专利名称：一种升压型电池充电管理系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种升压型电池充电管理系统及其控制方法。
背景技术：
目前比较常见的电池充电管理系统以降压型拓扑结构为主，其输入端为电源适配 器供电，输出端连接的电池为单节或多节。逐步成为市场主流的USB供电系统，其供电电 压一般额定为5V，面向主流的单节锂电池可以利用降压型拓扑实现单节电池充电。但是随 着消费类便携设备的功率越来越大，多节锂电池的需求越来越明显，因此升压型拓扑逐渐 开始应用在多节锂电池串联的电池管理系统中，相应的亟需比较成熟的系统结构和控制方 案。另外，对于电子设备经常出现的异常情况如输入电流过大、输出端短路保护等，如果直 接用较大的电流充电，容易损坏电子设备及其电池，缩短电子设备的使用寿命。因此，需要 在充电系统中对于这些特殊情况予以考虑，并设置相应的保护电路。发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种升压型电池充电管理系统及其控制方法， 以实现对多节电池充电过程的控制。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案
依据本发明一实施例的一种升压型电池充电管理系统，包括升压变换电路和充电 控制电路；其中，
所述升压变换电路接收一直流输入电压并对其进行升压转换得到一输出信号，所 述输出信号对电池进行充电；
所述充电控制电路与所述升压变换电路的输出端连接，当电池电压小于第一阈值 电压时，所述充电控制电路对所述输出信号进行调节，以保持电池充电电流为涓流电流；当 电池电压大于所述第一阈值电压时，所述输出信号直接对电池进行充电；其中所述第一阈 值电压大于所述直流输入电压。
进一步的，所述充电控制电路包括一功率管和功率管控制电路；
所述功率管的第一输入端和第二输入端分别连接在所述升压变换电路的输出端 和电池之间；
当电池电压小于所述第一阈值电压时，所述功率管控制电路调节所述功率管的控 制端电压使其工作在线性区域，以调节电池充电电流为涓流电流；
当电池电压大于所述第一阈值电压时，所述功率管控制电路控制所述功率管处于 导通状态。
进一步的，所述升压变换电路包括功率级电路和升压变换控制电路；
所述升压变换控制电路控制所述功率级电路的开关动作以维持所述输出信号恒
当电池电压小于所述第一阈值电压时，所述升压变换控制电路维持所述输出信号的电压值为第一工作电压，所述第一工作电压大于所述第一阈值电压；
当电池电压大于所述第一阈值电压而小于终值电压时，所述升压变换控制电路维 持所述输出信号的电流值为第一工作电流；
当电池电压等于所述终值电压时，所述升压变换控制电路维持所述输出信号的电 压值为终值电压，直至电池充电电流小于关断电流阈值，所述升压变换电路停止工作。
进一步的，所述升压变换控制电路包括第一反馈电路、第二反馈电路、第三反馈电 路、选择电路和PWM控制电路；其中，
所述第一反馈电路根据所述输出信号的电压值和第一工作电压的误差产生第一 反馈信号；
所述第二反馈电路根据所述输出信号的电流值和第一工作电流的误差产生第二 反馈信号；
所述第三反馈电路根据电池电压与所述终值电压的误差产生第三反馈信号；
所述选择电路选取所述第一反馈信号、第二反馈信号和第三反馈信号中最低者输 出给所述PWM控制电路；
所述PWM控制电路根据所述选择电路的输出信号控制所述功率级电路的开关动作。
进一步的，所述第一反馈电路和第二反馈电路接收一屏蔽信号，所述屏蔽信号根 据电池电压与所述第一阈值电压的比较结果选择性地将所述第一反馈信号或第二反馈信 号拉高。
进一步的，包括一限流保护电路，当所述直流输入电压小于限流电压阈值时，限流 保护电路对电池充电电流进行限制，进而限制所述升压变换电路的输入电流。
进一步的，包括一短路保护电路，当电池电压小于短路保护阈值时，所述短路保护 电路控制电池充电电流为第一电流值，所述第一电流值小于所述涓流电流。
优选的，当耗能负载代替电池与所述升压变换电路连接且负载电压小于第一阈值 电压时，所述短路保护电路控制电池充电电流为断续电流，其最大值大于所述输出信号为 第一阈值电压时对应的负载电流。
优选的，所述升压变换电路的拓扑为Boost变换器、Buck-Boost变换器、Sepic变 换器、Cuk变换器或Zeta变换器。
