线性充电电路、线性充电器及电子设备

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，特别涉及一种线性充电电路、线性充电器及电子设备。

背景技术

目前线性充电器已经被广泛的应用。线性充电器通常具有恒流充电阶段和恒压充电阶段。在恒流充电阶段时，由于电池电压较低，芯片内部的功率晶体管上的热量较大，会导致芯片的温度过高，芯片容易被破坏。因此，需要在芯片的温度过高时，线性地降低充电电流的大小，从而控制芯片的温度继续升高，同时还能够持续输出小额充电电流的目的。

现有技术中的线性充电器包括充电电路以及控制电路，其中，控制电路包括温度调节电路以及恒流控制电路，其中，采用开关硬切换的方式选择温度调节电路以及恒流控制电路中的一个对充电电路进行环路控制。当芯片的温度超过温度阈值时，将其它控制电路通过开关切断，使温度调节电路成为控制电路的唯一环路。然而，温度调节电路的稳定性通常很难补偿，即使将温度调节电路中的误差放大器的增益做到很低，在特定条件下充电电流依然会发生振荡。

因此，期待一种改进的线性充电器及电子设备，可以在温度调节过程中线性降低充电电流，避免充电电流振荡。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可以在温度调节过程中线性降低充电电流的线性充电电路、线性充电器及电子设备，避免充电电流振荡。

根据本发明的一方面，提供一种线性充电电路，包括：充电电路，用于给电池提供充电电流；恒流控制电路，与所述充电电路连接，用于根据表征充电电流的反馈信号和第一基准电压产生第一补偿电流，所述第一补偿电流用于控制所述充电电路向电池提供恒定的充电电流；温度调节电路，与所述充电电路和恒流控制电路之间的节点连接，用于当所述线性充电电路的结温电压大于第二基准电压时产生第二补偿电流以线性降低充电电流；其中，当所述线性充电电路的结温电压不大于第二基准电压时，恒流控制电路产生的第一补偿电流对充电电流进行调节；当所述线性充电电路的结温电压大于第二基准电压时，恒流控制电路产生的第一补偿电流以及温度调节电路产生的第二补偿电流同时对充电电流进行调节。

可选地，所述充电电路包括第一晶体管、第二晶体管、电感和第一电阻；其中，第一晶体管、第二晶体管、电感以及第一电阻串联连接在输入电压和电池之间；第二晶体管和电感之间的节点输出输出电压；第一晶体管的控制端与第一电流源的正端连接，第二晶体管的控制端与第一电流源的负端连接以及与恒流控制电路和温度调节电路的输出端连接。

可选地，所述第二晶体管的栅极电压根据第一补偿电流调节或者根据第一补偿电流和第二补偿电流调节。

可选地，所述恒流控制电路包括：第一误差放大模块，用于根据反馈电压和第一基准电压产生第一补偿电流；第一镜像模块，用于将所述第一补偿电流镜像输出。

可选地，所述第一误差放大模块包括第一偏置电流源、第二电阻、第三电阻、第三晶体管至第八晶体管，其中，第一偏置电流源、第二电阻、第三晶体管、第五晶体管以及第七晶体管串联连接在供电电压和接地端之间；第一偏置电流源、第三电阻、第四晶体管、第六晶体管以及第八晶体管串联连接在供电电压和接地端之间；第三晶体管的控制端接收反馈电压，第四晶体管的控制端接收第一基准电压；第五晶体管和第六晶体管的控制端接收第一偏置电压；第七晶体管的控制端与第三晶体管和第五晶体管之间的节点连接；第八晶体管的控制端与第四晶体管和第六晶体管之间的节点连接；流经第六晶体管和第八晶体管的电流作为第一补偿电流。

可选地，所述第一镜像模块包括第九晶体管和第十晶体管以及第一电容和第四电阻；其中，第九晶体管和第十晶体管串联连接在恒流控制电路的输出端和接地端之间；第四电阻和第一电容串联连接在第四晶体管和第六晶体管之间的节点和恒流控制电路的输出端之间；其中，第九晶体管的控制端接收第一偏置电压，第十晶体管的控制端接收第一节点电压；第九晶体管、第十晶体管与第六晶体管和第八晶体管形成电流镜，将所述第一补偿电流镜像输出。

