專利名稱：電壓模式高精度電池充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于為一個(gè)或多個(gè)電池充電的電池充電器電路。更具體的，本發(fā)明涉及一種采用電流和電壓控制來(lái)調(diào)節(jié)充電周期從而提供精確的充電和充電終止的電壓模式電池充電器。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)占空比的電路。該電路包括一個(gè)電池電流控制部分，該部分產(chǎn)生一個(gè)與電池充電電流超出預(yù)先設(shè)定的電池充電電流門限值的量成比例的電流控制信號(hào)。該電路還包括一個(gè)電池電壓控制部分，該部分產(chǎn)生一個(gè)與電池電壓超出預(yù)先設(shè)定的電池電壓門限值的量成比例的電壓控制信號(hào)。本發(fā)明還提供了一個(gè)補(bǔ)償電容和一個(gè)給該補(bǔ)償電容充電的電流源。本發(fā)明還提供了一個(gè)根據(jù)補(bǔ)償電容上的電壓幅值產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)的比較器。上述電流源、電流控制信號(hào)和電壓控制信號(hào)在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)處相加，因此該電流控制信號(hào)和/或電壓控制信號(hào)減小補(bǔ)償電容上的電壓，從而減小PWM信號(hào)的占空比。
另一方面，本發(fā)明提供了一種電池充電電路，其包括一個(gè)電流控制電路，該電路產(chǎn)生一個(gè)與電池充電電流超出預(yù)先設(shè)定的電池充電電流門限值的量成比例的電流控制信號(hào)；一個(gè)電壓控制電路，該電路產(chǎn)生一個(gè)與電池電壓超出預(yù)先設(shè)定的電池電壓門限值的量成比例的電壓控制信號(hào)；一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器電路，用于從直流電源產(chǎn)生電池充電電流；一個(gè)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生器電路，用于產(chǎn)生一個(gè)用來(lái)控制直流/直流轉(zhuǎn)換器電路占空比的脈寬調(diào)制PWM信號(hào)。該脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生器電路包括一個(gè)比較器、一個(gè)振蕩器、一個(gè)補(bǔ)償電容和一個(gè)給該補(bǔ)償電容充電的電流源。該比較器根據(jù)補(bǔ)償電容上的電壓產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)。該電流源、電流控制信號(hào)和電壓控制信號(hào)在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)處相加，因此該電流控制信號(hào)和/或電壓控制信號(hào)減小補(bǔ)償電容上的電壓，從而減小PWM信號(hào)的占空比并減小直流/直流轉(zhuǎn)換器電路傳送的電流。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，雖然下面的詳細(xì)描述是基于給出的最佳實(shí)施例及其使用方法，但是本發(fā)明并不僅僅局限于這些實(shí)施例和使用方法。反而，本發(fā)明涉及范圍廣泛，其范圍僅由相應(yīng)權(quán)利要求限定。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)描述過(guò)程中得到充分體現(xiàn)，詳細(xì)描述中請(qǐng)參照附圖及其相關(guān)數(shù)據(jù)、元件標(biāo)號(hào)。


圖1所示為本發(fā)明的一種典型電池充電系統(tǒng)的框圖；圖2所示為本發(fā)明的一種典型放大器電路；和圖3所示為圖1所示系統(tǒng)中的根據(jù)一個(gè)振蕩器信號(hào)和直流信號(hào)產(chǎn)生的PWM信號(hào)的時(shí)域圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為本發(fā)明的電壓模式電池充電器系統(tǒng)10的一個(gè)典型實(shí)施例。該系統(tǒng)10包括一個(gè)采用直流電源14來(lái)給一個(gè)或多個(gè)電池16充電的電壓模式電池充電器電路12。該直流電源可以是一個(gè)交流/直流適配器或者其它電源。電路12通過(guò)開(kāi)關(guān)20控制降壓型轉(zhuǎn)換器電路18(包括一個(gè)電感和一個(gè)電容，為本領(lǐng)域所公知)的占空比，從而控制輸送至電池16的總充電量。概括而言，電路12通過(guò)監(jiān)測(cè)電源電流、電池充電電流(電流模式)和電池電壓(電壓模式)來(lái)控制降壓型轉(zhuǎn)換器電路18的占空比。電池充電電流通過(guò)流經(jīng)電阻(或阻抗)Rsch的電流來(lái)檢測(cè)。本發(fā)明采用一種電壓模式電路來(lái)檢測(cè)Rsch的電流，而不是檢測(cè)電感上的電流(如在常規(guī)電流模式拓?fù)渲心菢?。通過(guò)這種方式，并通過(guò)同時(shí)采用電池電流控制和電壓控制，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了充電周期末對(duì)電池的更精確充電，并且實(shí)現(xiàn)了比常規(guī)電流模式充電電路更精確的充電終止。系統(tǒng)10的詳細(xì)描述如下。
