CN105356546B - 一种开关充电控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关充电控制电路，属于开关充电控制电路技术领域。所述的开关充电控制电路包括：一峰值电流检测电路，用于检测流过开关管的峰值充电电流；一充电电流设定电阻；一比较器，产生输出关断信号将开关管关断；一固定关断时间产生电路，在每周期固定关断时间后输出导通信号将开关管导通；一输出驱动电路用于驱动开关以及同步整流；一电池充饱判断电路，当电池充饱后输出关闭信号将输出关闭。本发明的开关充电控制电路工作于模式，不需要复杂的误差放大器、振荡器以及斜率补偿电路，大大降低了控制电路的设计难度和设计成本；同时省去了功率电阻，增加了充电效率的同时降低了系统的成本。
Description
技术领域
本发明属于开关充电控制电路技术领域，特别涉及一种开关充电控制电路。
背景技术
随着便携式设备的普及以及耗电量的增加，为了延长设备的待机与使用时间，设备所配备的电池也越来越大，加上大容量的移动电源的日益普及，这些都需要以较大的充电电流对设备进行充电，以加快充电速度减小充电时间，这就促进了开关充电方式的日益普及。
图1是传统的开关充电控制电路示意图，充电电流由电阻RS1设定，RS1处于充电电流的通路上，会产生较大的电阻损耗，所以RS1需要成本较高的功率电阻，这不仅会降低系统工作效率，而且增加系统成本；同时由于传统的开关充电控制电路工作于固定频率的PWM工作方式，控制电路需要误差放大器、振荡器以及斜率补偿电路，这些不但增加了设计的难度而且也会增加控制电路的设计成本。
发明内容
针对现有技术的弊端，本发明的目的在于提供一种开关充电控制电路。所述的开关充电控制电路为应用于移动电源等便携式设备领域的电池充电系统的开关充电控制电路。与传统开关充电电路相比，本发明的开关充电控制电路有以下两个优点：一是省去了功率电阻，增加了充电效率的同时降低了系统的成本；二是该控制电路工作于PFM模式，不需要复杂的误差放大器、振荡器以及斜率补偿电路，大大降低了控制电路的设计难度和设计成本。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种开关充电控制电路，包括：
一峰值电流检测电路CS，用于检测流过开关管MP1的峰值充电电流IPK，峰值电流IPK经过1/n比例镜像后经充电电流设定电阻RS1流出到地；
一充电电流设定电阻RS1，用于设定充电电流，其将峰值电流检测电路CS检测到的峰值电流IPK的镜像电流IPK/n转换为电压；
一比较器PWM，检测到充电电流达到峰值IPK时，输出关断信号OFF将开关管MP1关断；
一固定关断时间产生电路TOFF，在每周期固定关断时间后输出导通信号ON将开关管MP1导通；
一输出驱动电路DRIVER用于驱动开关PMOS MP1以及同步整流NMOS MN1；
一电池充饱判断电路FULL，当电池充饱后输出关闭信号将输出关闭。
上述的开关充电控制电路，输入电源VIN与所述开关PMOS MP1的源级以及所述峰值电流检测电路CS的第一输入端连接，所述开关PMOS MP1的漏极与所述峰值电流检测电路CS的第二输入端连接，同时与电感L1的一端和整流NMOS MN1的漏极连接；电感L1的另一端接被充电电池的正极；所述整流NMOS MN1的源级接地；所述峰值电流检测电路CS的输出接充电电流设定电阻RS1的一端和比较器PWM的正输入端，所述充电电流设定电阻RS1的另一端接地，所述比较器PWM的负输入端接一参考电压VREF；所述比较器PWM的输出接固定关断时间产生电路TOFF的输入，同时接RS触发器的复位端R，固定关断时间产生电路TOFF的输出端接RS触发器的置位端S；RS触发器输出端Q接输出驱动电路DRIVER的输入，输出驱动电路DRIVER输出的驱动信号DRP和DRN分别接开关管MP1的栅极和整流管MN1的栅极；所述电池充饱判断电路FULL的输入接被充电电池的正极，输出接输出驱动电路DRIVER；被充电电池的负极接地。
