一種線性充電器、方法和電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種線性充電器、充電方法和包括其的電子設(shè)備。該線性充電器包括：恒流電路，提供恒定充電電流；穩(wěn)壓電路，提供穩(wěn)定充電電壓；時(shí)鐘電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；計(jì)時(shí)器，對(duì)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)；混合器，在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的計(jì)時(shí)信號(hào)，交替選擇恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓；驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)所選擇的恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓，對(duì)充電電池進(jìn)行充電。本發(fā)明實(shí)施例有助于大大縮短充電時(shí)間。
【專利說(shuō)明】-種線性充電器、方法和電子設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及充電器，具體地說(shuō)涉及用于數(shù)字多媒體手持設(shè)備的快速充電的線性充電器、方法和設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今，電子設(shè)備，例如數(shù)字多媒體手持設(shè)備基本采用可重復(fù)充電的電池進(jìn)行供電，這些電池需要用到特定的充電器進(jìn)行充電。充電電池的發(fā)展趨勢(shì)是容量變的越來(lái)越大，因此給電池充電的時(shí)間也就變的越來(lái)越長(zhǎng)，這給數(shù)字多媒體手持設(shè)備的使用者帶來(lái)不便，對(duì)電池容量的提高也產(chǎn)生了一定的限制。
[0003]電池充電器主要分為開(kāi)關(guān)型充電器和線性充電器。
[0004]開(kāi)關(guān)型充電器的輸出為脈沖電壓，經(jīng)過(guò)電感和電容濾波后產(chǎn)生穩(wěn)定電壓，然后用該穩(wěn)定電壓給電池充電。其優(yōu)點(diǎn)是:電源轉(zhuǎn)換效率高，電路發(fā)熱量小。缺點(diǎn)是:電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要外置大電感和大電容，且電感和電容不容易被集成到芯片中去，應(yīng)用成本高，充電器體積大，攜帶不方便。
[0005]線性充電器輸出為具有一定電流驅(qū)動(dòng)能力的直流電壓，可直接給電池充電。其優(yōu)點(diǎn)是:電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出端不需要接大電容和大電感，所以可以集成到SOC中去，充電器體積小，成本低。缺點(diǎn)是:電源轉(zhuǎn)換效率低。
[0006]圖1示意了一種線性充電器。該線性充電器在電池電壓低于閾值電壓VT時(shí)，選擇恒流(CC)充電模式，電池端輸出穩(wěn)定電流；當(dāng)電池電壓高于閾值電壓VT后，選擇穩(wěn)壓(CV)充電模式；當(dāng)穩(wěn)壓(CV)充電模式下充電器的充電電流小于設(shè)定的閾值(如恒流充電模式充電電流ICC的1/10)，可判斷該次充電完成。
[0007]圖2為圖1線性充電器的充電全過(guò)程。圖中上面的曲線為充電時(shí)電池上的電壓，下面的曲線為充電電流。在O?11時(shí)段內(nèi)，電路處于恒流充電模式，充電器持續(xù)以最大充電電流ICC給電池充電，電池電壓快速上升；在tl時(shí)刻，電池電壓達(dá)到閾值電壓VT，電路進(jìn)入穩(wěn)壓(CV)充電模式，充電電流變小，電池電壓緩慢上升；在t2時(shí)刻充電電流減小為ICC/10，充電過(guò)程結(jié)束。
[0008]在穩(wěn)壓(CV)充電模式下，充電器對(duì)電池的充電電流要小于恒流(CC)充電模式，且隨著電池電壓的上升充電電流逐漸變小。所以穩(wěn)壓(CV)充電模式需要經(jīng)歷的時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)，甚至占到整個(gè)充電時(shí)間的50%，大大加長(zhǎng)了電池的充電時(shí)間，給使用者帶來(lái)不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明在第一方面提供了一種線性充電器。