實(shí)際上，充電器電路12通過(guò)控制補(bǔ)償電容Ccomp 38上的功率來(lái)控制降壓型轉(zhuǎn)換器18的占空比。電路12包括一個(gè)由檢測(cè)放大器26和跨導(dǎo)放大器28構(gòu)成的電池電流控制部分，一個(gè)由求和單元30和跨導(dǎo)放大器32構(gòu)成的電池電壓控制部分和一個(gè)由檢測(cè)放大器34和跨導(dǎo)放大器36構(gòu)成的功率控制部分。電池電流控制部分和電池電壓控制部分分別產(chǎn)生表示電池電流和電壓的信號(hào)。功率控制部分產(chǎn)生一個(gè)表示可從電源14得到的功率的信號(hào)。上述三部分連接在一起(在節(jié)點(diǎn)60)，如果上述部分中的任何一個(gè)超過(guò)門限值，輸送給充電電容器的功率就會(huì)減小，從而減小降壓型轉(zhuǎn)換器的占空比。下面將詳述具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
降壓型轉(zhuǎn)換器18的占空比由比較器40通過(guò)開(kāi)關(guān)20來(lái)控制。比較器40的輸入為補(bǔ)償電容(Ccomp)38上的電壓和振蕩器44產(chǎn)生的一個(gè)鋸齒形信號(hào)。比較器40的輸出為一個(gè)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)68，該P(yáng)WM信號(hào)的脈沖寬度(占空比)反映了Ccomp 38上的電壓幅值和鋸齒信號(hào)的相交。由此產(chǎn)生的PWM信號(hào)的占空比便是基于補(bǔ)償電容38上的電壓和由振蕩器44產(chǎn)生的鋸齒信號(hào)。這里所述的“基于”可以被廣義地理解并且通常解釋為“是什么的函數(shù)”或“與什么相關(guān)”。Ccomp上的電壓幅值越高，PWM信號(hào)68的占空比就越大。在該典型實(shí)施例中，鋸齒信號(hào)為一個(gè)固定頻率的信號(hào)，因此PWM信號(hào)的占空比是通過(guò)調(diào)節(jié)Ccomp 38上的電壓幅值來(lái)調(diào)節(jié)的。Ccomp 38由電流源42充電。當(dāng)電流控制部分、電壓控制部分或功率控制部分中任意一個(gè)都沒(méi)有信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，電流源給Ccomp充電到最大電壓，因此PWM信號(hào)達(dá)到最大占空比，并且降壓型轉(zhuǎn)換器傳送最大充電電流和電壓給電池。電流控制部分、電壓控制部分或功率控制部分產(chǎn)生的任意一個(gè)信號(hào)都使補(bǔ)償電容38的電荷減少，從而減小補(bǔ)償電容上的電壓和減小PWM信號(hào)的占空比。在這種情況下，傳送至電池16的充電電流可以被控制。降壓型轉(zhuǎn)換器18和開(kāi)關(guān)20的具體情況為本領(lǐng)域所公知，且對(duì)于本發(fā)明不重要，可以概括為一個(gè)可控制的直流/直流轉(zhuǎn)換器電路。
電流控制電流控制部分(電路)包括一個(gè)檢測(cè)放大器26和一個(gè)跨導(dǎo)放大器28。檢測(cè)放大器監(jiān)測(cè)流經(jīng)檢測(cè)阻抗Rsch 24的電池充電電流，并產(chǎn)生一個(gè)與電池充電電流成比例的信號(hào)?？鐚?dǎo)放大器28接收檢測(cè)放大器26的輸出，并把它與一個(gè)預(yù)編程的(期望的)電池電流信號(hào)Ich相比較。通常，跨導(dǎo)放大器28的輸入為電壓信號(hào)，其輸出為一成比例的電流信號(hào)?？鐚?dǎo)放大器的輸出為電流控制信號(hào)62，該信號(hào)與電池充電電流超出預(yù)編程的電池電流Ich的量成比例。Ich為零，直到電池充電電流超過(guò)預(yù)編程的電流值Ich。該預(yù)編程的電流值Ich是根據(jù)具體的電池類型和要求而設(shè)定的，例如設(shè)定為給本領(lǐng)域熟知的常規(guī)鋰電池充電。
如果電池充電電流超出門限值Ich，放大器28產(chǎn)生一個(gè)成比例的電流控制信號(hào)62。因?yàn)榉糯笃?8的輸出與電流源42的負(fù)極相耦合(在節(jié)點(diǎn)60處)，所以任何由放大器28產(chǎn)生的信號(hào)都用來(lái)從電流源42拉出電流。該過(guò)程接著減小Ccomp 38上的電壓，從而減小PWM信號(hào)68的占空比并減小傳送給電池的充電電流。因?yàn)檩敵鲭娏骺刂菩盘?hào)62與輸入值成比例，所以占空比作為電池充電電流的一個(gè)函數(shù)被動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)。