本发明所述的开关充电控制电路，在功率开关PMOS MP1关断时，固定关断时间产生电路TOFF开始计时，在开关管MP1关断时间达到固定关断时间产生电路TOFF所设定的固定关断时间时输出信号ON到RS触发器置位，使驱动电路DRIVER输出控制信号将开关管MP1导通，同时将整流管MN1关闭，充电电流由输入电源VIN经开关管MP1、电感L1、电池Battery到地，在电感L1作用下充电电流逐渐增加；电流检测电路CS将流过开关管MP1的峰值电流IPK经过1/n比例镜像后经电流设定电阻RS1流出到地，在电流设定电阻RS1上产生一个与充电电流成比例的电压信号，当该电压值达到参考电压VREF时，PWM比较器输出OFF信号将RS触发器复位，使驱动电路DRIVER输出控制信号将开关管MP1关闭，同时使整流管MN1导通，此时电感电流经电池Battery、地、整流管MN1再回到电感继续给电池充电，同时在OFF信号触发下固定关断时间产生电路TOFF开始计时，MP1关断时间达到TOFF所设定的固定关断时间时输出信号ON将RS触发器置位，使驱动电路DRIVER输出控制信号将开关管MP1导通，同时将整流管MN1关闭；整个开关电路如此重复着上述过程对被充电电池进行充电，直到电池充饱判断电路FULL检测到电池已经充饱时，输出信号关闭控制电路，充电过程结束。
由上述工作过程可以得到MP1导通时的峰值电流为IPK，经CS电路镜像后流到RS1的电流为IPK/n，可以得到下面公式：
得到其中n为电路设定的电流镜像比例；
在MP1关断时，关断时间为固定时间TOFF,可以得到下面公式：
得到其中VBAT为电池电压，△i为电感峰峰值电流；
所以平均充电电流为：
从而得到电路充电电流为：
作为优选的实施方式，本发明在实际实施时，还包括提供电压基准的模块、提供偏置电流的模块等一些集成电路领域的公知模块。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1.本发明的开关充电控制电路省去了功率电阻，增加了充电效率的同时降低了系统的成本。
2.本发明的开关充电控制电路工作于PFM模式，不需要复杂的误差放大器、振荡器以及斜率补偿电路，大大降低了控制电路的设计难度和设计成本。
附图说明
图1是传统的开关充电控制电路示意图；
图2是使用本发明的开关充电控制电路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图2所示，本发明提供了一种开关充电控制电路，包括：
一峰值电流检测电路CS，用于检测流过开关管MP1的峰值充电电流IPK，峰值电流IPK经过1/n比例镜像后经充电电流设定电阻RS1流出到地；
一充电电流设定电阻RS1，用于设定充电电流，其将峰值电流检测电路CS检测到的峰值电流IPK的镜像电流IPK/n转换为电压；
一比较器PWM，检测到充电电流达到峰值IPK时，输出关断信号OFF将开关管MP1关断；
一固定关断时间产生电路TOFF，在每周期固定关断时间后输出导通信号ON将开关管MP1导通；
一输出驱动电路DRIVER用于驱动开关PMOS MP1以及同步整流NMOS MN1；
一电池充饱判断电路FULL，当电池充饱后输出关闭信号将输出关闭。
上述的开关充电控制电路，输入电源VIN与所述开关PMOS MP1的源级以及所述峰值电流检测电路CS的第一输入端连接，所述开关PMOS MP1的漏极与所述峰值电流检测电路CS的第二输入端连接，同时与电感L1的一端和整流NMOS MN1的漏极连接；电感L1的另一端接被充电电池的正极；所述整流NMOS MN1的源级接地；所述峰值电流检测电路CS的输出接充电电流设定电阻RS1的一端和比较器PWM的正输入端，所述充电电流设定电阻RS1的另一端接地，所述比较器PWM的负输入端接一参考电压VREF；所述比较器PWM的输出接固定关断时间产生电路TOFF的输入，同时接RS触发器的复位端R，固定关断时间产生电路TOFF的输出端接RS触发器的置位端S；RS触发器输出端Q接输出驱动电路DRIVER的输入，输出驱动电路DRIVER输出的驱动信号DRP和DRN分别接开关管MP1的栅极和整流管MN1的栅极；所述电池充饱判断电路FULL的输入接被充电电池的正极，输出接输出驱动电路DRIVER；被充电电池的负极接地。
