CN101814747B - 一种充电电路及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电电路及充电方法，用于对铅酸电池的充电。充电电路包括充电管理电路、复位信号形成模块、以及复位电路；复位信号形成模块用于检测充电电池接入所述充电管理电路的状态，形成复位信号，复位电路串联在所述充电管理电路与输入电压之间，用于接收所述复位信号以及控制所述充电管理电路掉电复位。当复位信号形成模块检测到充电电池以热插拔方式接入充电管理电路时，则给出复位信号对所述充电管理电路进行掉电复位。本发明的充电电路和方法可以保证系统在不断电的情况下插拔电池时对铅酸电池进行完整的充电过程，实现铅酸电池充电过程的热插拔。

Description

一种充电电路及充电方法

技术领域

本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种支持热插拔的充电电路及支持热插拔的充电方法。

背景技术

大多数铅酸电池在充电时，会经历如图1所示的过程：恒流充电(图1中的SABCD段)、恒压充电(图1中的DEF段)，以及浮充充电阶段(图1中的FGH段)，铅酸电池在充电结束后，将停留于浮充充电的GH阶段。对于一般的铅酸充电器而言，完整的充电过程均会经历SABCDEFGH阶段，但当电池充电结束或电池充电结束拔出后，充电器将处于GH段。此时的充电器被认为处于浮充状态中，除非充电器重新上电，否则充电器会一直处于这种浮充状态。此时，如果插入一个电压恰好处于浮充电压范围的电池，充电器会以为本电池已经充满电，并位于浮充电阶段。这就会导致在充电器先上电时，铅酸充电器会立即运行到一种浮充状态，只要充电器不断电，铅酸充电器会一直保持这种状态。如果此时插入一块充电电压超过浮充电压的电池后，铅酸充电器也会一直将充电电压限制在浮充电压范围内，从而导致电池无法充饱电，而充电器则仍误以为电池一直是被充满电的。此时铅酸充电器断一下电，就能正确充电。以上情况都导致铅酸电池的充电没有经历恒压阶段，从而不能充饱电池，这就相当于现有的铅酸充电器不支持热插拔。

而目前的应用状态，由用户更换电池而不是专业人员更换电池的应用场所越来越多，并且一些设备有不断电要求，针对目前的应用特点，使得热插拔方式更换电池的需求越来越多。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明提供了一种充电电路及充电方法，该电路和方法可以使系统在不断电的情况下插拔电池时对铅酸电池进行充电，实现铅酸电池充电过程的热插拔。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种充电电路，包括充电管理电路，还包括复位信号形成模块，以及复位电路；

所述复位信号形成模块用于检测充电电池接入所述充电管理电路的状态，形成复位信号；

所述复位电路串联在所述充电管理电路与输入电压之间，用于接收所述复位信号及控制所述充电管理电路掉电复位。

一种充电方法，包括以下步骤：

A、检测充电电池是否以热插拔方式接入充电管理电路，是则执行步骤B；

B、将所述充电管理电路掉电复位后，对所述充电电池进行充电。

本发明的有益效果为：采用本发明的充电电路及支持热插拔的充电方法，由于当检测到充电电池插入充电器后，会自动对充电管理电路进行正确的复位，从而开始新的充电周期，保证了系统在不断电的情况下插拔电池时对铅酸电池进行完整的充电过程，因此，实现了铅酸电池充电过程的热插拔。

附图说明

图1为铅酸电池在充电时的电压和电流变化示意图；

图2为本发明支持热插拔充电电路实施例原理框图；

图3为本发明包括信号形成模块、复位电路及充电管理电路的第一实施例电路示意图；

图4为本发明获取插拔信号示意图；

图5为本发明包括信号形成模块、复位电路及充电管理电路的第二实施例电路示意图；

图6为低电平的复位信号示意图；

图7为本发明支持热插拔的充电方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明：

本发明提出的支持热插拔的充电电路主要用于对铅酸电池的充电。充电电路包括充电管理电路、复位信号形成模块、以及复位电路；复位信号形成模块用于检测充电电池接入充电管理电路的状态，形成复位信号，复位电路串联在充电管理电路与输入电压之间，用于接收复位信号及控制充电管理电路掉电复位。当复位信号形成模块检测到充电电池以热插拔方式接入充电管理电路时，输出复位信号给复位电路，复位电路控制充电管理电路掉电复位。

