充電電路及其控制電路與控制方法

2023-09-22 18:20:35 1

充電電路及其控制電路與控制方法
【專利摘要】本發明提出一種充電電路及其控制電路與控制方法。充電電路用以提供充電電流，而對電池充電。充電電路包含：雙極接面電晶體（bipolar?junction?transistor,BJT）信道電路、電流感測電路、電壓感測電路、以及控制電路。BJT信道電路與輸入電壓耦接，並根據控制訊號，以產生充電電流。其中，控制電路包括：電流調整電路，根據充電電流與電流參考訊號，以調整其中第一可變電阻元件的第一電阻值，進而調整控制訊號；以及電壓調整電路，根據電池電壓與電壓參考訊號，以調整第二可變電阻元件的第二電阻值，進而產生控制訊號。
【專利說明】充電電路及其控制電路與控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種充電電路及其控制電路與控制方法；特別地涉及一種具有BJT信道元件(pass device)的充電電路及其控制電路與控制方法。
【背景技術】
[0002]圖1顯示典型具有P型金屬氧化物半導體(P-type metal oxidesemiconductor, PM0S)信道元件(pass device)的充電電路I的電路示意圖。如圖1所示，充電電路I與電池電路11電連接,用以提供充電電流Il以對電池電路11中的電池充電。充電電路I包含PMOS信道電路12以及控制電路13，以形成低壓差線性穩壓(low-dropoutregulator, LD0)電路。其中，PMOS信道電路12除包括PMOS信道元件Ql外，還包括二極體元件Dl ;二極體元件Dl用以在外部電壓(未示出)未供應電源給輸入電壓Vin的狀況下，防止電流自電池電路11流向輸入電壓Vin端。請參閱圖2，顯示另一種現有技術的充電電路
2。充電電路2包含信道電路22以及控制電路23。與充電電路I不同的是，充電電路2中的信道電路22包括BJT信道元件Q2而非PMOS信道元件，因為BJT元件並無PMOS元件中寄生二極體所導致的電流逆流的問題，因此除了可避免電流自電池電路11流向輸入電壓Vin端外，亦可以省下一個二極體元件的製造成本與空間。
[0003]然而，BJT信道元件Q2是由基極電流控制，相較於由柵極電壓控制的PMOS信道元件Ql，BJT信道元件Q2的控制電路23遠較為複雜，尤其是具有BJT信道元件Q2的充電電路2，難以實現前述LDO電路的設計，不易既控制充電電流又控制電池電路11中的電池電壓。因此，現有技術中對控制電路23的典型設計，是以複雜的電路或以軟體程序的控制模式，來實現BJT信道元件Q2的控制，並產生脈衝式的充電電流。如此一來，控制電路23的設計更加複雜，製造成本增加，效率下降。
[0004]有鑑於此，本發明即針對上述現有技術的不足，提出一種充電電路及其控制電路與控制方法，可利用簡單的電路，實現具有BJT信道元件的充電電路，而不需要複雜的電路設計與軟體控制。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於克服現有技術的不足與缺陷，提出一種充電電路及其控制電路與控制方法，可利用簡單的電路，實現具有BJT信道元件的充電電路，而不需要複雜的電路設計與軟體控制。
