CN104600813A - 自适应输入电流限制的充电器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种自适应输入电流限制的充电器及其控制方法。所述充电器包括：功率变换器，从外部电源获得输入电流以及向负载提供输出电流作为充电电流；以及电流反馈环路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较以产生第一误差信号，以及将第一误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第一误差信号调节输入电流，其中，所述电流反馈环路根据功率变换器的输入电压判断外部电源的过载状态，在外部电源过载时，所述充电器进入限流状态，其中所述电流反馈环路逐步减小第一电流基准信号，直至外部电源恢复到未过载状态。该充电器可以在提高充电速度的同时避免外部电源的过载。

Description

自适应输入电流限制的充电器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电源领域，具体地，涉及自适应输入电流限制的充电器及其控制方法。

背景技术

开关型充电器具有体型小、效率高、可以快速对电池充电的优点，在智能手机、平板电脑等领域得到广泛的应用。然而，外部电源如适配器、计算机设备的USB接口常常具有一定的输出功率和输出电流限制。在电池充电过程中，采用外部电源为开关型充电器供电。为了不让适配器或USB电源供电出现过载的现象，需要对充电器的输入电流进行限制。

图1示出根据现有技术的自适应输入电流限制的充电器的一种实例的示意性电路图。该充电器包括用于将输入电压Vin转换成输出电压Vout的功率变换器100和作为负载的电池BAT。为了进行自适应输入电流限制，在输入电流控制环路300中，运算放大器301将输入电流Iin的采样信号VISEN与预定的输入电流参考信号IRFE进行误差比较。运算放大器301产生误差信号VC，以控制功率变换器100。功率变换器100可以调整输出电流Iout(对电池BAT的充电电流)的大小，进而使得输入电流Iin被限制为预定值。

在图1所示的开关型充电器中，为了保证开关型充电器的输入电流不过流，输入电流参考信号IRFE通常设定得比较小。因此不能最大限度的发挥外部电源的输出电流能力，使得电池充电速度得不到提升。

图2示出根据现有技术的自适应输入电流限制的充电器的另一种实例的示意性电路图。在该实例中，为了进行自适应输入电流限制，在输入电压控制环路400中，比较器401将输入电压Vin的采样信号VFB与预定的输入电压参考信号VREF进行误差比较。比较器401产生误差信号VC，以控制功率变换器100。当误差信号VC指示当前的输入电压已经跌落到某一预定值时，功率变换器100可以减小输出电流Iout(对电池BAT的充电电流)的大小，从而减小输入电流Iin，以保证输入电压不会进一步下降。

在图2所示的开关型充电器中，虽然可以使外部电源的输出电流能力得到最大的发挥，但仍然会让处于前级的外部电源(如适配器等)长期处于过载状态，发热太高，影响寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提出改进的自适应输入电流限制的充电器及其控制方法，使得可以在提高充电速度的同时避免外部电源的过载。

根据本发明的一方面，提供一种自适应输入电流限制的充电器，包括：功率变换器，从外部电源获得输入电流以及向负载提供输出电流作为充电电流；以及电流反馈环路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较以产生第一误差信号，以及将第一误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第一误差信号调节输入电流，其中，所述电流反馈环路根据功率变换器的输入电压判断外部电源的过载状态，在外部电源过载时，所述充电器进入限流状态，其中所述电流反馈环路逐步减小第一电流基准信号，直至外部电源恢复到未过载状态。

优选地，所述功率变换器包括功率开关器件，以及采用脉宽调制信号控制功率开关管的导通和断开，以调节功率变换器的输入电流。

优选地，所述电流反馈环路包括：输入电流调节电路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较，以产生所述第一误差信号；输入电压检测电路，将用于表征输入电压的第二检测信号与第一参考电压相比较，以产生第一电压信号；以及输入电流基准电路，根据功率变换器的输入电压和输入电流产生第一电流基准信号，其中，在第二检测信号大于第一参考电压时判定外部电源未过载，所述输入电流基准电路维持第一电流基准信号不变，在第二检测信号小于第一参考电压时判定外部电源过载，在限流状态中，所述输入电流基准电路减小第一电流基准信号。

优选地，所述输入电流调节电路包括：第一采样电阻，连接在功率变换器的输入端，使得输入电流流经第一采样电阻；第一运算放大器，第一运算放大器的同相输入端连接第一采样电阻的高电位端，反相输入端连接第一采样电阻的低电位端，输出端提供用于表征输入电流的第一检测信号；以及第二运算放大器，第二运算放大器的反相输入端接收第一检测信号，同相输入端接收第一电流基准信号，输出端提供第一误差信号。

