充电电路、电源提供设备、被充电设备、充电系统及芯片

技术领域

本发明涉及充电领域，尤其涉及一种充电电路、电源提供设备、被充电设备、充电系统及芯片。

背景技术

充电截止电压是电池充电过程中的一个重要参数，是指电池上升至完成充电时的电压。若电池到达充电截止电压后若仍继续充电，即为过充电，一般对电池性能和寿命有损害。因此，在充电电路中通常需要对电池的充电截止电压进行检测，以防止过充电。

而对于充电截止电压的判断容易受到电源电压和温度的影响，容易造成无法精确检测到电池的充电截止电压。现有技术中，为了实现比较准确的充电截止电压判断，其解决方案是，在特定电压和温度下对浮充电压进行熔丝修调。然而，在修调完成之后，如果电源电压或者温度发生变化，又会引起充电截止电压的变化。

因此，在充电过程中，如何及时准确控制充电电流大小和充电截止成为亟待解决的技术问题。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种充电电路、电源提供设备、被充电设备、充电系统及芯片，以解决如何及时准确控制充电电流大小和充电截止的技术问题。

为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种充电电路，包括用于为电池充电的充电端，充电电路还包括：

充电模块，连接于电源端与充电端之间并具有一个控制端，用于将电源端提供的电源转化为充电电流输出至充电端，充电电流受控制端与电源端之间的电压差所控制；

控制模块，连接于电源端与充电模块之间并连接至充电端及控制端，用于控制电源端与控制端之间的等效电阻的大小，以控制电压差的大小，其中：

当充电端的电压小于第一预设电压时，控制模块控制电压差恒定，以使充电电流恒定；

自充电端的电压上升至第一预设电压开始，控制模块控制电压差逐渐减小，以使充电电流逐渐减小；

当充电端的电压上升至截止电压时，控制模块控制电压差减小至预设的电压差阈值，以使充电电流截止。

第二方面，本实施例还公开了一种电源提供设备，用于对外部提供充电电源，电源提供设备包括如第一方面的充电电路。

第三方面，本实施例还公开了一种被充电设备，包括：

储能单元；

如第一方面的充电电路，用于控制外部电源向储能单元的充电。

第四方面，本实施例还公开了一种充电系统，包括：

电源提供设备；

被充电设备；

如第一方面的充电电路，用于控制电源提供设备向被充电设备充电；

充电电路设置在电源提供设备中或被充电设备中。

【有益效果】

本发明实施例公开了一种充电电路，该充电电路至少包括充电模块及控制模块，充电模块向充电端输出的充电电流，且充电电流的大小受控制端与电源端之间的电压差所控制，而该控制模块则可控制电源端与控制端之间的等效电阻的大小，从而控制模块可通过控制等效电阻的大小来控制电压差的大小，进而控制充电模块向充电端输出的充电电流的大小。当电池电压较低时，也即当充电端的电压小于第一预设电压时，控制模块控制等效电阻的大小恒定不变，以使电压差的大小保持恒定不变，从而使充电电流保持恒定不变且电流较大，以对电池进行较为快速的充电。随着充电进行，电池电压逐渐升高，一旦充电端的电压上升至第一预设电压开始，充电电流就控制等效电阻的大小逐渐减小，以引起电压差的大小随之逐渐减小，从而使充电电流逐渐减小，以对电池进行较为慢速的充电。随着充电继续进行，一旦电池电压升高至截止电压，也即充电端的电压上升至截止电压，则控制模块就控制等效电阻减小至预设的电阻阈值，以引起电压差的大小减小至预设的电压差阈值，从而使充电电流减小至零，则充电停止。可见，控制模块根据充电端的电压大小，通过控制等效电阻进而控制充电电流的方式，能够在充电端电压逐渐升高的过程中，及时且准确地控制充电电流恒定、减小或截止。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例公开的充电电路的电路图一；

