[发明专利]一种锂离子电池开关充电电路

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路技术，具体的说是涉及一种基于恒流/恒压方式的锂离子电池开关充电电路。

背景技术

如今，各类便携式产品得到了极大的普及，如笔记本电脑、移动电话、摄像机、个人数字助理设备等。同时，这些便携式产品也对电池提出了许多独特的要求：能量密度高、能够为便携式应用提供充足的能量、重量轻、体积小、足够安全并能够应对可能的不正确使用、循环使用寿命长、闲置状态自放电小、成本低等。锂离子电池以其体积小、能量密度高、无记忆性、循环寿命高、高电池电压和自放电率低等优点，近年来已经成为手持终端设备的首选电池。

目前锂离子电池的充电方法主要有四种：恒流充电、恒压充电、恒流/恒压充电和脉冲充电。恒流/恒压充电方式以其时间短，充电效率高的特点，被大多数锂离子充电电路采用。恒流/恒压充电方式首先从恒流开始，若锂离子电池过放电，则先从涓流开始。在恒流充电过程中，为了防止过充，须要一直监视电池端电压。当电池端电压达到浮充电压时，电路切换为恒压充电模式，直到充电电流下降到设定值或者电压超过设定值时，充电过程结束，电池电量充满。目前采用恒流/恒压充电方式的充电电路主要有线性充电电路和开关充电电路。线性充电电路结构较为简单，成本低，但是其最大缺点是功耗较大。开关充电电路由于其本身高效率的特点，电路在很宽的交流适配器输入电压范围和整个电池端电压范围内都保持较小的功耗。因此，高效率的特点必将使开关充电电路成为锂离子电池充电电路的发展趋势。

目前，基于恒流/恒压方式的锂离子开关充电电路多采用BCD工艺，通过充电电流采样信号放大电路和电池电压采样信号放大电路输出端连接的二极管或者双极型晶体管来实现恒流充电模式向恒压充电模式的切换。本发明通过标准CMOS工艺，实现恒流/恒压方式充电的锂离子电池开关充电电路。同时，相较于其它采用标准CMOS工艺的锂离子开关充电电路，本发明结构较为简单。通过采用本发明所示的充电电流采样信号放大电路和电池电压采样信号放大电路，以及电池电压采样信号放大电路外一个接成二极管形式的MOS管实现恒流充电模式向恒压充电模式的切换。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是结合开关充电电路高效率的特点，提供一种基于恒流/恒压充电方式，在标准CMOS工艺下实现的锂离子电池开关充电电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种锂离子电池开关充电电路，包括开关网络、电感L、充电电流采样电路、充电电流设置电路、充电电流采样信号放大电路、电池电压采样电路、电池电压采样信号放大电路、转换电阻、第一缓冲器、第二缓冲器、补偿网络、PWM比较器和逻辑控制电路；其中，开关网络的输入端接电源、输出端连接电感L的一端，电感L的另一端接充电电流采样电路的输入端；充电电流采样电路的输出端连接电池电压采样电路的输入端，电池电压采样电路的输出端连接锂离子电池的正极；

充电电流采样电路包括采样电阻Rsns，并对采样电阻Rsns两端的电压进行采样，输出高电位采样端和低电位采样端，所述高电位采样端与充电电流设置电路的输入端连接，低电位采样端与充电电流采样信号放大电路的负输入端连接，充电电流设置电路的输出端与充电电流采样信号放大电路的正输入端连接；

充电电流采样信号放大电路由跨导运算放大器构成，输出的两路支路电流大小呈比例，第一输出支路的电流大小为高电位采样端和低电位采样端的差值，第二输出支路的电流大小为高电位采样端和低电位采样端差值的K倍增益，所述K为常数；

电池电压采样电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端与充电电流采样电路和锂离子电池的正极连接、另一端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地，电池电压采样电路对第二电阻R2一端的高电位信号采样，输出的电压采样信号；

电池电压采样信号放大电路由跨导运算放大器构成，第一输入端与充电电流采样信号放大电路的第二输出支路连接、第二输入端与基准电压连接、第三输入端与电压采样信号连接；

电池电压采样信号放大电路的输出端通过开关管与充电电流采样信号放大电路的第一输出支路相连后连接到转换电阻的一端和第一缓冲器的正输入端，第一缓冲器的负输入端和输出端连接后与补偿网络的负输入端连接，转换电阻的另一端和第二缓冲器的负输入端、第二缓冲器的输出端和补偿网络的正输入端连接，第二缓冲器的正输入端连接基准电压；

补偿网络的输出端与PWM比较器的正输入端连接，PWM比较器的负输入端接锯齿波、输出端连接逻辑控制电路的输入端，逻辑控制电路的输出端与开关网络连接。