CN103580256B - 电池的充电控制电路 - Google Patents

Abstract

一种电池的充电控制电路，包括：第一运算放大电路，适于输入第一基准电压和与所述充电控制电路的工作温度相关的第一电压，在所述工作温度大于温度阈值时输出第一补偿电流，所述温度阈值与所述第一基准电压相关；电流调节电路，适于根据所述补偿电流第一补偿电流减小所述电池的充电电流的电流值。本发明的电池的充电控制电路在充电控制电路的工作温度超过温度阈值时输出第一补偿电流，使得电池的充电电流的电流值减小，从而降低充电控制电路的工作温度，使得充电控制电路可以继续工作。

Description

电池的充电控制电路

技术领域

本发明涉及一种电池的充电控制电路。

背景技术

充电电池是充电次数有限的可充电的电池，具有经济和环保等优点。影响充电电池循环寿命的主要因素是充电电池的充电方式与充电效率。因此，在便携式电子产品向更高层次集成度发展的同时，如何为充电电池提供高效安全的充电方案越来越受到设计者的关注。开关型充电管理控制器具有效率高、体积小、充电电流大等优点，在智能手机、平板电脑等领域得到广泛应用。

电池的充电电路可以集成在电池充电芯片内。由于集成电路封装散热的限制，电池充电芯片等大功率的集成电路，必须考虑对芯片功率的限制。当流过芯片的电流增加时，芯片的功率增大，温度也随之升高。功率过大、温度升高会导致芯片触发过温保护而不能继续工作，或者更严重地被烧毁。

发明内容

本发明解决的问题现有电池的充电控制电路在工作温度过高的情况下无法继续工作或被烧毁。

本发明提供一种电池的充电控制电路，包括：

第一运算放大电路，适于输入第一基准电压和与所述充电控制电路的工作温度相关的第一电压，在所述工作温度大于温度阈值时输出第一补偿电流，所述温度阈值与所述第一基准电压相关；

电流调节电路，适于根据所述补偿电流第一补偿电流减小所述电池的充电电流的电流值。

与现有技术相比，本发明的电池的充电控制电路在充电控制电路的工作温度超过温度阈值时输出第一补偿电流，使得电池的充电电流的电流值减小，从而降低充电控制电路的工作温度，使得充电控制电路可以继续工作。

本发明的电池的充电控制电路还可以在适配器无法提供电子设备对电池的默认充电电流时会产生补偿电流，使得电池的充电电流的电流值减小，以保证充电控制电路可以继续正常工作。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电池的充电控制电路的一结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第一运算放大器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的电池的充电控制电路的另一结构示意图；

图4是本发明实施例提供的第二运算放大器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种电池的充电控制电路，包括：第一运算放大电路1和电流调节电路3。

第一运算放大电路1适于输入第一基准电压Vref1和与所述充电控制电路的工作温度相关的第一电压，在所述工作温度大于温度阈值时输出第一补偿电流I1，所述温度阈值与所述第一基准电压Vref1相关。电流调节电路2适于根据所述第一补偿电流I1减小所述电池的充电电流的电流值I2。

本实施例提供的充电控制电路，可以根据充电控制电路能够正常工作的工作温度来设定第一基准电压Vref1。当充电控制电路的工作温度超过温度阈值时，第一运算放大电路1可以输出第一补偿电流I1，由于恒流环路可以维持误差放大器EA第一输入端和第二输入端的电压相等，所以采样电流Isense会减小。电池充电电流I2与采样电流Isense满足一定的比例关系，进而电池的充电电流I2的电流值会减小。充电电流I2的减小会使充电控制电路的工作温度下降，最终充电电流I2和充电控制电路的工作温度达到平衡，使充电电流I2稳定在不使充电控制电路的工作温度继续上升的临界值处。

本实施例提供的充电控制电路还可以包括：电压产生单元2。电压产生单元2适于检测所述充电控制电路的工作温度以产生所述第一电压。所述充电控制电路可以集成在芯片内，所述充电控制电路的工作温度可以为芯片结温。所述第一电压可以是正温度系数的电压，也可以是负温度系数的电压。电压产生单元2可以采用现有技术中能够实现温度和电压转换的器件实现，此处不做限制。

