专利名称：具有识别零伏充电电池正负极的充电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池充电器电路。特别地，它涉及一种具有识别充电电池为零伏时的电池正负极的充电器。
背景技术：
当可充电池由于过度放电而使其上的电池保护集成电路开关关断时，展现出一种电池两端没有电压的情形，即人们常说的“零伏”电池，这时候不容易判断电池的正负极。目前大部分市场上的充电器在对“零伏”可充电池进行充电时，由于无法判断电池的正负极，导致有时候是对“零伏”可充电池进行放电而不是充电，从而导致电池的损坏。特别是在万能可充电池充电器中，都存在这种现象。
发明内容
本发明就是为了解决前述问题而提出的，本发明提出了一种具有识别零伏充电电池正负极的充电器电路结构，它分为充电器主体电路和零伏充电电池正负极检测电路两部分，其中零伏充电电池正负极检测电路包括第一反相器①，它的输入端连接信号SC2 ;第二复合开关管②，它的一个传输端连接信号BAT_P，它的另一个传输端连接节点Nodel,它的负向控制端连接第一反相器①的输出端,它的正向控制端连接信号SC2 ；第三电压比较器③，它的正输入端连接信号BAT_P，它的负输入端连接节点Nodel ；第四触发器④，它的D输入端连接第三电压比较器③的输出端，它的正时钟输入端CLK来自信号SC4，它的清零端CLR来自信号CLR，它的Q输出端连接信号COUT ；第五反相器⑤，它的输入端来自信号SC4 ;第六双输入与非门⑥，它的一个输入端来自输入信号C0UT，它的另一个输入端连接第五反相器⑤的输出端；第七反相器⑦，它的输入端来自第六双输入与非门⑥的输出端；第八触发器⑧，它的D输入端连接信号GND，它的正时钟输入端CLK来自第七反相器⑦的输出端，它的清零端CLR来自信号CLR ；第九双输入与非门⑨，它的一个输入端来自输入信号C0UT,它的另一个输入端连接第八触发器⑧的Q输出端；第十运算放大器⑩，它的正输入端连接信号VrefO，它的负输入端连接它自身的输出端；N型金属氧化物硅MOS晶体管Ml，它的源极与节点Node2相连，它的漏极与第十运算放大器⑩的输出端相连，它的栅极信号SC3相连；N型金属氧化物硅MOS晶体管M2，它的源极与节点Node2相连，它的漏极与信号GND相连，它的栅极信号SCl相连；
电容CAP1，它的一端与节点Node2相连，它的另一端与节点Nodel相连；其中充电器主体电路包括第十一运算放大器 ，它的正输入端连接信号Vrefl，它的负输入端连接节点Node3 ；第十二反相器@，它的输入端连接第十一运算放大器@的输出端；第十三反相器@，它的输入端连接第十二反相器@的输出端；信号Vctrl ；第十四双输入与非门@，它的一个输入端连接信号CLR，它的另一个输入端连接第十三反相器@的输出端；信号Vctrl ；第十五双输入或门 ，它的一个输入端连接第十四双输入与非门@的输出端，它的另一个输入端连接信号LOCK ；第十六反相器 ，它的输入端连接第十五双输入或门@的输出端；第十七复合开关管@，它的一个传输端连接节点Node4，它的另一个传输端连接信号Vref3，它的负向控制端连接第十六反相器@的输入，它的正向控制端连接第十六反相器( 的输出端；P型金属氧化物硅MOS晶体管M3，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与第十一运算放大器@的输出端相连；P型金属氧化物硅MOS晶体管M4，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与节点Node4相连；P型金属氧化物硅MOS晶体管M5，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与节点Node4相连，它的栅极与第十五反相器 的输出端相连；电阻R1，它的一端与信号BAT_P相连，它的另一端与节点Node3相连；电阻R2，它的一端与节点Node3相连，它的另一端与信号GND相连。本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述零伏充电电池正负极检测电路中的所述信号SCI、SC2、SC3与SC4是周期相同的时钟信号，所述信号SCl、SC2同相或者SC2的上升沿相对SCl上升沿稍有落后，但下降沿相同，所述信号SCl、SC3相互反相或是互不交叠，所述信号SC4相对所述信号SC3的相位落后1/4左右，同时下降沿比所述信号SC3的下降沿稍有些提前，并与所述信号SC1、SC2互不交叠，所述CLR信号的上升沿与信号SCl上升沿基本同一时间，同时其下降沿比所述信号SC3的下降沿稍有些提前，而比所述信号SC4的下降沿稍有些落后。