一种充电电路的制作方法

本申请涉及微电子技术，具体地，涉及一种充电电路。

背景技术：

随着人们通讯技术的发展，无线通讯逐渐成为人们日常通讯的主要方式之一。近些年来，蓝牙通讯作为无线通信的一种被人们所热捧的，成为无线通信的主流方式。为了更加方便人们的使用，会预先在蓝牙设备中的蓝牙芯片上装有小电流充电电路，这样可以便于对蓝牙进行充电设备充电，同时可以节省应用成本。但是，由于市场存在的分散性，有些客户需要更大的充电电流，以便充电速度更快。传统的方式集成充电电路，可能存在充电电流较大时，芯片发热严重的问题。

为兼容上述两种客户额需求，csr(剑桥微电子公司)设计了一种兼容外部扩流的方式。如图1所示，描述了csr的实现方式。其中包括mp1、mp3、电阻r1、控制器等，其中mp1和r1为外置器件，控制器和mp3为芯片内部集成。当客户需要充电电流较小(例如300ma以下)时，控制器通过控制mp3对电池进行充电；当客户需要较大充电电流时(例如300ma以上)，控制器同时控制q2，经过r1，对电池充电，相当于并联了一条充电支路。其中一部分热量由q2分担，这样芯片不至于温度太高。但这种方案的缺点是需要额外的精密功率电阻r1来采样电流，以便芯片对其充电电流进行控制。由于是功率电阻，有散热要求，价格较贵，另外由于充电电流精度控制问题，也要求电阻值较精确，也导致其价格较高。另外图1实现方式的另一个缺点是需要5个芯片管脚(vchg、vbat、isenn、isenp、pdrv)，虽然图中简单米看，isenn和vbat可以共用一个芯片管脚，但实际设计中不宜共用，原因是mp3的充电电流较大，会流经vbat管脚，芯片一般采用金线封装，封装金线的寄生电阻较大，例如100毫欧姆。mp3的充电电流会在封装金线上产生很大的电压降，如果isenn与vbat共用，将产生很大的电流采样误差(通过采样isenp和isenn之间的电压差来实现电流采样)，会影响对q2充电电流控制的精度。

因此，现有技术的蓝牙芯片充电方案并不能满足充电快，发热低的要求，不利于用户的使用。

技术实现要素：

本申请实施例中提供了一种充电电路，以解决现有技术中的蓝牙芯片充电过程中，由于充电电流较大时，芯片发热严重的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种充电电路，该电路包括：

第一供电端；

第二供电端；

电池端；

第一功率器件，其具有第一连接端、第二连接端和控制端，其第一连接端与第一供电端相连，第二连接端与第二供电端相连；

第二功率器件，其具有第一连接端、第二连接端和控制端，其第一连接端与第二供电端相连，第二连接端与电池端相连；

第一控制电路，其采样电池端的电压得到第一采样信号，采样第二供电端的电压得到第二采样信号，基于第一采样信号和第二采样信号输出第一调节信号或第二调节信号给第一功率器件的控制端，以将第二供电端和电池端之间的电压差调整至预定电压值，

第二控制电路，根据电池端的电压输出第三调节信号给第二功率器件的控制端。

本发明的有益效果如下：

本申请所述技术方案利用供电端的采样电压、充电端的采样电压和引入的参考电压，对供电电压进行反馈调节，最终使供电电压和充电电压之间的差值达到恒定值；进一步的，申请所述充电电路中通过设置用于分担功耗的三极管q2，使q2和充电第二功率器件中的pmos管各自分担部分功耗，由此，避免芯片由于pmos管上产生的热量过大而导致芯片温度过高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述现有技术中一种兼容外部扩流方式的示意图；

图2为本发明所述实施例1的示意图；

图3为本发明所述实施例2的示意图；

图4为本发明所述数字增益控制模块的示意图。

1、芯片，2、第一采样模块，3、第二采样模块，4、比较模块，5、第一功率器件，6、第二功率器件。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的核心思路是通过对供电端电压的实时反馈调节，使供电端电压和和充电端电压之差达到稳定值；同时，在供电端设置三极管q2，使q2和pmos管各自分担部分功耗，由此，避免芯片由于pmos管上产生的热量过大而导致芯片温度过高。进而，本发明实例中提供一种过充电检测电路和电池保护系统，在下面进行详细说明。