优选的，当所述升压变换电路的拓扑为同步整流Boost变换器时，进一步包括一 节能控制电路，当电池充电电流小于所述节能模式电流阈值时，所述节能控制电路控制同 步开关管保持关断。
依据本发明一实施例的一种升压型电池充电管理系统的控制方法，利用升压变换 电路的输出电能对电池进行充电，包括以下步骤
接收一直流输入电压并对其进行升压转换得到一输出信号，所述输出信号对电池 进行充电；
当电池电压小于第一阈值电压时，对所述输出信号进行调节，以保持电池充电电 流为涓流电流；
当电池电压大于所述第一阈值电压时，所述输出信号直接对电池进行充电；其中 所述第一阈值电压大于所述直流输入电压。
进一步的，包括下列步骤
将功率管的第一输入端和第二输入端分别连接在所述升压变换电路的输出端和 电池之间；
当电池电压小于所述第一阈值电压时，调节所述功率管的控制端电压使其工作在 线性区域，以调节电池充电电流为涓流电流；
当电池电压大于所述第一阈值电压时，控制所述功率管处于导通状态。
进一步的，包括下列步骤
当电池电压小于所述第一阈值电压时，维持所述升压变换电路的输出电压为第一 工作电压，所述第一工作电压大于所述第一阈值电压；
当电池电压大于所述第一阈值电压而小于终值电压时，维持所述升压变换电路的 输出电流为第一工作电流；
当电池电压等于所述终值电压时，维持所述升压变换电路的输出电压为终值电 压，直至电池充电电流小于关断电流阈值，所述升压变换电路停止工作。
进一步的，包括下列步骤
根据所述输出信号的电压值和第一工作电压的误差产生第一反馈信号；
根据所述输出信号的电流值和第一工作电流的误差产生第二反馈信号；
根据电池电压与所述终值电压的误差产生第三反馈信号；
根据所述第一反馈信号、第二反馈信号和第三反馈信号中最低者控制所述升压变 换电路的开关动作。
进一步的，包括下列步骤根据电池电压与所述第一阈值电压的比较结果选择性 地将所述第一反馈信号或第二反馈信号拉高。
优选的，当所述直流输入电压小于限流电压阈值时，对电池充电电流进行限制，进 而限制所述升压变换电路的输入电流。
进一步的，包括下列步骤当电池电压小于短路保护阈值时，控制电池充电电流为 第一电流值，所述第一电流值小于所述涓流电流。
进一步的，包括下列步骤当耗能负载代替电池与升压变换电路连接且负载电压 小于第一阈值电压时，控制电池充电电流为断续电流，其最大值大于所述输出信号为第一 阈值电压时对应的负载电流。
优选的，所述升压变换电路的拓扑为Boost变换器、Buck-Boost变换器、Sepic变 换器、Cuk变换器或Zeta变换器。
优选的，当所述升压变换电路的拓扑为同步整流Boost变换器时，进一步包括，当 电池充电电流小于所述节能模式电流阈值时，控制同步开关管保持关断。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的升压型电池充电管理系统，利用充电控 制电路中的功率管的工作状态的变化，在充电的初始阶段控制充电电流为涓流电流，当电 池电压达到一定阈值后，控制升压变换电路的输出直接对电池进行恒流或恒压充电。而升 压变换控制电路中的选择电路对不同反馈信号进行筛选以控制功率级电路，能够实现充电 的初始阶段到恒流充电以及恒压充电等不同充电模式的自然切换。
另外依据本发明的升压型电池充电管理系统，还可以实现以下有益效果
(I)具有短路保护功能，当电池电压过小时，能够控制充电电流降为更低，有效保护了电子设备及其电池，延长其使用寿命。
(2)加入了限流保护电路，在恒流充电的过程中当输入电压过小时，通过减小电池 充电电流对升压变换电路的输入电流进行限制。
(3)在升压变换电路的拓扑为同步整流Boost变换器时，在充电电流过低时进入 节能模式，控制电路工作在非同步状态，以降低开关损耗，提高转换效率。
(4)即使出现电池设备与整个系统的连接异常，升压变换电路的输出端连接耗能 负载时，整个系统仍然能够正常运行。而且依据本发明的实施例并不限制升压转换电路的 拓扑结构及其控制策略。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
