特征在于，所述主功率电路单元中，恒流供电电源的正极与电池的正极连接，恒流供电电源的负极依次通过开关元件、蓄能元件与电池的负极连接，开关元件与蓄能元件的连接点与续流二极管的正极连接，续流二极管的负极与电池的正极连接。
6.根据权利要求1所述的电池供电电路，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片，控制芯片的使能端与恒流供电电源连接，控制芯片的输出端向所述主功率电路单元输出控制信号，控制芯片的输入端分别与所述恒流反馈电路单元的输出端、所述恒压反馈电路单元的输出端连接。
7.根据权利要求1所述的电池供电电路，其特征在于，所述恒流反馈电路单元包括：第一差分放大器、第一比较器、串联在主功率电路单元与电池之间的检测电阻，第一差分放大器的两个输入端分别与检测电阻的两端连接，第一差分放大器的输出端与第一比较器的一输入端连接，第一比较器的另一输入端与第一基准电压连接，第一比较器的输出端与所述控制电路单元的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的电池供电电路，其特征在于，所述检测电阻串联在主功率电路单元与电池的负极之间。
9.根据权利要求1所述的电池供电电路，其特征在于，所述恒压反馈电路单元包括：第二差分放大器、第二比较器，第二差分放大器的一输入端与电池的正极连接，第二差分放大器的另一输入端接地，第二差分放大器的输出端与第二比较器的一输入端连接，第二比较器的另一输入端与第二基准电压连接，第二比较器的输出端与所述控制电路单元的输入端连接。
10.根据权利要求1所述的电池供电电路，其特征在于，所述第一阈值、所述第二阈值由上位机设置，上位机分别与所述恒流反馈电路单元、所述恒压反馈电路单元连接。
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