基于数字控制的电池充电系统及其控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及电子电路，更具体地涉及电池充电系统。
【背景技术】
[0002]随着便携式电子设备的发展，电池充电系统也广泛的应用于便携式电子设备中。图1示出了传统的采用降压式(BUCK)电路拓扑的电池充电系统100的电路结构示意图。所述电池充电系统100包括电池电压、电池充电电流、输入电压和输入电流等多个控制环路，其中每个控制环路包括误差放大器及补偿网络等。以电池电压控制环路工作时为例，在每一个开关周期，时钟信号CLK置位RS触发器FF0，使之输出开关控制信号PWM导通上侧功率管PM1，同时关断下侧功率管PM2。电流由输入电压Vin端流经电感LI提供给负载RL，并且给电容Cout充电。此时电池电压Vout和表征电池电压Vout的反馈信号Vxl增大。误差放大器Al接收反馈信号Vxl与电池电压参考信号REFl，输出两者的误差放大信号Vcoml。当反馈信号Vxl继续增大，使误差放大信号Vcoml小于峰值信号PK时，比较器CP输出信号复位RS触发器FFO，使之输出PWM信号关断上侧功率管PM1，同时导通下侧功率管PM2。此时，电容Cout向负载RL提供能量，电池电压Vout下降。当时钟信号CLK再次置位RS触发器FFO时，下一个开关周期开始。
[0003]在图1所示的电池充电系统100中，每个控制环路均需用到误差放大器，而每个误差放大器又需要不同的补偿网络以维持环路的稳定，以致电路非常庞杂。又由于不同的电路参数需要不同的补偿网络，图1所示的电池充电系统100的可移植性不强。同时由于各控制环路所输出的误差放大信号Vcoml?Vcomn的信号值之间比较接近，控制环路之间的切换可能会有问题，例如可能存在多个控制环路同时工作的情况，或者控制环路切换错误等。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种用于电池充电系统的控制电路和一种电池充电系统。
[0005]根据本发明一实施例的一种用于电池充电系统的控制电路，电池充电系统包括具有第一开关管的开关电路，所述控制电路包括:多个模拟控制环路，产生多个环路控制信号，其中每个模拟控制环路接收相应的参考信号、反馈信号和斜坡补偿信号，并根据相应的参考信号、反馈信号和斜坡补偿信号产生相应的环路控制信号；以及数字控制单元，接收多个环路控制信号，并根据多个环路控制信号和一固定时长控制信号产生开关控制信号以控制第一开关管，其中所述数字控制单元自动选择起作用的模拟控制环路以控制第一开关管的导通时刻或关断时刻。
[0006]根据本发明一实施例的一种电池充电系统，包括第一开关管及如前所述的控制电路。
[0007]根据本发明一实施例的一种电池充电系统，包括:第一开关管；输入电压控制环路，根据输入电压参考信号和斜坡补偿信号的运算相叠加的信号与输入电压反馈信号相比较，产生输入电压环路控制信号；输入电流控制环路，根据输入电流反馈信号和斜坡补偿信号相叠加的信号与输入电流参考信号相比较，产生输入电流环路控制信号；电池电压控制环路，根据电池电压反馈信号和斜坡补偿信号相叠加的信号与电池电压参考信号相比较，产生电池电压环路控制信号；充电电流控制环路，根据充电电流反馈信号和斜坡补偿信号相叠加的信号与充电电流参考信号相比较，产生充电电流环路控制信号；以及数字控制单元，根据一固定时长控制信号、输入电压环路控制信号、输出电流环路控制信号、电池电压环路控制信号和充电电流环路控制信号产生开关控制信号以控制第一开关管，其中当输入电压环路控制信号、输出电流环路控制信号、电池电压环路控制信号和充电电流环路控制信号中的一个变为第一状态时，开关控制信号控制第一开关管关断，所述开关控制信号根据固定时长控制信号控制第一开关管导通。
