TWI620394B - 充電電源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

揭示了一種充電電源及其控制方法，該充電電源根據補償信號執行連續的定電流充電階段和定電壓充電階段，其特徵在於，該充電電源包括：補償電路，包括接收該輸出電壓的輸入端，以及提供補償信號的輸出端，其中，該補償電路分別在固定的第一輸出電流下獲得與第一輸出電壓相對應的第一電壓，以及在固定的第二輸出電流下獲得與第二輸出電壓相對應的第二電壓，並且根據第一電壓和第二電壓的差值獲得補償電壓，以及採用補償電壓修正該補償信號。該充電電源及其控制方法經由補償線路阻抗和電池內阻實現快速充電。

Description

充電電源及其控制方法
本發明關於電源領域，更具體地，是關於用於充電電池的充電電源及其控制方法。
在現有技術中，對充電電池充電的過程通常包括定電流充電和定電壓充電兩個階段。在充電開始時採用定電流充電，其中採用較大的電流提高充電效率。在充電電池快充滿時，進入定電壓充電階段，以防止過充。在充電過程中，監測充電電池的端電壓，根據該電壓的變化從定電流充電切換為定電壓充電。
然而，由於電路線路阻抗和電池內阻的原因，實際檢測到的充電電池電壓會大於充電電池的真正電壓。如圖1所示，充電電源IC的輸出端OUT提供用於充電的輸出電壓Vout，輸出電容Cout連接在輸出端OUT和接地端GND之間，充電電池BAT連接在輸出端OUT和接地端GND之間作為負載。在圖1中還示出線路等效電阻Rs和充電電池的等效電阻Rr。在充電電源IC內部，從輸出端OUT獲取回授電壓，並且與參考電壓Vref相比較，從而 判斷充電電源的充電模式切換時刻。由於線路阻抗Rs以及電池內阻Rr的存在，充電電池兩端的電壓Vbat並不等於輸出端OUT的電壓Vout，而是等於Vout-Iout*(Rs+Rr)，Iout為充電電流。如果基於輸出端OUT的電壓Vout判斷充電電池的充電狀態並且切換充電模式，則由於充電電池的電壓實際上仍未達到該預定值，因此定電壓充電階段需要相當長的定電壓充電時間才能使充電電池被真正充滿，從而導致充電時間過長。
因此，期望進一步改進充電電源的控制以實現充電模式的準確切換，從而安全快速地進行充電過程，節省充電時間。
鑒於上述問題，本發明的目的在於提供一種可以補償線路阻抗和電池內阻的充電電源及其控制方法，從而實現快速充電。
根據本發明的一方面，提供一種充電電源，根據補償信號執行連續的定電流充電階段和定電壓充電階段，其特徵在於，該充電電源包括：補償電路，包括接收該輸出電壓的輸入端，以及提供補償信號的輸出端，其中，該補償電路分別在固定的第一輸出電流下獲得與第一輸出電壓相對應的第一電壓，以及在固定的第二輸出電流下獲得與第二輸出電壓相對應的第二電壓，並且根據第一電壓和第二電壓的差值獲得補償電壓，以及採用補償電壓修正該補償 信號。
較佳地，該補償電路包括電壓回授迴路，該電壓回授迴路包括第一差分放大器，包括分別接收第一參考電壓和與該輸出電壓相對應的第三電壓的同相輸入端和反相輸入端，以及提供該補償信號的輸出端，其中，該第一參考電壓疊加該補償電壓以獲得該第一參考電壓的補償值，使得該第一差分放大器的同相輸入端接收該第一參考電壓的補償值，或者該第三電壓減去該補償電壓以獲得該第三電壓的補償值，使得該第一差分放大器的反相輸入端接收該第三電壓的補償值。
較佳地，該補償電路還包括電流回授迴路，該電流回授迴路包括第二差分放大器，包括接收第二參考電壓和第三參考電壓之一的同相輸入端、接收與該輸出電流相對應的第四電壓的反相輸入端，以及提供該補償信號的輸出端，其中，該第二參考電壓和該第三參考電壓分別對應於該第一輸出電流和該第二輸出電流。
較佳地，該補償電路還包括：選擇電路，用於選擇該第一差分放大器和該第二差分放大器的輸出信號中數值較小的輸出信號作為補償信號。
較佳地，該補償電路還包括：第一二極體和第二二極體，該第一二極體的陰極連接至該第一差分放大器的該輸出端，該第二二極體的陰極連接至該第二差分放大器的該輸出端，以及該第一二極體和該第二二極體的陽極共同連接至公共節點，以提供該補償信號。
