一种预充电电路及芯片的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种预充电电路及芯片。


背景技术：

2.目前，在锂电池充电领域，通常包括涓流充电、恒流充电和恒压充电三个阶段，由此可以兼顾充电安全性和充电速率。具体而言，在涓流充电阶段，现有技术通常采用图1所示的电路结构。
3.图1的电路结构主要包括镜像电路、电压钳位电路和恒流控制电路，通过控制输入至恒流控制电路中放大器w1的参考电压保持稳定，使流经电阻r的电流保持不变，进而使icharge保持不变，确保电池在预充电过程中的涓流充电阶段充电电流基本保持不变。虽然该种方式能够基本实现涓流充电阶段充电电流恒流，但是，在实际的预充电过程中，镜像电路中功率晶体管qm的漏源电压会逐渐减小，由于工作在饱和区的晶体管存在沟道长度调制效应，此时功率晶体管qm的漏源电流也会降低，而非如该种方式所设定的恒定不变状态，因此，现有技术中对于涓流充电阶段还存在一定的缺陷。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型的目的是提供一种预充电电路及芯片，提高电池预充电的充电质量。
5.第一方面，一种预充电电路，包括：
6.镜像模块，镜像模块包括镜像参考端、镜像控制端、镜像输出端及输入电压端，镜像输出端与外部电池连接，输入电压端与外部供电端连接，镜像模块用以将镜像参考端的电流镜像至镜像输出端；
7.变流模块，变流模块的第一输入端与镜像参考端连接，以接收表征流经镜像参考端电流的电信号；变流模块的第二输入端接收与外部电池的电池电压跟随变化的电信号；变流模块的输出端与镜像控制端连接，以使流经镜像参考端的电流跟随电池电压变化。
8.优选地，镜像模块包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的第一端、第二晶体管的第一端共接形成输入电压端，第一晶体管的第二端作为镜像参考端，第二晶体管的第二端作为镜像输出端，第一晶体管的第三端、第二晶体管的第三端共接形成镜像控制端。
9.优选地，预充电电路包括钳位模块，钳位模块连接在镜像参考端与镜像输出端之间，钳位模块用以维持镜像参考端的电压与镜像输出端的电压基本相等。
10.优选地，变流模块模块包括第一放大器、第一电阻器和第三晶体管，第三晶体管的第一端作为变流模块的第一输入端，第三晶体管的第二端与第一放大器的第一输入端、第一电阻器的第一端分别连接，第一放大器的第二输入端作为变流模块的第二输入端，第一放大器的输出端作为变流模块的输出端，第三晶体管的第三端与钳位模块连接，第一电阻器的第二端与参考地端连接。
11.优选地，钳位模块包括第二放大器，第二放大器的第一输入端与镜像输出端连接，
第二放大器的第二输入端与镜像参考端连接，第二放大器的输出端与第三晶体管的第三端连接。
12.优选地，预充电电路还包括：
13.包括第二电阻器和第三电阻器的分压模块，第二电阻器和第三电阻器串联连接在镜像输出端与参考地端之间，第二电阻器与第三电阻器形成的共接点与变流模块的第二输入端连接。
14.优选地，第一晶体管和第二晶体管的数量均大于等于1。
15.优选地，预充电电路还包括与输入电压端连接的升压拓扑电路。
16.优选地，升压拓扑电路包括但不限于buck-boost充电电路、sepic充电电路、cuk充电电路、zeta充电电路。
17.第二方面，一种预充电芯片，包括第一方面的预充电电路。
18.本实用新型提供的预充电电路及芯片，可以通过调整镜像参考端的电流，使镜像参考端的电流跟随电池电压变化，进而使镜像输出端的电流跟随电池电压变化，从而避免镜像模块中的晶体管的漏源电流减小，实现对充电电流进行补偿，提高电池预充电的充电质量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
20.图1为背景技术提供的现有预充电电路的电路图。
21.图2为实施例提供的预充电电路的模块框图。
22.图3为实施例提供的预充电电路的电路图。
23.图4为实施例提供的预充电电路的另一模块框图。
24.图5为实施例提供的预充电电路的又一模块框图。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
26.实施例：
27.一种预充电电路1，参见图2，包括：
28.镜像模块11，镜像模块11包括镜像参考端、镜像控制端、镜像输出端及输入电压端，镜像输出端与外部电池2连接，输入电压端与外部供电端连接，镜像模块11用以将镜像参考端的电流镜像至镜像输出端；
29.变流模块12，变流模块12的第一输入端与镜像参考端连接，以接收表征流经镜像参考端电流的电信号；变流模块12的第二输入端接收与外部电池2的电池电压跟随变化的电信号；变流模块12的输出端与镜像控制端连接，以使流经镜像参考端的电流跟随电池电压变化。
