一種鋰離子電池開關充電電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及電子電路技術。本發明所述的充電電路，包括開關網絡、電感L、充電電流采樣電路、充電電流設置電路、充電電流采樣信號放大電路、電池電壓采樣電路、電池電壓采樣信號放大電路、轉換電阻、第一緩沖器、第二緩沖器、補償網絡、PWM比較器和邏輯控制電路；其中，開關網絡的輸入端接電源、輸出端連接電感L的一端，電感L的另一端接充電電流采樣電路的輸入端；充電電流采樣電路的輸出端連接電池電壓采樣電路的輸入端，電池電壓采樣電路的輸出端連接鋰離子電池的正極。本發明的有益效果為，具有較高的效率和可靠性，不需要復雜的控制結構或者BCD工藝就實現了恒流充電模式向恒壓充電模式的平滑切換。本發明尤其適用于鋰離子電池開關充電電路。
【專利說明】一種鋰離子電池開關充電電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子電路技術，具體的說是涉及ー種基于恒流/恒壓方式的鋰離子電池開關充電電路。
【背景技術】
[0002]如今，各類便攜式產品得到了極大的普及，如筆記本電腦、移動電話、攝像機、個人數字助理設備等。同時，這些便攜式產品也對電池提出了許多獨特的要求:能量密度高、能夠為便攜式應用提供充足的能量、重量輕、體積小、足夠安全井能夠應對可能的不正確使用、循環使用壽命長、閑置狀態自放電小、成本低等。鋰離子電池以其體積小、能量密度高、無記憶性、循環壽命高、高電池電壓和自放電率低等優點，近年來已經成為手持終端設備的首選電池。
[0003]目前鋰離子電池的充電方法主要有四種:恒流充電、恒壓充電、恒流/恒壓充電和脈沖充電。恒流/恒壓充電方式以其時間短，充電效率高的特點，被大多數鋰離子充電電路采用。恒流/恒壓充電方式首先從恒流開始，若鋰離子電池過放電，則先從涓流開始。在恒流充電過程中，為了防止過充，須要一直監視電池端電壓。當電池端電壓達到浮充電壓吋，電路切換為恒壓充電模式，直到充電電流下降到設定值或者電壓超過設定值時，充電過程結束，電池電量充滿。目前采用恒流/恒壓充電方式的充電電路主要有線性充電電路和開關充電電路。線性充電電路結構較為簡單，成本低，但是其最大缺點是功耗較大。開關充電電路由于其本身高效率的特點，電路在很寬的交流適配器輸入電壓范圍和整個電池端電壓范圍內都保持較小的功耗。因此，高效率的特點必將使開關充電電路成為鋰離子電池充電電路的發展趨勢。
[0004]目前，基于恒流/恒壓方式的鋰離子開關充電電路多采用B⑶エ藝，通過充電電流采樣信號放大電路和電池電壓采樣信號放大電路輸出端連接的ニ極管或者雙極型晶體管來實現恒流充電模式向恒壓充電模式的切換。本發明通過標準CMOSエ藝，實現恒流/恒壓方式充電的鋰離子電池開關充電電路。同時，相較于其它采用標準CMOSエ藝的鋰離子開關充電電路，本發明結構較為簡單。通過采用本發明所示的充電電流采樣信號放大電路和電池電壓采樣信號放大電路，以及電池電壓采樣信號放大電路外一個接成ニ極管形式的MOS管實現恒流充電模式向恒壓充電模式的切換。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題，就是結合開關充電電路高效率的特點，提供ー種基于恒流/恒壓充電方式，在標準CMOSエ藝下實現的鋰離子電池開關充電電路。
[0006]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種鋰離子電池開關充電電路，包括開關網絡、電感L、充電電流采樣電路、充電電流設置電路、充電電流采樣信號放大電路、電池電壓采樣電路、電池電壓采樣信號放大電路、轉換電阻、第一緩沖器、第二緩沖器、補償網絡、PWM比較器和邏輯控制電路；其中，開關網絡的輸入端接電源、輸出端連接電感L的一端，電感L的另一端接充電電流采樣電路的輸入端；充電電流采樣電路的輸出端連接電池電壓采樣電路的輸入端，電池電壓采樣電路的輸出端連接鋰離子電池的正極；
[0007]充電電流采樣電路包括采樣電阻Rsns，并對采樣電阻Rsns兩端的電壓進行采樣，輸出高電位采樣端和低電位采樣端，所述高電位采樣端與充電電流設置電路的輸入端連接，低電位采樣端與充電電流采樣信號放大電路的負輸入端連接，充電電流設置電路的輸出端與充電電流采樣信號放大電路的正輸入端連接；
[0008]充電電流采樣信號放大電路由跨導運算放大器構成，輸出的兩路支路電流大小呈比例，第一輸出支路的電流大小為高電位采樣端和低電位采樣端的差值，第二輸出支路的電流大小為高電位采樣端和低電位采樣端差值的K倍増益，所述K為常數；
