CN109474037B - 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法 - Google Patents

一种电池充电电路及其控制电路和控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109474037B
CN109474037B CN201811492794.2A CN201811492794A CN109474037B CN 109474037 B CN109474037 B CN 109474037B CN 201811492794 A CN201811492794 A CN 201811492794A CN 109474037 B CN109474037 B CN 109474037B
Authority
CN
China
Prior art keywords
charging
signal
voltage
circuit
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811492794.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109474037A (zh
Inventor
常俊昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN201811492794.2A priority Critical patent/CN109474037B/zh
Publication of CN109474037A publication Critical patent/CN109474037A/zh
Priority to US16/705,757 priority patent/US11489357B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109474037B publication Critical patent/CN109474037B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H02J7/0077—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电池充电电路的控制电路。其中电池充电电路包括开关电路，控制电路，充电晶体管和电池。开关电路提供***电压和充电电流，充电电流通过充电晶体管对电池充电。控制电路包括充电电流控制环，其根据充电电流反馈信号和充电电流参考信号生成开关信号到开关电路以控制充电电流。控制电路还包括充电晶体管控制环，其根据据***电压反馈信号和充电晶体管参考信号生成栅极控制信号以控制充电晶体管。本发明的电池充电电路，充电电流由单一环路控制，充电电流在电池的恒流充电过程中保持一致。

Description

一种电池充电电路及其控制电路和控制方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种电源的控制电路，更具体的说，尤其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
随着电子技术的发展，计算机***在人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用，小到手持电子设备，如智能手机，平板电脑，电子书，数码相机，大到用于特定场合的电子设备，例如服务器，基站以及其它消费类电子，如笔记本电脑，台式电脑，上网本等，均需要计算机***。在计算机***中，中央处理器用于解释计算指令以及处理计算机软件中的数据。电压调节器用来给中央处理器提供供电电压。在没有外部电源供电时，需要电池提供电能，从而电池充电电路也广泛的应用于计算机***中。
由于供电电源和电池类型的多样化，电池充电电路需要对***电压，充电电流以及电池电压等多个变量进行控制，其中尤其是对充电电流的控制对电池的使用寿命密切相关。
因此，有必要对充电电路进行改进，使得充电电流进一步满足计算机性能指标的要求。
发明内容
为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本发明提出一种电池充电电路及其控制电路和控制方法。
根据本发明一实施例的电池充电电路的控制电路，所述电池充电电路包括开关电路，所述开关电路包括至少一个开关管和耦接于所述至少一个开关管的电感，开关电路的输入端接收输入电压，开关电路的输出端提供***电压并为电池提供充电电流，所述充电电流通过充电晶体管对电池充电从而在电池上形成电池电压，所述控制电路包括充电电流控制环和充电晶体管控制环，其中充电电流控制环接收表征充电电流的充电电流反馈信号和充电电流参考信号，并根据充电电流反馈信号和充电电流参考信号控制开关电路以控制充电电流。其中充电晶体管控制环接收***电压反馈信号和充电晶体管参考信号，并根据***电压反馈信号和充电晶体管参考信号生成栅极控制信号以控制充电晶体管。
根据本发明一实施例的一种电池充电电路，所述电池充电电路包括开关电路，充电晶体管以及控制电路。其中开关电路具有接收外部电源的输入端，输出端，至少一个开关管以及耦接于所述至少一个开关管的电感，当开关电路的输入端连接外部电源时，开关电路的输出端提供***电压并为电池提供充电电流。其中充电晶体管耦接于开关电路的输出端和电池之间，充电电流通过充电晶体管对电池充电。所述控制电路包括充电电流控制环和充电晶体管控制环，其中充电电流控制环接收表征充电电流的充电电流反馈信号和充电电流参考信号，并根据充电电流反馈信号和充电电流参考信号控制开关电路以控制充电电流。其中充电晶体管控制环接收***电压反馈信号和充电晶体管参考信号，并根据***电压反馈信号和充电晶体管参考信号生成栅极控制信号以控制充电晶体管。
根据本发明一实施的一种电池充电电路的控制方法，该电池充电电路包括具有至少一个开关管和耦接于所述至少一个开关管的电感的开关电路，该开关电路为负载提供***电压和充电电流，所述充电电流通过充电晶体管为电池充电从而在电池上形成电池电压，所述控制方法包括当电池电压大于预充电电压值且小于最小***电压值时，控制***电压恒定为恒流电压且控制充电电流为恒流充电参考值；以及当电池电压大于最小***电压值且小于恒压充电电压值时，控制充电晶体管工作于三极管区且控制充电电流为恒流充电参考值。
