一種充電供電電路、方法及應用設備的製作方法

2023-04-27 15:22:06

專利名稱：一種充電供電電路、方法及應用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及智能充電領域，尤其涉及一種充電供電電路、方法及應用設備。
背景技術：
對於同時支持可充電電池供電、和電源直接供電兩種方式的設備(例如，移動電子設備手機，便攜儀表等)而言，當安裝有可充電電池的設備連接電源(例如，通用串行總線USB或電源適配器)時，該電源會通過充電供電電路同時對電池充電並對系統供電。隨著上述設備的系統功耗的增大，電池充電和系統供電的效率也越來越重要。具體的，系統供電和電池充電的效率越高，系統供電和電池充電的損耗越小，晶片發熱也就越低，這樣一來，在提高設備使用壽命的同時也降低了板極系統的散熱結構的設計難度；此外，提高電池充電和系統供電的效率，也有利於延長電池的使用壽命。目前，主要採用以下三種常用的充電供電電路如圖I所示的充電供電電路，電源(USB或電源適配器)11通過充電控制晶片(在圖I中未標示)同時進行電池充電和系統供電，系統14直接連在電池13端。利用這種充電供電電路，只要設備上安裝有電池13，系統14就只從電池13取電， 這樣電池13將會邊充電邊放電，因此會導致電池13充電時間的延長和長時間反覆充電，從而造成電池充電的效率很低，同時降低了電池13使用壽命；另外，若該方案中充電器12為線性充電器，其充電和供電效率都很低。圖2是目前較為常用的充電供電電路。該電路通過充電控制晶片(在圖2中未標示)，使得電源(USB或電源適配器)21分別對電池23充電和系統24供電，其中，LD0(Low Dropout regulator,低壓差線性穩壓器)/開關25的一端連接電源,另一端連接線性充電器22的第一端並連接系統24，線性充電器22的第二端連接電池23。由於該方案對電池23的充電採用線性充電器22，因此充電和供電的效率都很低。圖3是目前業界主推的充電供電電路。如圖3所示，電源(USB或電源適配器)31 連接BUCK電路(降壓式變換電路)35的輸入端，BUCK電路35的輸出端分別連接系統34和系統負載開關32的源極，該系統負載開關32的漏極又與電池33相連接。該方案採用開關型電路對充電支路和系統供電支路提供總電流，對電池33充電主要利用系統負載開關32 進行線性控制，通過環路控制使系統34端電壓跟隨電池33電壓以提高充電效率。其不足之處在於，對系統供電因為由開關型電路提供，所以開關型電路效率即為對系統34供電效率，同時由於其負載變化範圍較大，故平均效率不高。對電池33充電效率由開關型電路效率和系統負載開關32效率的乘積決定，由於負載開關32的效率小於1，因此充電效率將始終低於開關型電路效率。可見，對於現有的充電技術方案而言，難以解決電池充電和系統供電效率低的問題
發明內容
本發明的實施例提供一種對於可充電電池的充電供電電路、方法及應用設備，以提高電池充電和系統供電效率。為達到上述目的，本發明的實施例採用如下技術方案一方面，提供一種充電供電電路，其特徵在於，包括供電支路和充電支路；其中， 所述供電支路的一端與電源相連，另一端與系統相連；所述充電支路的一端與所述電源相連，另一端與電池相連；所述供電支路上連接有第一電晶體，且其源漏極連接在該供電支路中，其柵極連接邏輯開關的線路選擇端；所述充電支路上連接有第二電晶體，且其源漏極連接在該充電支路中，其柵極連接充電控制器的輸出端；第三電晶體的源漏極分別連接所述電池和系統，其柵極連接第一控制模塊；所述邏輯開關的兩個信號輸入端分別連接第一比較器的輸出端、第二比較器的輸出端，且該邏輯開關的第一線路選擇端連接第一放大器的輸出端，第二線路選擇端連接開啟控制〗而441 ；所述充電控制器的三個輸入端分別連接第二放大器的輸出端、第三放大器的輸出端、第四放大器的輸出端；所述充電供電電路還包括加法器；所述加法器的第一輸入端輸入所述供電支路的電壓，第二輸入端輸入所述充電支路的電壓，其輸出端為所述供電支路與所述充電支路的電壓之和。