[0009]電池電壓采樣電路包括第一電阻Rl和第二電阻R2，第一電阻Rl的一端與充電電流采樣電路和鋰離子電池的正極連接、另一端與第二電阻R2的一端連接，第二電阻R2的另一端接地，電池電壓采樣電路對第二電阻R2 —端的高電位信號采樣，輸出的電壓采樣信號;
[0010]電池電壓米樣信號放大電路由跨導運算放大器構成，第一輸入端與充電電流米樣信號放大電路的第二輸出支路連接、第二輸入端與基準電壓連接、第三輸入端與電壓采樣信號連接；
[0011]電池電壓采樣信號放大電路的輸出端通過開關管與充電電流采樣信號放大電路的第一輸出支路相連后連接到轉換電阻的一端和第一緩沖器的正輸入端，第一緩沖器的負輸入端和輸出端連接后與補償網絡的負輸入端連接，轉換電阻的另一端和第二緩沖器的負輸入端、第二緩沖器的輸出端和補償網絡的正輸入端連接，第二緩沖器的正輸入端連接基準電壓；
[0012]補償網絡的輸出端與PWM比較器的正輸入端連接，PWM比較器的負輸入端接鋸齒波、輸出端連接邏輯控制電路的輸入端，邏輯控制電路的輸出端與開關網絡連接。
[0013]具體的，所述開關網絡包括PMOS管和NMOS管，PMOS管的源極接電源、漏極與NMOS管的漏極連接后與電感L的一端連接，PMOS管的柵極和NMOS管的柵極分別接邏輯控制電路輸出的兩路控制信號，NMOS管的源極接地。
[0014]具體的，所述充電電流設置電路包括第三電阻R3、第四電阻R4和電流源；所述第三電阻R3的高電位端與采樣電阻Rsns的高電位端連接、低電位與第四電阻R4的一端連接并作為充電電流設置電路的輸出端，第四電阻R4的另一端連接電流源的正極，電流源的負極接地；所述第三電阻R3為可調電阻，可以通過芯片內部trimming電阻或者外部可調電阻實現。
[0015]本發明的有益效果為，具有較高的效率和可靠性，不需要復雜的控制結構或者BCDエ藝就實現了恒流充電模式向恒壓充電模式的平滑切換。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的系統原理示意圖；
[0017]圖2是充電電流設置電路的結構示意圖；
[0018]圖3是充電電流采樣信號放大電路的信號原理示意圖；
[0019]圖4是電池電壓采樣信號放大電路的信號原理示意圖。【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，詳細描述本發明的技術方案:
[0021]如圖1所示，本發明包括開關網絡、電感L、充電電流采樣電路、充電電流設置電路、充電電流采樣信號放大電路、電池電壓采樣電路、電池電壓采樣信號放大電路G、1-V轉換電阻、第一緩沖器1、第二緩沖器2、補償網絡、PWM比較器、邏輯控制電路。輸入電壓經過開關網絡和電L感后，進入到采樣電阻Rsns，采樣電阻的高電位端接到充電電流設置電路，采樣電阻的低電位端接到充電電流采樣信號放大電路的負輸入端，充電電流設置電路的輸出端接到充電電流采樣信號放大電路的正輸入端。電池電壓采樣電阻獲得的輸出電壓進入到電池電壓采樣信號放大電路的正輸入端，電池電壓采樣信號放大電路的負輸入端接入參考電壓Vref。充電電流米樣信號放大電路的ー個輸出端接到第一緩沖器I的正輸入端，另ー個輸出端接到電池電壓采樣信號放大電路的輸入端Iin端。電池電壓采樣信號放大電路的輸出接到ー個P型MOS管的源端，該P型MOS管的源端和柵端接在一起，漏端接到第一緩沖器I的正輸入端。1-V轉換電阻的一端接到第一緩沖器I的正輸入端，另一端與第二緩沖器2的負輸入端和輸出端，以及補償網絡的正輸入端接到同一節點。第一緩沖器I的負輸入端、輸出端以及補償網絡的負輸入端接到同一節點。第二緩沖器2的正輸入端接入參考電壓Vref。補償網絡的輸出接到PWM比較器的正輸入端，PWM比較器的負輸入端接入鋸齒波，其輸出端接到邏輯控制部分。邏輯控制 部分的輸出分別為控制PMOS功率管Ml的driverl和控制續流管M2的driver2的輸入端。
[0022]圖1所示電路中，在電池電壓采樣電路獲得的采樣電壓Vfb沒有達到Vref之前，即電池電壓沒有達到浮充電壓時，電池電壓米樣信號放大電路的輸出端電壓較低，沒有使連接成二極管形式的P型MOS管M3導通。此時，由開關網絡、電感、充電電流采樣電路、充電電流設置電路、充電電流采樣信號放大電路、1-V轉換電阻、緩沖器、補償網絡、PWM比較器組成恒流充電環路，對鋰離子電池進行恒流充電。
