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申请/专利权人：集美大学

摘要：一种小容量电池的充电电路，包括：微处理器、RC滤波单元、电压跟随单元，二极管正向器件和采样电阻组成。所述微处理器具有ADC端口和DAC端口。ADC端口的输出电压是可调的。其中，所述ADC端口经过RC滤波单元进入电压跟随单元放大电流，通过二极管连接采样电阻的第一端，采样电阻的第二端连接所述小容量电池的充电正极，采集采样电阻两端的电压差经采样电阻给小容量电池供电。所述小容量电池的充电电路是一种高精度简易的小电流充电方案，不需要专门的充电管理IC模块，就能够为小容量电池的充电提供安全保护。

主权项：1.一种小容量电池的充电电路，其特征在于，包括：微处理器，所述微处理器具有输出电压可调的电压输出引脚，所述电压输出引脚作为小容量电池的充电引脚；所述充电引脚通过电压跟随器连接采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端连接所述小容量电池的充电正极，所述小容量电池的充电负极接地；所述充电引脚连接所述电压跟随器的输入端；所述电压跟随器的输出端连接所述采样电阻的第一端；所述微处理器还具有第一模数转换输入引脚和第二模数转换输入引脚；所述第一模数转换输入引脚通过第一限流电阻连接所述采样电阻的第一端，所述第二模数转换输入引脚通过第二限流电阻连接所述采样电阻的第二端。

全文数据：小容量电池的充电电路技术领域本发明涉及电学领域，尤其涉及一种小容量电池的充电电路。背景技术目前市场上的对于电池的充电都一般是采用相应的充电电源，并结合采用微处理器的脉冲宽度调制PWM的方式来调整充电电源管理IC模块，实现充电，现有方式是用微处理器来驱动充电管理芯片。更多有关现有电池的充电电路，可以参考公开号为CN105226755A、名称为嵌入式智能充电器的中国专利申请。现有电路一般是对普通电池进行的，通常是采用几百毫安的电流来进行充电，甚至采用几安的电流来进行快充。然而，小容量电池在充电时，通常希望充电电流的变化的控制在微安级或毫安级。小容量电池主要适用在需要体积小的电池的应用场合，例如，耳内式助听器、吞服式智能药丸和非智能的电池手表等，小容量电池的容量通常仅为20～100mA。这是由于电池体积小，因此，相应容量也通常较小。对于小容量电池而言，采用几百毫安或几安这样大的电流进行充电是危险的，哪怕是较小的电流扰动，都可能造成小容量电池的损坏。因此，现有的充电电路无法提供稳定且较小的恒流电源来进行充电，无法保证小容量电池的充电安全。发明内容本发明解决的问题是提供一种小容量电池的充电电路，以为小容量电池的充电提供保护，延长小容量电池的使用寿命。为解决上述问题，本发明提供一种小容量电池的充电电路，包括：微处理器，所述微处理器具有输出电压可调的电压输出引脚，所述电压输出引脚作为小容量电池的充电引脚；所述充电引脚连接采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端连接所述小容量电池的充电正极，所述小容量电池的充电负极接地；所述微处理器还具有第一模数转换输入引脚和第二模数转换输入引脚；所述第一模数转换输入引脚连接所述采样电阻的第一端，所述第二模数转换输入引脚连接所述采样电阻的第二端。可选的，所述充电引脚通过电压跟随器连接所述采样电阻的第一端；所述充电引脚连接所述电压跟随器的输入端；所述电压跟随器的输出端连接所述采样电阻的第一端。可选的，所述电压跟随器的输出端通过反向保护单元连接所述采样电阻的第一端。可选的，所述反向保护单元为二极管，所述电压跟随器的输出端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接所述采样电阻的第一端。可选的，所述充电引脚通过滤波单元连接所述电压跟随器的输入端。可选的，所述充电引脚为所述微处理器的数模转换输出引脚。可选的，所述滤波单元包括滤波电阻、第一电容和第二电容；所述充电引脚连接所述滤波电阻的第一端，所述滤波电阻的第二端连接所述电压跟随器的输入端；所述第一电容的第一端连接所述滤波电阻的第一端，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端连接所述滤波电阻的第二端，所述第二电容的第二端接地。可选的，所述充电引脚为脉冲宽度调制输出引脚。可选的，所述滤波单元包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一电容和第二电容；所述充电引脚连接所述第一滤波电阻的第一端，所述第一滤波电阻的第二端连接所述第二滤波电阻的第一端，所述第二滤波电阻的第二端连接所述电压跟随器的输入端；所述第一电容的第一端连接所述第一滤波电阻的第二端，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端连接所述第二滤波电阻的第二端，所述第二电容的第二端接地。