CN102946130B - 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电池充电电路及其控制电路和控制方法，所述电池充电电路用于控制对电池的充电，所述电池充电电路包括上拉功率管和下拉功率管。所述控制电路包括：迟滞控制电路，产生电流下限信号和电流上限信号；电流检测电路，检测流过上拉功率管和下拉功率管的电流，并输出表征上拉功率管的电流的上管电流检测信号和表征下拉功率管的下管电流检测信号；比较电路，输出置位信号和复位信号；逻辑电路，耦接至比较电路接收置位信号和复位信号，输出控制信号。

Description

一种电池充电电路及其控制电路和控制方法

技术领域

本发明涉及开关电源电路，更具体地说，本发明涉及一种电池充电电路及其控制电路和控制方法。

背景技术

在开关电源电路的某些应用中，例如当开关电源电路应用于电池充电电路时，需要采用恒流控制及恒压控制。传统的采用迟滞方式控制的开关电源电路通过限定电感电流的上下限来实现恒流控制。如图1所示，控制电路100通过检测与电感L串联的电阻Rsen两端的电压，生成电流检测信号。基于电流检测信号，控制电路100生成控制信号G1来控制功率开关M1和M2的通断，进而实现恒流控制。该电路通过检测与电感L串联的电阻Rsen两端的电压来检测流过电感的电流，因此电阻Rsen上将会产生功耗。并且当功率开关M1和M2以及控制电路100集成在一块芯片上时，芯片还需要有额外的两个引脚连接至电阻Rsen的两端。

发明内容

考虑到现有技术的一个或多个技术问题，提出了一种控制电路及控制方法。

根据本技术的实施例，提出了一种控制电路，所述控制电路可用于电池充电电路，所述电池充电电路包括上拉功率管和下拉功率管，所述控制电路包括：迟滞控制电路，具有第一输出端和第二输出端，在所述第一输出端产生电流下限信号和在所述第二输出端产生电流上限信号；电流检测电路，耦接至上拉功率管和下拉功率管，检测流过上拉功率管和下拉功率管的电流，并输出表征上拉功率管的电流的上管电流检测信号和表征下拉功率管的电流的下管电流检测信号；比较电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端，第四输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接至迟滞控制电路的第一输出端接收电流下限信号，所述第二输入端耦接至迟滞控制电路的第二输出端，接收电流上限信号，所述第三输入端和第四输入端耦接至电流检测电路，分别接收上管电流检测信号和下管电流检测信号，基于所述电流上限信号，所述电流下限信号、所述上管电流检测信号和所述下管电流检测信号，所述比较电路在第一输出端输出置位信号，在第二输出端输出复位信号；逻辑电路，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端耦接至比较电路的第一输出端，接收置位信号，所述复位端耦接至比较电路的第二输出端，接收复位信号，基于所述置位信号和复位信号，所述逻辑电路在输出端输出控制信号。

在一个实施例中，所述电流检测电路包括上管电流检测电路和下管电流检测电路。

在一个实施例中，所述第一功率管和第二功率管分别具有第一端、第二端和控制端，所述上管电流检测电路包括：第一检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收输入电压，所述控制端耦接至上拉功率管的控制端；第二检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至上拉功率管的第二端，所述控制端耦接至上拉功率管的控制端；误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一检测管的第二端，第二输入端耦接至第二检测管的第二端；第三检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至所述第一检测管的第二端，所述控制端耦接至误差放大器的输出端，所述第二端提供上管检测电流；电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第三检测管的第二端，所述第二端接地，所述上管检测电流流过电阻，在电阻的第一端产生上管电流检测信号。

在一个实施例中，所述下管电流检测电路包括：第四检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接地，所述控制端耦接至下拉功率管的控制端；第五检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉功率管的第二端，所述控制端耦接至下拉功率管的控制端；误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一检测管的第二端，第二输入端耦接至第五检测管的第二端；第六检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至所述第五检测管的第二端，所述控制端耦接至误差放大器的输出端，所述第二端提供上管检测电流；电流镜电路，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第六检测管的第二端，所述第二端提供与流过第六检测管的电流成镜像比例的镜像电流；电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电流镜电路的第二端，接收镜像电流，所述第二端接地，所述镜像电流流过所述电阻，在所述电阻的第一端产生下管电流检测信号。

在一个实施例中，所述比较电路包括：下限比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至迟滞控制电路的第一输出端接收电流下限信号，所述第二输入端耦接至电流检测电路的输出端接收电流检测信号，基于电流下限信号和电流检测信号的比较，所述下限比较器在输出端输出置位信号；以及上限比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至迟滞控制电路的第二输出端，接收电流上限信号，所述第二输入端耦接至电流检测电路的输出端，接收电流检测信号，基于电流上限信号和电流检测信号的比较，所述上限比较器在输出端输出复位信号。

在一个实施例中，所述逻辑电路包括RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端耦接至比较电路的第一输出端，接收置位信号，所述复位端耦接至比较电路的第二输出端，接收复位信号，基于所述置位信号和复位信号，所述逻辑电路在输出端输出控制信号。

