CN114256894B - 充电管理电路和可充电电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电管理电路和可充电电子设备。充电管理电路包括充电模块、逻辑控制模块、保护模块、第一基准电流源、调节电阻和基准电压生成模块。第一基准电流源和调节电阻用于提供一调节电压，基准电压生成模块根据该调节电压得到表征充电截止电压的基准电压。其中，所述片外的调节电阻选自可调电阻，可通过改变调节电阻的电阻值来改变所述基准电压的值，从而达到灵活设置充电截止电压的目的。

Description

充电管理电路和可充电电子设备
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，更具体地涉及一种充电管理电路和可充电电子设备。
背景技术
锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比，可重复充电，使用寿命长，价格低等优点，已经广泛地用于便携电子设备和电动车等产品中。锂离子电池的不足之处在于对充电要求比较苛刻，在使用过程中不可过充或过放(否则会造成锂离子电池的损坏)，因此锂离子电池通常需要一个专门的保护元器件或保护芯片来保护电池的安全。现有技术通常采用电池管理芯片来管理锂离子电池的充电和放电过程，延长锂电池的使用寿命和提高电池的安全性。
图1示出根据现有技术的一种充电管理电路的电路示意图。如图1所示，该充电管理电路100包括充电控制端CO、电池电压检测端Vbat、接地端GND、输入电压端VCC、逻辑控制模块110、充电模块120以及保护模块130。充电控制端CO与待充电电池连接，充电模块120与充电控制端CO连接，用于对待充电电池进行充电控制。保护模块130与电池电压检测端Vbat连接，用于将电池电压与基准电压Vref进行比较，并根据比较结果向逻辑控制模块110输出保护信号，逻辑控制模块110根据该保护信号控制充电模块120的工作，以避免待充电电池在充电过程中出现过充电的问题。
在现有技术的一些高端的电池管理芯片中一般可以通过I2C接口或其他的一些通讯协议来调整所述基准电压的数值，从而可以根据具体情况灵活设置充电截止电压。但是在一些低端的电池管理芯片中，因为成本限制的因素，其充电截止电压或放电截止电压是固定的，从而限制了这类芯片的应用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低成本的充电管理电路和可充电电子设备，可灵活设置充电截止电压。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种充电管理电路，包括：充电模块，与待充电电池连接，以向待充电电池提供充电电流；逻辑控制模块，用于控制所述充电模块的工作；保护模块，与所述待充电电池连接，用于在所述待充电电池的电池电压大于表征充电截止电压的基准电压时向所述逻辑控制模块提供一保护信号，所述逻辑控制模块根据所述保护信号关闭所述充电模块；第一基准电流源和调节电阻，所述第一基准电流源与所述调节电阻连接，且二者的中间节点用于提供一调节电压；以及基准电压生成模块，接收所述调节电压，并根据所述调节电压生成所述基准电压。
可选的，所述基准电压生成模块包括：电压比较单元，所述电压比较单元用于将所述调节电压与多个参考电压中的至少一个进行比较，并根据比较结果生成一数字信号；以及数模转换器，所述数模转换器用于将所述数字信号进行转换以生成所述基准电压。
可选的，所述数字信号包括多个比特位的二进制数。
可选的，所述电压比较单元包括：与所述多个比特位一一对应的多个比较器，每个比较器用于将所述调节电压与接收的对应的参考电压进行比较，根据比较结果确定对应的比特位的值。
可选的，所述基准电压模块还包括：参考电压单元，用于提供所述多个参考电压，所述多个参考电压的电压值线性递增。
可选的，所述参考电压单元包括依次串联连接的第二基准电流源和多个电阻，每个所述电阻的第一端用于提供相应的一个参考电压。
可选的，所述基准电压生成模块还包括：开关阵列，所述开关阵列用于以二分法控制确定所述调节电压所在的参考电压区间，并从所述参考电压区间中的至少一个参考电压中选定一个参考电压，将选定的参考电压提供至所述多个比较器中的一个。
根据本发明实施例的另一发明，提供了一种可充电电子设备，包括：待充电电池；以及上述的充电管理电路。
本发明的充电管理电路包括充电模块、逻辑控制模块、保护模块、第一基准电流源、调节电阻和基准电压生成模块。第一基准电流源和调节电阻用于提供一调节电压，基准电压生成模块根据该调节电压得到表征充电截止电压的基准电压。其中，所述片外的调节电阻选自可调电阻，可通过改变调节电阻的电阻值来改变所述基准电压的值，从而达到灵活设置充电截止电压的目的。