图2 为本实施例公开的充电电路的电路图二。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为及时准确控制充电电流大小，并在充电电压达到截止电压时及时控制充电截止，本实施例公开了一种充电电路，请参考图1，图1为本实施例公开的充电电路的电路图一。该充电电路包括电流源模块300及用于为电池充电的充电端B，充电电路还包括充电模块100和控制模块200。充电模块100通过充电端B连接电池，以为电池充电。需要说明的是，本实施例中的电池是指具有电能储蓄功能的元件。在本实施例公开的充电电路中：

充电模块100连接于电源端VDD与充电端B之间，并且充电模块100具有一个控制端C，用于将电源端VDD提供的电源转化为充电电流输出至充电端B，充电电流受控制端C与电源端VDD之间的电压差所控制。当控制端C与电源端VDD之间的电压差保持恒定时，则充电电流的大小也保持恒定；当控制端C与电源端VDD之间的电压差变化时，则会引起充电电流的大小也相应变化。例如，电压差与充电电流的大小可以为正相关或负相关。在具体实施例中，电压差与充电电流的大小为正相关。

控制模块200连接于电源端VDD与充电模块100之间并连接至充电端B及控制端C，用于控制电源端VDD与控制端C之间的等效电阻的大小，以控制电压差的大小。当电源端VDD与控制端C之间的等效电阻保持恒定时，则控制端C与电源端VDD之间的电压差也保持恒定；当电源端VDD与控制端C之间的等效电阻变化时，则会引起控制端C与电源端VDD之间的电压差也相应变化，进而引起充电电流的大小也相应变化。例如，电压差与充电电流的大小可以为正相关或负相关。在具体实施例中，电压差与充电电流的大小正相关。

具体地，当电池电量较少时，充电端B的电压小于第一预设电压，此时处于恒流充电阶段。则控制模块200控制电源端VDD与控制端C之间的等效电阻恒定，从而使电压差恒定，以使充电电流较大且恒定，从而迅速地为电池充电。

随着电池电量逐渐升高，充电端B的电压会上升至第一预设电压，进入了恒压充电阶段。自充电端B的电压上升至第一预设电压开始，控制模块200控制电源端VDD与控制端C之间的等效电阻逐渐减小，从而使电压差逐渐减小，以使充电电流逐渐减小，充电模块100以逐渐减小的充电电流为电池充电。

随着电池电量继续升高，当充电端B的电压达到上升至截止电压时，则进入充电截止阶段，控制模块200控制等效电阻减小至预设的电阻阈值，从而使电压差减小至预设的电压差阈值，以使充电电流截止，充电模块100停止为电池充电。需要说明的是，电阻阈值可以为0或其它任意预设电阻值，电压差阈值可以为0或其它任意预设电压值。

本发明实施例公开了一种充电电路，该充电电路至少包括充电模块100及控制模块200，充电模块100向充电端B输出的充电电流，且充电电流的大小受控制端C与电源端之间的电压差所控制，而该控制模块200则可控制电源端与控制端C之间的等效电阻的大小，从而控制模块200可通过控制等效电阻的大小来控制电压差的大小，进而控制充电模块100向充电端B输出的充电电流的大小。当电池电压较低时，也即当充电端B的电压小于第一预设电压时，控制模块200控制等效电阻的大小恒定不变，以使电压差的大小保持恒定不变，从而使充电电流保持恒定不变且电流较大，以对电池进行较为快速的充电。随着充电进行，电池电压逐渐升高，一旦充电端B的电压上升至第一预设电压开始，充电电流就控制等效电阻的大小逐渐减小，以引起电压差的大小随之逐渐减小，从而使充电电流逐渐减小，以对电池进行较为慢速的充电。随着充电继续进行，一旦电池电压升高至截止电压，也即充电端B的电压上升至截止电压，则控制模块200就控制等效电阻减小至预设的电阻阈值，以引起电压差的大小减小至预设的电压差阈值，从而使充电电流减小至零，则充电停止。可见，控制模块200根据充电端B的电压大小，通过控制等效电阻进而控制充电电流的方式，能够在充电端B电压逐渐升高的过程中，及时且准确地控制充电电流恒定、减小或截止。

