CN114336874A - 一种低电压充电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于充电电路技术领域，具体的说是涉及一种低电压充电电路。本发明采用对峰值电流进行限制，当电感电流到达设定的峰值后，关闭上管，启动timer，采用非同步模式，使得电感电流以一定的斜率下降，当电流下降到0后，停止timer计时，对电感电流下降时间进行采样，同时对采样的时间做K倍处理，通过设置合适的峰值，和K最终得到充电电流的平均值。本发明实现恒流控制，能简化采样电路的设计难度。
Description
技术领域
本发明属于充电电路技术领域，具体的说是涉及一种低电压充电电路。
背景技术
现有的低压充电电路通常采用两种方法：1.增加一路线性充电的方式对电池进行充电，当电池电压低于一定值以后关闭开关充电电路，打开线性充电电路；2.采用闭环的方式对电流进行控制，但这种方法有3个缺点：A.由于电池电压变化范围较宽，对于单节电池0-5V范围，对于多节电池电压范围为0-5*节数，对于目前消费电子常用的1-4节，电压范围为0-20V，采样电路共模电压范围宽，同时低电压下充电电流通常小于0.5A，因此对采样电路的精度要求高，设计难度大；B.由于采用闭环的方式环路稳定性需要考虑，需要对环路进行补偿，导致设计难度加大，电路复杂。C.由于电池电压较低，电感电流下降斜率小，导致占空比很难控制。
如图1所示，采样充电电流，对输出电流进行控制，如图1中虚线框所示，该技术主要有两个难点：A.由于VBAT低电压工作电压范围宽，单节范围0-5V，多节为0-N*5V(N表示节数)，采样电路共模电平非常宽，难以实现(AMP电路)，设计难度大。B.由于电池电压较低，电流下降速率非常慢，对小电流充电占空比很难控制。
额外增加线性充电电路，额外增加恒流通路对低电压进行充电，如图1中右上角部分，该部分的跨导放大器和MS管为额外电路。当电池电压低时，关闭虚线框内的所有电路，用GM和MS组成的线性电路对电池进行充电，采用该方法的缺点在于额外增加线性电路，面积较大，且VIN和VBAT压差大，MS上的损耗大，芯片可能发热。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种低电压充电电路。本发明采用对峰值电流进行限制，当电感电流到达设定的峰值后，关闭上管，启动timer，采用非同步模式，使得电感电流以一定的斜率下降，当电流下降到0后，停止timer计时，对电感电流下降时间进行采样，同时对采样的时间做K倍处理，通过设置合适的峰值，和K最终得到充电电流的平均值。
本发明的技术方案是：
一种低电压充电电路，包括驱动模块、第一功率MOS管、第二功率MOS管、电感、电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电流源和电池；其特征在于，还包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四电阻、第五电阻、定时器、脉冲控制电路和RS触发器；所述第一功率MOS管的漏极接电源，其栅极接驱动模块输出的驱动信号，第一功率MOS管的源极接第二功率MOS管的漏极，第二功率MOS管的栅极接驱动模块输出的驱动信号，第二功率MOS管的源极接地，所述第二功率MOS管含有体二极管；第一功率MOS管源极和第二功率MOS管漏极的连接点接电感的一端和第一比较器的正输入端，电感的另一端通过电容后接地和第一比较器的负输入端；电感的另一端接第一电阻、第三电阻的一端，第一电阻的另一端接电流源的输入端和第二比较器的正输入端，电流源的输出端接地；第三电阻的另一端接第二电阻的一端、电池的正极和第四电阻的一端，第二电阻的另一端接第二比较器的负输入端，电池的负极接地；电池的正极和第四电阻的连接点为输出端；第四电阻的另一端接第三比较器的正输入端和第五电阻的一端，第五电阻的另一端接地，第三比较器的负输入端接基准电压；第一比较器的输出端接定时器的输入端，定时器的输出端接脉冲控制电路的输入端，脉冲控制电路的输出端接RS触发器的S端；第二比较器的输出端接RS触发器的R输入端，第三比较器的输出端接第二比较器的使能端；RS触发器的输出端接驱动模块的输入端。
进一步的，所述第三比较器用于判断电池的电压是否满足
其中VBAT是电池电压，VREF是基准电压，R3是第四电阻阻值，R4是第五电阻阻值；若是，则第三比较器输出高电平信号使能第二比较器，否则第三比较器输出低电平信号。
进一步的，当第二比较器使能后，第二比较器的输出信号用于控制RS触发器的输出从而控制驱动模块，具体为：当电池电压满足
时，定义电池工作在低电压状态，此时第二比较器使能，通过驱动模块控制第一功率MOS管打开，直至电感电流上升到IPEAK时关闭第一功率MOS管，其中IPEAK的值为
其中I0为电流源电流，R1为第一电阻阻值，RSNS为第二电阻阻值；从第一功率MOS管打开，电感电流开始上升到电感电流上升到IPEAK的时间设定为第一时间T1，且
其中L为电感值，Vin为输入端电压，Vout为输出端电压。
进一步的，第一功率MOS管关闭以后，电感电流通过第二功率MOS管的体二极管续流，电感电流下降到0时的时间设定为第二时间T2，且
其中Vd为二极管电压。
进一步的，在第一功率MOS管关闭的同时，第一比较器输出过零检测信号到定时器，从而通过定时器对第二时间T2进行采样，当电感电流下降到0后，对定时器中的采样时间进行放大获得第三时间T3，在第三时间T3时间段内，定时器输出脉冲信号到脉冲控制电路，脉冲控制电路将脉冲信号限制在设定的标准内输出到RS触发器的S端，从而在第三时间T3内，RS触发器的输出信号恒定，并通过驱动模块关闭第一功率MOS管和第二功率MOS管；在T3时间结束后，再次控制打开第一功率MOS管。
进一步的，由第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3构成开关周期T，T＝T1+T2+T3。
进一步的，在整个开关周期的平均充电电流为：
本发明的有益效果是：本发明的低电压下采用峰值限流的方式，非同步模式，通过对电感电流下降时间进行采样，并进行的K倍计算，来再次打开MH，实现恒流控制，简化采样电路的设计难度。
附图说明
图1为传统的低压充电电路。
图2为本发明的低压充电电路。
图3为本发明的低压充电电路工作流程图。
图4为T2时间采样电路和K倍乘电路。
图5为本发明电路工作中的关键结点波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
如图2所示，本发明的电路中，COMP1,COMP2，COMP3，Timer组成了最重要的控制部分，其工作原理入下：当VBAT电压低于一定值时通过COMP3判断，若
时认为VBAT电压较低，来使能相关电路工作，处于VBAT低电压工作状态；此时当MH打开，电感电流上升，当电感电流上升到设定PEAK时，关闭上管，时间为T1，
图中IPEAK由RSNS和I0,R1共同决定，
当MH关闭以后，电感电流通过ML的体二极管续流，电感电流下降，下降到0时的时间为T2,
在上管关闭后，同时打开Timer对T2时间进行采样，当电感电流下降到0以后，对TIMER中的时间T2进行K被放大，形成T3，T3中MH,LS一直保持关闭状态，当KT3结束后再次打开MH，这样形成整个开关周期T＝T1+T2+T3，整个开关周期的平均充电电流为：
由于VIN>>VOUT，使得T1<<T2,T3；T3＝K*T2因此
通过设置I0,R1/RSNS,k,实现充电电流的控制。图3为工作流程图。
图4为T2时间K倍采样电路，当MH关闭后I1对电容C进行充电，VRAMP开始上升，当IL下降到0，ZCD检测到该状态，此时间即为T2，同时打开电流源I2，对电容放电，VRAMP开始下降，当VRAMP下降到VREF1时此时间即为T3，同时比较器翻转，再次打开上管，电容上电压保持在VREF1，当电流达到PEAK时，打开M7，重新开始上过程。图5为关键结点波形。
Claims (7)
1.一种低电压充电电路，包括驱动模块、第一功率MOS管、第二功率MOS管、电感、电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电流源和电池；其特征在于，还包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四电阻、第五电阻、定时器、脉冲控制电路和RS触发器；所述第一功率MOS管的漏极接电源，其栅极接驱动模块输出的驱动信号，第一功率MOS管的源极接第二功率MOS管的漏极，第二功率MOS管的栅极接驱动模块输出的驱动信号，第二功率MOS管的源极接地，所述第二功率MOS管含有体二极管；第一功率MOS管源极和第二功率MOS管漏极的连接点接电感的一端和第一比较器的正输入端，电感的另一端通过电容后接地和第一比较器的负输入端；电感的另一端接第一电阻、第三电阻的一端，第一电阻的另一端接电流源的输入端和第二比较器的正输入端，电流源的输出端接地；第三电阻的另一端接第二电阻的一端、电池的正极和第四电阻的一端，第二电阻的另一端接第二比较器的负输入端，电池的负极接地；电池的正极和第四电阻的连接点为输出端；第四电阻的另一端接第三比较器的正输入端和第五电阻的一端，第五电阻的另一端接地，第三比较器的负输入端接基准电压；第一比较器的输出端接定时器的输入端，定时器的输出端接脉冲控制电路的输入端，脉冲控制电路的输出端接RS触发器的S端；第二比较器的输出端接RS触发器的R输入端，第三比较器的输出端接第二比较器的使能端；RS触发器的输出端接驱动模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种低电压充电电路，其特征在于，所述第三比较器用于判断电池的电压是否满足
