基于晶闸管稳压电路的低通滤波式锂离子电池用充电电源

本发明涉及电子领域，具体的说，是一种基于晶闸管稳压电路的低通滤波 式锂离子电池用充电电源。

目前，锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于手机、摄录像机、笔记 本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。 然而，现有的锂离子电池用充电电源存在输出电压和电流不稳定，从而导致锂 离子电池过充，缩短了锂离子电池的使用寿命。同时，现有的锂离子电池用充 电电源还存在输出功率低的问题，从而导致锂离子电池充电时间过长。

因此，提供一种既能输出稳定的电压和电流，又能提高输出功率的锂离子 电池用充电电源便是当务之急。

本发明的目的在于克服现有技术中的锂离子电池用充电电源存在输出电压 和电流不稳定，以及输出功率低的缺陷，提供的一种基于晶闸管稳压电路的低 通滤波式锂离子电池用充电电源。

本发明通过以下技术方案来实现：基于晶闸管稳压电路的低通滤波式锂离 子电池用充电电源，主要由控制芯片U2，二极管整流器U1，变压器T，串接在 二极管整流器U1的两个输入端之间的热敏电阻RT，正极与二极管整流器U1 的负极输出端相连接、负极与二极管整流器U1的正极输出端相连接的极性电容 C1，一端与极性电容C1的负极相连接、另一端接地的电阻R1，与二极管整流 器U1的正极输出端相连接的低通滤波电路，串接在低通滤波电路与控制芯片 U2的VDD管脚之间的增益同相放大电路，串接在控制芯片U2与变压器T原 边之间的晶闸管稳压电路，分别与变压器T副边电感线圈L4的同名端和控制芯 片U2相连接的功率调整电路，与功率调整电路相连接的启动电流监测电路，以 及串接在功率调整电路与控制芯片U2之间的脉冲限流电路组成；所述低通滤波 电路分别与变压器T原边电感线圈L2的同名端和晶闸管稳压电路相连接；所述 变压器T原边电感线圈L2的非同名端和其副边电感线圈L4的非同名端均接地； 所述控制芯片U2的GND管脚接地。

所述启动电流监测电路由放大器P4，放大器P5，场效应管MOS2，正极 与放大器P4的正极输入端相连接、负极经电阻R34后接地的极性电容C18，P 极经电阻R35后与放大器P4的正极输入端相连接、N极经电阻R37后与场效应 管MOS2的源极相连接的二极管D12，负极经电阻R36后与放大器P4的负极输 入端相连接、正极顺次经电阻R38和电感L5后与放大器P4的输出端相连接的 极性电容C19，P极与放大器P4的输出端相连接、N极与场效应管MOS2的栅 极相连接的二极管D13，正极经可调电阻R39后与放大器P5的输出端相连接、 负极与放大器P5的正极输入端相连接的极性电容C20，以及正极顺次经电阻R41 和电阻R40后与放大器P5的输出端相连接、负极与放大器P5的负极输入端相 连接后接地的极性电容C21组成；所述场效应管MOS2的源极与放大器P4的输 出端相连接，其场效应管MOS2的漏极与放大器P5的正极输入端相连接；所述 极性电容C19的负极接地；所述极性电容C18的负极作为启动电流监测电路的 输入端并与功率调整电路相连接；所述放大器P5的输出端作为启动电流监测电 路的输出端。