请参考图2，图1为本实施例公开的充电电路的电路图二。在本发明实施例中，充电模块100包括镜像子模块110和电压采集子模块232。其中，镜像子模块110包括受控制端C控制的被镜像支路112及镜像支路111。镜像支路111连接在电源端VDD与充电端B之间，用于向充电端B输出充电电流。

通过镜像支路111与被镜像支路112的设计，使得控制模块200不仅能够通过控制端C来控制充电电流的大小，还能通过镜像原理来保证充电电流的稳定性和控制精确度，还能够通过控制被镜像支路112的电流大小来影响镜像支路111向充电端B提供的充电电流的大小，从而进一步保证了充电电流的控制精细度和稳定性。

在一些实施例中，电压采集子模块232被镜像支路112与电压采集子模块232按顺序串联在电源端VDD与地之间，用于产生被镜像支路111镜像的镜像电流，电压采集子模块232远离地的一端形成一个电压采集端A。控制模块200连接电压采集端A，以使得控制模块200能够及时采集到电压采集端A的电压信息，从而根据电压采集端A的电压信息准确得到充电电流的大小，以进一步提高充电电流大小控制的精准度。

在一些实施例中，充电模块100还包括钳位模块250，钳位模块250连接于被镜像支路112的低电位端D与充电端B之间，用于钳位低电位端D的电压与充电端B的电压。设置钳位模块250，能够有效保证被镜像支路112的低电位端D与充电端B的电位保持一致，也就保证了充电电流与镜像电流的一致性，从而进一步提高了控制充电电流的准确性。

在一些具体实施例中，被镜像支路112包括晶体管M9，镜像支路111包括晶体管M10，电压采集子模块232包括电阻R2，钳位模块250包括放大器OTA2和晶体管M11。其中，晶体管M9的控制端与晶体管M10的控制端均连接控制端C，且晶体管M9的第一极与晶体管M10的第一极均连接电源端VDD，晶体管M9的第二极也就是低电位端D；放大器OTA2的正向输入端同时连接晶体管M11的第一极和低电位端D，放大器OTA2的反向输入端连接晶体管M10的第二极及充电端B；晶体管M11的第二极通过电阻R2接地，晶体管M11与电阻R2的公共连接点为电压采集端A。

在本发明优选实施例中，充电电路还包括电压采样模块400，电压采样模块400连接于充电端B与地GND之间，用于对充电端B的电压进行分压采样，以得到采样电压。

通过对充电端B的电压进行分压采样，能够使得通过分压采样的方式得到电池的采样电压，使得采样电压与多个分压电阻之间的比例关联，而非与分压电阻的绝对值关联，也就使得电源电压和温度对采样电阻的影响通过分压电阻的相对关系而抵消，从而避免了温度和电源电压等因素对于检测采样电压的影响，也就提高了检测采样电压的准确度。因此，本实施例公开的电压采样模块400能够避免温度和电源电压的影响，从而提高了对于充电端B的电压进行检测的准确性。

在具体实施例中，电压采样模块400包括串联连接的电阻R3和电阻R4，电阻R3与电阻R4之间的公共连接节点E与控制模块200连接，以使控制模块200能够接收采样电压的信息。

在具体实施例中，电阻R3和电阻R4为同类型的电阻，从而保证了在同一环境中，温度和电源电压对于电阻R3和电阻R4的影响一致，进而使得温度等因素对电阻R3和电阻R4的产生影响几乎可完全抵消，也就避免了电源电压和温度等因素对充电截止电压的影响。

