TWI573364B - Self - adjusting input current limit charger and its control method - Google Patents

Description

自我調整輸入電流限制的充電器及其控制方法

本發明關於電源領域，具體地，關於自我調整輸入電流限制的充電器及其控制方法。

開關型充電器具有體型小、效率高、可以快速對電池充電的優點，在智慧手機、平板電腦等領域得到廣泛的應用。然而，外部電源如適配器、電腦設備的USB介面常常具有一定的輸出功率和輸出電流限制。在電池充電過程中，採用外部電源為開關型充電器供電。為了不讓適配器或USB電源供電出現超載的現象，需要對充電器的輸入電流進行限制。

圖1示出根據現有技術的自我調整輸入電流限制的充電器的一種實例的示意性電路圖。該充電器包括用於將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓Vout的功率轉換器100和作為負載的電池BAT。為了進行自我調整輸入電流限制，在輸入電流控制迴路300中，運算放大器301將輸入電流Iin的取樣訊號VISEN與預定的輸入電流參考訊號IRFE進行誤差比較。運算放大器301產生誤差訊號VC，以控 制功率轉換器100。功率轉換器100可以調整輸出電流Iout(對電池BAT的充電電流)的大小，進而使得輸入電流Iin被限制為預定值。

在圖1所示的開關型充電器中，為了保證開關型充電器的輸入電流不過流，輸入電流參考訊號IRFE通常設定得比較小。因此不能最大限度的發揮外部電源的輸出電流能力，使得電池充電速度得不到提升。

圖2示出根據現有技術的自我調整輸入電流限制的充電器的另一種實例的示意性電路圖。在該實例中，為了進行自我調整輸入電流限制，在輸入電壓控制迴路400中，比較器401將輸入電壓Vin的取樣訊號VFB與預定的輸入電壓參考訊號VREF進行誤差比較。比較器401產生誤差訊號VC，以控制功率轉換器100。當誤差訊號VC指示當前的輸入電壓已經跌落到某一預定值時，功率轉換器100可以減小輸出電流Iout(對電池BAT的充電電流)的大小，從而減小輸入電流Iin，以保證輸入電壓不會進一步下降。

在圖2所示的開關型充電器中，雖然可以使外部電源的輸出電流能力得到最大的發揮，但仍然會讓處於前級的外部電源(如適配器等)長期處於超載狀態，發熱太高，影響壽命。

有鑑於此，本發明提出改進的自我調整輸入電流限制 的充電器及其控制方法，使得可以在提高充電速度的同時避免外部電源的超載。

根據本發明的一方面，提供一種自我調整輸入電流限制的充電器，包括：功率轉換器，從外部電源獲得輸入電流以及向負載提供輸出電流作為充電電流；以及電流回授迴路，將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較以產生第一誤差訊號，以及將第一誤差訊號提供給功率轉換器，使得所述功率轉換器根據第一誤差訊號調節輸入電流，其中，所述電流回授迴路根據功率轉換器的輸入電壓判斷外部電源的超載狀態，在外部電源超載時，所述充電器進入限流狀態，其中所述電流回授迴路逐步減小第一電流基準訊號，直至外部電源恢復到未超載狀態。

較佳地，所述功率轉換器包括功率開關裝置，以及採用脈寬調變訊號控制功率開關管的導通和關斷，以調節功率轉換器的輸入電流。

較佳地，所述電流回授迴路包括：輸入電流調節電路，將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較，以產生所述第一誤差訊號；輸入電壓檢測電路，將用於特徵化輸入電壓的第二檢測訊號與第一參考電壓相比較，以產生第一電壓訊號；以及輸入電流基準電路，根據功率轉換器的輸入電壓和輸入電流產生第一電流基準訊號，其中，在第二檢測訊號大於第一參考電壓時判定外部電源未超載，所述輸入電流基準電路維持第一電流 基準訊號不變，在第二檢測訊號小於第一參考電壓時判定外部電源超載，在限流狀態中，所述輸入電流基準電路減小第一電流基準訊號。

較佳地，所述輸入電流調節電路包括：第一取樣電阻，連接在功率轉換器的輸入端，使得輸入電流流經第一取樣電阻；第一運算放大器，第一運算放大器的同相輸入端連接第一取樣電阻的高電位端，反相輸入端連接第一取樣電阻的低電位端，輸出端提供用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號；以及第二運算放大器，第二運算放大器的反相輸入端接收第一檢測訊號，同相輸入端接收第一電流基準訊號，輸出端提供第一誤差訊號。

較佳地，所述輸入電壓檢測電路包括：由第一電阻和第二電阻組成的電阻分壓器，第一電阻和第二電阻串聯連接在功率轉換器的輸入端和地之間，在第一電阻和第二電阻的中間節點提供用於特徵化輸入電壓的第二檢測訊號；第一比較器，第一比較器的同相輸入端接收第二檢測訊號，同相輸入端接收第一參考電壓，輸出端提供第一電壓訊號。

較佳地，所述輸入電流基準電路包括：A/D轉換電路，包括輸入端、賦能端和輸出端，在輸入端接收第一檢測訊號，在賦能端接收第一電壓訊號，第一電壓訊號在外部電源未超載時去能A/D轉換電路，在外部電源超載時賦能A/D轉換電路從而在輸出端提供表示第一檢測訊號的第一數位值；儲存電路，儲存與第一電流基準訊號相對應的 第二數位值；減法電路，從第二數位值減去預定的電流調節步進以獲得第三數位值；以及D/A轉換電路，將第三數位值轉換成類比訊號，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號，其中，在外部電源始終未超載時，所述第二數位值對應於第一電流基準訊號的預定值，在外部電源超載時，所述第二數位值對應於當前超載狀態的第一數位值，在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，所述第二數位值對應於最後超載狀態的第一數位值。

較佳地，所述輸入電流基準電路包括：A/D轉換電路，包括輸入端、賦能端和輸出端，在輸入端接收第一檢測訊號，在賦能端接收第一電壓訊號，第一電壓訊號在外部電源未超載時去能A/D轉換電路，在外部電源超載時賦能A/D轉換電路，從而在輸出端提供表示第一檢測訊號的第一數位值；減法電路，從第一數位值減去預定的電流調節步進以獲得第二數位值；儲存電路，儲存與第一電流基準訊號相對應的第三數位值；以及D/A轉換電路，將第三數位值轉換成類比訊號，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號，其中，在外部電源始終未超載時，所述第三數位值對應於第一電流基準訊號的預定值，在外部電源超載時，所述第三數位值對應於當前超載狀態的第二數位值，在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，所述第三數位值對應於最後超載狀態的第二數位值。

較佳地，所述輸入電流基準電路包括：遞減計數器，包括輸入端、賦能端和輸出端，在輸入端接收時鐘訊號， 在賦能端接收第一電壓訊號，第一電壓訊號在外部電源未超載時去能遞減計數器，在外部電源超載時賦能遞減計數器從而在輸出端提供第一數位值；以及D/A轉換電路，將第一數位值轉換成類比訊號，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號，其中，在外部電源始終未超載時，所述第一數位值對應於遞減計數器的預設最大值，在外部電源超載時，所述遞減計數器逐個時鐘週期地進行遞減計數運算，在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，所述遞減計數器停止遞減計數運算。

較佳地，所述充電器還包括以下至少之一：輸入電壓控制迴路，將用於特徵化輸入電壓的第三檢測訊號與第二參考電壓相比較以產生第二誤差訊號，以及將第二誤差訊號提供給功率轉換器，使得所述功率轉換器根據第二誤差訊號調節輸入電壓；輸出電壓控制迴路，將用於特徵化輸出電壓的第四檢測訊號與第三參考電壓相比較以產生第三誤差訊號，以及將第三誤差訊號提供給功率轉換器，使得所述功率轉換器根據第三誤差訊號調節輸出電壓；輸出電流控制迴路，將用於特徵化輸出電流的第五檢測訊號與第二電流基準訊號相比較以產生第四誤差訊號，以及將第四誤差訊號提供給功率轉換器，使得所述功率轉換器根據第四誤差訊號調節輸出電流。

較佳地，所述充電器包括所述電流回授迴路、所述輸入電壓控制迴路、所述輸出電壓控制迴路和所述輸出電流控制迴路，還包括：誤差訊號選擇電路，從第一至第四誤 差訊號中選擇誤差訊號的最小值提供給功率轉換器，使得所述功率轉換器根據該最小值調節輸入電流、輸入電壓、輸出電流和輸出電壓中的至少一個。

較佳地，所述誤差訊號選擇電路包括：電流源；以及第一二極體至第四二極體，其中，第一二極體至第四二極體的陰極分別接收第一誤差訊號至第四誤差訊號，其陽極共同連接至公共節點以提供誤差訊號的最小值，電流源的輸出端連接至公共節點。

根據本發明的另一方面，提供一種自我調整輸入電流限制的充電器控制方法，包括：採用功率轉換器，從外部電源獲得輸入電流以及向負載提供輸出電流作為充電電流；採用電流回授迴路，將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較以產生第一誤差訊號，以及將第一誤差訊號提供給功率轉換器，使得所述功率轉換器根據第一誤差訊號調節輸入電流；以及根據功率轉換器的輸入電壓判斷外部電源的超載狀態，在外部電源超載時，所述充電器進入限流狀態，其中逐步減小第一電流基準訊號，直至外部電源恢復到未超載狀態。

較佳地，產生第一誤差訊號包括：將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較，以產生所述第一誤差訊號；將用於特徵化輸入電壓的第二檢測訊號與第一參考電壓相比較，以產生第一電壓訊號；以及根據輸入電壓和輸入電流產生第一電流基準訊號，其中，在第二檢測訊號大於第一參考電壓時判定外部電源未超載， 維持第一電流基準訊號不變，在第二檢測訊號小於第一參考電壓時判定外部電源超載，在限流狀態中，減小第一電流基準訊號。

較佳地，產生第一電流基準訊號包括：在外部電源未超載時，根據預先儲存的數位值獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號；以及在外部電源超載時，將當前的第一檢測訊號減去電流調節步進以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號。