根据本发明实施例所提供的电池充电电路及其控制电路和控制方法，电池的充电电流由单一环路控制，在电池的恒流充电过程中，充电电流保持一致，没有台阶，充电电流的精确性很高。
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的实施例进行描述：
图1示出了现有的电子设备100的电路框图。
图2示出了图1中电池充电电路在电池充电过程中的***电压VSYS，电池电压VBAT以及充电电流IBAT的关系图。
图3给出根据本发明一实施例的电子设备200的电路框图。
图4示出了图3中电池充电电路在电池充电过程中的***电压VSYS，电池电压VBAT和充电电流IBAT的关系图。
图5a给出了根据本发明一实施例的电池充电电路的控制电路24的电路框图。
图5b给出了根据本发明另一实施例的电池充电电路的控制电路24的电路框图
图6a-6c示出了根据本发明实施例的开关电路21的电路图。
图7给出了根据本发明一实施例的开关电路是降压电路的电池充电电路从充电准备阶段到预充电阶段时的波形图。
图8给出了根据本发明一实施例的开关电路是降压电路的电池充电电路工作于恒流充电阶段时的波形图。
图9给出了根据本发明一实施例中的电池充电电路的控制方法900流程图。
图10给出了根据本发明另一实施例中的电池充电电路的控制方法1000的流程图。
附图没有对实施例的所有电路或结构进行显示。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或特征。
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。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。
本发明的说明书中提到的“耦接”可指直接的连接或通过间接物的连接，如通过导体的连接，该导体具有阻值，也可有寄生参数，如具有电感值和电容值，以及如通过半导体器件如二极管的连接等。
图1示出了现有的电子设备100的电路框图。电子设备100包括电池充电电路，电池15，电压调节器12和处理器13，其中，电池充电电路包括开关电路11，充电晶体管Q1，以及控制电路14。其中电池充电电路和/或电池15为电压调节器12提供***电压VSYS。处理器13可以示例性地包括中央处理器，图形处理器或者专用集成电路。开关电路11具有接收输入电压VIN的输入端和提供***电压VSYS的输出端。当开关电路11的输入端与外部电源连接时，外部电源通过开关电路11提供***电压VSYS，并通过充电晶体管Q1以充电电流IBAT对电池15充电，电池电压VBAT随着充电的进行不断增加。当开关电路11的输入端与外部电源断开时，即输入电压VIN为零时或在输入电压VIN小于一预设阈值电压时，电池15通过充电晶体管Q1提供***电压VSYS。电压调节器12将***电压VSYS转换为处理器13所需的处理器电压VCoRE。
图2示出了图1中电池充电电路在电池充电过程中的***电压VSYS，电池电压VBAT以及充电电流IBAT的关系图。如图2所示，根据电池电压VBAT将充电过程分为四个阶段。阶段一为预充电，先用预充电电流值IPRE对电池15进行预充电，同时维持***电压VSYS在大于最小***电压值VSYSMIN的一个预设值，此时，电池电压VBAT逐渐增大。当电池电压VBAT大于预充电电压值VBATPRE时，转到下一阶段。阶段二为恒流充电，保持充电电流IBAT为恒流充电值ICC，对电池快速充电，此时，电池电压VBAT继续逐渐增大。当电池电压VBAT大于恒压充电电压值VBATREG时转到下一阶段。阶段三为恒压充电，逐渐减小充电电流IBAT，保持电池电压VBAT恒定为恒压充电电压值VBATREG。当充电电流IBAT降到终止电流值ITERM时，转到下一个阶段。阶段四为充电终止，恒压充电结束，电池己基本充满，到此电池的充电过程结束。
继续如图1所示，电池充电电路的控制电路14包括***电压控制环OP1，第一充电电流控制环OPA以及第二充电电流控制环OPB三个控制环路。在电池15的恒流充电过程中，根据电池电压VBAT可将恒流充电过程分为恒流充电第一阶段和恒流充电第二阶段，当电池电压VBAT小于最小***电压值VSYSMIN时，电池充电电路工作在恒流充电第一阶段，***电压控制环OP1和第一充电电流控制环OPA共同作用，其中***电压控制环OP1根据表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB和***电压参考信号VSYSREF生成开关控制信号CTRL以控制开关电路11，使得***电压VSYS为大于最小***电压值VSYSMIN的一个预设值。第一充电电流控制环OPA根据表征充电电流IBAT的充电电流反馈信号IBATFB和充电电流参考信号IBATREF生成栅极控制信号VG以控制充电晶体管Q1，使得充电电流IBAT为恒流充电值ICC。当电池电压VBAT增大到最小***电压值VSYSMIN时，电池充电电路工作在恒流充电第二阶段，第一充电电流控制环OPA失效，第二充电电流控制环OPB工作，第二充电电流控制环OPB根据表征充电电流IBAT的充电电流反馈信号IBATFB和充电电流参考信号IBATREF生成开关控制信号CTRL以控制开关电路11的输出电流，使得充电电流IBAT为恒流充电值ICC。
从以上描述可以看出，在电池电压VBAT增大到最小***电压值VSYSMIN时，对充电电流IBAT的控制从第一充电电流控制环OPA切换到第二充电电流控制环OPB，虽然第一充电电流控制环OPA和第二充电电流控制环OPB都是以充电电流参考信号IBATREF为参考值来调节充电电流IBAT，但是由于两个电流控制环中的运放存在输入误差，环路误差等一系列不可控的误差因素，在两个电流控制环进行切换时，充电电流IBAT大小不一致，有不可控的台阶，如图2所示，在恒流充电过程的A点，充电电流IBAT有一个向上的台阶，该台阶只是示例说明，也可能是一个向下的台阶。