所述增益同相放大电路由放大器P3，三极管VT4，三极管VT5，一端与 放大器P3的正极输入端相连接、另一端作为增益同相放大电路的输入端并与低 通滤波电路相连接的电阻R25，正极顺次经电阻R29和电阻R26后与放大器P3 的正极输入端相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的极性电容C15，正极 与放大器P3的负极输入端相连接、负极经电阻R28后接地的极性电容C14，P 极与三极管VT4的基极相连接、N极经电阻R27后与放大器P3的负极输入端 相连接的二极管D9，正极与三极管VT4的发射极相连接、负极经电阻R30后 与极性电容C15的正极相连接的极性电容C16，一端与极性电容C16的负极相 连接、另一端与三极管VT5的基极相连接的可调电阻R31，P极与极性电容C15 的正极相连接、N极经极性电容C17后与三极管VT5的发射极相连接的稳压二 极管D10，P极经电阻R33后与三极管VT5的集电极相连接、N极与三极管VT4 的集电极相连接后接地的二极管D11，以及一端与二极管D11的P极相连接、 另一端与三极管VT4的集电极相连接的电阻R32组成；所述放大器P3的输出 端与二极管D9的P极相连接；所述稳压二极管D10的N极作为增益同相放大 电路的输出端并与控制芯片U2的VDD管脚相连接。

所述脉冲限流电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT3，正极经电阻R15 后与放大器P1的正极输入端相连接、负极作为脉冲限流电路的输入端并与控制 芯片U2的FB管脚相连接的极性电容C9，正极经电阻R16后与放大器P1的负 极输入端相连接、负极接地的极性电容C10，负极与放大器P2的正极输入端相 连接、正极经电阻R18后与放大器P1的输出端相连接的极性电容C11，P极经 电阻R17后与极性电容C10的正极相连接、N极经电阻R19后与极性电容C11 的正极相连接的二极管D6，负极经电阻R24后与三极管VT3的基极相连接、 正极经电阻R20后与二极管D6的N极相连接后接地的极性电容C13，正极与 放大器P2的负极输入端相连接、负极接地的极性电容C12，N极与放大器P2 的输出端相连接、P极经电阻R22后与三极管VT3的发射极相连接的二极管D7， 以及N极经可调电阻R21后与放大器P2的输出端相连接、P极经电阻R23后 与三极管VT3的发射极相连接的二极管D8组成；所述极性电容C12的正极与 可调电阻R21的可调端相连接；所述三极管VT3的集电极接地，其发射极作为 脉冲限流电路的输出端并与功率调整电路相连接。

所述低通滤波电路由正极经电阻R2后与二极管整流器U1的正极输出端相 连接、负极接地的极性电容C2，正极与二极管整流器U1的正极输出端相连接、 负极经电感L1后与极性电容C2的正极相连接的极性电容C3，P极经电阻R3 后与极性电容C3的正极相连接、N极顺次经电阻R9和电阻R25后与放大器P3 的正极输入端相连接的稳压二极管D2，以及正极与稳压二极管D2的N极相连 接、负极经电阻R5后与变压器T原边电感线圈L2的同名端相连接的极性电容 C6组成；所述极性电容C3的负极与稳压二极管D2的P极相连接后接地；所述 极性电容C3的正极与晶闸管稳压电路相连接。

所述晶闸管稳压电路由场效应管MOS1，一端与控制芯片U2的Q管脚相 连接、另一端与场效应管MOS1的栅极相连接的电阻R8，正极与场效应管MOS1 的漏极相连接、负极接地的极性电容C7，N极与极性电容C7的负极相连接、P 极经电阻R10后与控制芯片U2的SC管脚相连接的二极管D4，N极与场效应 管MOS1的源极相连接、P极经电阻R4后与变压器T原边电感线圈L3的非同 名端相连接的二极管D3，以及正极与极性电容C3的正极相连接、负极与二极 管D3的P极相连接的极性电容C4组成；所述极性电容C4的负极与变压器T 原边电感线圈L3的同名端相连接。

所述功率调整电路由三极管VT1，三极管VT2，负极与三极管VT1的集 电极相连接、正极电阻R11后与控制芯片U2的RI管脚相连接的极性电容C8， 一端与三极管VT1的基极相连接、另一端与三极管VT3的发射极相连接的电阻 R12，N极经电阻R7后与三极管VT2的基极相连接、P极顺次经电阻R14后与 电阻R13后与三极管VT1的发射极相连接的二极管D5，一端与三极管VT2的 集电极相连接、另一端接地的电阻R6，以及P极与变压器T副边电感线圈L4 的同名端相连接、N极经极性电容C5后与三极管VT2的发射极相连接的稳压 二极管D1组成；所述三极管VT1的集电极接地；所述三极管VT2的发射极与 极性电容C18的负极相连接；所述稳压二极管D1的N极作为功率调整电路的 输出端。