优选地，所述输入电压检测电路包括：由第一电阻和第二电阻组成的电阻分压器，第一电阻和第二电阻串联连接在功率变换器的输入端和地之间，在第一电阻和第二电阻的中间节点提供用于表征输入电压的第二检测信号；第一比较器，第一比较器的同相输入端接收第二检测信号，同相输入端接收第一参考电压，输出端提供第一电压信号。

优选地，所述输入电流基准电路包括：A/D转换电路，包括输入端、使能端和输出端，在输入端接收第一检测信号，在使能端接收第一电压信号，第一电压信号在外部电源未过载时禁用A/D转换电路，在外部电源过载时使能A/D转换电路从而在输出端提供表示第一检测信号的第一数字值；存储电路，存储与第一电流基准信号相对应的第二数字值；减法电路，从第二数字值减去预定的电流调节步长以获得第三数字值；以及D/A转换电路，将第三数字值转换成模拟信号，以获得随后控制周期的第一电流基准信号，其中，在外部电源始终未过载时，所述第二数字值对应于第一电流基准信号的预定值，在外部电源过载时，所述第二数字值对应于当前过载状态的第一数字值，在外部电源从过载恢复至未过载状态时，所述第二数字值对应于最后过载状态的第一数字值。

优选地，所述输入电流基准电路包括：A/D转换电路，包括输入端、使能端和输出端，在输入端接收第一检测信号，在使能端接收第一电压信号，第一电压信号在外部电源未过载时禁用A/D转换电路，在外部电源过载时使能A/D转换电路，从而在输出端提供表示第一检测信号的第一数字值；减法电路，从第一数字值减去预定的电流调节步长以获得第二数字值；存储电路，存储与第一电流基准信号相对应的第三数字值；以及D/A转换电路，将第三数字值转换成模拟信号，以获得随后控制周期的第一电流基准信号，其中，在外部电源始终未过载时，所述第三数字值对应于第一电流基准信号的预定值，在外部电源过载时，所述第三数字值对应于当前过载状态的第二数字值，在外部电源从过载恢复至未过载状态时，所述第三数字值对应于最后过载状态的第二数字值。

优选地，所述输入电流基准电路包括：减计数器，包括输入端、使能端和输出端，在输入端接收时钟信号，在使能端接收第一电压信号，第一电压信号在外部电源未过载时禁用减计数器，在外部电源过载时使能减计数器从而在输出端提供第一数字值；以及D/A转换电路，将第一数字值转换成模拟信号，以获得随后控制周期的第一电流基准信号，其中，在外部电源始终未过载时，所述第一数字值对应于减计数器的预设最大值，在外部电源过载时，所述减计数器逐个时钟周期地进行减计数运算，在外部电源从过载恢复至未过载状态时，所述减计数器停止减计数运算。

优选地，所述充电器还包括以下至少之一：输入电压控制环路，将用于表征输入电压的第三检测信号与第二参考电压相比较以产生第二误差信号，以及将第二误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第二误差信号调节输入电压；输出电压控制环路，将用于表征输出电压的第四检测信号与第三参考电压相比较以产生第三误差信号，以及将第三误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第三误差信号调节输出电压；输出电流控制环路，将用于表征输出电流的第五检测信号与第二电流基准信号相比较以产生第四误差信号，以及将第四误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第四误差信号调节输出电流。

优选地，所述充电器包括所述电流反馈环路、所述输入电压控制环路、所述输出电压控制环路和所述输出电流控制环路，还包括：误差信号选择电路，从第一至第四误差信号中选择误差信号的最小值提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据该最小值调节输入电流、输入电压、输出电流和输出电压中的至少一个。

优选地，所述误差信号选择电路包括：电流源；以及第一二极管至第四二极管，其中，第一二极管至第四二极管的阴极分别接收第一误差信号至第四误差信号，其阳极共同连接至公共节点以提供误差信号的最小值，电流源的输出端连接至公共节点。

