CN102449872B - 电池充电电路以及电子装置 - Google Patents

Abstract

一种电池充电电路，包括：第一电压调整器(44)，其中该第一电压调整器(44)具有被设计用于接收由电流测量电路(76)产生的信号(84)的控制输入(88)；电流测量电路(76)；以及用于连接电池(16)的端子(34)。一种电子装置，具体地是一种移动装置，其包括如上定义的电池充电电路。

Description

电池充电电路以及电子装置

技术领域

本发明涉及电池充电电路。此外，本发明涉及电子装置。

背景技术

可充电电池用于多种场合下，用以为用户的设备提供电力。其中这些设备是便携式电话、个人数字助理以及笔记本电脑。因此，提供包括电压发生器的充电器以用于为电池重新充电。充电器可被实现为是例如用于车辆中的AC/DC转换器或DC/DC转换器。对于许多用户设备来说，电池可为用户设备提供电力，且同时可由充电器进行充电。因此，希望提供一种电源，其具有使得电压发生器能够同时用于为负载(应用装置)提供电能且同时可对电池充电的控制电路。这种电池充电电路可在蜂窝或便携装置的电源管理集成电路或任何其他使用可充电电池的应用中实现。

发明内容

如所附权利要求中所述，本发明提供一种电池充电电路以及一种电子装置。

本发明的特定实施例记载在从属权利要求中。

参考以下说明的实施例，将使本发明的这些和其他方面变得显而易见。

附图说明

参考附图，将仅通过举例的方式说明本发明的更多细节、方面和实施例。出于简化和清楚的目的，附图中所示的元件无需按比例绘制。

图1示意性示出第一类型的电池充电电路的实例的电路框图。

图2示意性示出第二类型的电池充电电路的实例的电路框图。

图3示出电池的等效电路的实例的示意图。

图4示出用于测量电池电荷的测量电路的第一实例实施例的电路框图。

图5示出用于测量电池电荷的测量电路的第二实例实施例的电路框图。

图6示意性示出第三类型的电池充电电路的实例的电路框图。

图7示出第三类型的电池充电电路的实例中的控制机构的工作原理。

图8示出图7中所示的控制机构的时序图。

图9示出接近于实际充电情况的具有随机变化施加电流的第三类型的电池充电电路的仿真结果。

具体实施方式

图1示意性示出一种布置的实例的电路框图，其包括充电器20、第一类型的电池充电电路10、电池16、以及负载18。充电器20的端子22、26之间提供输出电压U0。在该实例中，电池充电电路10包括分开的电路部分12、14，以分别从充电器20为电池16充电，以及为负载18(应用装置)提供电能。充电器20的供给端子22可连接至电池充电电路10的供给端子24。充电器20的块端子(massterminal)26可连接至电池16的块端子28和负载18的块端子30。电池16的供给端子32可连接至电池充电电路10的电池端子34。负载18的供给端子36可连接至电池充电电路10的负载端子38。用于为电池16充电的电路部分12包括串联的第二分路40、电流阀42、第一电压调整器44、以及第一分路46。通过在第二分路40处测量电压U1的电流调整器50，经由第一电流控制线路48控制电流阀42。用于将电能从电池16传送至负载18的开关56的输入54在连接60处连接至分接头58(第一电压调整器44和第一分路46之间)，且在连接64处连接至分接头62(第二电压调整器66和供给端子38之间)。例如，开关56的用途可以是在电池16完全放电时断开电池16的连接，因为电池16的低输出电压U3会阻碍负载18的适当运行。电池测量计70测量第一分路46处的电压U2。图1所示的设计理念有利于降低电池16的充电时间，但需要复杂的控制功能且可能制造成本较高。