根据本技术的实施例，还提出了一种电池充电电路，包括上述任一种控制电路，还包括：电感，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至功率电路的输出端，所述第二端提供充电电流给电池；输出电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电感的第二端，所述第二端接地；其中所述功率电路具有输入端、接地端、输出端和控制端，所述输入端接收输入电压，所述接地端接地，所述控制端耦接至控制电路的输出端接收控制信号，基于所述控制信号，所述功率电路或导通或关断；在功率电路导通时，电感的第一端接收输入电压；在功率电路关断时，电感的第一端接地。

根据本技术的实施例，还提出了一种电池充电电路的控制方法，所述电池充电电路包括上拉功率管和下拉功率管，所述控制方法包括：放大表征充电电压的反馈信号与反馈基准信号之间的差值，得到反馈放大信号；基于反馈放大信号与电流参考信号产生电流控制信号；产生迟滞窗口信号；根据迟滞窗口信号和电流控制信号产生电流上限信号和电流下限信号；检测流过上拉功率管的电流，生成表征上拉功率管的电流的上管电流检测信号；检测流过下拉功率管的电流，生成表征下拉功率管的电流的下管电流检测信号；以及将上管电流检测信号与电流上限信号相比较，将下管电流检测信号与电流下限信号相比较，当上管电流检测信号大于电流上限信号时，生成控制信号以关断上拉功率管，导通下拉功率管，当下管电流检测信号小于电流下限信号时，生成控制信号以关断下拉功率管，导通上拉功率管。

在一个实施例中，基于反馈放大信号与电流参考信号生成电流控制信号包括选择反馈放大信号与电流参考信号之中的较小值作为电流控制信号。

在一个实施例中，产生迟滞窗口信号包括：根据输入电压和充电电压生成导通时长为充电电压和输入电压的比值的恒定导通信号；以及比较恒定导通信号与控制信号的导通时长以生成迟滞窗口信号；其中，当控制信号的导通时长大于恒定导通信号的导通时长时，减小迟滞窗口信号，当控制信号的导通时长小于恒定导通信号的导通时长时，增大迟滞窗口信号，当控制信号的导通时长等于恒定导通信号的导通时长时，迟滞窗口信号保持不变。

根据本发明上述各方面的电池充电电路及其控制电路和控制方法，实现了定频的迟滞控制，省去了片外的电流检测电阻，电路结构简单，成本降低。

附图说明

为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：

图1示出了现有技术中的电池充电电路的结构示意图；

图2示出了根据本发明一实施例的电池充电电路的结构示意图；

图3示出了图2中的电池充电电路工作时的各信号的波形示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的控制电路200中的各模块的具体电路结构示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的迟滞信号产生电路401的电路结构示意图；

图6示出了图5迟滞信号产生电路401中的各信号波形示意图；

图7示出了根据本发明一实施例的运算电路402的电路结构示意图；

图8示出了根据本发明一实施例的电流检测电路205中的上管电流检测电路801；

图9示出了根据本发明一实施例的电流检测电路205中的下管电流检测电路901；

图10示出了根据本发明一实施例的电池充电电路的控制方法1000的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图2示出了根据本发明一实施例的电池充电电路的结构示意图。电池充电电路接收输入电压Vin，输出充电电流和充电电压Vbatt给电池。所述电池充电电路包括：控制电路200，输出控制信号G1；功率电路210，具有输入端、接地端、输出端和控制端，所述输入端接收输入电压Vin，所述接地端接地，所述控制端耦接至控制电路200的输出端接收控制信号G1，基于所述控制信号G1，所述功率电路210或导通或关断；电感L，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至功率电路210的输出端SW，所述第二端提供充电电流给电池；以及输出电容Cout，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电感的第二端，所述第二端接地；其中，在功率电路210导通时，电感L的第一端接收输入电压Vin；在功率电路210关断时，电感L的第一端接地。

在图2中，所述功率电路210包括上拉功率管M1和下拉功率管M2。上拉功率管M1导通，下拉功率管M2关断的工作状态被定义为功率电路210导通，同时也定义为电池充电电路导通；上拉功率管M1关断，下拉功率管M2导通的工作状态被定义为功率电路210关断，同时也定义为电池充电电路关断。在一个实施例中，上拉功率管M1和下拉功率管M2包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)，三极管等可控半导体器件。所述功率电路210还包括反相器209，接收控制信号G1，输出与控制信号G1相反的信号G2来控制下拉功率管M2的通断。在一个实施例中，上拉功率管M1包括MOSFET，三极管等可控半导体器件，下拉功率管M2包括二极管等半导体器件。