根据本发明的另一方面，提供一种自适应输入电流限制的充电器控制方法，包括：采用功率变换器，从外部电源获得输入电流以及向负载提供输出电流作为充电电流；采用电流反馈环路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较以产生第一误差信号，以及将第一误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第一误差信号调节输入电流；以及根据功率变换器的输入电压判断外部电源的过载状态，在外部电源过载时，所述充电器进入限流状态，其中逐步减小第一电流基准信号，直至外部电源恢复到未过载状态。

优选地，产生第一误差信号包括：将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较，以产生所述第一误差信号；将用于表征输入电压的第二检测信号与第一参考电压相比较，以产生第一电压信号；以及根据输入电压和输入电流产生第一电流基准信号，其中，在第二检测信号大于第一参考电压时判定外部电源未过载，维持第一电流基准信号不变，在第二检测信号小于第一参考电压时判定外部电源过载，在限流状态中，减小第一电流基准信号。

优选地，产生第一电流基准信号包括：在外部电源未过载时，根据预先存储的数字值获得随后控制周期的第一电流基准信号；以及在外部电源过载时，将当前的第一检测信号减去电流调节步长以获得随后控制周期的第一电流基准信号。

优选地，产生第一电流基准信号包括：在外部电源未过载时，根据减计数器保存的计数值获得随后控制周期的第一电流基准信号；以及在外部电源过载时，减计数器逐个时钟周期地进行减计数运算，以获得随后控制周期的第一电流基准信号。

根据本发明的实施例的充电器及其控制方法，通过在输入电压跌落到参考电压后，将当前的输入电流的值减去一个预定值(较小的值)后作为随后控制周期的电流基准信号。在充电器进入限流状态之后，直到输入电压升高至参考电压，表示外部电源恢复至未过载，则充电器退出限流状态。该充电器及其控制方法在判定外部电源过载的情形下才对输入电流进行限制，使外部的电源适配器不会长时间工作在过载状态，保护了电源适配器的安全和寿命。同时，该充电器将输入电流保持为外部电源未过载允许的近似最大值，从而不会浪费适配器的输出电流能力，从而可提升充电速度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据现有技术的自适应输入电流限制的充电器的一种实例的示意性电路图；

图2示出根据现有技术的自适应输入电流限制的充电器的另一种实例的示意性电路图；

图3示出根据本发明第一实施例的自适应输入电流限制的充电器的示意性电路图；

图4示出在图3所示充电器中采用的输入电流基准电路的第一实例的示意性框图；

图5示出在图3所示充电器中采用的输入电流基准电路的第二实例的示意性框图；

图6示出根据本发明第二实施例的自适应输入电流限制的充电器的示意性电路图；

图7a至7d分别示出在图6所示充电器中采用的输入电压控制环路、输出电压控制环路、输出电流控制环路以及误差信号选择电路的示意性电路图；以及

图8示根据本发明实施例的自适应输入电流限制的充电器控制方法的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些实施例。

图3示出根据本发明第一实施例的自适应输入电流限制的充电器的示意性电路图。该充电器包括功率变换器100和输入电流控制环路200。功率变换器100从外部电源如适配器、计算机设备的USB接口等接收输入电压Vin，并且产生稳定的输出电压Vout。电池BAT作为充电器的负载，从功率变换器100获得充电电流。

根据实际的应用需要，功率变换器100可以为各种拓扑结构，包括但不限于BOOST拓扑、BUCK拓扑、BUCK-BOOST拓扑及其衍生拓扑。尽管未在图3中示出，但功率变换器100通常包括控制电路、功率开关管和低通滤波器。控制电路产生脉宽调制(PWM)，使得功率开关管周期性地导通或断开，从而将输入电压斩波成方波。然后经由低通滤波器获得直流输出电压。通过调节功率开关管的控制信号的占空比，可以调节功率变换器100的输出电压Vout和输出电流Iout。

输入电流控制环路200包括输入电流调节电路300、输入电压检测电路400和输入电流基准电路500。输入电流调节电路300包括采样电阻Rs1、运算放大器301和运算放大器302。采样电阻Rs1连接在功率变换器100的输入端，使得功率变换器100的输入电流Iin流经采样电阻Rs1。采样电阻Rs1的高电位端连接运算放大器301的同相输入端，采样电阻Rs1的低电位端连接运算放大器301的反相输入端。运算放大器301的输出端获得采样电阻Rs1两端的电压降，即表征输入电流Iin的检测信号VISEN1。运算放大器302的反相输入端接收检测信号VISEN1，同相输入端接收电流基准信号IREF1，并且对二者进行比较以产生误差信号VC。进一步地，将该误差信号VC提供至功率变换器100，以控制PWM信号的产生，从而根据误差信号VC调节功率变换器100的输出电流。

