CN111224446B - 锂电池充电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂电池充电电路，包括：电压检测模块，所述电压检测模块用于检测电压；充电模块，所述充电模块的第一端与所述电压检测模块电连接，所述充电模块的第二端与VIN端电连接，所述充电模块的第三端与VDD端电连接，所述充电模块用于对锂电池进行充电；电流检测模块，所述电流检测模块与所述充电模块的第四端电连接，所述电流检测模块用于检测电流。本发明所提供的锂电池充电电路，利用电压检测模块、充电模块和电流检测模块，满足了锂电池充电时所需的三个充电阶段，减少了锂电池的报废率，电路结构简单，工作时功耗低，待机电流小，响应速度快，面积小成本低，可以添加在各种专用芯片内，也可以作为专用的锂电池充电IC。

Description

锂电池充电电路
技术领域
本发明涉及锂电池充电技术领域，特别涉及一种锂电池充电电路。
背景技术
锂电池是继镍镉、镍氢电池之后，可充电电池家族中的佼佼者。锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于手机、摄录像机、笔记本电脑、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。锂离子电池充电要求较高，当锂电池电压低于2.7V时是涓流充电，当锂电池电压大于2.7V时是恒流充电，并且涓流充电电流是恒流充电电流的1/10左右，当锂电池电压到4.2V时进行恒压充电，在恒压充电过程中，充电电流逐渐减少，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使锂电池报废。市面上往往存在的是专用的大功率的锂电池充电IC，当某一个应用需要锂电池充电时，必须额外的一个这样的专用充电IC，成本高，元件多。
发明内容
本发明提供了一种锂电池充电电路，其目的是为了解决锂电池在充电时容易过充而导致锂电池报废的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种锂电池充电电路，包括：
电压检测模块，所述电压检测模块用于检测电压；
充电模块，所述充电模块的第一端与所述电压检测模块电连接，所述充电模块的第二端与VIN端电连接，所述充电模块的第三端与VDD端电连接，所述充电模块用于对锂电池进行充电；
电流检测模块，所述电流检测模块与所述充电模块的第四端电连接，所述电流检测模块用于检测电流。
其中，所述电压检测模块包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端与VDD端电连接；
第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端电连接；
第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第三电阻的第二端与接地端电连接；
第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第一比较器的第二输入端与基准电压VREF1电连接；
第二比较器，所述第二比较器的第一输入端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第二比较器的第二输入端与所述第一比较器的第二输入端电连接；
第四电阻，所述第四电阻的第一端与VIN端电连接；
第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端电连接，所述第五电阻的第二端与接地端电连接；
第三比较器，所述第三比较器的第一输入端与所述第五电阻的第一端电连接，所述第三比较器的第二输入端与VDD端电连接。
其中，所述电压检测模块还包括：
逻辑控制单元，所述逻辑控制单元的第一输入端与所述第一比较器的输出端电连接，所述逻辑控制单元的第二输入端与所述第二比较器的输出端电连接，所述逻辑控制单元的第三输入端与所述第三比较器的输出端电连接。
其中，所述充电模块包括：
误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与基准电压VREF2电连接；
第一PMOS管，所述第一PMOS管的源极端与VDD端电连接；
密勒补偿电容，所述密勒补偿电容的第一端与所述误差放大器的第二输入端电连接，所述密勒补偿电容的第二端与所述第一PMOS管的漏极端电连接；
第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述密勒补偿电容的第二端电连接；
第七电阻，所述第七电阻的第一端与所述第六电阻的第二端电连接；
第一开关，所述第一开关的第一端与所述密勒补偿电容的第一端电连接，所述第一开关的第二端与所述第七电阻的第二端电连接；
第八电阻，所述第八电阻的第一端与所述第一开关的第二端电连接；
第九电阻，所述第九电阻的第一端与所述第八电阻的第二端电连接；
第二开关，所述第二开关的第一端与所述第一开关的第一端电连接，所述第二开关的第二端与所述第九电阻的第二端电连接；