其中，所述第一放大器的輸入端正極輸入第一預設電平，其輸入端負極與所述加法器的輸出端相連接，輸入所述供電支路與所述充電支路的電壓之和；所述第二放大器的輸入端正極輸入第二預設電平，其輸入端負極與所述加法器的輸出端相連接，輸入所述供電支路與所述充電支路的電壓之和；所述第三放大器的輸入端負極輸入所述充電支路的電壓，其輸入端正極輸入第三預設電平；所述第四放大器的輸入端負極輸入所述電池的一分壓，其輸入端正極輸入第四預設電平；所述第一比較器的輸入端正極與所述加法器的輸出端相連接，輸入所述供電支路與所述充電支路的電壓之和，其輸入端負極輸入第五預設電平；所述第二比較器的輸入端正極輸入第六預設電平，其輸入端負極與所述加法器的第二輸入端相連接，輸入所述充電支路的電壓。另一方面，提供一種充電供電電路的應用設備，包括如上所述的任意一種充電供電電路。再一方面，提供一種充電供電方法，包括當第一比較器比較供電支路與充電支路的電壓之和小於第五預設電平時，邏輯開關的第二線路選擇端與第一電晶體的柵極連通，使得第一電晶體導通；同時，第二放大器兩輸入端的電壓信號不相等，則充電控制器控制第二電晶體導通，且所述充電控制器根據第三放大器和第四放大器的輸出信號控制電池恆壓恆流充電；當第一比較器比較供電支路與充電支路的電壓之和大於或等於第五預設電平，同時，第二放大器兩輸入端的電壓信號相等時，所述充電控制器控制第二電晶體關閉；當第二比較器比較充電支路的電壓小於或等於第六預設電平時，邏輯開關的第一線路選擇端與第一電晶體的柵極連通，系統供電電流限制在最大輸出限流。本發明實施例提供的充電供電電路、方法及應用設備，在充電供電電路中，邏輯開關根據供電支路的電壓與充電支路的電壓進行線路選擇，控制第一電晶體處於完全開啟或是限流狀態；充電控制器根據供電支路與充電支路的電壓之和選擇開閉第二電晶體以控制充電支路電流。這樣一來，第一電晶體即為對系統供電的限流開關，相比於現有技術中限流開關位於充電供電電路的幹路，本發明實施例提供的充電供電電路的第一電晶體位於系統供電支路，從而使得限流開關上的電流減小為系統供電支路電流，由於第一電晶體以最低導通電阻狀態開啟，其電阻相對負載電阻非常小，系統供電損耗僅為系統供電電流在第一電晶體上的損耗，故系統供電效率接近100%，同時由於電池充電支路的損耗完全是開關型電路，即電池充電電流在第二電晶體上的損耗，開關型電路自身損耗很小，效率很高。因此相對已有的方案，系統供電和電池充電效率都有了顯著地提高。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現有技術提供的一種充電供電電路的連接示意圖；圖2為現有技術提供的另一種充電供電電路的連接示意圖；圖3為現有技術提供的又一種充電供電電路的連接示意圖；圖4為本發明實施例提供的一種充電供電電路的連接示意5為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意6為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意7為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意8為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意9為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意10為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意11為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意12為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意13為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意14為本發明實施例提供的另一充電供電電路的連接示意15為本發明實施例提供的一種充電供電方法的流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。