CN115276192A - 一种电流控制电路、充电电路及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于电池充电芯片技术领域，提供一种电流控制电路、充电电路及电子设备，包括电流检测模块、电流设置模块、电流控制模块及电流调节模块，通过在充电电路开始给电池充电之后，电流检测模块检测流过反向阻断模块的实际充电电流，基于实际充电电流产生第二预设电流并流向节点；在实际充电电流小于或等于预设充电电流时，触发电流控制模块控制电流调节模块维持流入电池的正极的电流等于实际充电电流；在实际充电电流大于预设充电电流时，触发电流控制模块控制电流调节模块将流入电池的正极的电流降低为预设充电电流，无需在充电路径上串联电阻用来检测充电电流，尺寸小、成本低，同时可以在CC阶段恒功率充电，充电效率高。
Description
技术领域
本申请属于电池充电芯片技术领域，尤其涉及一种电流控制电路、充电电路及电子设备。
背景技术
开关型电池充电芯片由于具备较高的充电效率，可以大大降低给电池充电时的功率损耗，因而在充电产品中得到广泛应用。目前的开关型充电产品通常会将开关电源（DC/DC转换器）部分的场效应管（Field EffectTransistors，FETs）集成到充电芯片内部，这样做的好处是可以大大减小系统的印制电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）面积，因而在体积受限制的电子产品中，尤其是便携式电子产品中得到广泛应用。
充电芯片一般分为两类：一类是带路径管理（Power Path）的窄电压直流充电（Narrow Voltage Direct Current，NVDC）架构，另一类不带路径管理。带路径管理的充电芯片，在开关电源的输出端和充电端会有一个路径管理通路，从充电芯片的内部电路来看，路径管理是由背靠背的FETs组成，该FETs也被称为功率路径管理管（BATFET），BATFET会被用来检测充电电流以及管理充电电流和充电电压。不带路径管理的充电芯片，开关电源的输出端会直接和充电端连接，由于没有路径管理的BATFET，一般需要在充电路径上串联一个电阻用来检测充电电流。
电池充电一般分为4个阶段：涓流充电（trickle charge）阶段，预充电（Preconditioning，Pre-charge）阶段，恒定电流（大电流）充电（Constant Current，CC）阶段及恒定电压（小电流）充电（Constant Voltage，CV）阶段（又称Taper mode）。其中，CC阶段是大电流充电阶段，在CC阶段，充电芯片会调节充电电流并使其稳定在设定值，之所以需要做恒流充电管理，除了充电系统的热损耗考虑之外，更重要的是对充电电流进行管理以避免充电电流过大，充电电流过大超出电池电芯的标称充电速率，会对电池的寿命有一定影响。
近年来，随着电池电芯所能承受的充电速率的提高，充电芯片自身的效率或热损耗成为了决定充电速率或功率的瓶颈，这问题对于开关型电池充电芯片来说尤为突出，因为开关型电池充电芯片采用的是传统的DC/DC架构，相对于电荷泵（Charge Pump）充电芯片来说充电效率要低很多。对于不带路径管理的开关型充电芯片，其充电路径上串联的电阻会增加额外的损耗，另一方面，在CC阶段，由于电阻会流过较大的电流，所以需要选择封装尺寸较大的电阻，在PCB Layout（布局、走线）时需要敷设较多的散热铜皮和过孔，会占用PCB较多的面积。如何降低开关型电池充电芯片的尺寸、节省成本、提高充电效率是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种电流控制电路、充电电路及电子设备，旨在解决现有的开关型电池充电芯片尺寸大、成本高、充电效率低的问题。
本申请实施例的第一方面提供一种充电电路的电流控制电路，包括电流检测模块、电流设置模块、电流控制模块及电流调节模块；
所述电流检测模块的第一输入端用于与所述充电电路的反向阻断模块的输入端连接构成所述充电电路的电源端，所述电流检测模块的第二输入端和所述电流调节模块的第一输入端用于与所述反向阻断模块的输出端连接构成所述充电电路的漏极连接端，所述电流检测模块的输出端、所述电流设置模块的输入端及所述电流控制模块的输入端共接于同一节点；
所述电流设置模块的输出端为所述充电电路的电流设置端；
所述电流控制模块的输出端与所述电流调节模块的第二输入端连接；
所述电流调节模块的输出端为所述充电电路的开关节点输出端；
所述充电电路的电源端、电流设置端及开关节点输出端分别用于与外部电源、电流设置电阻及电池的正极一一对应连接，在所述电流设置端连接电流设置电阻时，流过所述电流设置电阻的电流等于第一预设电流，所述第一预设电流等于预设充电电流的预设比例；
在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述电流检测模块检测流过所述反向阻断模块的实际充电电流，基于所述实际充电电流产生第二预设电流并流向所述节点，所述第二预设电流等于所述实际充电电流的预设比例；
在所述实际充电电流小于或等于所述预设充电电流时，触发所述电流控制模块输出第一控制信号至所述电流调节模块，控制所述电流调节模块维持所述开关节点输出端输出的脉宽调制信号的占空比不变，以维持流入所述电池的正极的电流等于所述实际充电电流；