電流檢測(cè)放大器26可以是本領(lǐng)域現(xiàn)有的定制或標(biāo)準(zhǔn)放大器。然而，正如本領(lǐng)域還熟知的，放大器26必須提供大的共模電壓抑制。因此，如圖2所示，本發(fā)明的另一方面是給出一種能消除大共模電壓抑制需求的放大器結(jié)構(gòu)。圖2所示的檢測(cè)放大器26包括一個(gè)由運(yùn)算放大器46控制的開(kāi)關(guān)48和增益電阻(gain resistor)R1 52、R250。圖2的放大器26對(duì)共模電壓不敏感。而是由上述開(kāi)關(guān)通過(guò)把Rsch上的懸浮(floating)差動(dòng)電壓引到地并根據(jù)R2/R1給出的增益放大該懸浮差動(dòng)電壓來(lái)傳送該電壓。
電壓控制電壓控制部分(電路)包括求和單元30和一個(gè)跨導(dǎo)放大器32。在該典型實(shí)施例中，求和單元30有三個(gè)輸入一個(gè)高精度參考或微調(diào)電壓(Ref)、一個(gè)電壓設(shè)定值(Vset)和一個(gè)電壓校正(Vcor)信號(hào)。在該典型實(shí)施例中，電池16為鋰電池。鋰電池對(duì)于過(guò)壓情況很敏感，一旦過(guò)度充電就會(huì)引起危險(xiǎn)。因此，參考或微調(diào)信號(hào)Ref要精確到電池允許的公差范圍內(nèi)。對(duì)于鋰電池，允許誤差在±0.005伏數(shù)量級(jí)。然而，其它電池類型和參考電壓要求同樣在此考慮。Vset代表一個(gè)電壓設(shè)定值，通常由電池生產(chǎn)商提供。Vcor是一個(gè)與充電電流成比例的校正信號(hào)，并且用作充電設(shè)備和與電池相關(guān)的寄生電阻的補(bǔ)償信號(hào)(因?yàn)殡姵仉妷翰荒苤苯颖粶y(cè)量，所以必須依靠寄生電阻)。盡管圖中沒(méi)有示出，Vcor可以由一個(gè)與檢測(cè)放大器26的輸出并聯(lián)的分壓器通過(guò)中間抽頭得到。這三個(gè)信號(hào)在求和單元30中以加權(quán)方式相加。例如，求和單元30的輸出可以設(shè)置為VRef+(Vset/x)+(Vcor/y)；其中x和y分別根據(jù)期望的電壓設(shè)定值和校正值而選擇。Vcor和Vset不需要像參考電壓一樣精確，因?yàn)樗鼈兊呢暙I(xiàn)被x和y除后減小了。
求和單元30的輸出加權(quán)電壓信號(hào)可以認(rèn)為是一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電池電壓門限信號(hào)?？鐚?dǎo)放大器32比較求和單元的輸出和電池電壓。放大器32的輸出為一個(gè)電壓控制信號(hào)64，該電壓控制信號(hào)與電池電壓超出由求和單元建立的門限值的量成比例。如同上面電流控制部分所述，如果電池電壓超出了求和單元確定的門限值，信號(hào)64為非零。因?yàn)榉糯笃?2的輸出與電流源42的負(fù)極相耦合(于節(jié)點(diǎn)60處)，放大器32產(chǎn)生的任何信號(hào)64都用來(lái)從電流源拉出電流。該過(guò)程接著減小Ccomp 38上的電壓，從而減小PWM信號(hào)68的占空比并減小傳送給電池的充電電流。因?yàn)榉糯笃?2的輸出64與輸入值成比例，所以占空比被動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)以獲得一個(gè)期望的電池電壓。
功率控制功率控制部分(電路)包括一個(gè)檢測(cè)放大器34和一個(gè)跨導(dǎo)放大器36。該功率控制部分用來(lái)減小降壓型轉(zhuǎn)換器的占空比，如果直流電源需要給一個(gè)與電源相連的有源系統(tǒng)72(例如便攜式電子設(shè)備)提供更多電能，則功率控制部分因此也會(huì)減小傳送給電池的充電電流。該有源系統(tǒng)與跨接在檢測(cè)電阻Rsac上的充電系統(tǒng)10并聯(lián)。因?yàn)殡娫?4提供的總功率不變，所以在一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良的系統(tǒng)中，有源系統(tǒng)和電池充電電路的負(fù)載要求是相平衡的。功率控制部分通過(guò)減小充電電流來(lái)符合有源系統(tǒng)的要求，從而確保有源系統(tǒng)一直占有優(yōu)先級(jí)(就功率要求而言)。因此，功率控制部分產(chǎn)生一個(gè)與電池充電器和有源系統(tǒng)需要的功率超出門限值Iac_lim的量成比例的功率控制信號(hào)66。Iac_lim通常為適配器電源14所能傳送的最大功率值。例如，電源14能同時(shí)給一個(gè)有源系統(tǒng)(未示出)供電和給電池傳送電流。如果該便攜式系統(tǒng)需要更多功率，則電池的充電電流因此減小來(lái)保證該系統(tǒng)的需求。電源14通常定義為可由一個(gè)交流/支流適配器提供的直流電源。