需要預先說明的是，在以下各個實施例中所提到的充電支路的電壓均是指充電支路的電流所對應的電壓，供電支路的電壓均是指供電支路的電流所對應的電壓。其中，電流所對應的電壓可以是電流通過一標準負載所產生的電壓，也可以是電流通過一標準Ι/v轉換器所得到的電壓。例如，電源最大輸出限流為250mA，標準負載為4Ω，則電源最大輸出限流所對應的電壓為IV。電源最大輸出限流250mA也可以通過一標準I/V轉換器得到電源最大輸出限流所對應的電壓為IV。本發明各個實施例中的I/V轉換均為統一標準，在以下各個實施例中所提到的ΙΛ轉換器也均為統一規格，其中，該統一標準可以是人為設定的。本發明實施例提供的一種充電供電電路，如圖4所示，包括供電支路401和充電支路402 ;其中，供電支路401的一端與電源41相連，另一端與系統42相連；充電支路402的一端與電源41相連,另一端與電池43相連。供電支路401上連接有第一電晶體461，且其源漏極連接在該供電支路401中，其柵極連接邏輯開關44的線路選擇端。充電支路402上連接有第二電晶體462，且其源漏極連接在該充電支路402中，其柵極連接充電控制器45的輸出端。第三電晶體463的源漏極分別連接電池43和系統42，其柵極連接第一控制模塊 4631。邏輯開關44的兩個信號輸入端分別連接第一比較器481的輸出端、第二比較器 482的輸出端，且該邏輯開關的第一線路選擇端連接第一放大器471的輸出端，第二線路選擇立而連接開啟控制糹而441。充電控制器45的三個輸入端分別連接第二放大器472的輸出端、第三放大器473 的輸出端、第四放大器474的輸出端。充電供電電路還包括加法器49 ;加法器49的第一輸入端4011輸入供電支路401 的電壓，第二輸入端4021輸入充電支路402的電壓，其輸出端為供電支路401與充電支路 402的電壓之和。其中，第一放大器471的輸入端正極輸入第一預設電平,其輸入端負極與加法器 49的輸出端相連接，輸入供電支路401與充電支路402的電壓之和。第二放大器472的輸入端正極輸入第二預設電平，其輸入端負極與加法器49的輸出端相連接，輸入供電支路401與充電支路402的電壓之和。第三放大器473的輸入端負極輸入充電支路402的電壓，其輸入端正極輸入第三預設電平。第四放大器474的輸入端負極輸入電池43的一分壓，其輸入端正極輸入第四預設電平。在實際電路中，電池43的電壓通常較大，較大的電壓將會損壞第四放大器474，因此可以通過並聯多個分壓電阻，得到較小的分壓。第一比較器481的輸入端正極與加法器49的輸出端相連接,輸入供電支路401與充電支路402的電壓之和，其輸入端負極輸入第五預設電平。第二比較器482的輸入端正極輸入第六預設電平，其輸入端負極與加法器49的第二輸入端相連接，輸入充電支路402的電壓。其中，邏輯開關44根據信號輸入端輸入的邏輯信號進行判斷後，邏輯開關44能夠根據判斷結果將第一電晶體461的柵極與第一放大器471的輸出端或者開啟控制端441連通，從而控制第一電晶體461處於限流或完全開啟狀態。其中，完全開啟狀態是指第一電晶體以最低導通電阻狀態開啟，邏輯開關44的第二線路選擇端連接開啟控制端441，具體的， 當第一電晶體461為PMOS (P溝道場效應電晶體)時，開啟控制端441為低電平，該低電平是指低於電源41電壓與第一電晶體461的開啟閾值電壓差值的電壓，該低電平還可以包括地；當第一電晶體461為NMOS (N溝道場效應電晶體)時，開啟控制端441為開啟電平，該開啟電平是指高於系統42額定電壓與第一電晶體461的開啟閾值電壓之和的電壓。開啟控制端441連接第一電晶體461的柵極，使得第一電晶體461達到開啟閾值電壓，從而控制第一電晶體461處於完全開啟狀態。與第三電晶體463的柵極連接的第一控制模塊4631用於判斷充電供電電路是否連接有電源，並根據該判斷結果控制第三電晶體463的開閉，第一控制模塊4631可以是現有技術中能夠完成上述功能的任意模塊。第一至第六預設電平可以是人為設定的，第一、第二和第五預設電平均大於第六預設電平。在實際電路中，由於各種元器件各不相同，同一類型元器件之間也有可能存在差異，因此，第一至第六預設電平可以各不相同。