電池放電電路和用于電池放電電路的控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了電池放電電路和用于電池放電電路的控制器，其中電池放電電路，包括開關(guān)電路、第一誤差放大器和脈寬調(diào)制電路。開關(guān)電路耦接在電池與負載之間，通過至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將電池中的能量傳遞至負載。第一誤差放大電路基于電池電壓與第一參考電壓之間的誤差產(chǎn)生第一補償信號。脈寬調(diào)制電路在電池電壓小于第一參考電壓時基于第一補償信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)電路中的開關(guān)管。
【專利說明】電池放電電路和用于電池放電電路的控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及電子電路，尤其涉及電池放電電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的電池管理應用中，為了防止電池被過放電，通常在電池電壓小于一閾值電壓時，將電池與電池放電電路斷開。然而，在放電電流較大時，這種過放電保護方式會導
致一些問題。
[0003]如圖1所示，電池可以等效為由電容與電阻串聯(lián)而成，電池放電電路耦接在電池與負載之間，將電池中存儲的能量傳遞至負載。圖2為圖1所示電池放電電路在大放電電流情況下的工作波形圖。從圖2可以看出，當放電電流Idchg較大時，電池內(nèi)阻兩端的電壓也較大，電池電壓Vbat快速減小至閾值電壓Vth，過放電保護被觸發(fā)。電池與電池放電電路被斷開，使得放電電流Idchg變?yōu)榱?，電池?nèi)阻兩端的電壓也變?yōu)榱?。電池的?nèi)阻效應和弛豫效應，將導致電池電壓Vbat再次增大。這實際上意味著，在放電電流較大時，雖然電池電壓Vbat減小至閾值電壓Vth，但此時電池中仍剩余許多能量。由于電池與電池放電電路被斷開，這些剩余的能量無法獲得利用。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供能充分利用電池中存儲能量的電池放電電路。
[0005]根據(jù)本實用新型實施例的一種用于電池放電電路的控制器，該電池放電電路包括耦接在電池與負載之間、具有至少一個開關(guān)管的開關(guān)電路，其中在電池電壓小于閾值電壓時，開關(guān)電路與電池斷開，其特征在于，該控制器包括:第一誤差放大電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收電池電壓，第二輸入端接收第一參考電壓，第一誤差放大電路基于電池電壓與第一參考電壓之間的誤差，在輸出端產(chǎn)生第一補償信號，其中第一參考電壓大于閾值電壓；以及脈寬調(diào)制電路，耦接至誤差放大電路的輸出端以接收第一補償信號，并在電池電壓小于第一參考電壓時基于第一補償信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)電路中的開關(guān)管。
[0006]在一個實施例中，該控制器還包括:第二誤差放大電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收第二參考電壓，第二輸入端接收代表開關(guān)電路輸出信號的反饋信號，第二誤差放大電路基于第二參考電壓與反饋信號之間的誤差，在輸出端產(chǎn)生第二補償信號；以及選擇電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至第一誤差放大電路的輸出端以接收第一補償信號，第二輸入端耦接至第二誤差放大電路的輸出端以接收第二補償信號，輸出端耦接至脈寬調(diào)制電路以提供補償信號，選擇電路基于電池電壓，將第一補償信號或第二補償信號作為補償信號提供至輸出端；其中脈寬調(diào)制電路基于補償信號產(chǎn)生控制信號以控制開關(guān)電路中的開關(guān)管。
[0007]在一個實施例中，所述選擇電路包括第一二極管和第二二極管，第一二極管和第二二極管均具有陰極和陽極，其中第一二極管的陰極耦接至第一誤差放大電路的輸出端以接收第一補償信號，第二二極管的陰極耦接至第二誤差放大電路的輸出端以接收第二補償信號，第一二極管和第二二極管的陽極耦接在一起，并耦接至脈寬調(diào)制電路以提供補償信號。