[0006]根據本發明的一個方面，提供了 一種充電電路，用以提供一充電電流，而對一電池電路中一電池充電，所述充電電路包含:一雙極接面電晶體(bipolar junctiontransistor, BJT)信道電路,與一輸入電壓稱接,並根據一控制訊號，以產生該充電電流；一電流感測電路，根據該充電電流，產生一電流感測訊號；一電壓感測電路，與該電池電路耦接，根據該電池的一電池電壓，產生一電壓感測訊號；以及一控制電路，與該BJT信道電路耦接，根據該電流感測訊號與該電壓感測訊號，以產生該控制訊號，該控制電路包括:一電流調整電路，與該電流感測電路耦接，根據該電流感測訊號與一電流參考訊號，以調整其中一第一可變電阻元件的一第一電阻值，進而調整該控制訊號；以及一電壓調整電路，與該電壓感測電路耦接，根據該電壓感測訊號與一電壓參考訊號，以調整其中一第二可變電阻元件的一第二電阻值，進而調整該控制訊號。
[0007]根據本發明的另一方面，提供了一種充電電路的控制電路，根據一電流感測訊號與一電壓感測訊號，以產生一控制訊號，用以控制一雙極接面電晶體(bipolar junctiontransistor, BJT)信道電路，進而調節一充電電流，以對一電池電路中的一電池充電，其中，該電流感測訊號相關於該充電電流，且該電壓感測訊號相關於該電池的一電池電壓；所述控制電路包含:一電流調整電路，與該BJT信道電路耦接，根據該電流感測訊號與一電流參考訊號，以調整其中一第一可變電阻元件的一第一電阻值，進而調整該控制訊號；以及一電壓調整電路，與該電池電路耦接，根據該電壓感測訊號與一電壓參考訊號，以調整其中一第二可變電阻元件的一第二電阻值，進而調整該控制訊號。
[0008]根據本發明的另一方面，提供了一種充電電路的控制方法，包含:提供一雙極接面電晶體(bipolar junction transistor, BJT)信道電路,其根據一控制訊號，以產生一充電電流對一電池充電；根據該充電電流產生一電流感測訊號；根據該電池的一電池電壓，產生一電壓感測訊號；以及根據該電流感測訊號與該電壓感測訊號，以產生該控制訊號；其中該產生該控制訊號的步驟包括:根據該電流感測訊號與一電流參考訊號，以調整一第一可變電阻元件的一第一電阻值，進而調整該控制訊號；以及根據該電壓感測訊號與一電壓參考訊號，以調整一第二可變電阻元件的一第二電阻值，進而調整該控制訊號。
[0009]在其中一種較佳的實施方式中，該控制電路還包括一保護電路，與該BJT信道電路耦接，用以決定該BJT信道電路所接觸到的最高電壓，及/或與該控制電路耦接，用以決定該控制電路所接觸到的最高電壓。
[0010]在其中一種較佳的實施方式中，該控制電路還包括一起始電路，於該電池電壓低於一預設低電壓時，產生該控制訊號。
[0011]在其中一種較佳的實施方式中，該電流調整電路包括:一電流感測放大電路，與該電流感測電路耦接，根據該電流感測訊號，產生一電流感測放大訊號；一電流誤差放大電路，與該電流感測放大電路耦接，比較該電流感測放大訊號與該電流參考訊號，以產生一第一電阻調整訊號；以及該第一可變電阻元件，與該電流誤差放大電路耦接，根據該第一電阻調整訊號，以調整該第一電阻值。
[0012]在其中一種較佳的實施型態中，該電壓調整電路包括:一電壓誤差放大電路，與該電壓感測電路耦接，比較該電壓感測訊號與該電壓參考訊號，以產生一第二電阻調整訊號；以及該第二可變電阻元件，與該電壓誤差放大電路耦接，根據該第二電阻調整訊號，以調整該第二電阻值。
[0013]在其中一種較佳的實施型態中，該BJT信道電路包括:一 BJT信道元件，耦接於該輸入電壓與該電池電路之間，根據該控制訊號以控制該充電電流；以及一限壓電路，耦接於該控制電路，用以限制該控制訊號與該BJT信道電路連接的一接點電壓不高於一預設位準。
[0014]以下通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1顯示典型的充電電路I的電路示意圖；
[0016]圖2顯示先前技術充電電路2的電路示意圖；
[0017]圖3顯示本發明一個實施例；