在所述实际充电电流大于所述预设充电电流时，触发所述电流控制模块输出第二控制信号至所述电流调节模块，控制所述电流调节模块降低所述开关节点输出端输出的脉宽调制信号的占空比，以将流入所述电池的正极的电流降低为所述预设充电电流。
在一个实施例中，所述电流检测模块包括电阻单元、第一运放单元、第一开关单元及第一电流镜单元；
所述电阻单元的第一端为所述电流检测模块的第一输入端，所述电阻单元的第二端与所述第一运放单元的反相输入端和所述第一开关单元的输入端连接；
所述第一运放单元的同相输入端为所述电流检测模块的第二输入端，所述第一运放单元的输出端与所述第一开关单元的受控端连接；
所述第一开关单元的输出端与所述第一电流镜单元的输入端连接；
所述第一电流镜单元的输出端为所述电流检测模块的输出端；
在所述充电电路开始给所述电池充电之后，流过所述电阻单元的电流基于所述第一运放单元的虚断作用流入所述第一开关单元，再经由所述第一电流镜单元的镜像作用产生第二预设电流并流向所述节点；
其中，所述第一电流镜单元的缩放比例等于预设比例。
在一个实施例中，所述第一电流镜单元包括第一电流镜和第二电流镜；
所述第一电流镜的输入端为所述第一电流镜单元的输入端，所述第一电流镜的输出端与所述第二电流镜的输入端连接，所述第一电流镜的接地端接地；
所述第二电流镜的输出端为所述第一电流镜单元的输出端，所述第二电流镜的电源端接入参考电压；
在所述充电电路开始给所述电池充电之后，流过所述电阻单元的电流基于所述第一运放单元的虚断作用流入所述第一开关单元，再依次经由所述第一电流镜和所述第二电流镜的镜像作用产生第二预设电流并流向所述节点；
其中，所述第一电流镜的缩放比例等于预设比例，所述第二电流镜的缩放比例等于1:1。
在一个实施例中，所述电流设置模块包括基准电压单元、第二运放单元、第二开关单元及第二电流镜单元；
所述基准电压单元的输出端与所述第二运放单元的同相输入端连接；
所述第二运放单元的反相输入端与所述第二开关单元的输出端连接构成所述电流设置模块的输出端，所述第二运放单元的输出端与所述第二开关单元的受控端连接；
所述第二开关单元输入端与所述第二电流镜单元的输出端连接；
所述第二电流镜单元的输入端为所述电流设置模块的输入端；
所述基准电压单元产生的基准电压基于所述第二运放单元的虚短作用施加至所述电流设置端，以使所述电流设置端连接电流设置电阻时，流过所述电流设置电阻的电流等于第一预设电流；
所述第一预设电流经由所述第二电流镜单元的镜像作用产生一个相同的电流并流出所述节点；
其中，所述第二电流镜单元的缩放比例等于1:1。
在一个实施例中，所述第二电流镜单元包括第三电流镜和第四电流镜；
所述第三电流镜的输入端为所述第二电流镜单元的输入端，所述第三电流镜的输出端与所述第四电流镜的第一输入端连接，所述第三电流镜的电源端接入参考电压；
所述第四电流镜的第二输入端为所述第二电流镜单元的输入端，所述第四电流镜的接地端接地；
所述第一预设电流依次经由所述第三电流镜和所述第四电流镜的镜像作用产生一个相同的电流并流出所述节点；
其中，所述第三电流镜的缩放比例和所述第四电流镜的缩放比例都等于1:1。
在一个实施例中，所述电流控制模块包括第三开关单元、电流电压转换单元及电流源；
所述第三开关单元的受控端为所述电流控制模块的输入端，所述第三开关单元的输入端、所述电流电压转换单元的输入端及所述电流源的输出端共接，所述第三开关单元的输出端接地；
所述电流电压转换单元的输出端为所述电流控制模块的输出端；
所述电流源的输入端接入参考电压；
在无电流从所述节点流入所述第三开关单元时，所述第三开关单元关闭，所述电流源输出的电流全部流向所述电流电压转换单元并经由所述电流电压转换单元转换为第一控制信号；
在有电流从所述节点流入所述第三开关单元时，所述第三开关单元开启，所述电流源输出的电流一部分经由所述第三开关单元流向地、剩余部分流向所述电流电压转换单元并经由所述电流电压转换单元转换为第二控制信号；
其中，所述第一控制信号和所述第二控制信号都为电压信号，所述电压信号的大小与流入所述电流电压转换单元的电流的大小正相关。
在一个实施例中，所述电流调节模块包括脉宽调制单元、高侧开关单元及低侧开关单元；
所述脉宽调制单元的第一输入端为所述电流调节模块的第二输入端，所述脉宽调制单元的第一控制端和第二控制端分别与所述高侧开关单元的受控端和所述低侧开关单元的受控端一一对应连接；
所述高侧开关单元的输入端为所述电流调节模块的第一输入端，所述高侧开关单元的输出端与所述低侧开关单元的输入端连接构成所述电流调节模块的输出端；
所述低侧开关单元的输出端接地；
所述脉宽调制单元用于根据所述第一控制信号或所述第二控制信号控制所述高侧开关单元和所述低侧开关单元的开关状态，调节所述开关节点输出端输出的脉宽调制信号的占空比，以调节流入所述电池的正极的电流的大小。
本申请实施例的第二方面提供一种充电电路，包括反向阻断模块和本申请实施例的第一方面提供的电流控制电路。
在一个实施例中，所述电源端用于通过第一滤波单元接地；
所述漏极连接端用于通过第二滤波单元接地；
所述开关节点输出端用于通过第三滤波单元与所述电池的正极连接；