图2示意性示出一种布置的实例的电路框图，其包括充电器20、第二类型的电池充电电路10、电池16、以及负载18。在该实例中，电池充电电路10包括公共电路部分13，其用于从充电器20为电池16充电以及为负载18(应用装置)提供电能。充电器20的供给端子22可连接至电池充电电路10的供给端子24。充电器20的块端子26可连接至电池16的块端子28以及负载18的块端子30。电池16的供给端子32可连接至电池充电电路10的电池端子34。负载18的供给端子36可连接至电池充电电路10的负载端子38。公共电路部分13包括串联的第二分路40、电流阀42、以及第一电压调整器44。通过在第二分路40处测量电压U1的电流调整器50，经由第一电流控制线路48来控制电流阀42。电池充电电路10的负载端子38在第一电压调整器44和开关56之间的连接60处连接至分接头58。开关56的用途是在电池16完全放电时断开电池16的连接，因为电池16的低输出电压U3会阻碍负载18的适当运行。如果不需要这种功能，则开关56可由导线56替代。开关56可将第一电压调整器44连接至第一分路46。电池测量计70测量第一分路46处的电压U2。这种设计理念有时可在负载18从电池充电电路10抽取电流I1时，增加电池16的充电时间。

图3示出电池16的等效电路的电路示意图。对于粗略近似情况来说，电池16的作用就像串联连接有内电阻74的等效电容72。U6是指电池16的卸载模式下的电池电压。内电阻74通常可以为约250mOhm且电池16的等效电容72通常可以为至少1000法拉。因为内电阻74上的电压降，所以流入(或流出)电池16的电流I2的变化会导致电池16的两个端子28、32之间的电压U3发生变化。在电池16不工作在卸载模式时，测量电池16的电荷电平可能会不准确，因为存在通常对电池16的内电阻74的值产生变化影响的参数。这些参数例如是电池电压本身、温度、以及老化。因此，需要测量电池16的电荷电平的更可靠方法。

图4和5示出用于测量电池电荷的测量电路76的不同实例实施例的电路示意框图。其中，可连续或周期地采样流入(或流出)电池16的电流I2的值和方向。通过在第一分路46处采样电压U2来间接执行采样。第一分路46串联连接至电池16，并用于产生电压U2，其可表示流入(或流出)电池16的电流I2的值。电池电流I2流过传感电阻46并产生电压降U2。电流I2以及由此的电压U2会非常迅速地波动。为了避免要被评估的信号超出测量电路76的带宽，电压在被进一步处理之前通过低通滤波器78滤波。为了准确评估电池16的电荷或剩余容量，两个测量电路76中的每一个可以是累计库仑计数器的一部分。测量电路76测量进入电池16以及从电池16流出的电荷总量(即，随时间积分的电流I2)。测量电路76可具有若干不同的构造。图4和5中的每个测量电路76包括中央计数器81，其表示电池16中的电荷的剩余量。

在图4中所示的测量电路76中，采用低功率ADC转换器81(模/数转换器)用于将滤波的电压U2转换为数字值82。使用中央计数器83利用时钟85的每个周期将滤波的电压U2的数字值82或其积分的数字值相加。在固定情况下，ADC转换器81的输出值82被加到中央计数器81的内容中。

图5示意性示出测量电路76的第二实例实施例，其中，低功率ADC转换器81由用于将滤波的电压U2转换为辅助电流I4的积分器79取代。积分电容80处的电压U4可与通过辅助电流I4加载到积分电容80中的电荷量成比例。因此，积分电容80可具有积分功能。附图标记93是指除积分电容80之外的积分器79的部分。积分器79在积分电容80处积分采样电压U2。积分产生积分电压U4，其可表示传送进(或传送出)电池16的电荷量。在各个情况下，当正向越过预设第一阈值时，中央计数器83递增，且积分器79由复位信号91复位。每当负向越过预设第一阈值时，中央计数器83递减，且复位积分器79。使用中央计数器81和时钟驱动复位机构来将积分电压U4转换为数字值86，该数字值86指示在采样的总时间期间传送进(或传送出)电池16的电荷量。