較佳地，產生第一電流基準訊號包括：在外部電源未超載時，根據遞減計數器保存的計數值獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號；以及在外部電源超載時，遞減計數器逐個時鐘週期地進行遞減計數運算，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號。

根據本發明的實施例的充電器及其控制方法，藉由在輸入電壓跌落到參考電壓後，將當前的輸入電流的值減去一個預定值(較小的值)後作為隨後控制週期的電流基準訊號。在充電器進入限流狀態之後，直到輸入電壓升高至參考電壓，表示外部電源恢復至未超載，則充電器退出限流狀態。該充電器及其控制方法在判定外部電源超載的情形下才對輸入電流進行限制，使外部的電源適配器不會長時間工作在超載狀態，保護了電源適配器的安全和壽命。同時，該充電器將輸入電流保持為外部電源未超載允許的近似最大值，從而不會浪費適配器的輸出電流能力，從而可提升充電速度。

100‧‧‧功率轉換器

200‧‧‧輸入電流控制迴路

300‧‧‧輸入電流控制迴路

301‧‧‧運算放大器

302‧‧‧運算放大器

400‧‧‧輸入電壓控制迴路

401‧‧‧比較器

500‧‧‧輸入電流基準電路

511‧‧‧A/D轉換電路

512‧‧‧儲存電路

513‧‧‧減法電路

514‧‧‧D/A轉換電路

518‧‧‧遞減計數器

600‧‧‧輸入電壓控制迴路

700‧‧‧輸出電流控制迴路

701‧‧‧運算放大器

800‧‧‧輸出電壓控制迴路

801‧‧‧運算放大器

900‧‧‧誤差訊號選擇電路

BAT‧‧‧電池

CLK‧‧‧時鐘訊號

Iin‧‧‧輸入電流

IREF1‧‧‧電流基準訊號

IREF2‧‧‧電流基準訊號

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

Iout‧‧‧輸出電流

Is‧‧‧電流源

R1‧‧‧電阻

R2‧‧‧電阻

R3‧‧‧電阻

R4‧‧‧電阻

Rs1‧‧‧取樣電阻

S01‧‧‧步驟

S02‧‧‧步驟

S03‧‧‧步驟

V1‧‧‧第一電壓訊號

VC1‧‧‧第一誤差訊號

VC2‧‧‧第二誤差訊號

VC3‧‧‧第三誤差訊號

VC4‧‧‧第四誤差訊號

VFB‧‧‧輸入電壓回授訊號

VFB1‧‧‧輸入電壓回授訊號

VFB2‧‧‧輸入電壓回授訊號

Vin‧‧‧輸入電壓

VISEN‧‧‧取樣訊號

VISEN1‧‧‧檢測訊號

VISEN2‧‧‧檢測訊號

Vout‧‧‧輸出電壓

VREF‧‧‧反相輸入端接收參考電壓

VREF1‧‧‧參考電壓

VREF2‧‧‧參考電壓

藉由以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中：圖1示出根據現有技術的自我調整輸入電流限制的充電器的一種實例的示意性電路圖；圖2示出根據現有技術的自我調整輸入電流限制的充電器的另一種實例的示意性電路圖；圖3示出根據本發明第一實施例的自我調整輸入電流限制的充電器的示意性電路圖；圖4示出在圖3所示充電器中採用的輸入電流基準電路的第一實例的示意性框圖；圖5示出在圖3所示充電器中採用的輸入電流基準電路的第二實例的示意性框圖；圖6示出根據本發明第二實施例的自我調整輸入電流限制的充電器的示意性電路圖；圖7a至7d分別示出在圖6所示充電器中採用的輸入電壓控制迴路、輸出電壓控制迴路、輸出電流控制迴路以及誤差訊號選擇電路的示意性電路圖；以及圖8示根據本發明實施例的自我調整輸入電流限制的充電器控制方法的流程圖。

具體實施方式

以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路並沒有詳細敘述。

此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。除非上下文明確要求，否則整個說明書和申請專利範圍中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限於”的含義。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本發明可以各種形式呈現，以下將描述其中一些實施例。

圖3示出根據本發明第一實施例的自我調整輸入電流限制的充電器的示意性電路圖。該充電器包括功率轉換器100和輸入電流控制迴路200。功率轉換器100從外部電源如適配器、電腦設備的USB介面等接收輸入電壓Vin，並且產生穩定的輸出電壓Vout。電池BAT作為充電器的負載，從功率轉換器100獲得充電電流。

根據實際的應用需要，功率轉換器100可以為各種拓 撲結構，包括但不限於BOOST拓撲、BUCK拓撲、BUCK-BOOST拓撲及其衍生拓撲。儘管未在圖3中示出，但功率轉換器100通常包括控制電路、功率開關管和低通濾波器。控制電路產生脈寬調變(PWM)，使得功率開關管週期性地導通或關斷，從而將輸入電壓斬波成方波。然後經由低通濾波器獲得直流輸出電壓。藉由調節功率開關管的控制訊號的工作週期，可以調節功率轉換器100的輸出電壓Vout和輸出電流Iout。

輸入電流控制迴路200包括輸入電流調節電路300、輸入電壓檢測電路400和輸入電流基準電路500。輸入電流調節電路300包括取樣電阻Rs1、運算放大器301和運算放大器302。取樣電阻Rs1連接在功率轉換器100的輸入端，使得功率轉換器100的輸入電流Iin流經取樣電阻Rs1。取樣電阻Rs1的高電位端連接運算放大器301的同相輸入端，取樣電阻Rs1的低電位端連接運算放大器301的反相輸入端。運算放大器301的輸出端獲得取樣電阻Rs1兩端的電壓降，即特徵化輸入電流Iin的檢測訊號VISEN1。運算放大器302的反相輸入端接收檢測訊號VISEN1，同相輸入端接收電流基準訊號IREF1，並且對二者進行比較以產生誤差訊號VC。進一步地，將該誤差訊號VC提供至功率轉換器100，以控制PWM訊號的產生，從而根據誤差訊號VC調節功率轉換器100的輸出電流。

輸入電壓檢測電路400包括由電阻R1和R2組成的 電阻分壓器和比較器401。電阻R1和R2串聯連接在功率轉換器100的輸入端和地之間，在電阻R1和R2的中間節點提供輸入電壓回授訊號VFB。比較器401的同相輸入端接收輸入電壓回授訊號VFB，反相輸入端接收參考電壓VREF，並且對二者進行比較以產生第一電壓訊號V1。

輸入電流基準電路500以第一電壓訊號V1作為賦能訊號。在第一電壓訊號V1賦能輸入電流基準電路500時，輸入電流基準電路500根據輸入電流Iin產生電流基準訊號IREF1。在隨後的控制週期中，功率轉換器100將根據誤差訊號VC調節PWM訊號的工作週期，從而限制輸入電流Iin的大小。

在該實施例的充電器中，根據輸入電壓Vin和輸入電流Iin產生電流基準訊號IREF1，因而可以根據輸入電壓Vin和輸入電流Iin來判斷是否進入限流狀態。在限流狀態中，將誤差訊號VC提供給功率轉換器100的控制電路，從而調節PWM訊號的工作週期。例如，在充電器的輸入電流Iin超載時，可以減小PWM訊號的工作週期，從而減小充電電流，相應地減小輸入電流Iin。該充電器藉由調節電流基準訊號IREF1實現充電器的輸入電流的限制。

如果輸入電壓檢測電路400檢測到輸入電壓Vin降低至參考電壓VREF1時，則表示此時的輸入電流Iin是外部電源所允許的最大輸出電流。為了確保外部電源未超載，輸入電流Iin應該限制為略低於此時的輸入電流Iin。因 而，設置電流基準訊號IREF1=Iin-△I。選擇電流調節步進△I的數值，使得充電器可以充分發揮外部電源的電流輸出能力，又能避免外部電源的長時間超載。

如果輸入電壓檢測電路400檢測到輸入電壓Vin未降低至參考電壓VREF1，則表示此時的輸入電流Iin仍未導致外部電源超載。即使輸入電流Iin上升，為了充分發揮外部電源的電流輸出能力，也可以不對輸入電流進行限流。在替代的實施例中，可以另外設置一個輸入電流Iin的最大值基準，使得在外部電源未超載的情形下，可以充分發揮外部電源的電流輸出能力，又能避免輸入電流Iin過高導致功率轉換器100的轉換效率劣化或造成損壞。

根據該實施例的充電器可以根據外部電源的實際負載能力自我調整地調節輸入電流，從而可以兼顧充電效率和外部電源的安全和壽命。

圖4示出在圖3所示充電器中採用的輸入電流基準電路500的第一實例的示意性框圖。如圖4所示的輸入電流基準電路500，該輸入電流基準電路500包括A/D轉換電路511、儲存電路512、減法電路513和D/A轉換電路514。

A/D轉換電路511的輸入端接收特徵化輸入電流Iin的檢測訊號VISEN1，賦能端接收第一電壓訊號V1。如上所述，第一電壓訊號V1用於特徵化輸入電壓Vin是否大於參考電壓VREF。在外部電源始終未超載時，第一電壓訊號V1處於低電平，從而去能A/D轉換電路511。在外 部電源超載時，充電器進入限流狀態，第一電壓訊號V1處於高電平，從而啟用A/D轉換器511，使得A/D轉換器511產生特徵化當前輸入電流Iin的第一數位值。

儲存電路512用於儲存第二數位值。在外部電源始終未超載時，儲存電路512中儲存的第二數位值對應於輸入電流的預設最大值Iin_max。即使第一電壓訊號V1未賦能A/D轉換電路511，電流基準訊號的最大值還是受到預設最大值的限制，從而避免輸入電流Iin過高導致充電器自身損壞。在外部電源超載時，充電器進入限流狀態，儲存電路512從A/D轉換電路511獲得並儲存特徵化當前輸入電流Iin的第一數位值。儲存電路512中儲存的第二數位值對應於當前超載狀態的第一數位值。在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，儲存電路512中儲存的第二數位值對應於最後超載狀態的第一數位值。

減法電路513將第三電壓訊號V3減去預定的電流調節步進△I以獲得第三數位值。

D/A轉換電路514將第三數位值轉換成類比訊號，提供隨後控制週期的電流基準訊號IREF1。

在不同的狀態下，輸入電流基準電路500產生的電流基準訊號IREF1的數值不同。

在外部電源始終未超載時，電流基準訊號IREF1表示為： IREF1=Iin_max-△I (1)

其中Iin_max表示輸入電流的預設最大值，△I表示 電流調節步進，該預設最大值為常數。

在外部電源超載時，輸入電壓Vin降低至參考電壓VREF1。充電器進入限流狀態，輸入電流基準電路500根據當前的輸入電流Iin產生隨後控制週期的電流基準訊號IREF1，可以表示為：IREF1=Iin-△I (2)

其中Iin表示當前的輸入電流Iin的第一檢測訊號，△I表示電流調節步進。

輸入電流基準電路500從當前的輸入電流Iin開始，按照電流調節步進△I，逐步減小電流基準訊號IREF1，從而在隨後的控制週期減小輸入電流Iin。

在充電器進入限流狀態之後，直到輸入電壓Vin上升至參考電壓VREF1時，表示外部電源恢復至未超載，則充電器退出限流狀態。儲存電路512儲存最後超載狀態的第一數位值，電流基準訊號IREF1保持不變，從而將輸入電流Iin保持為外部電源未超載允許的近似最大值。

在替代的實施例中，儲存電路512和減法電路513的順序可以互換。

圖5示出在圖3所示充電器中採用的輸入電流基準電路500的第二實例的示意性框圖。如圖5所示的輸入電流基準電路500，該輸入電流基準電路500包括遞減計數器518和D/A轉換電路514。

遞減計數器518的輸入端接收時鐘訊號CLK，賦能端接收第一電壓訊號V1，輸出端提供第一數位值。在外部 電源始終未超載時，第一電壓訊號V1處於低電平，從而去能遞減計數器518。在外部電源超載時，充電器進入限流狀態，第一電壓訊號V1處於高電平，從而啟用遞減計數器518。時鐘訊號CLK的每一個脈衝，使得遞減計數器518進行一次遞減計數運算，以產生數位控制訊號。在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，遞減計數器518停止遞減計數運算。

D/A轉換電路514將第一數位值轉換成類比訊號，以獲得隨後控制週期的電流基準訊號IREF1。

在不同的狀態下，輸入電流基準電路500產生的電流基準訊號IREF1的數值不同。

在外部電源始終未超載時，電流基準訊號IREF1表示為：IREF1=Iin_max=N*△I (3)

其中Iin_max表示輸入電流的預設最大值，N表示遞減計數器的預設最大值，△I表示電流調節步進，該預設最大值為常數。

在外部電源超載時，充電器進入限流狀態，輸入電壓Vin降低至參考電壓VREF1。輸入電流基準電路500根據當前的輸入電流Iin產生隨後控制週期的電流基準訊號IREF1，可以表示為：IREF1=(N-i)*△I (4)

其中i表示從充電器進入限流狀態開始經過的時鐘脈衝數，△I表示電流調節步進。

輸入電流基準電路500從輸入電流的預設最大值Iin_max開始，按照電流調節步進△I，逐個時鐘週期地逐步減小電流基準訊號IREF1。

在充電器進入限流狀態之後，直到輸入電壓Vin升高至參考電壓VREF1，表示外部電源恢復至未超載，則充電器退出限流狀態。遞減計數器518停止進行遞減計數運算，電流基準訊號IREF1保持不變，從而將輸入電流Iin保持為外部電源未超載允許的近似最大值。

該實施例採用數位控制的方式對充電器的充電電流進行調節，進而限制充電器的輸入電流，解決外部電源限流問題，其控制方案簡單易行，便於實際操作應用。

圖6示出根據本發明第二實施例的自我調整輸入電流限制的充電器的示意性電路圖。該充電器包括功率轉換器100、輸入電流控制迴路200、輸入電壓控制迴路600、輸出電流控制迴路700、輸出電壓控制迴路800和誤差訊號選擇電路900。電池BAT作為充電器的負載，從功率轉換器100獲得充電電流。以下將結合圖3和圖7a至7d，分別描述充電器中採用的輸入電壓控制迴路、輸出電壓控制迴路、輸出電流控制迴路以及誤差訊號選擇電路。

參見圖3，輸入電流控制迴路200包括輸入電流調節電路300、輸入電壓檢測電路400和輸入電流基準電路500。輸入電流控制迴路200檢測輸入電壓Vin和輸入電流Iin。輸入電流控制迴路200將輸入電流Iin的檢測訊號與電流基準訊號IREF1相比較，產生第一誤差訊號VC1。

在外部電源始終未超載時，電流基準訊號IREF1為輸入電流的預設值。在外部電源超載時，充電器進入限流狀態，輸入電壓Vin降低至參考電壓，電流基準訊號IREF1為當前的輸入電流與電流調節步進的差值。在充電器退出限流狀態時，輸入電壓Vin升高至參考電壓，電流基準訊號IREF1為退出限流狀態之前的輸入電流與電流調節步進的差值。

