CN112445266A - 一种充电截止电流的调节电路和调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种充电截止电流的调节电路和调节方法，包括采样模块、电流镜模块、第一电阻和比较器，采样模块用于采样充电电流并输出与充电电流成比例的采样输出电流；电流镜模块用于按照1:k的镜像比镜像采样输出电流，获得采样输出电流放大k倍后的镜像输出电流；第一电阻一端连接镜像输出电流和比较器的负向输入端，另一端接地；比较器正向输入端连接基准电压，输出端产生充电截止信号，当第一电阻上的压降小于基准电压时，充电截止信号由低电平翻转为高电平，表示充电电流达到充电截止电流，停止充电；通过调节电流镜模块的镜像比可以调节充电截止电流的值。本发明的充电截止电流调节方案设计灵活且结构简单，同时保持了低功耗、高精度和易于集成的特点。

Description

一种充电截止电流的调节电路和调节方法
技术领域
本发明属于集成电路微电子设计中的电子电路设计领域，涉及一种充电截止电流的调节电路和调节方法。
背景技术
如图1所示是传统的充电截止电流选择电路，外部的充电电流ICHG经过采样电阻RS流入电池VBAT中。采样放大器AMP通过电阻R4与R5把外部的充电电流ICHG的电流信息转换为内部的电压信号V_ICHG，此时有：
Figure 644375DEST_PATH_IMAGE001
所以V_ICHG电压的大小此时也反映了充电电流ICHG的大小。然后通过一个比较器对电压信号V_ICHG进行判断比较，当电压信号V_ICHG小于某一电压基准时，比较器输出翻高实现充电截止。
为了调节充电截止电流的大小，传统方法是采用一个电压DAC产生一组电压值来调节电压基准，对于如图1所示的传统电源选择电路而言，在判断充电截止电流的时候，需要额外增加一个电压DAC电路以及其控制电路，一般来说额外的DAC都往往需要比较多的电阻矩阵实现，在一定程度上不利于降低成本的趋势，因此势必会增加电路的复杂程度与面积消耗。另外一般来说充电截止电流都比充电电流ICHG小的多，例如充电截止电流是0.1倍的ICHG，这样引入的另外一个问题就是比较器COMP的正相输入端的电压往往就会很低，在比较器COMP输入失调OFFSET的影响下，会大大降低充电截止电流的精度。
发明内容
针对上述传统充电截止电流调节方法存在的电路复杂、面积消耗大以及充电截止电流精度低的不足之处，本发明提出一种充电截止电流的调节电路和调节方法，将充电电流采样后通过电流镜放大，再将放大后的电流转换为电压信号并与一个固定基准电压进行比较，通过调节镜像比例即可调节充电截止电流的值，保证了充电截止电流精度高，而且添加的电流镜相比DAC结构简单，不需要复杂的电路设计和面积消耗。
本发明提出的调节电路的技术方案为：
一种充电截止电流的调节电路，包括采样模块、电流镜模块、第一电阻和比较器，
所述采样模块用于采样充电电流，输出与所述充电电流成比例的采样输出电流；
所述电流镜模块用于按照1:k的镜像比镜像所述采样输出电流，获得所述采样输出电流放大k倍后的镜像输出电流，其中k大于1；
第一电阻一端连接所述镜像输出电流和比较器的负向输入端，另一端接地；
比较器的正向输入端连接基准电压，其输出端产生充电截止信号，当第一电阻上的压降小于所述基准电压时，所述充电截止信号由低电平翻转为高电平，表示所述充电电流达到充电截止电流，停止充电；
通过调节所述电流镜模块的镜像比来调节所述充电截止电流的值。
具体的，所述采样模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一NMOS管、第二NMOS管、采样电阻和放大器，其中第四电阻和第五电阻为阻值相同的电阻；
所述充电电流流过采样电阻，采样电阻一端通过第五电阻后连接放大器的负向输入端，另一端通过第四电阻后连接放大器的正向输入端；
第一NMOS管的漏极连接放大器的正向输入端，其栅极连接放大器的输出端和第二NMOS管的栅极，其源极通过第三电阻后接地；
第二NMOS管的漏极作为所述采样模块的输出端，其源极通过第二电阻后接地；
第一NMOS管和第二NMOS管为相同的晶体管，第二电阻和第三电阻为阻值相同的电阻。
具体的，所述充电电流通过第一开关器件后连接负载，所述充电截止信号用于控制所述第一开关器件，当所述充电截止信号为低电平时，控制所述第一开关器件闭合；当所述充电截止信号翻转为高电平时，控制所述第一开关器件断开。