可选地，所述温度调节电路包括：第二误差放大模块，用于根据线性充电电路的结温电压和第二基准电压产生差值电流；第二镜像模块，用于根据所述差值电流控制所述第二镜像模块是否导通以控制是否将所述差值电流镜像输出作为第二补偿电流；其中，当所述线性充电电路的结温电压不大于第二基准电压时，第二镜像模块关断；当所述线性充电电路的结温电压大于第二基准电压时，第二镜像模块导通以将所述差值电流镜像输出作为第二补偿电流。

可选地，所述第二误差放大模块包括第一偏置电流源、第二偏置电流源、第五电阻、第六电阻以及第十一晶体管至第十八晶体管，其中，第二偏置电流源为第一偏置电流源的1/2；第一偏置电流源、第十一晶体管、第十三晶体管、第十五晶体管串联连接在供电电压和接地端之间；第一偏置电流源、第十二晶体管、第十四晶体管、第十六晶体管串联连接在供电电压和接地端之间；第二偏置电流源、第十七晶体管和第十八晶体管串联连接在供电电压和接地端之间，第二偏置电流源和第十七晶体管之间的节点输出所述差值电流；第十一晶体管的控制端接收所述结温电压，第十二晶体管的控制端接收第二基准电压；第十三晶体管和第十四晶体管以及第十七晶体管的控制端接收第二偏置电压；第十五晶体管的控制端与第十一晶体管和第十三晶体管之间的节点连接；第十六晶体管和第十八晶体管的控制端与第十二晶体管和第十四晶体管之间的节点连接。

可选地，所述第二镜像模块包括第七电阻、第十九晶体管至第二十二晶体管；其中，第七电阻、第十九晶体管和第二十晶体管串联连接在第二偏置电流源和第十七晶体管之间的节点和接地端之间；第二十一晶体管和第二十二晶体管串联连接在恒流控制电路的输出端和接地端之间；第十九晶体管和第二十一晶体管的控制端均与第二偏置电流源和第十七晶体管之间的节点连接；第二十晶体管和第二十二晶体管的控制端均与第七电阻和第十九晶体管之间的节点连接。

可选地，所述线性充电电路还包括：采样电路，用于对充电电路的充电电流进行采样以得到反馈电压；所述采样电路包括镜像晶体管以及采样电阻，其中，镜像晶体管和采样电阻串联连接在输入电压和接地端之间，镜像晶体管和第一晶体管形成镜像电路；镜像晶体管和采样电阻之间的节点输出反馈电压。

根据本发明的第二方面，提供一种线性充电器，包括上述所述的线性充电电路。

根据本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括上述所述的线性充电电路或线性充电器。

本申请实施例提供的线性充电电路、线性充电器及电子设备，将温度调节电路与所述充电电路和恒流控制电路之间的节点连接，当所述线性充电电路的结温电压不大于第二基准电压时，恒流控制电路产生的第一补偿电流对充电电流进行调节；当所述线性充电电路的结温电压大于第二基准电压时，恒流控制电路产生的第一补偿电流以及温度调节电路产生的第二补偿电流同时对充电电流进行调节。本申请将温度调节电路作为恒流控制电路的从环路，可以在温度调节过程中线性降低充电电流，避免充电电流振荡，提高芯片的稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出现有技术中线性充电电路的电路示意图；

图2示出根据本发明实施例的线性充电电路的电路示意图；

图3示出根据本发明实施例的恒流控制电路的电路示意图；

图4示出根据本发明实施例的温度调节电路的电路示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接”另一元件或称元件或电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的，或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

同时，在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出了现有技术中线性充电电路的电路示意图。如图1所示，线性充电电路100包括充电电路110、恒流控制电路120、温度调节电路130以及控制电路140。

其中，充电电路110用于向电池进行提供充电电流Ic。

恒流控制电路120用于根据表征充电电流Ic的反馈电压Vfb和第一基准电压Vref1产生第一补偿电流Icomp1，并根据第一控制信号Ctrl1将第一补偿电流Icomp1提供给充电电路110，从而对充电电流Ic进行调节。