如图2所示，本发明第一个实施例提供了一种充电电路，该电路包括：第一供电端vchg、第二供电端vchgi、电池端vbat、第一功率器件5、第二功率器件6、第一控制电路和第二控制电路；其中，所述所述第二功率器件6、第一控制电路和第二控制电路可以集成在芯片1内部集成，分压及调压模块为芯片外置器件。具体的，

本实例中，所述第一功率器件5采用三极管q2，所述三极管q2的基极作为控制端与所述第一控制电路的电压调节信号输出端连接，所述三极管q2的集电极与第一供电端vchg连接，所述三极管q2的发射极第二供电端vchgi相连。

本实例中，第一控制电路，对第二供电端vchgi的电压和电池端vbat的电压分别进行采样，获得第一采样信号和第二采样信号，并将第一采样信号与第二采样信号和参考电压值的叠加信号进行比较，输出对供电电压进行调节的调节信号。所述第一控制电路包括：第一采样模块2、第二采样模块3、加法器和比较模块4。其中，

第一采样模块2用于对第二供电端vchgi的电压进行分压处理，生成第一采样信号。所述第一采样模块2包括：串联的第一电阻r1和第二电阻r2；所述第一电阻r1和第二电阻r2的连接点作为所述第一采样模块2的输出端，并与所述比较模块4连接。

所述第二采样模块3用于对电池端vbat的电压进行分压处理，生成第二采样信号。所述第二采样模块3包括：串联的第三电阻r3和第四电阻r4，所述第三电阻r3和第四电阻r4的连接点作为所述第二采样模块3的输出端，并与所述比较模块4连接。

本实施例中，电阻r1和r2的电阻值比例可以设计得与电阻r3和r4的电阻值比例一样。假设r1与r2，或r3与r4的分压比例为1/k，即1/k＝r2(r1+r2)或1/k＝r4(r3+r4)。

本实施例中，所述加法器用于将第二采样信号与参考电压值相加得到参考信号。

本实施例中，所述比较模块4用于将第一采样信号与参考信号进行比较，若第一采样信号大于参考信号，则输出第一调节信号，若第一采样信号小于第二采样信号，则输出第二调节信号。所述比较模块4包括：运算放大器op和nmos管mn2；所述运算放大器op的第一输入端与所述第一采样模块2连接，所述运算放大器op的第二输入端与所述第二采样模块3连接，所述运算放大器op的输出端与所述nmos管mn2的栅极连接；所述nmos管mn2的漏极作为所述第一控制电路的调节信号输出端；所述nmos管m2的源极接地。

为了配合第一控制电路和分功及调压模块的工作，本方案在所述三极管q2基极和集电极之间设置有第五电阻re。

如图2所示，假设第一电阻r1和第二电阻r2的分压比例为1/k，即1/k＝r2/(r1+r2)。此时，第一采样信号vn的电压满足vn＝vchgi/k，其中，vchgi为第二供电端vchgi的电压值；第二采样信号va的电压满足va=vbat/k，其中，vbat为节点电池端vbat的电压值。加法器输出电压vp＝va+vref＝vbat/k+vref，其中，vref为参考电压vref的电压值。运算放大器op比较vn电压和vp电压，如果vp电压大于vn电压，则运算放大器op输出电压，即nmos管mn2的栅极电压gn2升高，导致nmos管的mn2电流变大，进一步导致nmos管mn2的漏极bq2，即双极型晶体管pnp管q2的基极电压下降，从而使第二供电端vchgi电压上升，并影响vn电压上升；如果vp电压小于vn电压，则运算放大器op输出电压，即mn2的栅极电压gn2下降，导致nmos管mn2电流变小，进一步导致nmos管mn2的漏极bq2，即双极型晶体管pnp管q2的基极电压上升，从而使第二供电端vchgi电压下降，并影响vn电压下降。通过上述方式形成了负反馈。直到满足vn电压等于vp电压，因此，稳定工作时运算放大器两个输入端电压相等，即vn电压等于vp电压。即vn＝vchgi/k＝vp＝vbat/k+vref，可以推导可得vchgi＝vbat+k.vref，进一步可得vchgi-vbat＝k.vref。由于vref和k为恒定值，因此vchgi与vbat之差为恒定值。