檢測(cè)放大器34監(jiān)測(cè)電源14傳送的流過(guò)檢測(cè)阻抗Rsac 22a的總適配器電流?？傔m配器(電源)電流包括系統(tǒng)電流(即，傳送至一個(gè)與電源相連的便攜式系統(tǒng)(未示出)的電流)和電池充電器電路12(這部分電流等于由電池的充電電流除以降壓型轉(zhuǎn)換器的占空比)。檢測(cè)電阻Rsac上的信號(hào)為一個(gè)與總適配器電流成比例的信號(hào)?？鐚?dǎo)放大器36接收檢測(cè)放大器34的輸出并把它與一個(gè)功率門限信號(hào)Iac_lim相比較。因此，如果檢測(cè)電阻上的信號(hào)大于Iac_lim，這說(shuō)明系統(tǒng)需要更多功率，從而電池充電電流就被減小。當(dāng)然，該限制信號(hào)可以是固定的，或可以根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率需求和/或電源的變化而調(diào)節(jié)。跨導(dǎo)放大器的輸出為功率控制信號(hào)66，該功率控制信號(hào)為零，直到電池充電器和有源系統(tǒng)要求的功率超出門限值Iac_lim。
如果電池充電器和有源系統(tǒng)要求的功率超出門限值Iac_lim，放大器36會(huì)產(chǎn)生一個(gè)成比例的功率控制信號(hào)66。因?yàn)榉糯笃鞯妮敵雠c電流源42的負(fù)極相耦合(于節(jié)點(diǎn)60處)，所以放大器36產(chǎn)生的任何信號(hào)都用來(lái)從電流源拉出電流。該過(guò)程接著減小Ccomp 38上的電壓，從而減小PWM信號(hào)68的占空比并減小傳送給電池的充電電流。因?yàn)榉糯笃?6的輸出66與輸入值成比例，所以占空比作為平衡系統(tǒng)和電池之間的功率需求的一個(gè)函數(shù)被動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以便使其不超過(guò)直流電源14的最大功率輸出。
圖3所示為PWM信號(hào)68(下圖)、補(bǔ)償電容上的電壓Vccomp和鋸齒形信號(hào)44(上圖)相交的時(shí)域圖70。在該典型實(shí)施例中，Vccomp實(shí)際上為一個(gè)幅值由電流源42提高并由電流控制信號(hào)62、電壓控制信號(hào)64或功率控制信號(hào)66降低的直流信號(hào)。換句話說(shuō)，Vccomp的值(幅值)為信號(hào)(42-(62，64和/或66))之和。通過(guò)降低Vccomp的值，PWM信號(hào)的占空比減小。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以用一個(gè)差動(dòng)的補(bǔ)償電容來(lái)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比。在該典型實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)PWM是作為電池充電電流、電池電壓和/或系統(tǒng)功率需求的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖1所示的電路拓?fù)錇橐环N電壓模式電路拓?fù)?。電壓模式電路拓?fù)渲笝z測(cè)電阻Rsch放在降壓型轉(zhuǎn)換器之外，于是流過(guò)該電阻的電流為直流(無(wú)脈動(dòng))電流。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道上述和其它對(duì)本發(fā)明的改進(jìn)，所有的這些及其他改進(jìn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員都是顯而易見(jiàn)的，都應(yīng)被認(rèn)為是在本發(fā)明的精神之內(nèi)，并受限于本發(fā)明的附后的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)占空比的電路，包括一個(gè)電池電流控制部分，該部分產(chǎn)生一個(gè)與電池充電電流超出預(yù)先設(shè)定的電池充電電流門限值的量成比例的電流控制信號(hào)；一個(gè)電池電壓控制部分，該部分產(chǎn)生一個(gè)與電池電壓超出預(yù)先設(shè)定的電池電壓門限值的量成比例的電壓控制信號(hào)；一個(gè)補(bǔ)償電容和一個(gè)給所述補(bǔ)償電容充電的電流源；和一個(gè)比較器，該比較器根據(jù)所述補(bǔ)償電容上的電壓產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)；所述電流源、所述電流控制信號(hào)和所述電壓控制信號(hào)在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)處相加，所述電流控制信號(hào)和/或所述電壓控制信號(hào)減小所述補(bǔ)償電容上的電壓，從而減小所述脈寬調(diào)制PWM信號(hào)的占空比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括一個(gè)功率控制部分，該部分產(chǎn)生一個(gè)與有源系統(tǒng)和電池充電器要求的總電流的量成比例的功率控制信號(hào)；所述電流源、所述電流控制信號(hào)、所述電壓控制信號(hào)、所述功率控制信號(hào)在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)處相加，所述電流控制