可选的，所述第一模数转换输入引脚通过第一限流电阻连接所述采样电阻的第一端，所述第二模数转换输入引脚通过第二限流电阻连接所述采样电阻的第二端。本发明技术方案的其中一个方面中，将输出电压可调的电压输出引脚，作为小容量电池的充电电压参考引脚，从而避免使用电源直接充电，这样，就能够为小容量电池提供充电电压低且充电电流小的充电源。并且，通过电路设计，实现了充电电流的反馈。微处理器根据相应的设置，就能够在充电电流的反馈作用下，保持其充电引脚所输出参考电压的恒定，保证了充电电流的恒定，从而能够为小容量电池提供更加理想的充电保护，保证小容量电池的充电安全，延长小容量电池的使用寿命。本发明技术方案的另一个方面中，并不需要专门的充电管理芯片，利用微处理器就可以直接进行充电及充电管理，也不需要外加充电管理模块外围电路。附图说明图1是本发明实施例提供的一种小容量电池的充电电路图；图2是本发明另一实施方式提供的小容量电池的充电电路图。图2是一种PWM调制参考电压，其他与图1的设计类同。具体实施方式正如背景技术所述，对于小容量电池而言，采用几百毫安或几安这种的相对大电流进行充电，会降低电池的寿命等不良影响。为此，本发明提供一种新的小容量电池的充电电路，以解决上述存在的不足。为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。本发明实施例提供一种小容量电池的充电电路，如图1所示，包括：微处理器M1，微处理器M1具有数模转换输出引脚P11DAC0，本实施例将此数模转换输出引脚P11作为充电电路的充电引脚，即此充电引脚相当于是充电电源。为了利用充电引脚进行充电，本实施例将充电引脚连接采样电阻RS的第一端，采样电阻RS的第二端连接小容量电池BT的充电正极，小容量电池BT的充电负极接地。微处理器M1还具有第一模数转换输入引脚P12ADC3和第二模数转换输入引脚P13ADC2。第一模数转换输入引脚P12连接采样电阻RS的第一端，第二模数转换输入引脚P13连接采样电阻RS的第二端。本实施例提供的充电电路中，数模转换输出引脚P11作为微处理器M1中的一种电压输出引脚，本实施例中的电压输出引脚指：此引脚为电压输出引脚，并且输出电压可调。本实施例中，此电压输出引脚所输出电压，会根据反馈作用调整，实现恒压，请进一步参考后续内容。本实施例将这种数模转换输出引脚P11输出电压可调的电压输出引脚作为小容量电池BT的充电引脚，从而避免使用电源直接充电，这样，就能够为小容量电池BT提供充电电压低，且充电电流小的充电源。然而，还需要解决的是充电电压电流恒定的问题。因此，本实施例在电路中设计与小容量电池BT串联的采样电阻RS，流过采样电阻RS的电流即为充电电流。然后，设计采样电阻RS的第一端连接微处理器M1的第一模数转换输入引脚P12，采样电阻RS的第二端连接微处理器M1的第二模数转换输入引脚P13。这样的电路结构设计中，能够利用两个模数转换输入引脚分别采样到采样电阻RS两端的电压，即可以得到采样电阻RS两端的电压差，进而微处理器M1就能够得到流过采样电阻RS的电流，即相当于微处理器M1就能够采样到充电电流。而一旦微处理器M1能够采样到充电电流，即实现了充电电流的反馈。微处理器M1根据相应的设置，就能够在充电电流的反馈作用下，保持其充电引脚所输出电压的恒定，即保证了充电电压电流的恒定。一种具体的小容量电池，以助听器的纽扣式充电是为例。电池的电源电压一般为1.2V、1.35V、1.4V、1.5V或1.55V，电池的容量为20～100mA。电池的容量通常用1C表示，在小容量的电池中，充电电流控制在0.05～0.2C左右，在充电过程中，充电分为快充和慢充两种，快充控制在0.2C左右，慢充在0.05C左右。通常以恒流的方式充电。而本实施例提供的电路中，在给小容量电池BT进行充电时，能够提供约5V以下至1mV这样大范围的低充电电压，即本实施例提供的电路中，充电电压范围可以在1mV至5V调整。本实施例提供的电路中，是通过电路中器件的参数选择，实现充电电压降低至约1mV的。例如，当微处理器M1中的数字模拟转换器DAC为12位时，它可以将相应的参考电压划分为212份，即每一份的电压为参考电压的14096。当参考电压为3.3V时，最小的电压达到了约0.8mV。此时，相应的，充电电流可以控制在30mA以下，甚至可以控制在100μA。例如，当微处理器M1中的模拟数字转换器ADC为12位时，如果对电源电压为1.25V的电池进行充电时1.25V的电池中，充电参考电阻约为160欧，可知，最小的电流差异为3.3×14096×1160≈0.000005A，即约为5μA的变化。