图6示意性示出一种布置的实例的电路框图，其包括充电器20、第三类型的电池充电电路10、电池16、和负载18。电池充电电路10包括公共电路部分13，其用于从充电器20为电池16充电以及为负载18(应用装置)提供电能。充电器20的供给端子22可连接至电池充电电路10的供给端子24。充电器20的块端子26可连接至电池16的块端子28以及负载18的块端子30。电池16的供给端子32可连接至电池充电电路10的电池端子34。负载18的供给端子36可连接至电池充电电路10的负载端子38。公共电路部分13包括第一电压调整器44。通过用于测量电池电荷的测量电路76，经由第二电流控制线路84控制第一电压调整器44。负载端子38在第一电压调整器44和开关56之间的连接60处连接至分接头58。开关56的用途是在电池16完全放电时断开电池16的连接，因为电池16的低输出电压U3会阻碍负载18的适当运行。如果不需要这种功能，则开关56可由导线56替代。开关56可将第一电压调整器44连接至第一分路46。测量电路76测量第一分路46处的电压U2。第三类型的电池充电电路10包括如图4和5中所示的测量电路76，其用于测量流入(或流出)电池16的平均电流I2。测量电路76的输出信号84馈送控制输入88，其用于设定第一电压调整器44的设定点。因此，通过控制第一电压调整器44的输入端子90和输出端子92之间的电压U5，在预定时间周期内被平均化的电流I2的数字值被用作在充电期间控制施加至电池16的电压U3的信息。当测量电路76测量到流入(或流出)电池16的电流I2高于容许值时，测量电路76会相对于电压U3降低电压调整器44的电压调整的设定点。当测量电路76测量到流入(或流出)电池16的电流I2低于期望值时，测量电路76会相对于电压U3提高电压调整的设定点。

图7示意性示出基于测量电路76的第二实施方式的电流控制回路94的实例。电流控制回路94还可利用另一测量电路构造实现。作为一个实例，可调整第二实施方式的排列的尺寸，以致积分电容80处的电压U4超过用于例如400μC的积分电荷的预定阈值。这意味着当例如100mA的平均电流在4ms的周期过程中流过传感电阻46时就达到阈值。实际达到阈值所需的周期通过计时器-比较器89与预期的周期比较。在达到阈值之前就到时的计时器87可以表示计数器周期内的平均电流小于预期电流。因此，可以增加施加至电池16的电压U0减去U5的值，以便增加提供至其的电流I2。类似地，当到时之前达到阈值时，可以减小施加至电池16的电压U0减去U5的值，以便减小提供至其的电流I2。

图8示意性示出根据图7的测量电路76的可能的总体状态。可以理解，可进一步通过定义多个计时器-比较器窗口和相关动作来增强这种基本方案。附图标记的含义如下：102比较器信号、104到时信号、106电压调整指令、108下降、110上升、112阈值、以及114预期电流。

除包括第一电压调整器44的电流控制回路94和电压调整器44之外，第三类型的电池充电电路10无需其他电流调整器50、或第二分路40或电流阀42(这些都是第一和第二类型的电池充电电路10所需的)。因此，可认为这种设计简化了结构。第三类型的电池充电电路10的设计理念可有利于将更大的电流I2从大功率充电器20提供至电池16。在所示实例中，电流控制回路94仅调整电压调整器44的输出电压，这可有助于应用步减DC/DC转换器替代线性电流/电压调整器。第三类型的电池充电电路10对于负载18是透明的，因为负载18可根据其需要在设计的工作范围内吸取任意电流I1。

图9和表1示出接近于实际充电情况的具有随机变化的负载电流I1的第三类型的电池充电电路10的实例的仿真结果。

表1

当为如移动电话之类的便携装置的负载18充电时，电池16和负载18共享相同的供给线路24。不允许流入电池16的电流I2超过电池16的额定值，以便不降低电池16的寿命。这种电池16例如具有800mAh的容量以及800mA的容许充电电流。因此，常规电池充电电路可以将充电电路10的总电流I3限制为电池16的容许充电电流I2的值。因此，对于常规电池充电电路10来说，当负载18同时消耗电流I1时会降低电池16的净充电电流I2。通过第三类型的电池充电电路10，可增大来自充电器20的电流I3以补偿由负载18使用的电流I1。通过第三类型的电池充电电路10，在便携装置18的操作过程中可缩短电池16的充电时间。与常规电池充电电路10的2.5h相比，充电时间的减少量例如为1.5h，这会致使总充电时间仅为1h。图7所示的仿真的电池充电器20的控制方式可如下。执行电荷积累达到测量电路76的一个LSB。如果改变LSB的时间长于预期，则认为所测量的流至电池16的电流太小，且相对于电压U3提高电压调整设定点例如10mV。如果改变LSB的时间短于预期，则认为所测量的流至电池16的电流I2太大，且相对于电压U3降低电压调整设定点例如10mV。针对负电流-I2太小或太大的相应情况，在第三类型的电池充电电路10中提供相应的两个功能。