图3给出根据本发明一实施例的电子设备200的电路框图。在图3所示的实施例中，电子设备200包括电池充电电路，电池25，电压调节器22和处理器23，其中，电池充电电路包括开关电路21，充电晶体管Q2以及控制电路24。开关电路21具有接收输入电压VIN的输入端和提供***电压VSYS的输出端。当开关电路21连接外部电源时，外部电源通过开关电路21提供***电压VSYS，并通过充电晶体管Q2以充电电流IBAT对电池25充电，电池电压VBAT随着充电的进行不断增加。当开关电路21与外部电源断开时，即输入电压VIN为零时或在输入电压VIN小于一预设阈值电压时，电池25通过充电晶体管Q2提供***电压VSYS。其中开关电路21包括至少一个开关管和耦接于所述至少一个开关管的电感，控制电路24提供的开关控制信号CTRL控制所述至少一个开关管的导通和关断。
在图3所示的实施例中，控制电路24包括第一***电压控制环241，充电电流控制环242，充电晶体管控制环243，选择电路244以及开关控制电路245。其中，第一***电压控制环241工作时，第一***电压控制环241控制***电压VSYS恒定为第一电压V1。第一***电压控制环241根据表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB和***电压第一参考信号VSYSREF1生成第一误差信号ER1到选择电路244。第一***电压控制环241具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB，第二输入端接收***电压第一参考信号VSYSREF1，输出端输出第一误差信号ER1。充电电流控制环242工作时，根据电池电压VBAT的不同，充电电流参考信号IBATREF等于预充电参考值IPREREF或者恒流充电参考值ICCREF，从而控制充电电流IBAT恒定为预充电电流值IPRE或者恒流充电流值ICC。充电电流控制环242根据表征充电电流IBAT的充电电流反馈信号IBATFB和充电电流参考信号IBATREF生成第二误差信号ER2到选择电路244。充电电流控制环242具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收表征充电电流IBAT的充电电流反馈信号IBATFB，第二输入端接收充电电流参考信号IBATREF，输出端输出第二误差信号ER2。充电晶体管控制环243工作时，充电晶体管控制环243通过栅极控制信号VG控制充电晶体管Q2。充电晶体管控制环243根据表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB和充电晶体管参考信号VSYSREF2生成栅极控制信号VG以控制充电晶体管Q2。充电晶体管控制环243具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB，第二输入端接收充电晶体管参考信号VSYSREF2，输出端输出栅极控制信号VG以控制充电晶体管Q2。在一实施例中，在充电准备阶段，第一误差信号ER1小于第二误差信号。
继续图3的说明，选择电路244具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收第一误差信号ER1，第二输入端接收第二误差信号ER2，选择电路244基于第一误差信号ER1和第二误差信号ER2的关系选择将第一误差信号ER1和第二误差信号ER2两者中的一个作为误差信号ER提供至输出端。在一实施例中，若第一误差信号ER1小于第二误差信号ER2，选择电路244选择将第一误差信号ER1作为误差信号ER提供至输出端。开关控制电路245根据误差信号ER生成开关控制信号CTRL以控制开关电路21中至少一个开关管的导通和关断。
接下来参考图4继续对图3说明，图4示出了图3中电池充电电路在电池充电过程中的***电压VSYS，电池电压VBAT和充电电流IBAT的关系图。根据电池电压VBAT将充电过程分为充电准备，预充电，恒流充电，恒压充电以及充电终止5个阶段，图4仅示意出充电准备，预充电和恒流充电三个阶段，恒压充电和充电终止这两个阶段因简明起见没有示意出。当电池充电电路工作于充电准备阶段，第一***电压控制环241根据***电压反馈信号VSYSFB和***电压第一参考信号VSYSREF1生成的第一误差信号ER1被选择电路244选择作为误差信号ER，开关控制电路245根据误差信号ER生成开关控制信号CTRL控制开关电路21，使得***电压VSYS恒定为第一电压V1。此时，充电晶体管控制环243不工作，栅极控制信号VG处于第一状态。在图3中，栅极控制信号VG处于第一状态指的是栅极控制信号VG小于充电晶体管Q2导通的阈值电压。在一实施例中，当充电晶体管Q2是N型场效应晶体管时，栅极控制信号VG处于第一状态指的是栅极控制信号VG处于逻辑低状态。在另一实施例中，当充电晶体管Q2是P型场效应晶体管时，栅极控制信号VG处于第一状态指的是栅极控制信号VG处于逻辑高状态。在充电准备阶段，开关电路21不会对电池25充电，即充电电流IBAT为零。在一实施例中，电池充电电路检测电池充电电路的内部信号和/或表征电池25状态的状态信号，以指示电池充电电路是否进入预充电阶段以对电池进行充电。在另一实施例中，在***电压VSYS恒定为第一电压V1一段时间后，充电准备阶段结束，电池充电电路进入预充电阶段。
充电准备阶段结束后，电池充电电路进入预充电阶段，当电池电压VBAT小于预充电电压值VBATPRE时，电池充电电路工作于预充电阶段。在预充电阶段，此时，充电电流控制环242和充电晶体管控制环243共同作用，其中充电电流控制环242根据充电电流反馈信号IBATFB和充电电流参考信号IBATREF生成第二误差信号ER2。在预充电阶段，充电电流参考信号IBATREF等于预充电参考值IPREREF。选择电路244选择第二误差信号ER2作为误差信号ER，开关控制电路245根据误差信号ER生成开关控制信号CTRL以控制开关电路21的输出电流IO，使得充电电流IBAT为预充电电流值IPRE。充电晶体管控制环243根据***电压反馈信号VSYSFB和充电晶体管参考信号VSYSREF2生成栅极控制信号VG控制充电晶体管Q2的漏源电压，使得***电压VSYS恒定为恒流电压V2，此时充电晶体管Q2工作于饱和区。在预充电阶段，电池电压VBAT随着充电的进行不断增加，***电压VSYS恒定为恒流电压V2。
