一种线性充电器、方法和电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种线性充电器、充电方法和包括其的电子设备。该线性充电器包括：恒流电路，提供恒定充电电流；稳压电路，提供稳定充电电压；时钟电路，产生时钟信号；计时器，对时钟电路产生的时钟信号进行计时；混合器，在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的计时信号，交替选择恒定充电电流和稳定充电电压；驱动电路，根据所选择的恒定充电电流和稳定充电电压，对充电电池进行充电。本发明实施例有助于大大缩短充电时间。
【专利说明】-种线性充电器、方法和电子设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及充电器，具体地说涉及用于数字多媒体手持设备的快速充电的线性充电器、方法和设备。
【背景技术】
[0002]现今，电子设备，例如数字多媒体手持设备基本采用可重复充电的电池进行供电，这些电池需要用到特定的充电器进行充电。充电电池的发展趋势是容量变的越来越大，因此给电池充电的时间也就变的越来越长，这给数字多媒体手持设备的使用者带来不便，对电池容量的提高也产生了一定的限制。
[0003]电池充电器主要分为开关型充电器和线性充电器。
[0004]开关型充电器的输出为脉冲电压，经过电感和电容滤波后产生稳定电压，然后用该稳定电压给电池充电。其优点是:电源转换效率高，电路发热量小。缺点是:电路结构复杂、需要外置大电感和大电容，且电感和电容不容易被集成到芯片中去，应用成本高，充电器体积大，携带不方便。
[0005]线性充电器输出为具有一定电流驱动能力的直流电压，可直接给电池充电。其优点是:电路结构简单，输出端不需要接大电容和大电感，所以可以集成到SOC中去，充电器体积小，成本低。缺点是:电源转换效率低。
[0006]图1示意了一种线性充电器。该线性充电器在电池电压低于阈值电压VT时，选择恒流(CC)充电模式，电池端输出稳定电流；当电池电压高于阈值电压VT后，选择稳压(CV)充电模式；当稳压(CV)充电模式下充电器的充电电流小于设定的阈值(如恒流充电模式充电电流ICC的1/10)，可判断该次充电完成。
[0007]图2为图1线性充电器的充电全过程。图中上面的曲线为充电时电池上的电压，下面的曲线为充电电流。在O?11时段内，电路处于恒流充电模式，充电器持续以最大充电电流ICC给电池充电，电池电压快速上升；在tl时刻，电池电压达到阈值电压VT，电路进入稳压(CV)充电模式，充电电流变小，电池电压缓慢上升；在t2时刻充电电流减小为ICC/10，充电过程结束。
[0008]在稳压(CV)充电模式下，充电器对电池的充电电流要小于恒流(CC)充电模式，且随着电池电压的上升充电电流逐渐变小。所以稳压(CV)充电模式需要经历的时间会非常长，甚至占到整个充电时间的50%，大大加长了电池的充电时间，给使用者带来不便。
【发明内容】
[0009]本发明在第一方面提供了一种线性充电器。该线性充电器包括:恒流电路，提供恒定充电电流；稳压电路，提供稳定充电电压；时钟电路，产生时钟信号；计时器，对时钟电路产生的时钟信号进行计时；混合器，在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的时钟信号，交替选择恒定充电电流和稳定充电电压；驱动电路，根据所选择的恒定充电电流和稳定充电电压，对充电电池进行充电。
[0010]在第一方面的线性充电器中，优选地，稳压电路包括第一电阻和第二电阻构成且连接在电池电压端的分压电路；第一误差放大器，对分压电路提供的分压和第一参考电压进行比较；比较结果经混合器选择后控制驱动电路，以稳定电压对充电电池进行充电。
[0011]优选地，恒流电路包括连接在驱动电路上的第三电阻；第二误差放大器，对第三电阻提供的电压和第二参考电压进行比较；比较结果经混合器选择后控制驱动电路，由此以恒定电流对充电电池进行充电。
[0012]优选地，驱动电路包括构成镜像电路的第一晶体管和第二大电流输出晶体管。
[0013]优选地，电池电压低于第一阈值电压时，计时器输出第一电平，混合器选择恒定电流进行充电。
[0014]优选地，当混合器选择稳定充电电压的情况下充电器的充电电流小于第二阈值电流，充电器判断该次充电完成。
[0015]在第二方面，本发明提供一种线性充电方法，包括:在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的时钟信号，交替选择恒流电路的恒定充电电流和稳压电路的稳定充电电压，对充电电池进行充电。
