CN104638722B

CN104638722B - 基于数字控制的电池充电系统及其控制电路

Info

Publication number: CN104638722B
Application number: CN201510051503.6A
Authority: CN
Inventors: 徐敏; 赵启明; 李小青
Original assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Current assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2035-02-02
Also published as: CN104638722A; US20160226264A1; TWI600250B; US10381854B2; TW201630301A

Abstract

本发明提出了一种电池充电系统及其控制电路。电池充电系统包括具有第一开关管的开关电路，控制电路包括多个模拟控制环路和数字控制单元，其中每个模拟控制环路根据相应的反馈信号、参考信号以及斜坡补偿信号产生一具有高低电平的环路控制信号，数字控制单元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。与现有技术相比，数字化的控制电路参数设计简单，可靠性好，并且具有更强的可移植性。

Description

基于数字控制的电池充电系统及其控制电路

技术领域

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

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L1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Vx1增大。误差放大器A1接收反馈信号Vx1与电池电压参考信号REF1，输出两者的误差放大信号Vcom1。当反馈信号Vx1继续增大，使误差放大信号Vcom1小于峰值信号PK时，比较器CP输出信号复位RS触发器FF0，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FF0时，下一个开关周期开始。

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Vcom1～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

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。

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。

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。

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。

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。

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

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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1的整数。模拟控制环路24_1～24_N分别接收参考信号Ref1～RefN、反馈信号FB1～FBN、斜坡补偿信号Ramp，并相应的产生多个环路控制信号Ct1～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Ct1～CtN，并根据环路控制信号Ct1～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DRef1～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DRef1～DRefN，并经过数模转换，根据数字参考信号DRef1～DRefN产生相应的参考信号Ref1～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。

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S1，开关S2，电感器L1以及电容器C1。开关S1和开关S2可以是任意可控的半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结型场效应晶体管(JFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。开关S1的一端耦接至开关电路21的输入端口In，开关S1的另一端和开关S2的一端耦接，开关S2的另一端耦接至系统地。电感器L1的一端耦接至开关S1和开关S2的公共端，电感器L1的另一端耦接至电容器C1的一端，电容器C1的另一端耦接至系统地。电感器L1和电容器C1的公共端耦接至开关电路21的输出端口Out。

控制电路22包括数模转换单元23_1、数模转换单元23_2、数模转换单元23_3、数模转换单元23_4、模拟控制环路24_1、模拟控制环路24_2、模拟控制环路24_3、模拟控制环路24_4、数字控制单元25、以及斜坡产生单元26。图3所示的控制电路22以四个数模转换单元及四个模拟控制环路为例进行说明，然而本领域技术人员可知，控制电路22可以根据具体应用包括任意数量的数模转换单元及任意数量的模拟控制环路。

数模转换单元23_1接收数字参考信号DRef1，经过数模转换，产生参考信号Ref1。数模转换单元23_2接收数字参考信号DRef2，经过数模转换，产生参考信号Ref2。数模转换单元23_3接收数字参考信号DRef3，经过数模转换，产生参考信号Ref3。数模转换单元23_4接收数字参考信号DRef4，经过数模转换，产生参考信号Ref4。