当电池电压VBAT大于预充电电压值VBATPRE且小于最小***电压值VSYSMIN时，电池充电电路工作于恒流充电第一阶段，此时充电电流控制环242和充电晶体管控制环243共同作用，充电电流参考信号IBATREF为恒流充电参考值ICCRFF。充电电流控制环242生成的第二误差信号ER2被选择电路244选择作为误差信号ER，开关控制电路245根据误差信号ER生成开关控制信号CTRL以控制开关电路21的输出电流IO，使得充电电流IBAT为恒流充电值ICC。充电晶体管控制环243根据***电压反馈信号VSYSFB和充电晶体管参考信号VSYSREF2生成栅极控制信号VG控制充电晶体管Q2的漏源电压，使得***电压VSYS恒定为恒流电压V2，此时充电晶体管Q2工作于饱和区。在恒流充电第一阶段，电池电压VBAT随着充电的进行不断增加，***电压VSYS恒定为恒流电压V2。
当电池电压VBAT增大到大于最小***电压值VSYSMIN且小于恒压充电电压值VBATREG时，电池充电电路进入恒流充电第二阶段，此时，充电晶体管控制环243控制栅极控制信号VG处于第二状态，使得充电晶体管Q2工作于三极管区，充电电流控制环242控制充电电流IBAT为恒流充电值ICC。其中***电压第一参考信号VSYSREF1大于***电压第二参考电压VSYSREF2，第一电压V1大于恒流电压V2。在恒流充电第二阶段，电池电压VBAT随着充电的进行不断升高，***电压VSYS随着电池电压VBAT的升高而升高，***电压VSYS和电池电压VBAT的关系为：VSYS＝VBAT+RDSON×ICC，其中RDSON是充电晶体管Q2工作于三极管区时的导通电阻，ICC为恒流充电值。在图3的实施例中，充电晶体管Q2是N型场效应晶体管，栅极控制信号VG的第一状态是逻辑低状态，栅极控制信号VG的第二状态是逻辑高状态。在另一实施例中，充电晶体管Q2可以是P型场效应晶体管，此时栅极控制信号VG的第一状态是逻辑高状态，第二状态是逻辑低状态。
继续图4的说明，在图4中的充电准备阶段，充电电流IBAT为零，***电压VSYS被控制恒定为第一电压V1。在图4中的预充电阶段，充电电流IBAT被控制为预充电电流值IPRE，***电压VSYS被控制恒定为恒流电压V2。在恒流充电第一阶段，充电电流IBAT被控制为恒流充电值ICC，***电压VSYS被控制恒定为恒流电压V2。在恒流充电第二阶段，栅极控制信号VG处于第二状态控制充电晶体管Q2工作于三极管区，充电电流IBAT被控制为恒流充电值ICC。从对图3和图4的描述可以看出，采用本发明的电池充电电路，在恒流充电第一阶段和恒流充电第二阶段，充电电流IBAT的大小都是由充电电流控制环242控制，不存在两个充电电流控制环的切换，所以在对电池25的恒流充电过程中，充电电流IBAT大小保持一致，没有台阶。
图5a给出了根据本发明一实施例的电池充电电路的控制电路24的电路框图。在图5a所示实施例中，开关电路是采用峰值电流控制模式的降压变换电路(Buck)。第一***电压控制环241包括第一***电压控制运放241a，第一***电压控制运放241a具有接收表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB的第一输入端，接收***电压第一参考信号VSYSREF1的第二输入端，并基于两者的比较结果，在输出端生成第一误差信号ER1。充电电流控制环242包括充电电流控制运放242a，充电电流控制运放242a具有接收表征充电电流IBAT的充电电流反馈信号IBATFB的第一输入端，接收充电电流参考信号IBATREF的第二输入端，并基于两者的比较结果，在输出端生成第二误差信号ER2。选择电路244a包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1的负端耦接于第一***电压控制运放241a的输出端。第二二极管D2的负端耦接于充电电流控制运放242a的输出端，第一二极管D1的正端和第二二极管D2的正端耦接在一起作为选择电路244a的输出端。选择电路244a基于第一误差信号ER1和第二误差信号ER2值的大小，选择将第一误差信号ER1和第二误差信号ER2两者中值小的那个作为误差信号ER提供至输出端。第二***电压控制电路243包括第二***电压控制运放243a，第二***电压控制运放243a具有接收表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB的第一输入端，接收充电晶体管参考信号VSYSREF2的第二输入端，并将两者进行比较，且在输出端输出栅极控制信号VG。
继续图5a的说明，开关控制电路245包括电感电流检测电路245a，比较器245b，时钟信号产生电路245c以及RS触发器245d。其中，电感电流检测电路245a耦接于开关电路中的电感并根据流过电感的电流生成表征电感电流的电感电流感应信号CS。比较器245b具有第一输入端，第二输入端以及输出端，其中第一输入端接收误差信号ER，第二输入端接收电感电流感应信号CS，比较器245b基于误差信号ER和电感电流感应信号CS在输出端生成比较信号PWM。时钟信号产生电路245c生成时钟信号CLK。在一实施例中，时钟信号CLK的频率固定，在另一实施例中，时钟信号CLK的频率不固定。RS触发器245d具有置位端S，复位端R以及输出端Q，其中置位端S接收时钟信号CLK，复位端R接收比较信号PWM，输出端Q输出开关控制信号CTRL用于控制开关电路里至少一个开关管的导通和关断。