所述充电电路还包括充电端和温度感测端，所述充电端分别与所述电流调节模块和所述电池的正极连接，所述温度感测端用于连接设置于所述电池的温度传感器。
本申请实施例的第三方面提供一种电子设备，包括电流设置电阻、电池及本申请实施例的第二方面提供的充电电路
本申请实施例的第一方面提供的充电电路的电流控制电路，包括电流检测模块、电流设置模块、电流控制模块及电流调节模块，通过在充电电路开始给电池充电之后，电流检测模块检测流过反向阻断模块的实际充电电流，基于实际充电电流产生第二预设电流并流向节点；在实际充电电流小于或等于预设充电电流时，触发电流控制模块控制电流调节模块维持流入电池的正极的电流等于实际充电电流；在实际充电电流大于预设充电电流时，触发电流控制模块控制电流调节模块将流入电池的正极的电流降低为预设充电电流，无需在充电路径上串联一个电阻用来检测充电电流，尺寸小、成本低，同时可以做到在CC阶段恒功率充电，充电效率高。
可以理解的是，上述第二方面和第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的充电电路的第一种逻辑结构示意图；
图2是本申请实施例提供的充电电路的第二种逻辑结构示意图；
图3是本申请实施例提供的充电电路的电路原理示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
另外，在本发明说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方法另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方法另外特别强调。术语“多个”及其变形都意味着“两个以上”。
如图1所示，本申请实施例提供一种充电电路100的电流控制电路101，包括电流检测模块1、电流设置模块2、电流控制模块3及电流调节模块4；
电流检测模块1的第一输入端用于与充电电路100的反向阻断模块102的输入端连接构成充电电路100的电源端VBUS，电流检测模块1的第二输入端和电流调节模块4的第一输入端用于与反向阻断模块102的输出端连接构成充电电路100的漏极连接端PMID，电流检测模块1的输出端、电流设置模块2的输入端及电流控制模块3的输入端共接于同一节点A；
电流设置模块2的输出端为充电电路100的电流设置端ISET；
电流控制模块3的输出端与电流调节模块4的第二输入端连接；
电流调节模块4的输出端为充电电路100的开关节点输出端SW；
充电电路100的电源端VBUS、电流设置端ISET及开关节点输出端SW分别用于与外部电源、电流设置电阻RSET及电池200的正极一一对应连接，在电流设置端ISET连接电流设置电阻RSET时，流过电流设置电阻RSET的电流等于第一预设电流ISET1，第一预设电流ISET1等于预设充电电流ICC的预设比例。
基于图1所示的充电电路100的结构，充电电路100的工作原理为：
在充电电路100开始给电池200充电之后，电流检测模块1检测流过反向阻断模块102的实际充电电流IBUS，基于实际充电电流IBUS产生第二预设电流ISET2并流向节点A，第二预设电流ISET2等于实际充电电流IBUS的预设比例；
在实际充电电流IBUS小于预设充电电流ICC时，流入节点A的第二预设电流ISET2小于从节点A流出至电流设置模块2的第一预设电流ISET1，也就是说流入节点A的电流不足以维持流向电流设置模块2的电流，无剩余的电流从节点A流入电流控制模块3，触发电流控制模块3输出第一控制信号至电流调节模块4，控制电流调节模块4维持开关节点输出端SW输出的脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号的占空比不变，以维持流入电池200的正极的电流ICHG等于实际充电电流IBUS；
在实际充电电流IBUS等于预设充电电流ICC时，流入节点A的第二预设电流ISET2等于从节点A流出至电流设置模块2的第一预设电流ISET1，也就是说流入节点A的电流刚好能够维持流向电流设置模块2的电流，无剩余的电流从节点A流入电流控制模块3，触发电流控制模块3输出第一控制信号至电流调节模块4，控制电流调节模块4维持开关节点输出端SW输出的脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号的占空比不变，以维持流入电池200的正极的电流ICHG等于实际充电电流IBUS；
在实际充电电流IBUS大于预设充电电流ICC时，流入节点A的第二预设电流ISET2大于从节点A流出至电流设置模块2的第一预设电流ISET1，此时流入节点A的第二预设电流ISET2从节点A流出第一预设电流ISET1至电流设置模块2，剩余部分的电流从节点A流出至电流控制模块3，触发电流控制模块3输出第二控制信号至电流调节模块4，控制电流调节模块4降低开关节点输出端SW输出的脉宽调制信号的占空比，以将流入电池200的正极的电流ICHG降低为预设充电电流ICC，如此，即可在实际充电电流IBUS大于预设充电电流ICC时（也即CC阶段），使流入电池200的正极的电流ICHG等于预设充电电流ICC，实现CC阶段的恒流充电，由于CC阶段的充电电压恒定，因此，可以实现恒功率充电。