較佳地，該補償電路還包括：電壓取樣保持電路，包括連接至該充電電源的該輸出端的第一支路和第二支路，分別取樣和保持在固定的第一輸出電流下獲得與第一輸出電壓相對應的第一電壓，以及在固定的第二輸出電流下獲得與第二輸出電壓相對應的第二電壓；參考電壓疊加電路，包括第一壓控電壓源和第二壓控電壓源，該第一壓控電壓源用於獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，作為該補償電壓，該第二壓控電壓源用於疊加該第一參考電壓和該補償電壓。
較佳地，該第一支路包括連接在該輸出端和該第一壓控電壓源的正輸入端之間的第一開關，以及連接在該第一壓控電壓源的正輸入端和地之間的第一電容，該第一電容保存該第一電壓，該第二支路包括連接在該輸出端和該第一壓控電壓源的負輸入端之間的第二開關，以及連接在該第二壓控電壓源的負輸入端和地之間的第二電容，該第二電容保存該第二電壓，該第一壓控電壓源的正輸入端和負輸入端分別接收該第一電壓和該第二電壓，負輸出端接地，使得該第一壓控電壓源的正輸出端獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，該第二壓控電壓源的正和負輸入端之間接收該補償電壓，負輸出端接收該第一參考電壓，使得該第二壓控電壓源的正輸出端獲得該第一參考電壓的補償值，該參考電壓疊加電路還包括連接在該第一壓控電壓源的正輸出端和該第二壓控電壓源的正輸入端之間的第三開關，以及連接在該第二壓控電壓源的正輸入端和負輸入 端之間的第三電容，該第三電容用於保存該補償電壓。
較佳地，該補償電路還包括：電壓取樣保持電路，包括連接至該充電電源的該輸出端的第一支路和第二支路，分別取樣和保持在固定的第一輸出電流下獲得與第一輸出電壓相對應的第一電壓，以及在固定的第二輸出電流下獲得與第二輸出電壓相對應的第二電壓；輸出電壓補償電路，包括第一壓控電壓源和第三差分放大器，該第一壓控電壓源用於獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，作為該補償電壓，該第三差分放大器用於從該第三電壓減去該補償電壓。
較佳地，該第一支路包括連接在該輸出端和該第一壓控電壓源的正輸入端之間的第一開關，以及連接在該第一壓控電壓源的正輸入端和地之間的第一電容，該第一電容保存該第一電壓，該第二支路包括連接在該輸出端和該第一壓控電壓源的負輸入端之間的第二開關，以及連接在該第二壓控電壓源的負輸入端和地之間的第二電容，該第二電容保存該第二電壓，該第一壓控電壓源的正輸入端和負輸入端分別接收該第一電壓和該第二電壓，負輸出端接地，使得該第一壓控電壓源的正輸出端獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，該第三差分放大器的同相輸入端和反相輸入端分別接收該第三電壓和該補償電壓，使得該第三差分放大器的輸出端獲得該第三電壓的補償值，該參考電壓疊加電路還包括連接在該第一壓控電壓源的正輸出端和該第三差分放大器的反相輸入端之間的第三開關，以及 連接在該第三差分放大器的反相輸入端和地之間的第三電容，該第三電容用於保存該補償電壓。
根據本發明的另一方面，提供一種充電電源的控制方法，根據補償信號執行連續的定電流充電階段和定電壓充電階段，其特徵在於，在該定電流充電階段：在固定的第一輸出電流下充電，獲得與第一輸出電壓相對應的第一電壓；在固定的第二輸出電流下充電，獲得與第二輸出電壓相對應的第二電壓；根據第一電壓和第二電壓的差值獲得補償電壓；以及採用補償電壓修正該補償信號。
較佳地，根據修正的該補償信號，確定從該定電流充電階段切換至該定電壓充電階段的時刻。
較佳地，根據修正的該補償信號，確定該定電壓充電階段的輸出電壓的大小。
較佳地，根據第一參考電壓和與該輸出電壓相對應的第三電壓產生該補償信號，在該第一參考電壓上疊加該補償電壓，以獲得該第一參考電壓的補償值，或者從該第三電壓減去該補償電壓，以獲得該第三電壓的補償值。
較佳地，該定電流充電階段包括交替的多個第一時間段和多個第二時間段，分別提供該第一輸出電流和該第二輸出電流。
較佳地，在第一時間段結束前，保存該第一電壓；在第二時間段結束前，保存該第二電壓；以及在保存該第一電壓和該第二電壓之後，從該第一電壓減去該第二電壓，以獲得電壓差作為該補償電壓。
根據本發明實施例的充電電源及其控制方法，由於採用補償電壓修正補償信號，因此，可以根據修正的該補償信號，確定從該定電流充電階段切換至該定電壓充電階段的時刻。相對於現有技術中達到參考電壓的時間增加了。因此，充電電源在定電流充電階段的持續時間比現有技術的要長，使得充電電池的電壓快速衝高。
進一步地，根據修正的該補償信號確定該定電壓充電階段的輸出電壓的大小，充電電源在定電壓充電階段的輸出電壓比現有技術的要高。定電壓充電階段的持續時間大大減少，從而減少了總充電時間。
該充電電源及其控制方法經由補償線路阻抗和電池內阻可以實現快速充電。
110‧‧‧補償電路
111‧‧‧電壓取樣保持電路
112‧‧‧參考電壓疊加電路
113‧‧‧迴路切換控制電路
BAT‧‧‧充電電池
C1‧‧‧電容
C2‧‧‧電容
C3‧‧‧電容
CC_REF‧‧‧參考電壓源
CC_sense‧‧‧電流檢測信號
Cout‧‧‧輸出電容
D1‧‧‧二極體
D2‧‧‧二極體
GM1‧‧‧第一差分放大器
GM2‧‧‧第二差分放大器
GND‧‧‧接地端
ICHG1‧‧‧第一電流
ICHG2‧‧‧第二電流
Iout‧‧‧輸出電流
OUT‧‧‧輸出端
R1‧‧‧電阻
R2‧‧‧電阻
Rr‧‧‧等效電阻
Rs‧‧‧線路等效電阻
Sa‧‧‧開關
Sb‧‧‧開關
Sc‧‧‧開關
Sd‧‧‧開關
Se‧‧‧開關
T1‧‧‧第一時間段
T2‧‧‧第二時間段
VC1‧‧‧第一壓控電壓源
VC2‧‧‧第二壓控電壓源
Vcomp‧‧‧補償信號
Vga‧‧‧控制信號
Vgb‧‧‧控制信號
Vge‧‧‧控制信號
Vout‧‧‧輸出電壓
Vout1‧‧‧第一輸出電壓
Vout2‧‧‧第二輸出電壓
Vrc‧‧‧補償電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Vref’‧‧‧參考電壓補償值
經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示出根據先前技術的充電電源工作原理的示意性電路圖；圖2示出根據本發明的充電電源工作原理的示意性電路圖；圖3示出根據本發明的充電電源工作原理的波形圖；圖4和圖5分別示出根據本發明實施例的充電電源中補償電路的不同部分的示意性電路圖；圖6示出根據本發明實施例的充電電源中補償電路的 波形圖；圖7示出充電電源在充電過程的不同階段中輸出電壓和輸出電流隨時間變化的曲線；以及圖8示出充電電源在不同的固定電流下輸出電壓隨時間變化的曲線。
以下將參照附圖更詳細地描述本發明。在各個附圖中，相同的元件採用類似的附圖標號來表示。
在下文中描述了本發明的許多特定的細節，例如特定的電路模組、元件、連接方式、控制時序，以便更清楚地理解本發明。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不用按照這些特定的細節來實現本發明。
本發明基於以下認識：充電電源IC根據輸出端OUT處的輸出電壓Vout控制充電模式的切換時刻，該輸出電壓Vout不等於充電電池兩端的電壓Vbat。如果充電電源IC根據功率變換器的輸出電壓實現充電控制，則會導致過早地從定電流充電模式切換至定電壓充電模式，導致充電時間過長。充電電池兩端的電壓Vbat=Vout-Iout*(Rs+Rr)，其中Iout為充電電源IC的輸出電流，其為電池的充電電流。只有對輸出電壓Vout進行補償以近似等於充電電池兩端的電壓Vbat，才能實現準確的充電控制。對輸出電壓Vout的補償是在檢測的輸出電壓Vout的基礎上，減去補償電壓，或者在參考電壓 Vref的基礎上，疊加補償電壓。在本發明中，用語“線路阻抗和電池內阻上的壓降”是指輸出電流Iout流經充電電池時由線路阻抗和電池內阻產生的電壓，補償電路是指與線路阻抗和電池內阻上的壓降相對應的電壓。
本發明可以各種形式呈現，以下將描述其中一些示例。
圖2和圖3示出根據本發明的充電電源工作原理的示意性電路圖和波形圖。在本發明中，充電電源IC例如是功率變換器，用於連接外部電源以及產生輸出電壓Vout，從而提供為充電電池BAT充電的充電電流。
