CN102969765B - 一种恒流恒压充电控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒流恒压充电控制电路，包括第一MOS管、第二MOS管、电感、电容、比较器、第一误差放大器、第二误差放大器、电压钳位电路和第一补偿网络；第一误差放大器的反相输入端连接至电池的正端，正相输入端连接第一参考电压；电压钳位电路的一端连接至第一误差放大器的输出端，另一端连接至第二误差放大器的正相输入端；第二误差放大器的反相输入端连接至电流检测单元的信号输出端；电流检测单元串接在电感的电流通路上；第二误差放大器的输出端连接至比较器输入端；比较器的另一输入端接锯齿波发生器，第一补偿网络连接在第二误差放大器的反相输入端与输出端之间。本发明不需要使用外部电容；精确设定钳位值、电路简单且成本低。
Description
技术领域
本发明属于恒流恒压充领域，更具体地，涉及一种恒流恒压充电控制电路。
背景技术
目前恒压恒流充电是一种重要的充电方式：当电池电压较低时采用恒流的方式快速充电，当电池接近饱和时采用恒压的方式涓流充电，要实现恒流恒压充电一般需要两个环路对系统进行控制，一个是电流控制环路用于实现恒流充电，如图1中的用于电流环路控制的误差放大器CA，一端接检测得到的电感电流反馈信号，另外一端接基准电压；另外一个是电压控制环路用于实现恒压充电，如图1中的用于电压环路控制的误差放大器VA，一端接输出电压反馈信号，另外一端接基准电压。两个环路的输出相加并经过一个低通滤波器得到平均值信号，该信号与内建的锯齿波比较生成控制开关通断的脉宽调制PWM信号。图2是图1的一种实现方式，恒流、恒压控制信号相加在EA的输入端，误差放大器EA的输入输出跨接一补偿网络。图3是图1的另外一种实现方式，恒流，恒压控制信号相加在一外置补偿电容上，为得到较好的滤波效果，该外置电容需取较大的容值。
常用的电压钳位电路有使用齐纳二极管的电路，一旦选定型号后钳位电压值不可调，另外图4列出两种电压钳位电路，图中(b)所示的电路V1是输入电压，Vclamp是需要被钳位的电压，当V1高于Vset时Vclamp会被钳位，当V1低于Vset时Vclamp等于V1，图中(a)所示的电路的钳位电压Vclamp＝Vset-Vth，Vth是PMOS的阈值电压，该电压会随工艺，温度等参数变化，引出钳位电压不精确。右边的电压钳位电路过于复杂若用于环路中会增加较多的零极点导致补偿困难。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种简单、易于分析、调试的恒流恒压充电控制电路。
为实现上述目的，本发明提供了一种恒流恒压充电控制电路，包括串联连接在电源与地之间的第一MOS管和第二MOS管；与所述第一MOS管和第二MOS管的串联连接端连接的电感；连接电池正端与地之间的电容；还包括：第一误差放大器、第二误差放大器、电压钳位电路、第一补偿网络和电流检测单元；所述第一误差放大器的反相输入端连接至电池正端，所述第一误差放大器的正相输入端连接第一参考电压；所述电压钳位电路的一端连接至所述第一误差放大器的输出端，另一端连接至所述第二误差放大器的正相输入端；所述第二误差放大器的反相输入端连接至电流检测单元的信号输出端，所述第二误差放大器的输出端连接至所述比较器的一输入端；所述比较器的另一输入端用于连接锯齿波发生器；所述第一补偿网络连接在所述第二误差放大器的反相输入端与输出端之间。
更进一步地，所述电流检测单元串接在所述电感电流的通路上。
更进一步地，所述电流检测单元与所述电感的另一端连接。
更进一步地，所述电流检测单元并联在第一MOS管与第二MOS管的两端。
更进一步地，所述电压钳位电路包括串联连接在参考电流与地之间的开关管和第一电阻；所述开关管的控制端与所述第一误差放大器的输出端连接，所述开关管和第一电阻的串联连接端与所述第二误差放大器的正相输入端连接。
更进一步地，所述开关管为NMOS管，所述NMOS管的栅极与所述第一误差放大器的输出端连接，所述NMOS管的源极通过电阻接地，所述NMOS管的漏极连接参考电流。
