CN104009529A - 控制电路、电池供电装置和控制方法 - Google Patents

控制电路、电池供电装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种控制电路、电池供电装置和控制方法。所述控制电路用于控制开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池；所述控制电路通过根据外部电源输入电流以及电池充放电电流的大小确定开关型变换器的状态，选择对应的升压模式控制方式或降压模式控制方式进行控制，使得在升压模式下，外部电源输入电流和电池放电电流均在预定范围内变化，可以更好地保护提供外部电源的适配器，避免了由于负载增大对外部电源适配器或电池供电装置的损害。

Description

控制电路、电池供电装置和控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种控制电路、电池供电装置和控制方法。
背景技术
开关型变换器可以用于为电子设备中的可充电电池充电。在将外部电源(例如电源适配器)连接到带有可充电电池的电子设备上时，外部电源对电子设备内部负载供电，同时通过开关型变换器对电池充电时。负载和电池的电流均由外部电源提供，这就要求外部电源的输出能力必须要满足电子设备的最大负载，即使这个最大负载只维持很短的时间。由于外部电源通常是将交流电转换为直流电的适配器，其具有额定的功率，当负载的功率增大到超过适配器的额定功率时，可能会导致适配器损坏。
发明内容
有鉴于此，提供一种控制电路、电池供电装置和控制方法，以更好地控制为电池供电的开关型变换器，使得在负载功率增加时，减轻外部电源(适配器)的负担。
第一方面，提供一种控制电路，用于控制开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池；所述控制电路包括选择电路、升压模式控制电路和降压模式控制电路：
所述选择电路用于根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择升压模式控制电路或降压模式控制电路控制所述开关型变换器；
所述升压模式控制电路用于在升压模式下控制所述开关型变换器，使得所述输入电流小于第一电流阈值；
所述降压模式控制电路用于在降压模式下控制所述开关型变换器工作。
优选地，所述升压模式控制电路还用于在升压模式下控制所述开关型变换器使得所述电池放电电流小于第二电流阈值。
优选地，所述降压模式控制还用于在降压模式下控制所述开关型变换器使得所述电池充电电流小于第三电流阈值。
优选地，所述选择电路用于在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且所述电池充电电流的检测值小于第一预定阈值时选择由升压模式控制电路控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入电流的检测值小于第二输入电流阈值且所述电池放电电流的检测值小于第二预定阈值时选择由降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
优选地，所述选择电路包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一逻辑门、第二逻辑门和选择逻辑电路；
所述第一比较器比较所述外部电源输入电流的检测值和所述第一输入电流阈值输出第一比较信号；
所述第二比较器比较所述电池充电电流的检测值和所述第一预定阈值输出第二比较信号；
所述第三比较器比较所述外部电源输入电流的检测值和所述第二输入电流阈值输出第三比较信号；
所述第四比较器比较所述电池放电电流的检测值和所述第二预定阈值输出第四比较信号；
所述第一逻辑门根据所述第一比较信号和第二比较信号输出第一逻辑信号；
所述第二逻辑门根据所述第三比较信号和第四比较信号输出第二逻辑信号；
所述选择逻辑电路根据所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号输出选择信号选择升压模式控制电路或降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
优选地，所述选择电路用于在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值后选择由升压模式控制电路控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值后选择由降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
优选地，所述选择电路包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一延迟电路、第二延迟电路、第三延迟电路、第四延迟电路、第一逻辑门、第二逻辑门和选择逻辑电路；
所述第一比较器比较所述外部电源输入电流的检测值和所述第一输入电流阈值输出第一比较信号；
所述第二比较器比较电池充电电流的检测值和所述第一预定阈值输出第二比较信号；
所述第三比较器比较与所述外部电源输入电流的检测值和所述第二输入电流阈值输出第三比较信号；
所述第四比较器比较与所述电池放电电流的检测值和所述第二预定阈值输出第四比较信号；
所述第一延迟电路对所述第一比较信号延迟第一延迟时间后输出第一延迟比较信号；
所述第二延迟电路对所述第二比较信号延迟第二延迟时间后输出第二延迟比较信号；
所述第三延迟电路对所述第三比较信号延迟第三延迟时间后输出第二延迟比较信号；
所述第四延迟电路对所述第四比较信号延迟第四延迟时间后输出第四延迟比较信号；
所述第一逻辑门接收所述第一延迟比较信号和第二延迟比较信号输出第一逻辑信号；
所述第二逻辑门接收所述第三延迟比较信号和第四延迟比较信号输出第二逻辑信号；
所述选择逻辑电路根据所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号输出选择信号选择升压模式控制电路或降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
优选地，所述开关型变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关在开关型变换器工作于降压模式时作为主功率开关，所述第二功率开关在开关型变换器工作于升压模式时作为主功率开关；