在本發明實施例中，由於第一放大器471、第二放大器472和第一比較器481 均有一輸入端輸入供電支路401與充電支路402的電壓之和,優選的,第一、第二和第五預設電平可以等於電源41最大輸出限流所對應的電壓，從而減少了預設電平的數量，降低了電路的複雜程度。在以下實施例中，均以第一、第二和第五預設電平等於電源41最大輸出限流所對應的電壓為例進行說明。採用這樣一種充電供電電路，在系統供電過程中，當供電支路401與充電支路402 的電壓之和小於第五預設電平時，連接開啟控制端441的邏輯開關44的第二線路選擇端與第一電晶體461的柵極連通，從而使得第一電晶體461處於完全開啟狀態；當供電支路401 與充電支路402的電壓之和等於第一預設電平、且小於第六預設電平時，連接第一放大器 471輸出端的邏輯開關44的第一線路選擇端與第一電晶體461的柵極連通，系統限流供電。 在電池充電過程中，當供電支路401與充電支路402的電壓之和不等於第二預設電平時，充電控制器45控制第二電晶體462導通，充電控制器45根據第三放大器473反饋的充電支路402的電流信號和第四放大器474反饋的充電支路402的電壓信號控制電池43進行恆流恆壓充電；當供電支路401與充電支路402的電壓之和等於第二預設電平時，充電控制器 45控制第二電晶體462關閉，電池充電結束。這樣一來，第一電晶體即為對系統供電的限流開關，相比於現有技術中限流開關位於充電供電電路的幹路，本發明實施例提供的充電供電電路的第一電晶體位於系統供電支路，從而使得限流開關上的電流減小為系統供電支路電流，由於第一電晶體以最低導通電阻狀態開啟，其電阻相對負載電阻非常小，系統供電損耗僅為系統供電電流在第一電晶體上的損耗，故系統供電效率接近100%，同時由於電池充電支路的損耗完全是開關型電路，即電池充電電流在第二電晶體上的損耗，開關型電路自身損耗很小，效率很高。因此相對已有的方案，系統供電和電池充電效率都有了顯著地提高。進一步地，如圖5所示，充電供電電路還可以包括檢測供電電壓模塊50，用於檢測供電支路的電壓；該檢測供電電壓模塊50的輸出端連接加法器49的第一輸入端4011， 該檢測供電電壓模塊50的輸入端連接第一電晶體461的源極或漏極之中的至少一端。具體的，用於檢測供電支路的電壓的檢測供電電壓模塊50可以採用如下六種連接方案方案一,如圖5所不,檢測供電電壓模塊50可以包括第一 I/V轉換器501，其輸入端連接第一電晶體461的源極或漏極，輸入供電支路 401的電流,其輸出端為檢測供電電壓模塊50的輸出端。這樣，第一電晶體461的源極或漏極的電流信號經第一 I/V轉換器501可以快速方便地直接轉換得到供電電壓，從而降低了電路設計實現的難度。方案二，如圖6所示，檢測供電電壓模塊50還可以包括第四電晶體502，其源極連接第一電晶體461的源極，柵極連接第一電晶體461的柵極；第五電晶體503，其源極連接第四電晶體502的漏極；運算放大器504，其輸入端正極連接第四電晶體502的漏極，輸入端負極連接第一電晶體461的漏極，輸出端連接第五電晶體503的柵極；分壓電阻505，其第一端連接第五電晶體503的漏極，第二端接地；其中，分壓電阻 505的第一端為檢測供電電壓模塊50的輸出端。採用這樣一種電路，第四電晶體502通過運算放大器504可以精確鏡像第一電晶體461的電流，準確得到第一電晶體461的源、漏極電壓並在分壓電阻505上測得，從而精確地檢測出供電電壓，該供電電壓即供電支路電流所對應的電壓。方案三，如圖7所示，檢測供電電壓模塊50還可以包括第四電晶體502，其漏極連接第一電晶體461的漏極，柵極連接第一電晶體461的柵極；第五電晶體503，其源極連接第四電晶體502的源極；運算放大器504，其輸入端正極連接第四電晶體502的源極，輸入端負極連接第一電晶體461的源極，輸出端連接第五電晶體503的柵極；分壓電阻505，其第一端連接第五電晶體503的漏極，第二端接地；其中，分壓電阻 505的第一端為檢測供電電壓模塊50的輸出端。與方案二相比，方案三中的第一電晶體461和第四電晶體502除了柵極和被箝位端，另一公共端由連接電源變為了連接系統。這樣一種連接方式可以產生與方案二相同的有益效果。