[0018]圖3A顯示本發明更具體的實施例；
[0019]圖4顯示本發明另一個實施例。
[0020]圖中符號說明
[0021]I, 2, 3充電電路
[0022]11電池電路
[0023]12PM0S信道電路
[0024]22, 32BJT 信道電路
[0025]13, 23, 33 控制電路
[0026]34電流感測電路
[0027]35電壓感測電路
[0028]36電流調整電路
[0029]37電壓調整電路
[0030]38起始電路
[0031]39保護電路
[0032]321限壓電路
[0033]361電流感測放大電路
[0034]362電流誤差放大電路
[0035]363,372 可變電阻元件
[0036]371電壓誤差放大電路
[0037]391啟動電路
[0038]392誤差放大電路
[0039]393開關
[0040]Dl二極體元件
[0041]12充電電流
[0042]Pl接點
[0043]QlPMOS信道元件
[0044]Q2, Q3BJT 信道元件
[0045]Q4BJT元件
[0046]Rl, R2電阻
[0047]SI開關
[0048] Vac電壓
[0049]Vin輸入電壓
[0050]Vrefi電流參考訊號
[0051]Vrefp保護參考訊號[0052]Vrefv電壓參考訊號【具體實施方式】
[0053]請參閱圖3，顯示本發明的一個實施例。如圖3所示，充電電路3與電池電路11電連接，用以提供充電電流12以對電池電路11中的電池充電。充電電路3包含BJT信道電路32、控制電路33、電流感測電路34、以及電壓感測電路35。BJT信道電路32與輸入電壓Vin耦接，並受控於控制訊號，而產生充電電流12。BJT信道電路32例如但不限於包括BJT信道元件Q3，並尚可選擇性地(非必須)包含限壓電路321。其中，BJT信道元件Q3耦接於輸入電壓Vin與電池電路11之間，根據控制訊號以控制充電電流12 ;限壓電路321耦接於控制電路33，其作用是將控制訊號所連接的接點(Pl)電壓限制在預設位準，預設位準例如但不限於為5V或3V。如此一來，可以保護控制電路中，相關的元件不接觸高電壓。電流感測電路34根據充電電流12，產生一電流感測訊號。電壓感測電路35與電池電路11耦接，根據電池電壓，產生一電壓感測訊號。控制電路33與BJT信道電路32耦接，根據電流感測訊號與電壓感測訊號以產生該控制訊號，控制BJT信道電路32。控制電路33包括電流調整電路36、電壓調整電路37，並尚可選擇性地(非必須)包含起始電路38。電流調整電路36與電流感測電路34耦接，根據電流感測訊號與一電流參考訊號Vrefi，調整該控制訊號；電壓調整電路37與電壓感測電路35耦接，根據電壓感測訊號與一電壓參考訊號Vrefv，調整該控制訊號。起始電路38的作用則是在啟動階段確保提供初始電流。
[0054]請參閱圖3A,舉例顯示電路更具體的實施方式。如圖所示，限壓電路321例如但不限於為BJT元件Q4或其它MOS或二極體元件，以限制接點Pl的電壓。電流感測電路34例如利用充電電流12流經電阻R1，在電阻Rl兩端產生的壓降，作為電流感測訊號輸入控制電路33。電壓感測電路35例如利用與電池電路11中的電池電連接的兩串聯電阻上的分壓，作為電壓感測訊號，以輸入控制電路33。控制電路33接收前述電流感測訊號與電壓感測訊號，以產生前述控制訊號，控制BJT信道電路32，以調節充電電流12與電池電壓。以上所述為電流感測和電壓感測 的常用方式，但本發明並不排除使用其它方式來感測電流或感測電壓，本發明對於感測電流與感測電壓的方式並無限制。