[0008]在一個實施例中，所述脈寬調(diào)制電路包括:振蕩器，產(chǎn)生時鐘信號和斜坡信號；比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收斜坡信號與代表流過開關(guān)電路中開關(guān)管電流的電流采樣信號之和，第二輸入端耦接至選擇電路的輸出端以接收補償信號，比較器將斜坡信號與電流采樣信號之和與補償信號進行比較，在輸出端產(chǎn)生復位信號；以及觸發(fā)器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至振蕩器以接收時鐘信號，第二輸入端耦接至比較器的輸出端以接收復位信號，觸發(fā)器基于時鐘信號和復位信號，在輸出端產(chǎn)生控制信號。
[0009]根據(jù)本實用新型實施例的一種電池放電電路，包括:開關(guān)電路，耦接在電池與負載之間，具有至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將電池中的能量傳遞至負載；以及如前所述的控制器。
[0010]根據(jù)本實用新型的實施例，在電池電壓小于第一參考電壓時，調(diào)整控制信號以將電池電壓調(diào)節(jié)至第一參考電壓。放電電流在控制信號的作用下逐漸減小，電池中存儲的能量被緩慢但充分地傳遞至負載。同時，電池電壓被調(diào)節(jié)至第一參考電壓，也有效避免了電池被過放電。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1示出了現(xiàn)有的電池放電電路的框圖；
[0012]圖2為圖1所示電池放電電路在大放電電流情況下的工作波形圖；
[0013]圖3為根據(jù)本實用新型一實施例的電池放電電路300的框圖；
[0014]圖4為根據(jù)本實用新型一實施例的圖3所示電池放電電路300的工作波形圖；
[0015]圖5為根據(jù)本實用新型一實施例的電池放電電路500的框圖；
[0016]圖6為根據(jù)本實用新型一實施例的電池放電電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將詳細描述本實用新型的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，不必采用這些特定細節(jié)來實行本實用新型。在其他實例中，為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0018]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實用新型至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應當理解，當稱“元件” “連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。
[0019]圖3為根據(jù)本實用新型一實施例的電池放電電路300的框圖。電池放電電路300包括開關(guān)電路301和控制器。開關(guān)電路301耦接在電池與負載之間，具有至少一個開關(guān)管。開關(guān)電路301通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將電池中的能量傳遞至負載。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，開關(guān)電路301可采用任何直流/直流變換或直流/交流變換拓撲結(jié)構(gòu)，例如升壓變換器、降壓變換器等。
[0020]控制器包括第一誤差放大電路302和脈寬調(diào)制電路303。第一誤差放大電路302具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端稱接至電池以接收電池電壓Vbat,第二輸入端接收第一參考電壓Vrefl。第一誤差放大電路302基于電池電壓Vbat與第一參考電壓Vrefl之間的誤差，在輸出端產(chǎn)生第一補償信號COM Pl。脈寬調(diào)制電路303耦接至誤差放大電路302的輸出端以接收第一補償信號COM P1，并在電池電壓Vbat小于參考電壓Vrefl時基于第一補償信號COM Pl產(chǎn)生控制信號CTRL，以控制開關(guān)電路301中的開關(guān)管。[0021 ] 在一個實施例中，為了防止電池被過放電，當電池電壓Vbat小于閾值電壓Vth時，開關(guān)電路301與電池被斷開。其中閾值電壓Vth小于參考電壓Vrefl。
[0022]圖4為根據(jù)本實用新型一實施例的圖3所示電池放電電路300的工作波形圖。如圖4所示，在放電電流Idchg的作用下，電池電壓Vbat不斷減小。當電池電壓Vbat減小至小于參考電壓Vrefl時，誤差放大電路302通過脈寬調(diào)制電路303調(diào)整控制信號CTRL，從而將電池電壓Vbat調(diào)節(jié)至參考電壓Vref I。在控制信號CTRL的作用下，放電電流Idchg逐漸減小，電池放電電路300持續(xù)將電池中的能量提供至負載，電池的續(xù)航時間被延長。同時，電池電壓Vbat被調(diào)節(jié)至第一參考電壓Vrefl，也有效避免了電池被過放電。