本发明所述的开关充电控制电路，在功率开关PMOS MP1关断时，固定关断时间产生电路TOFF开始计时，在开关管MP1关断时间达到固定关断时间产生电路TOFF所设定的固定关断时间时输出信号ON到RS触发器置位，使驱动电路DRIVER输出控制信号将开关管MP1导通，同时将整流管MN1关闭，充电电流由输入电源VIN经开关管MP1、电感L1、电池Battery到地，在电感L1作用下充电电流逐渐增加；电流检测电路CS将流过开关管MP1的峰值电流IPK经过1/n比例镜像后经电流设定电阻RS1流出到地，在电流设定电阻RS1上产生一个与充电电流成比例的电压信号，当该电压值达到参考电压VREF时，PWM比较器输出OFF信号将RS触发器复位，使驱动电路DRIVER输出控制信号将开关管MP1关闭，同时使整流管MN1导通，此时电感电流经电池Battery、地、整流管MN1再回到电感继续给电池充电，同时在OFF信号触发下固定关断时间产生电路TOFF开始计时，MP1关断时间达到TOFF所设定的固定关断时间时输出信号ON将RS触发器置位，使驱动电路DRIVER输出控制信号将开关管MP1导通，同时将整流管MN1关闭；整个开关电路如此重复着上述过程对被充电电池进行充电，直到电池充饱判断电路FULL检测到电池已经充饱时，输出信号关闭控制电路，充电过程结束。
由上述工作过程可以得到MP1导通时的峰值电流为IPK，经CS电路镜像后流到RS1的电流为IPK/n，可以得到下面公式：
得到其中n为电路设定的电流镜像比例；
在MP1关断时，关断时间为固定时间TOFF,可以得到下面公式：
得到其中VBAT为电池电压，△i为电感峰峰值电流；
所以平均充电电流为：
从而得到电路充电电流为：
作为优选的实施方式，本发明在实际实施时，还包括提供电压基准的模块、提供偏置电流的模块等一些集成电路领域的公知模块，这里不再一一描述。
本发明的开关充电控制电路省去了功率电阻，增加了充电效率的同时降低了系统的成本；充电控制电路工作于PFM模式，不需要复杂的误差放大器、振荡器以及斜率补偿电路，大大降低了控制电路的设计难度和设计成本。
以上实施例仅是本发明的特定实施方式，而非对本发明的限制，凡本领域的技术人员依据本发明的构思通过分析推理做出一些调整和改变，皆为本发明的要义所在，应视为在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种开关充电控制电路，其特征在于，所述开关充电控制电路包括：
一峰值电流检测电路CS，用于检测流过开关管MP1的峰值充电电流IPK，峰值电流IPK经过1/n比例镜像后经充电电流设定电阻RS1流出到地；
一充电电流设定电阻RS1，用于设定充电电流，其将峰值电流检测电路CS检测到的峰值电流IPK的镜像电流IPK/n转换为电压；
一比较器PWM，检测到充电电流达到峰值IPK时，输出关断信号OFF将开关管MP1关断；
一固定关断时间产生电路TOFF，在每周期固定关断时间后输出导通信号ON将开关管MP1导通；
一输出驱动电路DRIVER用于驱动开关PMOS MP1以及同步整流NMOS MN1；
一电池充饱判断电路FULL，当电池充饱后输出关闭信号将输出关闭。
2.根据权利要求1所述的开关充电控制电路，其特征在于：输入电源VIN与所述开关PMOS MP1的源级以及所述峰值电流检测电路CS的第一输入端连接，所述开关PMOS MP1的漏极与所述峰值电流检测电路CS的第二输入端连接，同时与电感L1的一端和整流NMOS MN1的漏极连接；电感L1的另一端接被充电电池的正极；所述整流NMOS MN1的源级接地；所述峰值电流检测电路CS的输出接充电电流设定电阻RS1的一端和比较器PWM的正输入端，所述充电电流设定电阻RS1的另一端接地，所述比较器PWM的负输入端接一参考电压VREF；所述比较器PWM的输出接固定关断时间产生电路TOFF的输入，同时接RS触发器的复位端R，固定关断时间产生电路TOFF的输出端接RS触发器的置位端S；RS触发器输出端Q接输出驱动电路DRIVER的输入，输出驱动电路DRIVER输出的驱动信号DRP和DRN分别接开关管MP1的栅极和整流管MN1的栅极；所述电池充饱判断电路FULL的输入接被充电电池的正极，输出接输出驱动电路DRIVER；被充电电池的负极接地。
3.根据权利要求1所述的开关充电控制电路，其特征在于：还包括提供电压基准的模块。
4.根据权利要求1所述的开关充电控制电路，其特征在于：还包括提供偏置电流的模块。
5.权利要求1～4任一项所述的开关充电控制电路用于电池充电系统。
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