温度调节电路130用于根据线性充电电路的结温电压Vtj与第二基准电压Vref2产生第二补偿电流Icomp2，并根据第二控制信号Ctrl2将第一补偿电流Icomp1提供给充电电路110，从而对充电电流Ic进行调节。

控制电路140用于对线性充电电路的结温电压Vtj与第二基准电压Vref2进行比较以输出第一控制信号Ctrl1和第二控制信号Ctrl2，第一控制信号Ctrl1和第二控制信号Ctrl2为相反的信号。

现有技术中恒流控制电路120和温度调节电路130均为主控环路，通过开关切换环路，当线性充电电路的结温电压不大于第二基准电压Vref2时导通恒流控制电路120以及关断温度调节电路130；当线性充电电路的结温电压大于第二基准电压Vref2时导通温度调节电路130以及关断恒流控制电路120。但是温度调节环路130的稳定性通常很难补偿，即使将温度调节电路130中误差放大器的增益做到很低，在特定条件下充电电流Ic依然会发生振荡。

图2示出根据本发明实施例的线性充电电路的电路示意图。如图2所示，所述线性充电电路200包括充电电路210、恒流控制电路220、温度调节电路230以及采样电路240。

其中，充电电路210用于给电池Vbat提供充电电流Ic。

在本实施例中，所述充电电路210包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、电感L和第一电阻R1；其中，第一晶体管M1、第二晶体管M2、电感L以及第一电阻R1串联连接在输入电压Vin和电池Vbat之间；第二晶体管M2和电感L之间的节点输出输出电压Vout；第一晶体管M1的控制端与第一电流源I1的正端连接，第二晶体管M2的控制端与第一电流源I2的负端连接以及与恒流控制电路220和温度调节电路230的输出端连接。

所述第二晶体管M2的栅极电压根据第一补偿电流Icomp1或者第一补偿电流Icomp1和第二补偿电流Icomp2调节，从而调节充电电路210的充电电流Ic。具体的，当所述线性充电电路的结温电压Vtj不大于第二基准电压Vref2时，恒流控制电路220产生的第一补偿电流Icomp1对第二晶体管M2的栅极电压Vg进行调节从而对充电电流Ic进行调节；当所述线性充电电路的结温电压Vtj大于第二基准电压Vref2时，恒流控制电路220产生的第一补偿电流Icomp1以及温度调节电路产生的第二补偿电流Icomp2同时对第二晶体管M2的栅极电压Vg进行调节从而对充电电流Ic进行调节。

恒流控制电路220与所述充电电路连接，用于根据表征充电电流Ic的反馈信号Vfb和第一基准电压Vref1输出第一补偿电流Icomp1，所述第一补偿电流Icomp1用于控制所述充电电路210向电池提供恒定的充电电流Ic。

在本实施例中，所述恒流控制电路220的输出端与充电电路210中第二晶体管M2的控制端连接，从而调节第二晶体管M2的栅极电压Vg以控制所述充电电路210向电池提供恒定的充电电流Ic。

具体地，参见图3，所述恒流控制电路220包括第一误差放大模块221和第一镜像模块222。第一误差放大模块221用于根据反馈电压Vfb和第一基准电压Vref1产生第一补偿电流Icomp1；第一镜像模块222用于输出所述第一补偿电流Icomp1。

在本实施例中，所述第一误差放大模块221包括第一偏置电流源Ib1、第二电阻R2、第三电阻R3、第三晶体管M3至第八晶体管M8，其中，第一偏置电流源Ib1、第二电阻R2、第三晶体管M3、第五晶体管M5以及第七晶体管M7串联连接在供电电压VDD和接地端之间，作为第一误差放大模块221的第一支路；第一偏置电流源Ib1、第三电阻R3、第四晶体管M4、第六晶体管M6以及第八晶体管M8串联连接在供电电压VDD和接地端之间，作为第一误差放大模块221的第二支路；第三晶体管M3的控制端接收反馈电压Vfb，第四晶体管M4的控制端接收第一基准电压Vref1；第五晶体管M5和第六晶体管M6的控制端接收第一偏置电压Vbn1；第七晶体管M7的控制端与第三晶体管M3和第五晶体管M5之间的节点VA连接，接收第一节点电压VA1；第八晶体管M8的控制端与第四晶体管M4和第六晶体管M6之间的节点VB连接，接收第二节点电压VA2。第三晶体管M3和第四晶体管M4将反馈电压Vfb和第一基准电压Vref1之间的误差电压转换成误差电流，该误差电流流经第六晶体管M6和第八晶体管M8作为第一补偿电流Icomp1。