本实例中，所述充电电路进一步设置有用于调节充电电流的第二功率器件6；所述第二功率器件6包括：pmos管mp3；所述pmos管的源极与第二供电端vchgi连接，所述pmos管的漏极与电池端vbat连接；所述pmos管的栅极作为控制端接受外部控制信号。本实例中，该充电电路进一步设置有用于控制所述第二功率器件6的第二控制电路，所述第二控制电路根据电池端vbat的电压输出第三调节信号给第二功率器件6的控制端。本实例中，所述第二控制电路采用控制器，所述控制器的第一输入端与第二供电端vchgi连接，所述控制器的第二输入端与电池端vbat连接，所述控制器的输出端与第二功率器件6的控制端连接。通过控制器控制所述pmos管mp3的栅极，从而实现控制vchgi到vbat的充电电流。控制器可以用各种现有技术中的恒流恒压控制方式来实现，例如专利申请号cn201210480357.5，一种充电电路中所记载的恒流恒压控制策略。

本方案通过调整vchgi的电压与vbat的电压之差为恒定值，在图2实现方式中该恒定值等于k.vref。当充电电流为ich时，在pmos管mp3上消耗的功率p3＝(vchgi-vbat).ich＝k.vref.ich。在q2上消耗的功率p2＝(vchg-vchgi).ich，可以让q2和mp3各自分担部分功耗，这样避免芯片由于mp3上产生的热量过大而导致芯片温度过高。

另外，本实例中，所述参考电压可以通过编程来设定，这样可以实现通过编程来改变三极管q2和pmos管mp3分担热量的比例。

如图3所示，本发明第二个实施例提供了一种充电电路，该电路包括：第一供电端vchg、第二供电端vchgi、电池端vbat、第一功率器件5、第二功率器件6、第一控制电路和第二控制电路；其中，所述所述第二功率器件6、第一控制电路和第二控制电路可以集成在芯片1内部集成，分压及调压模块为芯片外置器件。具体的，

本实例中，所述第一功率器件5采用三极管q2，所述三极管q2的基极作为控制端与所述第一控制电路的电压调节信号输出端连接，所述三极管q2的集电极与第一供电端vchg连接，所述三极管q2的发射极第二供电端vchgi相连。

本实例中，第一控制电路，对第二供电端vchgi的电压和电池端vbat的电压分别进行采样，获得第一采样信号和第二采样信号，并将第一采样信号与第二采样信号和参考电压值的叠加信号进行比较，输出对供电电压进行调节的调节信号。所述第一控制电路包括：第一采样模块2、第二采样模块3、加法器和比较模块4。其中，

第一采样模块2用于对第二供电端vchgi的电压进行分压处理，生成第一采样信号。所述第一采样模块2包括：串联的第一电阻r1和第二电阻r2；所述第一电阻r1和第二电阻r2的连接点作为所述第一采样模块2的输出端，并与所述比较模块4连接。

所述第二采样模块3用于对电池端vbat的电压进行分压处理，生成第二采样信号。所述第二采样模块3包括：串联的第三电阻r3和第四电阻r4，所述第三电阻r3和第四电阻r4的连接点作为所述第二采样模块3的输出端，并与所述比较模块4连接。

本实施例中，电阻r1和r2的电阻值比例可以设计得与电阻r3和r4的电阻值比例一样。假设r1与r2，或r3与r4的分压比例为1/k，即1/k＝r2(r1+r2)或1/k＝r4(r3+r4)。