为了本发明的实际使用效果，所述控制芯片U2则优先采用PT4304集成芯 片来实现。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明能为锂离子电池提供充电时所需的4.2V基准电压；同时，本 发明能对锂离子电池进行恒流充电至4.2V转入恒压充电，从而本发明能为锂离 子电池提供稳定的充电电压和电流，有效的防止锂离子电池出现过充。

(2)本发明能对锂离子电池的瞬态电压降能情况对输出的电压、电流进行 调整，即本发明能根据锂离子电池的瞬态电压降能情况输出相应的电压、电流， 从而确保本发明能对锂离子电池提供稳定而准确的电压和电流，有效的防止锂 离子电池出现过充。

(3)本发明能对高电流提供低阻通滤波，防止高电流自激，使电流保持平 稳，从而确保本发明的电压和电流输出的稳定性。

(4)本发明能对脉冲电流的波动进行限制，使本发明的输出电压在工作条 件变化时保持恒定，从而提高了本发明输出电流的稳定性。

(5)本发明能将输出电流提高到锂离子电池容量的1.6倍，从而提高了本 发明的输出功率，使锂离子电池的充电时间比现有的充电电源为锂离子电池充 电的时间缩短了1小时左右。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的脉冲限流电路的电路结构示意图。

图3为本发明的增益同相放大电路的电路结构示意图。

图4为本发明的启动电流监测电路的电路结构示意图。

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施 方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由控制芯片U2，二极管整流器U1，变压器T， 热敏电阻RT，极性电容C1，电阻R1，启动电流监测电路，增益同相放大电路， 脉冲限流电路，低通滤波电路，晶闸管稳压电路，以及功率调整电路组成。

连接时，热敏电阻RT串接在二极管整流器U1的两个输入端之间。极性 电容C1的正极与二极管整流器U1的负极输出端相连接、其负极与二极管整流 器U1的正极输出端相连接。电阻R1的一端与极性电容C1的负极相连接、其 另一端接地。启动电流监测电路与功率调整电路相连接。脉冲限流电路串接在 功率调整电路与控制芯片U2之间。低通滤波电路与二极管整流器U1的正极输 出端相连接。增益同相放大电路串接在低通滤波电路与控制芯片U2的VDD管 脚之间。晶闸管稳压电路串接在控制芯片U2与变压器T原边之间。功率调整电 路分别与变压器T副边电感线圈L4的同名端和控制芯片U2相连接。

所述低通滤波电路分别与变压器T原边电感线圈L2的同名端和晶闸管稳 压电路相连接；所述变压器T原边电感线圈L2的非同名端和其副边电感线圈 L4的非同名端均接地；所述控制芯片U2的GND管脚接地；所述二极管整流 器U1的输入端与外部电源相连接。

进一步地，所述低通滤波电路由电阻R2，电阻R3，电阻R5，电阻R9， 极性电容C2，极性电容C3，极性电容C6，电感L1，以及稳压二极管D2组成。

连接时，极性电容C2的正极经电阻R2后与二极管整流器U1的正极输出 端相连接、其负极接地。极性电容C3的正极与二极管整流器U1的正极输出端 相连接、其负极经电感L1后与极性电容C2的正极相连接。稳压二极管D2的P 极经电阻R3后与极性电容C3的正极相连接、其N极顺次经电阻R9和电阻R25 后与放大器P3的正极输入端相连接。极性电容C6的正极与稳压二极管D2的N 极相连接、其负极经电阻R5后与变压器T原边电感线圈L2的同名端相连接。 所述极性电容C3的负极与稳压二极管D2的P极相连接后接地；所述极性电容 C3的正极与晶闸管稳压电路相连接。