进一步的，基准电压生成模块还包括电压比较单元、数模转换器和开关阵列，开关阵列采用二分法控制的方法确定该调节电压所在的参考电压区间，然后从参考电压区间中选择一个参考电压提供至电压比较单元，电压比较单元将调节电压与接收的参考电压进行比较，根据比较结果确定数字信号的一个比特位，通过采用二分法逐阶选择参考电压，直至获得数字信号的所有比特位，数模转换器将该数字信号转换为模拟量，从而得到所述基准电压，通过采用二分法选择参考电压，可以大大减少数字信号的位数和电压比较单元中比较器的数量，有利于减小电路面积和规模，进一步降低电路成本。
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他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据现有技术的一种充电管理电路的结构示意图；
图2示出根据本发明实施例的一种充电管理电路的结构示意图；
图3示出根据本发明第一实施例的一种基准电压生成模块的结构示意图；
图4示出根据本发明第二实施例的另一种基准电压生成模块的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
在本申请中，术语“电池组件”可以是单个电池，也可以是多个电池串联连接形成的电池组。如果是多个电池形成的电池组，则在电池组件中前一个电池的负极连接至下一个电池的正极。电池组件的正极指电池组中第一个电池的正极，电池组件的负极指电池组中最后一个电池的负极。
图2示出根据本发明实施例的一种充电管理电路的结构示意图。如图2所示，充电管理电路200包括逻辑控制模块210、充电模块220、保护模块230、基准电压生成模块240以及基准电流源Iref2和片外的调节电阻Rcv。充电模块220经充电控制端口CO与待充电电池(图中未示出)连接，以向待充电电池提供充电电流。逻辑控制模块210与充电模块220连接，用于控制充电模块220的工作。保护模块230与电池电压检测端Vbat连接，用于在待充电电池的电池电压大于表征充电截止电压的基准电压Vref时，向所述逻辑控制模块210提供一保护信号，逻辑控制模块210根据所述保护信号关闭充电模块220，以避免待充电电池在充电过程中出现过充电等问题。基准电流源Iref2与调节电阻Rcv连接，且二者的中间节点用于提供一调节电压Ve，基准电压生成模块240用于接收所述调节电压Ve，并根据所述调节电压Ve生成所述基准电压Vref。其中，所述片外的调节电阻Rcv选自可调电阻，可通过改变调节电阻Rcv的电阻值来改变所述基准电压Vref，从而达到灵活设置充电截止电压的目的。
图3示出根据本发明第一实施例的一种基准电压生成模块的结构示意图。如图3所示，基准电压生成模块340包括电压比较单元341和数模转换器342。电压比较单元341用于将所述调节电压Ve与多个参考电压进行比较，并根据比较结果生成一数字信号D。其中，参考电压的数量与基准电压生成模块的分辨率有关，对于n比特分辨率的基准电压生成模块，则需要n个参考电压(n为大于1的整数)。数模转换器342用于将所述数字信号D进行转换以生成所述基准电压Vref。
为了便于说明，图3中以8比特的基准电压生成模块为例，所述电压比较单元341包括多个与所述多个参考电压Vc1-Vc8对应设置的多个比较器comp1-comp8。其中，每个比较器的正相输入端用于接收所述调节电压Ve，反相输入端用于接收对应的参考电压。进一步的，所述多个参考电压Vc1-Vc8中的至少两个参考电压的电压值不相等，例如，所述多个参考电压的电压值逐渐递增，每个所述比较器通过将所述调节电压Ve与对应的参考电压进行比较，根据比较结果生成所述数字信号的一个比特位。例如，在调节电压Ve大于参考电压Vc1，且小于参考电压Vc2-Vc8时，比较器comp1输出高电平“1”，其余的比较器comp2-comp8输出低电平“0”，数字信号D为“00000001”。
需要说明，数模转换器342可以通过例如权电流DAC、R-2R梯形DAC、权电压DAC以及权电荷DAC等多种结构实现，以将二进制数字量形式的数字信号D转换为模拟量，本发明对此不做限制。
图4示出根据本发明第二实施例的另一种基准电压发生模块的结构示意图。如图4所示，基准电压发生模块440包括电压比较单元441、数模转换器442、开关阵列443以及参考电压单元444。其中，与第一实施例相同，电压比较单元441用于将调节电压Ve与多个参考电压进行比较，并根据比较结果生成一数字信号D，数模转换器442用于将数字信号D进行转换以生成所述基准电压Vref。
参考电压单元444用于生成所述多个参考电压。进一步的，参考电压单元444包括串联连接于电源电压VCC和地之间的基准电流源Iref2和多个电阻，所述多个电阻的第一端用于提供相应的参考电压。假设基准电压生成模块的分辨率为8比特，则需要8个等值的电阻R1-R8，电阻R1-R8依次串联连接在地和基准电流源Iref2之间，电阻R1的第一端用于提供参考电压Vc1，电阻R2的第一端用于提供参考电压Vc2，以此类推，电阻分压网络的两端分别为上限参考电压和下限参考电压。