[0055]控制電路33主要包括兩組控制迴路，即電流調整電路36與電壓調整電路37。電流調整電路36例如但不限於包括電流感測放大電路361、電流誤差放大電路362、以及可變電阻元件363。其中，電流感測放大電路361例如但不限於包括如圖所示的放大器電路，其與電流感測電路34耦接，接收電流感測訊號後產生放大訊號，將其輸入電流誤差放大電路362，用以與電流參考訊號Vrefi比較，其比較結果用以調整可變電阻元件363的電阻值，進而調整控制訊號。其中，可變電阻元件363例如但不限於如圖所示的MOS元件，利用MOS元件在操作上的線性區所具有的導通電阻可隨柵極電壓改變的特性，而構成可變電阻，但本發明不限於此，只要可變電阻元件363的電阻能夠受到誤差放大電路362輸出訊號的控制即可。電流調整電路36所構成的控制迴路，作用是使電池電路11在電流控制模式中，使充電電流12受控為與電流參考訊號Vrefi相關的電流值。
[0056]電壓調整電路37例如但不限於包括電壓誤差放大電路371以及可變電阻元件372。其中，電壓誤差放大電路371例如但不限於包括如圖所示的放大器電路，其與電壓感測電路35耦接，並接收電壓感測訊號，用以與電壓參考訊號Vrefv比較，其比較結果用以調整可變電阻元件372的電阻值，進而調整控制訊號。其中，可變電阻元件372例如但不限於如圖所示的MOS元件，利用MOS元件在操作上的線性區所具有的導通電阻可隨柵極電壓改變的特性，而構成可變電阻，但本發明不限於此，只要可變電阻元件372的電阻，可以受到誤差放大電路371輸出訊號的控制即可。電壓調整電路37所構成的控制迴路，作用是使電池電路11在電壓控制模式中，由控制訊號控制BJT信道電路32，以將電池電壓維持在預設位準。
[0057]需說明的是，在本實施例中，可變電阻元件363與372耦接，例如但不限於如圖所示的串聯方式，共同調整控制訊號。而電流調整電路36與電壓調整電路37會適應性地自行調整，使得充電電路3可適當地操作於電流控制模式或電壓控制模式中。以上是本發明優於現有技術的特點之一，利用簡單的電路設計，使得在電池電路的不同電池電壓階段，可適應性地轉換電流控制模式與電壓控制模式，以達最佳充電控制，卻不需要複雜的硬體設計或軟體程序。
[0058]詳言之，一般而言，當電池電壓在較低位準時，需要以定電流對電池電路11充電，為所謂的CC(定電流,constant current)模式；而當電池電壓在較高位準(接近電池飽和電壓)時，需要以電池電壓為充電調節目標，此時電流為可變，為所謂的CV (定電壓，constantvoltage)模式。在本發明中，電流調整電路36與電壓調整電路37會適應性地自行調整而達成上述的CC/CV模式。
[0059]請參閱圖3A，當電池電壓在較低位準時，因電壓感測訊號在低位準，電壓誤差放大電路371的兩輸入端差值很大，因此可變電阻元件372的電阻值很低而接近完全導通，故控制訊號主要為可變電阻元件363所控制，亦即由電流調整電路36主導充電電流12的控制，達成CC模式。而當電池電壓到達較高位準(接近電池飽和電壓)時，電阻Rl上的壓差下降，電流誤差放大電路362的兩輸入端差值很大，因此可變電阻元件363的電阻值很低而接近完全導通，故控制訊號主要為可變電阻元件372所控制，也就是轉而由電壓調整電路37根據電壓感測訊號與電壓參考訊號Vrefv來主導電池電壓的控制，達成CV模式。上述充電控制模式的轉換是由電路自行適應性調整而達成，並不需要複雜的硬體設計或軟體程序。