為了簡明起見，在圖2中僅示出功率變換器的回授迴路的一部分，而未示出功率變換器的控制信號產生電路和功率級，也未示出與控制信號產生電路連接的回授迴路的其餘部分。該回授迴路包括電壓回授迴路，該電壓回授迴路包括差分放大器GM1，根據輸出電壓Vout和參考電壓Vref產生補償信號Vcomp。可以理解，功率變換器的控制信號產生電路接收補償信號Vcomp以及產生脈寬調製(PWM)或脈頻調製(PFM)信號，經由週期性地導通或斷開功率級，產生輸出電壓Vout和輸出電流Iout。
充電電源還包括電流檢測模組和電壓檢測模組。可以理解，本發明可以採用現有充電電源中的電流檢測模組和電壓檢測模組，用於檢測充電電源的輸出電壓Vout和輸出電流Iout。因此，在充電電源內部可以採用電壓回授信號表徵充電電源的輸出電壓Vout，採用電流回授信號表 徵充電電源的輸出電流Iout。在本發明中，與輸出電壓Vout相對應的電壓是指輸出電壓Vout自身或其回授電壓，與輸出電流Iout相對應的電壓是指電流的取樣電壓或其回授電壓。
如圖2所示，充電電源IC的輸出端OUT提供用於充電的輸出電壓Vout，輸出電容Cout連接在輸出端OUT和接地端GND之間，充電電池BAT連接在輸出端OUT和接地端GND之間作為負載。在圖2中還示出線路等效電阻Rs和充電電池的等效電阻Rr。在充電電源IC內部，從輸出端OUT獲取回授電壓，並且與參考電壓Vref相比較，從而判斷充電電源的充電模式切換時刻。
與圖1所示的現有技術的充電電源不同，本發明的充電電源還包括補償電路110。該補償電路110連接在充電電源IC的回授迴路中。在該實施例中，採用補償電路110獲得參考電壓的補償電壓。在參考電壓Vref的基礎上，疊加補償電壓。
如圖3所示，在時間段T1內，以固定的第一電流ICHG1給充電電池充電，充電電源的輸出電壓Vout持續升高。在第一時間段T1結束時刻的輸出端OUT的電壓為Vout1。在時間段T2內，以固定的第二電流ICHG2給充電電池充電。第二電流ICHG2小於第一電流ICHG1。由於充電電流減小，在時間段T2的開始時刻，充電電源的輸出電壓Vout陡降，然後持續降低。在第二時間段T2結束時刻的輸出端OUT的電壓為Vout2。第一時間段T1遠 大于第二時間段T2。在一個實例中，T1=30ms，T2=0.1ms。
如果T1>>T2，且ICHG1>ICGH2，則在時間段T2內，充電電池兩端的電壓Vbat幾乎不變，而線路阻抗Rs和電池內阻Rr上的電壓在時間段T2內會迅速變化。第一時間段T1與第二時間段T2的差值越大，越有利於準確表徵線路阻抗Rs和電池內阻Rr導致的電壓變化。亦即，Vout1-Vout2的值越接近(ICHG1-ICHG2)*(Rs+Rr)。而且，第二電流ICHG2越小，Vout1-Vout2越接近ICHG1*(Rs+Rr)。若第二電流ICHG2等於0，則Vout1-Vout2=ICHG1*(Rs+Rr)，從而獲得補償電壓Vrc=Vout1-Vout2=ICHG1*(Rs+Rr)。
在獲得補償電壓Vrc之後，補償電路110將補償電壓Vrc疊加在參考電壓Vref上，進一步獲得參考電壓的補償值Vref’=Vref+Vrc。
該充電電源根據補償信號執行連續的定電流充電階段和定電壓充電階段。
在充電過程的定電流充電階段，充電電源輸出端的輸出電壓逐漸升高。根據參考電壓的補償值Vref’，判斷充電電源的充電模式切換時刻。一旦檢測到該參考電壓的補償值Vref’與輸出端電壓Vout的差值小於預定值，則從定電流充電階段切換至定電壓充電階段。
在充電過程的定電壓充電階段，將充電電源的輸出端電壓Vout維持等於參考電壓的補償值Vref’，充電電源輸 出端的輸出電流逐漸減小。直到充電電流小於預定電流(通常為第一充電電流的1/10值)且輸出電壓大於補償值與一個預定值的差值時停止整個充電過程。
採用上述充電方法，根據修正的補償值Vref’，確定從該定電流充電階段切換至該定電壓充電階段的時刻，以及該定電壓充電階段的輸出電壓的大小。由於在參考電壓上疊加了補償電壓Vrc，因此檢測電壓到達該補償值Vref’的時間在其他因素相同的情況下，相對於現有技術中達到參考電壓的時間增加了。因此，充電電源的定電流充電階段的持續時間比現有技術的要長，使得充電電池的電壓快速衝高，定電壓充電階段的持續時間大大減少，從而減少了總充電時間。