[0023]圖5為根據(jù)本實用新型一實施例的電池放電電路500的框圖。與圖3所示電池放電電路300相比，電池放電電路500中的控制器進一步包括選擇電路504和第二誤差放大電路505。代表開關(guān)電路501輸出信號(例如輸出電流、輸出電壓或輸出功率)的反饋信號FB被提供至第二誤差放大電路505。第二誤差放大電路505具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收第二參考電壓Vref2，第二輸入端接收反饋信號FB。第二誤差放大電路505基于第二參考電壓Vref2與反饋信號FB之間的誤差，在輸出端產(chǎn)生第二補償信號C0MP2。選擇電路504具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端稱接至第一誤差放大電路503的輸出端以接收第一補償信號COM P1，第二輸入端耦接至第二誤差放大電路505的輸出端以接收第二補償信號C0MP2，輸出端耦接至脈寬調(diào)制電路502。選擇電路504基于電池電壓Vbat，將第一補償信號COM Pl或第二補償信號作為補償信號COMP提供至輸出端。脈寬調(diào)制電路502基于補償信號COMP產(chǎn)生控制信號CTRL以控制開關(guān)電路501中的開關(guān)管。
[0024]當電池電壓Vbat大于或等于第一參考電壓Vrefl時，選擇電路504將第二補償信號C0MP2提供至脈寬調(diào)制電路502。脈寬調(diào)制電路502基于第二補償信號C0MP2產(chǎn)生控制信號CTRL，從而將輸出信號調(diào)節(jié)至期望值。當電池電壓Vbat小于第一參考電壓Vrefl時，選擇電路504將第一補償信號COM Pl提供至脈寬調(diào)制電路502。脈寬調(diào)制電路502基于第一補償信號COM Pl產(chǎn)生控制信號CTRL，從而將電池電壓Vbat調(diào)節(jié)至第一參考電壓Vrefl。
[0025]圖6為根據(jù)本實用新型一實施例的電池放電電路的電路原理圖。其中開關(guān)電路601米用降壓變換器拓撲，包括輸入電容器Cin、輸出電容器Cout、電感器L、開關(guān)管S和二極管DR。
[0026]脈寬調(diào)制電路602包括振蕩器621、比較器COMl和觸發(fā)器FF。振蕩器621產(chǎn)生周期性的時鐘信號CLK和斜坡信號Vslope。比較器COMl具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端接收斜坡信號Vslope與電流采樣信號Isense之和，其中電流采樣信號Isense代表流過開關(guān)管S的電流。比較器COMl的反相輸入端耦接至選擇電路604的輸出端以接收補償信號COM P。比較器COMl將斜坡信號Vslope與電流采樣信號Isense之和與補償信號COMP進行比較，在輸出端產(chǎn)生復位信號RST。觸發(fā)器FF具有置位端、復位端和輸出端，其中置位端耦接至振蕩器621以接收時鐘信號CLK，復位端耦接至比較器COMl的輸出端以接收復位信號RST。觸發(fā)器FF基于時鐘信號CLK和復位信號RST，在輸出端產(chǎn)生控制信號CTRL以控制開關(guān)管S。
[0027]第一誤差放大電路603和第二誤差放大電路605分別包括誤差放大器EAl和EA2。誤差放大器EAl具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端接收電池電壓Vbat，反相輸入端接收第一參考電壓Vrefl，輸出端提供第一補償信號COM Pl0誤差放大器EA2具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端接收第二參考電壓Vref2，反相輸入端接收反饋信號FB，輸出端提供第二補償信號C0MP2。
[0028]選擇電路604包括二極管Dl和D2。二極管Dl和D2均具有陰極和陽極，其中二極管Dl的陰極耦接至第一誤差放大電路603的輸出端以接收第一補償信號COM P1，二極管D2的陰極耦接至第二誤差放大電路605的輸出端以接收第二補償信號C0MP2。二極管Dl和D2的陽極耦接在一起，并耦接至脈寬調(diào)制電路602以提供補償信號C0MP。