[0023]如圖2所示，本發明提供的充電電流設置電路由可調電阻R3、第四電阻R4和電流源Icurrentset組成。采樣電阻RSNS的高電位端CHSENSE的電壓為Vqisense，可調電阻R3上的壓降為Icurrentset XR3,因此,充電電流設置電路的輸出電壓的表達式為:
[0024」 Zcurrentset ~CHSENSE - currentset

xr3。
[0025]如圖3所示，本發明提供的充電電流采樣信號放大電路，由跨導運算放大器構成。將正輸入端的電壓和負輸入端的電壓的差值，即充電電流設置電路的輸出端的電壓Vcurrentset和鋰離子電池正端的電壓VBATSENSE的差值，轉換成電流Gmi (Vcurrentset_VBATSENSE)和 k X Gmi (Vcurrentset_VBATSENSE)， K是常數，Gmi為充電電流采樣信號放大電路的增益。電流Gmi (Vcurrentset-VBATSENSE)，即電流Ii，流入1-V轉換電阻，從而改變緩沖器I的正輸入端的電壓，其輸出端電壓也隨著改變，即誤差網絡的負輸入端的電壓也改變了。因此，通過環路的控制，實現對鋰離子電池的恒流充電。同時，環路通過反饋將充電電流采樣信號放大電路的正輸入端電壓和負輸入端的電壓箝位，即Vcurrentset=VBATSENSE。根據:
[0026]Vbatsense — VCHSENSE_10 X Rsns ；
[0027]可知，
【權利要求】
1.一種鋰離子電池開關充電電路，包括開關網絡、電感L、充電電流采樣電路、充電電流設置電路、充電電流采樣信號放大電路、電池電壓采樣電路、電池電壓采樣信號放大電路、轉換電阻、第一緩沖器、第二緩沖器、補償網絡、PWM比較器和邏輯控制電路；其中，開關網絡的輸入端接電源、輸出端連接電感L的一端，電感L的另一端接充電電流采樣電路的輸入端；充電電流采樣電路的輸出端連接電池電壓采樣電路的輸入端，電池電壓采樣電路的輸出端連接鋰離子電池的正極； 充電電流采樣電路包括采樣電阻Rsns，并對采樣電阻Rsns兩端的電壓進行采樣，輸出高電位采樣端和低電位采樣端，所述高電位采樣端與充電電流設置電路的輸入端連接，低電位采樣端與充電電流采樣信號放大電路的負輸入端連接，充電電流設置電路的輸出端與充電電流采樣信號放大電路的正輸入端連接； 充電電流采樣信號放大電路由跨導運算放大器構成，輸出的兩路支路電流大小呈比例，第一輸出支路的電流大小為高電位采樣端和低電位采樣端的差值，第二輸出支路的電流大小為高電位采樣端和低電位采樣端差值的K倍増益，所述K為常數； 電池電壓米樣電路包括第一電阻Rl和第二電阻R2,第一電阻Rl的一端與充電電流米樣電路和鋰離子電池的正極連接、另一端與第二電阻R2的一端連接，第二電阻R2的另一端接地，電池電壓采樣電路對第二電阻R2 —端的高電位信號采樣，輸出的電壓采樣信號； 電池電壓采樣信號放大電路由跨導運算放大器構成，第一輸入端與充電電流采樣信號放大電路的第二輸出支路連接、第二輸入端與基準電壓連接、第三輸入端與電壓采樣信號連接； 電池電壓采樣信號放大電路的輸出端通過開關管與充電電流采樣信號放大電路的第一輸出支路相連后連接到轉換電阻的一端和第一緩沖器的正輸入端，第一緩沖器的負輸入端和輸出端連接后與補償網絡的負輸入端連接，轉換電阻的另一端和第二緩沖器的負輸入端、第二緩沖器的輸出端和補償網絡的正輸入端連接，第二緩沖器的正輸入端連接基準電壓； 補償網絡的輸出端與PWM比較器的正輸入端連接，PWM比較器的負輸入端接鋸齒波、輸出端連接邏輯控制電路的輸入端，邏輯控制電路的輸出端與開關網絡連接。
2.根據權利要求1所述的ー種鋰離子電池開關充電電路，其特征在于，所述開關網絡包括PMOS管和NMOS管，PMOS管的源極接電源、漏極與NMOS管的漏極連接后與電感L的一端連接，PMOS管的柵極和NMOS管的柵極分別接邏輯控制電路輸出的兩路控制信號，NMOS管的源極接地。
3.根據權利要求2所述的ー種鋰離子電池開關充電電路，其特征在于，所述充電電流設置電路包括第三電阻R3、第四電阻R4和電流源；所述第三電阻R3的高電位端與采樣電阻Rsns的高電位端連接、低電位與第四電阻R4的一端連接并作為充電電流設置電路的輸出端，第四電阻R4的另一端連接電流源的正扱，電流源的負極接地；所述第三電阻R3為可調電阻。
【文檔編號】H02J7/00GK103457320SQ201310369537
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】羅萍, 王新宇, 崔嘉杰, 彭宣霖, 廖鵬飛, 王磊, 萬宵鵬, 包毅, 甄少偉 申請人:電子科技大學