CN109088449B - 电池充电电路及其控制电路和控制方法 - Google Patents

电池充电电路及其控制电路和控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了电池充电电路及其控制电路和方法。该电池充电电路包括具有至少一个开关管的开关电路，该开关电路为负载提供系统电压，并为一电池充电，该控制方法包括：在恒流充电阶段对充电电流反馈信号和充电电流参考信号的差值进行比例积分，产生偏置参考信号；将偏置参考信号与系统电压参考信号的和值同系统电压反馈信号相减，产生误差信号；对误差信号进行比例积分，产生偏置信号；将偏置信号与系统电压参考信号的和值同系统电压反馈信号与斜坡信号的和值相比较，产生比较信号；以及根据比较信号和固定时长控制信号，产生控制信号。

Description

电池充电电路及其控制电路和控制方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种电子电路，更具体地说，尤其涉及一种电池充电电路及其控制电路和控制方法。
背景技术
随着电子技术的发展，计算机系统在人们的日常生活中得到了的越来越广泛的应用，小至手持电子设备，如智能手机、平板电脑、电子书、数码相机，大至用于特定场合的电子设备，例如服务器、基站，以及其它消费类电子，如笔记本电脑、台式电脑、上网本等，均需要计算机系统。在计算机系统中，中央处理器(CPU)用于解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，电压调节器(VR)用来给中央处理器提供供电电压。在没有外部电源供电时，需要电池提供电能，从而电池充电电路也广泛的应用于计算机系统中。
由于供电电源和电池类型的多样化，电池充电电路需要对系统电压、充电电流及电池电压等多个变量进行控制。然而，不同变量的控制环路之间的切换不平滑会引起系统不稳定的问题。因此需要合理的设计电池充电电路以满足计算机系统的稳定性要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种电池充电电路及其控制电路和控制方法。
根据本发明的实施例，提出了一种电池充电电路的控制电路，该电池充电电路包括具有至少一个开关管的开关电路，该开关电路为负载提供系统电压，并为一电池充电，该控制电路包括：偏置参考电路，其第一输入端接收充电电流反馈信号，其第二输入端接收充电电流参考信号，偏置参考电路在电池电压大于第一阈值且小于第二阈值时对充电电流反馈信号与充电电流参考信号的差值进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号，其中第一阈值小于第二阈值；偏置产生电路，耦接至偏置参考电路的输出端以接收偏置参考信号，对偏置参考信号和系统电压参考信号的和值与系统电压反馈信号的差值进行比例积分，在输出端产生偏置信号；比较电路，其第一输入端接收偏置信号和系统电压参考信号的叠加信号，其第二输入端接收系统电压反馈信号和斜坡信号的叠加信号，在输出端产生比较信号；固定时长电路，输出固定时长控制信号；以及逻辑电路，接收比较信号和固定时长控制信号，在输出端输出控制信号，以控制开关电路中的至少一个开关管。
根据本发明的实施例，还提出了一种电池充电电路，包括：开关电路，具有至少一个开关管，该开关电路为系统负载提供系统电压，并为一电池充电；以及如上所述的控制电路。
根据本发明的实施例，还提出了一种电池充电电路的控制方法，该电池充电电路包括具有至少一个开关管的开关电路，该开关电路为负载提供系统电压，并为一电池充电，该控制方法包括：基于充电电流反馈信号和充电电流参考信号之间的差值，产生第一差值信号；在电池电压大于第一阈值且小于第二阈值时对第一差值信号进行比例积分，产生偏置参考信号，其中第一阈值小于第二阈值；将偏置参考信号与系统电压参考信号相加的和值同系统电压反馈信号相减，产生误差信号；对误差信号进行比例积分，产生偏置信号；将偏置信号和系统电压参考信号的叠加信号同系统电压反馈信号和斜坡信号的叠加信号相比较，产生比较信号；产生固定时长控制信号；以及根据比较信号和固定时长控制信号，产生控制信号。