如图2所示，所述控制电路200包括：反馈放大器201，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收表征充电电压Vbatt的反馈信号Vfb，所述第二输入端接收反馈基准信号Vref1，基于所述反馈信号Vfb和反馈基准信号Vref1，所述反馈放大器201在输出端输出反馈放大信号Vcom；选择电路202，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收电流参考信号Vic，所述第二输入端耦接至反馈放大器201的输出端接收反馈放大信号Vcom，基于所述电流参考信号Vic和反馈放大信号Vcom，所述选择电路202生成电流控制信号Vmid输出到输出端；迟滞控制电路203，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第五输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接至选择电路的输出端接收电流控制信号Vmid，所述第二输入端接收输入电压Vin，所述第三输入端接收充电电压Vbatt，所述第四输入端耦接至控制电路200的输出端接收控制信号G1，所述第五输入端接收在功率电路210导通时产生脉冲的频率信号FRE，基于所述电流控制信号Vmid，输入电压Vin、充电电压Vbatt、控制信号G1和频率信号FRE，所述迟滞控制电路203在第一输出端输出电流下限信号Vhys_L，在第二输出端输出电流上限信号Vhys_H；电流检测电路205，耦接至上拉功率管M1和下拉功率管M2，检测流过上拉功率管M1和下拉功率管M2的电流，并输出表征上拉功率管M1的电流的上管电流检测信号Vihs和表征下拉功率管M2的下管电流检测信号Vils；比较电路206，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接至迟滞控制电路203的第一输出端接收电流下限信号Vhys_L，所述第二输入端耦接至迟滞控制电路203的第二输出端接收电流上限信号Vhys_H，所述第三输入端耦接至电流检测电路205接收上管电流检测信号Vihs，所述第四输入端耦接至电流检测电路205接收下管电流检测信号Vils，基于所述电流上限信号Vhys_H、电流下限信号Vhys_L、上管电流检测信号Vihs和下管电流检测信号Vils，所述比较电路206在第一输出端输出置位信号Vs，在第二输出端输出复位信号Vr；逻辑电路207，具有置位端S、复位端R和输出端Q，所述置位端S耦接至比较电路206的第一输出端接收置位信号Vs，所述复位端R耦接至比较电路206的第二输出端接收复位信号Vr，基于所述置位信号Vs和复位信号Vr，所述逻辑电路207在输出端输出控制信号G1。

在一个实施例中，所述逻辑电路207包括RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端耦接至比较电路206的第一输出端接收置位信号Vs，所述复位端耦接至比较电路206的第二输出端接收复位信号Vr，基于所述置位信号Vs和复位信号Vr，所述逻辑电路207在输出端输出控制信号G1。

本领域普通技术人员应该知道，当上拉功率管M1导通时，流过上拉功率管M1的电流与流过电感L的电流相等；当下拉功率管M2导通时，流过下拉功率管M2的电流与流过电感L的电流相等。因此，通过检测上拉功率管M1和下拉功率管M2的电流，即可得到流过电感L的电流。

图3示出了图2中的电池充电电路工作时的各信号的波形示意图。下面结合图2和图3来阐述图2中的电池充电电路的工作过程。由图3可看出，电池充电电路的工作主要分成恒流和恒压两个阶段。在电池电压Vbatt未达到设定值，即反馈电压Vfb的值小于反馈基准信号Vref1时，电池充电电路工作在恒流模式。在该模式下，由于反馈电压Vfb小于反馈基准信号Vref1，反馈放大器201饱和，反馈放大信号Vcom的值大于电流参考信号Vic的值(电流参考信号Vic为预设固定值)，选择电路202选择电流参考信号Vic作为电流控制信号Vmid输出至迟滞控制电路203。迟滞控制电路203基于输入电压Vin、充电电压Vbatt、控制信号G1、电流控制信号Vmid以及频率信号FRE而生成电流上限信号Vhys_H和电流下限信号Vhys_L。比较电路206接收电流上限信号Vhys_H，电流下限信号Vhys_L，以及上管电流检测信号Vihs和下管电流检测信号Vils。当上拉功率管M1关断，下拉功率管M2导通时，若表征电感电流的下管电流检测信号Vils下降至电流下限信号Vhys_L，比较电路206输出置位信号Vs来置位逻辑电路207，控制信号G1开通上拉功率管M1，关断下拉功率管M2，从而使电感L耦接输入电压Vin，电感电流上升。此时，下管电流检测信号Vils为零，表征电感电流的上管电流检测信号Vihs增大。当上管电流检测信号Vihs上升至电流上限信号Vhys_H，比较电路206输出复位信号Vr来复位逻辑电路207，控制信号G1关断上拉功率管M1，导通下拉功率管M2，从而使电感L接地，电感电流下降。此时，上管电流检测信号为零，表征电感电流的下管电流检测信号Vils减小。电流控制信号Vmid为电流上限信号Vhys_H和电流下限信号Vhys_L的平均值，也就是说电感平均电流，即充电电流，就对应于电流控制信号Vmid的值，从而实现恒流控制。

当反馈电压Vfb上升至反馈基准信号Vref1后，电池充电电路进入恒压模式。由于反馈电压Vfb的增大，反馈放大信号Vcom开始下降。当反馈放大信号Vcom小于或等于电流参考信号Vic时，选择电路202选择反馈放大信号Vcom作为电流控制信号Vmid输出至迟滞控制电路203。如前所述，电感电流平均值，即充电电流被控制对应于反馈放大信号Vcom。当反馈电压Vfb继续上升时，反馈放大信号Vcom下降，充电电流对应下降，从而使充电电压Vbatt下降。因此反馈电压Vfb不会持续上升，将会被控制等于反馈基准信号Vref1，即充电电压Vbatt在稳定情况下将为恒定值，从而实现恒压控制。