换言之，电池充电电路10可包括：第一电压调整器44，其中，第一电压调整器44具有设计用于接收由电流测量电路76产生的信号84的控制输入88；电流测量电路76；以及用于连接电池16的端子34。电池充电电路10可包括串联连接电压调整器44的开关56。电池充电电路10可包括串联连接电流测量电路76的开关56。电流测量电路76可包括积分功能。由电流测量电路76产生的信号84可包括与测量的电流I2的强度和电荷量中至少一个有关的信息。电压调整器44和开关56之间的电连接60可包括用于连接负载18的电分接头62。电池充电电路10可包括比较电路，其用于将通过电流测量电路76的平均电流I2的强度与第一预定阈值进行比较，以便当由电流测量电路76测量的平均电流I2的强度超过第一预定阈值时，增加第一电压调整器44的输出电压U5的输出目标电压。电池充电电路10可包括比较电路，其用于将通过电流测量电路I2的平均电流I2的强度与第二预定阈值进行比较，以便当由电流测量电路76测量的平均电流I2的强度小于第二预定阈值时，降低第一电压调整器44的输出电压U5的输出目标电压。第一预定阈值可与第二预定阈值相等，或者比第二预定阈值高的滞后值。电流测量电路76的输出通过电气、光学、声学和无线电连接中的至少一个而连接至电压调整器44的控制输入88。在优选实施例中，电池充电电路10不包括任何电流调整电路(其不使用第一电压调整器44来进行电流调整)。电池充电电路10可确切地包括一个分路46，用以利用一个分路46的端子96、98之间的电压U2来测量电流I2，其中一个分路46的端子96、98之间的电压U2由要被测量的电流I2导致。电子装置10、18，特别是移动装置，可包括如上所述的电池充电电路。

在上述说明书中已经参考本发明的实施例的特定实例说明了本发明。但是显而易见的是，在不脱离由所附权利要求阐明的本发明的广义精神和范围的前提下可对本发明作出各种改进和改变。

本文所述的连接可以是适合于从各个节点、单元或装置例如通过中间装置将信号传送出，或者将信号传送至上述各个节点、单元或装置的任意连接类型。因此，除非暗示或明确指出，否则连接可以例如是直接连接或间接连接。所述连接可被说明或描述为单个连接、多个连接、单向连接或双向连接。但是，不同实施例可改变连接的实施方式。例如，可使用分离的单向连接而不是双向连接，反之亦然。此外，多个连接可由串行传送多个信号或采用时分多路复用方式的单个连接取代。同样地，承载多个信号的单个连接可分成承载这些信号的子集的各种不同的连接。因此，存在传送信号的多种选择。

虽然实例中已经说明了电势的特定导电类型或极性，但应当认识到可以颠倒电势的导电类型和极性。

本领域技术人员将认识到逻辑块之间的边界仅是说明性的，且其他实施例可合并逻辑块或电路元件，或对各个逻辑块或电路元件的功能进行可替换的分解。因此，可以理解，本文所述的架构仅为示例性的，且实际上可采用实现相同功能的多种其他架构。此外，本领域技术人员将认识到上述操作的功能之间的边界仅是说明性的。多种操作的功能可组合成单一操作，和/或单一操作的功能可分解为其他操作。此外，其他实施例可包括特定操作的多种情况，且各个其他实施例中的操作顺序可变化。

而且，其他改进、变型以及替代方案也是可能的。因此说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。

权利要求中的括号内的任何附图标记都不能理解为是对权利要求的限制。词语“包括”不排除权利要求中所列的元件或步骤之外存在其他元件或步骤。此外，本文使用的术语“一个”定义为一个或一个以上。而且，权利要求中使用的诸如“至少一个”和“一个或多个”之类的引导性短语不应被解释为暗示通过不定冠词“一个”引导的其他要求的元素将任意包含这种引导的要求的元素的特定权利要求限制为本发明仅包含一种这种元素，即使当相同权利要求包括引导性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一个”的不定冠词时也是如此。上述内容同样适用于定冠词的使用。除非另外说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任意区分用这种术语描述的元素。因此，这些术语不一定意在表示这些元素的时间或其他优先次序。实际上，相互不同的权利要求中列举的某些措施并不表示这些措施的组合不能用于有利方面。