所述升压模式控制电路根据第一误差值和经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值输出开关控制信号控制所述第一功率开关和所述第二功率开关，使得当外部电源输入电流增大至所述第一电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比增加，从而增大电池放电电流；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；或者所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值。
优选地，所述开关型变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关在开关型变换器工作于降压模式时作为主功率开关，所述第二功率开关在开关型变换器工作于升压模式时作为主功率开关；
所述升压模式控制电路根据第一误差值和第二误差值以及经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值输出开关控制信号控制所述第一功率开关和所述第二功率开关，使得当外部电源输入电流增大至所述第一电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比增加，从而增大电池放电电流，在电池放电电流增大至所述第二电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比减小，从而减小电池放电电流；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；所述第二误差值表征所述第二电流阈值与所述电池放电电流的差值；或者
所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值；所述第二误差值表征所述电池放电电流和所述第二电流阈值的差值。
优选地，所述升压模式控制电路包括第一误差放大器、第二误差放大器、比较选择电路、比较器和输出逻辑电路；
所述第一误差放大器接收所述输入电流的检测值和第一电流阈值输出第一误差值；
所述第二误差放大器接收所述电池放电电流的检测值和第二电流阈值输出第二误差值；
所述比较选择电路选择所述第一误差值和第二误差值中较小的一个输入到所述比较器的同相输入端；
所述比较器的反相输入端输入经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值；
所述输出逻辑电路接收所述比较器的输出信号输出开关控制信号控制所述开关型变换器。
第二方面，提供一种电池供电装置，包括输入电流检测电路、电池充电/放电电流检测电路、开关型变换器和如上所述的控制电路，所述控制电路用于控制所述开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池。
第三方面，提供一种控制方法，用于控制开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池，所述方法包括：
根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择以升压模式或降压模式控制所述开关型变换器；
所述开关型变换器工作在升压模式时，控制使得所述外部电源输入电流小于第一电流阈值；
所述开关型变换器工作在降压模式时，控制所述电池充电电流对电池充电。
优选地，所述方法还包括：所述开关型变换器工作在升压模式时，控制使得所述电池放电电流小于第二电流阈值。
优选地，所述控制所述电池充电电流对电池充电包括：
控制使得所述电池充电电流小于第三电流阈值。
优选地，所述根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择以升压模式或降压模式控制所述开关型变换器包括：
在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值时选择升压模式控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值时选择降压模式控制所述开关型变换器。
优选地，所述根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择升压模式或降压模式控制所述开关型变换器包括：
在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值后选择升压模式控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入端电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值后选择降压模式控制所述开关型变换器。
优选地，控制使得所述输入电流小于第一电流阈值且所述电池放电电流小于第二电流阈值包括：
根据第一误差值和第二误差值以及经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值控制所述开关型变换器，使得当外部电源输入电流大于所述第一电流阈值时电池放电电流增大，在电池放电电流大于所述第二电流阈值时电池放电电流减小；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；所述第二误差值表征所述第二电流阈值与所述电池放电电流的差值；或者
所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值；所述第二误差值表征所述电池放电电流和所述第二电流阈值的差值。
通过根据外部电源输入电流以及电池充电电流的大小确定开关型变换器的状态，选择对应的升压模式控制方式或降压模式控制方式进行控制，使得在升压模式下，外部电源输入电流和电池放电电流均在预定范围内变化，可以更好地保护提供外部电源的适配器，避免了由于负载增大对外部电源适配器或电池供电装置的损害。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的电池供电装置的电路示意图；
图2是本发明实施例的控制电路的框图；
图3是本发明实施例的控制电路中一个选择电路的电路示意图；
图4是本发明实施例的控制电路中另一个选择电路的电路示意图；
图5A和图5B是本发明实施例的电池供电装置的工作波形图；