方案四，如圖8所示，檢測供電電壓模塊50還可以包括第四電晶體502，其源極連接第一電晶體461的源極，柵極連接第一電晶體461的柵極；第五電晶體503,其源極連接第一電晶體461的漏極；第六電晶體506，其源極連接第四電晶體502的漏極，柵極連接第五電晶體503的柵極；電流源507，其第一端連接第五電晶體503的漏極和柵極，第二端接地；分壓電阻505，其第一端連接第六電晶體506的漏極，第二端接地；其中，分壓電阻 505的第一端為檢測供電電壓模塊50的輸出端。本方案使用簡單的電壓跟隨電路使得第六電晶體506的源極電壓跟隨第五電晶體503的源極電壓，保證了第一電晶體461和第四電晶體502的三端電壓均相等，從而使得供電電壓的檢測更加精確。方案五，如圖9所示，檢測供電電壓模塊50還可以包括第四電晶體502，其漏極連接第一電晶體461的漏極，柵極連接第一電晶體461的柵極；第五電晶體503，其源極連接第一電晶體461的源極；第六電晶體506，其源極連接第四電晶體502的源極，柵極連接第五電晶體503的柵極；電流源507，其第一端連接第五電晶體503的漏極和柵極，第二端接地；分壓電阻505，其第一端連接第六電晶體506的漏極，第二端接地；其中，分壓電阻 505的第一端為檢測供電電壓模塊50的輸出端。與方案四相比，方案五中的第一電晶體461和第四電晶體502除了柵極和被箝位端，另一公共端由連接電源變為了連接系統。這樣一種連接方式可以產生與方案四相同的有益效果。方案六，如圖10所示，檢測供電電壓模塊50還可以包括第一壓差放大模塊508,其第一輸入端連接第一電晶體461的源極,第二輸入端連接第一電晶體461的漏極,其輸出端為檢測供電電壓模塊50的輸出端。本方案採用直接檢測第一電晶體461源、漏極兩端電壓差的方法，再將該電壓差通過第一壓差放大模塊508的放大，可以快速方便地檢測出供電電壓，該供電電壓即供電支路電流所對應的電壓。本發明實施例提供的充電供電電路，如圖11所示，該充電支路上還連接有一電感 410，該電感410的第一端4101與第二電晶體462的漏極相連接，其第二端與電池43相連接；電感410的第一端4101通過第七電晶體464接地；且該第七電晶體的漏極連接電感410的第一端4101，源極接地，柵極與充電控制器45的輸出端相連接。電感410的第一端4101通過第七電晶體464接地，同時，充電控制器45控制第七電晶體464的開閉，具體的，當第二電晶體462開啟時，第七電晶體464關閉；當第二電晶體 462關閉時，第七電晶體464開啟。當電池充電結束時，第二電晶體462關閉，第七電晶體 464關閉，電池充電結束。進一步地,如圖11所示，充電供電電路還包括第二 I/V轉換器411，其輸入端連接電感410的第二端4102，輸入充電支路402的電流，其輸出端連接第三放大器473的輸入端負極。這樣一來，充電支路402的電流經過第二 I/V轉換器411而轉換成為電壓信號，第三放大器473的輸入端正極輸入第三預設電平，當該電壓信號等於第三預設電平時，充電控制器45以第三預設電平值所對應的電流為標準控制電池43恆流充電。當該電壓信號不等於第三預設電平時，充電控制器45控制充電支路402的電流向第三預設電平值所對應的電流變化。輸入到加法器49第二輸入端的充電支路的電壓進一步地可以採用以下三種電路連接方案得到方案一，如圖12所示，充電供電電路可以包括一佔空比生成器412，其輸入端連接第二 I/V轉換器411的輸出端，輸入充電支路402的電壓，其輸出端連接加法器49的第二輸入端並連接第二比較器482的輸入端負極。在實際電路中，佔空比生成器412可以採用模擬電路中的乘法器，輸入佔空比生成器412的電壓通過與一個佔空比相乘即可以得到一個具有佔空比的電壓信號。這樣一來，電感410的第二端4102輸出的電流先經第二 I/V轉換器411轉換成為該電流所對應的電壓，再與特定的佔空比相乘即可以很好的還原出充電支路的電壓，並由佔空比生成器412 將得到的充電支路的電壓輸出至加法器的第二輸入端。方案二，如圖13所示，充電支路上還可以連接有第八電晶體465，其源極連接電源 41，漏極連接第二電晶體462的源極，柵極連接第二控制模塊4651 ；充電供電電路還包括一電流傳感器4652,其第一輸入端和第二輸入端分別連接第八電晶體465的源極和漏極，其輸出端連接加法器49的第二輸入端並連接第二比較器 482的輸入端負極。