图1所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的第一实施例的原理框图2所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的第二实施例的原理框图3所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的第三实施例的原理框图4所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的第四实施例的原理框图5所示为图4中依据本发明的升压型电池充电管理系统的工作波形图6所示为电池连接不正常时，电池充电电流的期望波形图7所示为PWM控制电路和节能控制电路的原理框图8所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于 这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方 案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细 节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
依据本发明的升压型电池充电管理系统，从功率级电路的拓扑角度来看，能够实 现升压功能的有 Boost、Buck_Boost、Sepic、Cuk、Zeta 等结构。但其中 Boost 和 Buck-Boost 的拓扑结构最为简单，成本较低，在器件耐压以及整体效率方面也具有一定的优势。单管 结构的Buck-Boost拓扑其输出存在负压，不利于充电管理系统的设计。而四管结构的 Buck-Boost在成本及效率方面没有优势。因此Boost变换器是充电管理系统中相对优选的 拓扑结构，以下即以Boost变换器为例对本发明的具体实施例进行详细描述。
参考图1，100所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的第一实施例的原 理框图，其由升压变换电路和充电控制电路201组成；其中，所述升压变换电路接收一直流 输入电压Vin并对其进行升压转换得到一输出信号，所述输出信号对多个串联的锂电池进 行充电；其中直流输入电压Vin—般由USB充电器或其他低压供电系统提供。
所述升压变换电路的功率级电路101为由电感L、主开关管S1、同步开关管S2以及输出电容Cbd组成的同步整流Boost拓扑结构,在小电流场合，同步开关管S2也可以用二极 管代替以降低成本。
而升压变换控制电路102分别根据功率级电路的输出电压Vwt、输出电流Iwt以及 电池电压Vbat输出主开关管S1、同步开关管S2的控制信号Gl和G2，以在电池充电的不同阶 段对功率级电路的输出信号进行恒压或恒流控制。
所述充电控制电路201与功率级电路101的输出端连接，接收并比较电池电压Vbat 和第一阈值电压Vthi，根据比较的结果对功率级电路101的输出信号进行调节，其中所述第 一阈值电压Vthi大于所述直流输入电压Vin。
当电池电压Vbat小于第一阈值电压Vthi时,所述充电控制电路201对所述输出信号 进行调节，以数值较小的涓流电流对电池充电(涓流电流一般设置为恒流充电电流的1/10 左右)；当电池电压Vbat大于所述第一阈值电压Vthi时,则控制所述输出信号直接对电池进 行充电。
参考图2，所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的第二实施例的原理框 图；其中给出了充电控制电路201的一种实现方法，其具体包括一功率管Q1和功率管控制 电路301。
在充电控制电路201的工作过程中，所述功率管Q1工作在线性区域或完全导通这 两种状态，因此其类型可以为任何合适的功率开关管，在本实施例中优选为N沟道增强型 场效应晶体管，其漏极和源极分别连接在功率级电路101的输出端和电池之间；
所述功率管控制电路301中跨导放大器302的同相输入端接收表征涓流电流期望 值的信号I ，反相输入端接收功率级电路101的输出电流Iwt，跨导放大器302的输出电流 对补偿网络Zw进行充放电控制以得到一控制信号Vrtrt。
比较器303的同相输入端接收电池电压Vbat，反相输入端接收所述第一阈值电压 Vthi，其输出信号经过RC滤波电路后得到一高低电平信号。
所述控制信号Vetri和比较器303输出的高低电平信号分别通过二极管连接至所述 功率管Q1的栅极，其中低电平信号的数值始终小于控制信号Vrtrt，高电平信号的数值始终 大于控制信号因此两个信号中数值较大的将用以控制所述功率管Q1的工作状态。