图6是本发明实施例的控制电路中升压模式控制电路的电路示意图；
图7是本发明实施例另一优选的电池供电装置的电路示意图；
图8是本发明实施例的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
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。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的电池供电装置的电路示意图。如图1所示，电池供电装置1包括控制电路11、开关型变换器12、输入电流检测电路13、电池充电/放电电流检测电路14。其中，在图1中，开关型变换器12为H桥型开关变换器，其第一端与外部电源vin到负载LOAD的供电线路连接。由于外部电源vin同时连接到负载LOAD，开关变换器12与外部电源vin连接的一端同时连接到负载LOAD。开关型变换器12的第二端连接到电池BAT。通常，外部电源vin通过开关型变换器12为电池BAT充电，同时向负载LOAD供电。
具体地，开关型变换器12包括第一功率开关Q1和第二功率开关Q2，两者串联连接在外部电源vin和接地端之间，根据施加于其各自控制端的开关控制信号导通和关断。功率开关可以使用金属氧化物晶体管实现。开关型变换器12还包括电感L，其连接在第一功率开关Q1和第二功率开关Q2的连接点Lx和开关型变换器12的第二端之间。从外部电源向电池方向(也即，第一端向第二端)，开关型变换器12为降压型拓扑，而从电池到负载方向(也即，第二端向第一端)，开关型变换器12为升压型拓扑。根据外部电源vin的输入电流Iin和负载LOAD所需要的电流的相互关系，开关型变换器12可以工作在降压模式或升压模式。在负载LOAD需求电流较小时，可以从外部电源vin接收电流对电池BAT充电，此时，开关型变换器12工作在降压模式；在负载LOAD需求电流较大时，电池BAT通过开关型变换器12对负载放电，此时，开关型变换器12工作在升压模式。也即，在由于上述负载LOAD的功率增大,需要的电流增大导致外部电源输入电流Iin大幅上升时，电池BAT可以和外部电源vin同时对负载供电，此时，需要开关型变换器12被控制工作在升压模式，以对负载输出电流。这样可以降低外部电源输入电流Iin，保护外部电源。
在开关型变换器12工作在降压模式时，与外部电源vin到负载LOAD的供电线路连接的第一端为输入端，连接到电池BAT的第二端为输出端。
在开关型变换器12工作在升压模式时，连接到电池的第二端为输入端，与外部电源vin到负载LOAD的供电线路连接的第一端为输出端。
在图1中，输入电流检测电路13为连接在开关型变换器12的第一端和外部电源vin之间的第一采样电阻Rin。第一采样电阻Rin两端电压可用于表征输入电流Iin。
在图1中，电池充电/放电电流检测电路14为连接在第二端和电池BAT之间的第二采样电阻RL，第二采样电阻RL的两端电压可以作为流过电感L的电感电流IL的检测值，表征电感电流IL。由于电感L位于电池BAT与外部电源vin到负载LOAD的供电线路的电流线路上，在开关型变换器12工作在降压模式时，电感电流IL由连接点Lx流向电池BAT，其等于充电电流ICHG，此时，第二采样电阻RL的两端电压可以作为充电电流ICHG的检测值；在开关型变换器12工作在升压模式时，电感电流IL由电池BAT流向连接点Lx，其等于放电电流IDIS，此时，第二采样电阻RL的两端电压可以作为放电电流IDIS的检测值。
当然，本领域技术人员容易理解，还可以采用其它的等同替代方式对充电电流ICHG或放电电流IDIS进行采样。
开关型变换器12的控制通过控制电路11实现。图2是本发明实施例的控制电路的框图。如图2所示，控制电路11包括选择电路111、升压模式控制电路112和降压模式控制电路113。
选择电路111用于根据外部电源输入电流Iin的检测值vIin和电池充电/放电电流的检测值vIL选择升压模式控制电路112或降压模式控制电路113控制开关型变换器12。
其中外部电源输入电流Iin的检测值vIin可以是输入电流检测电路13输出的检测值也可以是对该检测值进行比例计算后获得的检测值。例如，在输入电流检测电路13为第一采样电阻Rin时，外部电源输入电流Iin的检测值vIin可以通过一差分放大器对第一采样电阻Rin两端电压差分放大获得。电池充电/放电电流的检测值vIL的获取方式与此类似。
当然，本领域技术人员容易理解，虽然上面以电压信号作为外部电源输入电流Iin的检测值，但是，该检测值也可以为一电流信号。
升压模式控制电路112用于在升压模式下控制开关型变换器12，使得输入电流Iin小于第一电流阈值I1。在升压模式下，电池BAT通过开关型变换器12对负载LOAD放电。优选地，为了更好地保护开关型变换器，升压模式控制电路112用于在升压模式下控制开关型变换器12，使得电池放电电流IDIS小于第二电流阈值I2。
降压模式控制电路113用于在降压模式下控制开关型变换器12工作，使得输入电流Iin通过开关型变换器12对电池BAT充电。优选地，为了更好地保护开关型变换器，可以使得电池充电电流小于第三电流阈值。
其中，在一个实施方式中，在外部电源输入电流的检测值vIin大于第一输入电流阈值vIth1且电池充电电流的检测值vICHG小于一接近为零的第一预定阈值vILL1时，表明负载LOAD要求的电流较大，开关型变换器12即将进入升压模式，从电池BAT进行放电操作，选择电路111用于在此情况下选择升压模式控制电路112控制开关型变换器12。
在外部电源输入端电流的检测值vIin小于第二输入电流阈值vIth2且电池放电电流的检测值vIDIS小于第二预定阈值vILL2时,表明负载LOAD要求的电流恢复正常,开关型变换器12即将进入降压模式，对电池BAT充电，选择电路111用于在此情况下选择降压模式113控制电路控制开关型变换器12。
容易理解，外部电源输入电流的检测值vIin与输入电流Iin成比例，同时，第一输入电流阈值vIth1为电压信号，其与一对应的阈值电流Ith1成比例，使得，外部电源输入电流的检测值vIin大于第一输入电流阈值vIth1时，对应的输入电流Iin大于上述阈值电流Ith1。其中，阈值电流Ith1优选为外部电源的过载阈值，外部电源输入电流大于该阈值电流可能会对外部电源构成损害。