充电电路的一实施例如图2所示，包括充电管理电路、复位信号形成模块、以及复位电路，并且复位信号形成模块包括电池插拔检测单元，以及信号形成模块。电池插拔检测单元用于对电池的是否插入进行检测，当电池插入时，电池插拔检测单元产生一个插拔电信号，即BC信号；信号形成模块与电池插拔检测单元连接，用于判断插拔信号的有效性，当信号形成模块确认热插拔有效后，给出复位信号，从而使复位电路对充电管理电路进行完整的复位。由于复位信号形成模块包括用于判断插拔信号有效性的信号形成模块，因此可以辨识和排除干扰信号，避免插拔电池时的不稳定状态，以及避免在预定的时间内因充电电池重复插拔导致反复给出复位信号带给复位电路的损害。

在实际应用中，可由电池热插拔时所检测到的光信号、机械信号转换成电路所需的电信号，即，利用机械开关或传感器得到插拔电信号。可以设定电池插入前BC为低电平，电池插入后BC跳变为高电平，或者BC插入前BC为高电平，插入后BC为低电平。电池插拔检测单元的一实施例可以如图4所示，电池插拔检测单元包括串连相接的第二电阻R2及机械开关K1，R2的一端连接一输入电压Vin，开关K1的一端接地，R2与开关K1的接点A为该单元的插拔电信号输出端，与信号形成模块输入端连接。在无电池插入时，机械开关K1处于断开状态，接点A输出为高电平，在电池插入时，利用电池的物理尺寸将开关K1撞击合上，接点A输出为低电平，电池插入瞬间，接点A从高电平到低电平的变化形成了插拔电信号，因此有电池插入时，电池插拔检测单元会输出插拔电信号。

充电管理电路、信号形成模块、以及复位电路可以采用多种具体电路实现。充电管理电路、信号形成模块、以及复位电路的一实施例如图3所示。复位电路包括功率开关管Q1及信号放大管Q2；Q1串联在充电管理电路与输入电压Vin之间，由信号放大管Q2驱动。功率开关管Q1及信号放大管Q2开采用三极管，也可以采用场效应管(MOS管)，在本实施例中功率开关管Q1为MOS管，信号放大管Q2为三极管。Q1栅极连接Q2的集电极，其源极连接输入电压Vin，其漏极与充电管理电路相连。而信号放大管Q2的基极接收信号形成模块输出的复位信号，其发射极接地，信号放大管导通时功率开关管导通。信号形成模块采用CPU实现，CPU的一I/O口连接电池插拔检测单元的输出端，另一I/O口经第一电阻R1连接复位电路的输入端。在无电池或电池正在充电的稳定状态时，CPU给出一个常态高电平的信号，以维持复位电路的信号放大管Q2及功率开关管Q1的导通，这种状态为一种稳定状态；CPU对BC电平跳变的状态进行检测，当CPU检测到BC电平跳变，即检测到插拔电信号后，对插拔电信号进行有效性的判断，当CPU判断电池插入有效后，给出一个复位信号(RESET信号)，该复位信号如图6所示为负脉冲，且复位信号的时长Treset由信号形成模块设置成大于充电管理电路进行掉电复位时间，复位电路接收到复位信号后，将充电管理电路进行掉电复位。充电管理电路在经历掉电并重新上电的处理过程后，进行了正确的复位，从而开始新的充电周期。这相当于充电器在电池插入后的一段时间内是处于未上电状态，在电池插入确认后，方重新上电，保证了系统在不断电的情况下插拔电池时对铅酸电池进行完整的充电过程，因此，实现了铅酸电池充电过程的热插拔，支持最终的铅酸电池浮充状态。

在图3所示的实施例中，CPU对插拔电信号进行有效性的判断包括通过对插拔电信号的延时去抖，剔除干扰信号以及充电电池未插到位的不稳定状态，还包括在预设时间内对多次插拔产生多个插拔信号的判断和处理。例如所述预设时间为10S，在10S中内CPU对检测到的第一个插拔电信号首先利用延时去抖动的方式被确认为是有效热插拔，则立即给出复位信号；而对10S中内反复检测到的第2、3个...插拔电信号虽然利用延时去抖方式被确认为是有效插拔，却并不认定插拔电信号为有效信号，不立即给出复位信号，而是在预设时间10S结束时给出复位信号。这样可以避免在预定的最小周期内因充电电池重复插拔导致反复给出复位信号带给复位电路功率开关管Q1的损害。

信号形成模块还可以采用一RC滤波电路及一单稳态触发器实现，如图5所示，由R3和C3组成RC滤波电路，RC滤波电路与单稳态触发器串联，所述RC滤波电路的输入端连接电池插拔检测单元的输出端，RC滤波电路用于对插拔电信号延时去抖，单稳态触发器输出满足时长要求的复位信号。由RC滤波电路和单稳态触发器组成的信号形成模块，其优点是电路简单，容易实现。

本发明还包括一种支持热插拔的充电方法，其基本方法为：检测充电电池是否以热插拔方式接入充电管理电路，是，则对所述充电管理电路进行掉电复位后，再开始对所述充电电池进行充电。