[0060]此外，在其中一種實施形式中，控制電路33例如但不限於還包括起始電路38，其亦控制該控制訊號。起始電路38例如但不限於包括並聯的開關SI與電阻R2，開關SI在正常操作狀況下導通。起始電路38的作用是於電池電壓低於預設低電壓時，產生控制訊號，以避免電池電壓在極低的位準時，無法正常啟動控制電路的操作。也就是說，當電池電壓低於預設低電壓時，控制電路33內部產生低壓訊號，使得開關SI不導通，使控制訊號可藉由電流流經電阻R2產生，以開始電流控制模式，控制電路33進入電流控制模式後，再將開關SI導通，由電流調整電路36與電壓調整電路37綜合控制充電。
[0061]請繼續參閱圖3A，控制電路3例如但不限於還包括保護電路39，與輸入電壓Vin以及BJT信道電路32耦接，用以決定該控制電路及/或BJT信道電路32所接觸到的最高電壓，以保護BJT信道電路32和控制電路33中的電子元件，免於接觸到高電壓。
[0062]圖4顯示保護電路39 —種較具體的實施例，如圖所示，保護電路39例如但不限於為如圖所示的分流(Shunt)低壓差線性穩壓(low-dropout regulator, LDO)電路。如圖所示，保護電路39例如包括啟動電路391、誤差放大電路392、開關393、與電阻R3、R4、R5。根據圖4,電壓Vac為
【權利要求】
1.一種充電電路，用以提供一充電電流，而對一電池電路中一電池充電，其特徵在於，所述充電電路包含: 一雙極接面電晶體信道電路，與一輸入電壓稱接，並根據一控制訊號，以產生該充電電流； 一電流感測電路，根據該充電電流，產生一電流感測訊號； 一電壓感測電路，與該電池電路耦接，根據該電池的一電池電壓，產生一電壓感測訊號；以及 一控制電路，與該BJT信道電路耦接，根據該電流感測訊號與該電壓感測訊號，以產生該控制訊號，該控制電路包括: 一電流調整電路，與該電流感測電路耦接，根據該電流感測訊號與一電流參考訊號，以調整其中一第一可變電阻元件的一第一電阻值，進而調整該控制訊號；以及 一電壓調整電路，與該電壓感測電路耦接，根據該電壓感測訊號與一電壓參考訊號，以調整其中一第二可變電阻元件的一第二電阻值，進而調整該控制訊號。
2.如權利要求1 所述的充電電路，其中，該控制電路還包括一保護電路，與該BJT信道電路耦接，用以決定該BJT信道電路所接觸到的最高電壓，及/或與該控制電路耦接，用以決定該控制電路所接觸到的最聞電壓。
3.如權利要求1所述的充電電路，其中，該控制電路還包括一起始電路，於該電池電壓低於一預設低電壓時,產生該控制訊號。
4.如權利要求1所述的充電電路，其中，該電流調整電路包括: 一電流感測放大電路，與該電流感測電路耦接，根據該電流感測訊號，產生一電流感測放大訊號； 一電流誤差放大電路，與該電流感測放大電路耦接，比較該電流感測放大訊號與該電流參考訊號，以產生一第一電阻調整訊號；以及 該第一可變電阻元件，與該電流誤差放大電路耦接，根據該第一電阻調整訊號，以調整該第一電阻值。
5.如權利要求1所述的充電電路，其中，該電壓調整電路包括: 一電壓誤差放大電路，與該電壓感測電路耦接，比較該電壓感測訊號與該電壓參考訊號，以產生一第二電阻調整訊號；以及 該第二可變電阻元件，與該電壓誤差放大電路耦接，根據該第二電阻調整訊號，以調整該第二電阻值。
6.如權利要求1所述的充電電路，其中，該BJT信道電路包括: 一 BJT信道元件，耦接於該輸入電壓與該電池電路之間，根據該控制訊號以控制該充電電流；以及 一限壓電路，耦接於該控制電路，用以限制該控制訊號與該BJT信道電路連接的一接點電壓不高於一預設位準。
7.如權利要求1所述的充電電路，其中，該第一可變電阻元件與該第二可變電阻元件串聯。