当串联的锂电池连接正常，而功率级电路无输入信号时，电容Cbd被电池通过所述 功率管Q1的体二极管充电，则输出电压Vtjut接近于电池电压Vbat ；
当功率级电路的输入信号接入时，若所述直流输入电压Vin高于电池电压Vbat，则 电容Cbd通过同步开关管S2的体二极管充电至接近于直流输入电压Vin，此时电池电压Vbat小 于输出电压Vtjut,即此时电池电压Vbat小于所述第一阈值电压Vthi,比较器303输出低电平， 因此由所述控制信号Vrtrt调节所述功率管Q1的栅极电压使其工作在线性区域，并闭环调节 以涓流电流为电池充电。此时升压变换控制电路将输出电压Vtjut闭环控制在略高于Vin的 第一工作电压，所述第一工作电压略大于所述第一阈值电压(以5V的直流输入电压为例， 可以设置VTm=5. 4V或5. 3V，第一工作电压设置为5. 8V)。
当电池电压Vbat大于所述第一阈值电压Vthi时，比较器303输出高电平信号控制所 述功率管Q1完全导通，此时所述功率级电路101的输出信号直接对电池进行充电；其中
当电池电压Vbat大于所述第一阈值电压Vthi而小于终值电压Vct时(如两节锂电池 串联连接时，可以设置终值电压为8. 4V)，所述升压变换控制电路将输出电流Irat维持在第一工作电流(可以设置第一工作电流为2A，相应的选取涓流电流大小为200mA)，进而对电 池进行恒流充电。
当电池电压Vbat等于所述终值电压Vct时，所述升压变换控制电路闭环控制所述输 出电压Vrat等于所述终值电压Vw，进而使电池进行恒压充电(此处忽略了功率管Q1上的压 降造成的输出电压和电池电压之间的误差，如果考虑此误差，也可将输出电压控制在略高 于终值电压)，直至电池充电电流小于关断电流阈值(一般设定为IOOmA或更小)时，升压变 换控制电路首先关断主开关管S1以防止功率级电路中电感电流继续上升，当电感电流降至 零后同时关断同步开关管S2与功率管Q1,电池充电过程随之结束。
为防止电池向升压变换电路的输入端漏电耗能，需要在电感电流降至零后再关断 同步开关管和功率管。类似的，当整个充电电路出现除输出短路保护以外的各类保护响应 时，例如输入过压、输出过压、过慢、超时等，主开关管S1S即关断，当电感电流降至零后，同 步开关管S2与功率管Q1同时关断。
为了实现升压变换电路在恒压控制和恒流控制之间的自然切换，图3在图2所示 实施例的基础上给出了升压变换控制电路的具体电路框图，其电路结构和工作原理可参照 下文
所述升压变换控制电路102包括第一反馈电路、第二反馈电路、第三反馈电路、选 择电路和PWM控制电路；其中，
所述第一反馈电路由跨导放大器401和补偿网络Za组成，其根据输出电压Vwt和第一工作电压VMfl的误差产生第一反馈信号Vci ；
所述第二反馈电路由跨导放大器402和补偿网络Zc2组成，其根据输出电流Iwt和 第一工作电流IMfl的误差产生第二反馈信号Vc2 ；
所述第三反馈电路由跨导放大器403和补偿网络Zc3组成，根据电池电压Vbat与所 述终值电压Vct的误差产生第三反馈信号Vc3 ；
以上反馈信号输入至由三个二极管组成的选择电路，将数值最低的信号输出给所 述PWM控制电路，所述PWM控制电路用以输出开关控制信号Gl和G2。
当电池电压Vbat小于所述第一阈值电压Vthi时，由于此时电池充电电流被调节为 涓流电流，其值远远小于第一工作电流IMfl，同时，电池电压远小于所述终值电压，因此第 二反馈信号和第三反馈信号Vra的数值较大，由第一反馈信号Va输入至PWM控制电路， 从而将输出电压维持在第一工作电压VMfl。
当电池电压Vbat大于所述第一阈值电压Vthi而小于终值电压Vcv时，由于此时输出 电压Vwt会被瞬间拉低，因此第一反馈信号Va会瞬间提升，由于电池电压仍小于所述终值 电压，因此第三反馈信号Vra的数值仍然要大于第二反馈信号\2，因此由第二反馈信号\2 输入至PWM控制电路，从而将输出电流维持在第一工作电流Irefl对电池进行恒流充电。
当电池电压Vbat等于所述终值电压Vw时，第三反馈信号Vra的数值变为最小，输入 至PWM控制电路以控制电池进行恒压充电，此时电池充电电流开始下降，当其数值小于关 断电流阈值时，整个充电过程结束。
由上述升压变换控制电路102的工作过程可以推知升压变换控制电路中的选择 电路对不同反馈信号进行筛选以控制功率级电路，能够实现充电的初始阶段到恒流充电以 及恒压充电等不同充电模式的自然切换，其控制电路也比较简单易行。