[0029]當電池電壓Vbat大于或等于第一參考電壓Vref I時，第一補償信號COM Pl大于第二補償信號C0MP2。二極管Dl關(guān)斷而二極管D2導通，選擇電路604將第二補償信號C0MP2提供至脈寬調(diào)制電路602。脈寬調(diào)制電路602基于第二補償信號C0MP2產(chǎn)生控制信號CTRL，從而將輸出信號調(diào)節(jié)至期望值。當電池電壓Vbat小于第一參考電壓Vrefl時，第一補償信號COM Pl小于第二補償信號C0MP2。二極管Dl導通而二極管D2關(guān)斷，選擇電路604將第一補償信號COM Pl提供至脈寬調(diào)制電路602。脈寬調(diào)制電路602基于第一補償信號COM Pl產(chǎn)生控制信號CTRL，從而將電池電壓Vbat調(diào)節(jié)至第一參考電壓Vref I。
[0030]雖然已參照幾個典型實施例描述了本實用新型，但應當理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本實用新型能夠以多種形式具體實施而不脫離實用新型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電池放電電路的控制器，該電池放電電路包括耦接在電池與負載之間、具有至少一個開關(guān)管的開關(guān)電路，其中在電池電壓小于閾值電壓時，開關(guān)電路與電池斷開，其特征在于，該控制器包括: 第一誤差放大電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收電池電壓，第二輸入端接收第一參考電壓，第一誤差放大電路基于電池電壓與第一參考電壓之間的誤差，在輸出端產(chǎn)生第一補償信號，其中第一參考電壓大于閾值電壓；以及 脈寬調(diào)制電路，耦接至誤差放大電路的輸出端以接收第一補償信號，并在電池電壓小于第一參考電壓時基于第一補償信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)電路中的開關(guān)管。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，還包括: 第二誤差放大電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收第二參考電壓，第二輸入端接收代表開關(guān)電路輸出信號的反饋信號，第二誤差放大電路基于第二參考電壓與反饋信號之間的誤差，在輸出端產(chǎn)生第二補償信號；以及 選擇電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端稱接至第一誤差放大電路的輸出端以接收第一補償信號，第二輸入端耦接至第二誤差放大電路的輸出端以接收第二補償信號，輸出端耦接至脈寬調(diào)制電路以提供補償信號，選擇電路基于電池電壓，將第一補償信號或第二補償信號作為補償信號提供至輸出端； 其中脈寬調(diào)制電路基于補償信號產(chǎn)生控制信號以控制開關(guān)電路中的開關(guān)管。
3.如權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述選擇電路包括第一二極管和第二二極管，第一二極管和第二二極管均具有陰極和陽極，其中第一二極管的陰極耦接至第一誤差放大電路的輸出端以接收第一補償信號，第二二極管的陰極耦接至第二誤差放大電路的輸出端以接收第二補償信號，第一二極管和第二二極管的陽極耦接在一起，并耦接至脈寬調(diào)制電路以提供補償信號。
4.如權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述脈寬調(diào)制電路包括: 振蕩器，產(chǎn)生時鐘信號和斜坡信號； 比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收斜坡信號與代表流過開關(guān)電路中開關(guān)管電流的電流采樣信號之和，第二輸入端耦接至選擇電路的輸出端以接收補償信號，比較器將斜坡信號與電流采樣信號之和與補償信號進行比較，在輸出端產(chǎn)生復位信號；以及 觸發(fā)器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至振蕩器以接收時鐘信號，第二輸入端耦接至比較器的輸出端以接收復位信號，觸發(fā)器基于時鐘信號和復位信號，在輸出端產(chǎn)生控制信號。
5.一種電池放電電路，其特征在于，包括: 開關(guān)電路，耦接在電池與負載之間，具有至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將電池中的能量傳遞至負載；以及 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的控制器。
【文檔編號】H02J7/00GK203607871SQ201320626601
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】徐敏, 趙啟明 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司