具有电池电流检测电路的充放电控制装置的制造方法_2

文档序号:8924630阅读:来源:国知局
3中所示,为本发明中的一种具有所述电流检测电路的充放电控制装置的原理框图,包括用于向电池充入电能的充电电路和用于将电池的电能输出的放电电路,所述充电电路具有一个电源输入端VCHG、和分别与电池正极端BATP和负极端BATN相连的输出端,将电源输入端VCHG的电源转换为充电信号,自电池正极端BATP和负极端BATN向电池充电;所述放电电路具有一个电源输出端、和分别与电池正极端BATP和负极端BATN相连的输入端,将电池的电能转换输出给被供电电路,所述放电电路相当于以电池作为电源,所述被供电电路相当于电池的负载,因此,所述放电电路,也可称为电源转换电路。
[0032]所述充放电控制装置还包括充电电流采样电路、放电电流采样电路和电流测量电路:
[0033]所述充电电流采样电路,其输入端与所述充电电路相连,输出端与所述电流测量电路相连,用于采样流经所述充电电路的电流,获得充电电流信号;
[0034]所述放电电流采样电路,其输入端与所述放电电路相连,输出端与所述电流测量电路相连,用于采样流经所述放电电路的电流,获得放电电流信号;
[0035]所述电流测量电路,其输入端Ich端和Idch端分别与所述充电电流采样电路和放电电流采样电路相连,用于将所述放电电流信号与所述充电电流信号做差,差值为正数时,获得电池放电状态下的放电电流,差值为负数时,获得电池充电状态下的充电电流。
[0036]如图4中所示,所述电流测量电路包括模数转换单元和处理单元,所述模数转换单元的输入端分别与所述充电电流采样电路和放电电流采样电路相连,用于将Ich端输入的所述充电电流信号和Idch端输入的放电电流信号,分别转换可由处理单元进行运算处理的数字信号,所述处理单元的输入端与所述模数转换单元的输出端相连,用于将所述数字信号所代表的充电电流信号和输入的放电电流信号进行做差计算,获得所述放电电流或充电电流。例如,当所述放电电流信号为A,充电电流信号为B,如果(A-B)为正数,表示电池电流表现为放电电流,电池处于放电状态;如果(A-B)为负数,表示电池电流表现为充电电流,电池处于充电状态。此外,所述处理单元可利用原有装置中的处理器进行计算。
[0037]所述充电电流采样电路和放电电流采样电路,均可采用一级或多级电流镜来实现,其中,各电流镜均为共源共栅电流镜。
[0038]由于所述充电电路和充电电路分别具有线性模式和开关模式等多种实现方式,对应的所述充电电流采样电路和放电电流采样电路也具有不同的电路结构,其具体实现方式如下:
[0039]如图5中所示,为图3中采用线性模式的充电电路和充电电流采样电路的原理图,图中点划线的左侧为充电电路,右侧为充电电流采样电路。
[0040]所述充电电路包括恒流/恒压控制模块Ul和PMOS管MPCl,所述恒流/恒压控制模块采用具有一个线性控制输出端,所述PMOS管MPCl的栅极与所述恒流/恒压控制模块的与所述线性控制输出端相连,漏极与电池正极端BATP端相连,源极与电源输入端VCHG端相连,所述充电电流采样电路包括PMOS管MPsclI,所述PMOS管MPscll与所述PMOS管MPCl构成第一电流镜,所述充电电流采样电路还包括第二电流镜、第三电流镜和运算放大器0P1,所述第二电流镜由NMOS管丽11和丽12构成,所述第三电流镜由PMOS管MPcll和MPc12构成,所述第一电流镜、第二电流镜和第三电流镜依次连接,所述运算放大器OPl的两输入端分别与所述PMOS管MPCl的漏极和PMOS管MPscll的漏极相连,输出端与所述第二电流镜的共栅极相连,所述第二电流镜的共源极与电池负极端BATN相连,所述第三电流镜共源极与第一电流镜的共源极(即VCHG端)相连接;所述第三电流镜的输出端为所述充电电流采样电路的输出端Ich端。
[0041]所述恒流/恒压控制模块的输出端为PGL端(即线性控制输出端),控制PMOS管MPCl的电流,满足恒流控制和恒压控制,当电池电压低于4.2V时,处于恒流控制状态;当电池电压接近4.2V时,处于恒压控制状态。这些属于现有技术,与本发明不直接相关,为了简化描述,此处不再赘述。下面重点描述所述充电电流采样电路的工作原理,由于运算放大器OPl的两个输入端分别连接所述PMOS管MPCl的漏极和另一 PMOS管MPscll的漏极,经调整使得PMOS管MPscll的漏极DPscl端的电压等于PMOS管MPCl的漏极电压(即BATP端电压),另外所述PMOS管MPCl与所述PMOS管MPscll共源极,源极电压相等,所述PMOS管MPCl与所述PMOS管MPscll共栅极,二者的栅极电压相等,所述PMOS管MPscll与MPCl构成共源共栅电流镜,电流成镜像关系。