图5b给出了根据本发明另一实施例的电池充电电路的控制电路24的电路框图。在图5b所示实施例中，开关电路是采用恒定导通时间控制模式的降压变换电路(Buck)。其中第一***电压控制运放241b，第二***电压控制运放243b，充电电流控制运放242b以及选择电路244b与图5a中采用峰值电流控制方式的相似，为了简明示意，此处不再详细论述连接关系。在图5b中，开关控制电路245包括比较器245e，固定时长电路245f以及RS触发器245g。其中，比较器245e具有第一输入端，第二输入端以及输出端，其中第一输入端接收误差信号ER，第二输入端接收表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB，比较器245e基于误差信号ER和***电压反馈信号VSYSFB在输出端生成比较信号PWM。固定时长电路245f输出固定时长控制信号COT。在一个实施例中，固定时长电路245f输出的固定时长控制信号COT控制开关电路中的至少一个开关管导通一段固定时长。固定时长电路245f为本领域公知常识，在此不展开叙述。RS触发器245g具有置位端S，复位端R以及输出端Q，其中置位端S接收比较信号PWM，复位端R接收固定时长控制信号COT，输出端Q输出开关控制信号CTRL用于控制开关电路里至少一个开关管的导通和关断。
本领域技术人员可知开关电路21的控制模式不限于图5a和图5b所示的具体实施例。例如，图5b中的开关电路21也可以采用恒定关断时间控制模式。
图6a-6c示出了根据本发明实施例的开关电路21的电路图。本领域普通技术人员可以理解，开关电路21的具体结构不限于图6a-6c所示的实施例，也可以采用其它的电路拓扑。为了简明起见，在此不一一列举。
图6a所示的开关电路21a以降压电路(Buck)为例进行说明。开关电路21a包括开关管S1、S2以及电感L1。开关管S1的第一端耦接于开关电路21a的输入端，开关管S1的第二端耦接于开关管S2的第一端，开关管S2的第二端耦接至参考地，电感L1的第一端耦接于开关管S1的第二端和开关管S2的第一端，电感L1的第二端耦接至开关电路21a的输出端。开关管S1和开关管S2在开关控制信号CTRL的控制下互补导通，开关管S2也可由二极管替代。
图6b所示的开关电路21b以升压电路(Boost)为例进行说明。开关电路21b包括开关管S3，S4以及电感L2。电感L2的第一端耦接于开关电路21b的输入端，电感L2的第二端耦接至开关管S3的第一端和开关管S4的第一端，开关管S3的第二端耦接于参考地，开关管S4的第二端耦接于开关电路21b的输出端。开关管S3和开关管S4在开关控制信号CTRL的控制下互补导通。开关管S4也可以由二极管替代。
图6c所示的开关电路21c以升降压电路(Buck-Boost)为例进行说明。开关电路21c包括开关管S5，S6，S7，S8以及电感L3。开关管S5的第一端耦接于开关电路21c的输入端，开关管S5的第二端耦接于开关管S6的第一端，开关管S6的第二端耦接于参考地。开关管S7的第一端耦接于参考地，开关管S7的第二端耦接于开关管S8的第一端，开关管S8的第二端耦接于开关电路21c的输出端。电感L3的第一端耦接于开关管S5的第二端和开关管S6的第一端，电感L3的第二端耦接于开关管S7的第二端和开关管S8的第一端。开关管S5和开关S6在开关控制信号CTRL的控制下互补导通，同时，开关管S7和开关管S8在开关控制信号CTRL的控制下互补导通。
图7给出了根据本发明一实施例的开关电路是降压电路的电池充电电路从充电准备阶段到预充电阶段时的波形图。图7给出了时钟信号CLK，***电压反馈信号VSYSFB，充电电流IBAT，栅极控制信号VG以及开关控制信号CTRL。如图7所示，时钟信号CLK是一个频率固定的时钟信号，开关控制信号CTRL在时钟信号CLK上升沿的触发下从逻辑低跳变到逻辑高以打开开关电路中的至少一个开关管，所述至少一个开关管导通一段时间后，在开关控制信号CTRL下降沿的触发下关断。在时刻T1之前，电池充电电路处于充电准备阶段，此时，充电电流IBAT为零，栅极控制信号VG处于逻辑低的第一状态。第一***电压控制环控制***电压VSYS恒定为第一电压V1。在时刻T2，电池充电电路进入预充电阶段，此时充电电流控制环中的充电电流参考信号IBATREF等于预充电参考值IPREREF，充电电流IBAT被控制为预充电电流值IPRE。充电晶体管控制环输出栅极控制信号VG控制充电晶体管Q2工作于饱和区，并通过调节充电晶体管Q2的漏源电压使得***电压VSYS恒定为恒流电压V2。其中，从时刻T1到时刻T2是电池充电电路从充电准备阶段到预充电阶段的过渡阶段。
图8给出了根据本发明一实施例的开关电路是降压电路的电池充电电路的恒流充电过程的波形图。图8给出了时钟信号CLK，***电压反馈信号VSYSFB，充电电流IBAT，栅极控制信号VG以及开关控制信号CTRL。同图7相同，时钟信号CLK是一个频率固定的时钟信号，开关控制信号CTRL在时钟信号CLK上升沿的触发下从逻辑低跳变到逻辑高以打开开关电路中的至少一个开关管，所述至少一个开关管导通一段时间后，在开关控制信号CTRL下降沿的触发下关断。如图8所示，在时刻T3之前，电池充电电路处于恒流充电第一阶段。在恒流充电第一阶段，充电电流控制环和充电晶体管控制环共同作用，其中充电电流控制环控制充电电流IBAT为恒流充电值ICC，充电晶体管控制环输出栅极控制信号VG控制充电晶体管Q2工作于饱和区，并通过调节充电晶体管Q2的漏源电压使得***电压VSYS恒定为恒流电压V2。在恒流充电第一阶段，电池电压VBAT随着充电的进行不断升高。在时刻T3，电池电压VBAT增大到最小***电压值VSYSMIN，电池充电电路进入恒流充电第二阶段，此时充电晶体管控制环控制栅极控制信号VG处于第二状态，从而控制充电晶体管Q2工作于三极管区，充电电流控制环控制充电电流IBAT为恒流充电值ICC。
图9给出了根据本发明一实施例中的电池充电电路的控制方法900流程图。该电池充电电路包括具有至少一个开关管和耦接于该开关管的电感的开关电路，该开关电路为负载提供***电压VSYS，并通过充电晶体管为电池充电。控制方法900包括步骤S11-S15。
在步骤S11，根据***电压第一参考信号VSYSREF1和表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB生成第一误差信号ER1。
在步骤S12，根据充电电流参考信号IBATREF和表征充电电流IBAT的充电电流反馈信号IBATFB生成第二误差信号ER2。