在一个实施例中，模拟控制环路24_1为输入电压控制环路，反馈信号FB1为输入电压反馈信号，参考信号Ref1为输入电压参考信号，环路控制信号Ct1为输入电压环路控制信号。作为输入电压控制环路的模拟控制环路24_1包括运算电路241和比较电路242。运算电路241的一个输入端接收反馈信号FB1，另一个输入端接收斜坡补偿信号Ramp，输出端输出反馈信号FB1和斜坡补偿信号Ramp相减的信号(FB1-Ramp)。比较电路242具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其反相输入端耦接至运算电路241的输出端，其同相输入端耦接至数模转换单元23_1的输出端以接收参考信号Ref1，其输出端产生环路控制信号Ct1以控制输入电压。在一个实施例中，模拟控制环路24_2为输入电流控制环路，反馈信号FB2为输入电流反馈信号，参考信号Ref2为输入电流参考信号，环路控制信号Ct2为输入电流环路控制信号。作为输入电流控制环路的模拟控制环路24_2包括运算电路243和比较电路244。运算电路243的一个输入端接收反馈信号FB2，另一个输入端接收斜坡补偿信号Ramp，输出端输出反馈信号FB2和斜坡补偿信号Ramp相叠加的信号(FB2+Ramp)。比较电路244具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其同相输入端耦接至运算电路243的输出端，其反相输入端耦接至数模转换单元23_2的输出端以接收参考信号Ref2，其输出端产生环路控制信号Ct2以控制输入电流。在一个实施例中，模拟控制环路24_3为电池电压控制环路，反馈信号FB3为电池电压反馈信号，参考信号Ref2为电池电压参考信号，环路控制信号Ct2为电池电压环路控制信号。作为电池电压控制环路的模拟控制环路24_3包括运算电路245和比较电路246。运算电路245的一个输入端接收反馈信号FB3，另一个输入端接收斜坡补偿信号Ramp，输出端输出反馈信号FB3和斜坡补偿信号Ramp相叠加的信号(FB3+Ramp)。比较电路246具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其同相输入端耦接至运算电路245的输出端，其反相输入端耦接至数模转换单元23_3的输出端以接收参考信号Ref3，其输出端产生环路控制信号Ct3以控制电池电压。在一个实施例中，模拟控制环路24_4为充电电流控制环路，反馈信号FB4为充电电流反馈信号，参考信号Ref4为充电电流参考信号，环路控制信号Ct4为充电电流环路控制信号。作为充电电流控制环路的模拟控制环路24_4包括运算电路247和比较电路248。运算电路247的一个输入端接收反馈信号FB4，另一个输入端接收斜坡补偿信号Ramp，输出端输出反馈信号FB4和斜坡补偿信号Ramp相叠加的信号(FB4+Ramp)。比较电路248具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其同相输入端耦接至运算电路247的输出端，其反相输入端耦接至数模转换单元23_4的输出端以接收参考信号Ref4，其输出端产生环路控制信号Ct4以控制充电电流。图3所示实施例中，各模拟控制环路采用同一个斜坡信号Ramp。然而本领域普通技术人员应该知道，各模拟控制环路可以采用同相但具有不同幅值的斜坡信号，也就是具有不同的斜率的斜坡补偿信号。

数字控制单元25包括或门电路251以及RS触发电路252。或门电路251具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和输出端，其第一输入端耦接至比较电路242的输出端以接收环路控制信号Ct1，第二输入端耦接至比较电路244的输出端以接收环路控制信号Ct2，第三输入端耦接至比较电路246的输出端以接收环路控制信号Ct3，第四输入端耦接至比较电路248的输出端以接收环路控制信号Ct4，输出端产生复位信号Reset。RS触发电路252具有置位端S、复位端R、同相输出端Q、以及反相输出端/Q，其置位端S接收固定时长控制信号TCON，复位端R耦接至或门电路251的输出端，同相输出端Q产生开关控制信号PWM1以控制开关S1的导通及关断，反相输出端/Q产生开关控制信号PWM2以控制开关S2的导通及关断。当环路控制信号Ct1～Ct4中的一个变为高电平时，相应的模拟控制环路起作用，开关控制信号PWM1控制开关S1关断。在一个实施例中，固定时长控制信号TCON用来控制开关S1的导通时刻，从而控制开关S1的关断时间长度等于一恒定值。在一个实施例中，开关S1和开关S2互补导通。数字控制单元25还输出数字斜坡控制信号CRA以及数字参考信号DRef1～DRef4。在一个实施例中，数字斜坡控制信号CRA以及数字参考信号DRef1～DRef4可以是预设在数字控制单元25内部存储单元中的值，也可以通过例如串行总线(I2C)、电源管理总线(PMBus)、系统管理总线(SMBus)等通讯总线设置，还可以通过数字控制单元25实时计算得到。

在图3所示的实施例中，模拟控制环路24_1～24_4通过比较电路输出具有高低电平的环路控制信号Ct1～Ct4，电路结构简单，不需要复杂的运算放大电路及补偿网络。在环路控制信号Ct1～Ct4中的一个变为高电平时，数字控制单元25通过或门电路251自动选择相应的模拟控制环路起作用以控制开关S1的关断时刻，从而实现各模拟控制环路之间的自动选择与切换。