当升压变换控制电路从维持第一工作电压的恒压工作跳变到恒流工作的过程中， 由于功率级电路的输出电压可能出现瞬间的掉电，使得第一反馈信号再次变为数值最低的反馈信号，这样整个升压变换电路无法顺利跳转至恒流工作状态。在本实施例中可以采用一屏蔽信号Nor解决上述问题
当电池电压Vbat小于所述第一阈值电压Vthi时,屏蔽信号Nor为无效状态,其反相信号控制跨导放大器402的输出端与输Λ电源Vcc 接从而将第二反馈信号拉高；
在实际电路中，可以将比较器303的输出经过RC滤波得到的高低电平信号作为所述屏蔽信号Nor。
这里需要说明的是连接在跨导放大器输出端的补偿网络(ZC1、ZC2, Zc3和Zc4)其组成形式可以为电容或电容与电阻串联，也可以为实现相同作用的其他任何合适的电路形式。
从图1、2、3所示的实施例的原理框图中可以看出本发明提供的升压型电池充电管理系统，利用充电控制电路中的功率管的工作状态的变化，在充电的初始阶段控制充电电流为涓流电流，当电池电压达到一定阈值后，控制升压变换电路的输出直接对电池进行恒流或恒压充电。而当电池设备与整个系统的连接异常，升压变换电路的输出端连接耗能负载时，整个系统仍然能够正常运行，工作在普通的升压电路模式输入电源接入并大于内部欠压锁定阈值后，充电控制电路中的功率管逐步导通以限制浪涌电流，升压变换电路开始工作在恒压/恒流模式。
另外在说明书中对一些电压或电流信号结合优选数值进行的说明，其目的在于使得本领域的技术人员更直观清晰的理解不同信号之间的大小、比例关系，而非限制本发明在任何具体参数的电路中。
上述实施例中的升压型电池充电管理系统还存在以下问题当电池电压过小时， 过大的充电电流容易损坏电子设备；在恒流充电的过程中，当输入功率过小时将导致输入电压的下降。
为解决以上两个问题，图4中的升压型电池充电管理系统在图3所示实施例的基础上进一步加入了短路保护电路501和限流保护电路601。
所述短路保护电路501接收电池电压Vbat和短路保护阈值Vs。，在电池充电的初始阶段，电池电压Vbat小于短路保护阈值Vsc，系统出现输出短路保护响应，若此时电池连接正常，则先关断主开关管S1，而功率管Q1工作于线性区域，所述短路保护电路控制电池充电电流为小于涓流电流的第一电流值(以两节串联连接的锂电池为例，可以设置VSC=2V，涓流电流为200mA时，可以设置第一电流值为100mA)，具体电路中可以利用短路保护电路的输出信 号减小跨导放大器302同相输入端的参考数值使其表征第一电流值。
所述限流保护电路601与所述功率级电路101的输入端连接，并将所述直流输入电压Vin与一限流电压阈值相比较，当所述直流输入电压Vin小于限流电压阈值时，限流保护电路对电池充电电流进行限制，进而限制所述升压变换电路的输入电流。与上述短路保护电路相类似的，利用限流保护电路的输出信号减小跨导放大器402的同相输入端的充电电流参考信号(所述限流保护电路的实现方法和工作原理均在申请号为201210516649. X专利中已作详细介绍，在此不重复阐述)。
图5所示为图4中的升压型电池充电管理系统电池电压和充电电流的对应波形图，从图中可以看出加入限流保护电路和短路保护电路后，当电池电压过小时，能够控制充电电流降为更低，有效保护了电子设备及其电池，延长其使用寿命。
在实际应用中，电池充电管理系统需要考虑到电池连接出现异常的情况，此时如果电池由一耗能负载(如电阻设备)所取代时，主开关管首先关断，负载电压一旦小于第一阈值电压，功率管控制电路就开始控制功率管工作在线性区域，以较小的涓流电流对负载进行供电，由于耗能负载的电压无法如充电电池一样缓慢上升，因此一旦进入功率管线性工作状态就很难跳转至正常的恒流或恒压工作状态，此时需要控制电池充电电流为断续电流。
具体的在功率管控制电路中，所述跨导放大器302的同相输入端接收充电电流的参考信号的波形如图6所示，为一断续三角波，三角波的峰值大于所述输出信号为第一阈值电压时对应的负载电流,这样当电池充电电流被控制在第一阈值电压时对应的负载电流以上时，负载电压即大于第一阈值电压，此时功率管完全导通，再次由升压变换电路的输出信号为负载供电。当然充电电流参考信号的波形也不局限于断续的三角波，其他形式的断续波形如断续正弦半波、断续方波同样可以满足需求。