在一个实施例中，功率电路210还包括驱动电路，接收控制信号G1和G2，将控制信号G1和G2的驱动能力增大后分别输出至上拉功率管M1和下拉功率管M2的控制端。

图4示出了根据本发明一实施例的控制电路200中的各模块的具体电路结构示意图。

在一个实施例中，选择电路202包括：二极管D1，具有阴极端和阳极端，所述阴极端耦接至反馈放大器201的输出端接收反馈放大信号Vcom；以及电阻R3，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至所述二极管D1的阳极端，所述第二端接收电流参考信号Vic；其中，在电流参考信号Vic小于或等于反馈放大信号Vcom时，二极管D1关断，电流参考信号Vmid等于电流参考信号Vic；在电流参考信号Vic大于反馈放大信号Vcom时，二极管D1导通，电流参考信号Vmid等于反馈放大信号Vcom。

在一个实施例中，迟滞控制电路203包括：迟滞信号产生电路401，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和输出端，所述第一输入端接收输入电压Vin，所述第二输入端接收充电电压Vbatt，所述第三输入端耦接至控制电路200的输出端接收控制信号G1，所述第四输入端接收频率信号FRE，基于所述输入电压Vin、充电电压Vbatt、控制信号G1和频率信号FRE，所述迟滞信号产生电路401在输出端输出迟滞窗口信号Vhys；以及运算电路402，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接至迟滞信号产生电路401接收迟滞窗口信号Vhys，所述第二输入端耦接至选择电路202的输出端接收电流控制信号Vmid，基于所述迟滞窗口信号Vhys和电流控制信号Vmid，所述运算电路402在第一输出端输出电流下限信号Vhys_L，在第二输出端输出电流上限信号Vhys_H。

在一个实施例中，所述频率信号FRE包括置位信号Vs。所述置位信号Vs在每个开关周期中产生脉冲置位RS触发器以产生控制信号G1导通上拉功率管M1。频率信号FRE也可以包括任何在上拉功率管M1导通时产生脉冲的信号。

图5示出了根据本发明一实施例的迟滞信号产生电路401的电路结构示意图。在图5中，迟滞信号产生电路401包括：恒定导通信号产生电路501，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第一输入端接收输入电压Vin，所述第二输入端接收充电电压Vbatt，所述第三输入端接收置位信号Vs，基于所述输入电压Vin、充电电压Vbatt和置位信号Vs，所述恒定导通信号产生电路501在输出端输出恒定导通信号Ton_ref；充放电电路502，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至恒定导通信号产生电路501的输出端接收恒定导通信号Ton_ref，所述第二输入端耦接至控制电路200的输出端接收控制信号G1，基于所述恒定导通信号Ton_ref和控制信号G1，所述充放电电路502在输出端提供充放电电流；以及迟滞电容C1，具有第一端和第二端，其中所述第一端耦接至充放电电路502的输出端接收充放电电流，所述第二端接地，所述迟滞电容C1在第一端提供迟滞窗口信号Vhys。在另一实施例中，充放电电路502还包括反相器503，耦接在恒定导通信号产生电路501的输出端和第一开关Q1的控制端之间，接收恒定导通信号Ton_ref，输出反相的恒定导通信号Ton_ref。

在一个实施例中，所述恒定导通信号产生电路501包括：第一受控电流源I1，具有输入端、输出端和控制端，所述输入端接收供电电压Vcc，所述控制端接收输入电压Vin，所述输出端提供充电电流Ic；基准电容C2，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一受控电流源I1的输出端接收充电电流Ic，所述第二端接地，所述基准电容C2在第一端提供锯齿波信号Vc2；频率开关Ms，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端和第二端耦接至基准电容C2的两端，所述控制端接收置位信号Vs，当置位信号Vs产生脉冲时，所述频率开关Ms导通；受控电压源V1，具有第一端，第二端和控制端，所述第二端接地，所述控制端耦接至电池接收充电电压Vbatt，基于所述充电电压Vbatt，所述受控电压源V1在第一端输出与充电电压Vbatt相关的恒定导通基准信号Vref2；以及恒定导通比较器5011，具有第一输入端(反相输入端)、第二输入端(正相输入端)和输出端，其中所述第一输入端耦接至基准电容C2的第一端接收锯齿波信号Vc2，所述第二输入端耦接至受控电压源V1的第一端接收恒定导通基准信号Vref2，基于所述锯齿波信号Vc2和恒定导通基准信号Vref2，所述恒定导通比较器5011在输出端输出恒定导通信号Ton_ref。

在一个实施例中，第一受控电流源I1输出的充电电流Ic与输入电压Vin的关系如下：

Ic＝K1×Vin  (1)

其中K1为固定常数。

在一个实施例中，受控电压源V1输出的恒定导通基准信号Vref2与充电电压Vbatt的关系如下：

Vref2＝K2×Vbatt    (2)