在步骤S13，根据第一误差信号ER1和第二误差信号ER2选择第一误差信号ER1和第二误差信号二ER2两者中的一个作为误差信号ER，其中当第一误差信号ER1小于第二误差信号ER2时，误差信号ER等于第一误差信号ER1，否则，误差信号ER等于第二误差信号ER2。
在步骤S14，根据充电晶体管参考信号VSYSREF2和表征***电压VSYS的***电压反馈信号VSYSFB生成栅极控制信号VG以控制充电晶体管。
在步骤S15，根据误差信号ER生成开关控制信号CTRL以控制开关电路中至少一个开关管的导通和关断。
在一个实施例中，当根据第一误差信号ER1生成开关控制信号CTRL时，***电压VSYS被控制恒定为第一电压V1。在一实施例中，当栅极控制信号VG控制充电晶体管工作于饱和状态时，***电压VSYS被控制恒定为恒流电压V2，充电电流IBAT被控制为预充电电流值IPRE或者恒流充电值ICC。其中当电池充电电路工作于预充电阶段时，充电电流参考信号IBATREF等于预充电参考值IPREREF，充电电流IBAT被控制为预充电电流值IPRE。当电池充电电路工作于恒流充电第一阶段时，充电电流参考信号IBATREF等于恒流充电参考值ICCREF，充电电流IBAT被控制为恒流充电值ICC。在一实施例中，当栅极控制信号VG控制充电晶体管工作于三极管区，***电压VSYS和电池电压VBAT的关系为：VSYS＝VBAT+RDSON×ICC，其中RDSON是充电晶体管工作于三极管区的导通电阻，ICC为恒流充电值。在一实施例中，当电池电压VBAT大于最小***电压值VSYSMIN，栅极控制信号VG控制充电晶体管工作于三极管区。
在一个实施例中，***电压第一参考信号VSYSREF1大于充电晶体管参考信号VSYSREF2，第一电压V1大于恒流电压V2。
图10给出了根据本发明另一实施例中的电池充电电路的控制方法1000的流程图。该电池充电电路包括具有至少一个开关管和耦接于该开关管的电感的开关电路，该开关电路为负载提供***电压VSYS，并通过充电晶体管为电池充电。控制方法1000包括：当电池电压VBAT大于预充电电压值VBATPRE且小于最小***电压值VSYSMIN时，控制***电压VSYS恒定为恒流电压V2且控制充电电流IBAT为恒流充电参考值ICCREF；以及当电池电压VBAT大于最小***电压值VSYSMIN且小于恒压充电电压值VBATREG时，控制充电晶体管工作于三极管区且控制充电电流IBAT为恒流充电参考值ICCREF。控制方法1000还包括，当电池电压VBAT小于预充电电压值VBATPRE时，控制***电压VSYS为恒流电压V2且控制充电电流IBAT为预充电电流值IPRE。
注意，在上文描述的流程图中，框中所标注的功能也可以按照不同于图中所示的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的具体功能。
上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本发明进行说明，这些实施例不是完全详尽的，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和权利要求限定的保护范围。

Claims (11)

1.一种电池充电电路的控制电路，所述电池充电电路包括开关电路，所述开关电路包括至少一个开关管和耦接于所述至少一个开关管的电感，开关电路的输入端接收输入电压，开关电路的输出端提供***电压并为电池提供充电电流，所述充电电流通过充电晶体管对电池充电从而在电池上形成电池电压，所述控制电路包括：
充电电流控制环，接收表征充电电流的充电电流反馈信号和充电电流参考信号，并根据充电电流反馈信号和充电电流参考信号控制开关电路以控制充电电流；
充电晶体管控制环，接收表征***电压的***电压反馈信号和充电晶体管参考信号，并根据***电压反馈信号和充电晶体管参考信号生成栅极控制信号以控制充电晶体管；
其中当电池电压小于最小***电压值时，栅极控制信号控制充电晶体管的漏源电压使得***电压恒定为恒流电压。
2.如权利要求1所述的控制电路，在电池电压小于预充电电压值的预充电阶段，充电电流参考信号等于预充电参考值，充电电流控制环控制充电电流为预充电电流值，当电池电压大于预充电电压值且小于恒压充电电压值时，充电电流参考信号等于恒流充电参考值，充电电流控制环控制充电电流为恒流充电电流值，其中恒压充电电压值大于预充电电压值。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中当电池电压大于最小***电压值且小于恒压充电电压值时，充电晶体管控制环控制栅极控制信号使得充电晶体管工作于三极管区。
4.如权利要求1所述的控制电路，其中，控制电路还包括第一***电压控制环，接收表征***电压的***电压反馈信号和***电压第一参考信号，并根据***电压反馈信号和***电压第一参考信号控制开关电路以控制***电压为第一电压，其中第一电压大于恒流电压。
5.如权利要求4所述的控制电路还包括选择电路和开关控制电路，
其中第一***电压控制环根据***电压反馈信号和***电压第一参考信号生成第一误差信号；
充电电流控制环根据充电电流反馈信号和充电电流参考信号生成第二误差信号；
选择电路，接收第一误差信号和第二误差信号，并根据第一误差信号和第二误差信号的值选择第一误差信号和第二误差信号两者中的一个作为误差信号；以及
开关控制电路，接收误差信号并根据误差信号生成开关控制信号。
6.如权利要求5所述的控制电路，其中，选择电路选择第一误差信号和第二误差信号两者中值较小的一个作为误差信号。
7.如权利要求5所述的控制电路，其中开关控制电路包括：
时钟信号产生电路，生成一个时钟信号；
电感电流采样电路，根据流过电感的电流生成电感电流感应信号；
比较器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收误差信号，第二输入端接收电感电流感应信号，比较器根据误差信号和电感电流感应信号在输出端输出比较信号；
触发器，具有置位端，复位端和输出端，其中置位端接收时钟信号，复位端接收比较信号，触发器根据时钟信号和比较信号在输出端输出开关控制信号。
8.如权利要求5所述的控制电路，其中开关控制电路包括：
固定时长电路，生成固定时长控制信号；
