CN115864604A

CN115864604A - 充电电路、电源提供设备、被充电设备及充电系统

Info

Publication number: CN115864604A
Application number: CN202310046218.XA
Authority: CN
Inventors: 李经珊; 林晋; 周欢欢
Original assignee: Shenzhen Siyuan Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shenzhen Siyuan Semiconductor Co ltd
Priority date: 2023-01-31
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2043-01-31
Also published as: CN115864604B

Abstract

一种充电电路、电源提供设备、被充电设备及充电系统，该充电电路包括用于为电池充电的充电端，还包括电流源模块、分压采样子模块、电压环路模块、电流环路模块和截止控制模块，其中，电压环路模块在充电端的电压大于第一预设电压时，才向第一控制节点输出电流；电流环路模块在自第一控制节点输入电流后向充电端输出的电流值自恒流电流逐渐减小，并使第二控制节点的电压逐渐减小；截止控制模块在第二控制节点的电压小于预设的充电停止电压时，控制电流环路模块停止对充电端供电。在该充电电路中，电流环路模块向充电端输出的电流仅与第二控制节点的电压相关，从而提高了电流环路模块调整向充电端输出的电流的准确性。

Description

充电电路、电源提供设备、被充电设备及充电系统

技术领域

本发明涉及充电领域，尤其涉及一种充电电路、电源提供设备、被充电设备及充电系统。

背景技术

充电截止电压是电池充电过程中的一个重要参数，是指电池达到完成充电时的电压。若电池到达充电截止电压后若仍继续充电，即为过充电，一般对电池性能和寿命有损害。因此，在充电电路中通常需要对电池的充电截止电压进行检测，以防止过充电。

而对于充电截止电压的判断容易受到电源电压和温度的影响，容易造成无法精确检测到电池的充电截止电压。现有技术中，为了实现比较准确的充电截止电压判断，其解决方案是，在特定电压和温度下对浮充电压进行熔丝修调。然而，在修调完成之后，如果电源电压或者温度发生变化，又会引起充电截止电压的变化。

在为电池等蓄电器件进行充电时，为了保证充电效率和充电安全性，往往会根据电池电量的多少分阶段进行充电。在电池电量低的时候，对电池进行较大电流的恒流充电；当电池电量较高时，需要减小充电电流以防止过充电对电池造成损坏；当电池达到充电截止电压时，则需要及时切断充电电流，以防止过充电造成损坏甚至安全事故。

可见，在电池充电过程中，检测电池电压的准确性及对于充电电流的精确控制与充电安全性息息相关。并且在电池的电压达到充电截止电压左右时，甚至可能因过充电导致爆炸等安全问题，故尤其对于充电截止电压检测的准确度要求更高。然而，在现有的充电电路中，对电池的充电截止电压进行检测时，往往容易受到电源电压或温度的影响，从而导致充电截止电压检测的不准确。

因此，如何及时准确控制充电电流的大小及成为亟待解决的技术问题。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种充电电路、电源提供设备、被充电设备及充电系统，以解决在能够对电池的充电截止电压进行准确判断的前提下，当电池电量较高时，如何精确控制充电电流的大小的技术问题。

为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种充电电路，包括用于为电池充电的充电端，充电电路还包括：

电流源模块，连接在电源端与地之间；用于向电流源节点输出偏置电流；

电压环路模块，连接在电流源节点与地之间并连接至充电端；用于在充电端的电压大于第一预设电压时，判断进入恒压阶段，才向第一控制节点输出电流；

电流环路模块，连接在电源端与地之间并接至充电端及第一控制节点；用于自第一控制节点输入电流前向充电端输出恒流电流；在自第一控制节点输入电流后向充电端输出的电流值自恒流电流逐渐减小，并使第二控制节点的电压逐渐减小；

截止控制模块，连接至第二控制节点；用于在第二控制节点的电压小于预设的充电停止电压时控制电流环路模块停止对充电端供电。

第二方面，本实施例还公开了一种电源提供设备，用于对外部提供充电电源，电源提供设备包括如第一方面的充电电路。

第三方面，本实施例还公开了一种被充电设备，包括：

储能单元；

如第一方面的充电电路，用于控制外部电源向储能单元的充电。

第四方面，本实施例还公开了一种充电系统，包括：

电源提供设备；

被充电设备；

如第一方面的充电电路，用于控制电源提供设备向被充电设备充电；

充电电路设置在电源提供设备中或被充电设备中。

本发明实施例公开了一种充电电路，在该充电电路中，电流源模块为电压环路模块提供稳定的偏置电流，当电压环路模块检测到充电端的电压小于预设的第一参考电压时，也就是处于恒流阶段，则电流环路模块向充电端输出恒流电流。当电压环路模块检测到充电端的电压大于预设的第一参考电压时，也就是处于恒压阶段，则电流环路模块使第二控制节点的电压逐渐减小，以使电流环路模块向充电端输出的电流的值由恒流电流的值开始逐渐减小。当充电端的电压继续上升，一旦上升至电池的截止电压时，也就是处于充电截止阶段，则截止控制模块会检测到第二控制节点的电压下降至预设的充电停止电压，从而截止控制模块立即控制电流环路模块停止对充电端供电。可见，电压环路模块利用电流源模块提供的稳定的偏置电流，将采样电压转换为调整电流，通过电压环路模块向第一控制节点输出电流的大小来控制第二控制节点的电压，进而控制电流环路模块向充电端输出的电流，使得电流环路模块向充电端输出的电流仅与第二控制节点的电压相关，从而提高了电流环路模块调整向充电端输出的电流的准确性；并且一旦第二控制节点的电压下降至预设的充电停止电压，截止控制模块立即控制充电停止，也就使得本实施例公开的充电电路控制充电的电流大小的更加及时且准确。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例公开的充电电路的模块示意图一；

图2 为本实施例公开的充电电路的模块示意图二；

图3为本实施例公开的充电电路的模块示意图三；

图4为本实施例公开的充电电路的电路示意图；

图5为本实施例公开的被充电设备的模块示意图；

图6为本实施例公开的充电系统的模块示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了提高充电截止电压检测的准确性和充电电流控制的准确性，本实施例公开了一种充电电路，请参考图1，图1为本实施例公开的充电电路的模块示意图一。该充电电路用于为电池800进行充电，包括电流源模块100、分压采样子模块320、电压环路模块300、电流环路模块400和截止控制模块500，其中：

电流源模块100连接在电源端与地之间，以用于向电流源节点QC输出偏置电流。在具体实施例中，电流源模块100的输入端连接电源端，电流源模块100的输出端连接通过电流源节点QC连接电压环路模块300，以使电流源模块100通过电流源节点QC为电压环路模块300的正常工作提供偏置电流。

在本实施例中，电压环路模块300连接在电流源节点QC与地之间并连接至充电端，用于在充电端的电压大于第一预设电压时，判断进入恒压阶段，才向第一控制节点Q1输出电流。

在本实施例中，电流环路模块400连接在电源端与地之间并接至充电端及第一控制节点Q1；用于自第一控制节点Q1输入电流前向充电端输出恒流电流；在自第一控制节点输入电流后向充电端输出的电流值自恒流电流逐渐减小，并使第二控制节点Q2的电压逐渐减小。需要说明的是，第二控制节点Q2为电流环路模块400与截止控制模块500连接的公共节点。

在本实施例中，截止控制模块500连接至第二控制节点Q2；用于在第二控制节点Q2的电压小于预设的充电停止电压时控制电流环路模块300停止对充电端供电。

本实施例公开的充电电路为电池充电时，当电池的电量较少时，充电端的电压小于第一预设电压，此时处于恒流充电阶段，电压环路模块300不向第一控制节点Q1输出电流，以使电流环路模块400向充电端输出恒流电流，充电端通过该较大的恒流电流向电池充电，以使充电端的电压逐渐升高。当充电端的电压逐渐升高以至大于第一预设电压时，判断进入恒压阶段，则电压环路模块300向第一控制节点Q1输出电流，以使第二控制节点Q2的电压逐渐减小，以使电流环路模块400向充电端输出的电流值自恒流电流逐渐减小，从而充电电路以逐渐减小的充电电流向电池充电，充电端的电压继续升高。当充电端的电压升高至截止电压时，第二控制节点Q2的电压会减小至预设的充电停止电压，则截止控制模块500控制电压环路模块300停止对充电端供电。

请结合图1-3，图2为本实施例公开的充电电路的模块示意图二，图3为本实施例公开的充电电路的模块示意图三。在具体实施例中，电流源模块100包括第一电流源支路110、第二电流源支路120和电流源输出支路130。第一电流源支路110和第二电流源支路120分别连接于电源端及地端之间；第二电流源支路120镜像第一电流源支路110，第一电流源支路110和第二电流源支路120构成镜像电流源，也即，镜像电流源包括第一电流源支路110和第二电流源支路120，该镜像电流源用于为镜像电流源输出支路130提供稳定的输出电流。

请结合图3和图4，图4为本实施例公开的充电电路的电路图。在具体实施例中，第一电流源支路110包括第一MOS管M1及第三MOS管M3；第二电流源支路120包括第二MOS管M2、第四MOS管M4及第一电阻R1。

第四MOS管M4的第二极与控制极短接形成公共节点B，第三MOS管M3的控制极连接公共节点B，第三MOS管M3与第四MOS管M4构成第一电流镜。

第一MOS管M1的第一极与控制极短接后连接第二MOS管的控制极，第一MOS管M1与第二MOS管M2构成第二电流镜，第一电阻R1连接于第二MOS管M2的第二极和地端之间。在可选实施例中，第一电阻R1也可以为多个电阻的等效电阻。

电流源输出支路130的第一端连接电源端；电流源输出支路130的第二端连接电流源节点QC，电流源输出支路130镜像该镜像电流源的输出电流，以为电压环路模块300的正常工作提供偏置电流；电流源输出支路130的第三端连接第二MOS管M2与第四MOS管M4的公共节点B。在具体实施例中，电流源输出支路130包括第五MOS管M5，第五MOS管M5为第一电流镜的镜像PMOS管。

在具体实施例中，电流环路模块400包括恒流控制子模块410及电流源子模块420。恒流控制子模块410连接在第一控制节点Q1与地之间；用于自第一控制节点Q1输入电流前向第二控制节点Q2提供恒定电压；在自第一控制节点Q1输入电流后向第二控制节点Q2提供的电压值自恒定电压逐渐减小。

在具体实施例中，电流源子模块420包括第一支路421和第二支路422，第二支路422镜像第一支路421的电流，且第二支路422用于镜像第一支路421的电流，以向充电端提供充电电流。随着第二控制节点Q2的电压逐渐减小，第一支路421的电流逐渐减小，以使充电电流逐渐减小。

在具体实施例中，恒流控制子模块410包括第三放大器OTA3和变流单元411，第三放大器OTA3的同相输入端连接第一控制节点Q1，第三放大器OTA3的反相输入端用于接收第三参考电压VREF_CC，以控制第一控制节点Q1的电压等于第三参考电压VREF_CC。

变流单元411连接于第一控制节点Q1和第二控制节点Q2之间，用于根据调整电流控制第二控制节点Q2的电压大小，其中，第二控制节点Q2的电压大小与调整电流负相关。

第三放大器OTA3的同相输入端连接二极管D1的负极，第三放大器OTA3的反相输入端用于接收第二参考电压VREF_CC，第三放大器OTA3的输出端为恒流控制子模块410的第四端Q4C4，第四端C4连接第一支路421的控制端和第二支路422的控制端。在具体实施例中，第三放大器OTA3为跨导放大器。由于放大器具有虚断的特性，故第三放大器OTA3的同相输入端与反相输入端的电压相等，均为第二参考电压VREF_CC。

变流单元411的第一端连接第二控制节点Q2，变流单元411第二端连接二极管D1的负极和第三放大器OTA3的同相输入端，变流单元411第三端接地，当流过变流单元411第二端的电流增大时，变流单元411的第一端的电压逐渐被拉低，也即第二控制节点Q2的电压逐渐减小，以使第一支路421的电流逐渐减小。

在具体实施例中，变流单元411包括：第二电阻R2和第三电阻R3。

第二电阻R2连接于第一控制节点Q1与第二控制节点Q2之间，以使调整电流经过第二电阻R2流向第二控制节点Q2。第三电阻R3连接于第二控制节点Q2与地之间。

第二电阻R2与第三电阻R3的公共连接点为变流单元411的第一端，变流单元411的第一端连接第二控制节点Q2，也即变流单元411的第一端等效为第二控制节点Q2。

由于第三放大器OTA3的同相输入端与反相输入端的电压相等，故变流单元411的第二端E2的电压等于第二参考电压VREF_CC。当第一放大器OTA1的同相输入端接收到的采样电压小于第一参考电压VREF_CV时，二极管D1处相当于断路，此时没有电流流过第二电阻R2，则第二电阻R2两端的电压相等，那么变流单元411的第一端E1的电压也就等于第二端E2的电压，则变流单元411的第一端E1的电压等于第二参考电压VREF_CC。

当第一放大器OTA1的同相输入端接收到的采样电压大于第一参考电压VREF_CV时，则电流自第一放大器OTA1经由二极管D1流过第二电阻R2，从而拉低变流单元411的第一端E1的电压，进而使得流过第一支路421的电流减小。由于第二支路422镜像第一支路421的电流，故第二支路422的电流相应减小，从而使得充电电流减小。

在本实施例中，第一电阻R1与第二电阻R2为同类型的电阻。由于在本实施例中，充电截止电压与第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值比例相关，故第一电阻R1与第二电阻R2为同类型的电阻的设计，能够使得温度等因素对于第一电阻R1和第二电阻R2的影响可相互抵消，从而进一步避免了温度和电源电压等因素对于检测采样电压的影响，也就进一步提高了检测充电截止电压的准确度。

在本实施例中，由于第二支路422镜像第一支路421的电流，故第二支路422的电流大小会随着第一支路421的电流大小改变。

因此，本实施例中通过对第一支路421的电流大小进行调整，进而间接调整第二支路422的充电电流大小，能够保证充电电流调整的精确度。此外，通过调整第一支路421的电流而间接调整第二支路422的充电电流，能够避免在第二支路422中引入其它电压，从而避免其它电压对充电截止电压的检测产生影响。可见，本实施例公开的充电电路，既能保证充电电流控制的准确性，又能提高充电截止电压检测的准确性，从而提高了充电电路的效率性、安全性和可靠性。

在具体实施例中，第一支路421包括第七MOS管M7。第二支路422包括第八MOS管M8；第七MOS管M7与第八MOS管M8构成电流镜。第七MOS管M7的第一极与第八MOS管M8的第一极均连接电源端，且第七MOS管M7的控制极与第八MOS管M8的控制极均连接恒流控制子模块410的第四端Q4。

在具体实施例中，电流环路模块400还包括电压钳位子模块430。电压钳位子模块430通过第三控制节点Q3连接至电流源子模块420，还连接至充电端；用于钳位充电端的电压与第三控制节点Q3的电压，以使充电端的电压与第三控制节点Q3的电压之间的差值小于预设阈值。

在具体实施例中，电压钳位子模块430的第一端连接第七MOS管M7的第二极，电压钳位子模块430的第二端连接第八MOS管M8的第二极，电压钳位子模块430的第三端连接第二控制节点Q2。

通过设置电压钳位子模块430，使得第七MOS管M7的第二极的电压与八MOS管M8的第二极的电压相等，从而有效提高了第一支路421与第二支路422的镜像精度，也就保证了通过调节第一支路421的电流而间接调节第二支路422电流的准确度，从而进一步提高了调节充电电流的准确性。

在具体实施例中，电压钳位子模块430包括：第六MOS管M6和第二放大器OTA2。第六MOS管M6的第一极连接第三控制节点Q3，第六MOS管M6的第二极连接第二控制节点Q2；第二放大器OTA2的同相输入端连接充电端，第二放大器OTA2的反相输入端连接第三控制节点Q3，第二放大器OTA2的输出端连接第六MOS管M6的控制极。

在本实施例中，利用第二放大器OTA2的虚断特性，通过第六MOS管M6和第二放大器OTA2与电流源子模块420之间形成反馈，保证了第七MOS管M7的第二极的电压与八MOS管M8的第二极的电压始终趋于相等，也就保证了提高了调节充电电流的准确性。

在具体实施例中，电压环路模块300包括分压采样子模块320及电流控制子模块310，电流控制子模块310连接在第一控制节点Q1与分压采样子模块320之间。

分压采样子模块320用于对充电端进行分压采样得到采样电压；电压环路模块300接收偏置电流，用于基于采样电压的大小产生调整电流，并通过第一控制节点Q1输出给电流环路模块400的恒流控制子模块410。

当充电端的电压大于第一预设电压时，采样电压大于预设的第一参考电压VREF_CV，电流控制子模块310判断进入恒压阶段时，才输出调整电流，也就是，在恒流阶段，电流控制子模块310不输出调整电流。调整电流随着采样电压增大而增大，以引起第二控制节点Q2的电压逐渐减小，以使流过第二控制节点Q2的电流减小，以使充电电流的电流值逐渐减小。当第二控制节点Q2的电压小于充电停止电压时，截止控制模块500控制电流环路模块400的电流源子模块420停止提供充电电流。

由于电阻的阻值往往会随着温度、电源电压等因素而变化，因此对于通过单一采样电阻进行采样的方式而言，该电阻两端的实际电压也就会随着温度等因素而改变，从而使得采样电压会受到温度影响，也就导致了采样电压的不准确。可见，通过单一采样电阻进行采样的方式，会导致充电截止电压的检测受到温度影响而使准确度较低。而本实施例中，通过分压采样的方式得到电池800的采样电压，使得采样电压与多个分压电阻之间的比例关联，而非与分压电阻的绝对值关联，也就使得电源电压和温度对采样电阻的影响通过分压电阻的相对关系而抵消，从而避免了温度和电源电压等因素对于检测采样电压的影响，也就提高了检测采样电压的准确度。因此，本实施例公开的分压采样子模块320能够避免温度和电源电压的影响，从而提高了对于充电截止电压进行检测的准确性。

在具体实施例中，分压采样子模块320包括第四电阻R4及第五电阻R5，串联在第二支路422的输出端和地端之间，第四电阻R4与第五电阻R5的公共连接点A为分压采样子模块320的采样电压的输出端。

在具体实施例中，第四电阻R4与第五电阻R5为同类型的电阻，从而保证了在同一环境中，温度和电源电压对于第四电阻R4与第五电阻R5的影响一致，进而使得温度等因素对第四电阻R4与第五电阻R5的产生影响几乎可完全抵消，也就避免了电源电压和温度等因素对充电截止电压的影响。

例如，第四电阻R4与第五电阻R5的电阻值比例为1：1，当温度等因素的变化导致第四电阻R4的电阻值成为原电阻值的1.2倍时，由于第五电阻R5亦在相同的影响因素下，故第五电阻R5的电阻值也会成为原电阻值的1.2倍，那么第四电阻R4与第五电阻R5的电阻值比例仍然为1：1。而由于采样电压仅与第四电阻R4与第五电阻R5的电阻值比例相关，而与第四电阻R4与第五电阻R5各自的电阻值无关，故采样电压不会受到温度等因素的影响，也就保证了检测采样电压的准确性。

在具体实施例中，电流控制子模块310的信号输入端连接分压采样子模块320，以接收采样电压；电流控制子模块310的输出端连接第一支路421的输出端，以影响流过第一支路421的电流大小；当采样电压大于第一参考电压时，电流控制子模块310的输出端的电压跟随采样电压的逐渐变大而逐渐变小，以使流过第一支路421的电流逐渐变小。

在具体实施例中，电流控制子模块310包括第一放大器OTA1和二极管D1。第一放大器OTA1的同相输入端连接分压采样子模块320的公共连接点A，以接收分压采样子模块320输出的的采样电压；第一放大器OTA1的反相输入端输入第一参考电压VREF_CV；第一放大器OTA1的偏置电流输入端连接电流源节点QC以接收电流源模块100输出的偏置电流。第一放大器OTA1的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接第一控制节点Q1。当采样电压大于第一参考电压VREF_CV时，二极管D1导通，第一放大器OTA1通过二极管D1输出调整电流，且流过二极管D1的调整电流随着采样电压升高而增大。其中，第一放大器OTA1为跨导放大器。

当第一放大器OTA1的同相输入端接收到的采样电压小于第一参考电压VREF_CV时，由于二极管具有单向导通性，故没有电流自二极管D1流向第一放大器OTA1，此时二极管D1处相当于断路。当第一放大器OTA1的同相输入端接收到的采样电压大于第一参考电压VREF_CV时，则电流自第一放大器OTA1经由二极管D1流过。

在具体实施例中，截止控制模块500的输入端连接第一支路421的输出端，以接收第二控制节点Q2的电压；当第二控制节点Q2的电压减小到预设的第三参考电压VREF_EOC时，截止控制模块500输出充电截止信号，以停止向电池800充电。

在本实施例中，当处于恒压控制阶段时，第一放大器OTA1通过二极管D1输出调整电流，调整电流I_D1的大小与流经电阻R2的电流I_R2相等，为为：

电阻R3上的电压V_R3为：

当电池800的电压达到充电截止电压时，也即处于充电截止阶段时，电阻R3上的电压V_R3为：

充电端的电压V_BAT为：

其中，V_BAT为充电截止电压；R4为第四电阻R4的电阻值；R5为第五电阻R5的电阻值；V_{REF_CV}为第一参考电压；V_{REF_CC}为第二参考电压；V_{REF_EOC}为第三参考电压；gm1为第一跨导放大器OTA1的跨导；C_R为与分压比例相关的常数。

由此可知，本实施例公开的充电电路中，检测充电截止电压时，与充电截止电压相关的参数均不会受到电源电压和温度等因素的影响，因此避免了检测充电截止电压时受到温度等因素影响而产生的偏差，从而有效提高了充电截止电压检测的准确度。

在一种实施例中，充电电路还包括充电控制模块600。充电控制模块600的输入端与截止控制模块500的输出端连接，充电控制模块600的输出端与第二支路422连接，在第二控制节点Q2的电压小于充电停止电压时，截止控制模块500向充电控制模块600输出充电截止信号，充电控制模块600能够响应于充电截止信号而控制第二支路422断开，以使第二支路422停止对电池800充电。

在另一种实施例中，充电控制模块600与电源端连接，并且充电控制模块600能够响应于充电截止信号而控制电源端停止供电，以使第二支路422停止对电池800充电。

综上，在本实施例中，第一电流源支路110和第二电流源支路120构成镜像电流源，电流源输出支路130镜像该镜像电流源的输出电流，以为第一放大器OTA1提供正常工作所需的偏置电流。

当电池800的电压较低时，采样电压小于第一参考电压VREF_CV，没有电流经二极管D1流过第二电阻R2，此时第二控制节点Q2的电压恒定，则第一支路421流过的电流不变，进而第二支路422的充电电流大小不变。此时，充电电路在恒流模式下以较大的电流向电池800充电。

当电池800的电压较高时，采样电压大于第一参考电压VREF_CV，且采样电压随着充电过程进行而逐渐增大，电流自第一放大器OTA1经二极管D1流过第二电阻R2，从而逐渐拉低第二控制节点Q2的电压，则第一支路421流过的电流逐渐减小，进而第二支路422的充电电流逐渐减小。此时，充电电路在恒压模式下以逐渐减小的电流向电池800充电。

当电池800的电压达到充电截止电压时，第二控制节点Q2的电压减小至第三参考电压VREF_EOC，使得截止控制模块500向充电控制模块600输出充电截止信号，以通知充电控制模块600控制第二支路422停止向电池800充电。

综上所述，本发明实施例公开了一种充电电路，在该充电电路中，电流源模块为电压环路模块提供稳定的偏置电流，当电压环路模块检测到充电端的电压小于预设的第一参考电压时，也就是处于恒流阶段，则电流环路模块向充电端输出恒流电流。当电压环路模块检测到充电端的电压大于预设的第一参考电压时，也就是处于恒压阶段，则电流环路模块使第二控制节点的电压逐渐减小，以使电流环路模块向充电端输出的电流的值由恒流电流的值开始逐渐减小。当充电端的电压继续上升，一旦上升至电池的截止电压时，也就是处于充电截止阶段，则截止控制模块会检测到第二控制节点的电压下降至预设的充电停止电压，从而截止控制模块立即控制电流环路模块停止对充电端供电。可见，电压环路模块利用电流源模块提供的稳定的偏置电流，将采样电压转换为调整电流，通过电压环路模块向第一控制节点输出电流的大小来控制第二控制节点的电压，进而控制电流环路模块向充电端输出的电流，使得电流环路模块向充电端输出的电流仅与第二控制节点的电压相关，从而提高了电流环路模块调整向充电端输出的电流的准确性；并且一旦第二控制节点的电压下降至预设的充电停止电压，截止控制模块立即控制充电停止，也就使得本实施例公开的充电电路控制充电的电流大小的更加及时且准确。

此外，通过将电压环路控制电路的第二端的电压与采样电压进行关联，从而使得电压判断模块还能够直接根据电压环路控制电路的第二端的电压判断电池的电压，也就是，充电截止信号仅与采样电压相关，从而避免了温度等参数对充电截止电压检测精度的影响。

本实施例还公开了一种电源提供设备，用于对外部提供充电电源，电源提供设备包括如上述实施例公开的充电电路。

本实施例还公开了一种被充电设备，请参考图5，图5为本实施例公开的被充电设备的模块示意图。该充电设备包括：储能单元11和如上述实施例公开的充电电路12，用于控制外部电源向储能单元11的充电。

在具体实施例中，被充电设备为耳机和/或耳机充电盒。

本实施例还公开了一种充电系统，请参考图6，图6为本实施例公开的充电系统的模块示意图。包括：电源提供设备21、被充电设备22和充电电路23。

其中，电源提供设备21与被充电设备22可一体设置或分体设置。充电电路23为上述实施例公开的充电电路，用于控制电源提供设备21向被充电设备22充电。充电电路23设置在电源提供设备21中和/或被充电设备22中。

在具体实施例中，当充电电路23设置在电源提供设备21中和充电设备22中时，本领域技术人员可根据实际情况设置其中一个充电电路23作为控制主体。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种充电电路，包括用于为电池充电的充电端，其特征在于，还包括：

电流源模块（100），连接在电源端与地之间；用于向电流源节点（QC）输出偏置电流；

电压环路模块（300），连接在所述电流源节点（QC）与地之间并连接至所述充电端；用于在所述充电端的电压大于第一预设电压时，判断进入恒压阶段，才向第一控制节点（Q1）输出电流；

电流环路模块（400），连接在所述电源端与地之间并接至所述充电端及所述第一控制节点（Q1）；用于自所述第一控制节点（Q1）输入电流前向所述充电端输出恒流电流；在自所述第一控制节点输入电流后向所述充电端输出的电流值自所述恒流电流逐渐减小，并使第二控制节点（Q2）的电压逐渐减小；

截止控制模块（500），连接至所述第二控制节点（Q2）；用于在所述第二控制节点（Q2）的电压小于预设的充电停止电压时控制所述电流环路模块（300）停止对所述充电端供电。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电流环路模块（400）包括：

恒流控制子模块（410），连接在所述第一控制节点（Q1）与地之间；用于自所述第一控制节点（Q1）输入电流前向所述第二控制节点（Q2）提供恒定电压；在自所述第一控制节点（Q1）输入电流后向所述第二控制节点（Q2）提供的电压值自该恒定电压逐渐减小；和

电流源子模块（420），连接在该电源端与所述第二控制节点（Q2）之间并连接至该充电端；用于向所述充电端提供与所述第二控制节点（Q2）的电压程比例关系的充电电流。

3.如权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述电压环路模块（300）包括分压采样子模块（320）及电流控制子模块（310），所述电流控制子模块（310）连接在所述第一控制节点（Q1）与所述分压采样子模块（320）之间；

所述分压采样子模块（320）用于对所述充电端进行分压采样得到采样电压；所述电压环路模块（300）接收所述偏置电流，用于基于所述采样电压的大小产生调整电流，并通过第一控制节点（Q1）输出给所述恒流控制子模块（410）；

当所述充电端的电压大于所述第一预设电压时，所述采样电压大于预设的第一参考电压（VREF_CV），所述电流控制子模块（310）判断进入恒压阶段时，才输出所述调整电流；所述调整电流随着所述采样电压增大而增大，以引起所述第二控制节点（Q2）的电压逐渐减小，以使流过所述第二控制节点（Q2）的电流减小，以使所述充电电流的电流值逐渐减小；

当所述第二控制节点（Q2）的电压小于所述充电停止电压时，所述截止控制模块（500）控制所述电流源子模块（420）停止提供所述充电电流。

4.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述分压采样子模块（320）包括串联连接的第四电阻（R4）及第五电阻（R5），所述第四电阻（R4）与所述第五电阻（R5）为同类型的电阻；所述第四电阻（R4）与所述第五电阻（R5）的公共连接点为所述采样电压的输出端。

5.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述电流控制子模块（310）包括第一放大器（OTA1）和二极管（D1），所述第一放大器（OTA1）的同相输入端接收所述采样电压，所述第一放大器（OTA1）的反相输入端输入所述第一参考电压（VREF_CV），所述第一放大器（OTA1）的输出端连接所述二极管（D1）的正极，所述二极管（D1）的负极连接所述第一控制节点（Q1）；

当所述采样电压大于所述第一参考电压（VREF_CV）后，所述第一放大器（OTA1）通过所述二极管（D1）输出所述调整电流。

6.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述电流源模块（100）包括电流源输出支路（130）和镜像电流源；所述电流源输出支路（130）镜像所述镜像电流源的输出电流，以为所述电压环路控制模块（400）提供所述偏置电流。

7.如权利要求6所述的充电电路，其特征在于，所述镜像电流源包括第一电流源支路（110）和第二电流源支路（120）；

所述第一电流源支路（110）包括第一MOS管（M1）及第三MOS管（M3）；

所述第二电流源支路（120）包括第二MOS管（M2）、第四MOS管（M4）及第一电阻（R1）；

所述第三MOS管（M3）与所述第四MOS管（M4）构成第一电流镜，所述第一MOS管（M1）与所述第二MOS管（M2）构成第二电流镜；所述第一电阻（R1）连接于所述第二MOS管（M2）的第二极和地之间；

所述电流源输出支路（130）连接至所述第二MOS管（M2）与所述第四MOS管（M4）的公共节点，以镜像所述镜像电流源的输出电流。

8.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述电流源子模块（420）包括第一支路（421）和第二支路（422），所述第二支路（422）用于镜像所述第一支路（421）的电流，以向所述充电端提供充电电流；

随着所述第二控制节点（Q2）的电压逐渐减小，所述第一支路（421）的电流逐渐减小，以使所述充电电流逐渐减小。

9.如权利要求8所述的充电电路，其特征在于，所述恒流控制子模块（410）包括第三放大器（OTA3）和变流单元（411），所述第三放大器（OTA3）的同相输入端连接所述第一控制节点（Q1），所述第三放大器（OTA3）的反相输入端用于接收第三参考电压（VREF_CC），以控制所述第一控制节点（Q1）的电压等于所述第三参考电压（VREF_CC）；

所述变流单元（411）连接于所述第一控制节点（Q1）和所述第二控制节点（Q2）之间，用于根据所述调整电流控制所述第二控制节点（Q2）的电压大小，其中，所述第二控制节点（Q2）的电压大小与所述调整电流负相关。

10.如权利要求9所述的充电电路，其特征在于，所述变流单元（411）包括：

第二电阻（R2），连接于所述第一控制节点（Q1）与所述第二控制节点（Q2）之间，以使所述调整电流经过所述第二电阻（R2）流向所述第二控制节点（Q2）；

第三电阻（R3）；连接于所述第二控制节点（Q2）与地之间。

11.如权利要求8所述的充电电路，其特征在于，所述电流环路模块（400）还包括：

电压钳位子模块（430），通过第三控制节点（Q3）连接至所述电流源子模块（420），还连接至所述充电端；用于钳位所述充电端的电压与所述第三控制节点（Q3）的电压。

12.如权利要求11所述的充电电路，其特征在于，所述电压钳位子模块（430）包括：

第六MOS管（M6），第一极连接所述第三控制节点（Q3），所述第六MOS管（M6）的第二极连接所述第二控制节点（Q2）；

第二放大器（OTA2），同相输入端连接所述充电端，所述第二放大器（OTA2）的反相输入端连接所述第三控制节点（Q3），所述第二放大器（OTA2）的输出端连接所述第六MOS管（M6）的控制极。

13.如权利要求8-12任一项所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：

充电控制模块（600），输入端与所述截止控制模块（500）的输出端连接，所述充电控制模块（600）的输出端与所述电流源子模块（420）连接，在所述第二控制节点（Q2）的电压小于所述充电停止电压时，所述截止控制模块（500）向所述充电控制模块（600）输出充电截止信号，以使所述第二支路（422）断开而停止对所述电池充电。

14.一种电源提供设备，用于对外部提供充电电源，其特征在于，所述电源提供设备包括如权利要求1-13中任一项所述的充电电路。

15.一种被充电设备，其特征在于，包括：

储能单元；

如权利要求1-13中任一项所述的充电电路，用于控制外部电源向所述储能单元的充电。

16.如权利要求15所述的被充电设备，其特征在于，所述被充电设备为耳机和/或耳机充电盒。

17.一种充电系统，其特征在于，包括：

电源提供设备；

被充电设备；

如权利要求1-13中任一项所述的充电电路，用于控制所述电源提供设备向所述被充电设备充电；

所述充电电路设置在所述电源提供设备中或所述被充电设备中。