圖4和圖5分別示出根據本發明實施例的充電電源中補償電路的不同部分的示意性電路圖。補償電路110包括電壓取樣保持電路111、參考電壓疊加電路112和迴路切換控制電路113。
電壓取樣保持電路111包括連接至充電電源的輸出端OUT的第一和第二支路。第一支路包括從輸出端OUT開始依次串聯的開關Sa和電阻R1，以及連接在電阻R1的一端與地之間的電容C1。第二支路包括從輸出端OUT開始依次串聯的開關Sb和電阻R2，以及連接在電阻R2的一端與地之間的電容C2。電容C1和C2分別用於保持在第一時間段T1結束時的第一輸出電壓Vout1和在第二時間段T2結束時的第二輸出電壓Vout2。在電壓取樣保持 電路111中，電阻R1和R2用於阻尼電壓的快速跳變和抑制干擾，電容C1和C2用於保持取樣電壓。
參考電壓疊加電路112包括第一壓控電壓源VC1、第二壓控電壓源VC2、開關Sc和電容C3。第一壓控電壓源VC1的正輸入端和負輸入端分別接收第一輸出電壓Vout1和第二輸出電壓Vout2，從而正輸出端和負輸出端之間的電壓與Vout1-Vout2成比例。開關Sc的第一端連接至第一壓控電壓源VC1的正輸出端，第二端連接至第二壓控電壓源VC2的正輸入端。第一壓控電壓源VC1的負輸出端連接至第二壓控電壓源VC2的負輸入端，並且共同接地。電容C3連接在開關Sc的第二端和地之間。第二壓控電壓源VC2的負輸出端連接至參考電壓源CV_REF。因而，在第二壓控電壓源VC2的正輸出端提供參考電壓的補償值Vref’。在參考電壓疊加電路112中，電容C3用於保持取樣電壓的電壓差Vout1-Vout2。
迴路切換控制電路113包括電壓回授迴路、電流回授迴路和選擇電路、參考電壓選擇電路和迴路選擇電路，其中，電壓回授迴路包括第一差分放大器GM1，電流回授迴路第二差分放大器GM2。第一差分放大器GM1的同相輸入端從參考電壓疊加電路112的輸出端接收參考電壓的補償值Vref’，反相輸入端接收輸出端電壓Vout。第二差分放大器GM2的同相輸入端從參考電壓選擇電路接收參考電壓，反相輸入端接收用於表徵輸出端的充電電流Iout的電流檢測信號CC_sense。參考電壓選擇電路包括開關 Sd和Se、以及參考電壓源CC_REF。第二差分放大器GM2的同相輸入端經由開關Sd連接至參考電壓源CC_REF，以及經由開關Se接地或者另一個參考電壓源，即第二電流的參考。迴路選擇電路包括二極體D1和D2。二極體D1和D2的陰極分別連接至第一差分放大器GM1和第二差分放大器GM2的輸出端，陽極連接在一起，提供補償信號Vcomp。由於補償信號Vcomp取決於第一差分放大器GM1和第二差分放大器GM2的輸出信號中較小的一個。因而，可以根據第一差分放大器GM1和第二差分放大器GM2的輸出信號的大小選擇電壓回授環和電流回授環之一。
在迴路切換控制電路113中，第二差分放大器GM2用於計算設定的參考電流與充電電流的差值，而第一差分放大器GM2用於計算該補償參考電壓與充電電源的輸出端電壓的差值。兩個差分放大器的輸出端所接的二極體構成選擇電路，選擇兩個誤差放大器輸出值較小的一個作為補償信號Vcomp。
根據本發明的充電電源可以例如是功率變換器。可以理解，功率變換器的控制信號產生電路接收補償信號Vcomp以及產生脈寬調製(PWM)或脈頻調製(PFM)信號，經由週期性地導通或斷開功率變換器中主功率開關管的開關狀態，產生輸出電壓Vout和輸出電流Iout。
圖6示出根據本發明實施例的充電電源中的補償電路的波形圖。在充電電源的定電流充電階段，補償電路按照 圖6所示的波形圖工作，以獲得參考電壓的補償值。
該定電流充電階段包括多個重複執行的第一時間段T1和第二時間段T2。在定電流充電階段，由於充電電源的輸出電壓較小，因此迴路切換控制電路113將電流回授環接入回授迴路，從而進行定電流充電。
如圖6所示，輸出電流Iout在時間段T1和T2中的電流值分別為ICHG1和ICHG2。在時間段T1內，以第一電流ICHG1給充電電池充電，而在時間段T2內，以第二電流ICHG2給充電電池充電。
