基于數(shù)字控制的電池充電系統(tǒng)及其控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型一般地涉及電子電路，更具體地涉及電池充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著便攜式電子設(shè)備的發(fā)展，電池充電系統(tǒng)也廣泛的應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中。圖1示出了傳統(tǒng)的采用降壓式(BUCK)電路拓?fù)涞碾姵爻潆娤到y(tǒng)100的電路結(jié)構(gòu)示意圖。所述電池充電系統(tǒng)100包括電池電壓、電池充電電流、輸入電壓和輸入電流等多個(gè)控制環(huán)路，其中每個(gè)控制環(huán)路包括誤差放大器及補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)等。以電池電壓控制環(huán)路工作時(shí)為例，在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，時(shí)鐘信號(hào)CLK置位RS觸發(fā)器FF0，使之輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)PWM導(dǎo)通上側(cè)功率管PM1，同時(shí)關(guān)斷下側(cè)功率管PM2。電流由輸入電壓Vin端流經(jīng)電感LI提供給負(fù)載RL，并且給電容Cout充電。此時(shí)電池電壓Vout和表征電池電壓Vout的反饋信號(hào)Vxl增大。誤差放大器Al接收反饋信號(hào)Vxl與電池電壓參考信號(hào)REFl，輸出兩者的誤差放大信號(hào)Vcoml。當(dāng)反饋信號(hào)Vxl繼續(xù)增大，使誤差放大信號(hào)Vcoml小于峰值信號(hào)PK時(shí)，比較器CP輸出信號(hào)復(fù)位RS觸發(fā)器FFO，使之輸出PWM信號(hào)關(guān)斷上側(cè)功率管PM1，同時(shí)導(dǎo)通下側(cè)功率管PM2。此時(shí)，電容Cout向負(fù)載RL提供能量，電池電壓Vout下降。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK再次置位RS觸發(fā)器FFO時(shí)，下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始。
[0003]在圖1所示的電池充電系統(tǒng)100中，每個(gè)控制環(huán)路均需用到誤差放大器，而每個(gè)誤差放大器又需要不同的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以維持環(huán)路的穩(wěn)定，以致電路非常龐雜。又由于不同的電路參數(shù)需要不同的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，圖1所示的電池充電系統(tǒng)100的可移植性不強(qiáng)。同時(shí)由于各控制環(huán)路所輸出的誤差放大信號(hào)Vcoml?Vcomn的信號(hào)值之間比較接近，控制環(huán)路之間的切換可能會(huì)有問(wèn)題，例如可能存在多個(gè)控制環(huán)路同時(shí)工作的情況，或者控制環(huán)路切換錯(cuò)誤等。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種用于電池充電系統(tǒng)的控制電路和一種電池充電系統(tǒng)。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的一種用于電池充電系統(tǒng)的控制電路，電池充電系統(tǒng)包括具有第一開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)電路，所述控制電路包括:多個(gè)模擬控制環(huán)路，產(chǎn)生多個(gè)環(huán)路控制信號(hào)，其中每個(gè)模擬控制環(huán)路接收相應(yīng)的參考信號(hào)、反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)，并根據(jù)相應(yīng)的參考信號(hào)、反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)路控制信號(hào)；以及數(shù)字控制單元，接收多個(gè)環(huán)路控制信號(hào)，并根據(jù)多個(gè)環(huán)路控制信號(hào)和一固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)以控制第一開(kāi)關(guān)管，其中所述數(shù)字控制單元自動(dòng)選擇起作用的模擬控制環(huán)路以控制第一開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)刻或關(guān)斷時(shí)刻。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中每個(gè)模擬控制環(huán)路包括:運(yùn)算電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收相應(yīng)的反饋信號(hào)，第二輸入端接收斜坡補(bǔ)償信號(hào)；以及比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至運(yùn)算電路的輸出端，第二輸入端接收參考信號(hào)，輸出端根據(jù)反饋信號(hào)、斜坡補(bǔ)償信號(hào)以及參考信號(hào)產(chǎn)生環(huán)路控制信號(hào)。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中所述數(shù)字控制單元還包括:或門(mén)電路，具有多個(gè)輸入端和輸出端，其中多個(gè)輸入端分別耦接至多個(gè)模擬控制環(huán)路以接收各模擬控制環(huán)路產(chǎn)生的環(huán)路控制信號(hào)，輸出端根據(jù)多個(gè)環(huán)路控制信號(hào)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)；以及RS觸發(fā)電路，具有置位端、復(fù)位端以及輸出端，其中置位端接收固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)，復(fù)位端耦接至或門(mén)電路的輸出端以接收復(fù)位信號(hào)，輸出端根據(jù)固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)和復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；其中所述固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)控制第一開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)長(zhǎng)。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中所述數(shù)字控制單元還包括:與門(mén)電路，具有多個(gè)輸入端和輸出端，其中多個(gè)輸入端分別耦接至多個(gè)模擬控制環(huán)路以接收各模擬控制環(huán)路產(chǎn)生的環(huán)路控制信號(hào)，輸出端根據(jù)多個(gè)環(huán)路控制信號(hào)產(chǎn)生置位信號(hào)；以及RS觸發(fā)電路，具有置位端、復(fù)位端以及輸出端，其中置位端耦接至與門(mén)電路的輸出端以接收置位信號(hào)，復(fù)位端接收固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)，輸出端根據(jù)固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)和置位信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；其中所述固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)控制第一開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中所述數(shù)字控制單元還產(chǎn)生多個(gè)數(shù)字參考信號(hào)，所述控制電路還包括多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，每個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元根據(jù)數(shù)字參考信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的參考信號(hào)。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中所述數(shù)字控制單元還包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，根據(jù)多個(gè)反饋信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字采樣信號(hào)；以及數(shù)字補(bǔ)償環(huán)路，產(chǎn)生多個(gè)誤差校正信號(hào)，其中數(shù)字補(bǔ)償環(huán)路根據(jù)相應(yīng)的數(shù)字采樣信號(hào)和數(shù)字參考信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的誤差校正信號(hào)；其中每個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元根據(jù)相應(yīng)的誤差校正信號(hào)和數(shù)字參考信號(hào)產(chǎn)生參考信號(hào)。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中所述數(shù)字控制單元還產(chǎn)生數(shù)字斜坡控制信號(hào)以控制斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值，所述控制電路根據(jù)數(shù)字斜坡控制信號(hào)和開(kāi)關(guān)控制信號(hào)產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償信號(hào)。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的一種電池充電系統(tǒng)，包括第一開(kāi)關(guān)管及如前所述的控制電路。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的一種電池充電系統(tǒng)，包括:第一開(kāi)關(guān)管；輸入電壓控制環(huán)路，根據(jù)輸入電壓參考信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的運(yùn)算相疊加的信號(hào)與輸入電壓反饋信號(hào)相比較，產(chǎn)生輸入電壓環(huán)路控制信號(hào)；輸入電流控制環(huán)路，根據(jù)輸入電流反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)相疊加的信號(hào)與輸入電流參考信號(hào)相比較，產(chǎn)生輸入電流環(huán)路控制信號(hào)；電池電壓控制環(huán)路，根據(jù)電池電壓反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)相疊加的信號(hào)與電池電壓參考信號(hào)相比較，產(chǎn)生電池電壓環(huán)路控制信號(hào)；充電電流控制環(huán)路，根據(jù)充電電流反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)相疊加的信號(hào)與充電電流參考信號(hào)相比較，產(chǎn)生充電電流環(huán)路控制信號(hào)；以及數(shù)字控制單元，根據(jù)一固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)、輸入電壓環(huán)路控制信號(hào)、輸出電流環(huán)路控制信號(hào)、電池電壓環(huán)路控制信號(hào)和充電電流環(huán)路控制信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)以控制第一開(kāi)關(guān)管，其中當(dāng)輸入電壓環(huán)路控制信號(hào)、輸出電流環(huán)路控制信號(hào)、電池電壓環(huán)路控制信號(hào)和充電電流環(huán)路控制信號(hào)中的一個(gè)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)控制第一開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)根據(jù)固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)控制第