第一运算放大电路1可以包括：第一运算放大器11和第四PMOS管MP4。

当第一电压具有负温度系数时，第一运算放大器11的负向输入端输入第一基准电压Vref1，正向输入端输入第一电压，输出端连接第四PMOS管MP4的栅极。第四PMOS管MP4的源极输入电源电压VCC，漏极作为第一运算放大电路1的输出端。

当第一电压具有正温度系数时，第一运算放大器11的正向输入端输入第一基准电压Vref1，负向输入端输入第一电压，输出端连接第四PMOS管MP4的栅极（图1中未示出此种连接方式）。

如图2所示，第一运算放大器11可以包括：第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4和第三电流源电路211。

第五PMOS管MP5的源极适于输入电源电压VCC，第五PMOS管MP5的栅极连接第五PMOS管MP5的漏极、第六PMOS管MP6的栅极和第三NMOS管MN3的漏极。第三NMOS管MN3的源极连接第四NMOS管MN4的源极和第三电流源电路211的输入端。第三NMOS管MN3的栅极作为第一运算放大器11的正向输入端。第六PMOS管MP6的源极适于输入电源电压VCC，第六PMOS管MP6的漏极连接第七PMOS管MP7的栅极、第七PMOS管MP7的漏极和第四NMOS管MN4的漏极并作为第一运算放大器11的输出端。第四NMOS管MN4的栅极作为第一运算放大器11的负向输入端。第七PMOS管MP7的源极适于输入电源电压VCC。第三电流源电路211的输出端接地。

图2所示的第一运算放大器11增益小于或等于30dB，这样的环路容易补偿，不易发生振荡。

相对于普通的运算放大器，第七PMOS管MP7减小了运算放大器的增益，把电压放大器设计成为电流跨导运算放大器。

继续参考图1，电流调节单元3可以包括：电流采样电路31、电压转化电阻R32和驱动电路33。

电流采样电路31适于采样所述电池的充电电流I2以产生采样电流Isense并通过电流采样电路31的输出端输出采样电流Isense。电压转化电阻R32的第一端连接电流采样电路31的输出端和第一运算放大电路1的输出端。电压转化电阻R32的第二端接地。驱动电路33的输入端连接所述电流采样电路31的输出端和第一运算放大电路1的输出端，驱动电路33的输出端适于输出电池的充电电流I2。

当充电控制电路的工作温度小于温度阈值时，第一运算放大电路1不会产生第一补偿电流I1，则电压转化电阻R32的第一端仅输入采样电流Isense；当充电控制电路的工作温度大于温度阈值时，第一运算放大电路1产生第一补偿电流I1，则电压转化电阻R32的第一端输入采样电流Isense和第一补偿电流I1。

电流采样电路31可以包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电流镜电路311、第一电流源电路312、第二电流源电路313和第一PMOS管MP1。

第一电阻R1的第一端连接第二电阻R2的第一端和驱动电路33的输出端，第一电阻R1的第二端连接第三电阻R3的第一端和电池。第一电流镜电路311的第一输入端连接第二电阻R2的第二端和第一PMOS管MP1的源极，第二输入端连接第三电阻R3的第二端，第一输出端通过第一电流源电路312接地，第二输出端连接第一PMOS管MP1的栅极并通过第二电流源电路313接地。第一PMOS管MP1的漏极作为电流采样电路31的输出端。

第一电流镜电路311可以包括：第二PMOS管MP2和第三PMOS管MP3。第二PMOS管MP2的源极作为第一电流镜电路311的第一输入端。第二PMOS管MP2的栅极连接第三PMOS管MP3的栅极和第二PMOS管MP2的漏极并作为第一电流镜电路311的第一输出端。第三PMOS管MP3的源极作为第一电流镜电路311的第二输入端。第三PMOS管MP3的漏极作为第一电流镜电路311的第二输出端。所述第一电流镜电路311也可以采用其他现有电流镜电路，此处不做限制。

第二电阻R2和第三电阻R3的电阻值相等，i1=r1×i2÷r2，其中，i1为采样电流Isense的电流值，i2为充电电流I2的电流值，r1为第一电阻R1的电阻值，r2为第二电阻R2的电阻值。

驱动电路33可以包括：误差放大器EA、PWM控制器331、驱动器332、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第一电感L1。