控制电路11在降压模式下控制开关型变换器12工作时，外部电源vin对电池BAT充电并对负载LOAD供电。负载LOAD增大会导致外部电源输入电流Iin增大，在外部电源输入电流Iin大于上述阈值电流Ith1时，控制电路11会控制开关型变换器12使得电池充电电流ICHG逐渐减小到零附近，在电池充电电流ICHG小于电流ILL1时，其中，电流ILL1接近零，电池充电电流检测值vICHG小于第一预定阈值vILL1。这样的负载需求和外部电源输入电流之间的关系使得开关型变换器12即将进入升压模式，电池BAT将转而对负载LOAD放电。选择电路111在此情况下选择由升压模式控制电路112控制开关型变换器12，以使得放电电流IDIS得到适当的控制。相应地，开关型变换器12进入到升压模式后，电感电流IL转向(转变为放电电流IDIS)，且绝对值逐渐上升，以减轻外部电源负担。
开关型变换器12工作在升压模式时，外部电源vin和电池BAT同时对负载LOAD供电。如果负载LOAD下降，负载需求电流会下降，导致外部电源输入电流Iin和电池BAT的电池放电电流IDIS均下降。这时，在外部电源输入电流Iin小于阈值电流Ith2时，对应地外部电源输入电流的检测值vIin小于第二输入电流阈值vIth2，控制电路11会控制开关型变换器12使得电池放电电流IDIS逐渐减小到零附近，在电池放电电流IDIS小于电流ILL2时，电池放电电流的检测值vIDIS小于第二预定阈值vILL2，表明开关型变换器12即将进入降压模式。选择电路111选择由降压模式控制电路113控制开关型变换器12，使得电池BAT的充电电流ICHG得到适当的控制。相应地，开关型变换器12中电感电流IL转向(转变为充电电流ICHG)，且绝对值逐渐上升。
图3是本实施方式中选择电路的电路示意图。选择电路111包括第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第三比较器CMP3、第四比较器CMP4、第一逻辑门AND1、第二逻辑门AND2和选择逻辑电路111a。
第一比较器CMP1比较外部电源输入电流的检测值vIin和第一输入电流阈值vIth1输出第一比较信号S1。
第二比较器CMP2比较电池充电电流的检测值vICHG和第一预定阈值vILL1输出第二比较信号S2。
第三比较器CMP3比较外部电源输入电流的检测值vIin和第二输入电流阈值vIth2输出第三比较信号S3。
第四比较器CMP4比较与电池放电电流的检测值vIDIS和第二预定阈值vILL2输出第四比较信号S4。
第一逻辑门AND1根据第一比较信号S1和第二比较信号S2输出第一逻辑信号X1。第一逻辑信号X1在外部电源输入电流的检测值vIin大于第一输入电流阈值vIth1且电池充电电流的检测值vICHG小于第一预定阈值vILL1时切换为特定电平。
在图3中，第一比较器CMP1的同相端输入外部电源输入电流的检测值vIin，反相端输入第一输入电流阈值vIth1，同时，第二比较器CMP2的同相端输入第一预定阈值vILL1，反相端输入电池充电电流的检测值vICHG，因此，在外部电源输入电流的检测值vIin大于第一输入电流阈值vIth1时，第一比较信号S1为高电平，在电池充电电流的检测值vICHG小于第一预定阈值vILL1时，第二比较信号S2切换为高电平。在此前提下，第一逻辑门AND1选用与门，使得其可以根据第一比较信号S1和第二比较信号S2同时为高电平输出高电平的第一逻辑信号X1。
本领域技术人员容易理解，第一逻辑门AND1也可以设置为其他类型的逻辑门以适应第一比较器CMP1和第二比较器CMP2信号输入的变化。
第二逻辑门AND2根据第三比较信号S3和第四比较信号S4输出第二逻辑信号X2。第二逻辑信号X2在外部电源输入端电流的检测值vIin小于第二输入电流阈值vIth2且电池放电电流的检测值vIDIS小于第二预定阈值vILL2时切换为特定电平。
与第一逻辑门类似，第二逻辑门AND2也优选为与门，以使得其根据第三比较信号S3和第四比较信号S4同时为高电平输出高电平的第二逻辑信号X2。
选择逻辑电路111a根据第一逻辑信号X1和第二逻辑信号X2输出选择信号选择升压模式控制电路112或降压模式控制电路113控制所述开关型变换器12。
在另一个优选的实施方式中，选择电路111用于在外部电源输入电流的检测值vIin大于第一输入电流阈值vIth1且电池充电电流的检测值vICHG小于第一预定阈值vILL1后选择由升压模式控制电路112控制开关型变换器12，在外部电源输入端电流的检测值vIin小于第二输入电流阈值vIth2且电池放电电流的检测值vIDIS小于第二预定阈值vILL2后选择由降压模式控制电路113控制开关型变换器12。在条件满足后延迟一段时间在进行切换，可以避免干扰。
图4是本实施方式中选择电路的电路示意图。选择电路111包括第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第三比较器CMP3、第四比较器CMP4、第一延迟电路DLY1、第二延迟电路DLY2、第三延迟电路DLY3、第四延迟电路DLY4、第一逻辑门AND1、第二逻辑门AND2和选择逻辑电路111a。
第一至第四比较器CMP1-CMP4的功能与图3中的电路相同。
第一至第四延迟电路DLY1-DLY4分别对第一至第四比较信号S1-S4延迟第一至第四延迟时间，生成第一至第四延迟比较信号S1’-S4’。
第一逻辑门AND1根据第一延迟比较信号S1’和第二延迟比较信号S2’输出第一逻辑信号X1。第一逻辑信号X1在外部电源输入电流的检测值vIin大于第一输入电流阈值vIth1且电池充电电流的检测值vICHG小于第一预定阈值vILL1后预定时间切换为特定电平。
本领域技术人员容易理解，第一逻辑门AND1也可以设置为其他类型的逻辑门以适应第一比较器CMP1和第二比较器CMP2信号输入的变化。
第二逻辑门AND2根据第三延迟比较信号S3’和第四延迟比较信号S4’输出第二逻辑信号X2。第二逻辑信号X2在外部电源输入端电流的检测值vIin小于第二输入电流阈值vIth2且电池放电电流的检测值vIDIS小于第二预定阈值vILL2后预定时间切换为特定电平。
与第一逻辑门类似，第二逻辑门AND2也优选为与门，以使得其根据第三比较信号S3和第四比较信号S4同时为高电平输出高电平的第二逻辑信号X2。
选择逻辑电路111a根据所述第一逻辑信号X1和第二逻辑信号X2输出选择信号选择升压模式控制电路112或降压模式控制电路113控制所述开关型变换器12。
图5A是本实施方式中电池供电装置的工作波形图。在t0时刻，开关型变换器12工作在降压模式，控制电路11以降压模式进行控制，外部电源vin同时对电池BAT和负载LOAD充电。负载LOAD增大会导致输入电流增大，在t0时刻，在输入电流Iin大于上述阈值电流Ith1。在时刻t0至时刻t1的时间区间内，降压模式控制电路113会控制开关型变换器12使得电池充电电流ICHG逐渐减小到零附近，在电池充电电流ICHG小于电流ILL1时，其中电流ILL1接近零，电池充电电流检测值vICHG小于第一预定阈值vILL1，这表明开关型变换器12即将进入升压模式。在经过延时后，选择电路111选择由升压模式控制电路112控制开关型变换器12，使得电池放电电流IDIS获得较好控制。相应地，开关型变换器12中电感电流IL转向(转变为放电电流IDIS)，且绝对值逐渐上升，以减轻外部电源负担。由于电感电流是慢慢降低至0，开关型变换器12自然进入到升压模式，因此进行控制模式切换时无需软启动。
图5B是本实施方式中电池供电装置的工作波形图。开关型变换器12工作在升压模式，外部电源vin和电池BAT同时对负载LOAD供电，控制电路11控制开关型变换器12使得外部电源输入电流Iin和电池放电电流IDIS小于对应的值。如果负载LOAD下降，会导致输入电流Iin和电池放电电流IDIS下降。在t2时刻，在输入电流Iin小于阈值电流Ith2，对应地输入电流检测值vIin小于第二输入电流阈值vIth2，同时，电池放电电流IDIS已经逐渐减小到零附近，在电池放电电流IDIS小于电流ILL2时，电池放电电流检测值vIDIS小于第二预定阈值vILL2，其中，电流ILL2接近零。经过延时后，在时刻t3，电池BAT恢复到被充电的状态选择电路111选择由降压模式控制电路113控制开关型变换器12，使得电池充电电流ICHG得到较好控制。相应地，开关型变换器12中电感电流IL转向(转变为充电电流ICHG)，且绝对值逐渐上升。
在本实施例中，开关型变换器12工作于降压模式时，第一功率开关Q1作为电路的主功率开关，第二功率开关Q2作为续流开关，在开关型变换器12工作于升压模式时，第二功率开关Q2作为主功率开关，而第一功率开关Q1作为续流开关。本实施例的升压模式控制电路112可以通过控制在升压模式下作为主功率开关的第二功率开关Q2的开关占空比来控制电池放电电流。
在本实施例中，升压模式控制电路112可以根据第一误差值vEA1以及经由开关型变换器12流向负载LOAD的电流的检测值(例如流过开关型变换器12中第一功率开关Q1的电流的检测值)控制开关型变换器12的第一功率开关Q1和第二功率开关Q2，使得当外部电源输入电流Iin增大至第一电流阈值I1时，控制第二功率开关Q2的开关控制信号的占空比增加，从而增大放电电流IDIS。
其中，第一误差值vEA1表征外部电源输入电流Iin与第一电流阈值I1的差值；或者第一误差值vEA1表征第一电流阈值I1与外部电源输入电流Iin的差值。
在本实施例中，对于升压模式控制电路112，其还可以优选根据第一误差值vEA1和第二误差值vEA2以及经由开关型变换器12流向负载LOAD的电流的检测值(例如流过开关型变换器12中第一功率开关Q1的电流的检测值)输出开关控制信号控制第一功率开关Q1和第二功率开关Q2，使得当外部电源输入电流Iin增大至第一电流阈值I1时，控制作为主功率开关的第二功率开关Q2的开关控制信号占空比增加，从而增大电池放电电流IDIS，在电池放电电流IDIS增大至第二电流阈值I2时，控制作为主功率开关的第二功率开关Q2的开关控制信号占空比减小，从而减小电池放电电流IDIS。
在一个优选方式中，第一误差值vEA1表征所述外部电源输入电流Iin与第一电流阈值I1的差值；第二误差值vEA2表征第二电流阈值I2与所述电池放电电流IDIS的差值。
或者，在另一个优选方式中，第一误差值vEA1表征第一电流阈值I1与外部电源输入电流Iin的差值；第二误差值vEA2表征电池放电电流IDIS和第二电流阈值I2的差值。
根据不同情况，选择第一误差值vEA1和第二误差值vEA2中的一个作为误差参量进行电流峰值或电流谷值控制模式控制可以实现上述同时控制外部电源控制电流Iin和电池放电电流IDIS的目的。
例如，图6是本实施例一个优选方式的控制电路中升压模式控制电路的电路示意图。如图6所示，升压模式控制电路112包括第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、比较选择电路112a、比较器CMP和输出逻辑电路112b。
优选地，比较器CMP可以设置为一迟滞比较器。
第一误差放大器EA1接收外部电源输入电流的检测值vIin和第一电流阈值的比例电压v1输出第一误差值vEA1。
第二误差放大器EA2接收电池放电电流vIDIS和第二电流阈值的比例电压v2输出第二误差值vEA2。
比较选择电路112a选择第一误差值和第二误差值中较小的一个输入到比较器CMP的同相输入端。
优选地，所述比较选择电路112a包括第一RC补偿电路、第二RC补偿电路、第一二极管D1和第二二极管D2。第一RC补偿电路、第二RC补偿电路分别连接在第一误差放大器EA1和第二误差放大器EA2的输出端和接地端之间。第一RC补偿电路包括串联的第一电阻R1和第一电容C1；第二RC补偿电路包括串联的第二电阻R2和第二电容C2。第一二极管D1和第二二极管D2分别连接在第一误差放大器EA1和第二误差放大器EA2的输出端和比较器CMP的同相输入端之间。
比较器CMP的反相输入端输入经由开关型变换器12流向负载LOAD的电流的检测值vDISL。优选地，通过检测开关型变换器12的第一功率开关Q1的两端电压表征经由开关型变换器12流向负载LOAD的电流。
输出逻辑电路112b接收比较器CMP的输出信号输出开关控制信号控制开关型变换器12。输出逻辑电路112b可以优选包括一RS触发器，RS触发器的一个输入端与所述比较器CMP连接，另一个输入端输入时钟信号，由此实现输出控制信号。
在图6所示的升压模式控制电路中，在外部电源输入电流Iin小于第一电流阈值I1，并且电池放电电流IDIS小于第二电流阈值I2时，有：
vEA1＝vIin-v1<0；vEA2＝v2-vIDIS>0
第一误差值vEA1为较小值，其为一负电压，以其作为误差参数进行控制。
在外部电源输入电流Iin增大到大于第一电流阈值I1时，通常有电池放电电流IDIS小于第二电流阈值I2,此时有：
vEA1＝vIin-v1>0；vEA2＝v2-vIDIS>0
无论第一误差值vEA1或第二误差值vEA2哪一个为较小值，但是，其相对于上一情况而言，误差参数为正电压进行控制。由此，输入到比较器CMP正相端的误差参数电压被抬高，从而使得比较器CMP电平变换时点提前(图6所示电路为谷值控制方式)，使得第二功率开关Q2提前导通，开关型变换器12在升压模式下的占空比增加，增大电池放电电流IDIS，从而可以使得外部电源输入电流Iin减小。
当然，本领域技术人员容易理解，如果电路以峰值控制方式控制，误差参数电压被抬高，只要相应地调整使得比较器CMP电平变换时点对应于第二功率开关Q2的关断，使得第二功率开关Q2延后关断，从而增加开关型变换器12在升压模式下的占空比。
在电池放电电流IDIS增大到大于第二电流阈值I2时，通常有外部电源输入电流Iin小于第一电流阈值I1，此时有：
vEA1＝vIin-v1<0；vEA2＝v2-vDISL<0
无论第一误差值vEA1或第二误差值vEA2哪一个为较小值，但是，其相对于上一情况而言，误差参数为负电压进行控制。由此，输入到比较器CMP正相端的误差参数电压被拉低，从而使得比较器CMP电平变换时点延后，使得第二功率开关Q2延后导通，开关型变换器12在升压模式下的占空比降低，减小电池放电电流IDIS。
类似地，如果电路以峰值控制方式控制，误差参数电压被拉低，只要相应地调整使得比较器CMP电平变换时点对应于第二功率开关Q2的关断，使得第二功率开关Q2提前关断，从而减小开关型变换器12在升压模式下的占空比。
当然，本领域技术人员可以理解，基于以上的原理，本领域技术人员可以对电路进行各种变形以实现相同的控制目标。
降压模式控制电路113的控制模式可以为峰值模式，当流过第一功率开关Q1的电流达到峰值或所限定的值时，关断第一功率开关Q1，只要能实现充电电流不大于第三电流阈值即可，其可以使用现有技术中的各种电路来实现。
本领域技术人员容易理解，在本实施例中，各电流参量的检测值使用的为电压信号，也可以通过改变检测/采样方式使得电流参量的检测值为电流信号。
通过根据外部电源输入电流以及电池充放电电流的大小确定开关型变换器的状态，选择对应的升压模式控制方式或降压模式控制方式进行控制，使得外部电源输入电流和电池放电电流均在预定范围内变化，可以更好地保护提供外部电源的适配器，避免了由于负载增大对外部电源适配器或电池供电装置的损害。
图7是本发明实施例的另一个优选的电池供电装置的电路示意图。如图7所示，电池供电装置7包括与图1中相同的控制电路11、开关型变换器12、输入电流检测电路13、电池充电/放电电流检测电路14，其中，控制电路11、开关型变换器12、输入电流检测电路13、电池充电/放电电流检测电路14与图1中所示的各部件电路相同。
同时，为了实现了正常的电池供电和外部电源供电之间的切换，电池供电装置7还包括电源路径选择电路71、第一路径选择开关Qp1和第二路径选择开关Qp2。
第一路径选择开关Qp1连接在外部电源和输入电流检测电路13之间。第二路径选择开关Qp2连接在电池BAT和负载LOAD之间。
电源路径选择电路71检测外部电源输入电压，在外部电源输入电压vin正常时，控制第一路径选择开关Qp1导通，第二路径选择开关Qp2关断，使得外部电源向负载供电。在此情形下，在负载LOAD需求电流较小时，开关型变换器12工作在降压模式，外部电源向负载LAOD供电的同时，还通过开关型变换器12对电池BAT充电。在负载LOAD需求电流较大时，开关型变换器12可以工作在升压模式，使得电池BAT通过开关型变换器放电，从而电池BAT和外部电源共同对负载LOAD供电。
电源路径选择电路71在外部电源输入电压vin异常(也即，过压或者欠压)或者未检测到外部电源时，控制第一路径选择开关Qp1关断，第二路径选择开关Qp2导通，使得电池BAT通过第二路径选择开关Qp2直接向负载LOAD供电。
图8是本发明实施例的控制方法的流程图。所述方法用于控制开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池，所述方法包括：
步骤810、根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择以升压模式或降压模式控制所述开关型变换器。
步骤820、所述开关型变换器工作在升压模式时，控制使得所述外部电源输入电流小于第一电流阈值。
步骤830、所述开关型变换器工作在降压模式时，所述输入电流通过所述开关型变换器对所述电池充电，控制使得所述电池充电电流对电池充电。
优选地，步骤820还包括：开关型变换器工作在升压模式时，控制使得所述电池放电电流小于第二电流阈值。
优选地，步骤830包括：控制使得所述电池充电电流小于第三电流阈值。
优选地，步骤810包括：
在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值时选择升压模式控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入端电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值时选择降压模式控制所述开关型变换器。
优选地，步骤810包括：
在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值后选择升压模式控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入端电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值后选择降压模式控制开关型变换器。
优选地，步骤820包括：
根据第一误差值和第二误差值以及经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值控制所述开关型变换器，使得当外部电源输入电流大于所述第一电流阈值时电池放电电流增大，在电池放电电流大于所述第二电流阈值时电池放电电流减小；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；所述第二误差值表征所述第二电流阈值与所述电池放电电流的差值；或者
所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值；所述第二误差值表征所述电池放电电流和所述第二电流阈值的差值。
通过根据外部电源输入电流以及电池充放电电流的大小确定开关型变换器的状态，选择对应的升压模式控制方式或降压模式控制方式进行控制，使得在升压模式下，外部电源输入电流和电池放电电流均在预定范围内变化，可以更好地保护提供外部电源的适配器，避免了由于负载增大对外部电源适配器或电池供电装置的损害。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种控制电路，用于控制开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池；所述控制电路包括选择电路、升压模式控制电路和降压模式控制电路：
所述选择电路用于根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择升压模式控制电路或降压模式控制电路控制所述开关型变换器；
所述升压模式控制电路用于在升压模式下控制所述开关型变换器，使得所述输入电流小于第一电流阈值；
所述降压模式控制电路用于在降压模式下控制所述开关型变换器工作。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述升压模式控制电路还用于在升压模式下控制所述开关型变换器使得所述电池放电电流小于第二电流阈值。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述降压模式控制还用于在降压模式下控制所述开关型变换器使得所述电池充电电流小于第三电流阈值。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述选择电路用于在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且所述电池充电电流的检测值小于第一预定阈值时选择由升压模式控制电路控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入电流的检测值小于第二输入电流阈值且所述电池放电电流的检测值小于第二预定阈值时选择由降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述选择电路包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一逻辑门、第二逻辑门和选择逻辑电路；
所述第一比较器比较所述外部电源输入电流的检测值和所述第一输入电流阈值输出第一比较信号；
所述第二比较器比较所述电池充电电流的检测值和所述第一预定阈值输出第二比较信号；
所述第三比较器比较所述外部电源输入电流的检测值和所述第二输入电流阈值输出第三比较信号；
所述第四比较器比较所述电池放电电流的检测值和所述第二预定阈值输出第四比较信号；
所述第一逻辑门根据所述第一比较信号和第二比较信号输出第一逻辑信号；
所述第二逻辑门根据所述第三比较信号和第四比较信号输出第二逻辑信号；
所述选择逻辑电路根据所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号输出选择信号选择升压模式控制电路或降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述选择电路用于在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值后选择由升压模式控制电路控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值后选择由降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
7.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述选择电路包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一延迟电路、第二延迟电路、第三延迟电路、第四延迟电路、第一逻辑门、第二逻辑门和选择逻辑电路；
所述第一比较器比较所述外部电源输入电流的检测值和所述第一输入电流阈值输出第一比较信号；
所述第二比较器比较电池充电电流的检测值和所述第一预定阈值输出第二比较信号；
所述第三比较器比较与所述外部电源输入电流的检测值和所述第二输入电流阈值输出第三比较信号；
所述第四比较器比较与所述电池放电电流的检测值和所述第二预定阈值输出第四比较信号；
所述第一延迟电路对所述第一比较信号延迟第一延迟时间后输出第一延迟比较信号；
所述第二延迟电路对所述第二比较信号延迟第二延迟时间后输出第二延迟比较信号；
所述第三延迟电路对所述第三比较信号延迟第三延迟时间后输出第二延迟比较信号；
所述第四延迟电路对所述第四比较信号延迟第四延迟时间后输出第四延迟比较信号；
所述第一逻辑门接收所述第一延迟比较信号和第二延迟比较信号输出第一逻辑信号；
所述第二逻辑门接收所述第三延迟比较信号和第四延迟比较信号输出第二逻辑信号；
所述选择逻辑电路根据所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号输出选择信号选择升压模式控制电路或降压模式控制电路控制所述开关型变换器。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述开关型变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关在开关型变换器工作于降压模式时作为主功率开关，所述第二功率开关在开关型变换器工作于升压模式时作为主功率开关；
所述升压模式控制电路根据第一误差值和经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值输出开关控制信号控制所述第一功率开关和所述第二功率开关，使得当外部电源输入电流增大至所述第一电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比增加，从而增大电池放电电流；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；或者所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值。
9.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开关型变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关在开关型变换器工作于降压模式时作为主功率开关，所述第二功率开关在开关型变换器工作于升压模式时作为主功率开关；