本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述零伏充电电池正负极检测电路中，N型金属氧化物硅MOS晶体管M2在所述信号SCl的高电平周期中导通，节点Node2电压变为所述信号GND电压，随后所述信号SC2处于高电平周期中，所述第二复合开关管②导通，所述电容CAPl对信号BAT_P的电压采样得到VBAT_P(tO)，所述信号SCI、SC2变低电平时，N型金属氧化物硅MOS晶体管M2截止，所述第二复合开关管②关断，所述信号SC3变成高电平，N型金属氧化物硅MOS晶体管Ml导通，所述信号VrefO经过连接成单位增益驱动形式的所述第十运算放大器⑩的驱动后，连接到节点Node2,使其电压由信号GND的电压变为信号VrefO的电压VrefO，所述电容CAPl两端的电压保持不变，即为采样到的BAT_P上的电压VBAT_P(tO)，节点Nodel的电压变为VBAT_P(tO)+VrefO，再经过所述第三电压比较器③与它的正输入端连接信号BAT_P此时的电压VBAT_P(tl)相比较得到输出结果；所述第四触发器④的D输入端连接第三电压比较器③的输出端，在所述信号CLR为低电平时，所述第四触发器④的Q输出端输出低电平，所述信号SC4变为高电平时，所述第三电压比较器③的输出电平通过所述第四触发器④的D输入端到达所述第四触发器④的Q输出端输出相应的电平，同时产生相应的所述信号LOCK的输出；本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述零伏充电电池正负极检测电路的基本原理是输入信号Vin在时钟作用下在时刻TO被采样和保持住成为Vin，另外一个参考电压在时刻Tl被采样和保持住成为Vref，时刻Tl落后于时刻TO,然后它们被模拟相加成为Vin+Vref，并作为比较器的一个输入信号，在时刻T2再与所述比较器的另外一个输入信号即所述输入信号电压Vin相比较，比较结果在时刻T3被触发器或锁存器锁存，时刻T3落后于时刻T2，并作为所述零伏充电电池正负极检测电路的输出，指示零伏充电电池正负极接反，或用于控制充电器的功率开关管，使其停止充电，只要 符合本发明基本原理的电路实施方案都属于本发明要求的权利保护范围。本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述充电器主体电路中P型金属氧化物硅MOS晶体管M3的宽长比W/L的值相对P型金属氧化物硅MOS晶体管M4的宽长比W/L的值小很多，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与第十一运算放大器 的输出端相连，基本上一直处于导通状态，其作用是维持空载时信号BAT_P的电压；P型金属氧化物硅MOS晶体管M4是主开关功率管，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与节点Node4相连，当信号Vctrl为高电平时，P型金属氧化物硅MOS晶体管M5导通，P型金属氧化物硅MOS晶体管M4关断，反之则导通；所述零伏充电电池正负极检测电路检测到科充电池接反时，信号LOCK变为高电平，强迫主开关功率管P型金属氧化物硅MOS晶体管M4关断；电池未充满前，节点Node3的电压低于信号Vrefl的电压，第十一运算放大器 ，输出为高电平，经过第十二反相器 和第十三反相器@的放大整形后，与信号CLR相与非，产生正常的充电控制信号，使主开关功率管P型金属氧化物硅MOS晶体管M4正常导通充电，充电电流大小由P型金属氧化物硅MOS晶体管M4的宽长比W/L、信号Vref3的电压值、信号VDD的电压值决定。
参照附图会更好地理解下面公开的本发明，其中图I为显示具有识别零伏充电电池正负极的充电器中的零伏充电电池正负极检测电路2为显示具有识别零伏充电电池正负极的充电器主体电路3为显示具有识别零伏充电电池正负极的充电器的信号SCI、SC2、SC3、SC4的时序波形4为显示具有识别零伏充电电池正负极的充电器中的零伏充电电池正负极检测电路的等效基本原理图