其中，第二控制模塊4651控制第八電晶體465在電池充電時處於開啟狀態，該第二控制模塊4651可以是現有技術中能夠完成上述功能的任一元件。具體的，電流傳感器 4652可以是與第八電晶體465並聯的電晶體開關。這樣一來，第八電晶體465源、漏極間電壓即充電支路402的電壓可以通過電流傳感器4652測量得到，並由該電流傳感器4652將檢測到的充電支路的電壓4021輸出到加法器的第二輸入端。方案三，如圖14所示，充電支路上還可以連接有檢測電阻413，其第一端連接電源 41，第二端連接第二電晶體462的源極；充電供電電路還包括第二壓差放大模塊475,其第一輸入端與第二輸入端分別連接檢測電阻413的第一端與第二端，其輸出端連接加法器49的第二輸入端並連接第二比較器482的輸入端負極。相對於方案二，該方案採用檢測電阻413代替了第八電晶體465，在實際電路中， 由於電阻413阻值較小，電阻413兩端電壓通常也較小，第二壓差放大模塊475與電阻413 並聯，可以將電阻413兩端電壓進行放大即可以得到充電支路402的電壓。兩種方案結構類似，功能也相同，均可以精確地得到充電支路的電壓，該充電支路的電壓即充電支路電流所對應的電壓。需要說明的是，本發明實施例提供的充電供電電路可以包括上述檢測供電電壓模塊的六種連接方案中的任意一種與上述充電支路的電壓檢測的三種方案中的任意一種。另外，充電控制器還可以是開關充電器、線性充電器和脈衝充電器中的任意一種。本發明實施例提供的一種充電供電電路的應用設備，包括如上所述的任意一種充電供電電路。本發明實施例提供的充電供電電路的應用設備，在充電供電電路中，邏輯開關根據供電支路的電壓與充電支路的電壓進行線路選擇，控制第一電晶體處於完全開啟或是限流狀態；充電控制器根據供電支路與充電支路的電壓之和選擇開閉第二電晶體以控制充電支路電流。這樣一來，第一電晶體即為對系統供電的限流開關，相比於現有技術中限流開關位於充電供電電路的幹路，本發明實施例提供的充電供電電路的第一電晶體位於系統供電支路，從而使得限流開關上的電流減小為系統供電支路電流，由於第一電晶體以最低導通電阻狀態開啟，其電阻相對負載電阻非常小，系統供電損耗僅為系統供電電流在第一電晶體上的損耗，故系統供電效率接近100%，同時由於電池充電支路的損耗完全是開關型電路，即電池充電電流在第二電晶體上的損耗，開關型電路自身損耗很小，效率很高。因此相對已有的方案，系統供電和電池充電效率都有了顯著地提高。本發明實施例提供的一種充電供電方法，如圖15所示，包括S1501，當第一比較器比較供電支路與充電支路的電壓之和小於第五預設電平時， 第一比較器與第二比較器控制邏輯開關的第二線路選擇端與第一電晶體的柵極連通，使得第一電晶體完全開啟；同時，第二放大器輸入端負極的電壓信號小於輸入端正極的第二預設電平，充電控制器根據第三放大器和第四放大器的輸出信號控制電池恆壓恆流充電；S1502,當第一比較器比較供電支路與充電支路的電壓之和大於或等於第五預設電平，同時，第二放大器輸入端負極的電壓信號大於或等於輸入端正極的第二預設電平，第二放大器控制充電控制器，使電池充電電流逐漸減小；S1503，當第二比較器比較充電支路的電壓小於或等於第六預設電平時，第一比較器與第二比較器控制邏輯開關的第一線路選擇端與第一電晶體的柵極連通，系統供電電流限制在最大輸出限流。本發明實施例提供的充電供電方法，在充電供電電路中，邏輯開關根據供電支路的電壓與充電支路的電壓進行線路選擇，控制第一電晶體處於完全開啟或是限流狀態；充電控制器根據供電支路與充電支路的電壓之和選擇開閉第二電晶體以控制充電支路電流。 這樣一來，第一電晶體即為對系統供電的限流開關，相比於現有技術中限流開關位於充電供電電路的幹路，本發明實施例提供的充電供電電路的第一電晶體位於系統供電支路，從而使得限流開關上的電流減小為系統供電支路電流，由於第一電晶體以最低導通電阻狀態開啟，其電阻相對負載電阻非常小，系統供電損耗僅為系統供電電流在第一電晶體上的損耗，故系統供電效率接近100%，同時由於電池充電支路的損耗完全是開關型電路，即電池充電電流在第二電晶體上的損耗，開關型電路自身損耗很小，效率很高。