误差放大器EA的第一输入端适于输入第二基准电压Vref2。误差放大器EA的第二输入端连接电流采样电路31的输出端和第一运算放大电路1的输出端。误差放大器EA的输出端连接PWM控制器331的输入端。PWM控制器331的输出端连接驱动器332的输入端。驱动器332的输出端连接第一NMOS管MN1的栅极和第二NMOS管MN2的栅极。第一NMOS管MN1的源极连接第二NMOS管MN2的漏极和第一电感L1的第一端。第二NMOS管MN2的源极接地，第一电感L1的第二端作为驱动电路33的输出端。

第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第一电感L1构成功率级电路，误差放大器EA、PWM控制器331和驱动器332构成驱动控制电路，所述驱动控制电路可以调节功率级电路输出的充电电流。本领域技术人员可以知晓驱动电路33的工作过程和工作原理，此处不再赘述。本实施例所述的驱动电路33也可以采用其他现有电池充电的驱动电路来实现。

当充电控制电路的工作温度大于温度阈值时，第一运算放大电路1产生第一补偿电流I1，误差放大器EA的第二输入端输入的采样电流Isense和第一补偿电流I1经过电压转化电阻R32得到的电压Vsense，这时电压Vsense的电压值大于第二基准电压Vref2的电压值，误差放大器EA的输出端电压下降，通过调整占空比，使得驱动电路33输出的充电电流I2减小。此后通过环路自身的调节而达到平衡，稳定误差放大器EA的第二输入端的电压Vsense和第二基准电压Vref2的电压值相等，此时充电电流I2不再减小，充电电流I2稳定在不使充电控制电路的工作温度继续上升的临界值处。

需要说明的是，电流采样电路31对驱动电路33输出的充电电流I2的大小影响很小，即驱动电路33输出的充电电流I2的大小与电流采样电路31中第一电阻R1的第二端输出的电流的大小基本相等。

如图3所示，本发明实施例所述充电控制电路还可以包括：分压电路4和第二运算放大电路5。

分压电路4适于对输入电压Vbus进行分压处理以输出第二电压。所述第二运算放大电路5适于在第二电压的电压值小于第三基准电压Vref3的电压值时通过第二运算放大电路5的输出端输出第二补偿电流I3。电流调节电路3还适于根据第二补偿电流I3减小电池的充电电流I2的电流值。

本实施例提供的充电控制电路可以根据实际需要设定第三基准电压Vref3的电压值。当适配器无法提供电子设备对电池的默认充电电流时，适配器的输出电压的会降低，即充电控制电路的输入电压Vbus会降低。当输入电压Vbus经过分压电路后的电压值下降到小于第三基准电压Vref3的电压值时，第二运算放大电路5会输出第二补偿电流I3，由于恒流环路可以维持误差放大器EA第一输入端和第二输入端的电压相等，所以采样电流Isense会减小，由于电池充电电流I2与采样电流Isense满足一定的比例关系，进而电池的充电电流I2的电流值会减小，从而防止输入电压Vbus继续降低而达到平衡，使得充电控制电路可以继续正常工作并最大限度地发挥适配器的驱动能力。本实施例提供的充电控制电路可以自适应匹配输出功率较小的适配器。

在本实施例中，第一运算放大电路1和电流调节电路3构成的温度调节环路的变化非常缓慢，可以达到秒级或者几十秒级。而分压电路4、第二运算放大电路5和电流调节电路3构成的动态功率管理的带宽为几十KHz，响应时间为100us级，两者带宽相差很远，因此，两者使用互不影响。

所述分压电路4可以包括：第一分压电阻R11和第二分压电阻R12。第一分压电阻R11的第一端适于输入所述输入电压Vbus，第一分压电阻R11的第二端连接第二分压电阻R12的第一端并适于输出所述第二电压，第二分压电阻R12的第二端接地。所述分压电路1也可以采用其他现有的分压电路，此处不做限制。

第二运算放大电路5可以包括：第二运算放大器51和第五PMOS管MP5。

第二运算放大器51的负向输入端适于输入所述第三基准电压Vref3。第二运算放大器51的正向输入端适于输入分压电路1输出的第二电压。第二运算放大器51的输出端连接第五PMOS管MP5的栅极。第五PMOS管MP5的源极适于输入电源电压VCC。第五PMOS管MP5的漏极作为第二运算放大电路5的输出端。