[0016]在第三方面，本发明提供一种线性充电器。该线性充电器包括:第一电阻和第二电阻构成且连接在电池电压端的分压电路；第一误差放大器，对分压电路提供的分压和第一参考电压进行比较；第三电阻；第二误差放大器，对第三电阻提供的电压和第二参考电压进行比较；时钟电路，产生时钟信号；计时器，对时钟电路产生的时钟信号进行计时；构成镜像电路的第一晶体管和第二大电流输出晶体管，所述第三电阻串接在第一晶体管的支路上，所述分压电路串接在第二大电流输出晶体管的支路上；混合器，在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的时钟信号，交替选择来自第一误差放大器和第二误差放大器的比较结果，来控制第一晶体管和第二大电流输出晶体管的栅极，从而实现交替以恒流模式和稳压模式对充电电池进行充电。
[0017]在第四方面，提供一种电子设备，包括如第一方面或如第三方面所述的线性充电器。
[0018]本发明实施例有助于大大缩短充电时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1示意了一种现有技术的线性充电器；
[0020]图2为图1线性充电器的充电全过程；
[0021]图3是根据本发明实施例的线性充电器的示意图；
[0022]图4为计时器输出的时钟信号示意图；
[0023]图5为本发明实施例的充电全过程；
[0024]图6是根据本发明实施例的线性充电器的示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0026]图3是根据本发明实施例的线性充电器的示意图。如图3所示，该线性充电器包括大电流输出管(Ml)、Ml的镜像管(MO)、误差放大器EAl和EA2、混合器(MIXER)、电阻Rf I/Rf 2构成的第一反馈电路和电阻Rsense构成的第二反馈电路。VIN端接输入电源，电池(Battery)端接需要充电的电池。
[0027]在常规方式下，当电池电压低于阈值电压VT时，混合器选择误差放大器EA2的输出控制MO和Ml管的栅极。MO和Ml管可以是PMOS管，也可以是PNP管。此时，第二反馈电路和误差放大器EA2形成恒流(CC)充电模式。电路工作在恒流(CC)充电模式下，电池端输出稳定电流:
[0028]ICC = K*Vref2/Rsense
[0029]当电池电压高于阈值电压VT后，混合器选择误差放大器EAl的输出控制MO和Ml管的栅极。此时，第一反馈电路和误差放大器EAl构成稳压充电模式。在稳压(CV)充电模式下，电池端最终输出电压为:
[0030]Vout = Vrefl*(1+Rfl/Rf2)
[0031]当稳压(CV)充电模式下充电器的充电电流小于设定的阈值电流(如恒流充电模式充电电流ICC的1/10)，可判断该次充电完成。
[0032]根据本发明的实施例，在现有技术的线性充电器的基础上增加了两个模块:时钟电路(CLK)和计时电路(Counter)。计时电路对时钟电路产生的时钟信号进行计时。当电池电压低于阈值电压VT时，计时器(Counter)被强行置位为高电平，充电器工作在恒流充电模式，并以恒定大电流ICC给电池充电，此过程类似于现有技术的充电器。
[0033]当电池电压高于阈值电压时，计时器(Counter)产生一个周期为T的计时信号(参见图4)，在高电平持续时间内(0-t3)，混合器选择EA2控制MO和Ml管，充电器处于恒流(CC)充电模式。充电器以恒定大电流CC给电池充电；在低电平持续时间内(t3-t4)，充电器工作在稳压(CV)充电模式。
[0034]在每个周期的某个时刻(例如t4)，充电器都会对充电电流进行检测，如果充电电流大于某个阈值，例如ICC/10，则重复进行下一个周期T的充电；如果充电电流小于ICC/10，说明电池已充满，则结束本次充电过程；因充电器大部分时间都以大电流ICC给电池充电，所以大大减小了电池的充电时间。
[0035]图5为本发明实施例的充电全过程。在t20时刻以前，电池电压低于阈值电压VT，充电器工作在恒流充电模式，并以大电流ICC给电池充电；在t20时刻，电池电压达到阈值电压VT，充电器进入稳压充电模式；在t22时刻，电路检测充电器的充电电流，此时充电电流大于ICC/10，充电器再次进入恒流充电模式；在t30时刻，充电器经过前一个周期的恒流充电后进入稳压充电模式；在t32时刻，电路检测充电器的充电电流，此时充电电流已下降，但依然高于ICC/10，所以充电器又进入恒流充电模式；在t40时刻，再次经过一个周期的恒流充电后电路进入稳压充电模式；在t42时刻，电路检测充电器的充电电流，此时充电电流小于ICC/10，说明电池已充满，结束本次充电过程。