其中，所述晶闸管稳压电路由场效应管MOS1，电阻R4，电阻R8，电阻 R10，极性电容C4，极性电容C7，二极管D3，以及二极管D4组成。

连接时，电阻R8的一端与控制芯片U2的Q管脚相连接、其另一端与场 效应管MOS1的栅极相连接。极性电容C7的正极与场效应管MOS1的漏极相 连接、其负极接地。二极管D4的N极与极性电容C7的负极相连接、其P极经 电阻R10后与控制芯片U2的SC管脚相连接。二极管D3的N极与场效应管 MOS1的源极相连接、其P极经电阻R4后与变压器T原边电感线圈L3的非同 名端相连接。极性电容C4的正极与极性电容C3的正极相连接、其负极与二极 管D3的P极相连接。所述极性电容C4的负极与变压器T原边电感线圈L3的 同名端相连接。

更进一步地，所述功率调整电路由三极管VT1，三极管VT2，电阻R6， 电阻R7，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，极性电容C5，极性电容 C8，稳压二极管D1，以及二极管D5组成。

连接时，极性电容C8的负极与三极管VT1的集电极相连接、其正极电阻 R11后与控制芯片U2的RI管脚相连接。电阻R12的一端与三极管VT1的基极 相连接、其另一端与三极管VT3的发射极相连接。二极管D5的N极经电阻R7 后与三极管VT2的基极相连接、其P极顺次经电阻R14后与电阻R13后与三极 管VT1的发射极相连接。

同时，电阻R6的一端与三极管VT2的集电极相连接、其另一端接地。稳 压二极管D1的N极与极性电容C5的正极相连接，所述极性电容C5的负极与 三极管VT2的发射极相连接，所述稳压二极管D1的P极与变压器T副边电感 线圈L4的同名端相连接。所述三极管VT1的集电极接地；所述三极管VT2的 发射极与极性电容C18的负极相连接；所述稳压二极管D1的N极作为功率调 整电路的输出端。

如图2所示，所述脉冲限流电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT3，电 阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电 阻R22，电阻R23，电阻R24，极性电容C9，极性电容C10，极性电容C11， 极性电容C12，极性电容C13，二极管D6，二极管D7，以及二极管D8组成。

连接时，极性电容C9的正极经电阻R15后与放大器P1的正极输入端相连 接、其负极作为脉冲限流电路的输入端并与控制芯片U2的FB管脚相连接。极 性电容C10的正极经电阻R16后与放大器P1的负极输入端相连接、其负极接地。 极性电容C11的负极与放大器P2的正极输入端相连接、其正极经电阻R18后与 放大器P1的输出端相连接。二极管D6的P极经电阻R17后与极性电容C10的 正极相连接、其N极经电阻R19后与极性电容C11的正极相连接。

其中，极性电容C13的负极经电阻R24后与三极管VT3的基极相连接、其 正极经电阻R20后与二极管D6的N极相连接后接地。极性电容C12的正极与 放大器P2的负极输入端相连接、其负极接地。二极管D7的N极与放大器P2 的输出端相连接、其P极经电阻R22后与三极管VT3的发射极相连接。二极管 D8的N极经可调电阻R21后与放大器P2的输出端相连接、其P极经电阻R23 后与三极管VT3的发射极相连接。

所述极性电容C12的正极与可调电阻R21的可调端相连接；所述三极管VT3 的集电极接地，其发射极作为脉冲限流电路的输出端并与功率调整电路相连接。

如图3所示，所述增益同相放大电路由放大器P3，三极管VT4，三极管VT5， 电阻R25，电阻R26，电阻R27，电阻R28，电阻R29，电阻R30，可调电阻 R31，电阻R32，电阻R33，极性电容C14，极性电容C15，极性电容C16，极 性电容C17，二极管D9，稳压二极管D10，以及二极管D11组成。