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。斜坡产生单元26包括开关S3、电流源CS以及电容器C2。电容器C2具有第一端和第二端，其第一端耦接至电流源CS以接收电流源CS提供的充电电流，第二端耦接至系统地，电容器C2在其第一端产生斜坡补偿信号Ramp。开关S3和电容器C2并联连接，也就是开关S3的第一端耦接至电容器C2的第一端，开关S3的第二端耦接至电容器C2的第二端，开关S3的控制端接收开关控制信号PWM1，使得开关S3在开关控制信号PWM1的控制下导通及关断。在一个实施例中，当开关控制信号PWM1导通开关S1时，开关S3在开关控制信号PWM1的控制下关断，电流源CS对电容器C2充电，斜坡补偿信号Ramp以一定的斜率增大；当开关控制信号PWM1关断开关S1时，开关S3在开关控制信号PWM1的控制下导通，从而电容器C2通过开关S3放电，斜坡补偿信号Ramp复位至零电位。在一个实施例中，斜坡产生单元26根据数字斜坡控制信号CRA调整电流源CS提供的充电电流的大小，以调整斜坡补偿信号Ramp增大的斜率，从而控制斜坡补偿信号Ramp的幅值。在一个实施例中，斜坡产生单元26也可以根据数字斜坡控制信号CRA调整电容器C2的电容大小，以调整斜坡补偿信号Ramp增大的斜率，从而控制斜坡补偿信号Ramp的幅值。

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。如图5所示，电池充电系统200b进一步包括模数转换单元27。模数转换单元27包括选择电路271以及模数转换电路272。选择电路271接收反馈信号FB1～FB4，并根据控制信号CTRL选择反馈信号FB1～FB4中的一个在其输出端输出。模数转换电路272的输入端耦接至选择电路271的输出端，模数转换电路272的输出端输出经过模数转换之后的数字信号DFB。其中控制信号CTRL用来控制模数转换的转换时序。

在图5所示的实施例中，数字控制单元25进一步包括选择模块253、运算模块254、数字补偿环路255、输出模块256、运算模块257～259、以及运算模块250。选择模块253接收数字参考信号DRef1～DRef4，并根据控制信号CTRL选择数字参考信号DRef1～DRef4中的一个在其输出端输出数字参考信号DRef。运算模块254的一个输入端耦接至模数转换电路272的输出端以接收数字信号DFB，运算模块254的另一个输入端耦接至选择模块253的输出端以接收数字参考信号DRef，运算模块254的输出端根据数字参考信号DRef和数字信号DFB之间的差值(DRef-DFB)输出数字误差信号Der。数字补偿环路255耦接至运算模块254的输出端以接收数字误差信号Der，并经过数字补偿算法得到误差校正信号Vc。数字补偿算法例如可以采用比例积分(PI)控制、比例积分微分(PID)控制、非线性控制、模糊控制等任意适合的控制算法。输出模块256耦接至数字补偿环路255的输出端，并根据控制信号CTRL和误差校正信号Vc，产生误差校正信号Vc1～Vc4。本领域技术人员可以理解，误差校正信号Vc1～Vc4可正可负。在控制信号CTRL的控制下，当模数转换电路272根据反馈信号FB1产生数字信号DFB时，选择模块253选择相应的数字参考信号DRef1输出，从而数字补偿环路255根据数字参考信号DRef1和反馈信号FB1得到误差校正信号Vc，输出模块256将误差校正信号Vc作为误差校正信号Vc1输出至运算模块257以校正数字参考信号DRef1；当模数转换电路272根据反馈信号FB2产生数字信号DFB时，选择模块253选择相应的数字参考信号DRef2输出，从而数字补偿环路255根据数字参考信号DRef2和反馈信号FB2得到误差校正信号Vc，输出模块256将误差校正信号Vc作为误差校正信号Vc2输出至运算模块258以校正数字参考信号DRef2；当模数转换电路272根据反馈信号FB3产生数字信号DFB时，选择模块253选择相应的数字参考信号DRef3输出，从而数字补偿环路255根据数字参考信号DRef3和反馈信号FB3得到误差校正信号Vc，输出模块256将误差校正信号Vc作为误差校正信号Vc3输出至运算模块259以校正数字参考信号DRef3；当模数转换电路272根据反馈信号FB4产生数字信号DFB时，选择模块253选择相应的数字参考信号DRef4输出，从而数字补偿环路255根据数字参考信号DRef4和反馈信号FB4得到误差校正信号Vc，输出模块256将误差校正信号Vc作为误差校正信号Vc4输出至运算模块250以校正数字参考信号DRef4。运算模块257的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc1，运算模块257的另一个输入端接收数字参考信号DRef1，运算模块257的输出端输出数字参考信号DRef1和误差校正信号Vc1之和(DRef1+Vc1)至数模转换单元23_1的输入端，数模转换单元23_1经过数模转换，输出参考信号Ref1。运算模块258的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc2，运算模块258的另一个输入端接收数字参考信号DRef2，运算模块258的输出端输出数字参考信号DRef2和误差校正信号Vc2之和(DRef2+Vc2)至数模转换单元23_2的输入端，数模转换单元23_2经过数模转换，输出参考信号Ref2。运算模块259的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc3，运算模块259的另一个输入端接收数字参考信号DRef3，运算模块259的输出端输出数字参考信号DRef3和误差校正信号Vc3之和(DRef3+Vc3)至数模转换单元23_3的输入端，数模转换单元经过数模转换，输出参考信号Ref3。运算模块250的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc4，运算模块250的另一个输入端接收数字参考信号DRef4，运算模块250的输出端输出数字参考信号DRef4和误差校正信号Vc4之和(DRef4+Vc4)至数模转换单元23_4的输入端，数模转换单元23_4经过数模转换，输出参考信号Ref4。