其中K2为固定常数。

在一个开关周期中，当置位信号Vs产生脉冲时，所述频率开关Ms导通，基准电容C2被放电，锯齿波信号Vc2降为零，恒定导通信号Ton_ref为低电平；当置位信号Vs的脉冲结束后，频率开关Ms关断，第一受控电流源I1开始给基准电容C2充电，锯齿波信号Vc2以一定的斜率上升，当锯齿波信号Vc2上升至恒定导通基准信号Vref2时，恒定导通比较器5011翻转，恒定导通信号Ton_ref跳变为高电平，锯齿波信号Vc2继续上升，直至下一个开关周期到来时，置位信号Vs的脉冲导通频率开关Ms，使得基准电容C2被放电，恒定导通比较器5011翻转，恒定导通信号Ton_ref跳变为低电平。周而复始，使得恒定导通信号Ton_ref具有图6所示波形。在一个实施例中，恒定导通信号Ton_ref的高电平时长被定义为导通时长，低电平时长被定义为关断时长。由于Ton_ref的导通时长恒定，因此也被定义为恒定导通时长。

恒定导通信号Ton_ref的导通时长TON如下：

$\mathrm{TON}=\frac{K2}{K1}\×C2\×\frac{\mathrm{Vbatt}}{\mathrm{Vin}}---\left(3\right)$

在一个实施例中，充放电电路502包括：第二电流源I2，具有输入端和输出端；第一开关Q1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第二电流源I2的输出端，所述第二端接地，所述控制端耦接至恒定导通信号产生电路501的输出端接收恒定导通信号Ton_ref；第二开关Q2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至迟滞电容C1的第一端，所述第二端耦接至第二电流源I2的输入端，所述控制端耦接至控制电路的输出端接收控制信号G1；第三开关D1，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二电流源I2的输出端，所述第二端耦接至迟滞电容C1的第一端；以及第四开关D2，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端耦接至第二电流源I2的输入端；其中当控制信号G1的导通时长(即上拉功率管M1的导通时长)小于恒定导通信号Ton_ref的导通时长时，第二电流源I2对迟滞电容C1充电；当控制信号G1的导通时长大于恒定导通信号Ton_ref的导通时长时，第二电流源I2对迟滞电容C1放电。

图6示出了图5迟滞信号产生电路401中的各信号波形示意图。下面结合图5和图6来具体阐述迟滞信号产生电路401的工作原理。由前面描述可知，恒定导通信号Ton_ref具有恒定导通时长。在区间t1，控制信号G1和恒定导通信号Ton_ref均为高电平，第一开关Q1关断，第二开关Q2导通，第二电流源I2的电流流经第三开关D1和第二开关Q2形成回路，迟滞电容C1上的迟滞窗口信号Vhys保持不变；在区间t2，控制信号G1为高电平，而恒定导通信号Ton_ref为低电平，第一开关Q1和第二开关Q2均导通，第二电流源I2的电流流经第二开关Q2，第一开关Q1，给迟滞电容C1放电，迟滞窗口信号Vhys减小；在区间t3，控制信号G1和恒定导通信号Ton_ref均为低电平，第一开关Q1导通，第二开关Q2关断，第二电流源I2的电流流经第一开关Q1和第四开关D2形成通路，迟滞电容C1上的迟滞窗口信号Vhys保持不变。即当控制信号G1的导通时长大于恒定导通信号Ton_ref的导通时长时，第二电流源I2将对迟滞电容C1放电，使迟滞窗口信号Vhys减小。

在一个实施例中，第一开关Q1控制端的信号为低电平时，第一开关Q1导通；第二开关Q2控制端的信号为高电平时，第二开关Q2导通。在一个实施例中，第一开关Q1控制端的信号为高电平时，第一开关Q1导通；第二开关Q2控制端的信号为高电平时，第二开关Q2导通。

同样的，当控制信号G1的导通时长小于恒定导通信号Ton_ref的导通时长时，第一开关Q1和第二开关Q2均关断，第二电流源I2的电流流经第三开关D1和第四开关D2给迟滞电容C1充电，迟滞窗口信号Vhys增大。

由以上内容可知，当控制信号G1的导通时长大于恒定导通信号Ton_ref的导通时长时，迟滞窗口信号Vhys减小，即在下一个开关周期中，电感电流的上下限减小，由于电感电流的上升斜率不变，则电感电流的上升时长减小，也即是控制信号G1的导通时长减小；当控制信号G1的导通时长小于恒定导通信号Ton_ref的导通时长时，迟滞窗口信号Vhys增大，即在下一个开关周期中，电感电流的上下限增大，由于电感电流的上升斜率不变，则电感电流的上升时长增加，也即是控制信号G1的导通时长增大。也就是说，控制信号G1的导通时长将会被控制等于恒定导通信号Ton_ref的导通时长TON。

根据公式(3)可得到电池充电电路的开关频率fsw为：

$\mathrm{fsw}=\frac{D}{\mathrm{TON}}=\frac{\mathrm{Vbatt}/\mathrm{Vin}}{\frac{K2}{K1}\×C1\×\frac{\mathrm{Vbatt}}{\mathrm{Vin}}}=\frac{K1}{K2\×C2}---\left(4\right)$