補償電路110中的開關Sa至Se分別在控制信號Vga至Vge的控制下導通或斷開，其中，控制信號Vga可由控制信號Vgd觸發生成，以在△T1內控制開關Sa導通，從而取樣獲得第一輸出電壓Vout1，控制信號Vgb可由控制信號Vge觸發生成，從而在△T2內控制開關Sa導通，從而取樣獲得第二輸出電壓Vout2。控制信號Vgc可由控制信號Vga、Vgb觸發生成，從而在△T1到T2結束時刻控制開關Sc關斷。
為了實現時間段T1和T2內以不同值的定電流進行的定電流充電，在迴路切換控制電路113中，開關Sd和Se在時間段T1和T2交替導通。在開關Sd導通時，參考電壓選擇電路選擇參考電壓源CC_REF提供第一參考電壓，在開關Se導通時，參考電壓選擇電路選擇零電壓作為第二參考電壓。相應地，充電電源產生固定的固定輸出電流，即第一電流ICHG1和第二電流ICHG1分別與第一和 第二參考電壓相對應，由於第二參考電壓為零電壓，因此，充電電源輸出的第二電流ICHG2的值也為零。
在第一時間段T1結束時刻，即第一時間段T1結束前的△T1時間段，電壓取樣保持電路111工作，開關Sa導通，從而獲得充電電源輸出端的第一輸出電壓Vout1。然後，開關Sa斷開，電容C1保持第一輸出電壓Vout1。
在第二時間段T2結束時刻，即第一時間段T2結束前的△T2時間段，電壓取樣保持電路111工作，開關Sb導通，從而獲得充電電源輸出端的第二輸出電壓Vout2。然後，開關Sb斷開，電容C2保持第二輸出電壓Vout2。
在電壓取樣保持電路111獲得第一輸出電壓Vout1和第二輸出電壓Vout2之後，例如在下一週期的第一時間段T1期間，參考電壓疊加電路112工作，其中開關Sc導通。參考電壓疊加電路112產生參考電壓的補償值Vref’。在開關Sc導通期間，開關Sa和Sb均斷開。
在連續的第一輸出電壓Vout1的取樣期間和第二輸出電壓Vout2的取樣期間之間的時間段中，僅僅獲得第一輸出電壓Vout1，而未獲得第二輸出電壓Vout2。電壓疊加電路112在該時間段中應該停止工作。因此，在每個週期的△T1+T2時間段中，開關Sc斷開，使得電壓疊加電路112等待該週期的第一輸出電壓Vout1和第二輸出電壓Vout2的取樣均完成。在開關Sc斷開期間，電容C3保持Sc斷開前Vout1-Vout2的值，使得參考電壓疊加電路112維持前一週期的參考電壓的補償值Vref’。
隨著定電流充電階段的進行，充電電源輸出端的電壓Vout逐漸升高，第一差分放大器GM1的輸出信號逐漸減小。同時，由於定電流充電，第二差分放大器GM2的輸出信號維持不變。一旦第一差分放大器GM1的輸出信號小於第二差分放大器GM2的輸出信號，迴路切換控制電路113將電壓回授環接入回授迴路，從而進行定電壓充電。
隨著定電壓充電階段的進行，充電電源輸出端的充電電流Iout逐漸減小。當該充電電流Iout降低到預定值(通常為第一電流ICHG1的1/10)，且Vout1>CV-REG-Vrecharge(一個預設的值，如100mV)時，充電電源停止充電。
圖7示出充電電源在充電過程的不同階段中輸出電壓和輸出電流隨時間變化的曲線，其中以3000mA鋰充電電池充電為例。
採用現有技術的充電電源，固定充電電壓設為4.2V，固定充電電流設置為1.5A，定電流1.5A充電30分鐘左右進入定電壓4.2V充電，定電壓充電時間約為110分鐘。整個過程需要大約140分鐘的充電時間，由此可見，採用這種方法，充電時間較長。
採用根據本發明的充電電源，其中採用補償電路110補償線路阻抗和電池內阻。第二充電電流通常為0，則本發明的第一充電階段其實也算是定電流充電階段，第二階段為定電壓充電，在定電流充電階段內，充電電流為第一 電流，例如將其參考電流設置為1.5A，定電流1.5A充電40分鐘左右進入定電壓4.2V充電，定電壓充電時間約為40分鐘。整個過程需要大約80分鐘的充電時間，由此可見，採用這種方法，充電時間相對現有技術可減少60分鐘，充電效率高。
圖8示出充電電源在不同的固定電流下輸出電壓隨時間變化的曲線，其中分別示出第一電流ICHG1和第二電流ICHG2時的輸出電壓Vout1和Vout2。從兩條曲線的比較可以看到，輸出電壓Vout1和Vout2之間的差值在充電過程中均維持大致穩定的差值，該差值可以表示線路阻抗和電池內阻的電壓降。