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的一種電池充電系統(tǒng)，包括:第一開(kāi)關(guān)管；輸入電壓控制環(huán)路，根據(jù)輸入電壓參考信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)相減的信號(hào)與輸入電壓反饋信號(hào)相比較，產(chǎn)生輸入電壓環(huán)路控制信號(hào)；輸入電流控制環(huán)路，根據(jù)輸入電流反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)相減的信號(hào)與輸入電流參考信號(hào)相比較，產(chǎn)生輸入電流環(huán)路控制信號(hào)；電池電壓控制環(huán)路，根據(jù)電池電壓反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)相減的信號(hào)與電池電壓參考信號(hào)相比較，產(chǎn)生電池電壓環(huán)路控制信號(hào)；充電電流控制環(huán)路，根據(jù)充電電流反饋信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)相減的信號(hào)與充電電流參考信號(hào)相比較，產(chǎn)生充電電流環(huán)路控制信號(hào)；以及數(shù)字控制單元，根據(jù)一固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)、輸入電壓環(huán)路控制信號(hào)、輸出電流環(huán)路控制信號(hào)、電池電壓環(huán)路控制信號(hào)和充電電流環(huán)路控制信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)以控制第一開(kāi)關(guān)管，其中當(dāng)輸入電壓環(huán)路控制信號(hào)、輸出電流環(huán)路控制信號(hào)、電池電壓環(huán)路控制信號(hào)和充電電流環(huán)路控制信號(hào)均變?yōu)榈谝粻顟B(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)控制第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)根據(jù)固定時(shí)長(zhǎng)控制信號(hào)控制第一開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型提出的實(shí)施例，控制電路參數(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性好，并具有較強(qiáng)的可移植性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]結(jié)合附圖，根據(jù)對(duì)示例性實(shí)施例的以下說(shuō)明，本實(shí)用新型的總體構(gòu)思的上述和/或其他方面將變得顯而易見(jiàn)并更易于理解，在附圖中，相同或相似的附圖標(biāo)記指示相同或相似的組成部分。其中:
[0017]圖1示出了根據(jù)傳統(tǒng)的電池充電系統(tǒng)100的的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)200的電路框圖。
[0019]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)200a的電路原理圖。
[0020]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的圖3所示斜坡產(chǎn)生單元26的電路原理圖。
[0021]圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)200b的電路原理圖。
[0022]圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的圖5所示電池充電系統(tǒng)200b的工作波形圖。
[0023]圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)200c的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說(shuō)明，并不用于限制本實(shí)用新型。在下面對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，為了更好地理解本實(shí)用新型，描述了大量的細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，本實(shí)用新型同樣可以實(shí)施。為了清晰明了地闡述本實(shí)用新型，本文簡(jiǎn)化了一些具體結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)描述。此外，在一些實(shí)施例中已經(jīng)詳細(xì)描述過(guò)的類似的結(jié)構(gòu)和功能，在其它實(shí)施例中不再贅述。盡管本實(shí)用新型的各項(xiàng)術(shù)語(yǔ)是結(jié)合具體的示范實(shí)施例來(lái)一一描述的，但這些術(shù)語(yǔ)不應(yīng)理解為局限于這里闡述的示范實(shí)施方式。
[0025]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)200的電路框圖。在圖2所示的實(shí)施例中，電池充電系統(tǒng)200包括開(kāi)關(guān)電路21以及控制電路22。開(kāi)關(guān)電路21包括輸入端口 In和輸出端口 Out。輸入端口 In可耦接輸入電源，輸出端口 Out可耦接電池。開(kāi)關(guān)電路21包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)管?？刂齐娐?2產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)PWM以控制開(kāi)關(guān)電路21中至少一個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0026]控制電路22包括多個(gè)模擬控制環(huán)路24_1?24_N、數(shù)字控制單元25、多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元23_1?23_N以及斜坡產(chǎn)生單元26，其中N是大于I的整數(shù)。模擬控制環(huán)路24_1?24_N分別接收參考信號(hào)Refl?RefN、反饋信號(hào)FBl?FBN、