CN102570524B - 可控镜像电流源充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可控镜像电流源充电电路，包括微控制单元、充电电流控制单元以及充电电流检测单元，其中，充电电流控制单元，用于通过MCU调整PWM占空比来控制充电电流的大小；充电电流检测单元，用于利用镜像电流源的原理对充电电流进行检测，并转换为相应的电压信号供所述微控制单元检测。利用本发明，能够通过MCU提供占空比可调的PWM实现了对充电电流大小的控制，且用镜像电流源实时地检测充电电流，及时地将充电电流的变化反馈给MCU，从而实现了对锂离子电池和锂聚合物电池充电电流的可控制化，达到对锂离子电池和锂聚合物电池的快速充电目的。

Description

可控镜像电流源充电电路

技术领域

本发明涉及充电电路技术领域，更为具体地，涉及一种可应用于锂离子电池和锂聚合物电池的可调镜像电流源充电电路。

背景技术

随着社会的进步和技术的发展，便携式消费电子产品的应用越来越广泛，从而对于充电电池容量和充电速度的要求也越来越高。

目前一般的便携式消费电子产品，在充电功能的电路设计方面，多通过采用充电管理芯片来实现，但由于微控制单元选取的平台不同，实际使用的微控制单元主要存在两大主要缺陷，一是集成的充电管理芯片不支持大电流快速充电；二是在外围电路中加入高性能的充电管理芯片。例如前期的CSR(目前最大的蓝牙芯片的全球供应商)系列蓝牙芯片，需在外围增加充电管理芯片。

虽然目前主流系列的CSR蓝牙芯片已经集成了充电管理芯片，但仍然无法支持大电流快速充电，例如CSR BC5系列蓝牙芯片集成的充电管理芯片，支持的最大充电电流仅为140mA。而目前在快节奏生活的环境下，终端消费者也愈加青睐能快速充电的消费电子产品。这必然导致产品供应商对采用锂离子电池和锂聚合物电池的便携式消费电子产品，在充电性能方面提出了更高的设计要求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种可控镜像电流源充电电路，包括微控制单元、充电电流控制单元以及充电电流检测单元，其中，

充电电流控制单元，用于通过MCU调整PWM占空比来控制充电电流的大小；

充电电流检测单元，用于利用镜像电流源的原理对充电电流进行检测，并转换为相应的电压信号供所述微控制单元检测。

本发明提供的可控镜像电流源充电电路在维持低成本的基础上，利用基本的分立器件进行电路搭接。利用上述根据本发明的可控镜像电流源充电电路，通过MCU提供占空比可调的PWM实现了对充电电流大小的控制，且用镜像电流源实时地检测充电电流，及时地将充电电流的变化反馈给MCU，从而实现了对锂离子电池和锂聚合物电池充电电流的可控制化，达到对锂离子电池和锂聚合物电池的快速充电目的。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1示出了根据本发明的可控镜像电流源充电电路的结构示意图；

图2示出了根据本发明的可控镜像电流源充电电路具体实施电路结构；

图3示出了根据本发明的充电电路控制单元的另一具体实施电路结构。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明的可控镜像电流源充电电路的结构示意图。

如图1所示，为了有效提高充电性能，本发明所提供的可控镜像电流源充电电路100采用分立元器件搭接，电路设计主要由充电电流控制单元110、充电电流检测单元120和微控制单元130构成。

其中，充电电流控制单元110可以通过MCU(微控制单元)130调整PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)占空比来控制充电电流的大小，通过调节充电电流控制单元110，可以改变最大充电电流，从而弥补了目前CSR及一些MCU无法支持大电流快速充电的缺陷。充电电流检测单元120利用镜像电流源的原理对充电电流进行检测，并转换成相应的电压信号供MCU130检测。

在对电子产品进行充电的过程中，充电电流的大小取决于两个主要方面，一是通过利用MCU提供的脉宽调制信号来改变中功率三极管的放大和截止时间，二是通过在脉宽调制高电平时，调整两级三极管的射极电阻阻值大小来改变为中功率三极管提供的基极电流，从而实现对充电电流大小的控制。

因此，在本发明中，充电电流控制单元110主要利用中功率三极管的电流放大作用来控制充电电流的大小。图2是本发明一个具体实现电路的示意图，由于在电路方面主要有充电电流控制单元110和充电电流检测单元120来实现对电流的放大和转换，因此图2只示出了本发明中充电电流控制单元110和充电电流检测单元120的电路实施方式示意图。

如图2所示，充电电流控制单元110采用前级三极管为NPN三极管的两级NPN复合管放大电路来放大电流，具体由两个NPN三极管(Q5、Q6)、电阻(R5、R6、R7、R8)和中功率PNP三极管(Q4)构成，其中两个NPN三极管(Q5、Q6)的集电极均与中功率PNP三极管(Q4)的基极相连，发射极分别通过一射极电阻(R5、R6)接地，并且后级三极管Q5的基极与前级Q6的发射极相连；R7、R8起到分压作用。MCU130为充电电流控制单元110提供PWM(脉冲宽度调制)信号，并为两级NPN复合管放大电路(Q5、Q6、R5、R6)提供基极电流。本发明中采用两级复合管放大电路的目的是提高电流放大系数和输入电阻，以实现快速充电。