依据本发明的升压型电池充电管理系统可采用各类通用的控制手段，如峰值电流控制、恒定导通时间控制、恒定关断时间控制、电流滞环控制等，图7所示为以峰值电流控制为例的PWM控制电路的具体框图，并加入了一节能控制电路701，所述节能控制电路701 利用比较器702接收电池充电电流Idlg和节能模式电流阈值ΙΕω，在电池充电电流Idlg低于所述节能模式电流阈值I 时进入节能模式，其比较器的输出信号通过逻辑器件控制同步开关管S2关断，同步整流Boost变换器工作在非同步状态，以降低开关损耗，提闻转换效率。
以下结合附图对依据本发明的升压型电池充电管理系统的控制方法的优选实施例进行详细描述。
参考图8，所示为依据本发明的升压型电池充电管理系统的控制方法的一实施例的流程图。利用升压变换电路的输出电能对电池进行充电，其包括以下步骤
S801 :接收一直流输入电压并对其进行升压转换得到一输出信号,所述输出信号对电池进行充电；
S802 :当电池电压小于第一阈值电压时，对所述输出信号进行调节，以保持电池充电电流为涓流电流；
S803 :当电池电压大于所述第一阈值电压时,所述输出信号直接对电池进行充电； 其中所述第一阈值电压大于所述直流输入电压。
其中对电池充电电流的控制进一步包括以下步骤
将功率管的第一输入端和第二输入端分别连接在所述升压变换电路的输出端和电池之间；
当电池电压小于所述第一阈 值电压时，调节所述功率管的控制端电压使其工作在线性区域，以调节电池充电电流为涓流电流；
当电池电压大于所述第一阈值电压时，控制所述功率管处于导通状态。
其中对于升压变换电路的输出信号的控制进一步包括以下步骤
当电池电压小于所述第一阈值电压时，维持所述升压变换电路的输出电压为第一 工作电压，所述第一工作电压大于所述第一阈值电压；
当电池电压大于所述第一阈值电压而小于终值电压时，维持所述升压变换电路的 输出电流为第一工作电流；
当电池电压等于所述终值电压时，维持所述升压变换电路的输出电压为终值电 压，直至电池充电电流小于关断电流阈值，所述升压变换电路停止工作。
以上对升压变换电路的输出信号的控制方法可以具体包括
根据所述输出信号的电压值和第一工作电压的误差产生第一反馈信号；
根据所述输出信号的电流值和第一工作电流的误差产生第二反馈信号；
根据电池电压与所述终值电压的误差产生第三反馈信号；
根据所述第一反馈信号、第二反馈信号和第三反馈信号中最低者控制所述升压变 换电路的开关动作。
进一步的，可以根据电池电压与所述第一阈值电压的比较结果选择性地将所述第一反馈信号或第二反馈信号拉高。
加入限流保护功能后，控制方法可以进一步包括
当所述直流输入电压小于限流电压阈值时，对电池充电电流进行限制，进而限制 所述升压变换电路的输入电流。
加入短路保护功能后，控制方法可以进一步包括
当电池电压小于短路保护阈值时，控制电池充电电流为第一电流值，所述第一电 流值小于所述涓流电流。
进一步的，当耗能负载代替电池与升压变换电路连接且负载电压小于第一阈值电 压时，控制电池充电电流为断续电流，其最大值大于所述输出信号为第一阈值电压时对应 的负载电流。
其中，所述升压变换电路的拓扑为Boost变换器、Buck-Boost变换器、Sepic变换 器、Cuk变换器或Zeta变换器。
当所述升压变换电路的拓扑为同步整流Boost变换器时，进一步包括，当电池充 电电流小于所述节能模式电流阈值时，控制同步开关管保持关断。
需要说明的是，本发明各个实施例间名称相同的器件功能也相同，且改进行性的 实施例可分别与上述多个相关实施例进行结合，但说明时仅在上一实施例的基础上举例说 明。基于本发明实施例的升压型电池充电管理系统可以适用于其他合适形式的升压型拓扑 结构中，如Buck-Boost变换器、Sepic变换器、Cuk变换器或Zeta变换器等,而并不局限于 本发明实施例中的Boost变换器。并且，功率管控制电路、选择电路以及PWM控制电路以及 相关电路包括但并不限定于以上公开的电路结构，只要能够实现本发明实施例所述的相关 电路的功能即可，因此，本领域技术人员在本发明实施例公开的电路的基础上所做的相关 的改进，也在本发明实施例的保护范围之内。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不 限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明 书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技 术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