输入电压检测电路400包括由电阻R1和R2组成的电阻分压器和比较器401。电阻R1和R2串联连接在功率变换器100的输入端和地之间，在电阻R1和R2的中间节点提供输入电压反馈信号VFB。比较器401的同相输入端接收输入电压反馈信号VFB，反相输入端接收参考电压VREF，并且对二者进行比较以产生第一电压信号V1。

输入电流基准电路500以第一电压信号V1作为使能信号。在第一电压信号V1使能输入电流基准电路500时，输入电流基准电路500根据输入电流Iin产生电流基准信号IREF1。在随后的控制周期中，功率变换器100将根据误差信号VC调节PWM信号的占空比，从而限制输入电流Iin的大小。

在该实施例的充电器中，根据输入电压Vin和输入电流Iin产生电流基准信号IREF1，因而可以根据输入电压Vin和输入电流Iin来判断是否进入限流状态。在限流状态中，将误差信号VC提供给功率变换器100的控制电路，从而调节PWM信号的占空比。例如，在充电器的输入电流Iin过载时，可以减小PWM信号的占空比，从而减小充电电流，相应地减小输入电流Iin。该充电器通过调节电流基准信号IREF1实现充电器的输入电流的限制。

如果输入电压检测电路400检测到输入电压Vin降低至参考电压VREF1时，则表示此时的输入电流Iin是外部电源所允许的最大输出电流。为了确保外部电源未过载，输入电流Iin应该限制为略低于此时的输入电流Iin。因而，设置电流基准信号IREF1＝Iin-△I。选择电流调节步长△I的数值，使得充电器可以充分发挥外部电源的电流输出能力，又能避免外部电源的长时间过载。

如果输入电压检测电路400检测到输入电压Vin未降低至参考电压VREF1，则表示此时的输入电流Iin仍未导致外部电源过载。即使输入电流Iin上升，为了充分发挥外部电源的电流输出能力，也可以不对输入电流进行限流。在替代的实施例中，可以另外设置一个输入电流Iin的最大值基准，使得在外部电源未过载的情形下，可以充分发挥外部电源的电流输出能力，又能避免输入电流Iin过高导致功率变换器100的转换效率劣化或造成损坏。

根据该实施例的充电器可以根据外部电源的实际负载能力自适应地调节输入电流，从而可以兼顾充电效率和外部电源的安全和寿命。

图4示出在图3所示充电器中采用的输入电流基准电路500的第一实例的示意性框图。如图4所示的输入电流基准电路500，该输入电流基准电路500包括A/D转换电路511、存储电路512、减法电路513和D/A转换电路514。

A/D转换电路511的输入端接收表征输入电流Iin的检测信号VISEN1，使能端接收第一电压信号V1。如上所述，第一电压信号V1用于表征输入电压Vin是否大于参考电压VREF。在外部电源始终未过载时，第一电压信号V1处于低电平，从而禁用A/D转换电路511。在外部电源过载时，充电器进入限流状态，第一电压信号V1处于高电平，从而启用A/D转换器511，使得A/D转换器511产生表征当前输入电流Iin的第一数字值。

存储电路512用于存储第二数字值。在外部电源始终未过载时，存储电路512中存储的第二数字值对应于输入电流的预设最大值Iin_max。即使第一电压信号V1未使能A/D转换电路511，电流基准信号的最大值还是受到预设最大值的限制，从而避免输入电流Iin过高导致充电器自身损坏。在外部电源过载时，充电器进入限流状态，存储电路512从A/D转换电路511获得并存储表征当前输入电流Iin的第一数字值。存储电路512中存储的第二数字值对应于当前过载状态的第一数字值。在外部电源从过载恢复至未过载状态时，存储电路512中存储的第二数字值对应于最后过载状态的第一数字值。

减法电路513将第三电压信号V3减去预定的电流调节步长△I以获得第三数字值。

D/A转换电路514将第三数字值转换成模拟信号，提供随后控制周期的电流基准信号IREF1。

在不同的状态下，输入电流基准电路500产生的电流基准信号IREF1的数值不同。

在外部电源始终未过载时，电流基准信号IREF1表示为：

IREF1＝Iin_max-△I   (1)