连接时，电阻R25的一端与放大器P3的正极输入端相连接、其另一端作为 增益同相放大电路的输入端并与低通滤波电路相连接。极性电容C15的正极顺 次经电阻R29和电阻R26后与放大器P3的正极输入端相连接、其负极与放大器 P3的输出端相连接。极性电容C14的正极与放大器P3的负极输入端相连接、 其负极经电阻R28后接地。

其中，二极管D9的P极与三极管VT4的基极相连接、其N极经电阻R27 后与放大器P3的负极输入端相连接。极性电容C16的正极与三极管VT4的发 射极相连接、其负极经电阻R30后与极性电容C15的正极相连接。可调电阻R31 的一端与极性电容C16的负极相连接、其另一端与三极管VT5的基极相连接。 稳压二极管D10的P极与极性电容C15的正极相连接、其N极经极性电容C17 后与三极管VT5的发射极相连接。

同时，二极管D11的P极经电阻R33后与三极管VT5的集电极相连接、其 N极与三极管VT4的集电极相连接后接地。电阻R32的一端与二极管D11的P 极相连接、其另一端与三极管VT4的集电极相连接。所述放大器P3的输出端与 二极管D9的P极相连接；所述稳压二极管D10的N极作为增益同相放大电路 的输出端并与控制芯片U2的VDD管脚相连接。

如图4所示，所述启动电流监测电路由放大器P4，放大器P5，场效应管 MOS2，电阻R34，电阻R35，电阻R36，电阻R37，电阻R38，可调电阻R39， 电阻R40，电阻R41，极性电容C18，极性电容C19，极性电容C20，电感L5， 极性电容C21，二极管D12，以及二极管D13组成。

连接时，极性电容C18的正极与放大器P4的正极输入端相连接、其负极 经电阻R34后接地。二极管D12的P极经电阻R35后与放大器P4的正极输入 端相连接、其N极经电阻R37后与场效应管MOS2的源极相连接。极性电容 C19的负极经电阻R36后与放大器P4的负极输入端相连接、其正极顺次经电阻 R38和电感L5后与放大器P4的输出端相连接。

同时，二极管D13的P极与放大器P4的输出端相连接、其N极与场效应 管MOS2的栅极相连接。极性电容C20的正极经可调电阻R39后与放大器P5 的输出端相连接、其负极与放大器P5的正极输入端相连接。极性电容C21的正 极顺次经电阻R41和电阻R40后与放大器P5的输出端相连接、其负极与放大器 P5的负极输入端相连接后接地。

所述场效应管MOS2的源极与放大器P4的输出端相连接，其场效应管 MOS2的漏极与放大器P5的正极输入端相连接；所述极性电容C19的负极接地； 所述极性电容C18的负极作为启动电流监测电路的输入端并与功率调整电路相 连接；所述放大器P5的输出端作为启动电流监测电路的输出端并与功率调整电 路的输出端共同形成本发明的输出端。

运行时，本发明能为锂离子电池提供充电时所需的4.2V基准电压；同时， 本发明能对锂离子电池进行恒流充电至4.2V转入恒压充电，从而本发明能为锂 离子电池提供稳定的充电电压和电流，有效的防止锂离子电池出现过充。本发 明能对锂离子电池的瞬态电压降能情况对输出的电压和电流进行调整，即本发 明能根据锂离子电池的瞬态电压降能情况输出相应的电压和电流，从而确保本 发明能对锂离子电池提供稳定而准确的电压和电流，有效的防止锂离子电池出 现过充。

同时，本发明能对脉冲电流的波动进行限制，使本发明的输出电压在工作 条件变化时保持恒定，从而提高了本发明输出电流的稳定性。本发明能将输出 电流提高到锂离子电池容量的1.6倍，从而提高了本发明的输出功率，使锂离子 电池的充电时间比现有的充电电源为锂离子电池充电的时间缩短了1小时左右。 为了本发明的实际使用效果，所述控制芯片U2则优先采用了稳定性优越的 PT4304集成芯片来实现。

按照上述实施例，即可很好的实现本发明。