根据本发明实施例，能够根据充电电流和电池电压的变化，相应的产生响应该变化的偏置参考信号，系统电压和偏置参考信号一起对开关电路的控制信号进行调节，从而将预充电阶段、恒流充电阶段以及恒压充电阶段下电池充电电路的输出信号(例如系统电压、充电电流或电池电压)调节至期望值。采用本发明的实施例，不仅改善了系统稳定性，还可以提高瞬态响应性能和系统抗扰动的能力。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了现有的电子设备100的电路框图；
图2示出了电池充电过程中的电压电流关系图；
图3示出了根据本发明一实施例的电子设备200的电路框图；
图4示出了根据本发明一实施例的电子设备300的电路框图；
图5a～5c示出了根据本发明实施例的开关电路101a～101c的电路图；
图6示出了根据本发明一实施例的控制电路104b的电路图；
图7示出了根据本发明又一实施例的控制电路104c的电路图；
图8示出了根据本发明再一实施例的控制电路104d的电路图；
图9示出了根据本发明又再一实施例的控制电路104e的电路图；
图10示出了根据本发明一实施例的电池充电电路的控制方法800的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。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。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1示出了现有的电子设备100的电路框图。电子设备100包括由具有至少一个开关管的开关电路11、开关管16及控制电路14组成的电池充电电路。电池充电电路和/或电池15为系统负载提供系统电压VSYS。开关电路11具有接收输入电压VIN的输入端和提供系统电压VSYS的输出端。当开关电路11与外部电源断开时，输入电压VIN为零，电池15通过开关管16提供系统电压VSYS；当开关电路11连接外部电源时，例如通过适配器耦接外部交流电压源或外部直流电压源，外部电源通过开关电路11提供系统电压VSYS，并通过开关16以充电电流IBATT对电池15充电。
图2示出了电池充电过程中的电压电流关系图。如图2所示，根据电池电压VBATT将充电过程分为四个阶段。阶段一为预充电，先用小电流IPRE对电池进行预充电，同时维持系统电压VSYS稳定在最小系统电压VSYS_REG_MIN。当电池电压VBATT大于第一阈值VBAT_PRE时转到下一阶段。阶段二为恒流充电，保持充电电流IBATT恒为电流参考ICC，对电池15快速充电，当电池电压VBATT达到第二阈值VBAT_REG时转到下一阶段。阶段三为恒压充电，逐渐减小充电电流IBATT，保池电池电压VBATT恒等于VBATT_REG。当充电电流IBATT降到ITERM时转到下一阶段。阶段四为充电终止，恒压充电结束，电池已基本充满，到此电池的充电过程结束。
继续如图1所示，电池充电电路的控制电路14包括系统电压VSYS、电池电压VBATT以及充电电流IBATT三个变量的控制环路。在为电池15充电的过程中，控制电路14通过三个控制环路切换来控制开关电路11的控制信号PWM，以调节电池充电电路的输出信号(例如系统电压VSYS、充电电流IBATT或电池电压VBATT)达到期望值。其中，每个变量的控制环路均需要误差放大器，而每个误差放大器又需要不同的补偿网络以维持电路的稳定，以致电路非常庞杂。同时，控制环路之间的切换可能会有问题，例如环路切换不平滑引起的系统不稳定的问题。
图3示出了根据本发明一实施例的电子设备200的电路框图。电子设备200包括由具有至少一个开关管的开关电路101、开关管106及控制电路104组成的电池充电电路、电压调节器(VR)102以及处理器103，其中处理器103包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、或专用集成电路(ASIC)等。电子设备100是计算机平台的一部分，电池充电电路、电池105及电压调节器102为计算机平台提供供电电源。电池充电电路和/或电池105为计算机平台提供系统电压VSYS，电压调节器102将系统电压VSYS转换为对处理器103供电的处理器电压VCORE。在一个实施例中，电池充电电路包括窄电压直流(NVDC)电池充电电路。开关电路101具有接收输入电压VIN的输入端和提供系统电压VSYS的输出端。当开关电路101连接外部电源时，外部电源通过开关电路101提供系统电压VSYS，并通过开关管106以充电电流IBATT对电池105充电。
