一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器

摘要

本发明公开了一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，其特征在于：所述的变换器包括直流稳压电源通过双向DC/DC变换单元连接到锂电池组；控制电路作用在双向DC/DC变换单元上，辅助电路连接控制电路。由于采用上述的结构，本发明避免了能量浪费，大大提高了锂电池化成过程中的能量利用效率；具有过充保护功能，实现对电池恒流充电和能量的双向流动。

权利要求

1.一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，其特征在于：所述的包括直流稳压电源(2)通过双向DC/DC变换单元(1)连接到锂电池组(3)；控制电路(4)作用在双向DC/DC变换单元(1)上，辅助电路(5)连接控制电路(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，其特征在于：所述的直流稳压电源(2)与负载电路并联接在双向DC/DC变换单元(1)的正输入端和负输入端之间，锂电池组(3)接双向DC/DC变换单元(1)的正输入端和负输入端之间，控制电路(4)与双向DC/DC变换单元(1)中的半桥驱动电路相连，辅助电源(5)的输入端与直流稳压电源(2)相连，其输出端与控制电路(4)中的控制芯片和双向DC/DC变换单元(1)中的控制芯片相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，其特征在于：所述的双向DC/DC变换单元(1)包括开关管Q2和开关管Q5构成半桥电路，交替导通实现电压的升降；第三电阻R3和第八电阻R8均为金属膜电阻；三极管Q1、Q4和三极管Q3、Q6分别通过电阻R2和电阻R6为开关管Q2、Q5提供导通电压；半桥驱动芯片U1输出互补的PWM波到三极管Q1、Q4、Q3、Q6的基极，作为导通信号；二极管D1连接电容C6构成自举电路；电阻R1连接电阻R4构成输入电压采样电路，电阻R5连接电阻R7采用金属膜电阻，第五电容C6构成输出电压采样电路；电阻R9与电阻R10构成输出电流采样电路。

4.根据权利要求1所述的一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，其特征在于：所述的控制电路(4)的主控芯片选用STC12C5A60S2；显示屏选用SMC1602A；控制电路的放大电路选用非斩波稳零的双极性运算放大器，放大采样电流送入主控芯片。

说明书

一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器

技术领域

[0001] 本发明涉及锂电池的设计制造领域，特别涉及一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器。

背景技术

[0002] 锂电池作为直流电源或者备用电源，其优点很多，如供电可靠、电压稳定、体积小、移动方便等，在众多领域都有着很广泛的应用。

[0003] 锂电池化成是其生产过程中必须的一道工序，而目前国内对锂电池化成的主要技术手段是通过充电电源对其充电，放电则采用并联电阻的方式，用电阻消耗其内部的电能。尽管这种方式具有结构简单、成本低等优点，但是存在着能量浪费的缺点。

[0004] 针对上述问题，提供一种新型的DC/DC变换器，对锂电池化成中的能量进行利用，节约生产成本实现有技术需要解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，对锂电池化成中的能量进行利用，达到节约生产成本的目的。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，其特征在于：所述的变换器包括直流稳压电源通过双向DC/DC变换单元连接到锂电池组；控制电路作用在双向DC/DC变换单元上，辅助电路连接控制电路。

[0007] 所述的直流稳压电源与负载电路并联接在双向DC/DC变换单元的正输入端和负输入端之间，锂电池组接双向DC/DC变换单元的正输入端和负输入端之间，控制电路与双向DC/DC变换单元中的半桥驱动电路相连，辅助电源的输入端与直流稳压电源相连，其输出端与控制电路中的控制芯片和双向DC/DC变换单元中的控制芯片相连。

[0008] 所述的双向DC/DC变换单元包括开关管Q2和开关管Q5构成半桥电路，交替导通实现电压的升降；第三电阻R3和第八电阻R8均为金属膜电阻；三极管Q1、Q4和三极管Q3、Q6分别通过电阻R2和电阻R6为开关管Q2、Q5提供导通电压；半桥驱动芯片U1输出互补的PWM波到三极管Q1、Q4、Q3、Q6的基极，作为导通信号；二极管D1连接电容C6构成自举电路；电阻R1连接电阻R4构成输入电压采样电路，电阻R5连接电阻R7采用金属膜电阻，第五电容C6构成输出电压采样电路；电阻R9与电阻R10构成输出电流采样电路。

[0009] 所述的控制电路的主控芯片选用STC12C5A60S2；显示屏选用SMC1602A；控制电路的放大电路选用非斩波稳零的双极性运算放大器，放大采样电流送入主控芯片。

[0010] 一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器，由于采用上述的结构，本发明避免了能量浪费，大大提高了锂电池化成过程中的能量利用效率；具有过充保护功能，实现对电池恒流充电和能量的双向流动。

附图说明

[0011] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

[0012] 图1为本发明一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器的结构示意图；

[0013] 图2为本发明一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器中双向DC/DC变换单元的电路图；

[0014] 图3为本发明一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器中控制电路的电路图；

[0015] 图4为本发明一种用于锂电池化成的双向DC/DC变换器中辅助电源的电路图；

[0016] 在图1中，1、DC/DC变换单元；2、直流稳压电源；3、锂电池组；4、控制电路；5、辅助电源。

具体实施方式

[0017] 本发明如图1所示，本发明包括直流稳压电源2通过双向DC/DC变换单元1连接到锂电池组3；控制电路4作用在双向DC/DC变换单元1上，辅助电路5连接控制电路4。