公式(4)中，D为电流充电电路的开关占空比。由公式(4)可知，电池充电电路的频率fsw为一固定值，其大小只与常数K1、K2以及基准电容C2的电容值有关。

图7示出了根据本发明一实施例的运算电路402的电路结构示意图。如图7所示，运算电路402包括：第二受控电流源Ihys，具有第一端、第二端和控制端，其中所述第一端接收供电电压Vcc，所述控制端耦接至迟滞信号产生电路401的输出端接收迟滞窗口信号Vhys，所述第二受控电流源Ihys在迟滞窗口信号Vhys的控制下在第二端输出电流值与迟滞窗口信号Vhys成正比的电流K3×Vhys；第一电阻R4，具有第一端和第二端，所述第一端输出电流上限信号Vhsy_H；第二电阻R5，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一电阻R4的第二端，所述第二端输出电流下限信号Vhys_L；第三电阻R6，具有第一端和第二端，所述第一端至第二电阻R5的第二端，所述第二端接地；以及箝位电路701具有第一端和第二端，所述第一端耦接至选择电路202的输出端接收电流控制信号Vmid，所述第二端耦接至第一电阻R4和第二电阻R5的连接点，将第一电阻R4和第二电阻R5的连接点的电压箝位至电流控制信号Vmid。

在一个实施例中，所述供电电压Vcc等于输入电压Vin。

箝位电路701为本领域公知常识，此处不再展开阐述。

从图7中可得出电流上限信号Vhsy_H和电流下限信号Vhsy_L的值分别如下：

$\mathrm{Vhys}\_H=\mathrm{Vmid}+K3\×\mathrm{Vhys}\×R4=\mathrm{Vmid}+\frac{1}{2}\×\mathrm{Vhys}---\left(5\right)$

$\mathrm{Vhys}\_L=\mathrm{Vmid}-K3\×\mathrm{Vhys}\×R5=\mathrm{Vmid}-\frac{1}{2}\×\mathrm{Vhys}---\left(6\right)$

即电阻R4和R5的阻值相等，且该电阻值与第二受控电流源Ihys的受控因子K3的乘积为0.5。

本领域普通技术人员应该知道，运算电路402可由任何能够产生如公式(5)和(6)所示的电流上限信号Vhsy_H和电流下限信号Vhsy_L的电路实现。本发明的实施例没有必要穷举运算电路402的各种实现方式。

本发明的实施例采用的运算电路402和选择电路202是简单的，常用的电路或者单元，本领域技术人员可以在本发明实施例的教导下轻易掌握并替换这些单元。特别是随着数字设计软件和数字设计语言的发展，比如在VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage，即超高速集成电路硬件描述语言)和Verilog HDL(hardware description language，即硬件描述语言)，本领域技术人员将运算电路402及选择电路202要完成的功能用上述语言描述后，就可以自动生成对应的电路。

图8示出了根据本发明一实施例的电流检测电路205中的上管电流检测电路801。如图8所示，所述上管电流检测电路801包括：第一检测管Ms1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收输入电压Vin，所述控制端耦接至上拉功率管M1的控制端；第二检测管Ms2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至上拉功率管M1的第二端，所述控制端耦接至上拉功率管M1的控制端；误差放大器802，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一检测管Ms1的第二端，第二输入端耦接至第二检测管Ms2的第二端；第三检测管Ms3，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至所述第一检测管Ms1的第二端，所述控制端耦接至误差放大器802的输出端，所述第二端提供上管检测电流Isen1；电阻Rs1，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第三检测管Ms3的第二端，所述第二端接地，所述上管检测电流Isen1流过电阻Rs1，在电阻Rs1的第一端产生上管电流检测信号Vihs。

在一个实施例中，误差放大器802的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端。假设误差放大器802的正相输入端电压为VP1，反相输入端电压为VN1。则从图中可以得出电压VP1＝Vin-Isen1*RdsONs1，电压VN1＝Vin-Ipow1*RdsON1。由于误差放大器输入端的电压相等，即VP1＝VN1，因此可得上管检测电流Isen1＝Ipow1*(RdsON1/RdsONs1)。由此可知，上管检测电流Isen1与流过上功率管的电流Ipow1成正比例，比例系数为RdsON1/RdsONs1，其中RdsON1为上拉功率管M1的导通电阻，RdsONs1为第一检测管Ms1的导通电阻。上管电流检测信号Vihs与上管检测电流Isen1关系为：Vihs＝Isen1*Rs1。即上管电流检测信号Vihs可以表征流过上拉功率管M1的电流。

图9示出了根据本发明一实施例的电流检测电路205中的下管电流检测电路901。如图9所示，所述下管电流检测电路901包括：第四检测管Ms4，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接地，所述控制端耦接至下拉功率管M2的控制端；第五检测管Ms5，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉功率管M2的第二端，所述控制端耦接至下拉功率管M2的控制端；误差放大器902，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一检测管Ms4的第二端，第二输入端耦接至第五检测管Ms5的第二端；第六检测管Ms6，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至所述第五检测管Ms5的第二端，所述控制端耦接至误差放大器902的输出端，所述第二端提供上管检测电流Isen1；电流镜电路903，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第六检测管Ms6的第二端，所述第二端提供与流过第六检测管Ms6的电流成镜像比例的镜像电流；电阻Rs1，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电流镜电路903的第二端，接收镜像电流，所述第二端接地，所述镜像电流流过电阻Rs1，在电阻Rs1的第一端产生下管电流检测信号Vils。