在本实施例中，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值相同，第三晶体管M3和第四晶体管M4完全相同，第五晶体管M5和第六晶体管M6相同，第七晶体管M7和第八晶体管M8相同。

所述第一镜像模块222包括第九晶体管M9和第十晶体管M10以及第一电容C1和第四电阻R4；其中，第九晶体管M9和第十晶体管M10串联连接恒流控制电路220的输出端和接地端之间。第四电阻R4和第一电容C1串联连接在第四晶体管和第六晶体管之间的节点VA2和恒流控制电路220的输出端之间；其中，第九晶体管M9的控制端接收第一偏置电压Vbn1，第十晶体管M10的控制端接收第二节点电压VA2。

第九晶体管M9和第十晶体管M10与第六晶体管M6和第八晶体管M8形成电流镜，用于将第一补偿电流Icomp1镜像输出。

第四电阻R4和第一电容C1用于补偿恒流控制电路220的环路稳定性。

第三晶体管M3和第四晶体管M4为PMOS管，第五晶体管M5至第十晶体管M10均为NMOS管。

温度调节电路230与所述充电电路210和恒流控制电路220之间的节点连接，用于当所述线性充电电路的结温电压Vtj大于第二基准电压Vref2时输出第二补偿电流Icomp2以线性降低充电电流Ic。

在本实施例中，所述温度调节电路230的输出端与充电电路210中第二晶体管M2的控制端连接，当所述线性充电电路的结温电压Vtj大于第二基准电压Vref2时向充电电路210提供第二补偿电流Icomp2，从而调节第二晶体管M2的栅极电压Vg以控制所述充电电路210的充电电流Ic线性降低。

在本实施例中，参见图4，所述温度调节电路230包括第二误差放大模块231和第二镜像模块232。第二误差放大模块231用于根据线性充电电路的结温电压Vtj和第二基准电压Vref2产生差值电流Id；第二镜像模块232用于根据所述差值电流Id控制所述第二镜像模块232是否导通以控制是否将所述差值电流Id镜像输出作为第二补偿电流Icomp2。

在本实施例中，当所述线性充电电路的结温电压Vtj不大于第二基准电压Vref2时，第二镜像模块232关断；当所述线性充电电路的结温电压Vtj大于第二基准电压Vref2时，第二镜像模块232导通以将所述差值电流Id镜像输出作为第二补偿电流Icomp2。

具体地，所述第二误差放大模块231包括第一偏置电流源Ib1、第二偏置电流源Ib2、第五电阻R5、第六电阻R6以及第十一晶体管M11至第十八晶体管M18，其中，第二偏置电流源为第一偏置电流源的1/2，即Ib2＝Ib1/2。

第一偏置电流源Ib1、第十一晶体管M11、第十三晶体管M13、第十五M15晶体管串联连接在供电电压VDD和接地端之间；第一偏置电流源Ib1、第十二晶体管M12、第十四晶体管M14、第十六晶体管M16串联连接在供电电压VDD和接地端之间，作为第二误差放大模块231的第一支路；第二偏置电流源Ib2、第十七晶体管M17和第十八晶体管M18串联连接在供电电压VDD和接地端之间，作为第二误差放大模块231的第二支路，第二偏置电流源Ib2和第十七晶体管M17之间的节点输出所述差值电流Id；第十一晶体管M11的控制端接收所述结温电压Vtj，第十二晶体管的控制端M12接收第二基准电压；第十三晶体管M13和第十四晶体管M14以及第十七晶体管M17的控制端接收第二偏置电压Vbn2；第十五晶体管的控制端M15与第十一晶体管M11和第十三晶体管M13之间的节点连接，接收第三节点电压VA3；第十六晶体管M16和第十八晶体管M18的控制端与第十二晶体管M12和第十四晶体管M14之间的节点连接，接收第四节点电压VA4。