30.需要注意的是，本实施例中所描述的“外部电池2”是相对于预充电电路1而言的“外部”，并不是预充电电路1所在载体的“外部”，并不是对“外部电池2”的具体位置做的限定。同理，本实施例中关于下述外部的储能装置、外部的外围电路、外部的电子元器件等同理。
31.在本实施例中，外部电池2可以视为一个电池组件，包含一个或多个充电单元，一个充电单元可以为一个锂电池等充电电池，电池中的所有充电单元可以通过串联、并联或者两者相结合的方式连接。
32.在本实施例中，镜像模块11的镜像输出端与外部电池2连接，用于输出稳定的电流信号，为外部电池2充电。镜像模块11的输入电压端与外部供电端连接，外部供电端向预充电电路1提供电压，给整个预充电电路1提供电能。镜像模块11将镜像参考端的电流镜像至镜像输出端。
33.在本实施例中，变流模块12的第一输入端与镜像参考端连接，以接收表征流经镜像参考端电流的电信号。该电信号可以用来表征向镜像参考端提供的电流，比如，当该电信号为电压信号时，该电压信号越大，可表示流经镜像参考端的电流越大。
34.在本实施例中，变流模块12的第二输入端接收与外部电池2的电池电压跟随变化的电信号，该电信号可以为电压信号，该电压信号可以与电池电压呈一定比例的相关关系。例如该电信号可以与电压信号正相关，变流模块12的输出端与镜像控制端连接，以使流经镜像参考端的电流跟随电池电压变化。流经镜像参考端的电流与电池电压可以呈一定比例的相关关系，例如当流经镜像参考端的电流与电池电压为正相关时，电池电压越大，流经镜像参考端的电流越大。
35.在本实施例中，变流模块12获取与外部电池的电池电压跟随变化的电信号，在充电过程中，假设电池电压逐渐增大，那么与外部电池2的电池电压跟随变化的电信号也会逐渐增大，使得镜像模块11中镜像参考端的电流逐渐增大，从而弥补现有技术中，由于晶体管存在沟道长度调制效应，减小了随着晶体管的漏源电压下降造成晶体管的漏源电流减小的影响。
36.由于在充电过程中，存在沟道长度调制效应，晶体管的漏源电压下降会造成晶体管的漏源电流减小，通过本实施例提供的该预充电电路可以通过调整镜像参考端的电流，使镜像参考端的电流跟随电池电压变化，进而使镜像输出端的电流跟随电池电压变化，从而避免镜像模块11中的晶体管的漏源电流减小，实现对充电电流进行补偿，提高电池预充电的充电质量。
37.进一步地，在一些实施例中，参见图3，镜像模块11可以包括第一晶体管111和第二晶体管112，第一晶体管111的第一端、第二晶体管112的第一端共接形成输入电压端n6，第一晶体管111的第二端作为镜像参考端n1，第二晶体管112的第二端作为镜像输出端n3，第一晶体管111的第三端、第二晶体管112的第三端共接形成镜像控制端n2。
38.在本实施例中，第一晶体管111和第二晶体管112可以为p型晶体管。第一晶体管111的第三端和第二晶体管112的第三端可以为晶体管的栅极，当第一晶体管111的第一端为源极时，其第二端为漏极；当第一晶体管111的第一端为漏极时，其第二端为源极。当第二晶体管112的第一端为源极时，其第二端为漏极；当第二晶体管112的第一端为漏极时，其第二端为源极。
39.在本实施例中，第一晶体管111的第一端和第二晶体管112的第一端连接外部供电端vin。在该镜像模块11中，第一晶体管111的源极电压和栅极电压相同，第二晶体管112的源极电压和栅极电压相同，第一晶体管111的漏极电流和第二晶体管112的漏极电流可以相同，或者是呈比例关系，其中该比例关系可以设置为可调或固定形式，即该比例关系可以在使用前固定，也可以在使用过程中根据实际情况进行调整，例如镜像模块11可以根据第一晶体管111和第二晶体管112的宽长比确定该比例关系。
40.在另一些示例中，第一晶体管111和第二晶体管112的数量均可以为一个或多个。当第一晶体管111的数量为多个时，多个第一晶体管111的第一端相互连接，多个第一晶体管111的第二端相互连接，多个第一晶体管111的第三端通过电子开关与镜像控制端n2连接，通过控制该电子开关的通断，可以控制镜像输出端的电流。当第二晶体管112的数量为多个时，多个第二晶体管112的第一端相互连接，多个第二晶体管112的第二端相互连接，多个第二晶体管112的第三端通过电子开关与镜像控制端n2连接，通过控制该电子开关的通断，可以控制镜像输出端的电流。
41.进一步地，在一些实施例中，参见图4，预充电电路1可以包括钳位模块13，钳位模块13连接在镜像参考端n1与镜像输出端n3之间，钳位模块13用以维持镜像参考端n1的电压与镜像输出端n3的电压相等。
42.在本实施例中，为确保能够将镜像模块11中镜像参考端n1的电流按照预期镜像至镜像输出端n3，可以控制镜像参考端n1的电压与镜像输出端n3的电压相等。钳位模块13维持镜像参考端n1的电压与镜像输出端n3的电压基本相等，例如镜像参考端n1的电压与镜像输出端n3的电压相等，或者是两者电压差在一定范围内，就认为两者电压基本相等。该钳位模块13保证了镜像参考端n1的电压与镜像输出端n3的电压基本相等，实现镜像模块11中镜像参考端n1与镜像输出端n3的比例镜像。