比较器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收误差信号，第二输入端接收***电压反馈信号，比较器根据误差信号和***电压反馈信号在输出端输出比较信号；
触发器，具有置位端，复位端和输出端，其中置位端接收比较信号，复位端接收固定时长控制信号，触发器根据固定时长控制信号和比较信号在输出端输出开关控制信号。
9.一种电池充电电路，包括：
开关电路，具有接收外部电源的输入端，输出端，至少一个开关管以及耦接于所述至少一个开关管的电感，当开关电路的输入端连接外部电源时，开关电路的输出端提供***电压并为电池提供充电电流；
充电晶体管，耦接于开关电路的输出端和电池之间，充电电流通过充电晶体管对电池充电；以及
如权利要求1-8中任一项所述的控制电路。
10.一种电池充电电路的控制方法，该电池充电电路包括具有至少一个开关管和耦接于所述至少一个开关管的电感的开关电路，该开关电路为负载提供***电压和充电电流，所述充电电流通过充电晶体管为电池充电从而在电池上形成电池电压，所述控制方法包括：
根据***电压第一参考信号和表征***电压的***电压反馈信号生成第一误差信号；
根据充电电流参考信号和表征充电电流的充电电流反馈信号生成第二误差信号；
选择第一误差信号或者第二误差信号生成误差信号；
根据充电晶体管参考信号和***电压反馈信号生成栅极控制信号以控制充电晶体管；
根据误差信号生成开关控制信号以控制所述至少一个开关管的导通和关断；其中
当电池电压大于预充电电压值且小于最小***电压值时，控制***电压恒定为恒流电压且控制充电电流为恒流充电参考值；以及
当电池电压大于最小***电压值且小于恒压充电电压值时，控制充电晶体管工作于三极管区且控制充电电流为恒流充电参考值。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中，当电池电压小于预充电电压值时，控制***电压为恒流电压且控制充电电流为预充电电流值。
CN201811492794.2A 2018-12-07 2018-12-07 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法 Active CN109474037B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811492794.2A CN109474037B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法
US16/705,757 US11489357B2 (en) 2018-12-07 2019-12-06 Battery charging circuit, control circuit and associated control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811492794.2A CN109474037B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109474037A CN109474037A (zh) 2019-03-15
CN109474037B true CN109474037B (zh) 2022-03-22

Family

ID=65675967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811492794.2A Active CN109474037B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11489357B2 (zh)
CN (1) CN109474037B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11888342B2 (en) * 2020-05-12 2024-01-30 Monolithic Power Systems, Inc. Bi-directional battery charging circuit with voltage regulation control
US11405714B2 (en) * 2020-08-07 2022-08-02 Bose Corporation Wireless audio device battery pre-loading and pre-charging
CN112350397A (zh) * 2020-10-21 2021-02-09 成都芯源***有限公司 电池充电电路以及用于该电路的充电方法
CN114614538B (zh) * 2022-03-23 2024-01-26 无锡力芯微电子股份有限公司 一种开关型充电电路

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06327164A (ja) * 1993-05-14 1994-11-25 Hitachi Denshi Ltd 充電器
CN107612312B (zh) * 2009-04-21 2020-05-01 成都芯源***有限公司 控制器及其开关电源和控制开关电源的方法
US8405362B2 (en) * 2009-12-04 2013-03-26 Linear Technology Corporation Method and system for minimum output-voltage battery charger
US9018921B2 (en) * 2011-08-17 2015-04-28 National Semiconductor Corporation Battery charger architecture
US9120132B2 (en) * 2011-11-09 2015-09-01 ZZ Ventures, LLC Pallet washing apparatus
US20150069956A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Apple Inc. Universal power adapter