在应用中，充电电路为开关型电池充电电路，可以集成设置为开关型电池充电芯片。反向阻断模块可以通过串联在充电电路的电源端和漏极连接端之间的场效应管实现，场效应管的开关状态由外部控制信号控制。反向阻断模块的阻抗等于场效应管的阻抗，其开启时的阻抗最小，关闭时的阻抗最大。
如图2所示，在一个实施例中，反向阻断模块102包括场效应管Q1；
场效应管Q1的输入端和输出端分别为反向阻断模块101的输入端和输出端。
在应用中，场效应管可以是金属-氧化物半导体场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET），具体可以是P型或N型场效应管。
图2中示例性的示出场效应管Q1是P型场效应管，P型场效应管的栅极、源极及漏极分别为其受控端、输出端及输入端。
如图2所示，在一个实施例中，电流检测模块1包括电阻单元11、第一运放单元12、第一开关单元13及第一电流镜单元14；
电阻单元11的第一端为电流检测模块1的第一输入端，电阻单元11的第二端与第一运放单元12的反相输入端和第一开关单元13的输入端连接；
第一运放单元12的同相输入端为电流检测模块1的第二输入端，第一运放单元12的输出端与第一开关单元13的受控端连接；
第一开关单元13的输出端与第一电流镜单元14的输入端连接；
第一电流镜单元14的输出端为电流检测模块1的输出端。
基于图2所示的电流检测模块1的结构，电流检测模块1的工作原理为：
在充电电路100开始给电池200充电之后，流过电阻单元11的电流ISNS基于第一运放单元12的虚断作用流入第一开关单元13，再经由第一电流镜单元14的镜像作用产生第二预设电流ISET2并流向节点A；
其中，第一电流镜单元14的缩放比例等于预设比例N:1。
在应用中，电阻单元可以通过串联在充电电路的电源端以及第一运放单元的反相输入端和第一开关单元的输入端的共接端之间的至少一个电阻实现。第一运放单元可以通过运算放大器实现。第一开关单元可以通过场效应管实现。第一电流镜单元可以通过多个场效应管实现。场效应管可以是金属-氧化物半导体场效应管，具体可以是P型或N型场效应管。
在应用中，电流检测模块将负责检测流过反向阻断模块的电流，基于第一运放单元的虚短作用，第一运放单元将产生实际充电电流IBUS等比例的电流，这时电阻单元的两端电压等于反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差∆V，因此，流过电阻单元的电流ISNS可以表述如下：
ISNS=∆V/RSNS=IBUS
其中，RSNS表示电阻单元的阻抗，而基于第一运放单元的虚断作用，电流ISNS将会流入第一开关单元，然后基于第一电流镜像单元的镜像电流缩放作用产生第二预设电流ISNS2并流向节点A，由于第一电流镜单元的缩放比例等于预设比例N:1，因此，流入节点A的第二预设电流ISET2=ISNS/N。在应用中，可以根据实际需要调整预设比例，也即采用具有相应缩放比例的第一电流镜单元。
如图3所示，在一个实施例中，第一电流镜单元14包括第一电流镜和第二电流镜；
第一电流镜的输入端为第一电流镜单元14的输入端，第一电流镜的输出端与第二电流镜的输入端连接，第一电流镜的接地端接地；
第二电流镜的输出端为第一电流镜单元14的输出端，第二电流镜的电源端接入参考电压AVDD。
基于图3所示的第一电流镜单元14的结构，第一电流镜单元14的工作原理为：
在充电电路100开始给电池200充电之后，流过电阻单元11的电流ISNS基于第一运放单元12的虚断作用流入第一开关单元13，再依次经由第一电流镜和第二电流镜的镜像电流缩放作用产生第二预设电流ISET2并流向节点A；
其中，第一电流镜的缩放比例等于预设比例N:1，第二电流镜的缩放比例等于1:1。
在应用中，第一电流镜和第二电流镜都可以通过两个相对设置的场效应管实现。
在应用中，由于第一电流镜的缩放比例等于预设比例N:1，第二电流镜的缩放比例等于1:1，因此，电流ISNS依次经过第一电流镜的N:1缩放和第二电流镜的1:1缩放作用之后，产生第二预设电流ISET2=ISNS/N。在应用中，可以根据实际需要调整预设比例，也即采用具有相应缩放比例的第一电流镜。
图3中示例性的示出电阻单元11包括电阻RSNS；
第一运放单元12包括第一运算放大器A1；
第一开关单元13包括N型场效应管M1，N型场效应管M1的栅极、源极及漏极分别为第一开关单元13的受控端、输出端及输入端；
第一电流镜包括相对设置的P型场效应管M2和M3，P型场效应管M2的栅极和漏极、P型场效应管M3的栅极连接构成第一电流镜的输入端，P型场效应管M2的源极和P型场效应管M3的源极连接构成第一电流镜的接地端，P型场效应管M3的漏极为第一电流镜的输出端；
第二电流镜包括相对设置的N型场效应管M4和M5，N型场效应管M4的栅极和源极、N型场效应管M5的栅极连接构成第二电流镜的输入端，N型场效应管M4的漏极和N型场效应管M5的漏极连接构成第二电流镜的电源端，N型场效应管M5的源极为第二电流镜的输出端。
在应用中，P型场效应管M2和M3的镜像电流缩放比例为N:1，N型场效应管M4和M5的镜像电流缩放比例为1:1，N型场效应管M5作为镜像电流源产生流入节点A的第二预设电流ISET2。