权利要求
1.一种升压型电池充电管理系统，其特征在于，包括升压变换电路和充电控制电路；其中， 所述升压变换电路接收一直流输入电压并对其进行升压转换得到一输出信号，所述输出信号对电池进行充电； 所述充电控制电路与所述升压变换电路的输出端连接，当电池电压小于第一阈值电压时，所述充电控制电路对所述输出信号进行调节，以保持电池充电电流为涓流电流；当电池电压大于所述第一阈值电压时，所述输出信号直接对电池进行充电；其中所述第一阈值电压大于所述直流输入电压。
2.根据权利要求1所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，所述充电控制电路包括一功率管和功率管控制电路； 所述功率管的第一输入端和第二输入端分别连接在所述升压变换电路的输出端和电池之间； 当电池电压小于所述第一阈值电压时，所述功率管控制电路调节所述功率管的控制端电压使其工作在线性区域，以调节电池充电电流为涓流电流； 当电池电压大于所述第一阈值电压时，所述功率管控制电路控制所述功率管处于导通状态。
3.根据权利要求1所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，所述升压变换电路包括功率级电路和升压变换控制电路； 所述升压变换控制电路控制所述功率级电路的开关动作以维持所述输出信号恒定； 当电池电压小于所述第一阈值电压时，所述升压变换控制电路维持所述输出信号的电压值为第一工作电压，所述第一工作电压大于所述第一阈值电压； 当电池电压大于所述第一阈值电压而小于终值电压时，所述升压变换控制电路维持所述输出信号的电流值为第一工作电流； 当电池电压等于所述终值电压时，所述升压变换控制电路维持所述输出信号的电压值为终值电压，直至电池充电电流小于关断电流阈值，所述升压变换电路停止工作。
4.根据权利要求3所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，所述升压变换控制电路包括第一反馈电路、第二反馈电路、第三反馈电路、选择电路和PWM控制电路；其中， 所述第一反馈电路根据所述输出信号的电压值和第一工作电压的误差产生第一反馈信号; 所述第二反馈电路根据所述输出信号的电流值和第一工作电流的误差产生第二反馈信号; 所述第三反馈电路根据电池电压与所述终值电压的误差产生第三反馈信号； 所述选择电路选取所述第一反馈信号、第二反馈信号和第三反馈信号中最低者输出给所述PWM控制电路； 所述PWM控制电路根据所述选择电路的输出信号控制所述功率级电路的开关动作。
5.根据权利要求4所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，所述第一反馈电路和第二反馈电路接收一屏蔽信号，所述屏蔽信号根据电池电压与所述第一阈值电压的比较结果选择性地将所述第一反馈信号或第二反馈信号拉高。
6.根据权利要求1所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，进一步包括一限流保护电路，当所述直流输入电压小于限流电压阈值时，限流保护电路对电池充电电流进行限制，进而限制所述升压变换电路的输入电流。
7.根据权利要求1所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，进一步包括一短路保护电路，当电池电压小于短路保护阈值时，所述短路保护电路控制电池充电电流为第一电流值，所述第一电流值小于所述涓流电流。
8.根据权利要求1所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，当耗能负载代替电池与所述升压变换电路连接且负载电压小于第一阈值电压时，所述短路保护电路控制电池充电电流为断续电流，其最大值大于所述输出信号为第一阈值电压时对应的负载电流。
9.根据权利要求1所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，所述升压变换电路的拓扑为Boost变换器、Buck-Boost变换器、Sepic变换器、Cuk变换器或Zeta变换器。
10.根据权利要求1所述的升压型电池充电管理系统，其特征在于，当所述升压变换电路的拓扑为同步整流Boost变换器时,进一步包括一节能控制电路，当电池充电电流小于所述节能模式电流阈值时，所述节能控制电路控制同步开关管保持关断。