CN103746425B (zh) * 2014-01-09 2016-02-17 成都芯源***有限公司 移动电源电路及其方法
CN105337320A (zh) * 2014-06-30 2016-02-17 展讯通信（上海）有限公司 一种动态电流充电方法及电路
CN105553007B (zh) * 2015-12-29 2018-05-22 成都芯源***有限公司 一种升降压电池充电电路及其控制电路和控制方法
CN205811622U (zh) * 2016-07-20 2016-12-14 富士电机（中国）有限公司 一种充电器
CN106786981B (zh) 2017-01-24 2019-06-18 成都芯源***有限公司 一种电池充电电路、及其控制电路和控制方法
US10291124B2 (en) * 2017-07-06 2019-05-14 Active-Semi (BVI) Inc. Spread spectrum control apparatus and method
CN207368705U (zh) * 2017-10-12 2018-05-15 中煤张家口煤矿机械有限责任公司 一种矿用本质安全型镍氢电池充电电路
CN108155689B (zh) * 2017-12-29 2021-04-13 成都芯源***有限公司 电池充电电路及其控制电路和控制方法
CN108134424A (zh) * 2018-01-03 2018-06-08 上海传英信息技术有限公司 一种手机充电过程中控制充电电流的方法以及手机充电装置
TWI671974B (zh) * 2018-02-13 2019-09-11 立錡科技股份有限公司 充電電路及其電源轉換電路

Also Published As

Publication number Publication date
US11489357B2 (en) 2022-11-01
CN109474037A (zh) 2019-03-15
US20200185949A1 (en) 2020-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109474037B (zh) 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法
US9893622B2 (en) Multi-level step-up converter topologies, control and soft start systems and methods
US9991794B2 (en) Hybrid capacitive-inductive voltage converter
US8890501B2 (en) System and method for soft-starting a power converter with a pre-charged output
CN105991034B (zh) 具省电与高转换效率机制的电源转换装置
US8824167B2 (en) Self synchronizing power converter apparatus and method suitable for auxiliary bias for dynamic load applications
US10845833B1 (en) Method and system for buck converter current re-use for minimum switching frequency pulse-skip operation
US9893628B2 (en) AC-DC power converters with improved voltage output level transitions
TW201351861A (zh) 控制電源轉換裝置的方法及其相關電路
US9641076B2 (en) Switching regulators
TW201743552A (zh) 電流模式3態升-降壓pwm控制架構
US9577505B1 (en) Bootstrap controller for switching power supply
TWI496400B (zh) 電壓轉換電路與使用其的電子系統
CN110022057B (zh) 用于操作功率变换器电路的方法和功率变换器电路
TW202215788A (zh) 無縫式非線性電壓調節控制至線性控制之設備及方法
US11575318B2 (en) Voltage converters with hysteretic control
CN109842297B (zh) 一种输出电压调节装置及方法
US10305308B2 (en) Power supply module and power supply method using the same
US11362579B2 (en) Peak voltage overshoot control for switch mode power converters
US10992228B2 (en) SMPS and control process of a SMPS
US20140327421A1 (en) Switching regulator and method for controlling the switching regulator
CN102324840B (zh) 电荷泵及工作方法
EP2544371A1 (en) Slew rate PWM controlled charge pump for limited in-rush current switch driving
TWI584557B (zh) 儲能裝置及其控制方法
US9742268B2 (en) Boost converter circuit and a method for controlling a boost converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant