充電電路的製作方法
2023-06-08 14:15:46
充電電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種充電電路，其包括：輸出電路、電流採樣電路和負反饋控制電路。所述輸出電路包括功率開關、二極體D1、輸出電感L1和輸出電感C2。所述電流採樣電路用於採樣流過所述功率開關的電流，並進行平均得到所述功率開關的電流平均值，通過所述功率開關的電流平均值來得到等效的二極體D1的平均電流值，以功率開關和二極體D1的導通時間進行對所述功率開關的電流平均值和二極體D1的平均電流值進行二次平均來得到平均充電電流。所述負反饋控制電路比較平均充電電流和參考電流，並基於比較結果輸出控制信號GP來控制所述功率開關的導通和關斷，以使得所述平均充電電流等於所述參考電流。這樣可以避免設置額外的電流電測電阻。
【專利說明】
充電電路【
【技術領域】
】
[0001 ] 本實用新型涉及電源管理領域，特別涉及一種可以進行充電電流檢測的充電電路。
【【背景技術】】
[0002]如圖1所示，其示意出了現有的一種充電電路100，其通過包括輸出電路110、電流採樣電路120、負反饋控制電路130.所述輸出電路110包括功率開關MP1、二極體D1、電感L1、電阻R2和電容C2。所述充電電路100通過電阻R2來檢測充電電流。這種方式需要額外的功率電阻(需要能承受較大電流和熱量)，增加了成本，且在電阻R2上消耗了額外的效率。所述電流採樣電路120採樣到電流信號ISEN，負反饋控制電路130將電流信號ISEN調整等於某個參考電流，這樣實現了對充電電流的精確控制。
[0003]一般充電電路需要恆流充電控制，上述實施方式可以實現充電恆流控制。一般負反饋控制電路130輸出開關信號，控制功率開關MPl的導通和斷路。當GP信號為低電平時，MPl導通；當GP信號為高電平時，MPl斷路。當MPl導通時，對電感儲能，電感電流以(CHG-BAT) /L的斜率上升，其中CHG為充電器連接端的電壓，BAT為電池連接端的電壓，L為電感LI的電感值。當MPl斷路時，電感釋放能量，電流從地節點經過二極體Dl、電感L1、電阻R2流向BAT端。負反饋控制電路130—般採用固定頻率(周期也固定)的脈寬調製方式控制。如果充電電流較小時，此電路可能工作在非連續模式，即電感電流可能在一段時間內處於零狀態。當一個周期開始時，MPl開始導通，當GP信號變為高電平時，MPl被關斷，二極體Dl開始導通，直到電感電流下降到零或下一個周期開始，如果當電感電流下降到零時，下一個周期還沒有開始，這段時間電感電流維持為零，此時MPl和Dl都不導通，這種情況即出現非連續模式。
[0004]因此，有必要提供一種改進的技術方案來克服上述問題。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在於提供一種充電電路，其不需要設置額外的電流電測電阻，就可以準確的進行充電電流的檢測。
[0006]為了解決上述問題，本實用新型提供一種充電電路，其包括:輸出電路，其包括功率開關、二極體D1、輸出電感LI和輸出電感C2，功率開關的一個連接端作為充電器連接端，另一個連接端作為中間節點LX與所述二極體Dl的陰極相連，所述二極體Dl的陽極接地，輸出電感LI和輸出電感C2依次串聯於中間節點LX與地之間，輸出電感LI和輸出電感C2的連接節點作為電池連接端；電流採樣電路，其一個輸入端與所述中間節點LX相連，用於採樣流過所述功率開關的電流，並進行平均得到所述功率開關的電流平均值，通過所述功率開關的電流平均值來得到等效的二極體Dl的平均電流值，以功率開關和二極體Dl的導通時間進行對所述功率開關的電流平均值和二極體Dl的平均電流值進行二次平均來得到平均充電電流；負反饋控制電路，其比較平均充電電流和參考電流，並基於比較結果輸出控制信號GP來控制所述功率開關的導通和關斷，以使得所述平均充電電流等於所述參考電流。
[0007]進一步的，所述電流採樣電路包括:電流感應電路，其與所述中間節點LX相連，並採樣流過所述功率開關的電流得到採樣電流，連接於電流感應電路的輸出端和地之間的電阻Rs，電流感應電路的輸出端輸出的所述採樣電流流過所述電阻Rs產生電壓；第一電壓平均電路，其對輸入電壓進行平均輸出平均電壓，連接於第一電壓平均電路的輸入端的電容C3，連接於第一電壓平均電路的輸入端和電流感應電路的輸出端之間的第三開關S3 ;第二電壓平均電路，其對輸入電壓進行平均輸出平均電壓；連接於第二電壓平均電路的輸入端的電容Cl,連接於第一電壓平均電路的輸出端和第二電壓平均電路的輸入端之間的第一開關SI，連接於第二電壓平均電路的輸入端和地之間的第二開關S2，將第二電壓平均電路輸出的平均電壓轉換為平均充電電流的電壓電流轉換電路，控制邏輯電路，在所述控制信號GP控制所述功率開關導通時，控制第三開關S3導通，在所述控制信號GP控制所述功率開關導通或者所述二極體導通時，控制第一開關SI導通，第二開關S2截止，在所述控制信號GP控制所述功率開關截止且所述二極體截止時，控制第一開關SI截止，第二開關S2導通。
[0008]進一步的，第一電壓平均電路和第二電壓平均電路為低通濾波電路。
[0009]進一步的，所述控制邏輯電路包括第一反相器INV1、二極體導通時間產生電路，或門0R1、第二反相器INV2，第一反相器INVl的輸入端與所述負反饋控制電路的輸出端相連，第一反相器INVl的輸出端與第三開關S3的控制端、二極體導通時間產生電路的第一輸入端、以及或門ORl的一個輸入端相連，二極體導通時間產生電路的第二輸入端與充電器連接端相連，二極體導通時間產生電路的第三輸入端與電池連接端相連，二極體導通時間產生電路的輸出端與或門ORl的另一個輸入端相連；或門ORl的輸出端與第一開關SI的控制端以及第二反相器INV2的輸入端相連，第二反相器INV2的輸出端與第二開關S2的控制端相連。
[0010]進一步的，所述二極體導通時間產生電路包括儲能電容C4、比較器C0MP1、充電電路、放電電路、充電開關S11、放電開關S12和邏輯輸出電路，所述邏輯輸出電路的輸出端與放電開關S12的控制端相連，儲能電容C4連接於連接節點VD和地之間，所述充電電路提供充電電流，該充電電流經過充電開關Sll流向儲能電容C4的連接節點VD以對所述儲能電容C4進行充電，該充電電流與充電器連接端和電池連接端的電壓差相關，所述放電電路提供放電電流，該放電電流經過放電開關S12從儲能電容C4的連接節點VD流出以對所述儲能電容C4進行放電，該充電電流與電池連接端的電壓相關，在控制信號GP控制功率開關MPl導通時，同時控制充電開關Sll導通，以使得充電電流給連接節點VD充電，此時邏輯輸出電路輸出表不二極體Dl截止的信號,此時邏輯輸出電路輸出的信號控制放電開關SW12截止，在控制信號GP控制功率開關MPl由導通跳變為截止時，控制開關Sll截止，所述邏輯輸出電路輸出表不二極體Dl導通的信號,此時邏輯輸出電路輸出的信號控制放電開關Sff12導通，所述比較器COMPl比較連接節點VD與參考電壓VR，並在連接節點VD的電壓低於參考電壓VR時，輸出信號給邏輯輸出電路420使得所述邏輯輸出電路的輸出翻轉以輸出表不二極體Dl截止的信號。
[0011]進一步的，所述充電電路包括電阻Rcl和Rc2、第二電壓電流轉換電路、NMOS電晶體MN2、MN3和MN4、PM0S電晶體MP41和MP42，PMOS電晶體MP41和MP42形成電流鏡，NMOS電晶體MN3和MN4形成電流鏡，PMOS電晶體MP41與NMOS電晶體MN4串聯，PMOS電晶體MP42的漏極輸出充電電流，所述放電電路包括電阻Rbl和Rb2、第三電壓電流轉換電路，NMOS電晶體麗I和麗5，其中NMOS電晶體麗1、麗2和麗5形成電流鏡，電晶體麗5提供放電電流。
[0012]進一步的,所述二極體導通時間產生電路還包括初始復位電路,所述初始復位電路用於在充電器連接端CHG未連接充電器或使能信號為無效時將儲能電容C4的連接節點VD的復位至參考電壓VR。
[0013]進一步的，所述邏輯輸出電路為下降沿觸發的D觸發器，D觸發器的輸出端Q為其輸出端，輸入端D連接充電器連接端，時鐘端CLK連接所述控制信號GP的反相信號GPB，反相信號GPB連接所述充電開關Sll的控制端，比較器COMPl的輸出端連接D觸發器的復位端Ro
[0014]進一步的，所述電壓電流轉換電路包括運算放大器0A1、PMOS電晶體MP71、MP72、MP73、MP75、電阻R3，電阻R3、PMOS電晶體MP71、PMOS電晶體MP73串聯於充電器連接端和地之間，PMOS電晶體MP75、PMOS電晶體MP72相互串聯，PMOS電晶體MP75的柵極與PMOS電晶體MP73的柵極相連，PMOS電晶體MP72的柵極與PMOS電晶體MP71的柵極相連，PMOS電晶體MP75的源級接所述充電器連接端，所述PMOS電晶體MP72的漏極輸出轉換形成的電流。所述運算放大器的正相輸入端接PMOS電晶體MP71的漏極，所述運算放大器的負相輸入端接需要轉換的電壓VC1AV，其一個輸出端與PMOS電晶體MP73的柵極相連，另一個輸出端與PMOS電晶體MP71的柵極相連。
[0015]與現有技術相比，本實用新型中通過採樣流過所述功率開關的電流，並進行平均得到所述功率開關的電流平均值，通過所述功率開關的電流平均值來得到等效的二極體Dl的平均電流值，以功率開關和二極體Dl的導通時間對所述功率開關的電流平均值和二極體Dl的平均電流值進行二次平均來得到平均充電電流，該平均充電電流就是等效的電感電流平均值，這樣避免設置額外的電流電測電阻。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0016]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0017]圖1為現有的一種充電電路的方框結構圖；
[0018]圖2為本實用新型中的充電電路在一個實施例的方框結構圖；
[0019]圖3為圖2中的電流採樣電路在一個實施例的電路圖；
[0020]圖4為圖3中的二極體導通時間產生電路在一個實施例的電路圖；
[0021]圖5描述了根據本實用新型的充電電路工作在非連續模式下的電流和電壓波形示意圖；
[0022]圖6描述了根據本實用新型的充電電路工作在連續模式下的電流和電壓波形示意圖；
[0023]圖7本實用新型中的電壓電流轉換電路在一個實施例中的電路圖。【【具體實施方式】】
[0024]為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0025]此處所稱的「一個實施例」或「實施例」是指可包含於本實用新型至少一個實現方式中的特定特徵、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的「在一個實施例中」並非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。除非特別說明，本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示直接或間接電性相連。
[0026]本實用新型提出了一種充電電路，如圖2所示，其為本實用新型中的充電電路200在一個實施例的方框結構圖。如圖2所示，所述充電電路200包括輸出電路210、電流採樣電路220和負反饋控制電路230。
[0027]所述輸出電路210包括功率開關MP1、二極體D1、輸出電感LI和輸出電感C2，功率開關MPl的一個連接端作為充電器連接端CHG，另一個連接端作為中間節點LX與所述二極體Dl的陰極相連，所述二極體Dl的陽極接地，輸出電感LI和輸出電感C2依次串聯於中間節點LX與地之間，輸出電感LI和輸出電感C2的連接節點作為電池連接端BAT。具體的，所述功率開關MPl為PMOS(P型金屬氧化半導體)場效應電晶體，其源級作為充電器連接端CHG，其漏極作為中間節點LX。
[0028]電流採樣電路210的一個輸入端與所述中間節點LX相連，用於採樣流過所述功率開關MPl的電流，並進行平均得到所述功率開關的電流平均值，通過所述功率開關的電流平均值來得到等效的二極體Dl的平均電流值，以功率開關和二極體Dl的導通時間進行對所述功率開關的電流平均值和二極體Dl的平均電流值進行二次平均來得到平均充電電流I SEN,該平均充電電流ISEN就是等效的電感電流平均值。
[0029]負反饋控制電路230比較平均充電電流ISEN和參考電流IR，並基於比較結果輸出控制信號GP來控制所述功率開關的導通和關斷，以使得所述平均充電電流等於所述參考電流。具體的，當平均充電電流ISEN大於參考電流IR時，負反饋控制電路230調整減小GP信號為低電平的時間佔整個周期的比例，從而減小MPl導通的佔空比，導致充電電流下降，進一步導致ISEN信號減小；當ISEN電流小於參考電流IR時，負反饋控制電路130調整增加GP信號為低電平的時間佔整個周期的比例，從而增加MPl導通的佔空比，導致充電電流增加，進一步導致ISEN信號增加。處於穩定狀態時，ISEN等於參考電流IR。
[0030]可以看出，本實用新型通過檢測功率開關MPl上流過的電流來得等效的電感電流平均值，即平均充電電流的值，因此不需要設置額外的電阻進行電流檢測，這樣不需要消耗的能量。
[0031]本實用新型中的一個關鍵點在於電流採樣電路的實現，圖3為圖2中的電流採樣電路220在一個實施例的電路圖。
[0032]所述電流採樣電路220包括電流感應電路221、連接於電流感應電路221的輸出端和地之間的電阻Rs、第一電壓平均電路222、連接於第一電壓平均電路的輸入端的電容C3、連接於第一電壓平均電路222的輸入端和電流感應電路221的輸出端之間的第三開關S3、第二電壓平均電路223、連接於第二電壓平均電路的輸入端的電容Cl、連接於第一電壓平均電路的輸出端和第二電壓平均電路的輸入端之間的第一開關S1、連接於第二電壓平均電路的輸入端和地之間的第二開關S2、電壓電流轉換電路224，以及與第一開關S1、第二開關S2和第三開關S3的控制端相連的控制邏輯電路225。
[0033]所述電流感應電路221與所述中間節點LX相連，並採樣流過所述功率開關MPl的電流得到採樣電流IP，電流感應電路221的輸出端輸出的所述採樣電流IP流過所述電阻Rs產生電壓。在一個實施例中，所述電流感應電路221可以包括一個與所述功率開關MPl並聯的採樣PMOS電晶體，該採樣PMOS電晶體的柵極與功率開關MPl的柵極相連，該採樣PMOS電晶體的漏極與功率開關MPl的漏極相連，該採樣PMOS電晶體的源極與功率開關MPl的源極相連，這樣該採樣PMOS電晶體流過的電流就與MPl上的流過的電流成比例，該比例被稱為採樣比例K或1/K，即IP = ImpiA.。還可以使用其他現有的方式來實現MPl的電流的採樣。
[0034]控制邏輯電路225在所述控制信號GP控制所述功率開關MPl導通時，控制第三開關SWl導通，在所述控制信號GP控制所述功率開關MPl關斷時，控制第三開關SWl關斷。這樣電容C3上的電壓VIP = IP*Rs。
[0035]第一電壓平均電路222對輸入的電壓VIP進行平均輸出平均後的電壓VIPAV。該平均電路可以採用各種低通濾波器實現，例如RC濾波器，或其他各種低通有源濾波器。
[0036]控制邏輯電路225在所述控制信號GP控制所述功率開關MPl導通或者所述二極體Dl導通時，控制第一開關SI導通，第二開關S2截止，此時，第一電壓平均電路輸出的電壓VIPAV給電容Cl充電，使得VCl = VIPAV。在所述控制信號GP控制所述功率開關MPl截止且所述二極體Dl截止時，控制第一開關SI截止，第二開關S2導通，使得VCl為地電平。
[0037]第二電壓平均電路223對輸入的電壓VCl進行平均以輸出平均後的電壓VCAV。該平均電路可以採用各種低通濾波器實現，例如RC濾波器，或其他各種低通有源濾波器。
[0038]電壓電流轉換電路224將第二電壓平均電路223輸出的平均電壓VCl轉換為平均充電電流I SEN，即等效的電感電流平均值。
[0039]下面描述詳細描述一下電流米樣電路220的工作原理。
[0040]圖5描述了根據本實用新型的充電電路200工作在非連續模式下的電流和電壓波形示意圖，其中IL/K為電感電流IL波形以1/K採樣比例採樣後的波形，IL/K波形的上升段對應圖2中MPl導通時段的電感電流波形，IL/K波形的下降段對應圖2中二極體Dl導通時電感電流波形，IL/K波形的水平段表示MPl和Dl都不導通時，電感電流為零的時間段，IL為輸出電感LI的電流。虛線VIPAV/Rs為圖3中VIPAV節點電壓除以Rs的波形(其中Rs為圖3中電阻Rs的電阻值)，圖3中電流感應電路221的輸出電流IP對應IL/K的上升段波形，其在電阻Rs上形成電壓後，由第三開關S3採樣到電容Cl上，採樣時間僅為控制信號GP為低電平的時段，即圖2中MPl開關導通的時段，這樣經過第一電壓平均電路222平均的效果為IL/K波形於Rs上形成電壓後在其上升時段的平均，如果IL/K為線性上升波形，所以VIPAV/Rs應等於IL/K峰值的1/2。根據線性波形原理，電感電流波形下降段在其下降時間段平均值也應等於其峰值的1/2，即電感電流上升段在其上升時間段的平均值應等於電感電流波形下降段在其下降時間段平均值。所以，可以在圖2中MPl開關導通時段電流信號在MPl開關導通時間段平均值模擬二極體Dl導通時段(即電感電流下降時間段)的電感電流平均值。VCl電壓波形的虛線部等於VIPAV電壓，VCl電壓波形底部為O。這樣平均(即經過第二電壓平均電路223後的電壓VC1AV)可以一定比例(Rs/K)反映電感電流的平均值。然後通過電壓電流轉換電路224產生ISEN，如果電壓電流轉換電路224的轉化比例為Rs，與圖3中電阻Rs的電阻值相等，則可以抵消Rs的影響。
[0041]圖6描述了根據本實用新型的充電電路工作在連續模式下的電流和電壓波形示意圖。連續模式下，電感電流不會出現零電流狀態。圖3中採樣到的IP電流波形與圖6中IL/K波形的上升段相符，IL/K表示了電感電流IL，以1/K採樣係數採樣後的波形。與非連續模式相似，根據電感電流波形為線性上升或線性下降波形，電感電流下降時段的電流平均值可以用電感電流上升時段的電流平均值來模擬。由於電感電流波形為連續模式，圖2中MPl導通時(如圖3所示)和二極體Dl導通時，Kl導通，K2關斷，如圖6反映，VCl信號將一直等於VIPAV/Rs，也同樣可以固定比例(Rs/K)反映電感電流平均值。再經過第二電壓平均電路223後VClAV與VCl保持相等，最後經過電壓電流轉換電路224，以與Rs電阻值相等的比率轉換為電流信號ISEN，則ISEN等於IL/K的平均值，其中IL為電感電流，1/K為採樣係數。
[0042]在一個實施例中，所述控制邏輯電路225包括第一反相器INV1、二極體導通時間產生電路，或門0R1、第二反相器INV2。第一反相器INVl的輸入端與所述負反饋控制電路的輸出端相連，第一反相器INVl的輸出端與第三開關S3的控制端、二極體導通時間產生電路的第一輸入端、以及或門ORl的一個輸入端相連。二極體導通時間產生電路的第二輸入端與充電器連接端相連，二極體導通時間產生電路的第三輸入端與電池連接端相連，二極體導通時間產生電路的輸出端與或門ORl的另一個輸入端相連。或門ORl的輸出端與第一開關SI的控制端以及第二反相器INV2的輸入端相連。第二反相器INV2的輸出端與第二開關S2的控制端相連。第一開關S1、第二開關S2、第三開關S3均高電平導通，低電平截止。在GP為低電平時，MPl導通，S3導通；在GP為高電平時，S3截止。在GP為低電平或Dl導通(DON為高電平時)時，SI導通，S2截止；否則，S2導通，SI截止。
[0043]圖4為圖3中的二極體導通時間產生電路在一個實施例的電路圖。
[0044]根據電感電流特性，功率開關MPl導通時，電感儲能，電感電流以(CHG-BAT)/L的速率上升，其中CHG為充電器連接端的電壓值，BAT為電池連接端的電壓值，L為電感LI的電流值；當二極體Dl導通時，電感釋放能量，電感電流以BAT/L的速率下降。根據穩定狀態下，電感電流上升的幅度應該等於電感電流下降的幅度，所以Tl.(CHG-BAT)/L = T2.(BAT)/L，其中Tl為MPl導通的時間，T2為二極體Dl導通的時間。由此式可得:Tl.(CHG-BAT) = T2.BAT。
[0045]所述二極體導通時間產生電路包括儲能電容C4、初始復位電路410、比較器C0MP1、充電電路(未標記)、放電電路(未標記)、充電開關S11、放電開關S12和邏輯輸出電路420。
[0046]所述邏輯輸出電路420的輸出端與放電開關S12的控制端相連。
[0047]儲能電容C4連接於連接節點VD和地之間。
[0048]所述初始復位電路410用於在充電器連接端CHG未連接充電器或使能信號為無效時將儲能電容C4的連接節點VD的復位至參考電壓VR。
[0049]所述充電電路提供充電電流，該充電電流經過充電開關SI I流向儲能電容C4的連接節點VD以對所述儲能電容C4進行充電。該充電電流與充電器連接端和電池連接端的電壓差VCHG-VBAT相關。
[0050]所述放電電路提供放電電流，該放電電流經過放電開關S12從儲能電容C4的連接節點VD流出以對所述儲能電容C4進行放電。該充電電流與電池連接端的電壓VBAT相關。