本发明提出的调节方案的技术方案为：
一种充电截止电流的调节方法，包括如下步骤：
步骤一、采样充电电流得到与所述充电电流成比例的采样输出电流；
步骤二、将所述采样输出电流按照1:k的镜像比进行镜像，得到所述采样输出电流放大k倍后的镜像输出电流，其中k大于1，根据对充电截止电流的要求调整k的取值；
步骤三、将所述镜像输出电流转换为对应的电压信号并与基准电压进行比较，当比较结果显示所述基准电压更大时表示所述充电电流达到充电截止电流，此时断开充电电流与负载的连接，停止充电。
本发明的有益效果为：本发明将充电电流采样转换为内部电流后通过镜像比例调节来调整充电截止电流，可以实现更灵活的充电截止电流调节方案，并保证了充电截止电流的精度；另外本发明采样电流只需要一个放大器，调节充电截止电流只需要引入一个电流镜结构，相比传统充电截止电流调节方法中采用的DAC结构而言，本发明大大简化了设计，节省了功耗和面积，同时保持了精度高且易于集成的特点。
附图说明
下面的附图有助于更好地理解下述对本发明不同实施例的描述，这些附图示意性地示出了本发明一些实施方式的主要特征。这些附图和实施例以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例。为简明起见，不同附图中具有相同功能的相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。
图1是传统充电截止电流选择电路的结构示意图。
图2是本发明提出的一种充电截止电流的调节电路在实施例中的一种具体实现结构示意图。
图3是采用本发明提出的一种充电截止电流的调节电路和调节方法时一些关键节点波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明进行详细地说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出的一种充电截止电流的调节电路，包括采样模块、电流镜模块、第一电阻R1和比较器COMP，其中采样模块用于采样充电电流ICHG并获得与充电电流ICHG成比例的采样输出电流ISNS。如图2所示给出了采样模块的一种具体实现结构，包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻、第五电阻、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、采样电阻RS和放大器AMP，第四电阻和第五电阻为阻值相同的电阻，电阻值都为RM；充电电流ICHG流过采样电阻RS，采样电阻RS的第一连接端通过第五电阻后连接放大器AMP的负向输入端，采样电阻RS的第二连接端通过第四电阻后连接放大器AMP的正向输入端；第一NMOS管NM1的漏极连接放大器AMP的正向输入端，其栅极连接放大器AMP的输出端和第二NMOS管NM2的栅极，其源极通过第三电阻R3后接地；第二NMOS管NM2的漏极作为采样模块的输出端，其源极通过第二电阻R2后接地。
本实施例中采样模块的工作原理为：外部的充电电流ICHG被采样放大器AMP采样转换为内部电流ISNS并流经第三电阻R3到地GND，此时电流信号ISNS的大小由采样电阻RS与第四电阻决定：
Figure 951728DEST_PATH_IMAGE002
另外因为设置第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2为相同的晶体管，第二电阻R2和第三电阻R3为阻值相同的电阻，所以流经第二NMOS管NM2或者第二电阻R2的电流也为ISNS，ISNS即为采样输出电流并从第二NMOS管NM2的漏极输出。
电流镜模块用于按照1:k的镜像比镜像采样输出电流ISNS，获得采样输出电流ISNS放大k倍后的镜像输出电流ISNS*k，其中k大于1。电流镜模块可以采用PMOS管构成的P型电流镜，电流镜的镜像比可以调节，调节方式可采用现有的任意公开方式，这里不做具体说明。
镜像输出电流ISNS*k流入第一电阻R1并形成压降，如图2所示，第一电阻R1一端连接镜像输出电流ISNS*k和比较器的负向输入端，另一端接地。流入第一电阻R1的电流I_R1为：
Figure 669149DEST_PATH_IMAGE003
