專利名稱：一種鋰電池線性充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于充電裝置，具體涉及一種鋰電池線性充電裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鋰電池充電芯片采用恒流恒壓的充電方法。在此基礎(chǔ)上將充電過程分為三個階段預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電。在充電初期采用較小的電流對電池進(jìn)行預(yù)處理，對出現(xiàn)過放電的電池進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)；然后采用較大的恒定電流對電池充電，實現(xiàn)快速充電的目的；最后采用恒壓充電，確保電池充滿。這種充電方式具有充電時間短，充電效率高的優(yōu)點。芯片中有電池狀態(tài)檢測電路不間斷的檢測鋰電池的充電電壓和電流，以確定鋰電池充電應(yīng)該進(jìn)行的階段。在鋰電池充電實現(xiàn)方法中，恒流充電到恒壓充電的轉(zhuǎn)換一直是個難題。傳統(tǒng)的方式一般是采用恒流充電環(huán)路和恒壓充電環(huán)路的雙環(huán)路充電方法。采用開關(guān)切換的方式，即電池電壓一到恒壓充電電壓，馬上把充電環(huán)路由恒流充電環(huán)路切換到恒壓充電環(huán)路。從而實現(xiàn)恒流充電和恒壓充電模式的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有的充電電路如圖I所示，電路中，compl和comp2為兩個比較器,ampl和amp2為兩個運算放大器，invl為反相器，Pl和P2為兩個PMOS晶體管，NI，N2和N3為三個NMOS晶體管，Rl和R2為兩個電阻。電源電壓VCC的輸入范圍為4. 5V-5. 5V，電池電壓VBAT的電壓范圍為2. 3V-4. 2V，三個基準(zhǔn)電壓分別為VREFl，VREF2和VREF3，VREFl為2. 7V，VREF2為3. 7V, VREF3為4. 2V, R2 = 9*R1。晶體管Pl大小為晶體管P2的10000倍。其中VREFl和VREF3分別為涓流充電(預(yù)充電)、恒流充電、恒壓充電的切換電壓；VREF2配合不同阻值的電阻提供2檔恒流電流。當(dāng)電池電壓低于VREF3時，晶體管N2管打開，電路工作在恒流模式；當(dāng)電池電壓高于VREF3時，NMOS晶體管NI管打開，電路工作在恒壓模式，充電電壓為VREF3 ;當(dāng)電路工作在恒流模式時，如果電池電壓低于VREFl，則NMOS晶體管N3關(guān)斷，電路工作在涓流模式(預(yù)充電)，充電電流僅為VREF2/ (R1+R2)，如果電池電壓高于VREFl，則NMOS晶體管N3打開，充電電流為VREF2/R1，是涓流模式電流的十倍。在上述現(xiàn)有技術(shù)中，主要問題容易出現(xiàn)在恒流到恒壓的切換上。轉(zhuǎn)換電壓采用比較器來比較，恒壓采用運算放大器來設(shè)計，所以這兩者之間容易存在不一致。當(dāng)比較器的電壓比恒壓運算放大器的電壓低時，即沒達(dá)到恒壓電壓就進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)的話，這個時候相當(dāng)于在電池上加上一個更大的電壓，會產(chǎn)生一個相當(dāng)大的充電電流，對電池造成不可修復(fù)的傷害。如果比較器電壓高于恒壓運算放大器電壓，那么電池就進(jìn)不了恒壓充電模式，這樣電池的充電過程就少了一段，電池就沒有充滿，會造成電池容量的下降。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種充電質(zhì)量好、對電池?zé)o損傷的鋰電池線性充電裝 置。[0009]實現(xiàn)上述實用新型目的采用的技術(shù)方案是鋰電池線性充電裝置包括由PMOS晶體管P1、P2、NMOS晶體管NI和電阻Rl組成的啟動電路，由PMOS晶體管P3、P4、P6、P8、電阻R2、R3、R4、R5、晶體管N2、N3、N4、比較器compl、comp2以及運算放大器ampl、amp2和或非門NOR組成的充電環(huán)路和由PMOS晶體管P5、P7、P9、P10、P11的組成的鏡像電流充電電路；其中，PMOS晶體管Pl的源極通過電阻R2接電源電壓VCC，漏極和柵極分別接NMOS晶體管NI的漏極和基準(zhǔn)電壓Vl ；NM0S晶體管NI的柵極、源極分別接電壓Vl和地；PM0S晶體管P2的柵極、源極和漏極分別接PMOS晶體管Pl的漏極、PMOS晶體管P3的漏極和地；PM0S晶體管P3的源極接電源電壓VCC，柵極與漏極短接后與PMOS晶體管P4、P5、P9的柵極相接；PM0S晶體管 P4的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管P6的源極；PM0S晶體管P5的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管P7的源極；PM0S晶體管P6的柵極接電壓VI，漏極通過電阻R2接NMOS晶 體管N4的漏極；PM0S晶體管P7的柵極和漏極分別接電壓Vl和PMOS晶體管Pll的源極；NM0S晶體管N2的柵極接電壓Vl，漏極與PMOS晶體管P3的柵極和漏極相接，源極接NMOS晶體管N3的漏極；NM0S晶體管N3的柵極和源極分別接運算放大器amp I的輸出端和地；NM0S晶體管N2的源極和NMOS晶體管N3的漏極通過電阻R3接地；NM0S晶體管N4的柵極和源極分別接比較器compl的輸出端和地，NMOS晶體管N4的漏極通過電阻R4接地；PM0S晶體管P8的柵極和漏極分別接運算放大器amp2的輸出端和電源電壓VCC，漏極接PMOS晶體管P6的漏極以及運算放大器ampl的負(fù)輸入端；比較器compl的正輸入端、負(fù)輸入端和輸出端分別接鋰電池VBAT、基準(zhǔn)電壓VREFl和NMOS晶體管N4的柵極；運算放大器ampl的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓VREF2 ;運算放大器amp2的正向輸入端和負(fù)向輸入端分別接基準(zhǔn)電壓VREF3和鋰電池VBAT ；PM0S晶體管P9的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管PlO的源極；PM0S晶體管PlO的柵極接PMOS晶體管P6、P7的柵極，漏極接比較器comp2的正輸入端；PM0S晶體管PlO的漏極和比較器comp2的正輸入端通過電阻R5接地；比較器comp2的負(fù)輸入端和輸出端分別接基準(zhǔn)電壓VREFl和或非門NOR的一個輸入端，或非門NOR的另一個輸入端接compl的輸出端；PM0S晶體管Pll的柵極和漏極分別接或非門NOR的輸出端和鋰電池VBAT。所述電源電壓VCC的輸入范圍為4. 5V-5. 5V，基準(zhǔn)電壓Vl的大小為電源電壓VCC的一半，電池電壓VBAT的范圍為2. 3V-4. 2V，三個基準(zhǔn)電壓VREFl、VREF2和VREF3的電壓分別為2. 7V、3. 7V和4. 2V，電阻R2的阻值為電阻R4的9倍，電阻R3的阻值為電阻R4的12倍，PMOS晶體管P5長寬比的大小為P3、P4、P9的10000倍。本實用新型采用了單環(huán)路控制方法，電路中只有一個控制環(huán)路，即PMOS晶體管P3、P4、P6、NMOS晶體管N2、N3、N4、電阻R2和運算放大器ampl、amp2構(gòu)成的單一環(huán)路。與現(xiàn)有充電方式的恒流，恒壓雙環(huán)路控制方法相比，本實用新型的控制方法沒有了恒流恒壓的開關(guān)切換，使得恒流模式轉(zhuǎn)入恒壓模式時充電電流平緩減小，不會引入大的毛刺充電電流，更不會因為轉(zhuǎn)換電壓設(shè)置的不當(dāng)而導(dǎo)致恒壓充電模式的消失。本實用新型可為鋰電池提供一個穩(wěn)定可靠的充電電流，保證電池的充電質(zhì)量，對電池?zé)o損傷。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

[0014]圖I是現(xiàn)有的充電電路圖。圖2是本實用新型的電路圖。
具體實施方式
鋰電池線性充電裝置如圖2所示，鋰電池線性充電裝置包括由PMOS晶體管Pl、P2、NMOS晶體管NI和電阻Rl組成的啟動電路，由PMOS晶體管P3、P4、P6、P8、電阻R2、R3、R4、R5、晶體管N2、N3、N4、比較器compl、comp2以及運算放大器ampl、amp2和或非門NOR組成的充電環(huán)路和由PMOS晶體管P5、P7、P9、P10、P11的組成的鏡像電流充電電路；其中，PMOS晶體管Pl的源極通過電阻R2接電源電壓VCC，漏極和柵極分別接NMOS晶體管NI的漏極和基準(zhǔn)電壓Vl ；NM0S晶體管NI的柵極、源極分別接電壓Vl和地；PM0S晶體管P2的柵極、源極和漏極分別接PMOS晶體管Pl的漏極、PMOS晶體管P3的漏極和地；PM0S晶體管P3的源極接電源電壓VCC，柵極與漏極短接后與PMOS晶體管P4、P5、P9的柵極相接；PM0S晶體管P4的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管P6的源極；PM0S晶體管P5的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管P7的源極；PM0S晶體管P6的柵極接電壓Vl，漏 極通過電阻R2接NMOS晶體管N4的漏極；PM0S晶體管P7的柵極和漏極分別接電壓Vl和PMOS晶體管Pll的源極；NM0S晶體管N2的柵極接電壓VI，漏極與PMOS晶體管P3的柵極和漏極相接，源極接NMOS晶體管N3的漏極；NM0S晶體管N3的柵極和源極分別接運算放大器ampl的輸出端和地；NM0S晶體管N2的源極和NMOS晶體管N3的漏極通過電阻R3接地；NMOS晶體管N4的柵極和源極分別接比較器compl的輸出端和地，NMOS晶體管N4的漏極通過電阻R4接地；PM0S晶體管P8的柵極和漏極分別接運算放大器amp2的輸出端和電源電壓VCC，漏極接PMOS晶體管P6的漏極以及運算放大器ampl的負(fù)輸入端；比較器compl的正輸入端、負(fù)輸入端和輸出端分別接鋰電池VBAT、基準(zhǔn)電壓VREFl和NMOS晶體管N4的柵極；運算放大器amp I的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓VREF2 ;運算放大器amp2的正向輸入端和負(fù)向輸入端分別接基準(zhǔn)電壓VREF3和鋰電池VBAT ；PM0S晶體管P9的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管PlO的源極；PM0S晶體管PlO的柵極接PMOS晶體管P6、P7的柵極，漏極接比較器comp2的正輸入端；PM0S晶體管PlO的漏極和比較器comp2的正輸入端通過電阻R5接地；比較器comp2的負(fù)輸入端和輸出端分別接基準(zhǔn)電壓VREFl和或非門NOR的一個輸入端，或非門NOR的另一個輸入端接compl的輸出端；PM0S晶體管Pll的柵極和漏極分別接或非門NOR的輸出端和鋰電池VBAT。上述電路中，電源電壓VCC的輸入范圍為4. 5V-5. 5V，基準(zhǔn)電壓Vl的大小為電源電壓VCC的一半，電池電壓VBAT的范圍為2. 3V-4. 2V，三個基準(zhǔn)電壓VREF1、VREF2和VREF3的電壓分別為2. 7V、3. 7V和4. 2V，電阻R2的阻值為電阻R4的9倍，電阻R3的阻值為電阻R4的12倍，PMOS晶體管P5長寬比的大小為P3、P4、P9的10000倍。PMOS晶體管P3、P4、P5和P6，P7是典型的共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)，它們實現(xiàn)的是電流復(fù)制的功能。電阻R1，PM0S晶體管P1、P2、NM0S晶體管NI為啟動電路，其功能是在PMOS晶體管P3、P4電流不存在，電路沒啟動時，PMOS晶體管P2的源極電位會比較高，此時PMOS晶體管P2會產(chǎn)生一定的電流流過PMOS晶體管P3，從而啟動電路。當(dāng)電路啟動之后，PMOS晶體管P3、P4、P6和NMOS晶體管N2、N3、N4構(gòu)成的充電環(huán)路開始工作。當(dāng)電池電壓低于VREFl時，NMOS晶體管N4管關(guān)閉，此時流過PMOS晶體管P3和P4的電流為VREF2/ (R2+R4)，即充電電流為10000*VREF2/(R2+R4)，此時電路為預(yù)充電模式。當(dāng)電池電壓高于VREFl低于VREF3時，此時NMOS晶體管N4管打開，流過PMOS晶體管P3和P4的電流變?yōu)閂REF2/R2，即充電電流為10000*VREF2/R2，為預(yù)充電電流的10倍。當(dāng)VBAT接近VREF3的時候，PMOS晶體管P8開始逐漸導(dǎo)通，此時充電電流環(huán)路并沒有關(guān)閉，流過電阻R2的電流大小并沒有改變，只是此時流過R2的電流由兩部分組成流過PMOS晶體管P8的電流和流過PMOS晶體管P4的充電電流。由于PMOS晶體管P8電流的逐漸增加，所以流過PMOS晶體管P4的電流逐漸 減小，即電池充電電流逐漸減小，電池電壓維持在VREF3不變，電路成功轉(zhuǎn)入恒壓充電模式。流過PMOS晶體管P4電流逐漸減小，當(dāng)電阻R5上的電壓VM小于VREFl時，比較器comp2的輸出翻轉(zhuǎn)為0，PMOS晶體管Pll管關(guān)閉，充電過程結(jié)束。