如图2所示，在一个实施例中，电流设置模块2包括基准电压单元21、第二运放单元22、第二开关单元23及第二电流镜单元24；
基准电压单元21的输出端与第二运放单元22的同相输入端连接；
第二运放单元22的反相输入端与第二开关单元23的输出端连接构成电流设置模块2的输出端，第二运放单元22的输出端与第二开关单元23的受控端连接；
第二开关单元23输入端与第二电流镜单元24的输出端连接；
第二电流镜单元24的输入端为电流设置模块2的输入端。
基于图2所示的电流设置模块2的结构，电流设置模块2的工作原理为：
基准电压单元21产生的基准电压VREF基于第二运放单元22的虚短作用施加至电流设置端ISET，以使电流设置端ISET连接电流设置电阻RSET时，流过电流设置电阻RSET的电流等于第一预设电流ISET1；
第一预设电流ISET经由第二电流镜单元24的镜像作用产生一个相同的电流并流出节点A；
其中，第二电流镜单元24的缩放比例等于1:1。
在应用中，基准电压单元可以通过带隙基准电压（Band Gap）芯片实现。第二运放单元可以通过运算放大器实现。第二开关单元可以通过场效应管实现。第二电流镜单元可以通过多个场效应管实现。
在应用中，电流设置模块主要用于设置最大充电电流，也即预设充电电流ICC，其中，基准电压单元产生一个基准电压VREF，基于第二运放单元的虚短作用这个基准电压VREF被施加到电流设置端ISET，因此，流过电流设置电阻RSET的第一预设电流ISET1的表达式如下：
ISET1=VREF/RSET
第一预设电流ISET1再通过第二电流镜单元的镜像作用产生一个相同的电流并流出节点A。
如图3所示，在一个实施例中，第二电流镜单元24包括第三电流镜和第四电流镜；
第三电流镜的输入端为第二电流镜单元24的输入端，第三电流镜的输出端与第四电流镜的第一输入端连接，第三电流镜的电源端接入参考电压AVDD；
第四电流镜的第二输入端为第二电流镜单元24的输入端，第四电流镜的接地端接地。
基于图3所示的第二电流镜单元24的结构，第二电流镜单元24的工作原理为：
第一预设电流ISET1依次经由第三电流镜和第四电流镜的镜像作用产生一个与第一预设电流ISET1的大小相同的电流并流出节点A；
其中，第三电流镜的缩放比例和第四电流镜的缩放比例都等于1:1。
在应用中，第三电流镜和第四电流镜都可以通过两个相对设置的场效应管实现。
在应用中，由于第三电流镜和第四电流镜的缩放比例都等于1:1，因此，第一预设电流ISET1依次经过第三电流镜和第四电流镜的1:1缩放作用之后，产生一个与第一预设电流ISET1的大小相同的电流并流出节点A。
图3中示例性的示出基准电压单元21包括带隙基准电压芯片U1；
第二运放单元22包括运算放大器A2；
第二开关单元23包括N型场效应管M6，P型场效应管M6的栅极、源极及漏极分别为第二开关单元23的受控端、输出端及输入端；
第三电流镜包括相对设置的N型场效应管M7和M8，N型场效应管M7的栅极和源极、N型场效应管M8的栅极连接构成第三电流镜的输入端，N型场效应管M7的漏极和N型场效应管M8的漏极连接构成第三电流镜的电源端，N型场效应管M8的源极为第三电流镜的输出端。
第四电流镜包括相对设置的P型场效应管M9和M10，P型场效应管M9的栅极和漏极、P型场效应管M10的栅极连接构成第四电流镜的第一输入端，P型场效应管M9的源极和P型场效应管M10的源极连接构成第四电流镜的接地端，P型场效应管M10的漏极为第四电流镜的第二输入端。
在应用中，N型场效应管M7和M8的镜像电流缩放比例为N:1，P型场效应管M9和M10的镜像电流缩放比例为1:1，P型场效应管M10作为镜像电流源产生流出节点A的第一预设电流ISET1。
如图2所示，在一个实施例中，电流控制模块3包括第三开关单元31、电流电压转换单元32及电流源ISRC；
第三开关单元31的受控端为电流控制模块3的输入端，第三开关单元31的输入端、电流电压转换单元32的输入端及电流源ISRC的输出端共接，第三开关单元31的输出端接地；
电流电压转换单元32的输出端为电流控制模块3的输出端；
电流源ISRC的输入端接入参考电压AVDD。
基于图2所示的电流控制模块3的结构，电流控制模块3的工作原理为：
在无电流从节点A流入第三开关单元31时，第三开关单元31关闭，电流源ISRC输出的电流全部流向电流电压转换单元32并经由电流电压转换单元32转换为第一控制信号；
在有电流从节点A流入第三开关单元31时，第三开关单元31开启，电流源ISRC输出的电流一部分经由第三开关单元31流向地、剩余部分流向电流电压转换单元32并经由电流电压转换单元32转换为第二控制信号；
其中，第一控制信号和第二控制信号都为电压信号，电压信号的大小与流入电流电压转换单元32的电流的大小正相关。
在应用中，第三开关单元可以通过场效应管实现。电流电压转换单元可以通过电流电压转换芯片实现。
图3中示例性的示出第三开关单元31包括P型场效应管M11，P型场效应管M11的栅极、源极及漏极分别为第三开关单元31的受控端、输出端及输入端，电流电压转换单元31为电流电压转换芯片U2。
如图2所示，在一个实施例中，电流调节模块4包括脉宽调制单元41、高侧开关单元42及低侧开关单元43；