设计所述PMOS管MPscll和MPCl的宽长比之比满足一定的比例,所述宽长比是PMOS管的导电沟道的宽与长的比,宽长比越大,PMOS管的漏极电流Id就越大,也就是宽长比与Id成正比。因此,两PMOS管的宽长比之比即为漏极电流Id之比。例如所述PMOS管MPscll和MPCl的宽长比之比为1/1000,则所述PMOS管MPscll的漏极电流等于所述PMOS管MPCl漏极电流的1/1000。同理,NMOS管丽11和丽12构成电流镜,PMOS管MPcll与MPcl2构成电流镜,例如都设计成1:1的电流镜,因此,所述PMOS管MPc12的漏极电流,即Ich端的电流,等于所述PMOS管MPCl漏极电流的1/1000。由于所述PMOS管MPCl和MPscll工作在开关状态,即线性区而非饱和区,利用丽11和丽12构成的第二级电流镜,获得比较理想的镜像效果,再利用MPcll和MPcl2构成的第三电流镜,转换电流方向,即第三电流镜输入端的流向BATN端(相当于地端)的电流转换为从电源端VCHG端向外流的方向电流。此外,由于所述第一电流镜、第二电流镜和第三电流镜构成三级电流镜,可以将每级的宽长比之比设置为为10:1,10:1,10:1,等效也是1000:1,使得采样比例精度更准确。
[0042]如图6中所示,为图3中采用开关模式的充电电路和充电电流采样电路的原理图,图中点划线的左侧为充电电路,右侧为充电电流采样电路;
[0043]所述充电电路包括PMOS管MPC2、NMOS管MNC2、储能电感L2和电容C21,和具有两个开关控制输出端的恒流/恒压控制模块U2,所述PMOS管MPC2的栅极和NMOS管MNC2的栅极分别与所述恒流/恒压控制模块U2的两个开关控制输出端相连,所述所述PMOS管MPC2的源极与电源输入端VCHG相连,所述NMOS管MNC2的漏极与所述PMOS管MPC2的漏极相连,并经所述储能电感L2与电池正极端相连,源极与电池负极端BATN相连,所述电容C21连接在所述电池正极端BATP和负极端BATN之间。所述充电电流采样电路包括PMOS管MPsc21,所述PMOS管MPsc21与所述PMOS管MPC2构成第一电流镜,所述充电电流采样电路还包括由NMOS管丽21和丽22构成的第二电流镜、由PMOS管MPc21和MPc22构成的第三电流镜,以及运算放大器0P21,所述第一电流镜、第二电流镜和第三电流镜依次连接,所述运算放大器0P21的两输入端分别与所述PMOS管MPC2的漏极和NMOS管MNC2的漏极相连,输出端与所述第二电流镜的共栅极相连,所述第二电流镜的共源极与电池负极端相连,所述第三电流镜共源极与第一电流镜的共源极(即电源端VCHG端)相连接;所述充电电流采样电路还包括电阻R2,电压跟随器0P22,采样电容C22和采样开关S2,所述电阻R2的一端与电池负极端BATV相连,另一端与所述第三电流镜的输出端DPc2端相连,并连接到所述电压跟随器0P22的输入端,所述电压跟随器0P22的输入端与所述采样开关S2的输入端相连,所述采样电容C22连接在所述采样开关S2的输出端和电池负极端BATN之间,所述PMOS管MPC2的栅极经一个反相器INVl连接到所述采样开关S2的控制端,所述采样开关S2的输出端再顺次连接第一低通滤波器和第一电压电流转换器,所述第一电压电流转换器的输出端作为所述充电电流采样电路的输出端Ich。
[0044]在开关模式实现方式中,通过所述恒流/恒压控制模块U2具有两个输出端,交替控制所述PMOS管MPC2和NMOS管MNC2的导通,来对电感L2储能和释放能量,从而实现能量搬移。当所述PMOS管MPC2导通时,电感L2的电流以(U_VCHG_U_BATP) /L的斜率上升,其中U_VCHG为VCHG节点的电压,U_BATP为BATP节点的电压,L为电感L2的电感值。当所述NMOS管MNC2导通时,电感L2的电流以_U_BATP/L的斜率下降,负号表示电流下降的趋势,其中,U_BATP为BATP节点的电压,L为电感L2的电感值。当所述PMOS管MPC2导通时,MPsc21也导通,运算放大器0P21的两个输入端分别连接所述PMOS管MPC2的漏极和另一PMOS管MPsc21的漏极,经运算放大器OPl调整使得
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