例如，电阻R3和电阻R4的电阻值比例为1：1，当温度等因素的变化导致电阻R3的电阻值成为原电阻值的1.2倍时，由于电阻R4亦在相同的影响因素下，故电阻R4的电阻值也会成为原电阻值的1.2倍，那么电阻R3和电阻R4的电阻值比例仍然为1：1。而由于采样电压仅与电阻R3和电阻R4的电阻值比例相关，而与电阻R3和电阻R4各自的电阻值无关，故采样电压不会受到温度等因素的影响，也就保证了检测采样电压的准确性，从而进一步保证了充电电流控制的准确性。

在本实施例中，控制模块200包括电阻可变模块210、恒流源模块220和电阻控制模块240。其中，电阻可变模块210连接于电源端VDD与控制端C之间，电阻可变模块210的电阻为可变电阻且电阻可变模块210上的压降为电压差。电阻可变模块210的电阻也就是电源端VDD与控制端C之间的等效电阻，电阻可变模块210的电阻与电阻可变模块210上的压降正相关或负相关。在本发明具体实施例中，自电源端VDD经电阻可变模块210流向控制端C的电流。

在本实施例中，恒流源模块220连接于控制端C与地GND之间，用于使自电源端VDD经电阻可变模块210流向控制端C的电流保持恒定。在具体实施例中，恒流源模块220包括电流源Icom。

由于恒流源模块220能够保证自电源端VDD经电阻可变模块210流向控制端C的电流保持恒定，则流经电阻可变模块210的电流也保持恒定，也就保证了电阻可变模块210的电阻与电阻可变模块210上的压降成正比例关系。当电阻可变模块210的电阻恒定时，则电阻可变模块210上的压降也保持恒定，从而镜像支路111的控制端电压和被镜像支路112的控制端电压均保持恒定，使得镜像电流与充电电流均保持恒定；当电阻可变模块210的电阻变小时，会引起电阻可变模块210上的压降减小，进而也就会引起镜像支路111和被镜像支路112的控制端电压逐渐增大，从而引起充电电流逐渐减小。

在一些实施例中，电阻控制模块240连接于充电模块100与电阻可变模块210之间，用于自充电端B的电压上升至第一预设电压开始，控制可变电阻变小，并使可变电阻大小与充电电流的大小正相关。电阻控制模块根据充电端B的电压大小及充电电流的大小控制电阻控制模块240的电阻大小，进而控制充电电流的大小，能够使得充电电流的大小控制与充电电流的大小及充电端B的电压大小相关联，从而能够有效避免充电端B的电压过高或过低的问题，进一步提高了充电电流控制的准确性和安全性。

在本发明实施例中，电阻可变模块210包括分别连接于电源端VDD与控制端C之间的第一分流支路211和第二分流支路212，第一分流支路211和第二分流支路212并联连接。当充电端B的电压小于第一预设电压时，第一分流支路211完全导通且第二分流支路212断开，可变电阻保持恒定，以使得电压差保持恒定，从而充电电流保持恒定。自充电端B的电压上升至第一预设电压开始，第一分流支路211逐渐断开且第二分流支路212逐渐导通，以使可变电阻逐渐减小，以使得电压差以使得电压差逐渐减小，从而充电电流也随之逐渐减小。当充电端B的电压上升至截止电压时，第一分流支路211完全断开且第二分流支路212完全导通，以使可变电阻减小至预设的电阻阈值，从而电压差减小至预设的电压阈值，进而使得镜像支路111的控制端电压增大，也就是晶体管M10的控制端与第一极之间的电压差小于晶体管M10的开启电压，从而使得晶体管M10断开，充电电流截止，则充电截止。

在具体实施例中，第一分流支路211包括晶体管M8，第二分流支路212包括晶体管M6，晶体管M8的具体阻值与晶体管M6的具体阻值可根据晶体管M9和晶体管M10的实际参数设置，只要满足晶体管M6的导通电阻小于晶体管M8的导通电阻，以使得晶体管M6完全导通且晶体管M8完全断开时的电压差小于晶体管M10的开启电压即可。