在一个实施例中，误差放大器902的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端。假设误差放大器902的正相输入端电压为VP2，反相输入端电压为VN2。则从图中可以得出电压VP2＝Vsw+Ipow2*RdsON2，电压VN2＝Vsw+Isen2*RdsONs5。由于误差放大器输入端的电压相等，即VP2＝VN2，因此可得上管检测电流Isen2＝Ipow*(RdsON2/RdsONs5)。由此可知，下管检测电流Isen2与流过下功率管的电流Ipow2成正比例，比例系数为RdsON2/RdsONs5，其中RdsON2为下拉功率管M2的导通电阻，RdsONs5为第五检测管Ms5的导通电阻。

在一个实施例中，电流镜电路903包括镜像管Mr1和镜像管Mr2。所述镜像管分别具有第一端、第二端和控制端。镜像管Mr1和Mr2的第一端耦接至芯片电源Vcc，镜像管Mr1的控制端、第二端以及镜像管Mr2的控制端耦接在一起。在一个实施例中，电流镜电路的镜像比例为1，则镜像电流与下管检测电流Isen2相等，下管电流检测信号Vils与下管检测电流Isen2的关系为：Vils＝Isen2*Rs2。即下管电流检测信号Vils可以表征流过下拉功率管M2的电流。本领域普通技术人员可知，电流镜电路903的电路结构并不局限于图9中的电路结构，电流镜电路903的镜像比例也可根据实际电路应用情况变化。

本领域普通技术人员可知，上管电流检测电路801和下管电流检测电路901均可以用其它电路来替代，例如电流镜电路，即采用电流镜电路镜像流过上拉功率管或下拉功率管的电流。通过上管电流检测电路801来检测流过上拉功率管M1的电流，下管电流检测电路901来检测流过下拉功率管M2的电流，从而实现对电感电流的检测，避免了传统电流检测电路中串联在电感L上的电阻，节省了片外器件及芯片引脚，降低了电路成本。

图10示出了根据本发明一实施例的电池充电电路的控制方法1000的流程示意图。所述电流充电电路包括上拉功率管和下拉功率管。步骤1001，放大表征充电电压的反馈信号与反馈基准信号之间的差值，得到反馈放大信号；步骤1002，基于反馈放大信号与电流参考信号产生电流控制信号；步骤1003，产生迟滞窗口信号；步骤1004，根据迟滞窗口信号和电流控制信号产生电流上限信号和电流下限信号；步骤1005，检测流过上拉功率管的电流，生成表征上拉功率管的电流的上管电流检测信号；步骤1006，检测流过下拉功率管的电流，生成表征下拉功率管的电流的下管电流检测信号；以及步骤1007，将上管电流检测信号与电流上限信号相比较，将下管电流检测信号与电流下限信号相比较，当上管电流检测信号大于电流上限信号时，生成控制信号以关断上拉功率管，导通下拉功率管，当下管电流检测信号小于电流下限信号时，生成控制信号以关断下拉功率管，导通上拉功率管。

在一个实施例中，步骤1002包括：选择反馈放大信号与电流参考信号之中的较小值作为电流控制信号。

在一个实施例中，步骤1003包括：根据输入电压和充电电压，生成导通时长为充电电压和输入电压的比值的恒定导通信号；以及比较恒定导通信号与控制信号的导通时长以生成迟滞窗口信号；其中，当控制信号的导通时长大于恒定导通信号的导通时长时，减小迟滞窗口信号，当控制信号的导通时长小于恒定导通信号的导通时长时，增大迟滞窗口信号，当控制信号的导通时长等于恒定导通信号的导通时长时，迟滞窗口信号保持不变。

在一个实施例中，步骤1004包括：使电流上限信号的值等于电流控制信号加上一半的迟滞窗口信号的值；以及使电流下限信号的值等于电流控制信号减去一半的迟滞窗口信号的值。

在一个实施例中，步骤1004包括：使电流上限信号的值等于电流控制信号；以及使电流下限信号等于电流控制信号减去迟滞窗口信号的值。

在一个实施例中，步骤1004包括：使电流下限信号的值等于电流控制信号；以及使电流上限信号等于电流控制信号加上迟滞窗口信号的值。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种控制电路，所述控制电路用于电池充电电路，所述电池充电电路包括上拉功率管和下拉功率管，所述控制电路包括：

迟滞控制电路，具有第一输出端和第二输出端，在所述第一输出端产生电流下限信号和在所述第二输出端产生电流上限信号；

电流检测电路，耦接至上拉功率管和下拉功率管，检测流过上拉功率管和下拉功率管的电流，并输出表征上拉功率管的电流的上管电流检测信号和表征下拉功率管的电流的下管电流检测信号；