具体实施方式
现在考察附图，图I为显示具有识别零伏充电电池正负极的充电器中的零伏充电电池正负极检测电路图，图2为显示具有识别零伏充电电池正负极的充电器主体电路图， 这两个图的电路是充电器的基本单元，再加上一个参考电压产生电路如带隙基准(BandgapReference)和时钟产生电路等，就构成了一个完整的充电器。当然，本发明还可以与自动电压极性转换功率开关、参考电压产生电路和时钟产生电路等模块组合构成全自动万能充电器。
权利要求
1.本发明提出了一种具有识别零伏充电电池正负极的充电器电路结构，它分为充电器主体电路和零伏充电电池正负极检测电路两部分，其中零伏充电电池正负极检测电路包括 第一反相器①，它的输入端连接信号SC2 ； 第二复合开关管②，它的一个传输端连接信号BAT_P，它的另一个传输端连接节点Nodel,它的负向控制端连接第一反相器①的输出端,它的正向控制端连接信号SC2 ； 第三电压比较器③，它的正输入端连接信号BAT_P，它的负输入端连接节点Nodel ；第四触发器④，它的D输入端连接第三电压比较器③的输出端，它的正时钟输入端CLK来自信号SC4，它的清零端CLR来自信号CLR，它的Q输出端连接信号COUT ； 第五反相器⑤，它的输入端来自信号SC4 ； 第六双输入与非门⑥，它的一个输入端来自输入信号C0UT,它的另一个输入端连接第五反相器⑤的输出端； 第七反相器⑦，它的输入端来自第六双输入与非门⑥的输出端； 第八触发器⑧，它的D输入端连接信号GND，它的正时钟输入端CLK来自第七反相器⑦的输出端，它的清零端CLR来自信号CLR ； 第九双输入与非门⑨，它的一个输入端来自输入信号C0UT，它的另一个输入端连接第八触发器⑧的Q输出端； 第十运算放大器⑩，它的正输入端连接信号VrefO，它的负输入端连接它自身的输出端; N型金属氧化物硅MOS晶体管Ml，它的源极与节点Node2相连，它的漏极与第十运算放大器⑩的输出端相连，它的栅极信号SC3相连； N型金属氧化物硅MOS晶体管M2，它的源极与节点Node2相连，它的漏极与信号GND相连，它的栅极信号SCl相连； 电容CAP1，它的一端与节点Node2相连，它的另一端与节点Nodel相连； 其中充电器主体电路包括 第十一运算放大器 ，它的正输入端连接信号Vrefl，它的负输入端连接节点Node3 ； 第十二反相器 ，它的输入端连接第十一运算放大器@的输出端； 第十三反相器@，它的输入端连接第十二反相器@的输出端；信号Vctrl ； 第十四双输入与非门@，它的一个输入端连接信号CLR，它的另一个输入端连接第十三反相器@的输出端；信号Vctrl ； 第十五双输入或门< ，它的一个输入端连接第十四双输入与非门@的输出端，它的另一个输入端连接信号LOCK ； 第十六反相器@，它的输入端连接第十五双输入或门@的输出端； 第十七复合开关管@，它的一个传输端连接节点Node4，它的另一个传输端连接信号Vref3,它的负向控制端连接第十六反相器@的输入,它的正向控制端连接第十六反相器( 的输出端；P型金属氧化物硅MOS晶体管M3，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与第十一运算放大器@的输出端相连； P型金属氧化物硅MOS晶体管M4，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与节点Node4相连； P型金属氧化物硅MOS晶体管M5，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与节点Node4相连，它的栅极与第十五反相器@的输出端相连； 电阻R1，它的一端与信号BAT_P相连，它的另一端与节点Node3相连； 电阻R2，它的一端与节点Node3相连，它的另一端与信号GND相连。
2.本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述零伏充电电池正负极检测电路中的所述信号SCI、SC2、SC3与SC4是周期相同的时钟信号，所述信号 SCI、SC2同相或者SC2的上升沿相对SCl上升沿稍有落后，但下降沿相同，所述信号SCI、SC3相互反相或是互不交叠，所述信号SC4相对所述信号SC3的相位落后1/4左右，同时下降沿比所述信号SC3的下降沿稍有些提前，并与所述信号SC1、SC2互不交叠，所述CLR信号的上升沿与信号SCl上升沿基本同一时间，同时其下降沿比所述信号SC3的下降沿稍有些提前，而比所述信号SC4的下降沿稍有些落后。