在图3所示的实施例中，控制电路104包括偏置参考电路10、偏置产生电路20、比较电路30、固定时长电路40以及逻辑电路50。偏置参考电路10具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收充电电流反馈信号IBATT_fb，第二输入端接收充电电流参考信号IBATT_ref，偏置参考电路10在如图2所示的恒流充电阶段，即电池电压VBATT大于第一阈值VBAT_PRE且小于第二阈值VBAT_REG时，对充电电流反馈信号IBATT_fb与充电电流参考信号IBATT_ref的差值IBATT_er进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号VBIAS_ref。偏置产生电路20具有输入端和输出端，其中输入端耦接至偏置参考电路10的输出端以接收偏置参考信号VBIAS_ref，并对偏置参考信号VBIAS_ref与系统电压参考信号VSYS_ref相叠加的信号同系统电压反馈信号VSYS_fb的差值ER进行比例积分，在输出端产生偏置信号VBIAS。比较电路30具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收偏置信号VBIAS和系统电压参考信号VSYS_ref的叠加信号，第二输入端接收系统电压反馈信号VSYS_fb和斜坡信号VRAMP的叠加信号，比较电路将偏置信号VBIAS和系统电压参考信号VSYS_ref的叠加信号同系统电压反馈信号VSYS_fb和斜坡信号VRAMP的叠加信号相比较，在输出端输出比较信号SET。
固定时长电路40输出固定时长控制信号COT。在一个实施例中，固定时长电路40包括固定时长导通电路，即其所输出的固定时长控制信号COT在每一个开关周期，在开关电路104的至少一个开关管导通一段预设的固定时长后，输出一个脉冲信号。固定时长导通电路为本领域公知常识，在此不展开叙述。逻辑电路50接收比较信号SET和固定时长控制信号COT，在输出端输出控制信号CTRL至开关电路104，以控制开关电路104中的至少一个开关管的运行。
在图3所示的实施例中，偏置参考电路10包括第一差值电路110、比例积分电路120和模式控制电路140。第一差值电路110的输入端接收充电电流反馈信号IBATT_fb和充电电流参考信号IBATT_ref，在输出端输出第一差值信号IBATT_er。在一个实施例中，充电电流参考信号IBATT_ref等于电流参考ICC。在另一个实施例中，充电电流参考信号IBATT_ref与电流参考ICC有关。
在一个实施例中，若电池电压VBATT小于第一阈值VBATT_PRE，电池充电电路处于预充电阶段，模式控制电路140输出具有第一电平的使能信号EN，以禁用比例积分电路120，提供至偏置产生电路20的偏置参考信号VBIAS_ref为零。若电池电压VBATT大于第一阈值VBATT_PRE且小于第二阈值VBATT_REG，电池充电电路处于恒流充电阶段，模式控制电路140输出具有第二电平的使能信号EN，以使能比例积分电路120，并使得比例积分电路120在恒流充电阶段对第一差值信号IBATT_er进行比例积分，在输出端输出偏置参考信号VBIAS_ref。
根据本发明的实施例，在预充电阶段，比例积分电路120被禁用，偏置产生电路20单独地调整开关电路101的控制信号CTRL以调节系统电压VsYS稳定在最小系统电压VSYS_REG_MIN。在恒流充电阶段，偏置参考电路10根据第一差值信号IBATT_er产生偏置参考信号VBIAS_ref，偏置产生电路20基于此偏置参考信号VBIAS_ref产生偏置信号VBIAS来调整开关电路101的控制信号CTRL，以调节充电电流IBATT稳定在电流参考ICC。
图4示出了根据本发明一实施例的电子设备300的电路框图。与图3相比，图4所示的偏置参考电路10a除具有接收充电电流反馈信号IBATT_fb的第一输入端和接收充电电流参考信号IBATT_ref的第二输入端外，还具有第三输入端和第四输入端，其中第三输入端接收电池电压反馈信号VBATT_fb，第四输入端接收电池电压参考信号VBATT_ref。在一个实施例中，电池电压参考信号VBATT_ref等于第二阈值VBATT_REG。在另一个实施例中，电池电压参考信号VBATT_ref是与第二阈值VBATT_REG有关的信号。