[0051]在圖4中，所述充電電路包括電阻Rcl和Rc2、第二電壓電流轉換電路A，NMOS電晶體MN2、MN3和MN4，PMOS電晶體MP41和MP42。PMOS電晶體MP41和MP42形成電流鏡，NMOS電晶體MN3和MN4形成電流鏡，PMOS電晶體MP41與NMOS電晶體MN4串聯，PMOS電晶體MP42的漏極輸出充電電流。電阻Rcl和Rc2分壓充電器連接端CHG的電壓，第二電壓電流轉換電路A將該分壓轉換成電流ICHG並注入NMOS電晶體麗3和麗2。所述放電電路包括電阻Rbl和Rb2、第三電壓電流轉換電路B，NMOS電晶體麗I和麗5，其中NMOS電晶體麗1、麗2和麗5形成電流鏡。電阻Rbl和Rb2分壓電池連接端BAT的電壓，第三電壓電流轉換電路B將該分壓轉換成電流IBAT並注入NMOS電晶體麗1，NMOS電晶體麗5提供放電電流。這樣NMOS電晶體麗3上的流過的電流等於ICHG-1BAT。
[0052]在控制信號GP控制功率開關MPl導通時，控制信號GP的反相信號GPB控制充電開關Sll導通，以使得充電電流給連接節點VD充電，此時邏輯輸出電路420輸出表示二極體Dl截止的信號D0N，比如低電平，此時邏輯輸出電路輸出的信號DON控制放電開關SW12截止，所述充電電路提供的充電電流給連接節點VD充電。在控制信號GP控制功率開關MPl由導通跳變為截止時，控制信號GP的反相信號GPB控制充電開關Sll截止，所述邏輯輸出電路420輸出表示二極體導通的信號D0N，比如高電平，此時邏輯輸出電路輸出的信號控制放電開關SW12導通，所述放電電路提供的放電電流給連接節點VD放電。
[0053]所述比較器COMPl比較連接節點VD與參考電壓VR，並在連接節點VD的電壓低於參考電壓VR時，輸出信號給邏輯輸出電路420使得所述邏輯輸出電路420的輸出翻轉以輸出表示二極體Dl截止的信號D0N，此時邏輯輸出電路輸出的信號控制開關SW12截止。
[0054]在一個實施例中，所述邏輯輸出電路420為下降沿觸發的D觸發器，D觸發器的輸出端Q為其輸出端，輸入端D連接充電器連接端，時鐘端CLK連接所述控制信號GP的反相信號GPB，反相信號GPB連接所述充電開關Sll的控制端，比較器COMPl的輸出端連接D觸發器的復位端R。
[0055]針對圖4中的二極體導通時間產生電路詳細分析如下。
[0056]充電器連接端CHG的電壓經過電阻Re 1、Rc2分壓後的電壓為CHG.Rc2/ (Re 1+Rc2)，其中CHG為充電器連接端CHG電壓，Rcl為電阻Rcl的電阻值，Rc2為電阻Rc2的電阻值。經過第二電壓電流轉換電路，產生電流ICHG，假設電壓轉化電流的比率為1/RA。電池連接端BAT的電壓經過電阻Rbl、Rb2分壓後的電壓為BAT.Rb2/(Rbl+Rb2)，其中BAT為BAT電壓，Rbl為電阻Rbl的電阻值，Rb2為電阻Rb2的電阻值。經過第三電壓電流轉換電路產生電流IBAT，假設電壓轉化電流的比率為1/RB。一般要求Rc2/(Rcl+Rc2) = Rc2/(Rcl+Rc2)，設為 m。SP ICHG = CHG.m/RA, IBAT = BAT.m/RB。MNl 和 MN2、MN5 構成電流鏡，MN3 和 MN4構成電流鏡，MP41和MP42構成電流鏡。
[0057]為了簡化描述，假設這些電流鏡的電流鏡像比率為1:1。實際設計時無需一定是1:1的比率。麗3的漏極電流等於ICHG電流減去麗2的漏極電流(等於麗I的漏極電流，即IBAT)，則MN3的漏極電流等於ICHG-1BAT，其中ICHG為電流ICHG的電流值，IBAT為電流IBAT的電流值。經過MP41、MP42鏡像後，MP42的電流也等於ICHG-1BAT。當GPB為高電平時(對應圖2開關MPl導通時間段)，充電開關SI導通，對儲能電容C4進行充電，這段充電時間的總充電電荷等於(ICHG-1BAT).Tl，其中ICHG為ICHG電流的電流值，Tl為圖2功率開關MPl導通時間，IBAT為IBAT電流的電流值。GPB信號的下降沿觸發D觸發器ffdf，導致DON輸出高電平，此時充電開關SI斷路，放電開關S2開始導通，儲能電容C4以麗5的漏極電流(等於IBAT)放電。當儲能電容C4的電壓VD被放電至稍低於參考電壓VR時，比較器COMPl輸出從低電平變為高電平，將D觸發器輸出DON復位為低電平。由此根據電荷守恆可以計算:IBAT.T2 = (ICHG-1BAT).Tl，其中IBAT為IBAT電流的電流值，T3為DON信號為高電平的時間。代入ICHG = CHG.m/RA, IBAT = BAT.m/RB,並設計RA = RB，可知:
[0058]BAT.m/RB.T2 = (CHG.m/RA-BAT.m/RB).Tl
[0059]化簡可得:ΒΑΤ.Τ3 = (CHG-BAT).TI ?