开关阵列443与参考电压单元444连接，用于将多个参考电压Vc1-Vc8中的一个提供至所述电压比较单元441。进一步的，开关阵列443根据数字信号D以二分法输出所述参考电压，确定调节电压Ve所在的参考电压区间之后，将对应的参考电压提供至电压比较单元441，电压比较单元441将调节电压与接收的参考电压进行比较，根据比较结果确定数字信号D的一个比特位，然后再重复上述步骤，直至完成所有比特位的量化过程。
以8比特的基准电压生成模块为例，开关阵列443首先将参考电压Vc4提供至电压比较单元441，电压比较单元441将参考电压Vc4与调节电压Ve进行比较，根据比较结果确定数字信号D的最高位的值。若参考电压Vc4小于调节电压Ve，则数字信号D的最高位为“1”；若参考电压Vc4大于调节电压Ve，则数字信号D的最高位为“0”。开关阵列443再根据数字信号再次确定调节电压Ve所在的参考电压区间，若数字信号D的最高位为“1”，则开关阵列443将参考电压Vc6提供至电压比较单元441，电压比较单元441将参考电压Vc6与调节电压Ve进行比较，确定下一位的值；若数字信号D的最高位为“0”，则开关阵列443将参考电压Vc2提供至电压比较单元441，电压比较单元441将参考电压Vc2与调节电压Ve进行比较，确定下一位的值。以此类推，直至确定数字信号D所有比特位的值。
对于n比特的基准电压生成模块，本实施例的电压比较单元441仅需要比较log2 n次，所以本实施例的数字信号D仅需要log2 n个比特位，同样的，电压比较单元441也仅需要log2 n个比较器，可大大减少比较器的数量，减小电路面积和规模，降低成本。
综上所述，本发明的充电管理电路包括充电模块、逻辑控制模块、保护模块、第一基准电流源、调节电阻和基准电压生成模块。第一基准电流源和调节电阻用于提供一调节电压，基准电压生成模块根据该调节电压得到表征充电截止电压的基准电压。其中，所述片外的调节电阻选自可调电阻，可通过改变调节电阻的电阻值来改变所述基准电压的值，从而达到灵活设置充电截止电压的目的。
进一步的，基准电压生成模块还包括电压比较单元、数模转换器和开关阵列，开关阵列采用二分法控制的方法确定该调节电压所在的参考电压区间，然后从参考电压区间中选择一个参考电压提供至电压比较单元，电压比较单元将调节电压与接收的参考电压进行比较，根据比较结果确定数字信号的一个比特位，通过采用二分法逐阶选择参考电压，直至获得数字信号的所有比特位，数模转换器将该数字信号转换为模拟量，从而得到所述基准电压，通过采用二分法选择参考电压，可以大大减少数字信号的位数和电压比较单元中比较器的数量，有利于减小电路面积和规模，进一步降低电路成本。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种充电管理电路，其特征在于，包括：
充电模块，与待充电电池连接，以向待充电电池提供充电电流；
逻辑控制模块，用于控制所述充电模块的工作；
保护模块，与所述待充电电池连接，用于在所述待充电电池的电池电压大于表征充电截止电压的基准电压时向所述逻辑控制模块提供一保护信号，所述逻辑控制模块根据所述保护信号关闭所述充电模块；
第一基准电流源和调节电阻，所述第一基准电流源与所述调节电阻连接，且二者的连接节点用于提供一调节电压；以及
基准电压生成模块，接收所述调节电压，并根据所述调节电压生成所述基准电压，所述基准电压生成模块包括电压比较单元和一数模转换器，
所述电压比较单元用于将所述调节电压与多个参考电压中的至少一个进行比较，并根据比较结果生成一数字信号；
所述数模转换器用于将所述数字信号进行转换以生成所述基准电压；以及
开关阵列，所述开关阵列用于以二分法控制确定所述调节电压所在的参考电压区间，并从所述参考电压区间中的至少一个参考电压中选定一个参考电压，将选定的参考电压提供至多个比较器中的一个。
2.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述数字信号包括多个比特位的二进制数。
3.根据权利要求2所述的充电管理电路，其特征在于，所述电压比较单元包括：
与所述多个比特位一一对应的所述多个比较器，每个比较器用于将所述调节电压与接收的对应的参考电压进行比较，根据比较结果确定对应的比特位的值。
4.根据权利要求3所述的充电管理电路，其特征在于，所述基准电压生成模块还包括：
参考电压单元，用于提供多个参考电压，所述多个参考电压的电压值线性递增。
5.根据权利要求4所述的充电管理电路，其特征在于，所述参考电压单元包括依次串联连接的第二基准电流源和多个电阻，每个所述电阻的第一端用于提供相应的一个参考电压。
6.一种可充电电子设备，其特征在于，包括：
待充电电池；以及
权利要求1-5任一项所述的充电管理电路。
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