第十电阻，所述第十电阻的第一端与所述第二开关的第二端电连接，所述第十电阻的第二端与接地端电连接；
第二PMOS管，所述第二PMOS管的源极端与VIN端电连接，所述第二PMOS管的栅极端与所述第一PMOS管的栅极端电连接，所述第二PMOS管的漏极端与VDD端电连接；
第三开关，所述第三开关的第一端与所述第六电阻的第一端电连接，所述第三开关的第二端与所述第二PMOS管的漏极端电连接；
第四开关，所述第四开关的第一端与所述第六电阻的第二端电连接，所述第四开关的第二端与所述第三开关的第一端电连接；
第五开关，所述第五开关的第一端与所述第八电阻的第二端电连接，所述第五开关的第二端与所述第四开关的第二端电连接。
其中，所述电流检测模块包括：
第三PMOS管，所述第三PMOS管的源极端与VDD端电连接，所述第三PMOS管的栅极端与所述第二PMOS管的栅极端电连接；
第十一电阻，所述第十一电阻的第一端与所述第三PMOS管的漏极端电连接，所述第十一电阻的第二端与接地端电连接；
第四比较器，所述第四比较器的第一输入端与基准电压VREF3电连接，所述第四比较器的第二输入端与所述第三PMOS管的漏极端电连接，所述第四比较器的输出端输出信号CHARGE_STOP。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明的上述实施例所述的锂电池充电电路，利用电压检测模块、充电模块和电流检测模块，满足了锂电池充电时所需的三个充电阶段，减少了锂电池的报废率，电路结构简单，工作时功耗低，待机电流小，响应速度快，面积小成本低，可以添加在各种专用芯片内，也可以作为专用的锂电池充电IC。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的具体电路图。
【附图标记说明】
1-电压检测模块；2-充电模块；3-电流检测模块；4-第一电阻；5-第二电阻；6-第三电阻；7-第一比较器；8-第二比较器；9-第四电阻；10-第五电阻；11-第三比较器；12-逻辑控制单元；13-误差放大器；14-第一PMOS管；15-密勒补偿电容；16-第六电阻；17-第七电阻；18-第一开关；19-第八电阻；20-第九电阻；21-第二开关；22-第十电阻；23-第二PMOS管；24-第三开关；25-第四开关；26-第五开关；27-第三PMOS管；28-第十一电阻；29-第四比较器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施第三比较器例进行详细描述。
本发明针对现有的锂电池在充电时容易过充而导致锂电池报废的问题，提供了一种锂电池充电电路。
如图1至图2所示，本发明的实施例提供了一种锂电池充电电路，包括：电压检测模块1，所述电压检测模块1用于检测电压；充电模块2，所述充电模块2的第一端与所述电压检测模块1电连接，所述充电模块2的第二端与VIN端电连接，所述充电模块2的第三端与VDD端电连接，所述充电模块2用于对锂电池进行充电；电流检测模块3，所述电流检测模块3与所述充电模块2的第四端电连接，所述电流检测模块3用于检测电流。
本发明的上述实施例所述的锂电池充电电路，主要由所述电压检测模块1、所述充电模块2、所述电流检测模块3构成，所述电压检测模块1用于检测电压，所述充电模块2用于实现锂电池充电所需的三个充电阶段：涓流充电、恒流充电和恒压充电，所述电流检测模块3用于检测电流。
其中，所述电压检测模块1包括：第一电阻4，所述第一电阻4的第一端与VDD端电连接；第二电阻5，所述第二电阻5的第一端与所述第一电阻4的第二端电连接；第三电阻6，所述第三电阻6的第一端与所述第二电阻5的第二端电连接，所述第三电阻6的第二端与接地端电连接；第一比较器7，所述第一比较器7的第一输入端与所述第二电阻5的第一端电连接，所述第一比较器7的第二输入端与基准电压VREF1电连接；第二比较器8，所述第二比较器8的第一输入端与所述第二电阻5的第二端电连接，所述第二比较器8的第二输入端与所述第一比较器7的第二输入端电连接；第四电阻9，所述第四电阻9的第一端与VIN端电连接；第五电阻10，所述第五电阻10的第一端与所述第四电阻9的第二端电连接，所述第五电阻10的第二端与接地端电连接；第三比较器11，所述第三比较器11的第一输入端与所述第五电阻10的第一端电连接，所述第三比较器11的第二输入端与VDD端电连接。
其中，所述电压检测模块1还包括：逻辑控制单元12，所述逻辑控制单元12的第一输入端与所述第一比较器7的输出端电连接，所述逻辑控制单元12的第二输入端与所述第二比较器8的输出端电连接，所述逻辑控制单元12的第三输入端与所述第三比较器11的输出端电连接。