權(quán)利要求1.一種鋰電池線性充電裝置，其特征是包括由PMOS晶體管P1、P2、NM0S晶體管NI和電阻Rl組成的啟動電路，由PMOS晶體管P3、P4、P6、P8、電阻R2、R3、R4、R5、晶體管N2、N3、N4、比較器compl、comp2以及運算放大器ampl、amp2和或非門NOR組成的充電環(huán)路和由PMOS晶體管？547、？9、？10、？11的組成的鏡像電流充電電路；其中，PMOS晶體管Pl的源極通過電阻R2接電源電壓VCC，漏極和柵極分別接NMOS晶體管NI的漏極和基準(zhǔn)電壓Vl ；NM0S晶體管NI的柵極、源極分別接電壓Vl和地；PM0S晶體管P2的柵極、源極和漏極分別接PMOS晶體管Pl的漏極、PMOS晶體管P3的漏極和地；PM0S晶體管P3的源極接電源電壓VCC，柵極與漏極短接后與PMOS晶體管P4、P5、P9的柵極相接；PM0S晶體管P4的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管P6的源極；PM0S晶體管P5的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管P7的源極；PM0S晶體管P6的柵極接電壓VI，漏極通過電阻R2接NMOS晶體管N4的漏極；PM0S晶體管P7的柵極和漏極分別接電壓Vl和PMOS晶體管Pll的源極；NMOS晶體管N2的柵極接電壓Vl，漏極與PMOS晶體管P3的柵極和漏極相接，源極接NMOS晶體管N3的漏極；NM0S晶體管N3的柵極和源極分別接運算放大器ampl的輸出端和地；NM0S晶體管N2的源極和NMOS晶體管N3的漏極通過電阻R3接地；NM0S晶體管N4的柵極和源極分別接比較器compl的輸出端和地，NMOS晶體管N4的漏極通過電阻R4接地；PM0S晶體管P8的柵極和漏極分別接運算放大器amp2的輸出端和電源電壓VCC，漏極接PMOS晶體管P6的漏極以及運算放大器ampl的負(fù)輸入端；比較器compl的正輸入端、負(fù)輸入端和輸出端分別接鋰電池VBAT、基準(zhǔn)電壓VREFl和NMOS晶體管N4的柵極；運算放大器ampl的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓VREF2 ;運算放大器amp2的正向輸入端和負(fù)向輸入端分別接基準(zhǔn)電壓VREF3和鋰電池VBAT ；PM0S晶體管P9的源極和漏極分別接電源電壓VCC和PMOS晶體管PlO的源極；PM0S晶體管PlO的柵極接PMOS晶體管P6、P7的柵極，漏極接比較器comp2的正輸入端；PM0S晶體管PlO的漏極和比較器comp2的正輸入端通過電阻R5接地；比較器comp2的負(fù)輸入端和輸出端分別接基準(zhǔn)電壓VREFl和或非門NOR的一個輸入端，或非門NOR的另一個輸入端接compl的輸出端；PM0S晶體管Pll的柵極和漏極分別接或非門NOR的輸出端和鋰電池VBAT。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池線性充電裝置，其特征是所述電源電壓VCC的輸入范圍為4. 5V-5. 5V，基準(zhǔn)電壓Vl的大小為電源電壓VCC的一半，電池電壓VBAT的范圍為2.3V-4. 2V，三個基準(zhǔn)電壓VREFl、VREF2和VREF3的電壓分別為2. 7V、3. 7V和4. 2V,電阻R2的阻值為電阻R4的9倍，電阻R3的阻值為電阻R4的12倍，PMOS晶體管P5長寬比的大小為 P3、P4、P9 的 10000 倍。
專利摘要本實用新型公開了一種鋰電池線性充電裝置，包括由PMOS晶體管P1、P2、NMOS晶體管N1和電阻R1組成的啟動電路，由PMOS晶體管P3、P4、P6、P8、電阻R2、R3、R4、R5、晶體管N2、N3、N4、比較器comp1、comp2以及運算放大器amp1、amp2和或非門NOR組成的充電環(huán)路和由PMOS晶體管P5、P7、P9、P10、P11的組成的鏡像電流充電電路。本實用新型電路中只有一個控制環(huán)路，與現(xiàn)有充電方式的恒流，恒壓雙環(huán)路控制方法相比，沒有了恒流恒壓的開關(guān)切換，使得恒流模式轉(zhuǎn)入恒壓模式時充電電流平緩減小，不會引入大的毛刺充電電流，更不會因為轉(zhuǎn)換電壓設(shè)置的不當(dāng)而導(dǎo)致恒壓充電模式的消失，充電電流穩(wěn)定可靠，充電質(zhì)量高，對電池?zé)o損傷。
文檔編號H02J7/00GK202444292SQ20122006687
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者劉文用, 林劍輝, 陳君, 馬劍武 申請人:湖南融和微電子有限公司