信號(hào)和/或所述電壓控制信號(hào)和/或所述功率控制信號(hào)減小所述補(bǔ)償電容上的電壓，從而減小所述脈寬調(diào)制PWM信號(hào)的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，所述功率控制部分包括一個(gè)檢測(cè)放大器，該檢測(cè)放大器用來(lái)檢測(cè)所述源產(chǎn)生的總電流并產(chǎn)生一個(gè)表示由直流電源產(chǎn)生的所述總電流的信號(hào)；和一個(gè)跨導(dǎo)放大器，用來(lái)將所述表示電源產(chǎn)生的所述總電流的信號(hào)與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的功率門限信號(hào)進(jìn)行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，如果表示所述電源產(chǎn)生的所述總電流的信號(hào)超出所述功率門限信號(hào)，則所述功率控制信號(hào)為非零值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電流控制部分包括一個(gè)檢測(cè)放大器，該檢測(cè)放大器用來(lái)檢測(cè)供給所述電池的充電電流并產(chǎn)生一個(gè)表示供給所述電池的充電電流的信號(hào)；和一個(gè)跨導(dǎo)放大器，該跨導(dǎo)放大器用來(lái)將所述表示供給的充電電流的信號(hào)與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的充電電流信號(hào)進(jìn)行比較，并產(chǎn)生所述電流控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中，如果表示供給所述電池的充電電流的所述信號(hào)超出所述預(yù)先設(shè)定的充電電流信號(hào)，則所述電流控制信號(hào)為非零值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電壓控制部分包括一個(gè)求和單元，用于產(chǎn)生一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電池電壓信號(hào)，和一個(gè)跨導(dǎo)放大器，用來(lái)將表示電池電壓的所述信號(hào)與所述預(yù)先設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較，并產(chǎn)生所述電壓控制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中所述求和單元包含包括一個(gè)參考電壓信號(hào)的第一輸入信號(hào)，所述參考信號(hào)根據(jù)所述電池的門限電壓而選定；包括一個(gè)電池電壓設(shè)定信號(hào)的第二輸入信號(hào)，所述電池電壓設(shè)定信號(hào)由所述電池產(chǎn)生；和包括一個(gè)電壓校正信號(hào)的第三輸入信號(hào)，所述電壓校正信號(hào)補(bǔ)償所述電池的寄生電容；其中所述求和單元提供所述第一、第二和第三輸入信號(hào)的加權(quán)和，從而產(chǎn)生所述電池電壓門限信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括一個(gè)振蕩器，用于產(chǎn)生一個(gè)頻率固定的鋸齒形信號(hào)，所述比較器將所述鋸齒信號(hào)與所述充電電容器上的電壓幅值進(jìn)行比較，并產(chǎn)生占空比由所述充電電容器上的電壓幅值調(diào)節(jié)的所述PWM信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括一個(gè)與多個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)直流電源相耦合的降壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器，所述PWM信號(hào)控制所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)以控制所述降壓型轉(zhuǎn)換器的占空比，從而調(diào)節(jié)從所述直流電源傳送給所述電池的充電電流總量。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中，所述檢測(cè)放大器包括與一個(gè)檢測(cè)電阻并聯(lián)的運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器檢測(cè)流過(guò)檢測(cè)電阻的電流，所述流過(guò)檢測(cè)電阻的電流表示供給所述電池的電流；一個(gè)耦合在所述運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入和地之間的開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)由所述運(yùn)算放大器的輸出控制；分別在所述檢測(cè)電阻和所述運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入之間、以及在所述開(kāi)關(guān)和一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置的第一和第二增益電阻；其中，表示供給所述電池的充電電流的所述信號(hào)取自所述第二電阻和所述開(kāi)關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述有源系統(tǒng)包括一個(gè)便攜式計(jì)算機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述直流電源包括一個(gè)交流/直流適配器。