[0018] 直流稳压电源2与负载电路并联接在双向DC/DC变换单元1的正输入端和负输入端之间，锂电池组3接双向DC/DC变换单元1的正输入端和负输入端之间，控制电路4与双向DC/DC变换单元1中的半桥驱动电路相连，辅助电源5的输入端与直流稳压电源2相连，其输出端与控制电路4中的控制芯片和双向DC/DC变换单元1中的控制芯片相连。

[0019] 直流稳压电源2即为成品，不在本发明范围内。

[0020] 蓄电池组3由五节18650电池串联组成。

[0021] 负载电路由一电阻与一开关串联组成。

[0022] 双向DC/DC变换单元1包括：场效应管，用作开关管。三极管，控制场效应管的导通与关断。半桥驱动芯片，提供互补的PWM波形控制三极管的开/关。采样电阻，对电压和电流进行采样并在测控电路中进行比较以达到电流可调的目的。

[0023] 控制电路4包括：主控芯片，生成PWM波间接控制开关管，并对电压与电流的采样结果处理，以控制电流步进可调。独立按键，调节电流的步进、开启/关闭放电、电池充电/不充电。显示模块，显示输入/输出电压、步进电流和输出电流。非斩波稳零的双极性运算放大器，构成放大电路，对采样电流进行处理，以达到单片机的处理范围。

[0024] 辅助电源5包括：电压调节芯片，把直流稳压电源输出的电压调节成15伏稳压输出，并给稳压芯片供电。稳压芯片，把15伏电压稳压到5伏输出给主控芯片供电。稳压芯片，把15伏电压稳压到12伏输出非斩波稳零的双极性运算放大器和半桥驱动芯片供电。反极性开关稳压芯片，把15伏电压转化成-12电压稳压输出给非斩波稳零的双极性运算放大器供电。

[0025] 本发明提供了一种锂电池化成的双向DC/DC变换器。双向DC/DC变换器在不改变两端直流电压的条件下，根据要求改变电流的方向，从而达到能量双向流动的目的，工作在Buck模式下时，一个开关管导通，稳压电源向锂电池充电，并同时给电感储能，当开关管断开时，电感继续向锂电池充电；工作在Boost模式下，此开关管保持关断状态，与之对立的开关管导通，锂电池开始放电，并给电感储能，当其关断时，锂电池和电感同时向负载放电，并回馈稳压电源一些能量。在此过程中，单片机可以通过电压电流的采样与设定值比较，通过改变占空比以实现电流步进，步进大小0.1A。当检测到输出电压大于设定值时，单片机将关断半桥电路驱动芯片的片选，使得变换器停止工作，从而保护电池过充。

[0026] 如图2所示，开关管Q2和开关管Q5采用功率场效应管IRF3205，二者构成半桥电路，交替导通实现电压的升降；电阻R3和电阻R8均为金属膜电阻；三极管Q1和三极管Q4采用大电流NPN型三极管SS8050，三极管Q3和三极管Q6采用大电流PNP型三极管SS8550，电阻R2和电阻R6均为金属膜电阻，为开关管提供导通电压；半桥驱动电路U1采用IR2104芯片，输出互补的PWM波到三极管的基极，作为导通信号；二极管D1采用肖特基二极管1N4148，电容C6采用电解电容，二者构成IR2104芯片的自举电路；电容C1、电容C2、电容C3以及电容C4均采用电解电容，实现滤波功能；电感L1采用裸体环形电感，用来储能；电阻R1和电阻R4采用金属膜电阻，构成输入电压采样电路，电阻R5、电阻R7采用金属膜电阻，电容C6采用瓷片电容，三者构成输出电压采样电路；电阻R9、电阻R10采用无感采样电阻，构成输出电流采样电路。

[0027] 如图3所示，主控芯片选用STC12C5A60S2；显示屏选用SMC1602A；放大电路选用非斩波稳零的双极性运算放大器，放大采样电流送入单片机；按键S1～S4选用微动开关。

[0028] 如图4所示，电压调节芯片U1，选用LM2596T-ADJ，根据反馈电阻R1和R2可以调节输出电压的大小；电容C1、电容C2选用电解电容，电容C3选用瓷片电容，构成滤波电路，电容C4选用瓷片电容和电容C5选用电解电容构成滤波电路；反极性开关稳压芯片U2，选用MAX765CPA，外围电路为此芯片典型电路；二极管D1～D3选用肖特基二极管，D1用于瞬时整流，D2用于续流，D3为U2的外围电路；发光二极管D4，用于电源指示灯；稳压芯片U3，选用LM7805CT和稳压芯片U4，选用LM7812CT，外围电路为芯片典型电路；

[0029] 本发明避免了能量浪费，大大提高了锂电池化成过程中的能量利用效率；具有过充保护功能：设定输入电流2A，当输入电压超过阈值时，停止充电；输出电压为30V时，实现对电池恒流充电。充电电流在1～2A范围内步进可调，步进值不大于0.1A，电流控制精度不低于5％；可以在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，根据应用需要改变工作电流的方向，实现能量的双向流动；在实际应用中，可以减少元器件数目，降低产品成本；在放电模式下，保持输出电压30V，此时变换器的工作效率大于等于95％；输入电压在32～38V范围内变化时，双向DC/DC变换器能够自动转换工作模式并保持输出在30V左右。

[0030] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。