[0060]根據電感能量守恆特性可知:T2.(BAT/L) = Tl.(CHG-BAT)/L，其中T2為二極體Dl (如圖2所示)的導通時間，L為電感LI的電感值，BAT為BAT端的電壓值，CHG為CHG端的電壓值。
[0061]根據這兩個式子可知，Τ3 = Τ2，所以可以用DON信號的高電平時間來模擬二極體Dl (如圖2所示)的導通時間。
[0062]圖7本實用新型中的電壓電流轉換電路224在一個實施例中的電路圖，其包括運算放大器OAU PMOS電晶體ΜΡ71、ΜΡ72、ΜΡ73、ΜΡ75、電阻R3。電阻R3、PMOS電晶體ΜΡ71、PMOS電晶體ΜΡ73串聯於充電器連接端和地之間，PMOS電晶體ΜΡ75、PMOS電晶體ΜΡ72相互串聯，PMOS電晶體ΜΡ75的柵極與PMOS電晶體ΜΡ73的柵極相連，PMOS電晶體ΜΡ72的柵極與PMOS電晶體ΜΡ71的柵極相連，PMOS電晶體ΜΡ75的源級接所述充電器連接端，所述PMOS電晶體ΜΡ72的漏極輸出轉換形成的電流。所述運算放大器的正相輸入端接PMOS電晶體ΜΡ71的漏極，所述運算放大器的負相輸入端接需要轉換的電壓VC1AV，其一個輸出端與PMOS電晶體ΜΡ73的柵極相連，另一個輸出端與PMOS電晶體ΜΡ71的柵極相連。
[0063]需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本實用新型的【具體實施方式】所做的任何改動均不脫離本實用新型的權利要求書的範圍。相應地，本實用新型的權利要求的範圍也並不僅僅局限於前述【具體實施方式】。
【權利要求】
1.一種充電電路，其特徵在於，其包括: 輸出電路，其包括功率開關、二極體01、輸出電感11和輸出電感02，功率開關的一個連接端作為充電器連接端，另一個連接端作為中間節點0與所述二極體01的陰極相連，所述二極體01的陽極接地，輸出電感11和輸出電感02依次串聯於中間節點IX與地之間，輸出電感[1和輸出電感02的連接節點作為電池連接端； 電流採樣電路，其一個輸入端與所述中間節點IX相連，用於採樣流過所述功率開關的電流，並進行平均得到所述功率開關的電流平均值，通過所述功率開關的電流平均值來得到等效的二極體01的平均電流值，以功率開關和二極體01的導通時間進行對所述功率開關的電流平均值和二極體01的平均電流值進行二次平均來得到平均充電電流； 負反饋控制電路，其比較平均充電電流和參考電流，並基於比較結果輸出控制信號⑶來控制所述功率開關的導通和關斷，以使得所述平均充電電流等於所述參考電流。
2.根據權利要求1所述的充電電路，其特徵在於，所述電流採樣電路包括: 電流感應電路，其與所述中間節點IX相連，並採樣流過所述功率開關的電流得到採樣電流， 連接於電流感應電路的輸出端和地之間的電阻此，電流感應電路的輸出端輸出的所述採樣電流流過所述電阻此產生電壓； 第一電壓平均電路，其對輸入電壓進行平均輸出平均電壓， 連接於第一電壓平均電路的輸入端的電容￠3, 連接於第一電壓平均電路的輸入端和電流感應電路的輸出端之間的第三開關33， 第二電壓平均電路，其對輸入電壓進行平均輸出平均電壓， 連接於第二電壓平均電路的輸入端的電容01， 連接於第一電壓平均電路的輸出端和第二電壓平均電路的輸入端之間的第一開關31， 連接於第二電壓平均電路的輸入端和地之間的第二開關32，將第二電壓平均電路輸出的平均電壓轉換為平均充電電流的電壓電流轉換電路，控制邏輯電路，在所述控制信號⑶控制所述功率開關導通時，控制第三開關33導通，在所述控制信號⑶控制所述功率開關導通或者所述二極體導通時，控制第一開關51導通，第二開關32截止，在所述控制信號⑶控制所述功率開關截止且所述二極體截止時，控制第一開關51截止，第二開關32導通。
3.根據權利要求2所述的充電電路，其特徵在於，第一電壓平均電路和第二電壓平均電路為低通濾波電路。