11.一种升压型电池充电管理系统的控制方法，利用升压变换电路的输出电能对电池进行充电，其特征在于，包括以下步骤接收一直流输入电压并对其进行升压转换得到一输出信号，所述输出信号对电池进行充电；当电池电压小于第一阈值电压时，对所述输出信号进行调节，以保持电池充电电流为涓流电流；当电池电压大于所述第一阈值电压时，所述输出信号直接对电池进行充电；其中所述第一阈值电压大于所述直流输入电压。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，将功率管的第一输入端和第二输入端分别连接在所述升压变换电路的输出端和电池之间；当电池电压小于所述第一阈值电压时，调节所述功率管的控制端电压使其工作在线性区域，以调节电池充电电流为涓流电流；当电池电压大于所述第一阈值电压时，控制所述功率管处于导通状态。
13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当电池电压小于所述第一阈值电压时，维持所述升压变换电路的输出电压为第一工作电压，所述第一工作电压大于所述第一阈值电压；当电池电压大于所述第一阈值电压而小于终值电压时，维持所述升压变换电路的输出电流为第一工作电流；当电池电压等于所述终值电压时，维持所述升压变换电路的输出电压为终值电压，直至电池充电电流小于关断电流阈值，所述升压变换电路停止工作。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，根据所述输出信号的电压值和第一工作电压的误差产生第一反馈信号；根据所述输出信号的电流值和第一工作电流的误差产生第二反馈信号；根据电池电压与所述终值电压的误差产生第三反馈信号；根据所述第一反馈信号、第二反馈信号和第三反馈信号中最低者控制所述升压变换电路的开关动作。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，根据电池电压与所述第一阈值电压的比较结果选择性地将所述第一反馈信号或第二反馈信号拉高。
16.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，进一步包括，当所述直流输入电压小于限流电压阈值时，对电池充电电流进行限制，进而限制所述升压变换电路的输入电流。
17.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，进一步包括，当电池电压小于短路保护阈值时，控制电池充电电流为第一电流值，所述第一电流值小于所述涓流电流。
18.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当耗能负载代替电池与升压变换电路连接且负载电压小于第一阈值电压时，控制电池充电电流为断续电流，其最大值大于所述输出信号为第一阈值电压时对应的负载电流。
19.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述升压变换电路的拓扑为Boost 变换器、Buck-Boost变换器、Sepic变换器、Cuk变换器或Zeta变换器。
20.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当所述升压变换电路的拓扑为同步整流Boost变换器时,进一步包括,当电池充电电流小于所述节能模式电流阈值时，控制同步开关管保持关断。
全文摘要
依据本发明的一种升压型电池充电管理系统及其控制方法，其中包括升压变换电路和充电控制电路；其中，所述升压变换电路接收一直流输入电压并对其进行升压转换得到一输出信号，所述输出信号对电池进行充电；所述充电控制电路与所述升压变换电路的输出端连接，当电池电压小于第一阈值电压时，所述充电控制电路对所述输出信号进行调节，以保持电池充电电流为涓流电流；当电池电压大于所述第一阈值电压时，所述输出信号直接对电池进行充电；其中所述第一阈值电压大于所述直流输入电压。
文档编号H02J7/00GK103066666SQ20131002489
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者赵晨, 程帅, 姚杰 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司