数字控制单元25产生误差校正信号Vc1～Vc4，并将误差校正信号Vc1～Vc4和相应的数字参考信号Dref1～Dref4相叠加，从而得到校正后的参考信号Ref1～Ref4，以消除因斜坡信号Ramp等而引入的静态误差。在图5所示的实施例中，数字控制单元25通过一个数字补偿环路255即可以实现对四路参考信号Ref1～Ref4的校正，不需要复杂的参数设计，电路结构简单，可移植性强。

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。图6所示波形从上至下依次为开关控制信号PWM1、反馈信号FB1、参考信号Ref1与斜坡补偿信号Ramp之和(Ref1+Ramp)、参考信号Ref2、反馈信号FB2与斜坡补偿信号Ramp之和(FB2+Ramp)、参考信号Ref3、反馈信号FB3与斜坡补偿信号Ramp之和(FB3+Ramp)、参考信号Ref4、反馈信号FB4与斜坡补偿信号Ramp之和(FB4+Ramp)。在T1时刻，开关控制信号PWM1变为高电平以导通开关S1，斜坡信号Ramp以一定的斜率增大。直至T2时刻，反馈信号FB4与斜坡补偿信号Ramp之和(FB4+Ramp)大于参考信号Ref4，环路控制信号Ct4翻转，变为高电平。此时，参考信号Ref1与斜坡补偿信号Ramp之和(Ref1+Ramp)小于反馈信号VFB1，环路控制信号Ct1为低电平；反馈信号FB2与斜坡补偿信号Ramp之和(FB2+Ramp)小于参考信号Ref2，环路控制信号Ct2为低电平；模拟控制环路24_3中反馈信号FB3与斜坡补偿信号Ramp之和(FB3+Ramp)小于参考信号Ref3，环路控制信号Ct3为低电平。从而，数字控制单元25自动根据模拟控制环路24_4控制开关S1的关断时刻。或门电路251在高电平的环路控制信号Ct4的作用下输出的高电平的复位信号Reset以复位RS触发电路252，开关控制信号PWM1变为低电平以关断开关S1，斜坡补偿信号Ramp迅速复位至零。在T3时刻，开关S1的关断时长T_off达到固定时长控制信号TCON预设的值，开关控制信号PWM1变为高电平以导通开关S1，下一个开关周期开始。上述为模拟控制环路24_4起作用时的工作过程，本领域技术人员可知，模拟控制环路24_1～24_3起作用时的工作过程与此类似，为简单起见，此处不再叙述。

可见，上述电池充电系统200b的电路结构可以方便的实现对各模拟控制环路的自动选择与切换，并且避免了运算放大器的使用，设计简单，可以避免模拟控制环路之的误切换。

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。和电池充电系统200b的区别在于，电池充电系统200c自动选择模拟控制环路24_1～24_4中的一个控制开关S1的导通时刻。