輸入電流控制迴路200將第一誤差訊號VC1提供給功率轉換器100的控制電路，從而調節PWM訊號的工作週期。輸入電流控制迴路200將輸入電流Iin保持為外部電源未超載允許的近似最大值。例如，在充電器的輸入電流Iin超載時，電流基準訊號IREF1減小，功率轉換器100的控制電路減小PWM訊號的工作週期，從而減小充電電流，相應地減小輸入電流Iin。該充電器藉由調節電流基準訊號IREF1實現充電器的輸入電流的限制。

參見圖7a，輸入電壓控制迴路600包括由電阻R1和R2組成的電阻分壓器和運算放大器601。電阻R1和R2串聯連接在功率轉換器100的輸入端和地之間，在電阻R1和R2的中間節點提供輸入電壓回授訊號VFB1。運算放大器601的同相輸入端接收輸入電壓回授訊號VFB1，反相輸入端接收參考電壓VREF1，並且對二者進行比較以產生第二誤差訊號VC2。

輸入電壓控制迴路600將第二誤差訊號VC2提供給功率轉換器100的控制電路，從而調節PWM訊號的工作 週期。輸入電壓控制迴路600將輸入電壓Vin保持為與參考電壓VREF1相對應的值。例如，在充電器的輸入電壓Vin偏離基準值時，第二誤差訊號VC2增大。功率轉換器100的控制電路調節PWM訊號的工作週期以減小第二誤差訊號VC2。該充電器藉由回授控制迴路維持充電器的輸入電壓Vin實質恆定。

參見圖7b，輸出電壓控制迴路800包括由電阻R3和R4組成的電阻分壓器和運算放大器801。電阻R3和R4串聯連接在功率轉換器100的輸出端和地之間，在電阻R3和R4的中間節點提供輸入電壓回授訊號VFB2。運算放大器801的反相輸入端接收輸入電壓回授訊號VFB2，同相輸入端接收參考電壓VREF2，並且對二者進行比較以產生第四誤差訊號VC4。

輸出電壓控制迴路800將第四誤差訊號VC4提供給功率轉換器100的控制電路，從而調節PWM訊號的工作週期。輸出電壓控制迴路800將輸出電壓Vout保持為與參考電壓VREF2相對應的值。例如，在充電器的輸出電壓Vout偏離基準值時，第四誤差訊號VC4增大。功率轉換器100的控制電路調節PWM訊號的工作週期以減小第四誤差訊號VC4。該充電器藉由回授控制迴路維持充電器的輸出電壓Vout實質恆定。

參見圖7c，輸出電流控制迴路700包括運算放大器701。此外，輸出電流控制迴路700還可以包括取樣電路。該取樣電路例如包括連接在功率轉換器100的輸入端 的取樣電阻，該取樣電阻的兩端進一步連接運算放大器的同相輸入端和反相輸入端。運算放大器的輸出端獲得取樣電阻兩端的電壓降，即特徵化輸出電流Iout的檢測訊號VISEN2。運算放大器701的反相輸入端接收檢測訊號VISEN2，同相輸入端接收電流基準訊號IREF2，並且對二者進行比較以產生第三誤差訊號VC3。

輸出電流控制迴路700將第三誤差訊號VC3提供給功率轉換器100的控制電路，從而調節PWM訊號的工作週期。輸出電流控制迴路700將輸出電流Iout保持為與電流基準訊號IREF2相對應的值。例如，在充電器的輸出電流Iout偏離基準值時，第三誤差訊號VC3增大。功率轉換器100的控制電路調節PWM訊號的工作週期以減小第三誤差訊號VC3。該充電器藉由回授控制迴路維持充電器的輸出電流Iout實質恆定。

參見圖7d，誤差訊號選擇電路900包括第一二極體D1至第四二極體D4，以及電流源Is。第一二極體D1至第四二極體D4的陰極分別接收第一誤差訊號VC1至第四誤差訊號VC4，其陽極共同連接至公共節點以提供誤差訊號VC。電流源Is的輸出端連接至公共節點。在第一二極體D1至第四二極體D4中的任一個導通時，公共節點的電壓將近似鉗位於相應二極體的陰極電壓。因此，該誤差訊號選擇電路900接收第一誤差訊號VC1至第四誤差訊號VC4，從中選擇最小值作為誤差訊號VC。

進一步地，該誤差訊號選擇電路900將該誤差訊號 VC提供至功率轉換器100，以控制PWM訊號的產生。充電器通根據誤差訊號VC調節功率轉換器100的PWM訊號，從而可以維持充電器的輸入電流、輸入電壓、輸出電壓和輸出電流中至少一個實質恆定。

圖8示根據本發明實施例的自我調整輸入電流限制的充電器控制方法的流程圖。

在步驟S01中，採用功率轉換器，從外部電源獲得輸入電流以及向負載提供輸出電流作為充電電流。

在步驟S02中，採用電流回授迴路，將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較以產生第一誤差訊號，以及將第一誤差訊號提供給功率轉換器，使得所述功率轉換器根據第一誤差訊號調節輸入電流。