其中，所述充电模块2包括：误差放大器13，所述误差放大器13的第一输入端与基准电压VREF2电连接；第一PMOS管14，所述第一PMOS管14的源极端与VDD端电连接；密勒补偿电容15，所述密勒补偿电容15的第一端与所述误差放大器13的第二输入端电连接，所述密勒补偿电容15的第二端与所述第一PMOS管14的漏极端电连接；第六电阻16，所述第六电阻16的第一端与所述密勒补偿电容15的第二端电连接；第七电阻17，所述第七电阻17的第一端与所述第六电阻16的第二端电连接；第一开关18，所述第一开关18的第一端与所述密勒补偿电容15的第一端电连接，所述第一开关18的第二端与所述第七电阻17的第二端电连接；第八电阻19，所述第八电阻19的第一端与所述第一开关18的第二端电连接；第九电阻20，所述第九电阻20的第一端与所述第八电阻19的第二端电连接；第二开关21，所述第二开关21的第一端与所述第一开关18的第一端电连接，所述第二开关21的第二端与所述第九电阻20的第二端电连接；第十电阻22，所述第十电阻22的第一端与所述第二开关21的第二端电连接，所述第十电阻22的第二端与接地端电连接；第二PMOS管23，所述第二PMOS管23的源极端与VIN端电连接，所述第二PMOS管23的栅极端与所述第一PMOS管14的栅极端电连接，所述第二PMOS管23的漏极端与VDD端电连接；第三开关24，所述第三开关24的第一端与所述第六电阻16的第一端电连接，所述第三开关24的第二端与所述第二PMOS管23的漏极端电连接；第四开关25，所述第四开关25的第一端与所述第六电阻16的第二端电连接，所述第四开关25的第二端与所述第三开关24的第一端电连接；第五开关26，所述第五开关26的第一端与所述第八电阻19的第二端电连接，所述第五开关26的第二端与所述第四开关25的第二端电连接。
本发明的上述实施例所述的锂电池充电电路，所述充电模块2主要由可切换工作状态的LDO模块构成，LDO模块包括了三种电路状态的切换和实现，所述充电模块2的工作原理：所述充电模块2检测，当检测到充电电压VIN的分压R4/(R4+R5)*VIN大于VDD时，其中，R4为所述第四电阻9，R5为所述第五电阻10；即所述第三比较器11输出高电平时，充电有效。在充电有效的状态下，如果锂电池电压小于2.7V，则所述第一比较器7与所述第二比较器8皆输出低电平，经过所述逻辑控制单元12，其中，所述逻辑控制单元12的第一输出端S1与所述第二开关21相对应，所述逻辑控制单元12的第二输出端S2与所述第五开关26相对应，所述逻辑控制单元12的第三输出端S3与所述第一开关18相对应，所述逻辑控制单元12的第四输出端S4与所述第四开关25相对应，所述逻辑控制单元12的第五输出端S5与所述第三开关24相对应；所述逻辑控制单元12的第三输出端S3和所述逻辑控制单元12的第四输出端S4为高电平，所述逻辑控制单元12的第一输出端S1、所述逻辑控制单元12的第二输出端S2和所述逻辑控制单元12的第五输出端S5为低电平，所述第一开关18和所述第四开关25闭合，所述第二开关21、所述第三开关24和所述第五开关26断开，此时充电模块2用涓流给锂电池进行充电，以保护锂电池，涓流充电电流大小为N*VREF2/(R8+R9+R10)，其中，R8为所述第八电阻19，R9为所述第九电阻20，R10为所述第十电阻22，N为所述第二PMOS管23与所述第一PMOS管14的尺寸比；当锂电池电压慢慢上升大于2.7V时，所述第一比较器7翻转为高电平，此时，所述逻辑控制单元12的第一输出端S1和所述逻辑控制单元12的第二输出端S2为高电平，所述逻辑控制单元12的第三输出端S3、所述逻辑控制单元12的第四输出端S4、所述逻辑控制单元12的第五输出端S5为低电平，所述第二开关21和所述第五开关26闭合，所述第一开关18、所述第三开关24和所述第四开关25断开，此时所述充电模块2用恒定的大电流给锂电池进行快速充电，快速充电电流大小为VREF2/R10；当锂电池电压上升大于4.1V时，所述第二比较器8翻转为高电平，此时，所述逻辑控制单元12的第三输出端S3和所述逻辑控制单元12的第五输出端S5为高电平，所述逻辑控制单元12的第一输出端S1、所述逻辑控制单元12的第二输出端S2和所述逻辑控制单元12的第四输出端S4为低电平，所述第一开关18和所述第三开关24闭合，所述第二开关21、所述第四开关25和所述第五开关26断开，此时充电模块2用恒定电压给锂电池进行充电，恒定电压大小为4.18V，所述密勒补偿电容15，保证各个状态下环路稳定，所述误差放大器13输出的大电流主要由所述第二PMOS管23提供，故所述第二PMOS管23的尺寸非常大，当不需要进行充电时，所述充电模块2会全部关闭，静态电流非常小。
其中，所述电流检测模块3包括：第三PMOS管27，所述第三PMOS管27的源极端与VDD端电连接，所述第三PMOS管27的栅极端与所述第二PMOS管23的栅极端电连接；第十一电阻28，所述第十一电阻28的第一端与所述第三PMOS管27的漏极端电连接，所述第十一电阻28的第二端与接地端电连接；第四比较器29，所述第四比较器29的第一输入端与基准电压VREF3电连接，所述第四比较器29的第二输入端与所述第三PMOS管27的漏极端电连接，所述第四比较器29的输出端输出信号CHARGE_STOP。
本发明的上述实施例所述的锂电池充电电路，所述电流检测模块3开始工作，当检测到输出电流小于100mA时，即所述第四比较器29输出信号CHARGE_STOP翻转为高电平时，结束充电，以保护锂电池，所述锂电池充电电路，电路结构简单，工作时功耗低，待机电流小，响应速度快，同时也具备锂电池充电满足的三个充电阶段，涓流充电、恒流充电和恒压充电，面积小成本低，可以添加在各种专用芯片内，例如MCU中，也可以作为专用的锂电池充电IC。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种锂电池充电电路，其特征在于，包括：