14.一種電池充電電路，包括一個(gè)電流控制電路，用于產(chǎn)生與電池充電電流超出預(yù)先設(shè)定的電池充電電流門限值的量成比例的電流控制信號(hào)；一個(gè)電壓控制電路，用于產(chǎn)生與電池電壓超出預(yù)先設(shè)定的電池電壓門限值的量成比例的電壓控制信號(hào)；一個(gè)從直流電源產(chǎn)生所述電池充電電流的直流/直流轉(zhuǎn)換器電路；一個(gè)脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生器電路，用于產(chǎn)生用來(lái)控制所述直流/直流轉(zhuǎn)換器電路的占空比的脈寬調(diào)制PWM信號(hào)，所述脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生器電路包括一個(gè)比較器、一個(gè)振蕩器、一個(gè)補(bǔ)償電容和一個(gè)給所述補(bǔ)償電容充電的電流源；所述比較器根據(jù)所述補(bǔ)償電容上的電壓產(chǎn)生所述脈寬調(diào)制PWM信號(hào)；所述電流源、所述電流控制信號(hào)和所述電壓控制信號(hào)在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)處相加，所述電流控制信號(hào)和/或所述電壓控制信號(hào)減小所述補(bǔ)償電容上的電壓，從而減小所述脈寬調(diào)制PWM信號(hào)的占空比并由此減小所述直流/直流轉(zhuǎn)換器電路傳送的電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，還包括一個(gè)功率控制部分，用于產(chǎn)生與有源系統(tǒng)和電池充電器要求的總電流的量成比例的功率控制信號(hào)；所述電流源、所述電流控制信號(hào)、所述電壓控制信號(hào)和所述功率控制信號(hào)在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)處相加，所述電流控制信號(hào)和/或所述電壓控制信號(hào)和/或所述功率控制信號(hào)減小所述補(bǔ)償電容上的電壓，從而減小所述脈寬調(diào)制PWM信號(hào)的占空比。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中，所述功率控制部分包括一個(gè)檢測(cè)放大器，用來(lái)檢測(cè)所述源產(chǎn)生的總電流并產(chǎn)生一個(gè)表示由直流電源產(chǎn)生的所述總電流的信號(hào)；和一個(gè)跨導(dǎo)放大器，用來(lái)將表示所述源產(chǎn)生的所述總電流的信號(hào)與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的功率門限信號(hào)進(jìn)行比較。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，如果表示所述源產(chǎn)生的所述總電流的所述信號(hào)超出所述功率門限信號(hào)，則所述功率控制信號(hào)為非零值。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述電流控制部分包括一個(gè)檢測(cè)放大器，用來(lái)檢測(cè)供給所述電池的充電電流并產(chǎn)生一個(gè)表示供給所述電池的充電電流的信號(hào)；和一個(gè)跨導(dǎo)放大器，用來(lái)將所述表示供給的充電電流的信號(hào)與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的充電電流信號(hào)進(jìn)行比較并產(chǎn)生所述電流控制信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，如果表示供給所述電池的充電電流的所述信號(hào)超出所述預(yù)先設(shè)定的充電電流信號(hào)，則所述電流控制信號(hào)為非零值。