43.进一步地，在一些实施例中，参见图3，变流模块12模块可以包括第一放大器122、第一电阻器123和第三晶体管121，第三晶体管121的第一端作为变流模块12的第一输入端，第三晶体管121的第二端与第一放大器122的第一输入端n4、第一电阻器123的第一端分别连接，第一放大器122的第二输入端作为变流模块12的第二输入端，第一放大器122的输出端作为变流模块12的输出端，第三晶体管121的第三端与钳位模块13连接，第一电阻器123的第二端与参考地端连接。
44.在本实施例中，第三晶体管121可以为p型晶体管。第一电阻器123可以视为一个电阻组件，例如第一电阻器123可以包括一个或多个电阻，第一电阻器123中所有电阻可以通过串联、并联或两者结合的方式连接。第三晶体管121的第三端可以为栅极，当第三晶体管121的第一端为源极时，其第二端为漏极；当第三晶体管121的第一端为漏极时，其第二端为源极。第一放大器122的第一输入端可以为同相输入端，其第二输入端可以为非同相输入端。
45.在本实施例中，流经第一电阻器123的电流可以视为检测/采样电流。该预充电电路在预充电过程中，当电池电压vbat逐渐增大时，节点n4的电压也会跟随增大，进而提高流经第一电阻器123的电流，继而提高充电电流。另外，可以通过第一放大器122的的输出端控制第一晶体管111和第二晶体管112的栅极电压，使镜像模块11的镜像输出端n3输出的电流始终与第一电阻器123的电流成对应比例。
46.在本实施例中，第一放大器122的非同相输入端可以获取与外部电池的电池电压跟随变化的电信号，由于第一放大器122的负反馈作用，第一放大器122的同相输入端的电压可以视为与外部电池的电池电压跟随变化的电信号基本一致。假设节点n4的电压为vn4，第一电阻器123的阻值为r1，那么流经第一电阻器123的电流为vn4/r1，镜像参考端的电流也可以基本视为vn4/r1，假如电流镜之间的比例为k，则镜像输出电流或充电电流为k*vn4/r1。
47.进一步地，在一些实施例中，参见图3，钳位模块13可以包括第二放大器131，第二放大器131的第一输入端与镜像输出端n3连接，第二放大器131的第二输入端与镜像参考端n1连接，第二放大器131的输出端与第三晶体管121的第三端连接。
48.在本实施例中，第二放大器131的第一输入端可以为同相输入端，第二放大器131的第二输入端可以为非同相输入端。第二放大器131的第一输入端与镜像输出端n3连接，第二放大器131的第二输入端与镜像参考端n1连接，第二放大器131的输出端与第三晶体管121的栅极连接。例如当镜像输出端n3的电压大于镜像参考端n1的电压时，第二放大器131的输出端输出高电平，第三晶体管121的栅极电压增大，第三晶体管121的漏极电流减小，进而提高镜像参考端n1的电压。还例如当镜像输出端n3的电压小于镜像参考端n1的电压时，第二放大器131的输出端输出低电平，第三晶体管121的栅极电压减小，第三晶体管121的漏极电流增加，进而降低镜像参考端n1的电压。由此，该钳位模块13可以使镜像参考端n1和镜像输出端n3的电压基本保持一致。
49.进一步地，在一些实施例中，参见图3、5，预充电电路1还可以包括：
50.包括第二电阻器141和第三电阻器142的分压模块14，第二电阻器141和第三电阻器142串联连接在镜像输出端n3与参考地端之间，第二电阻器141与第三电阻器142形成的共接点n5与变流模块12的第二输入端连接。
51.在本实施例中，分压模块14用于对电池电压vbat进行分压，其中共接点n5处的信号可以为与外部电池的电池电压跟随变化的电信号。例如，假设第二电阻器141的电阻值为r2，第三电阻器142的电阻值为r3,则共接点n5的电压值为[r3/(r2+r3)]
×
vbat。
[0052]
进一步地，在一些实施例中，第一晶体管111和第二晶体管112的数量均大于等于1。
[0053]
在本实施例中，镜像模块11可以包括一组或多组电流镜，每组电流镜均分别包括第一晶体管111和第二晶体管112，当镜像模块11包括多组电流镜时，第一晶体管111和一第二晶体管112的数量均为多个。
[0054]
进一步地，在一些实施例中，预充电电路1还可以包括与输入电压端n6连接的升压拓扑电路。
[0055]
在本实施例中，该预充电电路1可以应用于升压拓扑电路中，预充电电路1通过输入电压端n6与升压拓扑电路连接。升压拓扑电路用于抬高输入电压端的输入电压。升压拓扑电路包括但不限于buck-boost充电电路、sepic充电电路、cuk充电电路、zeta充电电路。
[0056]
一种预充电芯片，包括上述预充电电路1。
[0057]
本发明实施例所提供的芯片，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
[0058]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限
制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。