在上述實施例中，描述了充電電源的定電流充電階段包括交替的多個第一電流的時間段T1和多個第二電流的時間段T2。利用連續的時間段T1和T2之間的電壓降獲得補償電壓Vrc。在替代的實施例中，只要補償電壓Vrc可以保持足夠長的時間，定電流充電階段可以包括僅一個時間段T2。
進一步地，在上述的實施例中，描述了充電電源的補償電路將補償電壓疊加在電壓回授環的參考電壓上。在替代的實施例中，充電電源的補償電路可以連接在輸出端OUT和差分放大器GM1之間，並且採用附加的差分放大器，從輸出電壓Vout中減去補償電壓Vrc。
進一步地，在上述的實施例中，描述了充電電源的補償電路接收在充電電源的輸出端OUT獲得輸出電壓 Vout。正如本領域技術人員已知的那樣，可以採用電壓檢測模組獲得表徵輸出電壓Vout的電壓回授信號VV_sense。因此，在替代的實施例中，充電電源的補償電路接收電壓回授信號VV-sense，並且產生補償電壓Vrc以補償線路阻抗和電池內阻。
以上描述了本發明的實施例。但是，這些實施例僅僅是為了說明的目的，而並非為了限制本發明的範圍。本發明的範圍由所附申請專利範圍及其等效物限定。在不脫離本發明的範圍下，本領域技術人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應落在本發明的範圍之內。

Claims (14)

  1. 一種充電電源，根據補償信號執行連續的定電流充電階段和定電壓充電階段，其中，該充電電源包括：補償電路，包括接收輸出電壓的輸入端，提供補償信號的輸出端，其中，該補償電路分別在固定的第一輸出電流下獲得與第一輸出電壓相對應的第一電壓，以及在固定的第二輸出電流下獲得與第二輸出電壓相對應的第二電壓，並且根據該第一電壓和該第二電壓的差值獲得補償電壓；將該輸出電壓相對應的第三電壓減去該補償電壓，或者將第一參考電壓疊加該補償電壓，從而採用該補償電壓修正該補償信號。
  2. 如申請專利範圍第1項的充電電源，其中，該補償電路包括電壓回授迴路，該電壓回授迴路包括第一差分放大器，包括分別接收第一參考電壓和該第三電壓的同相輸入端和反相輸入端，以及提供該補償信號的輸出端，其中，該第一參考電壓疊加該補償電壓以獲得該第一參考電壓的補償值，使得該第一差分放大器的該同相輸入端接收該第一參考電壓的該補償值，或者該第三電壓減去該補償電壓以獲得該第三電壓的補償值，使得該第一差分放大器的該反相輸入端接收該第三電壓的該補償值。
  3. 如申請專利範圍第2項的充電電源，其中，該補 償電路還包括電流回授迴路，該電流回授迴路包括第二差分放大器，包括接收第二參考電壓和第三參考電壓之一的同相輸入端、接收與輸出電流相對應的第四電壓的反相輸入端，以及提供該補償信號的輸出端，其中，該第二參考電壓和該第三參考電壓分別對應於該第一輸出電流和該第二輸出電流。
  4. 如申請專利範圍第3項的充電電源，其中，該補償電路還包括：選擇電路，用於選擇該第一差分放大器和該第二差分放大器的輸出信號中數值較小的輸出信號作為該補償信號。
  5. 如申請專利範圍第4項的充電電源，其中，該補償電路還包括：第一二極體和第二二極體，該第一二極體的陰極連接至該第一差分放大器的該輸出端，該第二二極體的陰極連接至該第二差分放大器的該輸出端，以及該第一二極體和該第二二極體的陽極共同連接至公共節點，以提供該補償信號。
  6. 如申請專利範圍第2項的充電電源，其中，該補償電路還包括：電壓取樣保持電路，包括連接至充電電源輸出端的第一支路和第二支路，分別取樣和保持在固定的該第一輸出電流下獲得與該第一輸出電壓相對應的該第一電壓，以及在固定的該第二輸出電流下獲得與該第二輸出電壓相對應 