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述電壓控制部分包括一個(gè)求和單元，用于產(chǎn)生一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電池電壓信號(hào)，和一個(gè)跨導(dǎo)放大器，用來(lái)將表示電池電壓的所述信號(hào)與所述預(yù)先設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較并產(chǎn)生所述電壓控制信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路，其中，所述求和單元具有包括一個(gè)參考電壓信號(hào)的第一輸入信號(hào)，所述參考信號(hào)根據(jù)所述電池的門限電壓而選定；包括一個(gè)電池電壓設(shè)定信號(hào)的第二輸入信號(hào)，所述電池電壓設(shè)定信號(hào)由所述電池產(chǎn)生；和包括一個(gè)電壓校正信號(hào)的第三輸入信號(hào)，所述電壓校正信號(hào)補(bǔ)償所述電池的寄生電容；其中，所述求和單元提供所述第一、第二和第三輸入信號(hào)的加權(quán)和，從而產(chǎn)生所述電池電壓門限信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，還包括一個(gè)振蕩器，用于產(chǎn)生一個(gè)頻率固定的鋸齒形信號(hào)，所述比較器將所述鋸齒形信號(hào)與所述充電電容器上的電壓幅值進(jìn)行比較，并產(chǎn)生占空比由所述充電電容器上的電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，所述直流/直流轉(zhuǎn)換器電路包括一個(gè)與多個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)直流電源相耦合的降壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器電路，所述PWM信號(hào)控制所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)以控制所述降壓型轉(zhuǎn)換器的占空比，從而調(diào)節(jié)從所述直流電源傳送給所述電池的充電電流總量。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中，所述檢測(cè)放大器包括與一個(gè)檢測(cè)電阻并聯(lián)的運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器檢測(cè)流過(guò)檢測(cè)電阻的電流，流過(guò)所述檢測(cè)電阻的所述電流表示供給所述電池的電流；一個(gè)耦合在所述運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端和地之間的開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)由所述運(yùn)算放大器的輸出控制；分別在所述檢測(cè)電阻和所述運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端之間、以及在所述開(kāi)關(guān)和一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)之間連接的第一和第二增益電阻；其中，表示供給所述電池的充電電流的所述信號(hào)取自所述第二電阻和所述開(kāi)關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中，所述電路通過(guò)使所述檢測(cè)電阻與所述直流/直流轉(zhuǎn)換器并聯(lián)而以電壓模式工作，從而檢測(cè)傳送給所述電池的所述充電電流。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述直流/直流轉(zhuǎn)換器電路包括一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器，該降壓型轉(zhuǎn)換器包括并聯(lián)的一個(gè)電感器和一個(gè)電容器。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中，所述有源系統(tǒng)包括一個(gè)便攜式計(jì)算機(jī)。
28.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述直流電源包括一個(gè)交流/直流適配器。
全文摘要
提供一種電壓模式電池充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)電池電流控制部分(28)，一個(gè)電池電壓控制部分(32)和一個(gè)功率控制部分(36)。該電池電流控制部分(28)和該電池電壓控制部分(32)中的每一個(gè)分別產(chǎn)生表示電池充電電流和電池充電電壓的信號(hào)。該功率控制部分(36)產(chǎn)生表示可從一個(gè)適配器電源得到的功率的信號(hào)。這些信號(hào)中的每一個(gè)以共模方式結(jié)合，且如果這些部分中的任何一個(gè)超過(guò)一個(gè)門限值，則電池充電電流被減小。
文檔編號(hào)H01M10/44GK1509504SQ02809410
公開(kāi)日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者康斯坦丁·布庫(kù)爾, 康斯坦丁 布庫(kù)爾 申請(qǐng)人:O2米克羅公司