在本发明实施例中，电阻控制模块240包括第一分流控制子模块241和第二分流控制子模块242。其中，第一分流控制子模块241连接于电流采样端A与第一分流支路211的控制端之间；第二分流控制子模块242连接于充电端B与第二分流支路212控制端之间并连接至该第一预设电压。需要说明的是，第二分流控制子模块242直接连接充电端B或通过电压采样模块400连接充电端B均可。在优选实施例中，第二分流控制子模块242通过电压采样模块400连接充电端B，也即。

自充电端B的电压上升至第一预设电压开始，第二分流控制子模块242控制第二分流支路212逐渐导通，以使可变电阻逐渐减小，导致镜像电流减小，以引起第一分流控制子模块241控制第一分流支路211逐渐关断，而使可变电阻减小至预设的电阻阈值。

在具体实施例中，第一分流控制子模块241包括跨导放大器OTA3，跨导放大器OTA3的反向输入端连接电流采样端A以接收电流采样端A的电压，跨导放大器OTA3的正向输入端接收第二参考电压VREF_CC。当电池电量较少而处于恒流充电阶段时，充电电流较大，此时镜像电流也是相应较大的，则电流采样端A的电压也较大，当电流采样端A的电压与第二参考电压VREF_CC一致时，跨导放大器OTA3控制晶体管M8完全导通；当电池电量逐渐增大进入恒压充电阶段时，当充电电流逐渐减小时，此时镜像电流也是相应逐渐减小的，则电流采样端A的电压也逐渐减小，从而跨导放大器OTA3控制晶体管M8的导通能力逐渐减弱。

在具体实施例中，第二分流控制子模块242包括跨导放大器OTA1，跨导放大器OTA1的反向输入端连接公共连接节点E以接收采样电压，跨导放大器OTA1的正向输入端接收第一参考电压VREF_CV。当电池电量较少而处于恒流充电阶段时，充电端B的电压较低，则采样电压较小，此时采样电压远小于第一参考电压VREF_CV，则跨导放大器OTA1控制晶体管M6完全断开；当电池电量逐渐增大进入恒压充电阶段时，此时采样电压逐渐增大，跨导放大器OTA1控制晶体管M6的导通能力逐渐增强，晶体管M6分流晶体管M8；当电池电量上升至截止电压时，跨导放大器OTA1控制晶体管M6完全导通，此时跨导放大器OTA3控制晶体管M8完全断开，则晶体管M6短路晶体管M8。晶体管M6的导通电阻小于晶体管M8，则晶体管M6完全导通且晶体管M8完全断开时的等效电阻小于晶体管M8完全导通且晶体管M6完全断开时的等效电阻，也即晶体管M6完全导通且晶体管M8完全断开时的电压差小于晶体管M8完全导通且晶体管M6完全断开时的电压差。可见，从晶体管M8完全导通且晶体管M6完全断开至晶体管M6完全导通且晶体管M8完全断开，等效电阻是逐渐减小的，电压差也是逐渐减小的，晶体管M9和晶体管M10的导通能力逐渐减弱，镜像电流和充电电流均逐渐减小，直至充电端B的电压增大至截止电压时，晶体管M9和晶体管M10完全断开，镜像电流和充电电流均减小为零，充电截止。

在本实施例中，充电电路还包括电流源模块300，电流源模块300用于向电阻控制模块240提供工作电流。

在具体实施例中，电流源模块300包括电流源子模块320和尾电流子模块310。其中，电流源子模块320用于产生稳定的基准电流；尾电流子模块310用于镜像基准电流，以向控制模块200提供控制模块200工作所需的偏置电流。

在具体实施例中，尾电流子模块310包括第一尾电流支路311和第二尾电流支路312。其中，第一尾电流支路311用于镜像基准电流，以得到并向第一分流控制子模块241提供第一偏置电流It1；第二尾电流支路312用于镜像基准电流，以得到并向第二分流控制子模块242提供第二偏置电流It2。