在图2所示的电路实施方式中，两级复合管放大电路通过两个NPN管实现，当然也可以采用其他与图2所示的电路等效的电路来实现提高电流放大系数和电阻的目的。图3是本发明中充电电路控制单元110的另一具体实施电路结构示意图，如图3所示，充电电流控制单元110中的两级复合管放大电路采用前级三极管为NPN三极管的互补型复合管进行电流放大，仅需将后级三极管Q5换成PNP管，并将后级PNP三极管的基极接到前级三极管Q6的集电极，后级三极管Q5的发射极接到中功率PNP三极管的基极，电阻R7、R8起到分压作用。

MCU提供脉宽调制控制信号，通过调节脉宽调制信号的占空比，可改变中功率三极管的放大和截至状态的时间，从而实现了对充电电流的控制，同时充电电流的极限电流值可以在放大状态下，调整R5和R6的阻值改变基极电流的大小来实现。

充电电流检测单元120由恒流源负载单元121和镜像电流源单元122组成。在图2所示的电路示意图中，恒流源负载单元121由两个PNP三极管Q7、Q8和两个与这两个PNP三极管的发射极相连的电阻R1、R2组成。采用镜像电流源作为恒流源负载，具有直流电阻小而交流电阻大的特点。当PWM控制充电电流改变时，中功率PNP三极管的发射极电压会随之变化，Q8的射极电流随之变化，而Q7的射极电流始终等于Q8的射极电流，从而改变了恒流源负载的电流值。

镜像电流源单元122由两个NPN三极管Q1、Q3和分别与两个NPN三极管的发射极相连的两个射极电阻R3、R4组成，其中Q1和Q3具有相同的电流放大系数和饱和电流等参数，当R3和R4阻值相等时，即可实现电流镜像，且Q1对Q3具有温度补偿作用。当充电电流值改变时，恒流源负责电流值随之发生改变，镜像电流元单元122的发射极电流也随之发生变化，MCU130则通过检测R3端的电压值变化来实现对充电电流的检测。

通过以上示例可以看出，本发明作为一种实用的电路设计，在低成本的基础上，利用基本的分立器件进行电路搭接，利用微控制单元进行控制和检测，实现了对锂离子电池和锂聚合物电池充电电流的可控制化，实现了对锂离子电池和锂聚合物电池充电电流的可检测化，从而可以满足目前一般便携式消费电子产品对锂离子电池和锂聚合物的快速充电需求。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的可控镜像电流源充电电路。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的可控镜像电流源充电电路，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (4)

1.一种可控镜像电流源充电电路，包括微控制单元、充电电流控制单元以及充电电流检测单元，其中，

充电电流控制单元，包括一两级复合管分压电路、一中功率PNP三极管和两个分压电阻，所述充电电流控制单元用于通过微控制单元调整PWM占空比来控制充电电流的大小，采用前级三极管为NPN三极管的两级复合管放大电路来放大电流，并且所述充电电流控制单元中的两级复合管放大电路为两级NPN复合管放大电路或者两级互补型复合管放大电路；

充电电流检测单元，用于利用镜像电流源的原理对充电电流进行检测，并转换为相应的电压信号供所述微控制单元检测；

在所述两级复合管放大电路为两级NPN复合管放大电路时，两个NPN三极管的集电极均与所述中功率PNP三极管的基极相连，两个NPN三极管的发射极分别通过一电阻接地，并且前级NPN三极管的发射极与后级NPN三极管的基极相连；

在所述两级复合管放大电路为两级互补型复合管放大电路时，其中互补型复合管中的后级PNP三极管的发射极通过一射极电阻与所述中功率PNP三极管的基极相连，所述PNP三极管的基极与互补型复合管中的前级NPN三极管的集电极相连，所述后级PNP三极管的集电极接地，所述互补型复合管中的前级NPN三极管的发射极通过另一射极电阻接地。

2.如权利要求1所述的充电电路，其中，所述充电电流检测单元进一步包括：

恒流源负载单元，用于当PWM控制充电电流改变时，改变恒流源负载相应的恒流值；

镜像电流源单元，用于通过将充电电流的改变反馈的恒流源负载电流的变化转换为电压信号以供微控制单元检测。

3.如权利要求2所述的充电电路，其中，

所述恒流源负载单元由两个射极电阻和两个PNP三极管构成；

所述镜像电流源单元由两个射极电阻和两个NPN三极管构成。

4.如权利要求3所述的充电电路，其中，

所述微控制单元通过检测所述镜像电流单元的射极电阻端的电压值变化来实现对充电电流的检测。

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