因此相對已有的方案，系統供電和電池充電效率都有了顯著地提高。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種充電供電電路，其特徵在於，包括供電支路和充電支路；其中，所述供電支路的一端與電源相連，另一端與系統相連；所述充電支路的一端與所述電源相連，另一端與電池相連；所述供電支路上連接有第一電晶體，且其源漏極連接在該供電支路中，其柵極連接邏輯開關的線路選擇端；所述充電支路上連接有第二電晶體，且其源漏極連接在該充電支路中，其柵極連接充電控制器的輸出端；第三電晶體的源漏極分別連接所述電池和系統，其柵極連接第一控制模塊；所述邏輯開關的兩個信號輸入端分別連接第一比較器的輸出端、第二比較器的輸出端，且該邏輯開關的第一線路選擇端連接第一放大器的輸出端，第二線路選擇端連接開啟控制端；所述充電控制器的三個輸入端分別連接第二放大器的輸出端、第三放大器的輸出端、 第四放大器的輸出端；所述充電供電電路還包括加法器；所述加法器的第一輸入端輸入所述供電支路的電壓，第二輸入端輸入所述充電支路的電壓，其輸出端為所述供電支路與所述充電支路的電壓之和。其中，所述第一放大器的輸入端正極輸入第一預設電平，其輸入端負極與所述加法器的輸出端相連接，輸入所述供電支路與所述充電支路的電壓之和；所述第二放大器的輸入端正極輸入第二預設電平，其輸入端負極與所述加法器的輸出端相連接，輸入所述供電支路與所述充電支路的電壓之和；所述第三放大器的輸入端負極輸入所述充電支路的電壓，其輸入端正極輸入第三預設電平；所述第四放大器的輸入端負極輸入所述電池的一分壓，其輸入端正極輸入第四預設電平;所述第一比較器的輸入端正極與所述加法器的輸出端相連接，輸入所述供電支路與所述充電支路的電壓之和，其輸入端負極輸入第五預設電平；所述第二比較器的輸入端正極輸入第六預設電平，其輸入端負極與所述加法器的第二輸入端相連接，輸入所述充電支路的電壓。
2.根據權利要求I所述的充電供電電路，其特徵在於，所述充電供電電路還包括檢測供電電壓模塊；所述檢測供電電壓模塊的輸出端連接所述加法器的第一輸入端，所述檢測供電電壓模塊的輸入端連接所述第一電晶體的源極或漏極之中的至少一端。
3.根據權利要求2所述的充電供電電路，其特徵在於，所述檢測供電電壓模塊包括 第一 I/V轉換器，其輸入端連接所述第一電晶體的源極或漏極，輸入所述供電支路的電流，其輸出端為所述檢測供電電壓模塊的輸出端。
4.根據權利要求2所述的充電供電電路，其特徵在於，所述檢測供電電壓模塊包括 第四電晶體，其源極連接所述第一電晶體的源極，柵極連接所述第一電晶體的柵極； 第五電晶體，其源極連接所述第四電晶體的漏極；運算放大器，其輸入端正極連接所述第四電晶體的漏極，輸入端負極連接所述第一電晶體的漏極，輸出端連接所述第五電晶體的柵極；分壓電阻，其第一端連接所述第五電晶體的漏極，第二端接地；其中，所述分壓電阻的第一端為所述檢測供電電壓模塊的輸出端。
5.根據權利要求2所述的充電供電電路，其特徵在於，所述檢測供電電壓模塊包括 第四電晶體，其漏極連接所述第一電晶體的漏極，柵極連接所述第一電晶體的柵極； 第五電晶體，其源極連接所述第四電晶體的源極；運算放大器，其輸入端正極連接所述第四電晶體的源極，輸入端負極連接所述第一電晶體的源極，輸出端連接所述第五電晶體的柵極；分壓電阻，其第一端連接所述第五電晶體的漏極，第二端接地；其中，所述分壓電阻的第一端為所述檢測供電電壓模塊的輸出端。
6.根據權利要求2所述的充電供電電路，其特徵在於，所述檢測供電電壓模塊包括 第四電晶體，其源極連接所述第一電晶體的源極，柵極連接所述第一電晶體的柵極； 第五電晶體，其源極連接所述第一電晶體的漏極；第六電晶體，其源極連接所述第四電晶體的漏極，柵極連接所述第五電晶體的柵極； 電流源，其第一端連接所述第五電晶體的漏極和柵極，第二端接地；分壓電阻，其第一端連接所述第六電晶體的漏極，第二端接地；其中，所述分壓電阻的第一端為所述檢測供電電壓模塊的輸出端。