也就是说，本实施例在实现了充电电流的反馈的情况下，在对小容量电池BT充电时，就能够精准控制充电电流，控制电流在毫安级别，甚至微安级别如5μA的误差范围内波动，从而减少因电流波动大，或电流过大，损坏小容量电池BT。由此可知，上述充电电路能够为小容量电池BT提供更加理想的充电保护，保证小容量电池BT的充电安全，延长小容量电池BT的使用寿命。同时，相应的充电电路中，并不需要专门的充电管理芯片，利用微处理器就可以直接进行充电及充电管理，也不需要外加充电管理模块外围电路。本实施例中，设计充电引脚通过电压跟随器VF连接采样电阻RS的第一端。具体的，充电引脚连接电压跟随器VF的输入端，电压跟随器VF的输出端连接采样电阻RS的第一端。电压跟随器VF的工作电压输入端连接正电压，而另一个电压端接地。电压跟随器VF具有输入阻抗高而输出阻抗低的优点，因此，当它连接在充电引脚和采样电阻RS之间时，能够实现缓冲，起到承上启下的作用。并且，由于电压跟随器VF输出阻抗低，还可以用于放大驱动电流，即可以进一步解决有时电压基准输出的驱动电流太弱，无法正常去对小容量电池BT充电的问题，亦即增加电压跟随器VF能够在不增大充电电压的情况下增大充电电流。进一步的，本实施例中，电压跟随器VF的输出端通过反向保护单元连接采样电阻RS的第一端。本实施例的反向保护单元采用二极管D1来实现。具体的，电压跟随器VF的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接采样电阻RS的第一端。二极管D1作为小容量电池BT在充电时的反向保护单元，当电池电压过高时，防止电流逆向，损坏电压跟随器VF。采用二极管作为反向保护单元具有电流定向、成本低和使用方便等优点。进一步的，本实施例中，充电引脚通过滤波单元连接电压跟随器VF的输入端。具体的，本实施例设计滤波单元包括滤波电阻RF、第一电容C1和第二电容C2。其中，充电引脚连接滤波电阻RF的第一端，滤波电阻RF的第二端连接电压跟随器VF的输入端。第一电容C1的第一端连接滤波电阻RF的第一端，第一电容C1的第二端接地。第二电容C2的第一端连接滤波电阻RF的第二端，第二电容C2的第二端接地。通过第一电容C1和充电引脚自身的电阻，能够实现相应的RC滤波作用。通过第二电容C2的第一端连接滤波电阻RF的结合，能够实现相应的RC滤波作用。相应的滤波作用可以消除干扰，使充电电压更加恒定。本实施例中，第一模数转换输入引脚P12通过第一限流电阻RL1连接采样电阻RS的第一端，第二模数转换输入引脚P13通过第二限流电阻RL2连接采样电阻RS的第二端。两个限流电阻用于防止相应的电压过大，影响电压采样。本实施例中，所述微处理器M1的型号可以为STM32F103、STM32F105或STM32F407。通常，带数模转换输出引脚和两个以上模数转换输入引脚的微处理器，均可以适用本发明。综上可知，本实施例提供一种小容量电池的充电电路，包括：微处理器、RC滤波单元包括滤波电阻、第一电容和第二电容、电压跟随单元电压跟随器，二极管正向器件反向保护单元和采样电阻组成。其中，所述微处理器具有ADC端口输出电压可调的电压输出引脚和DAC端口第一模数转换输入引脚和第二模数转换输入引脚。ADC端口的输出电压是可调的。所述ADC端口经过RC滤波单元进入电压跟随单元放大电流，通过二极管连接采样电阻的第一端，采样电阻的第二端连接所述小容量电池的充电正极，采集采样电阻两端的电压差经采样电阻给小容量电池供电。所述小容量电池的充电电路是一种高精度简易的小电流充电方案，不需要专门的充电管理IC模块，就能够为小容量电池的充电提供安全保护。本发明另一实施例提供另一种小容量电池的充电电路，如图2所示。与前述实施例相同的，本实施的充电电路中，同样包括微处理器M2，微处理器M2的其中一个引脚此引脚为电压输出引脚，并且输出电压可调作为充电引脚，充电引脚连接电压跟随器VF的输入端，电压跟随器VF的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接采样电阻RS的第一端，采样电阻RS的第一端连接小容量电池BT的充电正极，小容量电池BT的充电负极接地。微处理器M2还具有第一模数转换输入引脚P22ADC3和第二模数转换输入引脚P23ADC2。第一模数转换输入引脚P22通过第一限流电阻RL1连接采样电阻RS的第一端，第二模数转换输入引脚P23通过第二限流电阻RL2连接采样电阻RS的第二端。这些结构的性质和优点请参考前述实施例相应内容。本实施例中，与前述实施例不同的是，如图2所示，充电引脚采用微处理器M2的脉冲宽度调制输出引脚P21PWM1。脉冲宽度调制输出引脚P21同样是电压输出引脚，并且输出电压可调，具体调整可以通过脉冲宽度脉冲占空比调整。脉冲宽度调制输出引脚P21输出的电压，还配合后续的两级滤波，成为更加恒定的电压供电池进行充电。