在图4所示的实施例中，偏置参考电路10a包括第一差值电路110、第二差值电路130、比例积分电路120以及模式控制电路140。第二差值电路130接收电池电压反馈信号VBATT_fb和电池电压参考信号VBATT_ref，在输出端输出第二差值信号VBATT_er。在恒压充电阶段，即电池电压VBATT大于第二阈值VBATT_REG时，模式控制电路140输出具有第三电平的使能信号EN，以使能比例积分电路120，并使得比例积分电路120对第二差值信号VBATT_er进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号VBIAS_ref。也就是说，在恒压充电阶段，偏置参考电路10根据第二差值信号VBATT_er产生偏置参考信号VBIAS_ref，偏置产生电路20基于此偏置参考信号VBIAS_ref产生偏置信号VBIAS来调整开关电路10，1的控制信号CTRL，以调节电池电压VBATT稳定在第二阈值VBATT_REG。
图5a～5c示出了根据本发明实施例的开关电路101a～101c的电路图。如图5a所示，开关电路101a为降压(Buck)拓扑。开关电路101a包括耦接在其输入端和参考地之间的电容CIN、耦接在其输出端和参考地之间的电容CO、开关管Q1、Q2以及电感L。开关管Q1和开关管Q2在控制信号CTRL的控制下互补导通。开关管Q2也可以由二极管替代。
如图5b所示，开关电路101b为升压(Boost)拓扑。开关电路101b包括耦接在其输入端和参考地之间的电容CIN、耦接在其输出端和参考地之间的电容CO、开关管Q3、Q4以及电感L。开关管Q3和开关管Q4在控制信号CTRL1的控制下互补导通。开关管Q4也可以由二极管替代。
如图5c所示，开关电路101c为升降压(Buck-Boost)拓扑。开关电路101c包括耦接在其输入端和参考地之间的电容CIN、耦接在其输出端和参考地之间的电容CO，开关管Q1～Q4以及电感L。开关管Q1和开关管Q2在控制信号CTRL的控制下互补导通，开关管Q3和开关管Q4在控制信号CTRL1的控制下互补导通。开关管Q2和/或开关管Q4也可以由二极管替代。
此外，在图5a～5c所示的实施例中，流过电感L的电流为iL分别如图所示。本领域普通技术人员可以理解，开关电路101的具体结构不限于图5a～5c所示的实施例，也可以采用其它的电路拓扑。为简明起见，在此不一一例举。
图6示出了根据本发明一实施例的控制电路104b的电路图。在图6所示的实施例中，控制电路104b包括偏置参考电路10b、偏置产生电路20a、比较电路30a、固定时长电路40a以及逻辑电路50a。
在图6所示的实施例中，偏置参考电路10b包括第一差值电路110a、比例积分电路120a以及模式控制电路140a。第一差值电路110a包括由运算放大器OP1和电阻器R1～R4构成的第一减法电路。第一减法电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收充电电流反馈信号IBATT_fb，第二输入端接收充电电流参考信号IBATT_ref，在输出端产生第一差值信号IBATT_er。
模式判断电路140a基于电池电压VBATT来决定电池充电电路的充电阶段。如图6所示，模式判断电路140a包括比较器CP2，比较器CP2接收电池电压VBATT、第一阈值VBATT_PRE以及第二阈值VBATT_REG，在输出端提供使能信号EN。具体而言，当电池电压VBATT小于第一阈值VBATT_PRE，使能信号EN具有第一电平，表征预充电阶段。当电池电压VBATT小于第二阈值VBATT_REG且大于第一阈值VBATT_PRE，使能信号EN具有第二电平，表征恒流充电阶段。当电池电压VBATT达到第二阈值VBATT_REG，使能信号EN具有第三电平，表征恒压充电阶段。
比例积分电路120a包括运算放大器OP2、电阻器R5和R6以及电容器C1，比例积分电路120a接收第一差值信号IBATT_er，并在使能信号EN具有第二电平时对第一差值信号IBATT_er进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号VBIAS_ref。