3.本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述零伏充电电池正负极检测电路中，N型金属氧化物硅MOS晶体管M2在所述信号SCl的高电平周期中导通，节点Node2电压变为所述信号GND电压，随后所述信号SC2处于高电平周期中，所述第二复合开关管②导通，所述电容CAPl对信号BAT_P的电压采样得到VBAT_P(tO)，所述信号SCI、SC2变低电平时，N型金属氧化物硅MOS晶体管M2截止，所述第二复合开关管②关断，所述信号SC3变成高电平，N型金属氧化物硅MOS晶体管Ml导通，所述信号VrefO经过连接成单位增益驱动形式的所述第十运算放大器⑩的驱动后，连接到节点Node2，使其电压由信号GND的电压变为信号VrefO的电压VrefO，所述电容CAPl两端的电压保持不变，即为采样到的BAT_P上的电压VBAT_P (t0)，节点Nodel的电压变为VBAT_P (tO) +VrefO,再经过所述第三电压比较器③与它的正输入端连接信号BAT_P此时的电压VBAT_P(tl)相比较得到输出结果；所述第四触发器④的D输入端连接第三电压比较器③的输出端，在所述信号CLR为低电平时，所述第四触发器④的Q输出端输出低电平，所述信号SC4变为高电平时，所述第三电压比较器③的输出电平通过所述第四触发器④的D输入端到达所述第四触发器④的Q输出端输出相应的电平，同时产生相应的所述信号LOCK的输出；
4.本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述零伏充电电池正负极检测电路的基本原理是输入信号Vin在时钟作用下在时刻TO被采样和保持住成为Vin，另外一个参考电压在时刻Tl被采样和保持住成为Vref，时刻Tl落后于时刻T0，然后它们被模拟相加成为Vin+Vref，并作为比较器的一个输入信号，在时刻T2再与所述比较器的另外一个输入信号即所述输入信号电压Vin相比较，比较结果在时刻T3被触发器或锁存器锁存，时刻T3落后于时刻T2，并作为所述零伏充电电池正负极检测电路的输出，指示零伏充电电池正负极接反，或用于控制充电器的功率开关管，使其停止充电，只要符合本发明基本原理的电路实施方案都属于本发明要求的权利保护范围。
5.本发明提出的具有识别零伏充电电池正负极的充电器，其特征在于，所述充电器主体电路中P型金属氧化物硅MOS晶体管M3的宽长比W/L的值相对P型金属氧化物硅MOS晶体管M4的宽长比W/L的值小很多，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与第十一运算放大器 的输出端相连，基本上一直处于导通状态，其作用是维持空载时信号BAT_P的电压；P型金属氧化物硅MOS晶体管M4是主开关功率管，它的源极与信号VDD相连，它的漏极与信号BAT_P相连，它的栅极与节点Node4相连，当信号Vctrl为高电平时，P型金属氧化物硅MOS晶体管M5导通，P型金属氧化物硅MOS晶体管M4关断，反之则导通；所述零伏充电电池正负极检测电路检测到科充电池接反时，信号LOCK变为高电平，强迫主开关功率管P型金属氧化物硅MOS晶体管M4关断；电池未充满前，节点Node3的电压低于信号VrefI的电压，第十一运算放大器 ，输出为高电平，经过第十二反相器 和第十三反相器@的放大整形后，与信号CLR相与非，产生正常的充电控制信号，使主开关功率管P型金属氧化物硅MOS晶体管M4正常导通充电，充电电流大小由P型金属氧化物硅MOS晶体管M4的宽长比W/L、信号Vref3的电压值、信号VDD的 电压值决定。
全文摘要
本发明提出了一种具有识别零伏充电电池正负极的充电器电路结构，它分为充电器主体电路和零伏充电电池正负极检测电路两部分。本发明充电器在对“零伏”可充电池进行充电时，由于能够判断电池的正负极，从而避免了充电时实际上是对“零伏”可充电池进行放电而导致电池的损坏。
文档编号H02J7/00GK102738837SQ201110082290
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者曹先国 申请人:曹先国