本实施例中，所述加法器用于将第二采样信号与参考电压值相加得到参考信号。

本实施例中，所述比较模块4用于将第一采样信号与参考信号进行比较，若第一采样信号大于参考信号，则输出第一调节信号，若第一采样信号小于第二采样信号，则输出第二调节信号。所述比较模块4包括：数字增益控制模块和nmos管mn2；所述nmos管的栅极与所述数字增益控制模块的输出端连接；所述nmos管的漏极作为所述第一控制电路的调节信号输出端；所述nmos管的源极接地。其中，如图4所示，所述数字增益控制模块；该模块包括：第一模数转换器adc1、第二模数转换器adc2、数字比较器和数模转换器dac。第一采样信号和参考信号分别通过第一模数转换器adc1和第二模数转换器adc2进行模数转换，生成第一数字信号和第二数字信号，再通过数字比较器对第一数字信号和第二数字信号进行比较，输出数字比较信号；最后利用数模转换器dac对数字比较信号进行数模转换，输出触发信号，并将该触发信号发送至nmos管的栅极。

为了配合第一控制电路和分功及调压模块的工作，本方案在所述三极管q2基极和集电极之间设置有第五电阻re。

如图3所示，假设第一电阻r1和第二电阻r2的分压比例为1/k，即1/k＝r2/(r1+r2)。此时，第一采样信号vn的电压满足vn＝vchgi/k，其中，vchgi为节点第二供电端vchgi的电压值；第二采样信号va的电压满足va＝vbat/k，其中，vbat为节点电池端vbat的电压值。加法器输出电压vp=va+vref=vbat/k+vref，其中，vref为参考电压vref的电压值。数字增益控制模块比较vn电压和vp电压，如果vp电压大于vn电压，则数字增益控制模块输出电压，即nmos管mn2的栅极电压gn2升高，导致nmos管的mn2电流变大，进一步导致nmos管mn2的漏极bq2，即双极型晶体管pnp管q2的基极电压下降，从而使第二供电端vchgi电压上升，并影响vn电压上升；如果vp电压小于vn电压，则数字增益控制模块输出电压，即mn2的栅极电压gn2下降，导致nmos管mn2电流变小，进一步导致nmos管mn2的漏极bq2，即双极型晶体管pnp管q2的基极电压上升，从而使第二供电端vchgi电压下降，并影响vn电压下降。通过上述方式形成了负反馈。直到满足vn电压等于vp电压，因此，稳定工作时运算放大器两个输入端电压相等，即vn电压等于vp电压。即vn＝vchgi/k＝vp＝vbat/k+vref，可以推导可得vchgi＝vbat+k.vref，进一步可得vchgi-vbat＝k.vref。由于vref和k为恒定值，因此vchgi与vbat之差为恒定值。

本实例中，所述充电电路进一步设置有用于调节充电电流的第二功率器件6；所述第二功率器件6包括：pmos管mp3；所述pmos管的源极与第二供电端vchgi连接，所述pmos管的漏极与电池端vbat连接；所述pmos管的栅极作为控制端接受外部控制信号。本实例中，该充电电路进一步设置有用于控制所述第二功率器件6的第二控制电路，所述第二控制电路根据电池端vbat的电压输出第三调节信号给第二功率器件6的控制端。本实例中，所述第二控制电路采用控制器，所述控制器的第一输入端与第二供电端vchgi连接，所述控制器的第二输入端与电池端vbat连接，所述控制器的输出端与第二功率器件6的控制端连接。通过控制器控制所述pmos管mp3的栅极，从而实现控制vchgi到vbat的充电电流。控制器可以用各种现有技术中的恒流恒压控制方式来实现，例如专利申请号cn201210480357.5，一种充电电路中所记载的恒流恒压控制策略。

本方案通过调整第二供电端vchgi的电压与电池端vbat的电压之差为恒定值，在图2实现方式中该恒定值等于k.vref。当充电电流为ich时，在pmos管mp3上消耗的功率p3＝(vchgi-vbat).ich＝k.vref.ich。在q2上消耗的功率p2(vchg-vchgi).ich，可以让q2和mp3各自分担部分功耗，这样避免芯片由于mp3上产生的热量过大而导致芯片温度过高。

另外，本实例中，所述参考电压可以通过编程来设定，这样可以实现通过编程来改变三极管q2和pmos管mp3分担热量的比例。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。