在图6所示的实施例中，偏置产生电路20a包括加减运算电路210和比例积分电路220。加减运算电路210具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收偏置参考信号VBIAS_ref，第二输入端接收系统电压参考信号VSYS_ref，第三输入端接收系统电压反馈信号VSYS_fb，加减运算电路210将偏置参考信号VBIAS_ref与系统电压参考信号VSYS_ref相加的和值同系统电压反馈信号VSYS_fb相减，在输出端产生误差信号ER。
比例积分电路220a包括运算放大器OP3、电阻器R7和R8以及电容器C2，比例积分电路120a接收误差信号ER，对误差信号ER进行比例积分，在输出端产生偏置信号VBIAS。图6所示的比例积分电路120和220为本领域公知常识，在此不展开叙述。本领域内具有一般水平的技术人员应当注意，在其他实施例中，具有与比例积分电路类似功能的常见电路结构也可以用于作为比例积分电路120或220。
在图6所示的实施例中，控制电路104b进一步包括求和电路51和52。其中求和电路51具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至偏置产生电路20a的输出端以接收偏置信号VBIAS，第二输入端接收系统电压参考信号VSYS_ref。求和电路52具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收系统电压反馈信号VSYS_fb，第二输入端接收斜坡信号VRAMP。比较电路30a包括比较器CP1。比较器CP1具有同向输入端、反向输入端以及输出端，其中同向输入端耦接至求和电路51的输出端以接收偏置信号VBIAS与系统电压参考信号VSYS_ref的叠加信号，反向输入端耦接至求和电路52的输出端以接收系统电压反馈信号VSYS_fb与斜坡信号VRAMP的叠加信号，在输出端产生比较信号SET。
固定时长电路40a提供固定时长控制信号COT。在一个实施例中，固定时长控制信号COT用于控制图5a所示开关电路101a中开关管Q1的导通时长。在另一个实施例中，固定时长控制信号COT用于控制图5c所示开关电路101c中开关管Q1的导通时长。逻辑电路50a包括RS触发器FF1。RS触发器FF1具有置位输入端，复位输入端以及输出端，其中置位输入端耦接至比较电路30a的输出端以接收比较信号SET，复位输入端耦接至固定时长电路40a的输出端以接收固定时长控制信号COT，基于固定时长控制信号COT和比较信号SET，在输出端提供控制信号CTRL。在一个实施例中，控制电路104b输出的控制信号CTRL提供至图5a所示的开关电路101a以控制开关管Q1和Q2。在另一个实施例中，控制电路104a输出的控制信号CTRL提供至图5c所示的开关电路101c以控制开关管Q1和Q2。
图7示出了根据本发明又一实施例的控制电路104c的电路图。在图7所示的实施例中，控制电路104c包括偏置参考电路10c、偏置产生电路20b、比较电路30b、固定时长电路40a以及逻辑电路50a。其中偏置参考电路10c与偏置产生电路20b分别以数字电路来实现。
在图7所示的实施例中，偏置参考电路10c包括减法器110b和比例积分单元120b。减法器110b具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收充电电流反馈信号IBATT_fb的数字信号，第二输入端接收充电电流参考信号IBATT_ref的数字信号，减法器110b将充电电流反馈信号IBATT_fb的数字信号与充电电流参考信号IBATT_ref的数字信号相减，在输出端产生第一差值信号IBATT_er的数字信号。
比例积分单元120b的输入端耦接至减法器110b的输出端以接收第一差值信号IBATT_er的数字信号，比例积分单元120b在电池电压VBATT小于第二阈值VBATT_REG且大于第一阈值VBATT_PRE时对第一差值信号IBATT_er的数字信号进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号VBIAS_ref的数字信号。