所述升压模式控制电路根据第一误差值和第二误差值以及经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值输出开关控制信号控制所述第一功率开关和所述第二功率开关，使得当外部电源输入电流增大至所述第一电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比增加，从而增大电池放电电流，在电池放电电流增大至所述第二电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比减小，从而减小电池放电电流；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；所述第二误差值表征所述第二电流阈值与所述电池放电电流的差值；或者
所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值；所述第二误差值表征所述电池放电电流和所述第二电流阈值的差值。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述升压模式控制电路包括第一误差放大器、第二误差放大器、比较选择电路、比较器和输出逻辑电路；
所述第一误差放大器接收所述输入电流的检测值和第一电流阈值输出第一误差值；
所述第二误差放大器接收所述电池放电电流的检测值和第二电流阈值输出第二误差值；
所述比较选择电路选择所述第一误差值和第二误差值中较小的一个输入到所述比较器的同相输入端；
所述比较器的反相输入端输入经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值；
所述输出逻辑电路接收所述比较器的输出信号输出开关控制信号控制所述开关型变换器。
11.一种电池供电装置，包括输入电流检测电路、电池充电/放电电流检测电路、开关型变换器和根据权利要求1-10中任一项所述的控制电路，所述控制电路用于控制所述开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池。
12.一种控制方法，用于控制开关型变换器，所述开关型变换器的一端与外部电源到负载的供电线路连接，另一端连接电池，所述方法包括：
根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择以升压模式或降压模式控制所述开关型变换器；
所述开关型变换器工作在升压模式时，控制使得所述外部电源输入电流小于第一电流阈值；
所述开关型变换器工作在降压模式时，控制所述电池充电电流对电池充电。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，还包括：所述开关型变换器工作在升压模式时，控制使得所述电池放电电流小于第二电流阈值。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述电池充电电流对电池充电包括：
控制使得所述电池充电电流小于第三电流阈值。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择以升压模式或降压模式控制所述开关型变换器包括：
在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值时选择升压模式控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值时选择降压模式控制所述开关型变换器。
16.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述根据外部电源输入电流的检测值和电池充电/放电电流的检测值选择升压模式或降压模式控制所述开关型变换器包括：
在所述外部电源输入电流的检测值大于第一输入电流阈值且电池充电电流的检测值小于第一预定阈值后选择升压模式控制所述开关型变换器，在所述外部电源输入端电流的检测值小于第二输入电流阈值且电池放电电流的检测值小于第二预定阈值后选择降压模式控制所述开关型变换器。
17.根据权利要求12所述的控制方法，所述开关型变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关在开关型变换器工作于降压模式时作为主功率开关，所述第二功率开关在开关型变换器工作于升压模式时作为主功率开关；
控制使得所述外部电源输入电流小于第一电流阈值包括：
根据第一误差值和经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值输出开关控制信号控制所述第一功率开关和所述第二功率开关，使得当外部电源输入电流增大至所述第一电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比增加，从而增大电池放电电流；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；或者所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值。
18.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述开关型变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关在开关型变换器工作于降压模式时作为主功率开关，所述第二功率开关在开关型变换器工作于升压模式时作为主功率开关；
控制使得所述输入电流小于第一电流阈值且所述电池放电电流小于第二电流阈值包括：
根据第一误差值和第二误差值以及经由开关型变换器流向所述负载的电流的检测值输出开关控制信号控制所述第一功率开关和所述第二功率开关，使得当外部电源输入电流增大至所述第一电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比增加，从而增大所述电池放电电流，在电池放电电流增大至所述第二电流阈值时，控制作为主功率开关的第二功率开关的开关控制信号占空比减小，从而减小所述电池放电电流；
所述第一误差值表征所述外部电源输入电流与所述第一电流阈值的差值；所述第二误差值表征所述第二电流阈值与所述电池放电电流的差值；或者
所述第一误差值表征第一电流阈值与所述外部电源输入电流的差值；所述第二误差值表征所述电池放电电流和所述第二电流阈值的差值。
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