电压检测模块，所述电压检测模块用于检测电压；
充电模块，所述充电模块的第一端与所述电压检测模块电连接，所述充电模块的第二端与VIN端电连接，所述充电模块的第三端与VDD端电连接，所述充电模块用于对锂电池进行充电；
电流检测模块，所述电流检测模块与所述充电模块的第四端电连接，所述电流检测模块用于检测电流；
所述电压检测模块包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端与VDD端电连接；
第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端电连接；
第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第三电阻的第二端与接地端电连接；
第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第一比较器的第二输入端与基准电压VREF1电连接；
第二比较器，所述第二比较器的第一输入端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第二比较器的第二输入端与所述第一比较器的第二输入端电连接；
第四电阻，所述第四电阻的第一端与VIN端电连接；
第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端电连接，所述第五电阻的第二端与接地端电连接；
第三比较器，所述第三比较器的第一输入端与所述第五电阻的第一端电连接，所述第三比较器的第二输入端与VDD端电连接；
所述电压检测模块还包括：
逻辑控制单元，所述逻辑控制单元的第一输入端与所述第一比较器的输出端电连接，所述逻辑控制单元的第二输入端与所述第二比较器的输出端电连接，所述逻辑控制单元的第三输入端与所述第三比较器的输出端电连接；
所述充电模块包括：
误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与基准电压VREF2电连接；
第一PMOS管，所述第一PMOS管的源极端与VDD端电连接；
密勒补偿电容，所述密勒补偿电容的第一端与所述误差放大器的第二输入端电连接，所述密勒补偿电容的第二端与所述第一PMOS管的漏极端电连接；
第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述密勒补偿电容的第二端电连接；
第七电阻，所述第七电阻的第一端与所述第六电阻的第二端电连接；
第一开关，所述第一开关的第一端与所述密勒补偿电容的第一端电连接，所述第一开关的第二端与所述第七电阻的第二端电连接；
第八电阻，所述第八电阻的第一端与所述第一开关的第二端电连接；
第九电阻，所述第九电阻的第一端与所述第八电阻的第二端电连接；
第二开关，所述第二开关的第一端与所述第一开关的第一端电连接，所述第二开关的第二端与所述第九电阻的第二端电连接；
第十电阻，所述第十电阻的第一端与所述第二开关的第二端电连接，所述第十电阻的第二端与接地端电连接；
第二PMOS管，所述第二PMOS管的源极端与VIN端电连接，所述第二PMOS管的栅极端分别与所述第一PMOS管的栅极端和第三PMOS管的栅极端电连接，所述第二PMOS管的漏极端与VDD端电连接；
第三开关，所述第三开关的第一端与所述第六电阻的第一端电连接，所述第三开关的第二端与所述第二PMOS管的漏极端电连接；
第四开关，所述第四开关的第一端与所述第六电阻的第二端电连接，所述第四开关的第二端与所述第三开关的第一端电连接；
第五开关，所述第五开关的第一端与所述第八电阻的第二端电连接，所述第五开关的第二端与所述第四开关的第二端电连接；
所述逻辑控制单元的第一输出端S1与所述第二开关的第二端电连接，所述逻辑控制单元的第二输出端S2与所述第五开关的第二端电连接，所述逻辑控制单元的第三输出端S3与所述第一开关的第二端电连接，所述逻辑控制单元的第四输出端S4与所述第四开关的第二端电连接，所述逻辑控制单元的第五输出端S5与所述第三开关的第二端电连接。
2.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述电流检测模块包括：
第三PMOS管，所述第三PMOS管的源极端与VDD端电连接，所述第三PMOS管的栅极端与所述第二PMOS管的栅极端电连接；
第十一电阻，所述第十一电阻的第一端与所述第三PMOS管的漏极端电连接，所述第十一电阻的第二端与接地端电连接；
第四比较器，所述第四比较器的第一输入端与基准电压VREF3电连接，所述第四比较器的第二输入端与所述第三PMOS管的漏极端电连接，所述第四比较器的输出端输出信号CHARGE_STOP。
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