脉宽调制单元41的第一输入端为电流调节模块4的第二输入端，脉宽调制单元42的第一控制端和第二控制端分别与高侧开关单元42的受控端和低侧开关单元43的受控端一一对应连接；
高侧开关单元42的输入端为电流调节模块4的第一输入端，高侧开关单元42的输出端与低侧开关单元43的输入端连接构成电流调节模块4的输出端；
低侧开关单元43的输出端接地；
脉宽调制单元41用于根据第一控制信号或第二控制信号控制高侧开关单元42和低侧开关单元43的开关状态，调节开关节点输出端SW输出的脉宽调制信号的占空比，以调节流入电池200的正极的电流的大小。
在应用中，脉宽调制单元可以通过具有脉宽调制功能的PWM芯片实现，还可以包括误差放大器、加法器、比较器、逻辑控制器件等。高侧开关单元和低侧开关单元可以通过场效应管实现。
图3中示例性的示出脉宽调制单元41包括PWM芯片U3，高侧开关单元42包括P型场效应管Q2，P型场效应管Q2的栅极、源极及漏极分别为高侧开关单元42的受控端、输出端及输入端，低侧开关单元43包括P型场效应管Q3，P型场效应管Q3的栅极、源极及漏极分别为低侧开关单元43的受控端、输出端及输入端。
如图3所示，在一个实施例中，电源端VBUS用于通过第一滤波单元接地；
漏极连接端PMID用于通过第二滤波单元接地；
开关节点输出端SW用于通过第三滤波单元与电池200的正极连接；
充电电路100还包括充电端BAT、温度感测端TS及接地端GND，充电端BAT分别与PWM芯片U3和电池200的正极连接，温度感测端TS用于连接设置于电池200的温度传感器。
在应用中，第一至第三滤波单元可以通过电容，或者，电容与电阻或电感的组合实现，以构成纯电容滤波电路、LC滤波电路、LCL滤波电路、RC滤波电路或RCR滤波电路。电池可以是任意类型的可充电电池，由其所应用的电子设备的类型决定，例如，锂离子电池。温度传感器可以通过热电偶或热敏电阻实现。
如图3所示，示例性的示出第一滤波单元包括第一滤波电容C1，第二滤波单元第二滤波电容C2，第三滤波单元包括由第四电容C3和电感L1组成的LC滤波电路，温度传感器包括热敏电阻。
基于图1至图3所示的充电电路100的结构，充电电路100的具体工作原理为：
充电电路100是一种利用反向阻断模块102来做充电电流检测的电路，其基本原理是利用反向阻断模块102的导通阻抗作为电流检测电阻，同时将检测到的电流和设定的充电电流（也即预设充电电流ICC）进行对比，以实现对流入电池200的正极的充电电流ICHG的控制；
电流检测模块1负责检测流过反向阻断模块102的电流，基于运放的虚短原理，第一运放单元12将产生和实际充电电流IBUS等比例的电流，此时电阻单元11两端的电压等于反向阻断模块102的输入端和输出端之间的电压差∆V，因此，流过电阻单元11的电流ISNS可以表述如下：
ISNS=∆V/RSNS=IBUS
其中，RSNS表示电阻单元的阻抗，而基于运放的虚断作用，电流ISNS将会流入第一开关单元13，然后基于第一电流镜像单元14的镜像电流缩放作用产生第二预设电流ISNS2并流向节点A，由于第一电流镜单元14的缩放比例等于预设比例N:1，因此，流入节点A的第二预设电流ISET2=ISNS/N；
电流设置模块2主要用于设置最大充电电流，也即预设充电电流ICC，其中，基准电压单元21产生一个基准电压VREF，基于第二运放单元22的虚短作用这个基准电压VREF被施加到电流设置端ISET，因此，流过电流设置电阻RSET的第一预设电流ISET1的表达式如下：
ISET1=VREF/RSET
第一预设电流ISET1再通过第二电流镜单元24的镜像作用产生一个相同的电流并流出节点A；
电流控制模块3主要功能是将实际充电电流IBUS和预设充电电流ICC进行比较，并产生一个控制信号，发送到电流调节模块4，具体原理是：
节点A的电流将第三开关单元31的开关状态，从而改变从电流源ISRC流向电流电压转换单元32的电流大小，具体可以分为三种情况：
第一种情况，在实际充电电流IBUS＜预设充电电流ICC时，流入节点A的第二预设电流ISET2＜从节点A流出至电流设置模块2的第一预设电流ISET1，也就是说流入节点A的电流不足以维持流向电流设置模块2的电流，无剩余的电流从节点A流入电流控制模块3，此时第三开关单元31处于完全关闭状态，电流源ISRC的电流将全部流向电流电压转换单元32，由于此时流入电流电压转换单元32的电流是最大电流，因此，电流电压转换单元32将对应输出一个电压最大的控制信号至电流调节模块4；
在实际充电电流IBUS=预设充电电流ICC时，流入节点A的第二预设电流ISET2=从节点A流出至电流设置模块2的第一预设电流ISET1，也就是说流入节点A的电流刚好能够维持流向电流设置模块2的电流，此时第三开关单元31也处于关闭状态，电流源ISRC的电流将全部流向电流电压转换单元32，由于此时流入电流电压转换单元32的电流是最大电流，因此，电流电压转换单元32将对应输出一个电压最大的控制信号至电流调节模块4；