的該第二電壓；參考電壓疊加電路，包括第一壓控電壓源和第二壓控電壓源，該第一壓控電壓源用於獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，作為該補償電壓，該第二壓控電壓源用於疊加該第一參考電壓和該補償電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項的充電電源，其中，該第一支路包括連接在該充電電源輸出端和該第一壓控電壓源的正輸入端之間的第一開關，以及連接在該第一壓控電壓源的該正輸入端和地之間的第一電容，該第一電容保存該第一電壓，該第二支路包括連接在該充電電源輸出端和該第一壓控電壓源的負輸入端之間的第二開關，以及連接在該第二壓控電壓源的該負輸入端和地之間的第二電容，該第二電容保存該第二電壓，該第一壓控電壓源的該正輸入端和該負輸入端分別接收該第一電壓和該第二電壓，該第一壓控電壓源的負輸出端接地，使得該第一壓控電壓源的該正輸出端獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，該第二壓控電壓源的正輸入端和負輸入端之間接收該補償電壓，該第二壓控電壓源的負輸出端接收該第一參考電壓，使得該第二壓控電壓源的該正輸出端獲得該第一參考電壓的補償值，該參考電壓疊加電路還包括連接在該第一壓控電壓源的該正輸出端和該第二壓控電壓源的該正輸入端之間的第 三開關，以及連接在該第二壓控電壓源的該正輸入端和該負輸入端之間的第三電容，該第三電容用於保存該補償電壓。
  8. 如申請專利範圍第6項的充電電源，其中，該補償電路還包括：輸出電壓補償電路，包括第一壓控電壓源和第三差分放大器，該第一壓控電壓源用於獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，作為該補償電壓，該第三差分放大器用於從該第三電壓減去該補償電壓。
  9. 如申請專利範圍第7項的充電電源，其中，該第一支路包括連接在該充電電源輸出端和該第一壓控電壓源的該正輸入端之間的第一開關，以及連接在該第一壓控電壓源的該正輸入端和地之間的第一電容，該第一電容保存該第一電壓，該第二支路包括連接在該充電電源輸出端和該第一壓控電壓源的該負輸入端之間的第二開關，以及連接在該第二壓控電壓源的該負輸入端和地之間的第二電容，該第二電容保存該第二電壓，該第一壓控電壓源的該正輸入端和該負輸入端分別接收該第一電壓和該第二電壓，該負輸出端接地，使得該第一壓控電壓源的該正輸出端獲得該第一電壓和該第二電壓的電壓差，該第三差分放大器的同相輸入端和反相輸入端分別接收該第三電壓和該補償電壓，使得該第三差分放大器的輸 出端獲得該第三電壓的補償值，該參考電壓疊加電路還包括連接在該第一壓控電壓源的該正輸出端和該第三差分放大器的該反相輸入端之間的第三開關，以及連接在該第三差分放大器的該反相輸入端和地之間的第三電容，該第三電容用於保存該補償電壓。
  10. 一種充電電源的控制方法，根據補償信號執行連續的定電流充電階段和定電壓充電階段，其中，在該定電流充電階段：在固定的第一輸出電流下充電，獲得與第一輸出電壓相對應的第一電壓；在固定的第二輸出電流下充電，獲得與第二輸出電壓相對應的第二電壓；在第一參考電壓上疊加該補償電壓，以獲得該第一參考電壓的補償值；或者從與輸出電壓相對應的第三電壓減去該補償電壓，以獲得該第三電壓的補償值；以及採用該補償電壓修正該補償信號。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，根據修正的該補償信號，確定從該定電流充電階段切換至該定電壓充電階段的時刻。
  12. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，根據修正的該補償信號，確定該定電壓充電階段的輸出電壓的大小。
  13. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，該定電 流充電階段包括交替的多個第一時間段和多個第二時間段，分別提供該第一輸出電流和該第二輸出電流。
  14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中，在第一時間段結束前，保存該第一電壓；在第二時間段結束前，保存該第二電壓；以及在保存該第一電壓和該第二電壓之後，從該第一電壓減去該第二電壓，以獲得電壓差作為該補償電壓。
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