综上所述，电流源子模块320产生稳定的基准电流，第一尾电流支路311和第二尾电流支路312分别镜像基准电流以得到稳定的第一偏置电流It1和第二偏置电流It2，跨导放大器OTA1接收第一偏置电流It1以使得跨导放大器OTA1能够控制晶体管M6的导通能力，跨导放大器OTA3接收第二偏置电流It2以使得跨导放大器OTA3能够控制晶体管M8的导通能力。

当电池电量较少时，充电端B的电压小于第一预设电压，则采样电压远小于第二参考电压VREF_CV，则跨导放大器OTA1控制晶体管M6完全断开；此时，电流采样端A的电压与第一参考电压VREF_CC一致，则跨导放大器OTA3控制晶体管M8完全导通。在此恒流充电阶段，晶体管M6保持完全断开且晶体管M8保持完全导通，以使得等效电阻的大小不变，且恒流源Icom的电流大小恒定且完全流经晶体管M8，从而使得电阻可变模块210上的压降保持恒定，也就是电压差保持恒定，进而使得晶体管M9和晶体管M10的导通能力恒定，则镜像电流和充电电流均保持恒定。

随着电池电量逐渐升高，直至充电端B的电压上升至第一预设电压，自充电端B的电压达到第一预设电压开始，采样电压远逐渐接近第二参考电压VREF_CV，则跨导放大器OTA1控制晶体管M6逐渐导通，从而使得恒流源Icom的电流有一部分流经晶体管M6，由于晶体管M6与晶体管M8并联连接，故等效电阻逐渐减小，以使得电阻可变模块210上的压降电阻可变模块210上的压降，也就是电压差逐渐减小，从而晶体管M9和晶体管M10的导通能力减弱，则镜像电流和充电电流均逐渐减小；此外，电流采样端A的电压也逐渐减小，从而跨导放大器OTA3控制晶体管M8的导通能力逐渐减小，从而使得流经晶体管M8的电流进一步逐渐减少而流经晶体管M6的电流晶体管M6逐渐增大。在此恒压充电阶段，晶体管M6逐渐导通且晶体管M8逐渐断开，以使得等效电阻逐渐减小，且恒流源Icom的电流大小恒定且流经晶体管M6和晶体管M8，从而电压差保持恒定，镜像电流和充电电流均逐渐减小。

随着电池电量继续升高，当充电端B的电压上升至截止电压时，采样电压上升至与第二参考电压VREF_CV一致，则跨导放大器OTA1控制晶体管M6完全导通；此时，电流采样端A的电压远小于第一参考电压VREF_CC，则跨导放大器OTA3控制晶体管M8完全断开，从而恒流源Icom的电流完全流经晶体管M6。在此充电截止阶段，晶体管M6完全导通且晶体管M8完全断开，以使得等效电阻减小至电阻阈值，从而使得电阻可变模块210上的压降减小至电压差阈值，也就是电压差减小至电压差阈值，进而使得晶体管M9和晶体管M10无法导通，则镜像电流和充电电流均减小为零，从而充电立即截止。

本发明实施例还公开了一种电源提供设备，用于对外部提供充电电源，电源提供设备包括上述的充电电路。

本发明实施例还公开了一种被充电设备，包括储能单元和充电电路。其中，充电电路为上述的充电电路，用于控制外部电源向储能单元的充电。

在具体实施例中，被充电设备为耳机和/或耳机充电盒。

本发明实施例还公开了一种充电系统，包括电源提供设备和被充电设备，充电电路设置在电源提供设备中或被充电设备中。

其中，充电电路为上述的充电电路，用于控制电源提供设备向被充电设备充电。

本发明实施例还公开了一种用于控制充电的芯片，包括上述的充电电路。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。