第二运算放大器51的电路结构可以与第一运算放大器11的电路结构相同，如图4所示，所述第二运算放大电器包括：第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十PMOS管MP10、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4和第四电流源电路511；

所述第八PMOS管MP8的源极适于输入所述电源电压，所述第八PMOS管MP8的栅极连接所述第八PMOS管MP8的漏极、第九PMOS管MP9的栅极和第三NMOS管MN3的漏极，所述第三NMOS管MN3的源极连接所述第四NMOS管MN4的源极和第四电流源电路511的输入端，所述第三NMOS管MN3的栅极作为所述第二运算放大器51的正向输入端，所述第九PMOS管MP9的源极适于输入所述电源电压，所述第九PMOS管MP9的漏极连接所述第十PMOS管MP10的栅极、第十PMOS管MP10的漏极和第四NMOS管MN4的漏极并作为所述第一运算放大器的输出端，所述第四NMOS管MN4的栅极作为所述第二运算放大器51的负向输入端，所述第十PMOS管MP10的源极适于输入所述电源电压VCC，所述第四电流源电路511的输出端接地。

当适配器可以提供电子设备对电池的默认充电电流时，第二运算放大电路5不会产生第二补偿电流I3，则电压转化电阻R32的第一端仅输入采样电流Isense；当适配器无法提供电子设备对电池的默认充电电流时，第二运算放大电路5产生第二补偿电流I3，则电压转化电阻R32的第一端输入采样电流Isense和第二补偿电流I3。误差放大器EA的第二输入端输入的采样电流Isense和第二补偿电流I3经过电压转化电阻R32得到的电压Vsense，这时电压Vsense的电压值大于第二基准电压Vref2的电压值，误差放大器EA的输出端电压下降，通过调整占空比，使得驱动电路33输出的充电电流I2减小。此后通过环路自身的调节而达到平衡，稳定误差放大器EA的第二输入端的电压Vsense和第二基准电压Vref2的电压值相等，此时充电电流I2不再减小，输入电源电压VBUS也不再降低，从而稳定在适配器的最大驱动能力处来完成充电。

继续参考图3，本实施例所述的充电控制电路还可以包括：第一电容C1。第一电容C1的第一端适于输入所述第二电压，第二端接地。第一电容C1可以实现滤波功能。

本实施例所述的充电控制电路还可以包括：第二电容C2。第二电容C2的第一端连接运算放大电路2的输出端，第二端接地。第二电容C2可以作为环路补偿的作用。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种电池的充电控制电路，其特征在于，包括：

第一运算放大电路，适于输入第一基准电压和与所述充电控制电路的工作温度相关的第一电压，在所述工作温度大于温度阈值时输出第一补偿电流，所述温度阈值与所述第一基准电压相关；

电流调节电路，适于根据所述第一补偿电流减小所述电池的充电电流的电流值；

分压电路，适于对输入电压进行分压处理以输出第二电压；

第二运算放大电路，适于在所述第二电压的电压值小于第三基准电压的电压值时通过所述第二运算放大电路的输出端输出第二补偿电流；

所述电流调节电路还适于根据所述第二补偿电流减小所述电池的充电电流的电流值。

2.如权利要求1所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述电流调节单元包括：电流采样电路、电压转化电阻和驱动电路；

所述电流采样电路适于采样所述电池的充电电流以产生采样电流并通过所述电流采样电路的输出端输出所述采样电流；

所述电压转化电阻的第一端连接所述电流采样电路的输出端和第一运算放大电路的输出端，所述电压转化电阻的第二端接地；

所述驱动电路的输入端连接所述电流采样电路的输出端和第一运算放大电路的输出端，所述驱动电路的输出端适于输出所述电池的充电电流。

3.如权利要求2所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电流镜电路、第一电流源电路、第二电流源电路和第一PMOS管；

所述第一电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端并适于输出所述电池的充电电流；

所述第一电流镜电路的第一输入端连接所述第二电阻的第二端和所述第一PMOS管的源极，第二输入端连接所述第三电阻的第二端，第一输出端通过所述第一电流源电路接地，第二输出端连接所述第一PMOS管的栅极后并通过所述第二电流源电路接地；

所述第一PMOS管的漏极作为所述电流采样电路的输出端。

4.如权利要求1所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述电流调节单元包括：电流采样电路、电压转化电阻和驱动电路；