7.根據權利要求2所述的充電供電電路，其特徵在於，所述檢測供電電壓模塊包括 第四電晶體，其漏極連接所述第一電晶體的漏極，柵極連接所述第一電晶體的柵極； 第五電晶體，其源極連接所述第一電晶體的源極；第六電晶體，其源極連接所述第四電晶體的源極，柵極連接所述第五電晶體的柵極； 電流源，其第一端連接所述第五電晶體的漏極和柵極，第二端接地；分壓電阻，其第一端連接所述第六電晶體的漏極，第二端接地；其中，所述分壓電阻的第一端為所述檢測供電電壓模塊的輸出端。
8.根據權利要求2所述的充電供電電路，其特徵在於，所述檢測供電電壓模塊包括 第一壓差放大模塊，其第一輸入端連接所述第一電晶體的源極，第二輸入端連接所述第一電晶體的漏極，其輸出端為所述檢測供電電壓模塊的輸出端。
9.根據權利要求I所述的充電供電電路，其特徵在於，所述充電支路上還連接有一電感，所述電感的第一端與所述第二電晶體的漏極相連接，其第二端與所述電池相連接；所述電感的第一端通過第七電晶體接地；且該第七電晶體的源極連接所述電感的第一端，漏極接地，柵極與所述充電控制器的輸出端相連接。
10.根據權利要求9所述的充電供電電路，其特徵在於，所述充電供電電路還包括 第二 Ι/v轉換器，其輸入端連接所述電感的第二端，輸入所述充電支路的電流，其輸出端連接所述第三放大器的輸入端負極。
11.根據權利要求10所述的充電供電電路，其特徵在於，所述充電供電電路還包括一佔空比生成器，其輸入端連接所述第二 Ι/v轉換器的輸出端，輸入所述充電支路的電壓，其輸出端連接所述加法器的第二輸入端並連接所述第二比較器的輸入端負極。
12.根據權利要求10所述的充電供電電路，其特徵在於，所述充電支路上還連接有第八電晶體，其源極連接所述電源，漏極連接所述第二電晶體的源極，柵極連接第二控制模塊；所述充電供電電路還包括一電流傳感器，其第一輸入端和第二輸入端分別連接所述第八電晶體的源極和漏極，其輸出端連接所述加法器的第二輸入端並連接所述第二比較器的輸入端負極。
13.根據權利要求10所述的充電供電電路，其特徵在於，所述充電支路上還連接有檢測電阻，其第一端連接所述電源，第二端連接所述第二電晶體的源極；所述充電供電電路還包括第二壓差放大模塊，其第一輸入端與第二輸入端分別連接所述檢測電阻的第一端與第二端，其輸出端連接所述加法器的第二輸入端並連接所述第二比較器的輸入端負極。
14.根據權利要求1-13所述的任一充電供電電路，其特徵在於，所述充電控制器包括 開關充電器、線性充電器和脈衝充電器。
15.—種充電供電電路的應用設備,其特徵在於,包括如權利要求1-14所述的任意一種充電供電電路。
16.—種充電供電方法,其特徵在於,包括當第一比較器比較供電支路與充電支路的電壓之和小於第五預設電平時，第一比較器與第二比較器控制邏輯開關的第二線路選擇端與第一電晶體的柵極連通，使得第一電晶體完全開啟；同時，第二放大器輸入端負極的電壓信號小於輸入端正極的第二預設電平，充電控制器根據第三放大器和第四放大器的輸出信號控制電池恆壓恆流充電；當第一比較器比較供電支路與充電支路的電壓之和大於或等於第五預設電平，同時， 第二放大器輸入端負極的電壓信號大於或等於輸入端正極的第二預設電平，第二放大器控制充電控制器，使電池充電電流逐漸減小；當第二比較器比較充電支路的電壓小於或等於第六預設電平時，第一比較器與第二比較器控制邏輯開關的第一線路選擇端與第一電晶體的柵極連通，系統供電電流限制在最大輸出限流。
全文摘要
本發明實施例提供一種充電供電電路、方法及應用設備，涉及智能充電領域，以提高電池充電和系統供電效率。該充電供電電路包括供電支路和充電支路；其中，供電支路的一端與電源相連，另一端與系統相連；充電支路的一端與所述電源相連，另一端與電池相連；供電支路和充電支路連接有第一電晶體，第二電晶體，第三電晶體，第一放大器，第二放大器，第三放大器，第四放大器，第一比較器，第二比較器，充電控制器，邏輯開關，加法器，第一控制模塊。本發明實施例適用於製造充電供電應用設備。
文檔編號H02J7/00GK102593881SQ20111035973
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者王建平, 王鵬飛, 程航, 衡草飛 申請人:深圳市海思半導體有限公司