CN210201546U - 锂电池的充电电流控制装置和电动牙刷 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了锂电池的充电电流控制装置和电动牙刷，包括：适配器电源输入电路用于输入市电电压，并将市电电压转化为适配器电压；输入电压检测电路用于采集适配器电压；MCU用于将适配器电压与第一预设电压进行比较，如果适配器电压小于第一预设电压，则将适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第一电流，控制充电管理电路将第一电流输出给锂电池，其中，第一电流小于充电电流；如果适配器电压大于或等于第一预设电压，则将适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第二电流，控制充电管理电路将第二电流输出给锂电池，其中，第二电流大于充电电流，可以对充电电流进行自适应调节，兼容不同输出功率的适配器或有多路输出的适配器。

Description

锂电池的充电电流控制装置和电动牙刷

技术领域

本实用新型涉及锂电池充放电控制技术领域，尤其是涉及锂电池的充电电流控制装置和电动牙刷。

背景技术

目前，锂电池根据电池电压在充电时分为三种模式，第一种模式为锂电池电压低于2.9V的涓流充电模式；第二种模式为锂电池电压在2.9V到4.2V之间的恒流充电模式；第三种模式为高于4.2V的恒压充电模式。不同锂电池对应的各种模式电压也不同。由于锂电池的材料或充放电管理芯片的差异性，不限于上述数值的设定，还可以设定为其他数值。

当充电管理芯片在恒流模式下对锂电池进行充电时，由于充电电流在恒流模式下恒定不变，不能自适应调节充电管理芯片，导致充电装置不能适应不同输出功率的适配器或有多路输出的适配器，从而使适配器不能正常工作。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供锂电池的充电电流控制装置和电动牙刷，可以对充电电流进行自适应调节，兼容不同输出功率的适配器或有多路输出的适配器。

第一方面，本实用新型实施例提供了锂电池的充电电流控制装置，所述装置包括适配器电源输入电路、输入电压检测电路、MCU、充电管理电路和锂电池；

所述适配器电源输入电路分别与所述输入电压检测电路和所述充电管理电路相连接，所述输入电压检测电路与所述MCU相连接，所述充电管理电路分别与所述MCU和所述锂电池相连接；

所述适配器电源输入电路，用于输入市电电压，并将所述市电电压转化为适配器电压；

所述输入电压检测电路，用于采集所述适配器电压，并将所述适配器电压发送给所述MCU；

所述MCU，用于将所述适配器电压与第一预设电压进行比较，如果所述适配器电压小于所述第一预设电压，则将所述适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第一电流，控制所述充电管理电路将所述第一电流输出给所述锂电池，其中，所述第一电流小于所述充电电流；如果所述适配器电压大于或等于所述第一预设电压，则将所述适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第二电流，控制所述充电管理电路将所述第二电流输出给所述锂电池，其中，所述第二电流大于所述充电电流。

进一步的，所述MCU包括数模转换器DAC；

所述DAC，用于控制所述充电管理电路的电流输出端输出所述第一电流给所述锂电池；或者，控制所述充电管理电路的电流输出端输出所述第二电流给所述锂电池。

进一步的，还包括电池电压检测电路，分别与所述锂电池和所述MCU相连接，用于采集锂电池电压，并将所述锂电池电压发送给所述MCU。

进一步的，还包括电源转换供电电路；

所述电源转换供电电路，分别与所述MCU、放电管理电路和所述适配器电源输入电路相连接，用于接收所述MCU发送的所述锂电池电压或所述适配器电压，并将所述锂电池电压转换为工作电压，或者将所述适配器电压转换为所述工作电压。