所述各个装置以及所要求保护的各个装置都可利用单芯片IC或多芯片IC实现。

虽然已经结合特定装置在上文说明了本发明的原理，但可以明确理解的是这种说明仅用于举例，而不解释为对本发明范围的限制。

Claims (14)

1.一种电池充电电路(10)，包括：

用于连接电池(16)的端子(34)；

用于测量所述电池(16)的电池电荷的电流测量电路(76)，所述电流测量电路(76)具有：一个分路(46)，用于对表示流入或流出所述电池(16)的电流(I2)的值的电压(U2)进行采样；低通滤波器(78)，用于对所采样的电压(U2)进行滤波；积分器(79)，用于将所滤波的电压(U2)转换为辅助电流(I4)；以及中央计数器(83)，其中所述积分器(79)具有用于提供表示传送进或传送出所述电池(16)的电荷量的积分电压(U4)的积分电容器(80)，其中所述中央计数器(83)用作将所述积分电压(U4)转换为指示在采样的总时间期间传送进或传送出所述电池(16)的电荷量的数字值(86)的转换器；以及

第一电压调整器(44)，其中所述第一电压调整器(44)具有被设计为用于接收由所述电流测量电路(76)产生的信号(84)的控制输入(88)。

2.根据权利要求1所述的电池充电电路(10)，其中，所述电池充电电路(10)包括与所述电压调整器(44)串联连接的开关(56)。

3.根据权利要求1或2所述的电池充电电路(10)，其中，所述电池充电电路(10)包括与所述电流测量电路(76)串联连接的开关(56)。

4.根据权利要求1或2所述的电池充电电路(10)，其中，所述电流测量电路(76)包括积分功能。

5.根据权利要求1或2所述的电池充电电路(10)，其中，由所述电流测量电路(76)产生的信号(84)包含与电流(I2)的测量强度和电荷量中的至少一个有关的信息。

6.根据权利要求2所述的电池充电电路(10)，其中，在所述第一电压调整器(44)与所述开关(56)之间的电连接(60)包括用于连接负载(18)的电分接头(62)。

7.根据权利要求1或2所述的电池充电电路(10)，其中，所述电池充电电路(10)包括比较电路，用于将通过所述电流测量电路(76)的平均电流(I2)的强度与第一预定阈值进行比较，以便在由所述电流测量电路(76)测量的所述平均电流(I2)的强度超过所述第一预定阈值时，增大所述第一电压调整器(44)的输出电压(U5)的输出目标电压。

8.根据权利要求7所述的电池充电电路(10)，其中，所述电池充电电路(10)包括比较电路，用于将通过所述电流测量电路(I2)的平均电流(I2)的强度与第二预定阈值进行比较，以便在由所述电流测量电路(76)测量的所述平均电流(I2)的强度低于所述第二预定阈值时，减小所述第一电压调整器(44)的输出电压(U5)的输出目标电压。

9.根据权利要求8所述的电池充电电路(10)，其中，所述第一预定阈值与所述第二预定阈值相等，或者所述第一预定阈值具有比所述第二预定阈值大的滞后值。

10.根据权利要求1或2所述的电池充电电路(10)，其中，所述电流测量电路(76)的输出通过电气、光学、声学和无线电连接中的至少一个连接至所述电压调整器(44)的所述控制输入(88)。

11.根据权利要求1或2所述的电池充电电路(10)，其中，所述电池充电电路(10)不包括没有采用用于电流调整的所述第一电压调整器(44)的任何电流调整电路。

12.根据权利要求1或2所述的电池充电电路(10)，其中，所述电池充电电路(10)确切地包括一个分路(46)，用于利用所述一个分路(46)的端子(96，98)之间的电压(U2)来测量电流(I2)，其中，所述一个分路(46)的端子(96，98)之间的电压(U2)是由要被测量的所述电流(I2)导致的。

13.一种电子装置(10，18)，其中，所述电子装置(10，18)包括根据权利要求1至12中的一项所述的电池充电电路(10)。

14.根据权利要求13所述的电子装置(10，18)，其中，所述电子装置(10，18)是移动装置。