[0036]根据本发明实施例的充电器还可以包括补偿电路(CO、Cl、C2)和各种保护电路(电池短路保护SCP、输入过压保护0VP、过温保护0ΤΡ、欠压保护UVP)等模块，这里不复
--赘述。
[0037]图6是根据本发明实施例的线性充电器的示意图。该线性充电器包括:恒流电路，提供恒定充电电流；稳压电路，提供稳定充电电压；时钟电路，产生时钟信号；计时器，对时钟电路产生的时钟信号进行计时；混合器，在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的时钟信号，交替选择恒定充电电流和稳定充电电压；驱动电路，根据所选择的恒定充电电流和稳定充电电压，对充电电池进行充电。
[0038]其中，稳压电路可以优选包括连接在电池电压端的分压电路，例如图3所示的第一电阻Rf I和第二电阻Rf 2组成的分压电路；第一误差放大器，对分压电路提供的分压和第一参考电压进行比较；比较结果经混合器选择后控制驱动电路，以稳定电压对充电电池进行充电。
[0039]恒流电路可以优选包括连接在驱动电路上的第三电阻，例如图3所示的电阻Rsense ;第二误差放大器，对第三电阻提供的电压和第二参考电压进行比较；比较结果经混合器选择后控制驱动电路，由此以恒定电流对充电电池进行充电。
[0040]驱动电路可以优选包括构成镜像电路的第一晶体管和第二大电流输出晶体管。
[0041]优选地，电池电压低于阈值电压时，计时器被强制置位为高电平，混合器选择恒定电流进行充电。
[0042]优选地，电池电压低于第一阈值电压时，计时器输出第一电平，例如被强制置位为高电平，混合器选择恒定电流进行充电。
[0043]优选地，当混合器选择稳定充电电压的情况下充电器的充电电流小于第二阈值电流，充电器判断该次充电完成。
[0044]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种线性充电器，包括:恒流电路，提供恒定充电电流；稳压电路，提供稳定充电电压；时钟电路，产生时钟信号；计时器，对时钟电路产生的时钟信号进行计时；混合器，在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的计时信号，交替选择恒定充电电流和稳定充电电压；驱动电路，根据所选择的恒定充电电流和稳定充电电压，对充电电池进行充电。
2.如权利要求1所述的线性充电器，其中稳压电路包括第一电阻和第二电阻构成且连接在电池电压端的分压电路；第一误差放大器，对分压电路提供的分压和第一参考电压进行比较；比较结果经混合器选择后控制驱动电路，以稳定电压对充电电池进行充电。
3.如权利要求1所述的线性充电器，其中恒流电路包括连接在驱动电路上的第三电阻；第二误差放大器，对第三电阻提供的电压和第二参考电压进行比较；比较结果经混合器选择后控制驱动电路，由此以恒定电流对充电电池进行充电。
4.如权利要求1所述的线性充电器，其中驱动电路包括构成镜像电路的第一晶体管和第二大电流输出晶体管。
5.如权利要求1所述的线性充电器，其中电池电压低于第一阈值电压时，计时器输出第一电平，混合器选择恒定电流进行充电。
6.如权利要求1所述的线性充电器，其中当混合器选择稳定充电电压的情况下充电器的充电电流小于第二阈值电流，充电器判断该次充电完成。
7.—种线性充电方法,包括:在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的时钟信号，交替选择恒流电路的恒定充电电流和稳压电路的稳定充电电压，对充电电池进行充电。
8.—种线性充电器，包括:第一电阻和第二电阻构成且连接在电池电压端的分压电路；第一误差放大器，对分压电路提供的分压和第一参考电压进行比较；第三电阻；第二误差放大器，对第三电阻提供的电压和第二参考电压进行比较；时钟电路，产生时钟信号；计时器，对时钟电路产生的时钟信号进行计时；构成镜像电路的第一晶体管和第二大电流输出晶体管，所述第三电阻串接在第一晶体管的支路上，所述分压电路串接在第二大电流输出晶体管的支路上；混合器，在电池电压高于阈值电压时，根据计时器提供的计时信号，交替选择来自第一误差放大器和第二误差放大器的比较结果，来控制第一晶体管和第二大电流输出晶体管的栅极，从而实现交替以恒流模式和稳压模式对充电电池进行充电。
9.一种电子设备，包括如权利要求1-6之一或如权利要求8所述的线性充电器。
【文档编号】H02J7/00GK104348232SQ201410665788
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】张胜, 王钊 申请人:无锡中星微电子有限公司