进一步的，还包括放电管理电路，分别与电源转换供电电路和所述锂电池相连接，用于当所述锂电池的放电电压小于第二预设电压时，将所述锂电池的负极与地面断开。

进一步的，所述放电管理电路，还用于当所述锂电池的放电电流大于预设电流时，将所述锂电池的负极与所述地面断开。

进一步的，还包括与所述MCU相连接的显示控制电路，所述显示控制电路包括第一指示灯；

所述第一指示灯，用于当所述充电管理电路对所述锂电池进行充电时，处于闪烁状态；或者当所述充电管理电路对所述锂电池充满时，处于常亮状态。

进一步的，所述显示控制电路还包括第二指示灯；

所述第二指示灯，用于在所述充电电流控制装置处于开机的状态下，处于所述常亮状态，或者在所述充电电流控制装置处于关机的状态下，处于熄灭状态。

进一步的，所述适配器电压为5V。

第二方面，本实用新型实施例提供了电动牙刷，包括如上所述的锂电池的充电电流控制装置。

本实用新型实施例提供了锂电池的充电电流控制装置和电动牙刷，充电电流控制装置包括：适配器电源输入电路、输入电压检测电路、MCU、充电管理电路和锂电池；适配器电源输入电路分别与输入电压检测电路和充电管理电路相连接，输入电压检测电路与MCU相连接，充电管理电路分别与MCU和锂电池相连接；适配器电源输入电路用于输入市电电压，并将市电电压转化为适配器电压；输入电压检测电路用于采集适配器电压，将适配器电压发送给MCU；MCU用于将适配器电压与第一预设电压进行比较，如果适配器电压小于第一预设电压，则将适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第一电流，控制充电管理电路将第一电流输出给锂电池，其中，第一电流小于充电电流；如果适配器电压大于或等于第一预设电压，则将适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第二电流，控制充电管理电路将第二电流输出给锂电池，其中，第二电流大于充电电流，可以对充电电流进行自适应调节，兼容不同输出功率的适配器或有多路输出的适配器。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的锂电池的充电电流控制装置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的适配器电源输入电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的输入电压检测电路结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的放电管理电路结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的电源转换供电电路结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的充电管理电路结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的电池电压检测电路结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的显示控制电路结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的MCU结构示意图。

图标：

1-适配器电源输入电路；2-输入电压检测电路；3-MCU；4-充电管理电路；5-锂电池；6-电池电压检测电路；7-电源转换供电电路；8-放电管理电路；9-显示控制电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，锂电池根据电池电压在充电时分为三种模式，第一种模式为锂电池电压低于2.9V的涓流充电模式；第二种模式为锂电池电压在2.9V到4.2V之间的恒流充电模式；第三种模式为高于4.2V的恒压充电模式。不同锂电池对应的各种模式电压也不同。由于锂电池的材料或充放电管理芯片的差异性，不限于上述数值的设定，还可以设定为其他数值。

当充电管理芯片在恒流模式下对锂电池进行充电时，由于充电电流在恒流模式下恒定不变，不能自适应调节充电管理芯片，导致充电装置不能适应不同输出功率的适配器或有多路输出的适配器，从而使适配器不能正常工作。

针对有多路输出的适配器，当有多路USB充电输出排插与多路USB充电输出墙面插座在不同场合的使用情况具体如下：当适配器输出参数为5V/0.5A，接入充电电流控制装置的充电参数为5V/1A(充电电流不能自适应调节)，如果将充电电流控制装置接入此适配器，会导致适配器不能正常工作，甚至断电；当使用3路USB输出的适配器时，适配器的输出电参数为5V/2.4A，由于分别接入了1个5V/1A的充电电流控制装置与1个5V/1A的充电电流控制装置(两个充电电流控制装置的充电电流不能自适应调节)，此时适配器处于正常输出状态；当适配器接入第3个5V/1A的充电电流控制装置时，导致前两个充电电流控制装置不能正常工作，并且影响前两个充电电流控制装置的工作。

如果接入的充电电流控制装置中的充电电流可以自适应调节，则不会影响适配器的正常工作，同时不同的充电电流控制装置之间也不会相互影响。

为便于对本实施例进行理解，下面对本实用新型实施例进行详细介绍。

图1为本实用新型实施例提供的锂电池的充电电流控制装置示意图。

参照图1，该装置包括适配器电源输入电路1、输入电压检测电路2、MCU3、充电管理电路4和锂电池5；

适配器电源输入电路1分别与输入电压检测电路2和充电管理电路4相连接，输入电压检测电路2与MCU3相连接，充电管理电路4分别与MCU3和锂电池5相连接；

适配器电源输入电路1用于输入市电电压，并将市电电压转化为适配器电压；

这里，参照图2，适配器电源输入电路的输入端输入市电电压，并将市电电压进行转化后，输出得到适配器电压，其中，市电电压为220V，适配器电压为5V。

输入电压检测电路2用于采集适配器电压，并将适配器电压发送给MCU3；

具体地，参照图3，输入电压检测电路用于采集适配器电压。

MCU3用于将适配器电压与第一预设电压进行比较，如果适配器电压小于第一预设电压，则将适配器电源输入电路1产生的充电电流调节为第一电流，控制充电管理电路4将第一电流输出给锂电池5，其中，第一电流小于充电电流；如果适配器电压大于或等于第一预设电压，则将适配器电源输入电路1产生的充电电流调节为第二电流，控制充电管理电路4将第二电流输出给锂电池5，其中，第二电流大于充电电流。

本实施例中，适配器电源输入电路1将采集的市电电压转换为适配器电压后，输入电压检测电路2采集适配器电压，MCU3将适配器电压与第一预设电压进行比较，如果适配器电压小于第一预设电压，说明适配器电压变小，则需要降低充电电流，将适配器电源输入电路1产生的充电电流调节为第一电流，并控制充电管理电路4将第一电流输出给锂电池5，防止适配器过载保护或适配器电压下降超出一定范围后，导致充电电流控制装置工作异常；如果适配器电压大于或等于第一预设电压，则说明适配器电压恢复正常，此时，需要提高充电电流，将适配器电源输入电路1产生的充电电流调节为第二电流，从而使充电电流控制装置正常工作，确保工作效率最大化。