所述第二镜像模块232包括第七电阻R7、第十九晶体管M19至第二十二晶体管M22；其中，第七电阻R7、第十九晶体管M19和第二十晶体管M20串联连接在第二偏置电流源Ib2和第十七晶体管M17之间的节点和接地端之间；第二十一晶体管M21和第二十二晶体管M22串联连接在恒流控制电路220的输出端和接地端之间；第十九晶体管M19和第二十一晶体管M21的控制端均与第二偏置电流源Ib2和第十七晶体管M17之间的节点连接；第二十晶体管M20和第二十二晶体管M22的控制端均与第七电阻R7和第十九晶体管M19之间的节点连接。第十九晶体管M19和第二十晶体管M20与第二十一晶体管M21和第二十二晶体管M22形成镜像电路，两者之间的镜像比为1：N，N为正整数。

第十一晶体管M11和第十二晶体管M12为PMOS管，第十三晶体管M13至第二十二晶体管M22均为NMOS管。

具体地，当结温电压Vtj大于第二基准电压Vref2时，第二误差放大模块231中的第一支路电流Ibc1大于第二支路电流Ibc2，即Ibc1＞Ib1/2，Ibc2＜Ib1/2，第十七晶体管M17和第十八晶体管M18形成第三支路，将第二支路电流Ibc2镜像输出，即第三支路电流Ibc3＝Ibc2，差值电流Id＝Ib2-Ibc3＝Ib2-Ibc2＝Ib1/2-Ibc2＞0，则第二镜像模块232导通，从而将差值电流Id镜像输出作为第二补偿电流Icomp2。

当结温电压Vtj不大于第二基准电压Vref2时，第二误差放大模块231中的第一支路电流Ibc1不大于第二支路电流Ibc2，即Ibc1≤Ib1/2，Ibc2≥Ib1/2，第十七晶体管M17和第十八晶体管M18形成第三支路，将第二支路电流Ibc2镜像输出，即第三支路电流Ibc3＝Ibc2，差值电流Id＝Ib2-Ibc3＝Ib2-Ibc2＝Ib1/2-Ibc2≤0，则第二镜像模块232关断，从而不向充电电路210提供第二补偿电流Icomp2。

采样电路240用于对充电电路的充电电流Ic进行采样以得到反馈电压Vfb。

在本实施例中，采样电路240包括镜像晶体管以及采样电阻Rs。镜像晶体管和采样电阻Rs串联连接在输入电压Vin和接地端之间，镜像晶体管和第一晶体管M1形成镜像电路。镜像晶体管和采样电阻Rs之间的节点输出反馈电压Vfb。

本发明实施例提供的线性充电电路，将温度调节电路与所述充电电路和恒流控制电路之间的节点连接，当所述线性充电器的温度不大于第二基准电压时，恒流控制电路输出第一补偿电流对充电电流进行调节；当所述线性充电器的温度大于第二基准电压时，恒流控制电路输出的第一补偿电流以及温度调节电路输出的第二补偿电流同时对充电电流进行调节。本申请将温度调节电路作为恒流控制电路的从环路，可以在温度调节过程中线性降低充电电流，避免充电电流振荡，提高芯片的稳定性。

本申请实施例还提供了一种线性充电器，包括如上所述的线性充电电路200。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的线性充电电路或线性充电器。

应当说明，本领域普通技术人员可以理解，本文中使用的与电路运行相关的词语“期间”、“当”和“当……时”不是表示在启动动作开始时立即发生的动作的严格术语，而是在其与启动动作所发起的反应动作(reaction)之间可能存在一些小的但是合理的一个或多个延迟，例如各种传输延迟等。本文中使用词语“大约”或者“基本上”意指要素值(element)具有预期接近所声明的值或位置的参数。然而，如本领域所周知的，总是存在微小的偏差使得该值或位置难以严格为所声明的值。本领域已恰当的确定了，至少百分之十(10％)(对于半导体掺杂浓度，至少百分之二十(20％))的偏差是偏离所描述的准确的理想目标的合理偏差。当结合信号状态使用时，信号的实际电压值或逻辑状态(例如“1”或“0”)取决于使用正逻辑还是负逻辑。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。