8.一種充電電路的控制電路，其特徵在於，根據一電流感測訊號與一電壓感測訊號，以產生一控制訊號，用以控制一雙極接面電晶體信道電路，進而調節一充電電流，以對一電池電路中的一電池充電，其中，該電流感測訊號相關於該充電電流，且該電壓感測訊號相關於該電池的一電池電壓；所述控制電路包含: 一電流調整電路，與該BJT信道電路耦接，根據該電流感測訊號與一電流參考訊號，以調整其中一第一可變電阻元件的一第一電阻值，進而調整該控制訊號；以及 一電壓調整電路，與該電池電路耦接，根據該電壓感測訊號與一電壓參考訊號，以調整其中一第二可變電阻元件的一第二電阻值，進而調整該控制訊號。
9.如權利要求8所述的充電電路的控制電路，其中，還包括一保護電路，與該BJT信道電路耦接，用以決定該BJT信道電路所接觸到的最高電壓，及/或與該控制電路耦接，用以決定該控制電路所接觸到的最聞電壓。
10.如權利要求8所述的充電電路的控制電路，其中，還包括:一起始電路，於該電池電壓低於一預設低電壓時，產生該控制訊號。
11.如權利要求8所述的充電電路的控制電路，其中，該電流調整電路包括: 一電流感測放大電路，與該電流感測電路耦接，根據該電流感測訊號，產生一電流感測放大訊號； 一電流誤差放大電路，與該電流感測放大電路耦接，比較該電流感測放大訊號與該電流參考訊號，以產生一第一電阻調整訊號；以及 該第一可變電阻元件，與該電流誤差放大電路耦接，根據該第一電阻調整訊號，以調整該第一電阻值。
12.如權利要求8所述的充電電路的控制電路，其中，該電壓調整電路包括: 一電壓誤差放大電路，與該電壓感測電路耦接，比較該電壓感測訊號與該電壓參考訊號，以產生一第二電阻調整訊號；以及 該第二可變電阻元件，與該電壓誤差放大電路耦接，根據該第二電阻調整訊號，以調整該第二電阻值。
13.如權利要求8所述的充電電路的控制電路，其中，該BJT信道電路包括: 一 BJT信道元件，耦接於該輸入電壓與該電池電路之間，根據該控制訊號以控制該充電電流；以及 一限壓電路，耦接於該控制電路，用以限制該控制訊號與該BJT信道電路連接的一接點電壓不高於一預設位準。
14.如權利要求8所述的充電電路的控制電路，其中，該第一可變電阻元件與該第二可變電阻元件串聯。
15.一種充電電路的控制方法，其特徵在於，包含: 提供一雙極接面電晶體信道電路，其根據一控制訊號，以產生一充電電流對一電池充電； 根據該充電電流產生一電流感測訊號； 根據該電池的一電池電壓，產生一電壓感測訊號；以及 根據該電流感測訊號與該電壓感測訊號，以產生該控制訊號； 其中該產生該控制訊號的步驟包括: 根據該電流感測訊號與一電流參考訊號，以調整一第一可變電阻元件的一第一電阻值，進而調整該控制訊號；以及根據該電壓感測訊號與一電壓參考訊號，以調整一第二可變電阻元件的一第二電阻值，進而調整該控制訊號。
16.如權利要求15所述的充電電路的控制方法,其中,還包括:於該電池電壓低於一預設低電壓時，提供一起始電流作為該控制訊號。
17.如權利要求15所述的充電電路的控制方法，其中，該根據該電流感測訊號與一電流參考訊號，以調整一第一可變電阻元件的一第一電阻值，進而調整該控制訊號的步驟，包括: 根據該電流感測訊號，產生一電流感測放大訊號； 比較該電流感測放大訊號與該電流參考訊號，以產生一第一電阻調整訊號；以及 根據該第一電阻調整訊號，以調整該第一電阻值。
18.如權利要求15所述的充電電路的控制方法，其中，該根據該電壓感測訊號與一電壓參考訊號，以調整一第二可變電阻元件的一第二電阻值，進而調整該控制訊號的步驟，包括: 比較該電壓感測訊號與該電壓參考訊號，以產生一第二電阻調整訊號；以及 根據該第二電阻調整訊號，以調整該第二電阻值。
【文檔編號】H02J7/00GK104009503SQ201310058703
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月25日 優先權日:2013年2月25日
【發明者】王志賢 申請人:立錡科技股份有限公司