較佳地，產生第一誤差訊號包括：將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較，以產生所述第一誤差訊號；將用於特徵化輸入電壓的第二檢測訊號與第一參考電壓相比較，以產生第一電壓訊號；以及根據輸入電壓和輸入電流產生第一電流基準訊號，其中，在第二檢測訊號大於第一參考電壓時判定外部電源未超載，維持第一電流基準訊號不變，在第二檢測訊號小於第一參考電壓時判定外部電源超載，減小第一電流基準訊號。

較佳地，產生第一電流基準訊號包括：在外部電源未超載時，根據預先儲存的數位值獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號；以及在外部電源超載時，將當前的第一檢測訊號減去電流調節步進以獲得隨後控制週期的第一電流 基準訊號。

較佳地，產生第一電流基準訊號包括：在外部電源未超載時，根據遞減計數器保存的計數值獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號；以及在外部電源超載時，遞減計數器逐個時鐘週期地進行遞減計數運算，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號。

在步驟S03中，根據功率轉換器的輸入電壓判斷外部電源的超載狀態，在外部電源超載時，所述充電器進入限流狀態，其中逐步減小第一電流基準訊號，直至外部電源恢復到未超載狀態。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

100‧‧‧功率轉換器

200‧‧‧輸入電流控制迴路

300‧‧‧輸入電流控制迴路

301‧‧‧運算放大器

302‧‧‧運算放大器

400‧‧‧輸入電壓控制迴路

401‧‧‧比較器

500‧‧‧輸入電流基準電路

BAT‧‧‧電池

Iin‧‧‧輸入電流

IREF1‧‧‧電流基準訊號

Iout‧‧‧輸出電流

R1‧‧‧電阻

R2‧‧‧電阻

Rs1‧‧‧取樣電阻

V1‧‧‧第一電壓訊號

VFB‧‧‧輸入電壓回授訊號

Vin‧‧‧輸入電壓

VISEN1‧‧‧檢測訊號

VREF‧‧‧反相輸入端接收參考電壓

Claims (15)