更进一步地，所述恒流恒压充电控制电路还包括连接在所述第一误差放大器的反相输入端与输出端之间的第二补偿网络。
更进一步地，所述第一补偿网络包括：第二电容、第三电容和第二电阻；所述第二电容的一端与所述比较器的一输入端连接，所述第二电容的另一端通过所述第二电阻连接至所述第二误差放大器的反相输入端；所述第三电容与所述第二电阻并联连接。
在本发明实施例中，恒流恒压充电控制电路与现有的电路相比更为简洁且不需要使用外部电容；还能精确设定钳位值、电路实现简单、成本低。
附图说明
图1是现有技术1提供的恒流恒压充电电路的具体电路图；
图2是现有技术2提供的恒流恒压充电电路的具体电路图；
图3是现有技术3提供的恒流恒压充电电路的具体电路图；
图4是现有技术4提供的恒流恒压充电电路的具体电路图；
图5是本发明实施例提供的恒流恒压充电控制电路的具体电路图；
图6是本发明实施例提供的第一补偿网络的具体电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术需要使用3个误差放大器EA或者使用大的电容所带来的缺陷，本发明的目的在于提供一种新颖的电路架构用于取代图1所示的电路架构，该电路能实现图1架构的恒流恒压充电功能，而且电路简单易于分析、调试，同时在开发新的电路的时候由于实现恒流功能需要使用精确的电压钳位电路，而目前已知的电路均无法满足要求，为此设计了一个新的能精确设定钳位电压值的电压钳位电路。
图5示出了本发明实施例提供的恒流恒压充电控制电路的具体电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
恒流恒压充电控制电路1包括串联连接在电源VIN与地之间的第一MOS管M1和第二MOS管M2；连接至第一MOS管M1和第二MOS管M2的串联连接端的电感L；连接在电池正端与地之间的第一电容C1，比较器14、第一误差放大器11、第二误差放大器12、电压钳位电路10，电流检测单元15和第一补偿网络13；其中第一误差放大器11的反相输入端连接至电池正端，第一误差放大器11的正相输入端连接第一参考电压VREFV；电压钳位电路10的一端连接至第一误差放大器11的输出端，另一端连接至第二误差放大器12的正相输入端；第二误差放大器12的反相输入端连接至电流检测单元的信号输出端，第二误差放大器12的输出端连接至比较器；第一补偿网络13连接在第二误差放大器12的反相输入端与输出端之间；第二误差放大器12的输出端连接至比较器14的一输入端，比较器14的另一输入端用于连接锯齿波发生器2。其中第一补偿网络13与第二误差放大器12一起作用取出电感电流的平均值信号并且提供保持环路稳定所需要的零极点。
其中，电流检测单元15可以串接在所述电感电流的通路上；电流检测单元15也可以与电感L的另一端连接；电流检测单元15还可以并联在第一MOS管与第二MOS管的两端，即电流检测单元15分别与第一MOS管M1与第二MOS管M2的栅极、源极、漏极三端连接。
如图6所示，第一补偿网络13包括：第二电容C2、第三电容C3和第二电阻R2；第二电容C2的一端与比较器14的一输入端连接，第二电容C2的另一端通过第二电阻R2连接至第二误差放大器12的反相输入端；第三电容C3与第二电阻R2并联连接。
在本发明实施例中，恒流恒压的机制为：第一误差放大器11的输出电压等于第一误差放大器11的开环增益AV乘以(VREFV-VOUT)，AV的数值较高，当OUT端电压低于VREFV时第一误差放大器11的输出很大，即第一误差放大器11放大了VREFV与输出电压VOUT的误差，，第一误差放大器11的输出经过钳位电路后被钳位在一设定的电压值，第二误差放大器12正相输入端相当于接入了一个固定的电压，采样得到的电感电流信号与上述固定电压的误差经过第二误差放大器12的放大后得到了一个控制信号，该信号与内建的锯齿波比较生成控制开关通断的脉宽调制PWM信号，使电感电流恒定，当电池Battery电压逐渐升高与VREFV接近时第一误差放大器11的电压降低，当第一误差放大器11的输出低于Vclamp时，钳位解除，钳位电路的输出开始跟随第一误差放大器11的输出，第一误差放大器11串入了环路的控制，根据负载变化的情况通过第一误差放大器11、第二误差放大器12控制输出电流的大小使得OUT端电压恒定。
在本发明实施例中，电压钳位电路10包括串联连接在参考电流IREF与地之间的开关管M3和第一电阻R1；开关管M3的控制端与第一误差放大器11的输出端连接，开关管M3和第一电阻R1的串联连接端与第二误差放大器12的正相输入端连接。
在本发明实施例中，第一参考电压VREFV是内部基准电压，与要求的输出电压成比例关系，参考电流IREF与要求恒流值成比例关系。
作为本发明的一个实施例，开关管可以为NMOS管，NMOS管的栅极与第一误差放大器11的输出端连接，NMOS管的源极通过电阻R接地，NMOS管的漏极连接参考电流IREF。
电压钳位电路10的工作原理如下：只要OUT端电压略低于第一参考电压VREFV时，因为第一误差放大器11具有较大的开环增益，第一误差放大器11的输出接近最大摆幅，电压钳位电路10中的NMOS导通且导通电阻较小不会影响电流源电流通过，因为有电流源存在，电压钳位电路10的输出电压最高只能等于IREF*R，若第一误差放大器11的输出电压低于钳位值时，NMOS和电阻组成源跟随器，电压钳位电路10的输出电压跟随第一误差放大器11的输出。可通过外部调节不同的R或者IREF即可设定不同的钳位电压值，可见该值是可以精确设定的。
在本发明实施例中，在第一误差放大器11加上补偿网络可以维持环路的稳定。
在本发明实施例中，恒流恒压充电控制电路与现有的电路相比更为简洁且不需要使用外部电容；还能精确设定钳位值、电路实现简单、成本低。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种恒流恒压充电控制电路，包括串联连接在电源与地之间的第一MOS管和第二MOS管；与所述第一MOS管和第二MOS管的串联连接端连接的电感；连接电池正端与地之间的电容；其特征在于，还包括：第一误差放大器、第二误差放大器、电压钳位电路、第一补偿网络和电流检测单元；
所述第一误差放大器的反相输入端连接至电池正端，所述第一误差放大器的正相输入端连接第一参考电压；
所述电压钳位电路的一端连接至所述第一误差放大器的输出端，另一端连接至所述第二误差放大器的正相输入端；所述电压钳位电路包括串联连接在参考电流与地之间的开关管和第一电阻；所述开关管的控制端与所述第一误差放大器的输出端连接，所述开关管和第一电阻的串联连接端与所述第二误差放大器的正相输入端连接；
所述第二误差放大器的反相输入端连接至电流检测单元的信号输出端，所述第二误差放大器的输出端连接至比较器的一输入端；所述比较器的另一输入端用于连接锯齿波发生器；
所述第一补偿网络连接在所述第二误差放大器的反相输入端与输出端之间。
2.如权利要求1所述的恒流恒压充电控制电路，其特征在于，所述电流检测单元串接在所述电感电流的通路上。
3.如权利要求1所述的恒流恒压充电控制电路，其特征在于，所述电流检测单元与所述电感的另一端连接。
4.如权利要求1所述的恒流恒压充电控制电路，其特征在于，所述电流检测单元并联在第一MOS管与第二MOS管的两端。
5.如权利要求1所述的恒流恒压充电控制电路，其特征在于，所述开关管为NMOS管，所述NMOS管的栅极与所述第一误差放大器的输出端连接，所述NMOS管的源极通过电阻接地，所述NMOS管的漏极连接参考电流。
6.如权利要求1所述的恒流恒压充电控制电路，其特征在于，所述恒流恒压充电控制电路还包括连接在所述第一误差放大器的反相输入端与输出端之间的第二补偿网络。
7.如权利要求1所述的恒流恒压充电控制电路，其特征在于，所述第一补偿网络包括：第二电容、第三电容和第二电阻；
所述第二电容的一端与所述比较器的一输入端连接，所述第二电容的另一端通过所述第二电阻连接至所述第二误差放大器的反相输入端；
所述第三电容与所述第二电阻并联连接。
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