在实际充电电流IBUS＞预设充电电流ICC时，流入节点A的第二预设电流ISET2＞从节点A流出至电流设置模块2的第一预设电流ISET1，此时，多出的电流（也即大小为第二预设电流ISET2-第一预设电流ISET1的电流）流出至第三开关单元31，此时第三开关单元31处于开启状态，电流源ISRC的电流将有部分通过第三开关单元31流向地，这将导致流入电流电压转换单元32的电流减小，实际充电电流IBUS越大通过第三开关单元31泄漏至地的电流越多，相应的，流入电流电压转换单元32的越少，因此，电流电压转换单元32输出的控制信号的电压将会减小（也即第二控制信号的电压＜第一控制信号的电压）；
电流调节模块4将会根据控制信号的电压大小调整输出至开关节点输出端SW的脉宽调制信号的占空比，具体的：
在实际充电电流IBUS≤预设充电电流ICC时，电流调节模块4维持开关节点输出端SW输出的脉宽调制信号的占空比不变，以维持流入电池200的正极的电流ICHG等于实际充电电流IBUS；
在实际充电电流IBUS＞预设充电电流ICC时，电流调节模块4根据控制信号的电压大小降低开关节点输出端SW输出的脉宽调制信号的占空比，以将流入电池200的正极的电流ICHG降低为预设充电电流ICC，如此，即可在实际充电电流IBUS＞预设充电电流ICC时（也即CC阶段），使流入电池200的正极的电流ICHG等于预设充电电流ICC，实现CC阶段的恒流充电，由于CC阶段的充电电压恒定（通常为5V、9V或12V），因此，可以实现CC阶段的恒功率充电，同时，由于采用了恒功率充电方式，可以保证充电电路不会由于充电电流过大而导致过温保护。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述充电电路以及与充电电路连接的各种外围电路器件，例如，电流设置电阻、电池、滤波单元、处理器、人机交互器件等。
在应用中，电子设备可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）、游戏机、可穿戴设备、增强现实（AugmentedReality，AR）/虚拟现实（Virtual Reality，VR）设备、超级移动个人计算机（Ultra-MobilePersonal Computer，UMPC）、个人计算机（Personal Computer，PC）等。
在应用中，电子设备的处理器可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），电子设备的处理器和充电电路中的各芯片都可以通过通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific IntegratedCircuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等来实现。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。
本申请所提供的电子设备通过采用具有电流控制功能的充电电路，可以实现在CC阶段的恒功率充电，提高充电效率，从而提高电子设备的充电性能。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种充电电路的电流控制电路，其特征在于，包括电流检测模块、电流设置模块、电流控制模块及电流调节模块；
所述电流检测模块的第一输入端用于与所述充电电路的反向阻断模块的输入端连接构成所述充电电路的电源端，所述电流检测模块的第二输入端和所述电流调节模块的第一输入端用于与所述反向阻断模块的输出端连接构成所述充电电路的漏极连接端，所述电流检测模块的输出端、所述电流设置模块的输入端及所述电流控制模块的输入端共接于同一节点；
所述电流设置模块的输出端为所述充电电路的电流设置端；
所述电流控制模块的输出端与所述电流调节模块的第二输入端连接；
所述电流调节模块的输出端为所述充电电路的开关节点输出端；
所述充电电路的电源端、电流设置端及开关节点输出端分别用于与外部电源、电流设置电阻及电池的正极一一对应连接，在所述电流设置端连接电流设置电阻时，流过所述电流设置电阻的电流等于第一预设电流，所述第一预设电流等于预设充电电流的预设比例；
在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述电流检测模块检测流过所述反向阻断模块的实际充电电流，基于所述实际充电电流产生第二预设电流并流向所述节点，所述第二预设电流等于所述实际充电电流的预设比例；
在所述实际充电电流小于或等于所述预设充电电流时，触发所述电流控制模块输出第一控制信号至所述电流调节模块，控制所述电流调节模块维持所述开关节点输出端输出的脉宽调制信号的占空比不变，以维持流入所述电池的正极的电流等于所述实际充电电流；
在所述实际充电电流大于所述预设充电电流时，触发所述电流控制模块输出第二控制信号至所述电流调节模块，控制所述电流调节模块降低所述开关节点输出端输出的脉宽调制信号的占空比，以将流入所述电池的正极的电流降低为所述预设充电电流。
2.如权利要求1所述的电流控制电路，其特征在于，所述电流检测模块包括电阻单元、第一运放单元、第一开关单元及第一电流镜单元；
所述电阻单元的第一端为所述电流检测模块的第一输入端，所述电阻单元的第二端与所述第一运放单元的反相输入端和所述第一开关单元的输入端连接；
所述第一运放单元的同相输入端为所述电流检测模块的第二输入端，所述第一运放单元的输出端与所述第一开关单元的受控端连接；