該線性充電器包括:恒流電路，提供恒定充電電流；穩(wěn)壓電路，提供穩(wěn)定充電電壓；時(shí)鐘電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；計(jì)時(shí)器，對(duì)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)；混合器，在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)鐘信號(hào)，交替選擇恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓；驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)所選擇的恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓，對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0010]在第一方面的線性充電器中，優(yōu)選地，穩(wěn)壓電路包括第一電阻和第二電阻構(gòu)成且連接在電池電壓端的分壓電路；第一誤差放大器，對(duì)分壓電路提供的分壓和第一參考電壓進(jìn)行比較；比較結(jié)果經(jīng)混合器選擇后控制驅(qū)動(dòng)電路，以穩(wěn)定電壓對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0011]優(yōu)選地，恒流電路包括連接在驅(qū)動(dòng)電路上的第三電阻；第二誤差放大器，對(duì)第三電阻提供的電壓和第二參考電壓進(jìn)行比較；比較結(jié)果經(jīng)混合器選擇后控制驅(qū)動(dòng)電路，由此以恒定電流對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0012]優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)電路包括構(gòu)成鏡像電路的第一晶體管和第二大電流輸出晶體管。
[0013]優(yōu)選地，電池電壓低于第一閾值電壓時(shí)，計(jì)時(shí)器輸出第一電平，混合器選擇恒定電流進(jìn)行充電。
[0014]優(yōu)選地，當(dāng)混合器選擇穩(wěn)定充電電壓的情況下充電器的充電電流小于第二閾值電流，充電器判斷該次充電完成。
[0015]在第二方面，本發(fā)明提供一種線性充電方法，包括:在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)鐘信號(hào)，交替選擇恒流電路的恒定充電電流和穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定充電電壓，對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0016]在第三方面，本發(fā)明提供一種線性充電器。該線性充電器包括:第一電阻和第二電阻構(gòu)成且連接在電池電壓端的分壓電路；第一誤差放大器，對(duì)分壓電路提供的分壓和第一參考電壓進(jìn)行比較；第三電阻；第二誤差放大器，對(duì)第三電阻提供的電壓和第二參考電壓進(jìn)行比較；時(shí)鐘電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；計(jì)時(shí)器，對(duì)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)；構(gòu)成鏡像電路的第一晶體管和第二大電流輸出晶體管，所述第三電阻串接在第一晶體管的支路上，所述分壓電路串接在第二大電流輸出晶體管的支路上；混合器，在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)鐘信號(hào)，交替選擇來(lái)自第一誤差放大器和第二誤差放大器的比較結(jié)果，來(lái)控制第一晶體管和第二大電流輸出晶體管的柵極，從而實(shí)現(xiàn)交替以恒流模式和穩(wěn)壓模式對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0017]在第四方面，提供一種電子設(shè)備，包括如第一方面或如第三方面所述的線性充電器。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例有助于大大縮短充電時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1示意了一種現(xiàn)有技術(shù)的線性充電器；
[0020]圖2為圖1線性充電器的充電全過(guò)程；
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性充電器的示意圖；
[0022]圖4為計(jì)時(shí)器輸出的時(shí)鐘信號(hào)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的充電全過(guò)程；
[0024]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性充電器的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性充電器的示意圖。如圖3所示，該線性充電器包括大電流輸出管(Ml)、Ml的鏡像管(MO)、誤差放大器EAl和EA2、混合器(MIXER)、電阻Rf I/Rf 2構(gòu)成的第一反饋電路和電阻Rsense構(gòu)成的第二反饋電路。VIN端接輸入電源，電池(Battery)端接需要充電的電池。
[0027]在常規(guī)方式下，當(dāng)電池電壓低于閾值電壓VT時(shí)，混合器選擇誤差放大器EA2的輸出控制MO和Ml管的柵極。MO和Ml管可以是PMOS管，也可以是PNP管。此時(shí)，第二反饋電路和誤差放大器EA2形成恒流(CC)充電模式。電路工作在恒流(CC)充電模式下，電池端輸出穩(wěn)定電流:
[0028]ICC = K*Vref2/Rsense
[0029]當(dāng)電池電壓高于閾值電壓VT后，混合器選擇誤差放大器EAl的輸出控制MO和Ml管的柵極。此時(shí)，第一反饋電路和誤差放大器EAl構(gòu)成穩(wěn)壓充電模式。在穩(wěn)壓(CV)充電模式下，電池端最終輸出電壓為:
[0030]Vout = Vrefl*(1+Rfl/Rf2)
[0031]當(dāng)穩(wěn)壓(CV)充電模式下充電器的充電電流小于設(shè)定的閾值電流(如恒流充電模式充電電流ICC的1/10)，可判斷該次充電完成。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在現(xiàn)有技術(shù)的線性充電器的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)模塊:時(shí)鐘電路(CLK)和計(jì)時(shí)電路(Counter)。計(jì)時(shí)電路對(duì)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)。當(dāng)電池電壓低于閾值電壓VT時(shí)，計(jì)時(shí)器(Counter)被強(qiáng)行置位為高電平，充電器工作在恒流充電模式，并以恒定大電流ICC給電池充電，此過(guò)程類似于現(xiàn)有技術(shù)的充電器。
[0033]當(dāng)電池電壓高于閾值電壓時(shí)，計(jì)時(shí)器(Counter)產(chǎn)生一個(gè)周期為T的計(jì)時(shí)信號(hào)(參見(jiàn)圖4)，在高電平持續(xù)時(shí)間內(nèi)(0-t3)，混合器選擇EA2控制MO和Ml管，充電器處于恒流(CC)充電模式。充電器以恒定大電流CC給電池充電；在低電平持續(xù)時(shí)間內(nèi)(t3-t4)，充電器工作在穩(wěn)壓(CV)充電模式。
[0034]在每個(gè)周期的某個(gè)時(shí)刻(例如t4)，充電器都會(huì)對(duì)充電電流進(jìn)行檢測(cè)，如果充電電流大于某個(gè)閾值，例如ICC/10，則重復(fù)進(jìn)行下一個(gè)周期T的充電；如果充電電流小于ICC/10，說(shuō)明電池已充滿，則結(jié)束本次充電過(guò)程；因充電器大部分時(shí)間都以大電流ICC給電池充電，所以大大減小了電池的充電時(shí)間。
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的充電全過(guò)程。在t20時(shí)刻以前，電池電壓低于閾值電壓VT，充電器工作在恒流充電模式，并以大電流ICC給電池充電；在t20時(shí)刻，電池電壓達(dá)到閾值電壓VT，充電器進(jìn)入穩(wěn)壓充電模式；在t22時(shí)刻，電路檢測(cè)充電器的充電電流，此時(shí)充電電流大于ICC/10，充電器再次進(jìn)入恒流充電模式；在t30時(shí)刻，充電器經(jīng)過(guò)前一個(gè)周期的恒流充電后進(jìn)入穩(wěn)壓充電模式；在t32時(shí)刻，電路檢測(cè)充電器的充電電流，此時(shí)充電電流已下降，但依然高于ICC/10，所以充電器又進(jìn)入恒流充電模式；在t40時(shí)刻，再次經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的恒流充電后電路進(jìn)入穩(wěn)壓充電模式；在t42時(shí)刻，電路檢測(cè)充電器的充電電流，此時(shí)充電電流小于ICC/10，說(shuō)明電池已充滿，結(jié)束本次充電過(guò)程。
[0036]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的充電器還可以包括補(bǔ)償電路(CO、Cl、C2)和各種保護(hù)電路(電池短路保護(hù)SCP、輸入過(guò)壓保護(hù)0VP、過(guò)溫保護(hù)0ΤΡ、欠壓保護(hù)UVP)等模塊，這里不復(fù)
--贅述。
[0037]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性充電器的示意圖。該線性充電器包括:恒流電路，提供恒定充電電流；穩(wěn)壓電路，提供穩(wěn)定充電電壓；時(shí)鐘電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；計(jì)時(shí)器，對(duì)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)；混合器，在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)鐘信號(hào)，交替選擇恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓；驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)所選擇的恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓，對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0038]其中，穩(wěn)壓電路可以優(yōu)選包括連接在電池電壓端的分壓電路，例如圖3所示的第一電阻Rf I和第二電阻Rf 2組成的分壓電路；第一誤差放大器，對(duì)分壓電路提供的分壓和第一參考電壓進(jìn)行比較；比較結(jié)果經(jīng)混合器選擇后控制驅(qū)動(dòng)電路，以穩(wěn)定電壓對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0039]恒流電路可以優(yōu)選包括連接在驅(qū)動(dòng)電路上的第三電阻，例如圖3所示的電阻Rsense ;第二誤差放大器，對(duì)第三電阻提供的電壓和第二參考電壓進(jìn)行比較；比較結(jié)果經(jīng)混合器選擇后控制驅(qū)動(dòng)電路，由此以恒定電流對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