其中VBAT是电池电压，VREF是基准电压，R3是第四电阻阻值，R4是第五电阻阻值；若是，则第三比较器输出高电平信号使能第二比较器，否则第三比较器输出低电平信号。
3.根据权利要求2所述的一种低电压充电电路，其特征在于，当第二比较器使能后，第二比较器的输出信号用于控制RS触发器的输出从而控制驱动模块，具体为：当电池电压满足
时，定义电池工作在低电压状态，此时第二比较器使能，通过驱动模块控制第一功率MOS管打开，直至电感电流上升到IPEAK时关闭第一功率MOS管，其中IPEAK的值为
其中I0为电流源电流，R1为第一电阻阻值，RSNS为第二电阻阻值；从第一功率MOS管打开，电感电流开始上升到电感电流上升到IPEAK的时间设定为第一时间T1，且
其中L为电感值，Vin为输入端电压，Vout为输出端电压。
4.根据权利要求3所述的一种低电压充电电路，其特征在于，第一功率MOS管关闭以后，电感电流通过第二功率MOS管的体二极管续流，电感电流下降到0时的时间设定为第二时间T2，且
其中Vd为二极管电压。
5.根据权利要求4所述的一种低电压充电电路，其特征在于，在第一功率MOS管关闭的同时，第一比较器输出过零检测信号到定时器，从而通过定时器对第二时间T2进行采样，当电感电流下降到0后，对定时器中的采样时间进行放大获得第三时间T3，在第三时间T3时间段内，定时器输出脉冲信号到脉冲控制电路，脉冲控制电路将脉冲信号限制在设定的标准内输出到RS触发器的S端，从而在第三时间T3内，RS触发器的输出信号恒定，并通过驱动模块关闭第一功率MOS管和第二功率MOS管；在T3时间结束后，再次控制打开第一功率MOS管。
6.根据权利要求5所述的一种低电压充电电路，其特征在于，由第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3构成开关周期T，T＝T1+T2+T3。
7.根据权利要求6所述的一种低电压充电电路，其特征在于，在整个开关周期的平均充电电流为：
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|---|---|---|---|---|
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| CN103248230A (zh) * | 2012-02-09 | 2013-08-14 | 富士通半导体股份有限公司 | 开关稳压器 |
| US20140320098A1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Fujitsu Ten Limited | Switching regulator, electronic device, and electronic circuit |
| US20190020275A1 (en) * | 2017-07-17 | 2019-01-17 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Pulse-Frequency Modulation Constant on-time with Peak-Current Servo |
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2022
- 2022-01-04 CN CN202210002848.2A patent/CN114336874B/zh active Active
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| CN103248230A (zh) * | 2012-02-09 | 2013-08-14 | 富士通半导体股份有限公司 | 开关稳压器 |
| US20140320098A1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Fujitsu Ten Limited | Switching regulator, electronic device, and electronic circuit |
| US20190020275A1 (en) * | 2017-07-17 | 2019-01-17 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Pulse-Frequency Modulation Constant on-time with Peak-Current Servo |
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