比较电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端，第四输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接至迟滞控制电路的第一输出端接收电流下限信号，所述第二输入端耦接至迟滞控制电路的第二输出端，接收电流上限信号，所述第三输入端和第四输入端耦接至电流检测电路，分别接收上管电流检测信号和下管电流检测信号，基于所述电流上限信号，所述电流下限信号、所述上管电流检测信号和所述下管电流检测信号，所述比较电路在第一输出端输出置位信号，在第二输出端输出复位信号；

逻辑电路，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端耦接至比较电路的第一输出端，接收置位信号，所述复位端耦接至比较电路的第二输出端，接收复位信号，基于所述置位信号和复位信号，所述逻辑电路在输出端输出控制信号；

其中比较电路包括：

下限比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至迟滞控制电路的第一输出端接收电流下限信号，所述第二输入端耦接至电流检测电路的输出端接收电流检测信号，基于电流下限信号和电流检测信号的比较，所述下限比较器在输出端输出置位信号；以及

上限比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至迟滞控制电路的第二输出端，接收电流上限信号，所述第二输入端耦接至电流检测电路的输出端，接收电流检测信号，基于电流上限信号和电流检测信号的比较，所述上限比较器在输出端输出复位信号。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电流检测电路包括上管电流检测电路和下管电流检测电路。

3.如权利要求2所述的控制电路，所述上拉功率管和下拉功率管分别具有第一端、第二端和控制端，所述上管电流检测电路包括：

第一检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收输入电压，所述控制端耦接至上拉功率管的控制端；

第二检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至上拉功率管的第二端，所述控制端耦接至上拉功率管的控制端；

误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一检测管的第二端，第二输入端耦接至第二检测管的第二端；

第三检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至所述第一检测管的第二端，所述控制端耦接至误差放大器的输出端，所述第二端提供上管检测电流；

电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第三检测管的第二端，所述第二端接地，所述上管检测电流流过电阻，在电阻的第一端产生上管电流检测信号。

4.如权利要求2所述的控制电路，所述下管电流检测电路包括：

第四检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接地，所述控制端耦接至下拉功率管的控制端；

第五检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉功率管的第二端，所述控制端耦接至下拉功率管的控制端；

误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一检测管的第二端，第二输入端耦接至第五检测管的第二端；

第六检测管，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至所述第五检测管的第二端，所述控制端耦接至误差放大器的输出端，所述第二端提供上管检测电流；

电流镜电路，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第六检测管的第二端，所述第二端提供与流过第六检测管的电流成镜像比例的镜像电流；

电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电流镜电路的第二端，接收镜像电流，所述第二端接地，所述镜像电流流过所述电阻，在所述电阻的第一端产生下管电流检测信号。

5.如权利要求1－4任一项所述的控制电路，其特征在于，所述逻辑电路包括RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端耦接至比较电路的第一输出端，接收置位信号，所述复位端耦接至比较电路的第二输出端，接收复位信号，基于所述置位信号和复位信号，所述逻辑电路在输出端输出控制信号。

6.一种电池充电电路，包括如权利要求1－4任一项所述的控制电路，还包括：

电感，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至功率电路的输出端，所述第二端提供充电电流给电池；

输出电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电感的第二端，所述第二端接地；

其中所述功率电路具有输入端、接地端、输出端和控制端，所述输入端接收输入电压，所述接地端接地，所述控制端耦接至控制电路的输出端接收控制信号，基于所述控制信号，所述功率电路或导通或关断；

在功率电路导通时，电感的第一端接收输入电压；在功率电路关断时，电感的第一端接地。

7.一种电池充电电路的控制方法，所述电池充电电路包括上拉功率管和下拉功率管，所述控制方法包括：

放大表征充电电压的反馈信号与反馈基准信号之间的差值，得到反馈放大信号；

基于反馈放大信号与电流参考信号产生电流控制信号；

产生迟滞窗口信号；

根据迟滞窗口信号和电流控制信号产生电流上限信号和电流下限信号；

检测流过上拉功率管的电流，生成表征上拉功率管的电流的上管电流检测信号；

检测流过下拉功率管的电流，生成表征下拉功率管的电流的下管电流检测信号；以及

将上管电流检测信号与电流上限信号相比较，将下管电流检测信号与电流下限信号相比较，当上管电流检测信号大于电流上限信号时，生成控制信号以关断上拉功率管，导通下拉功率管，当下管电流检测信号小于电流下限信号时，生成控制信号以关断下拉功率管，导通上拉功率管。

8.如权利要求7所述的控制方法，其中基于反馈放大信号与电流参考信号生成电流控制信号包括选择反馈放大信号与电流参考信号之中的较小值作为电流控制信号。

9.如权利要求7所述的控制方法，其中产生迟滞窗口信号包括：

根据输入电压和充电电压生成导通时长为充电电压和输入电压的比值的恒定导通信号；以及

比较恒定导通信号与控制信号的导通时长以生成迟滞窗口信号；

其中，当控制信号的导通时长大于恒定导通信号的导通时长时，减小迟滞窗口信号，当控制信号的导通时长小于恒定导通信号的导通时长时，增大迟滞窗口信号，当控制信号的导通时长等于恒定导通信号的导通时长时，迟滞窗口信号保持不变。