而第一电阻R1上的电压V_IEOC此时就代表了充电电流ICHG放大k倍后的信息。
比较器的正向输入端连接基准电压REF_ICHG，负向输入端连接第一电阻R1上的电压V_IEOC，输出端产生充电截止信号OUT。当电压V_IEOC与基准电压REF_ICHG进行比较时，发现V_IEOC小于REF_ICHG后，意味着充电电流ICHG已经降低至正常充电电流ICHG的1/k，此时比较器COMP输出的充电截止信号OUT就会从低电平翻转为高电平，将充电电流ICHG与负载的连接断开，停止充电，实现充电截止功能。
下面结合图2和图3详细描述充电截止功能的实现，如图2所示充电电流ICHG和负载之间设置了第一开关器件SW，假设第一电阻R1的取值与第二电阻R2和第三电阻R3相同，即R1=R2=R3；当然第一电阻R1也可以取其他值。如图3所示是充电截止控制过程中一些关键节点的波形图。
当比较器COMP输出的充电截止信号OUT高电平时，第一开关器件SW断开，不充电，充电电流ICHG=0。
当比较器COMP输出的充电截止信号OUT为低电平时，第一开关器件SW闭合，充电，由于：
Figure 516888DEST_PATH_IMAGE004
则充电电流ICHG为：
Figure 721473DEST_PATH_IMAGE005
综上所述，本发明引入了电流镜结构，首先采样充电电流ICHG并转换为采样输出电流ISNS，再将采样输出电流ISNS通过电流镜结构镜像放大k倍，通过改变电流镜的比例来调整k的取值就可以实现充电截止电流的调节，且具有较高的充电截止电流精度；因此本发明中基准电压采用一个固定的值，不需要设置传统充电截止电流调节方法中的DAC结构，减少了电路设计的复杂度和面积消耗。
上述实施例给出了采样模块和电流镜模块的一些实现结构，但本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种充电截止电流的调节电路，其特征在于，包括采样模块、电流镜模块、第一电阻和比较器，
所述采样模块用于采样充电电流，输出与所述充电电流成比例的采样输出电流；
所述电流镜模块用于按照1:k的镜像比镜像所述采样输出电流，获得所述采样输出电流放大k倍后的镜像输出电流，其中k大于1；
第一电阻一端连接所述镜像输出电流和比较器的负向输入端，另一端接地；
比较器的正向输入端连接基准电压，其输出端产生充电截止信号，当第一电阻上的压降小于所述基准电压时，所述充电截止信号由低电平翻转为高电平，表示所述充电电流达到充电截止电流，停止充电；
通过调节所述电流镜模块的镜像比来调节所述充电截止电流的值。
2.根据权利要求1所述的充电截止电流的调节电路，其特征在于，所述采样模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一NMOS管、第二NMOS管、采样电阻和放大器，其中第四电阻和第五电阻为阻值相同的电阻；
所述充电电流流过采样电阻，采样电阻一端通过第五电阻后连接放大器的负向输入端，另一端通过第四电阻后连接放大器的正向输入端；
第一NMOS管的漏极连接放大器的正向输入端，其栅极连接放大器的输出端和第二NMOS管的栅极，其源极通过第三电阻后接地；
第二NMOS管的漏极作为所述采样模块的输出端，其源极通过第二电阻后接地；
第一NMOS管和第二NMOS管为相同的晶体管，第二电阻和第三电阻为阻值相同的电阻。
3.根据权利要求1或2所述的充电截止电流的调节电路，其特征在于，所述充电电流通过第一开关器件后连接负载，所述充电截止信号用于控制所述第一开关器件，当所述充电截止信号为低电平时，控制所述第一开关器件闭合；当所述充电截止信号翻转为高电平时，控制所述第一开关器件断开。
4.一种充电截止电流的调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采样充电电流得到与所述充电电流成比例的采样输出电流；
步骤二、将所述采样输出电流按照1:k的镜像比进行镜像，得到所述采样输出电流放大k倍后的镜像输出电流，其中k大于1，根据对充电截止电流的要求调整k的取值；
步骤三、将所述镜像输出电流转换为对应的电压信号并与基准电压进行比较，当比较结果显示所述基准电压更大时表示所述充电电流达到充电截止电流，此时断开充电电流与负载的连接，停止充电。
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