其中Iin_max表示输入电流的预设最大值，△I表示电流调节步长，该预设最大值为常数。

在外部电源过载时，输入电压Vin降低至参考电压VREF1。充电器进入限流状态，输入电流基准电路500根据当前的输入电流Iin产生随后控制周期的电流基准信号IREF1，可以表示为：

IREF1＝Iin-△I   (2)

其中Iin表示当前的输入电流Iin的第一检测信号，△I表示电流调节步长。

输入电流基准电路500从当前的输入电流Iin开始，按照电流调节步长△I，逐步减小电流基准信号IREF1，从而在随后的控制周期减小输入电流Iin。

在充电器进入限流状态之后，直到输入电压Vin上升至参考电压VREF1时，表示外部电源恢复至未过载，则充电器退出限流状态。存储电路512存储最后过载状态的第一数字值，电流基准信号IREF1保持不变，从而将输入电流Iin保持为外部电源未过载允许的近似最大值。

在替代的实施例中，存储电路512和减法电路513的顺序可以互换。

图5示出在图3所示充电器中采用的输入电流基准电路500的第二实例的示意性框图。如图5所示的输入电流基准电路500，该输入电流基准电路500包括减计数器518和D/A转换电路514。

减计数器518的输入端接收时钟信号CLK，使能端接收第一电压信号V1，输出端提供第一数字值。在外部电源始终未过载时，第一电压信号V1处于低电平，从而禁用减计数器518。在外部电源过载时，充电器进入限流状态，第一电压信号V1处于高电平，从而启用减计数器518。时钟信号CLK的每一个脉冲，使得减计数器518进行一次减计数运算，以产生数字控制信号。在外部电源从过载恢复至未过载状态时，减计数器518停止减计数运算。

D/A转换电路514将第一数字值转换成模拟信号，以获得随后控制周期的电流基准信号IREF1。

在不同的状态下，输入电流基准电路500产生的电流基准信号IREF1的数值不同。

在外部电源始终未过载时，电流基准信号IREF1表示为：

IREF1＝Iin_max＝N*△I   (3)

其中Iin_max表示输入电流的预设最大值，N表示减计数器的预设最大值，△I表示电流调节步长，该预设最大值为常数。

在外部电源过载时，充电器进入限流状态，输入电压Vin降低至参考电压VREF1。输入电流基准电路500根据当前的输入电流Iin产生随后控制周期的电流基准信号IREF1，可以表示为：

IREF1＝(N-i)*△I   (4)

其中i表示从充电器进入限流状态开始经过的时钟脉冲数，△I表示电流调节步长。

输入电流基准电路500从输入电流的预设最大值Iin_max开始，按照电流调节步长△I，逐个时钟周期地逐步减小电流基准信号IREF1。

在充电器进入限流状态之后，直到输入电压Vin升高至参考电压VREF1，表示外部电源恢复至未过载，则充电器退出限流状态。减计数器518停止进行减计数运算，电流基准信号IREF1保持不变，从而将输入电流Iin保持为外部电源未过载允许的近似最大值。

该实施例采用数字控制的方式对充电器的充电电流进行调节，进而限制充电器的输入电流，解决外部电源限流问题，其控制方案简单易行，便于实际操作应用。

图6示出根据本发明第二实施例的自适应输入电流限制的充电器的示意性电路图。该充电器包括功率变换器100、输入电流控制环路200、输入电压控制环路600、输出电流控制环路700、输出电压控制环路800和误差信号选择电路900。电池BAT作为充电器的负载，从功率变换器100获得充电电流。以下将结合图3和图7a至7d，分别描述充电器中采用的输入电压控制环路、输出电压控制环路、输出电流控制环路以及误差信号选择电路。

参见图3，输入电流控制环路200包括输入电流调节电路300、输入电压检测电路400和输入电流基准电路500。输入电流控制环路200检测输入电压Vin和输入电流Iin。输入电流控制环路200将输入电流Iin的检测信号与电流基准信号IREF1相比较，产生第一误差信号VC1。

在外部电源始终未过载时，电流基准信号IREF1为输入电流的预设值。在外部电源过载时，充电器进入限流状态,输入电压Vin降低至参考电压，电流基准信号IREF1为当前的输入电流与电流调节步长的差值。在充电器退出限流状态时，输入电压Vin升高至参考电压，电流基准信号IREF1为退出限流状态之前的输入电流与电流调节步长的差值。