本实施例中，与前述实施例不同的是，如图2所示，滤波单元包括第一滤波电阻RF1、第二滤波电阻RF2、第一电容C1和第二电容C2，即此时有两个滤波电阻。相应的，充电引脚连接第一滤波电阻RF1的第一端，第一滤波电阻RF1的第二端连接第二滤波电阻RF2的第一端，第二滤波电阻RF2的第二端连接电压跟随器VF的输入端。第一电容C1的第一端连接第一滤波电阻RF1的第二端，第一电容C1的第二端接地。第二电容C2的第一端连接第二滤波电阻RF2的第二端，第二电容C2的第二端接地。这样的结构中，第一滤波电阻RF1和第一电容C1构成第一级滤波结构，第二滤波电阻RF2和第二电容C2构成第二级滤波结构。两级滤波除了能够更好的滤波，还能够使脉冲宽度调制输出引脚P21提供给电池的充电电压更加恒定。本实施例中，所述微处理器M2的型号同样可以为STM32F103、STM32F105或STM32F407。同样的，带脉冲宽度调制输出引脚和两个以上模数转换输入引脚的微处理器，均可以适用本发明。更多有关本实施例的相应内容，可参考前述实施例相应内容。虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

权利要求：1.一种小容量电池的充电电路，其特征在于，包括：微处理器，所述微处理器具有输出电压可调的电压输出引脚，所述电压输出引脚作为小容量电池的充电引脚；所述充电引脚连接采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端连接所述小容量电池的充电正极，所述小容量电池的充电负极接地；所述微处理器还具有第一模数转换输入引脚和第二模数转换输入引脚；所述第一模数转换输入引脚连接所述采样电阻的第一端，所述第二模数转换输入引脚连接所述采样电阻的第二端。2.如权利要求1所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述充电引脚通过电压跟随器连接所述采样电阻的第一端；所述充电引脚连接所述电压跟随器的输入端；所述电压跟随器的输出端连接所述采样电阻的第一端。3.如权利要求2所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述电压跟随器的输出端通过反向保护单元连接所述采样电阻的第一端。4.如权利要求3所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述反向保护单元为二极管，所述电压跟随器的输出端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接所述采样电阻的第一端。5.如权利要求4所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述充电引脚通过滤波单元连接所述电压跟随器的输入端。6.如权利要求5所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述充电引脚为所述微处理器的数模转换输出引脚。7.如权利要求6所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述滤波单元包括滤波电阻、第一电容和第二电容；所述充电引脚连接所述滤波电阻的第一端，所述滤波电阻的第二端连接所述电压跟随器的输入端；所述第一电容的第一端连接所述滤波电阻的第一端，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端连接所述滤波电阻的第二端，所述第二电容的第二端接地。8.如权利要求5所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述充电引脚为脉冲宽度调制输出引脚。9.如权利要求8所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述滤波单元包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一电容和第二电容；所述充电引脚连接所述第一滤波电阻的第一端，所述第一滤波电阻的第二端连接所述第二滤波电阻的第一端，所述第二滤波电阻的第二端连接所述电压跟随器的输入端；所述第一电容的第一端连接所述第一滤波电阻的第二端，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端连接所述第二滤波电阻的第二端，所述第二电容的第二端接地。10.如权利要求1所述的小容量电池的充电电路，其特征在于，所述第一模数转换输入引脚通过第一限流电阻连接所述采样电阻的第一端，所述第二模数转换输入引脚通过第二限流电阻连接所述采样电阻的第二端。

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