所述第一开关单元的输出端与所述第一电流镜单元的输入端连接；
所述第一电流镜单元的输出端为所述电流检测模块的输出端；
在所述充电电路开始给所述电池充电之后，流过所述电阻单元的电流基于所述第一运放单元的虚断作用流入所述第一开关单元，再经由所述第一电流镜单元的镜像作用产生第二预设电流并流向所述节点；
其中，所述第一电流镜单元的缩放比例等于预设比例。
3.如权利要求2所述的电流控制电路，其特征在于，所述第一电流镜单元包括第一电流镜和第二电流镜；
所述第一电流镜的输入端为所述第一电流镜单元的输入端，所述第一电流镜的输出端与所述第二电流镜的输入端连接，所述第一电流镜的接地端接地；
所述第二电流镜的输出端为所述第一电流镜单元的输出端，所述第二电流镜的电源端接入参考电压；
在所述充电电路开始给所述电池充电之后，流过所述电阻单元的电流基于所述第一运放单元的虚断作用流入所述第一开关单元，再依次经由所述第一电流镜和所述第二电流镜的镜像作用产生第二预设电流并流向所述节点；
其中，所述第一电流镜的缩放比例等于预设比例，所述第二电流镜的缩放比例等于1:1。
4.如权利要求1所述的电流控制电路，其特征在于，所述电流设置模块包括基准电压单元、第二运放单元、第二开关单元及第二电流镜单元；
所述基准电压单元的输出端与所述第二运放单元的同相输入端连接；
所述第二运放单元的反相输入端与所述第二开关单元的输出端连接构成所述电流设置模块的输出端，所述第二运放单元的输出端与所述第二开关单元的受控端连接；
所述第二开关单元输入端与所述第二电流镜单元的输出端连接；
所述第二电流镜单元的输入端为所述电流设置模块的输入端；
所述基准电压单元产生的基准电压基于所述第二运放单元的虚短作用施加至所述电流设置端，以使所述电流设置端连接电流设置电阻时，流过所述电流设置电阻的电流等于第一预设电流；
所述第一预设电流经由所述第二电流镜单元的镜像作用产生一个相同的电流并流出所述节点；
其中，所述第二电流镜单元的缩放比例等于1:1。
5.如权利要求4所述的电流控制电路，其特征在于，所述第二电流镜单元包括第三电流镜和第四电流镜；
所述第三电流镜的输入端为所述第二电流镜单元的输入端，所述第三电流镜的输出端与所述第四电流镜的第一输入端连接，所述第三电流镜的电源端接入参考电压；
所述第四电流镜的第二输入端为所述第二电流镜单元的输入端，所述第四电流镜的接地端接地；
所述第一预设电流依次经由所述第三电流镜和所述第四电流镜的镜像作用产生一个相同的电流并流出所述节点；
其中，所述第三电流镜的缩放比例和所述第四电流镜的缩放比例都等于1:1。
6.如权利要求1所述的电流控制电路，其特征在于，所述电流控制模块包括第三开关单元、电流电压转换单元及电流源；
所述第三开关单元的受控端为所述电流控制模块的输入端，所述第三开关单元的输入端、所述电流电压转换单元的输入端及所述电流源的输出端共接，所述第三开关单元的输出端接地；
所述电流电压转换单元的输出端为所述电流控制模块的输出端；
所述电流源的输入端接入参考电压；
在无电流从所述节点流入所述第三开关单元时，所述第三开关单元关闭，所述电流源输出的电流全部流向所述电流电压转换单元并经由所述电流电压转换单元转换为第一控制信号；
在有电流从所述节点流入所述第三开关单元时，所述第三开关单元开启，所述电流源输出的电流一部分经由所述第三开关单元流向地、剩余部分流向所述电流电压转换单元并经由所述电流电压转换单元转换为第二控制信号；
其中，所述第一控制信号和所述第二控制信号都为电压信号，所述电压信号的大小与流入所述电流电压转换单元的电流的大小正相关。
7.如权利要求1所述的电流控制电路，其特征在于，所述电流调节模块包括脉宽调制单元、高侧开关单元及低侧开关单元；
所述脉宽调制单元的第一输入端为所述电流调节模块的第二输入端，所述脉宽调制单元的第一控制端和第二控制端分别与所述高侧开关单元的受控端和所述低侧开关单元的受控端一一对应连接；
所述高侧开关单元的输入端为所述电流调节模块的第一输入端，所述高侧开关单元的输出端与所述低侧开关单元的输入端连接构成所述电流调节模块的输出端；
所述低侧开关单元的输出端接地；
所述脉宽调制单元用于根据所述第一控制信号或所述第二控制信号控制所述高侧开关单元和所述低侧开关单元的开关状态，调节所述开关节点输出端输出的脉宽调制信号的占空比，以调节流入所述电池的正极的电流的大小。
8.一种充电电路，其特征在于，包括反向阻断模块和如权利要求1至7任一项所述的电流控制电路。
9.如权利要求8所述的充电电路，其特征在于，所述电源端用于通过第一滤波单元接地；
所述漏极连接端用于通过第二滤波单元接地；
所述开关节点输出端用于通过第三滤波单元与所述电池的正极连接；
所述充电电路还包括充电端和温度感测端，所述充电端分别与所述电流调节模块和所述电池的正极连接，所述温度感测端用于连接设置于所述电池的温度传感器。
10.一种电子设备，其特征在于，包括电流设置电阻、电池及如权利要求8或9任一项所述的充电电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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