偏置参考产生电路20b包括加减运算器210a、比例积分单元220b、模数转换电路240以及数模转换电路230。模数转换电路240具有输入端和输出端，其中输入端接收系统电压反馈信号VSYS_fb，在输出端产生系统电压反馈信号VSYS_fb的数字信号。加减运算器210a具有第一输入端、第二输入端、第三输入端以及输出端，其中第一输入端接收偏置参考信号VBIAS_ref的数字信号，其第二输入端接收系统电压参考信号VSYS_ref的数字信号，其第三输入端耦接至模数转换电路240的输出端以接收系统电压反馈信号VSYS_fb的数字信号，加减运算器210a将偏置参考信号VBIAS_ref的数字信号与系统电压参考信号VSYS_ref的数字信号相加的和值同系统电压反馈信号VSYS_fb的数字信号相减，在输出端产生误差信号ER的数字信号。比例积分单元220b的输入端耦接至加减运算器210a的输出端以接收误差信号ER的数字信号，比例积分单元220b对误差信号ER的数字信号进行比例积分，在输出端产生偏置信号VBIAS的数字信号。数模转换电路230的输入端耦接至比例积分单元220b的输出端以接收偏置信号VBIAS的数字信号，在输出端提供模拟形式的偏置信号VBIAS。
在图7所示的实施例中，控制电路104a进一步包括数模转换电路62、求和电路63和64。其中数模转换电路62的输入端接收系统电压参考信号VSYS_ref的数字信号，在输出端提供模拟形式的系统电压参考信号VSYS_ref。在一个实施例中，数模转换电路230的分辨率大于数模转换电路62的分辨率。
求和电路62具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至偏置产生电路20b的输出端以接收偏置信号VBIAS，第二输入端耦接至数模转换电路62的输出端以接收系统电压参考信号VSYS_ref。求和电路64具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收系统电压反馈信号VSYS_fb，第二输入端接收斜坡信号VRAMP。比较电路30a包括比较器CP3。比较器CP3具有同向输入端、反向输入端以及输出端，其中同向输入端耦接至求和电路63的输出端以接收偏置信号VBIAS与系统电压参考信号VSYS_ref的叠加信号，反向输入端耦接至求和电路64的输出端以接收系统电压反馈信号VSYS_fb与斜坡信号VRAMP的叠加信号，在输出端产生比较信号SET。
图8示出了根据本发明再一实施例的控制电路104d的电路图。在图8所示的实施例中，开关电路101包括至少一个开关管和与至少一个开关管耦接的电感L。控制环路104d将表征流过开关电路101电感电流的电流反馈信号k*ISENSE引入到控制环路中，相当于在系统电压控制环路中增加一个零点，以提高系统的稳定性能。
控制电路104d包括偏置参考电路10c(如图7所示)、偏置产生电路20b、数模转换电路62、求和电路63、电流采样电路71、比例放大电路81、求和电路65、比较电路30c、固定时长电路40a以及逻辑电路50a。电流采样电路71采样流过电感L的电流，产生电流采样信号ISENSE。上述采样可以通过采样电阻器、电流互感器或电流镜等方式实现，而且，电流采样电路71也可以通过采样流过各晶体管(例如图5a中开关管Q2)的电流来估算流过电感器L的电流并获取电流采样信号ISENSE。比例放大电路81的输入端耦接至电流采样电路71的输出端，在输出端提供与电流采样信号ISENSE成比例的电流反馈信号k*ISENSE。在一个实施例中，比例放大电路81可省略。本领域内具有一般水平的技术人员应当注意，在实际应用中，具有此类似功能的常见电路结构均可以用于作为比例放大电路81。求和电路65具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收系统电压反馈信号VSYS_fb，第二输入端接收斜坡信号VRAMP，第三输入端接收电流反馈信号k*ISENSE。
比较电路30c包括比较器CP4。比较器CP4具有同向输入端、反向输入端以及输出端，其中同向输入端耦接至求和电路63的输出端以接收偏置信号VBIAS和系统电压参考信号VSYS_ref的叠加信号，反向输入端耦接至求和电路65的输出端以接收系统电压反馈信号VSYS_fb、斜坡信号VRAMP以及电流反馈信号k*ISENSE三者的叠加信号，在输出端提供比较信号SET。