1. 一種自我調整輸入電流限制的充電器，包括：功率轉換器，從外部電源獲得輸入電流以及向負載提供輸出電流作為充電電流；以及電流回授迴路，將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較以產生第一誤差訊號，以及將第一誤差訊號提供給功率轉換器，使得該功率轉換器根據第一誤差訊號調節輸入電流，其中，該電流回授迴路根據功率轉換器的輸入電壓判斷外部電源的超載狀態，在外部電源超載時，該充電器進入限流狀態，其中該電流回授迴路逐步減小第一電流基準訊號，直至外部電源恢復到未超載狀態。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的充電器，其中，該功率轉換器包括功率開關裝置，以及採用脈寬調變訊號控制功率開關管的導通和關斷，以調節功率轉換器的輸入電流。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的充電器，其中，該電流回授迴路包括：輸入電流調節電路，將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較，以產生該第一誤差訊號；輸入電壓檢測電路，將用於特徵化輸入電壓的第二檢測訊號與第一參考電壓相比較，以產生第一電壓訊號；以及 輸入電流基準電路，根據功率轉換器的輸入電壓和輸入電流產生第一電流基準訊號，其中，在第二檢測訊號大於第一參考電壓時判定外部電源未超載，該輸入電流基準電路維持第一電流基準訊號不變，在第二檢測訊號小於第一參考電壓時判定外部電源超載，在限流狀態中，該輸入電流基準電路減小第一電流基準訊號。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的充電器，其中該輸入電流調節電路包括：第一取樣電阻，連接在功率轉換器的輸入端，使得輸入電流流經第一取樣電阻；第一運算放大器，第一運算放大器的同相輸入端連接第一取樣電阻的高電位端，反相輸入端連接第一取樣電阻的低電位端，輸出端提供用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號；以及第二運算放大器，第二運算放大器的反相輸入端接收第一檢測訊號，同相輸入端接收第一電流基準訊號，輸出端提供第一誤差訊號。
5. 根據申請專利範圍第3項所述的充電器，其中該輸入電壓檢測電路包括：由第一電阻和第二電阻組成的電阻分壓器，第一電阻和第二電阻串聯連接在功率轉換器的輸入端和地之間，在第一電阻和第二電阻的中間節點提供用於特徵化輸入電壓 的第二檢測訊號；第一比較器，第一比較器的同相輸入端接收第二檢測訊號，同相輸入端接收第一參考電壓，輸出端提供第一電壓訊號。
6. 根據申請專利範圍第3項所述的充電器，其中該輸入電流基準電路包括：A/D轉換電路，包括輸入端、賦能端和輸出端，在輸入端接收第一檢測訊號，在賦能端接收第一電壓訊號，第一電壓訊號在外部電源未超載時去能A/D轉換電路，在外部電源超載時賦能A/D轉換電路從而在輸出端提供表示第一檢測訊號的第一數位值；儲存電路，儲存與第一電流基準訊號相對應的第二數位值；減法電路，從第二數位值減去預定的電流調節步進以獲得第三數位值；以及D/A轉換電路，將第三數位值轉換成類比訊號，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號，其中，在外部電源始終未超載時，該第二數位值對應於第一電流基準訊號的預定值，在外部電源超載時，該第二數位值對應於當前超載狀態的第一數位值，在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，該第二數位值對應於最後超載狀態的第一數位值。
7. 根據申請專利範圍第3項所述的充電器，其中該輸 入電流基準電路包括：A/D轉換電路，包括輸入端、賦能端和輸出端，在輸入端接收第一檢測訊號，在賦能端接收第一電壓訊號，第一電壓訊號在外部電源未超載時去能A/D轉換電路，在外部電源超載時賦能A/D轉換電路，從而在輸出端提供表示第一檢測訊號的第一數位值；減法電路，從第一數位值減去預定的電流調節步進以獲得第二數位值；儲存電路，儲存與第一電流基準訊號相對應的第三數位值；以及D/A轉換電路，將第三數位值轉換成類比訊號，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號，其中，在外部電源始終未超載時，該第三數位值對應於第一電流基準訊號的預定值，在外部電源超載時，該第三數位值對應於當前超載狀態的第二數位值，在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，該第三數位值對應於最後超載狀態的第二數位值。
8. 根據申請專利範圍第3項所述的充電器，其中該輸入電流基準電路包括：遞減計數器，包括輸入端、賦能端和輸出端，在輸入端接收時鐘訊號，在賦能端接收第一電壓訊號，第一電壓訊號在外部電源未超載時去能遞減計數器，在外部電源超載時賦能遞減計數器從而在輸出端提供第一數位值；以及 D/A轉換電路，將第一數位值轉換成類比訊號，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號，其中，在外部電源始終未超載時，該第一數位值對應於遞減計數器的預設最大值，在外部電源超載時，該遞減計數器逐個時鐘週期地進行遞減計數運算，在外部電源從超載恢復至未超載狀態時，該遞減計數器停止遞減計數運算。
9. 根據申請專利範圍第1項所述的充電器，還包括以下至少之一：輸入電壓控制迴路，將用於特徵化輸入電壓的第三檢測訊號與第二參考電壓相比較以產生第二誤差訊號，以及將第二誤差訊號提供給功率轉換器，使得該功率轉換器根據第二誤差訊號調節輸入電壓；輸出電壓控制迴路，將用於特徵化輸出電壓的第四檢測訊號與第三參考電壓相比較以產生第三誤差訊號，以及將第三誤差訊號提供給功率轉換器，使得該功率轉換器根據第三誤差訊號調節輸出電壓；輸出電流控制迴路，將用於特徵化輸出電流的第五檢測訊號與第二電流基準訊號相比較以產生第四誤差訊號，以及將第四誤差訊號提供給功率轉換器，使得該功率轉換器根據第四誤差訊號調節輸出電流。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的充電器，其中，該充電器包括該電流回授迴路、該輸入電壓控制迴路、該 輸出電壓控制迴路和該輸出電流控制迴路，還包括：誤差訊號選擇電路，從第一至第四誤差訊號中選擇誤差訊號的最小值提供給功率轉換器，使得該功率轉換器根據該最小值調節輸入電流、輸入電壓、輸出電流和輸出電壓中的至少一個。
11. 根據申請專利範圍第10項所述的充電器，其中，該誤差訊號選擇電路包括：電流源；以及第一二極體至第四二極體，其中，第一二極體至第四二極體的陰極分別接收第一誤差訊號至第四誤差訊號，其陽極共同連接至公共節點以提供誤差訊號的最小值，電流源的輸出端連接至公共節點。
12. 一種自我調整輸入電流限制的充電器控制方法，包括：採用功率轉換器，從外部電源獲得輸入電流以及向負載提供輸出電流作為充電電流；採用電流回授迴路，將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較以產生第一誤差訊號，以及將第一誤差訊號提供給功率轉換器，使得該功率轉換器根據第一誤差訊號調節輸入電流；以及根據功率轉換器的輸入電壓判斷外部電源的超載狀態，在外部電源超載時，該充電器進入限流狀態，其中逐步減小第一電流基準訊號，直至外部電源恢復到未超載狀態。
13. 根據申請專利範圍第12項所述的方法，其中，產生第一誤差訊號包括：將用於特徵化輸入電流的第一檢測訊號與第一電流基準訊號相比較，以產生該第一誤差訊號；將用於特徵化輸入電壓的第二檢測訊號與第一參考電壓相比較，以產生第一電壓訊號；以及根據輸入電壓和輸入電流產生第一電流基準訊號，其中，在第二檢測訊號大於第一參考電壓時判定外部電源未超載，維持第一電流基準訊號不變，在第二檢測訊號小於第一參考電壓時判定外部電源超載，在限流狀態中，減小第一電流基準訊號。
14. 根據申請專利範圍第13項所述的方法，其中產生第一電流基準訊號包括：在外部電源未超載時，根據預先儲存的數位值獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號；以及在外部電源超載時，將當前的第一檢測訊號減去電流調節步進以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號。
15. 根據申請專利範圍第13項所述的方法，其中產生第一電流基準訊號包括：在外部電源未超載時，根據遞減計數器保存的計數值獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號；以及在外部電源超載時，遞減計數器逐個時鐘週期地進行遞減計數運算，以獲得隨後控制週期的第一電流基準訊號。