第一电流和第二电流的获取是通过PID(Proportion Integral Differential)算法得到，具体包括以下步骤：

步骤S1，获取控制参数，控制参数包括比例调节系数P、积分调节系数I、微分调节系数D、初始电压值U(0)，第一预设电压r(n)；

步骤S2，获取当前n时刻的适配器电压u(n)，其中，n大于或等于2；

步骤S3，根据当前n时刻的适配器电压u(n)和第一预设电压r(n)，得到偏差电压e(n)；具体参照公式(1)：

e(n)＝r(n)-u(n) (1)

步骤S4，根据n-1时刻的偏差电压e(n-1)、n-2时刻的偏差电压e(n-2)、当前n时刻的偏差电压e(n)、比例调节系数P、积分调节系数I、微分调节系数D和初始电压值U(0)，得到允许输出的电流，即第一电流或第二电流。具体参照公式(2)

P(n)＝P*e(n)-I*2*e(n-1)+D*e(n-2)+U(0) (2)

根据公式(2)得到当前n时刻允许输出的电流，并根据当前n时刻允许输出的电流得到电压，将该电压作为n+1时刻的初始电压值U(0)，并且e(n-2)＝e(n-1)，e(n-1)＝e(n)，从而对MCU中的DAC模块中的数值进行时间更新，达到自适应线性调节充电电流的目的。其中，每个时刻采集的时间间隔是相同的。

进一步的，MCU3包括DAC(Digital to Analog Converter，数模转换器)；

DAC用于控制充电管理电路4的电流输出端输出第一电流给锂电池5；或者，控制充电管理电路4的电流输出端输出第二电流给锂电池5。

具体地，参照图6，充电管理电路包括芯片U2，DAC控制芯片U2的第三引脚BAT输出第一电流或第二电流给锂电池。其中，充电管理电路是通过芯片U2对锂电池进行控制与保护的，结合芯片U2的PROG引脚控制此引脚允许输出的电流，来实现对锂电池充电电流进行调节。流过芯片U2的PROG引脚的电流大，则对应充进锂电池的充电电流也大，反之小。

芯片U2的BAT引脚与锂电池的正极相连接。芯片U2的CHRG引脚在充电中输出低电平，即逻辑电平为0；充满或不充电输出呈现高阻状态，外部端口被R6上拉到系统工作电压3.3V，即输出逻辑电平0。芯片U2的VCC引脚与适配器电压相连接。

进一步的，还包括电池电压检测电路6，分别与锂电池5和MCU3相连接，用于采集锂电池电压，并将锂电池电压发送给MCU3。

具体地，参照图7，电池电压检测电路在采集到锂电池电压后，将锂电池电压发送给MCU。电池电压检测电路的输出引脚AD_V1与MCU的引脚AD_V1相连接，其中，MCU的引脚AD_V1在图9中未示出。

进一步的，还包括电源转换供电电路7；

电源转换供电电路7，分别与MCU3、放电管理电路8和适配器电源输入电路1相连接，用于接收MCU3发送的锂电池电压或适配器电压，并将锂电池电压转换为工作电压，或者将适配器电压转换为工作电压。

具体地，在接入适配器时，电源转换供电电路7将锂电池电压或适配器电压转换为工作电压后，给整个充电电流控制装置供电，同时输入电压检测电路2实时监测适配器电压，MCU3中的DAC模块控制充电管理电路4的PROG引脚输出允许输出的电流，从而对充电电流进行自适应调节，兼容不同输出功率的适配器或有多路输出的适配器。电源转换供电电路7的电路结构图参照图5。

进一步的，还包括放电管理电路8，分别与电源转换供电电路7和锂电池5相连接，用于当锂电池5的放电电压小于第二预设电压时，将锂电池的负极与地面断开。放电管理电路8的结构示意图参照图4。

进一步的，放电管理电路8，还用于当锂电池5的放电电流大于预设电流时，将锂电池5的负极与地面断开。

具体地，当锂电池5的放电电压小于第二预设电压时，即锂电池5过放，放电管理电路8将锂电池5的负极与地面断开，对锂电池5进行过压保护。当锂电池5的放电电流大于预设电流时，即锂电池5过流，放电管理电路8将锂电池5的负极与地面断开，对锂电池5进行过流保护。