[0040]驅(qū)動(dòng)電路可以優(yōu)選包括構(gòu)成鏡像電路的第一晶體管和第二大電流輸出晶體管。
[0041]優(yōu)選地，電池電壓低于閾值電壓時(shí)，計(jì)時(shí)器被強(qiáng)制置位為高電平，混合器選擇恒定電流進(jìn)行充電。
[0042]優(yōu)選地，電池電壓低于第一閾值電壓時(shí)，計(jì)時(shí)器輸出第一電平，例如被強(qiáng)制置位為高電平，混合器選擇恒定電流進(jìn)行充電。
[0043]優(yōu)選地，當(dāng)混合器選擇穩(wěn)定充電電壓的情況下充電器的充電電流小于第二閾值電流，充電器判斷該次充電完成。
[0044]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種線性充電器，包括:恒流電路，提供恒定充電電流；穩(wěn)壓電路，提供穩(wěn)定充電電壓；時(shí)鐘電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；計(jì)時(shí)器，對(duì)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)；混合器，在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的計(jì)時(shí)信號(hào)，交替選擇恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓；驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)所選擇的恒定充電電流和穩(wěn)定充電電壓，對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
2.如權(quán)利要求1所述的線性充電器，其中穩(wěn)壓電路包括第一電阻和第二電阻構(gòu)成且連接在電池電壓端的分壓電路；第一誤差放大器，對(duì)分壓電路提供的分壓和第一參考電壓進(jìn)行比較；比較結(jié)果經(jīng)混合器選擇后控制驅(qū)動(dòng)電路，以穩(wěn)定電壓對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
3.如權(quán)利要求1所述的線性充電器，其中恒流電路包括連接在驅(qū)動(dòng)電路上的第三電阻；第二誤差放大器，對(duì)第三電阻提供的電壓和第二參考電壓進(jìn)行比較；比較結(jié)果經(jīng)混合器選擇后控制驅(qū)動(dòng)電路，由此以恒定電流對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
4.如權(quán)利要求1所述的線性充電器，其中驅(qū)動(dòng)電路包括構(gòu)成鏡像電路的第一晶體管和第二大電流輸出晶體管。
5.如權(quán)利要求1所述的線性充電器，其中電池電壓低于第一閾值電壓時(shí)，計(jì)時(shí)器輸出第一電平，混合器選擇恒定電流進(jìn)行充電。
6.如權(quán)利要求1所述的線性充電器，其中當(dāng)混合器選擇穩(wěn)定充電電壓的情況下充電器的充電電流小于第二閾值電流，充電器判斷該次充電完成。
7.—種線性充電方法,包括:在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)鐘信號(hào)，交替選擇恒流電路的恒定充電電流和穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定充電電壓，對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
8.—種線性充電器，包括:第一電阻和第二電阻構(gòu)成且連接在電池電壓端的分壓電路；第一誤差放大器，對(duì)分壓電路提供的分壓和第一參考電壓進(jìn)行比較；第三電阻；第二誤差放大器，對(duì)第三電阻提供的電壓和第二參考電壓進(jìn)行比較；時(shí)鐘電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；計(jì)時(shí)器，對(duì)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)；構(gòu)成鏡像電路的第一晶體管和第二大電流輸出晶體管，所述第三電阻串接在第一晶體管的支路上，所述分壓電路串接在第二大電流輸出晶體管的支路上；混合器，在電池電壓高于閾值電壓時(shí)，根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的計(jì)時(shí)信號(hào)，交替選擇來(lái)自第一誤差放大器和第二誤差放大器的比較結(jié)果，來(lái)控制第一晶體管和第二大電流輸出晶體管的柵極，從而實(shí)現(xiàn)交替以恒流模式和穩(wěn)壓模式對(duì)充電電池進(jìn)行充電。
9.一種電子設(shè)備，包括如權(quán)利要求1-6之一或如權(quán)利要求8所述的線性充電器。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104348232SQ201410665788
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】張勝, 王釗 申請(qǐng)人:無(wú)錫中星微電子有限公司