图9示出了根据本发明又再一实施例的控制电路104d的电路图。为了改善系统的瞬态响应性能，在图8的基础上，图9的控制电路104e将图8中的求和电路63被替换为图9所示的求和电路67，并进一步包括低通滤波电路66。低通滤波器电路66具有输入端和输出端，其中输入端接收表征开关电路101中电感电流IL的电流反馈信号k*ISENSE，在输出端产生平均电流信号IL_avg。平均电流信号IL_avg用来反映电流反馈信号k*ISENSE的直流分量。在一个实施例中，低通滤波电路66的滤波常数大于开关电路101的开关周期。求和电路67具有第一输入端、第二输入端、第三输入端以及输出端，其中第一输入端接收系统电压参考信号VSYS_ref，第二输入端接收偏置信号VBIAS，第三输入端耦接至低通滤波电路66的输出端以接收平均电流信号IL_avg。比较电路30d包括比较器CP5。比较器CP5具有同向输入端、反向输入端以及输出端，其中同向输入端耦接至求和电路67的输出端以接收偏置信号VBIAS、系统电压参考信号VSYS_ref以及平均电流信号IL_avg三者的叠加信号，反向输入端耦接至求和电路65的输出端以接收系统电压反馈信号VSYS_fb、斜坡信号VRAMP以及电流反馈信号IL_fb三者的叠加信号，在输出端提供比较信号SET。在图9所示的实施例中，平均电流信号IL_avg可以将电流反馈信号k*ISENSE中的直流分量抵消，只保留电流反馈信号k*ISENSE中的交流分量。根据本发明图9所示的实施例，有利于系统快速稳定，提高了系统的瞬态响应性能。
本领域技术人员可知控制电路不限于图3～9所示的具体实施例。例如，控制电路104a中比较电路的比较器的正相输入端和反相输入端可以互换，以与图6所示实施例相反的电平逻辑实现同样的功能。
图10示出了根据本发明一实施例的电池充电电路的控制方法800的流程图，该电池充电电路包括具有至少一个开关管和与至少一个开关管耦接的电感的开关电路，该开关电路为负载提供系统电压，并为一电池充电，该控制方法800包括步骤S811～S817。
在步骤S811，基于充电电流反馈信号和充电电流参考信号之间的差值，产生第一差值信号。
在步骤S812，在电池电压大于第一阈值且小于第二阈值时对第一差值信号进行比例积分，产生偏置参考信号。
在步骤S813，将偏置参考信号与系统电压参考信号相加的和值同系统电压反馈信号相减，产生误差信号。
在步骤S814，对误差信号进行比例积分，产生偏置信号。
在步骤S815，将偏置信号和系统电压参考信号的叠加信号同系统电压反馈信号和斜坡信号的叠加信号相比较，产生比较信号。
在步骤S816，产生固定时长控制信号。
在步骤S817，根据比较信号和固定时长控制信号，产生开关电路中至少一个开关管的控制信号。
在一个实施例中，产生偏置参考信号的方法还包括：基于电池电压反馈信号和电池电压参考信号之间的差值，产生第二差值信号；以及在电池电压大于第二阈值时对第二差值信号进行比例积分，产生偏置参考信号。
在一个实施例中，若电池电压小于第一阈值，误差信号等于系统电压参考信号与系统电压反馈信号的差值。
在一个实施例中，控制方法800进一步包括：采样开关电路的电感电流，产生电流反馈信号；对电流反馈信号进行滤波，产生平均电流信号；以及将偏置信号、平均电流信号以及系统电压参考信号三者相叠加的信号同系统电压反馈信号、斜坡信号以及电流反馈信号三者相叠加的信号进行比较，产生比较信号。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种电池充电电路的控制电路，该电池充电电路包括开关电路，该开关电路具有至少一个开关管和与至少一个开关管耦接的电感，该开关电路为负载提供系统电压，并为一电池充电，该控制电路包括：
偏置参考电路，其第一输入端接收充电电流反馈信号，其第二输入端接收充电电流参考信号，偏置参考电路在电池电压大于第一阈值且小于第二阈值时对充电电流反馈信号与充电电流参考信号的差值进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号，其中第一阈值小于第二阈值；
偏置产生电路，耦接至偏置参考电路的输出端以接收偏置参考信号，对偏置参考信号和系统电压参考信号的和值与系统电压反馈信号的差值进行比例积分，在输出端产生偏置信号；