所述电流采样电路适于采样所述电池的充电电流以产生采样电流并通过所述电流采样电路的输出端输出所述采样电流；

所述电压转化电阻的第一端连接所述电流采样电路的输出端、第一运算放大电路的输出端和第二运算放大电路的输出端，所述电压转化电阻的第二端接地；

所述驱动电路的输入端连接所述电流采样电路的输出端、第一运算放大电路的输出端和第二运算放大电路的输出端，所述驱动电路的输出端适于输出所述电池的充电电流。

5.如权利要求4所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电流镜电路、第一电流源电路、第二电流源电路和第一PMOS管；

所述第一电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端并适于输出所述电池的充电电流；

所述第一电流镜电路的第一输入端连接所述第二电阻的第二端和所述第一PMOS管的源极，第二输入端连接所述第三电阻的第二端，第一输出端通过所述第一电流源电路接地，第二输出端连接所述第一PMOS管的栅极后并通过所述第二电流源电路接地；

所述第一PMOS管的漏极作为所述电流采样电路的输出端。

6.如权利要求1所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述第二运算放大电路包括：第二运算放大器和第五PMOS管；

所述第二运算放大器的负向输入端适于输入第三基准电压，所述第二运算放大器的正向输入端适于输入所述第二电压，所述第二运算放大器的输出端连接所述第五PMOS管的栅极；

所述第五PMOS管的源极适于输入电源电压，所述第五PMOS管的漏极作为所述第二运算放大电路的输出端。

7.如权利要求6所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述第二运算放大电器包括：第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和第四电流源电路；

所述第八PMOS管的源极适于输入所述电源电压，所述第八PMOS管的栅极连接所述第八PMOS管的漏极、第九PMOS管的栅极和第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极连接所述第四NMOS管的源极和第四电流源电路的输入端，所述第三NMOS管的栅极作为所述第二运算放大器的正向输入端，所述第九PMOS管的源极适于输入所述电源电压，所述第九PMOS管的漏极连接所述第十PMOS管的栅极、第十PMOS管的漏极和第四NMOS管的漏极并作为所述第二运算放大器的输出端，所述第四NMOS管的栅极作为所述第一运算放大器的负向输入端，所述第十PMOS管的源极适于输入所述电源电压VCC，所述第四电流源电路的输出端接地。

8.如权利要求1所述的电池的充电控制电路，其特征在于，还包括：电压产生单元，适于检测所述电池的充电控制电路的工作温度以产生所述第一电压。

9.如权利要求1所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述第一电压具负温度系数，所述第一运算放大电路包括：第一运算放大器和第四PMOS管，所述第一运算放大器的负向输入端适于输入所述第一基准电压，所述第一运算放大器的正向输入端适于输入所述第一电压，所述第一运算放大器的输出端连接所述第四PMOS管的栅极，所述第四PMOS管的源极适于输入电源电压，所述第四PMOS管的漏极作为所述第一运算放大电路的输出端。

10.如权利要求1所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述第一电压具正温度系数，所述第一运算放大电路包括：第一运算放大器和第四PMOS管，所述第一运算放大器的正向输入端适于输入所述第一基准电压，所述第一运算放大器的负向输入端适于输入所述第一电压，所述第一运算放大器的输出端连接所述第四PMOS管的栅极，所述第四PMOS管的源极适于输入电源电压，所述第四PMOS管的漏极作为所述第一运算放大电路的输出端。

11.如权利要求9或10所述的电池的充电控制电路，其特征在于，所述第一运算放大电器包括：第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和第三电流源电路；

所述第五PMOS管的源极适于输入所述电源电压，所述第五PMOS管的栅极连接所述第五PMOS管的漏极、第六PMOS管的栅极和第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极连接所述第四NMOS管的源极和第三电流源电路的输入端，所述第三NMOS管的栅极作为所述第一运算放大器的正向输入端，所述第六PMOS管的源极适于输入所述电源电压，所述第六PMOS管的漏极连接所述第七PMOS管的栅极、第七PMOS管的漏极和第四NMOS管的漏极并作为所述第一运算放大器的输出端，所述第四NMOS管的栅极作为所述第一运算放大器的负向输入端，所述第七PMOS管的源极适于输入所述电源电压VCC，所述第三电流源电路的输出端接地。