4.根據權利要求2所述的充電電路，其特徵在於， 所述控制邏輯電路包括第一反相器I附1、二極體導通時間產生電路，或門081、第二反相器廁2， 第一反相器I附1的輸入端與所述負反饋控制電路的輸出端相連，第一反相器I附1的輸出端與第三開關33的控制端、二極體導通時間產生電路的第一輸入端、以及或門0町的一個輸入端相連， 二極體導通時間產生電路的第二輸入端與充電器連接端相連，二極體導通時間產生電路的第三輸入端與電池連接端相連，二極體導通時間產生電路的輸出端與或門0町的另一個輸入端相連； 或門0町的輸出端與第一開關31的控制端以及第二反相器I附2的輸入端相連， 第二反相器I附2的輸出端與第二開關32的控制端相連。
5.根據權利要求4所述的充電電路，其特徵在於， 所述二極體導通時間產生電路包括儲能電容04、比較器001？1、充電電路、放電電路、充電開關311、放電開關312和邏輯輸出電路， 所述邏輯輸出電路的輸出端與放電開關312的控制端相連， 儲能電容(?連接於連接節點70和地之間， 所述充電電路提供充電電流，該充電電流經過充電開關311流向儲能電容04的連接節點％以對所述儲能電容04進行充電，該充電電流與充電器連接端和電池連接端的電壓差相關， 所述放電電路提供放電電流，該放電電流經過放電開關312從儲能電容04的連接節點乂0流出以對所述儲能電容04進行放電，該充電電流與電池連接端的電壓相關， 在控制信號⑶控制功率開關1？1導通時，同時控制充電開關311導通，以使得充電電流給連接節點乂0充電，此時邏輯輸出電路輸出表示二極體01截止的信號，此時邏輯輸出電路輸出的信號控制放電開關3112截止， 在控制信號⑶控制功率開關1？1由導通跳變為截止時，控制開關311截止，所述邏輯輸出電路輸出表不二極體01導通的信號,此時邏輯輸出電路輸出的信號控制放電開關8112導通， 所述比較器⑶腿^比較連接節點V。與參考電壓VI並在連接節點V。的電壓低於參考電壓抑時，輸出信號給邏輯輸出電路使得所述邏輯輸出電路的輸出翻轉以輸出表示二極體01截止的信號。
6.根據權利要求5所述的充電電路，其特徵在於，所述充電電路包括電阻此1和此2、第二電壓電流轉換電路、匪03電晶體麗2、麗3和麗4、？108電晶體腿^41和即42，？108電晶體即41和即42形成電流鏡，匪03電晶體麗3和麗4形成電流鏡，？108電晶體即41與匪03電晶體麗4串聯，？108電晶體即42的漏極輸出充電電流， 所述放電電路包括電阻此1和此2、第三電壓電流轉換電路，匪03電晶體麗1和麗5，其中匪03電晶體麗1、麗2和麗5形成電流鏡，電晶體麗5提供放電電流。
7.根據權利要求5所述的充電電路，其特徵在於，所述二極體導通時間產生電路還包括初始復位電路，所述初始復位電路用於在充電器連接端未連接充電器或使能信號為無效時將儲能電容(?的連接節點70的復位至參考電壓VI？。
8.根據權利要求5所述的充電電路，其特徵在於，所述邏輯輸出電路為下降沿觸發的0觸發器，0觸發器的輸出端0為其輸出端，輸入端0連接充電器連接端，時鐘端0^連接所述控制信號⑶的反相信號⑶8，反相信號即8連接所述充電開關311的控制端，比較器001？1的輸出端連接0觸發器的復位端尺。
9.根據權利要求2所述的充電電路，其特徵在於，所述電壓電流轉換電路包括運算放大器0八1、？103電晶體肥71、肥72、肥73、肥75、電阻83，電阻1？3、？103電晶體肥71、？103電晶體即73串聯於充電器連接端和地之間，？108電晶體即75、？108電晶體即72相互串聯，？108電晶體即75的柵極與？103電晶體即73的柵極相連，？103電晶體即72的柵極與？103電晶體1？71的柵極相連，？103電晶體1？75的源級接所述充電器連接端，所述？103電晶體1？72的漏極輸出轉換形成的電流，所述運算放大器的正相輸入端接？103電晶體1？71的漏極，所述運算放大器的負相輸入端接需要轉換的電壓其一個輸出端與？103電晶體1？73的柵極相連，另一個輸出端與？103電晶體1？71的柵極相連。
【文檔編號】H02J7/00GK204145026SQ201420631751
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司