进一步的，参照图8，还包括与MCU3相连接的显示控制电路9，显示控制电路9包括第一指示灯；

第一指示灯，用于当充电管理电路4对锂电池5进行充电时，处于闪烁状态；或者当充电管理电路4对锂电池5充满时，处于常亮状态。

进一步的，显示控制电路9还包括第二指示灯；

第二指示灯，用于在充电电流控制装置处于开机的状态下，处于常亮状态，或者在充电电流控制装置处于关机的状态下，处于熄灭状态。

具体地，参照图9，MCU的引脚1(Current)和引脚3(Charge)与充电管理电路的输出引脚Current和Charge相连接，MCU的引脚2(AD_V1)与适配器电源输入电路的输出引脚AD_V1相连接，MCU的引脚7(LED1)和引脚6(LED1)与显示控制电路相连接。另外，适配器电源输入电路的输出引脚VOUT、输入电压检测电路的输出引脚VOUT和电源转换供电电路的输出引脚VOUT相连接。

一种电动牙刷，包括如上所述的锂电池的充电电流控制装置。

本实用新型实施例提供了锂电池的充电电流控制装置和电动牙刷，充电电流控制装置包括：适配器电源输入电路、输入电压检测电路、MCU、充电管理电路和锂电池；适配器电源输入电路分别与输入电压检测电路和充电管理电路相连接，输入电压检测电路与MCU相连接，充电管理电路分别与MCU和锂电池相连接；适配器电源输入电路用于输入市电电压，并将市电电压转化为适配器电压；输入电压检测电路用于采集适配器电压，并将适配器电压发送给MCU；MCU用于将适配器电压与第一预设电压进行比较，如果适配器电压小于第一预设电压，则将适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第一电流，控制充电管理电路将第一电流输出给锂电池，其中，第一电流小于充电电流；如果适配器电压大于或等于第一预设电压，则将适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第二电流，控制充电管理电路将第二电流输出给锂电池，其中，第二电流大于充电电流，可以对充电电流进行自适应调节，兼容不同输出功率的适配器或有多路输出的适配器。

本实用新型实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，所述装置包括适配器电源输入电路、输入电压检测电路、MCU、充电管理电路和锂电池；

所述适配器电源输入电路分别与所述输入电压检测电路和所述充电管理电路相连接，所述输入电压检测电路与所述MCU相连接，所述充电管理电路分别与所述MCU和所述锂电池相连接；

所述适配器电源输入电路，用于输入市电电压，并将所述市电电压转化为适配器电压；

所述输入电压检测电路，用于采集所述适配器电压，并将所述适配器电压发送给所述MCU；

所述MCU，用于将所述适配器电压与第一预设电压进行比较，如果所述适配器电压小于所述第一预设电压，则将所述适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第一电流，控制所述充电管理电路将所述第一电流输出给所述锂电池，其中，所述第一电流小于所述充电电流；如果所述适配器电压大于或等于所述第一预设电压，则将所述适配器电源输入电路产生的充电电流调节为第二电流，控制所述充电管理电路将所述第二电流输出给所述锂电池，其中，所述第二电流大于所述充电电流。

2.根据权利要求1所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，所述MCU包括数模转换器DAC；

所述DAC，用于控制所述充电管理电路的电流输出端输出所述第一电流给所述锂电池；或者，控制所述充电管理电路的电流输出端输出所述第二电流给所述锂电池。

3.根据权利要求1所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，还包括电池电压检测电路，分别与所述锂电池和所述MCU相连接，用于采集锂电池电压，并将所述锂电池电压发送给所述MCU。

4.根据权利要求3所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，还包括电源转换供电电路；

所述电源转换供电电路，分别与所述MCU、放电管理电路和所述适配器电源输入电路相连接，用于接收所述MCU发送的所述锂电池电压或所述适配器电压，并将所述锂电池电压转换为工作电压，或者将所述适配器电压转换为所述工作电压。

5.根据权利要求1所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，还包括放电管理电路，分别与电源转换供电电路和所述锂电池相连接，用于当所述锂电池的放电电压小于第二预设电压时，将所述锂电池的负极与地面断开。

6.根据权利要求5所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，所述放电管理电路，还用于当所述锂电池的放电电流大于预设电流时，将所述锂电池的负极与所述地面断开。

7.根据权利要求1所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，还包括与所述MCU相连接的显示控制电路，所述显示控制电路包括第一指示灯；

所述第一指示灯，用于当所述充电管理电路对所述锂电池进行充电时，处于闪烁状态；或者当所述充电管理电路对所述锂电池充满时，处于常亮状态。

8.根据权利要求7所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，所述显示控制电路还包括第二指示灯；

所述第二指示灯，用于在所述充电电流控制装置处于开机的状态下，处于所述常亮状态，或者在所述充电电流控制装置处于关机的状态下，处于熄灭状态。

9.根据权利要求1所述的锂电池的充电电流控制装置，其特征在于，所述适配器电压为5V。

10.一种电动牙刷，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的锂电池的充电电流控制装置。

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