输入电流控制环路200将第一误差信号VC1提供给功率变换器100的控制电路，从而调节PWM信号的占空比。输入电流控制环路200将输入电流Iin保持为外部电源未过载允许的近似最大值。例如，在充电器的输入电流Iin过载时，电流基准信号IREF1减小，功率变换器100的控制电路减小PWM信号的占空比，从而减小充电电流，相应地减小输入电流Iin。该充电器通过调节电流基准信号IREF1实现充电器的输入电流的限制。

参见图7a，输入电压控制环路600包括由电阻R1和R2组成的电阻分压器和运算放大器601。电阻R1和R2串联连接在功率变换器100的输入端和地之间，在电阻R1和R2的中间节点提供输入电压反馈信号VFB1。运算放大器601的同相输入端接收输入电压反馈信号VFB1，反相输入端接收参考电压VREF1，并且对二者进行比较以产生第二误差信号VC2。

输入电压控制环路600将第二误差信号VC2提供给功率变换器100的控制电路，从而调节PWM信号的占空比。输入电压控制环路600将输入电压Vin保持为与参考电压VREF1相对应的值。例如，在充电器的输入电压Vin偏离基准值时，第二误差信号VC2增大。功率变换器100的控制电路调节PWM信号的占空比以减小第二误差信号VC2。该充电器通过反馈控制环路维持充电器的输入电压Vin基本恒定。

参见图7b，输出电压控制环路800包括由电阻R3和R4组成的电阻分压器和运算放大器801。电阻R3和R4串联连接在功率变换器100的输出端和地之间，在电阻R3和R4的中间节点提供输入电压反馈信号VFB2。运算放大器801的反相输入端接收输入电压反馈信号VFB2，同相输入端接收参考电压VREF2，并且对二者进行比较以产生第四误差信号VC4。

输出电压控制环路800将第四误差信号VC4提供给功率变换器100的控制电路，从而调节PWM信号的占空比。输出电压控制环路800将输出电压Vout保持为与参考电压VREF2相对应的值。例如，在充电器的输出电压Vout偏离基准值时，第四误差信号VC4增大。功率变换器100的控制电路调节PWM信号的占空比以减小第四误差信号VC4。该充电器通过反馈控制环路维持充电器的输出电压Vout基本恒定。

参见图7c，输出电流控制环路700包括运算放大器701。此外，输出电流控制环路700还可以包括采样电路。该采样电路例如包括连接在功率变换器100的输入端的采样电阻，该采样电阻的两端进一步连接运算放大器的同相输入端和反相输入端。运算放大器的输出端获得采样电阻两端的电压降，即表征输出电流Iout的检测信号VISEN2。运算放大器701的反相输入端接收检测信号VISEN2，同相输入端接收电流基准信号IREF2，并且对二者进行比较以产生第三误差信号VC3。

输出电流控制环路700将第三误差信号VC3提供给功率变换器100的控制电路，从而调节PWM信号的占空比。输出电流控制环路700将输出电流Iout保持为与电流基准信号IREF2相对应的值。例如，在充电器的输出电流Iout偏离基准值时，第三误差信号VC3增大。功率变换器100的控制电路调节PWM信号的占空比以减小第三误差信号VC3。该充电器通过反馈控制环路维持充电器的输出电流Iout基本恒定。

参见图7d，误差信号选择电路900包括第一二极管D1至第四二极管D4，以及电流源Is。第一二极管D1至第四二极管D4的阴极分别接收第一误差信号VC1至第四误差信号VC4，其阳极共同连接至公共节点以提供误差信号VC。电流源Is的输出端连接至公共节点。在第一二极管D1至第四二极管D4中的任一个导通时，公共节点的电压将近似钳位于相应二极管的阴极电压。因此，该误差信号选择电路900接收第一误差信号VC1至第四误差信号VC4，从中选择最小值作为误差信号VC。

进一步地，该误差信号选择电路900将该误差信号VC提供至功率变换器100，以控制PWM信号的产生。充电器通根据误差信号VC调节功率变换器100的PWM信号，从而可以维持充电器的输入电流、输入电压、输出电压和输出电流中至少一个基本恒定。

图8示根据本发明实施例的自适应输入电流限制的充电器控制方法的流程图。

在步骤S01中，采用功率变换器，从外部电源获得输入电流以及向负载提供输出电流作为充电电流。

在步骤S02中，采用电流反馈环路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较以产生第一误差信号，以及将第一误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第一误差信号调节输入电流。