第一加法电路，其第一输入端接收系统电压反馈信号和斜坡信号的叠加信号，第二输入端接收表征开关电路电感电流的电流反馈信号，第一加法电路将系统电压反馈信号和斜坡信号的叠加信号同电流反馈信号相加，在输出端产生第一和值信号；
低通滤波电路，其输入端接收电流反馈信号，低通滤波电路对电流反馈信号进行滤波，在输出端产生平均电流信号；
第二加法电路，其第一输入端接收偏置信号与系统电压参考信号相叠加的第二和值信号，其第二输入端接收平均电流信号，在输出端产生第二和值信号和平均电流信号相叠加的第三和值信号；
比较电路，其第一输入端接收第三和值信号，其第二输入端接收第一和值信号，在输出端产生比较信号；
固定时长电路，输出固定时长控制信号；以及
逻辑电路，接收比较信号和固定时长控制信号，在输出端输出控制信号，以控制开关电路中的至少一个开关管。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中偏置参考电路还具有第三输入端和第四输入端，其中第三输入端接收电池电压反馈信号，第四输入端接收电池电压参考信号，偏置参考电路在电池电压大于第二阈值时对电池电压反馈信号与电池电压参考信号的差值进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中在电池电压小于第一阈值时，误差信号等于系统电压参考信号与系统电压反馈信号相减的差值。
4.如权利要求1所述的控制电路，其中：
偏置参考电路包括：
第一差值电路，其第一输入端接收充电电流反馈信号，其第二输入端接收充电电流参考信号，在输出端产生表征充电电流反馈信号与充电电流参考信号差值的第一差值信号；
第一比例积分电路，其输入端耦接至第一差值电路的输出端以接收第一差值信号，第一比例积分电路在电池电压大于第一阈值且小于第二阈值时对第一差值信号进行比例积分，在输出端产生偏置参考信号；
偏置产生电路包括：
加减运算电路，其第一输入端接收偏置参考信号，其第二输入端接收系统电压参考信号，其第三输入端接收系统电压反馈信号，加减运算电路将偏置参考信号与系统电压参考信号相加的和值同系统电压反馈信号相减，在输出端产生误差信号；以及
第二比例积分电路，其输入端耦接至加减运算电路的输出端以接收误差信号，第二比例积分电路对误差信号进行比例积分，在输出端产生偏置信号。
5.如权利要求1所述的控制电路，进一步包括：
第一数模转换电路，其输入端接收系统电压参考信号的数字信号，在输出端提供模拟形式的系统电压参考信号至比较电路的第一输入端；以及
第二数模转换电路，其输入端接收偏置信号的数字信号，在输出端提供模拟形式的偏置信号至比较电路的第一输入端，其中第二数模转换电路的分辨率大于第一数模转换电路的分辨率。
6.一种电池充电电路，包括：
开关电路，具有至少一个开关管，为系统负载提供系统电压，并为一电池充电；以及
如权利要求1～5中任一项所述的控制电路。
7.一种电池充电电路的控制方法，该电池充电电路包括开关电路，该开关电路具有至少一个开关管和与至少一个开关管耦接的电感，该开关电路为负载提供系统电压，并为一电池充电，该控制方法包括：
基于充电电流反馈信号和充电电流参考信号之间的差值，产生第一差值信号；
在电池电压大于第一阈值且小于第二阈值时对第一差值信号进行比例积分，产生偏置参考信号，其中第一阈值小于第二阈值；
将偏置参考信号与系统电压参考信号相加的和值同系统电压反馈信号相减，产生误差信号；
对误差信号进行比例积分，产生偏置信号；
采样开关电路的电感电流，产生电流反馈信号；
对电流反馈信号进行滤波，产生平均电流信号；
将偏置信号、平均电流信号和系统电压参考信号三者相叠加的信号同系统电压反馈信号、电流反馈信号和斜坡信号三者相叠加的信号相比较，产生比较信号；
产生固定时长控制信号；以及
根据比较信号和固定时长控制信号，产生控制信号。
8.如权利要求7所述的控制方法，产生偏置参考信号的方法还包括：
基于电池电压反馈信号和电池电压参考信号之间的差值，产生第二差值信号；以及
在电池电压大于第二阈值时对第二差值信号进行比例积分，产生偏置参考信号。
9.如权利要求7所述的控制方法，其中在电池电压小于第一阈值时误差信号等于系统电压参考信号与系统电压反馈信号的差值。
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