具体的，模拟控制环路24_1包括运算电路641和比较电路642。运算电路641接收反馈信号FB1和斜坡补偿信号Ramp，并输出反馈信号FB1和斜坡补偿信号Ramp相加的信号(FB1+Ramp)。比较电路642具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其反相输入端耦接至数模转换单元23_1的输出端以接收参考信号Ref1，其同相输入端耦接至运算电路641的输出端，其输出端产生环路控制信号Ct1。模拟控制环路24_2包括运算电路643和比较电路644。运算电路643接收反馈信号FB2和斜坡补偿信号Ramp，并输出反馈信号FB2和斜坡补偿信号Ramp相减的信号(FB2-Ramp)。比较电路644具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其同相输入端耦接至数模转换单元23_2的输出端以接收参考信号Ref2，其反相输入端耦接至运算电路643的输出端，其输出端产生环路控制信号Ct2。模拟控制环路24_3包括运算电路645和比较电路646。运算电路645接收反馈信号FB3和斜坡补偿信号Ramp，并输出反馈信号FB3和斜坡补偿信号Ramp相减的信号(FB3-Ramp)。比较电路646具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其同相输入端耦接至数模转换单元23_3的输出端以接收参考信号Ref3，其反相输入端耦接至运算电路645的输出端，其输出端产生环路控制信号Ct3。模拟控制环路24_4包括运算电路647和比较电路648。运算电路647接收反馈信号FB4和斜坡补偿信号Ramp，并输出反馈信号FB4和斜坡补偿信号Ramp相减的信号(FB4-Ramp)。比较电路648具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其同相输入端耦接至数模转换单元23_4的输出端以接收参考信号Ref4，其反相输入端耦接至运算电路647的输出端，其输出端产生环路控制信号Ct4。

数字控制单元25包括与门电路651以及RS触发电路652。与门电路651具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和输出端，其第一输入端耦接至比较电路642的输出端以接收环路控制信号Ct1，第二输入端耦接至比较电路644的输出端以接收环路控制信号Ct2，第三输入端耦接至比较电路646的输出端以接收环路控制信号Ct3，第四输入端耦接至比较电路648的输出端以接收环路控制信号Ct4，输出端输出置位信号Set。RS触发电路652具有置位端S、复位端R、同相输出端Q、以及反相输出端/Q，其置位端S耦接至与门电路651的输出端，复位端R接收固定时长控制信号TCON，同相输出端Q产生开关控制信号PWM1以控制开关S1的导通及关断，反相输出端/Q产生开关控制信号PWM2以控制开关S2的导通及关断。在环路控制信号Ct1～Ct4均变为高电平时，与最后一个变为高电平的环路控制信号相对应的模拟控制环路起作用，控制开关S1导通。固定时长控制信号TCON用来控制开关S1的关断，从而控制开关S1的导通时间长度等于一恒定值。在一个实施例中，开关S1和开关S2互补导通。数字控制单元25还输出数字斜坡控制信号CRA以及数字参考信号DRef1～DRef4。

在一个实施例中，电池充电系统200c根据数字参考信号DRef1和误差校正信号Vc1之差(DRef1-Vc1)产生参考信号Ref1，根据数字参考信号DRef2和误差校正信号Vc2之差(DRef2-Vc2)产生参考信号Ref2，根据数字参考信号DRef3和误差校正信号Vc3之差(DRef3-Vc3)产生参考信号Ref3，以及根据数字参考信号DRef4和误差校正信号Vc4之差(DRef4-Vc4)产生参考信号Ref4。本领域技术人员可以理解，误差校正信号Vc1～Vc4可正可负。误差校正信号Vc1～Vc4用以校正相应的数字参考信号DRef1～DRef4以消除因斜坡信号Ramp等而引入的静态误差。具体的，数字控制单元25包括运算模块657～659，以及运算模块650。运算模块657的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc1，运算模块657的另一个输入端接收数字参考信号DRef1，运算模块657的输出端输出数字参考信号DRef1和误差校正信号Vc1之差(DRef1-Vc1)至数模转换单元23_1的输入端，数模转换单元23_1经过数模转换，输出参考信号Ref1。运算模块658的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc2，运算模块658的另一个输入端接收数字参考信号DRef2，运算模块658的输出端输出数字参考信号DRef2和误差校正信号Vc2之差(DRef2-Vc2)至数模转换单元23_2的输入端，数模转换单元23_2经过数模转换，输出参考信号Ref2。运算模块659的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc3，运算模块659的另一个输入端接收数字参考信号DRef3，运算模块659的输出端输出数字参考信号DRef3和误差校正信号Vc3之差(DRef3-Vc3)至数模转换单元23_3的输入端，数模转换单元23_3经过数模转换，输出参考信号Ref3。运算模块650的一个输入端耦接至输出模块256以接收误差校正信号Vc4，运算模块650的另一个输入端接收数字参考信号DRef4，运算模块650的输出端输出数字参考信号DRef4和误差校正信号Vc4之差(DRef4-Vc4)至数模转换单元23_4的输入端，数模转换单元23_4经过数模转换，输出参考信号Ref4。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims

1.一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根据多个环路控制信号的逻辑状态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，并根据所述固定时长控制信号控制第一开关管的关断时刻；其中

根据多个环路控制信号的逻辑状态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包括：

在多个环路控制信号均变为高电平时，与最后一个变为高电平的环路控制信号相对应的模拟控制环路起作用，控制第一开关管导通。

2.如权利要求1所述的控制电路，其中每个模拟控制环路包括：

运算电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收相应的反馈信号，第二输入端接收斜坡补偿信号；以及

比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至运算电路的输出端，第二输入端接收参考信号，输出端根据反馈信号、斜坡补偿信号以及参考信号产生环路控制信号。

3.如权利要求1所述的控制电路，其中所述数字控制单元还包括：

与门电路，具有多个输入端和输出端，其中多个输入端分别耦接至多个模拟控制环路以接收各模拟控制环路产生的环路控制信号，输出端根据多个环路控制信号产生置位信号；以及

RS触发电路，具有置位端、复位端以及输出端，其中置位端耦接至与门电路的输出端以接收置位信号，复位端接收固定时长控制信号，输出端根据固定时长控制信号和置位信号产生开关控制信号；其中

所述固定时长控制信号控制第一开关管的导通时长。

4.如权利要求1所述的控制电路，其中所述数字控制单元还产生多个数字参考信号，所述控制电路还包括多个数模转换单元，每个数模转换单元根据数字参考信号产生相应的参考信号。

5.如权利要求4所述的控制电路，其中所述数字控制单元还包括：

模数转换单元，根据多个反馈信号产生相应的数字采样信号；以及

数字补偿环路，产生多个误差校正信号，其中数字补偿环路根据相应的数字采样信号和数字参考信号产生相应的误差校正信号；其中

每个数模转换单元根据相应的误差校正信号和数字参考信号产生参考信号。

6.如权利要求1所述的控制电路，其中所述数字控制单元还产生数字斜坡控制信号以控制斜坡补偿信号的幅值，所述控制电路根据数字斜坡控制信号和开关控制信号产生斜坡补偿信号。

7.一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：

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根据多个环路控制信号的逻辑状态自动选择起作用的模拟控制环路以控制第一开关管的关断时刻，并根据所述固定时长控制信号控制第一开关管的导通时刻；其中

根据多个环路控制信号的逻辑状态自动选择起作用的模拟控制环路以控制第一开关管的关断时刻包括：

当多个环路控制信号中的一个变为高逻辑状态时，相应的模拟控制环路起作用，控制第一开关管关断。

8.如权利要求7所述的控制电路，其中所述数字控制单元还包括：

或门电路，具有多个输入端和输出端，其中多个输入端分别耦接至多个模拟控制环路以接收各模拟控制环路产生的环路控制信号，输出端根据多个环路控制信号产生复位信号；以及

RS触发电路，具有置位端、复位端以及输出端，其中置位端接收固定时长控制信号，复位端耦接至或门电路的输出端以接收复位信号，输出端根据固定时长控制信号和复位信号产生开关控制信号；其中

所述固定时长控制信号控制第一开关管的关断时长。

9.一种电池充电系统，包括第一开关管及权利要求1～8中任一项所述的控制电路。

10.一种电池充电系统，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，相应的控制环路起作用，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。

11.一种电池充电系统，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，与最后一个变为第一状态的环路控制信号相对应的控制环路起作用，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。