[0008]根据本发明一实施例的一种电池充电系统，包括:第一开关管；输入电压控制环路，根据输入电压参考信号和斜坡补偿信号相减的信号与输入电压反馈信号相比较，产生输入电压环路控制信号；输入电流控制环路，根据输入电流反馈信号和斜坡补偿信号相减的信号与输入电流参考信号相比较，产生输入电流环路控制信号；电池电压控制环路，根据电池电压反馈信号和斜坡补偿信号相减的信号与电池电压参考信号相比较，产生电池电压环路控制信号；充电电流控制环路，根据充电电流反馈信号和斜坡补偿信号相减的信号与充电电流参考信号相比较，产生充电电流环路控制信号；以及数字控制单元，根据一固定时长控制信号、输入电压环路控制信号、输出电流环路控制信号、电池电压环路控制信号和充电电流环路控制信号产生开关控制信号以控制第一开关管，其中当输入电压环路控制信号、输出电流环路控制信号、电池电压环路控制信号和充电电流环路控制信号均变为第一状态时，开关控制信号控制第一开关管导通，所述开关控制信号根据固定时长控制信号控制第一开关管关断。
[0009]根据本发明提出的实施例，控制电路参数设计简单，可靠性好，并具有较强的可移植性。
【附图说明】
[0010]结合附图，根据对示例性实施例的以下说明，本发明的总体构思的上述和/或其他方面将变得显而易见并更易于理解，在附图中，相同或相似的附图标记指示相同或相似的组成部分。其中:
[0011]图1示出了根据传统的电池充电系统100的的电路结构示意图。
[0012]图2示出了根据本发明实施例的电池充电系统200的电路框图。
[0013]图3示出了根据本发明实施例的电池充电系统200a的电路原理图。
[0014]图4示出了根据本发明实施例的图3所示斜坡产生单元26的电路原理图。
[0015]图5示出了根据本发明实施例的电池充电系统200b的电路原理图。
[0016]图6示出了根据本发明实施例的图5所示电池充电系统200b的工作波形图。
[0017]图7示出了根据本发明实施例的电池充电系统200c的电路原理图。
【具体实施方式】
[0018]下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。
[0019]图2示出了根据本发明实施例的电池充电系统200的电路框图。在图2所示的实施例中，电池充电系统200包括开关电路21以及控制电路22。开关电路21包括输入端口In和输出端口 Out。输入端口 In可耦接输入电源，输出端口 Out可耦接电池。开关电路21包括至少一个开关管。控制电路22产生开关控制信号PWM以控制开关电路21中至少一个开关管的导通与关断。
[0020]控制电路22包括多个模拟控制环路24_1?24_N、数字控制单元25、多个数模转换单元23_1?23_N以及斜坡产生单元26，其中N是大于I的整数。模拟控制环路24_1?24_N分别接收参考信号Refl?RefN、反馈信号FBl?FBN、斜坡补偿信号Ramp，并相应的产生多个环路控制信号Ctl?CtN。其中每个模拟控制环路24_x根据相应的参考信号Refx、反馈信号FBx、以及斜坡补偿信号Ramp产生相应的环路控制信号Ctx，其中x是大于等于1，且小于等于N的整数。数字控制单元25耦接至模拟控制环路24_1?24_N以接收环路控制信号Ctl?CtN，并根据环路控制信号Ctl?CtN和一固定时长控制信号产生开关控制信号PWM，数字控制单元25还产生多个数字参考信号DRefl?DRefN以及数字斜坡控制信号CRA，其中数字控制单元25自动选择起作用的模拟控制环路以控制开关电路21中至少一个开关管的导通时刻或关断时刻。数模转换单元23_1?23_N耦接至数字控制单元25以分别接收数字参考信号DRefl?DRefN，并经过数模转换，根据数字参考信号DRefl?DRefN产生相应的参考信号Refl?RefN。例如，数模转换单元23_x接收数字参考信号DRefx，并经过数模转换，根据数字参考信号DRefx产生参考信号Refx。斜坡产生单元26耦接至数字控制单元25以接收数字斜坡控制信号CRA和开关控制信号PWM，并根据数字斜坡控制信号CRA和开关控制信号PWM产生斜坡补偿信号Ramp。图2所示的电池充电系统200中，数字控制单元25具有较好的兼容性和可移植性，可以应用于具有不同参数的电路中。
[0021]图3示出了根据本发明实施例的电池充电系统200a的电路原理图。电池充电系统200a包括开关电路21以及控制电路22。在图3所示的实施例中，开关电路21以降压式电路为例进行说明。然而本领域技术人员可知，开关电路21也可以采用其它任意合适的电路拓扑。开关电路21包括开关SI，开关S2，电感器LI以及电容器