具体流程如图7所示，包括如下步骤：

S1、检测充电电池是否插入，是则执行步骤S2；

S2、产生插拔信号；

S3、对插拔信号进行延时去抖；

S4、设置复位电路安全工作的最小周期为预设时间，例如10S。依据插拔信号判断充电电池是否为所述预设时间内的第一次插入，是则给出复位信号，否则执行步骤S5；

S5、在所述预设时间内有多个插拔信号时，则延时所述预设时间，在所述预设时间结束时给出复位信号。例如，在预设时间10S内，CPU再次检测到电池热插拔信号时候，并且热插拔有效的情况下，并不立即给出复位信号，而是等待一个预设时间10s后再给出复位信号。如果CPU在短时间内反复检测到有效的热插拔信号，且时间间隔小于预设时间10s，则只对最后一个插拔信号输出RESET信号。

S6、复位电路接收到所述复位信号后，将所述充电管理电路进行掉电复位，之后再对所述充电电池进行充电。

以上流程中还可以包括判断所述充电电池是否为铅酸电池的步骤，该步骤判断结果若为是且其他对有效性判断的结果也为是则给出复位信号。例如在步骤S3和S4之间加入对充电电池是否为铅酸电池的判断步骤，该步骤判断结果若为是且充电电池为预设时间内的第一次插入，则给出复位信号。

采用本发明的充电电路及支持热插拔的充电方法，由于当检测到充电电池插入充电器后，会自动对充电管理电路进行正确的复位，从而开始新的充电周期，因此，可以使系统在不断电的情况下插拔电池时对铅酸电池进行充电，实现了铅酸电池充电过程的热插拔。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以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，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种充电电路，包括充电管理电路，其特征在于：还包括复位信号形成模块，以及复位电路；

所述复位信号形成模块用于检测充电电池接入所述充电管理电路的状态，形成复位信号；所述复位信号形成模块包括电池插拔检测单元，以及信号形成模块；所述电池插拔检测单元用于在电池插入时产生插拔电信号，所述信号形成模块与所述电池插拔检测单元连接，用于对所述插拔电信号的有效性进行判断，给出所述复位信号；

所述复位电路串联在所述充电管理电路与输入电压之间，用于接收所述复位信号及控制所述充电管理电路掉电复位。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述复位电路包括功率开关管及信号放大管；所述功率开关管串联在所述充电管理电路与输入电压之间，由所述信号放大管驱动；所述信号放大管的基极接收所述复位信号，其发射极接地，其集电极连接所述功率开关管，所述信号放大管导通时所述功率开关管导通。

3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于：所述功率开关管为MOS管，其栅极连接所述信号放大管的集电极，其源极连接输入电压，其漏极与所述充电管理电路相连。

4.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述电池插拔检测单元包括串接的第二电阻及机械开关，所述第二电阻的一端连接输入电压，所述机械开关的一端接地，所述第二电阻与机械开关的接点与所述信号形成模块输入端连接。

5.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述信号形成模块包括CPU，所述CPU包括第一I/O口与第二I/O口；所述充电电路还包括第一电阻，所述第一I/O口连接所述电池插拔检测单元的输出端，所述第二I/O口经所述第一电阻连接所述复位电路的输入端。

6.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述信号形成模块包括一RC滤波电路及一单稳态触发器，二者串联；所述RC滤波电路的输入端连接所述电池插拔检测单元的输出端，所述单稳态触发器输出所述复位信号。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的充电电路，其特征在于：所述复位信号的时长大于所述充电管理电路进行掉电复位的时间。

8.一种充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、检测充电电池是否以热插拔方式接入充电管理电路，是则执行步骤B；所述步骤A包括如下步骤：A1、检测充电电池是否插入，是则产生插拔信号；A2、对插拔信号的有效性进行判断，给出复位信号；

B、将所述充电管理电路掉电复位后，对所述充电电池进行充电。

9.根据权利要求8所述的充电方法，其特征在于：所述步骤A2包括如下处理：

A21、对所述插拔信号进行延时去抖；

A22、依据插拔信号判断所述充电电池是否为预设时间内的第一次插入，是则给出复位信号，否则执行步骤A23；

A23、在所述预设时间内还有插拔信号时，则在所述预设时间结束时给出复位信号。

10.根据权利要求8或9所述的充电方法，其特征在于：所述步骤B包括如下处理：复位电路接收到所述复位信号后，将充电管理电路进行掉电复位。

11.根据权利要求10所述的充电方法，其特征在于：所述步骤A2中还包括判断所述充电电池是否为铅酸电池的步骤，该步骤判断结果若为是而且其他对有效性判断的结果也为是则给出复位信号。

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