优选地，产生第一误差信号包括：将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较，以产生所述第一误差信号；将用于表征输入电压的第二检测信号与第一参考电压相比较，以产生第一电压信号；以及根据输入电压和输入电流产生第一电流基准信号，其中，在第二检测信号大于第一参考电压时判定外部电源未过载，维持第一电流基准信号不变，在第二检测信号小于第一参考电压时判定外部电源过载，减小第一电流基准信号。

优选地，产生第一电流基准信号包括：在外部电源未过载时，根据预先存储的数字值获得随后控制周期的第一电流基准信号；以及在外部电源过载时，将当前的第一检测信号减去电流调节步长以获得随后控制周期的第一电流基准信号。

优选地，产生第一电流基准信号包括：在外部电源未过载时，根据减计数器保存的计数值获得随后控制周期的第一电流基准信号；以及在外部电源过载时，减计数器逐个时钟周期地进行减计数运算，以获得随后控制周期的第一电流基准信号。

在步骤S03中，根据功率变换器的输入电压判断外部电源的过载状态，在外部电源过载时，所述充电器进入限流状态，其中逐步减小第一电流基准信号，直至外部电源恢复到未过载状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种自适应输入电流限制的充电器，包括：

功率变换器，从外部电源获得输入电流以及向负载提供输出电流作为充电电流；以及

电流反馈环路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较以产生第一误差信号，以及将第一误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第一误差信号调节输入电流，

其中，所述电流反馈环路根据功率变换器的输入电压判断外部电源的过载状态，在外部电源过载时，所述充电器进入限流状态，其中所述电流反馈环路逐步减小第一电流基准信号，直至外部电源恢复到未过载状态。

2.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述功率变换器包括功率开关器件，以及采用脉宽调制信号控制功率开关管的导通和断开，以调节功率变换器的输入电流。

3.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述电流反馈环路包括：

输入电流调节电路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较，以产生所述第一误差信号；

输入电压检测电路，将用于表征输入电压的第二检测信号与第一参考电压相比较，以产生第一电压信号；以及

输入电流基准电路，根据功率变换器的输入电压和输入电流产生第一电流基准信号，

其中，在第二检测信号大于第一参考电压时判定外部电源未过载，所述输入电流基准电路维持第一电流基准信号不变，

在第二检测信号小于第一参考电压时判定外部电源过载，在限流状态中，所述输入电流基准电路减小第一电流基准信号。

4.根据权利要求3所述的充电器，其中所述输入电流调节电路包括：

第一采样电阻，连接在功率变换器的输入端，使得输入电流流经第一采样电阻；

第一运算放大器，第一运算放大器的同相输入端连接第一采样电阻的高电位端，反相输入端连接第一采样电阻的低电位端，输出端提供用于表征输入电流的第一检测信号；以及

第二运算放大器，第二运算放大器的反相输入端接收第一检测信号，同相输入端接收第一电流基准信号，输出端提供第一误差信号。

5.根据权利要求3所述的充电器，其中所述输入电压检测电路包括：

由第一电阻和第二电阻组成的电阻分压器，第一电阻和第二电阻串联连接在功率变换器的输入端和地之间，在第一电阻和第二电阻的中间节点提供用于表征输入电压的第二检测信号；

第一比较器，第一比较器的同相输入端接收第二检测信号，同相输入端接收第一参考电压，输出端提供第一电压信号。

6.根据权利要求3所述的充电器，其中所述输入电流基准电路包括：

A/D转换电路，包括输入端、使能端和输出端，在输入端接收第一检测信号，在使能端接收第一电压信号，第一电压信号在外部电源未过载时禁用A/D转换电路，在外部电源过载时使能A/D转换电路从而在输出端提供表示第一检测信号的第一数字值；

存储电路，存储与第一电流基准信号相对应的第二数字值；

减法电路，从第二数字值减去预定的电流调节步长以获得第三数字值；以及

D/A转换电路，将第三数字值转换成模拟信号，以获得随后控制周期的第一电流基准信号，

其中，在外部电源始终未过载时，所述第二数字值对应于第一电流基准信号的预定值，

在外部电源过载时，所述第二数字值对应于当前过载状态的第一数字值，

在外部电源从过载恢复至未过载状态时，所述第二数字值对应于最后过载状态的第一数字值。

7.根据权利要求3所述的充电器，其中所述输入电流基准电路包括：

A/D转换电路，包括输入端、使能端和输出端，在输入端接收第一检测信号，在使能端接收第一电压信号，第一电压信号在外部电源未过载时禁用A/D转换电路，在外部电源过载时使能A/D转换电路，从而在输出端提供表示第一检测信号的第一数字值；

减法电路，从第一数字值减去预定的电流调节步长以获得第二数字值；

存储电路，存储与第一电流基准信号相对应的第三数字值；以及

D/A转换电路，将第三数字值转换成模拟信号，以获得随后控制周期的第一电流基准信号，

其中，在外部电源始终未过载时，所述第三数字值对应于第一电流基准信号的预定值，

在外部电源过载时，所述第三数字值对应于当前过载状态的第二数字值，

在外部电源从过载恢复至未过载状态时，所述第三数字值对应于最后过载状态的第二数字值。

8.根据权利要求3所述的充电器，其中所述输入电流基准电路包括：

减计数器，包括输入端、使能端和输出端，在输入端接收时钟信号，在使能端接收第一电压信号，第一电压信号在外部电源未过载时禁用减计数器，在外部电源过载时使能减计数器从而在输出端提供第一数字值；以及

D/A转换电路，将第一数字值转换成模拟信号，以获得随后控制周期的第一电流基准信号，

其中，在外部电源始终未过载时，所述第一数字值对应于减计数器的预设最大值，

在外部电源过载时，所述减计数器逐个时钟周期地进行减计数运算，

在外部电源从过载恢复至未过载状态时，所述减计数器停止减计数运算。

9.根据权利要求1所述的充电器，还包括以下至少之一：

输入电压控制环路，将用于表征输入电压的第三检测信号与第二参考电压相比较以产生第二误差信号，以及将第二误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第二误差信号调节输入电压；

输出电压控制环路，将用于表征输出电压的第四检测信号与第三参考电压相比较以产生第三误差信号，以及将第三误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第三误差信号调节输出电压；

输出电流控制环路，将用于表征输出电流的第五检测信号与第二电流基准信号相比较以产生第四误差信号，以及将第四误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第四误差信号调节输出电流。

10.根据权利要求9所述的充电器，其中，所述充电器包括所述电流反馈环路、所述输入电压控制环路、所述输出电压控制环路和所述输出电流控制环路，还包括：

误差信号选择电路，从第一至第四误差信号中选择误差信号的最小值提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据该最小值调节输入电流、输入电压、输出电流和输出电压中的至少一个。

11.根据权利要求10所述的充电器，其中，所述误差信号选择电路包括：

电流源；以及

第一二极管至第四二极管，

其中，第一二极管至第四二极管的阴极分别接收第一误差信号至第四误差信号，其阳极共同连接至公共节点以提供误差信号的最小值，电流源的输出端连接至公共节点。

12.一种自适应输入电流限制的充电器控制方法，包括：

采用功率变换器，从外部电源获得输入电流以及向负载提供输出电流作为充电电流；

采用电流反馈环路，将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较以产生第一误差信号，以及将第一误差信号提供给功率变换器，使得所述功率变换器根据第一误差信号调节输入电流；以及

根据功率变换器的输入电压判断外部电源的过载状态，在外部电源过载时，所述充电器进入限流状态，其中逐步减小第一电流基准信号，直至外部电源恢复到未过载状态。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，产生第一误差信号包括：

将用于表征输入电流的第一检测信号与第一电流基准信号相比较，以产生所述第一误差信号；

将用于表征输入电压的第二检测信号与第一参考电压相比较，以产生第一电压信号；以及

根据输入电压和输入电流产生第一电流基准信号，

其中，在第二检测信号大于第一参考电压时判定外部电源未过载，维持第一电流基准信号不变，

在第二检测信号小于第一参考电压时判定外部电源过载，在限流状态中，减小第一电流基准信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中产生第一电流基准信号包括：

在外部电源未过载时，根据预先存储的数字值获得随后控制周期的第一电流基准信号；以及

在外部电源过载时，将当前的第一检测信号减去电流调节步长以获得随后控制周期的第一电流基准信号。

15.根据权利要求13所述的方法，其中产生第一电流基准信号包括：

在外部电源未过载时，根据减计数器保存的计数值获得随后控制周期的第一电流基准信号；以及

在外部电源过载时，减计数器逐个时钟周期地进行减计数运算，以获得随后控制周期的第一电流基准信号。