[发明专利]电池充电器数字控制电路和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，更具体地，涉及一种电池充电器数字控制电路和方法。

背景技术

本申请要求于2011年1月31日提交的名为“Battery Charger Digital Control Circuit and Method”的美国临时专利申请第61/438,067号的相关权益，其全部内容通过引用结合在此。

可充电电池包括各种类型，比如镍镉(NiCd)电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池、锂空气电池、磷酸铁锂电池等等。可充电电池用于存储电能。另一方面，电池充电器用于在可充电电池耗尽之后将其充电到充电状态。

不同类型的可充电电池可以使用不同的充电方法。例如，当锂离子电池从耗尽状态充电到充满状态时，根据聚合物锂离子电池的充电特性，首先要在预处理阶段用低电流将聚合物锂离子电池充电。在电池的电压达到最小充电电压阈值之后，电池充电周期进入电流调节阶段，在该阶段中，利用恒定电流进行充电。在该电流调节阶段中，电池的电压保持上升，直到该电压达到特定调节电压。随后，通过将该电池充电器由恒定电流源改变为恒定电压源，使得电池充电周期进入电压调节阶段。在电压调节阶段，电池的电压保持在特定电压。结果，充电电流逐渐降低。当充电电流小于特定电流值时，电池充电周期完成。

有两种电池充电器都是公知的并且经常使用的。基于电池充电器的线性调节器包括有源器件，该有源器件起到了可变电阻器的作用。通过将有源器件上的电压拉低，基于电池充电器的线性调节器既可以调节其输出电压，又可以调节其输出电流。相反，基于电池充电器的开关调节器通过调整占空系数(控制了充电器的开关元件的导通周期)，从而调节其输出电压或者输出电流。相比于基于电池充电器的线性调节器，基于电池充电器的开关调节器的充电过程的效率通常较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种数字控制电路，包括：模式选择器，配置为接收电流感测信号和电压感测信号；模拟数字转换器ADC，连接在模式选择器和数字控制器之间；数字控制器，配置为生成数字脉冲宽度调制PWM信号。

其中，模式选择器选择输入信号，并且将输入信号转发到ADC。

其中，ADC包括∑ΔADC和差分放大器。

该数字控制电路进一步包括：抽取滤波器，连接在ADC和数字滤波器之间；数字滤波器，配置为增加多个极点和多个零点，以增大功率转换器的相位裕度；以及数字PWM发生器，接收来自数字滤波器的数字信号，并且将数字信号转换为PWM信号。

其中，数字滤波器增加多个极点和多个零点，以增大功率转换器的相位裕度。

其中，数字滤波器被配置为使得：当选择电流感测信号时，启用第一组系数；以及当选择电压感测信号时，启用第二组系数。

其中，ADC配置为接收参考电压和来自模式选择器的反馈信号。

此外，还提供了一种系统，包括：功率转换器，带有输出端，输出端连接到可充电电池；电流传感器，配置为检测流过可充电电池的电流；电压传感器，配置为检测可充电电池两端的电压；以及数字控制电路，包括：模式选择器，配置为接收来自电流传感器的电流感测信号和来自电压传感器的电压感测信号；模拟数字转换器ADC，连接在模式选择器和数字控制器之间；以及数字控制器，配置为生成数字脉冲宽度调制PWM信号。

该系统，进一步包括：感测电阻器，与可充电电池串联连接；电流感测放大器，在感测电阻器两端具有两个输入端；以及驱动器，连接在数字控制器和功率转换器之间。

其中，功率转换器选自包含以下器件的组：降压开关模式转换器、升压开关模式转换器、降压-升压开关模式转换器、线性调节器、正向转换器、全桥转换器以及半桥转换器。

其中，电流传感器和电压传感器被配置为使得：来自电流传感器的电流感测信号和来自电压传感器的电压感测信号共享参考电压。

其中，数字控制器被配置为接收外部信号，通过外部信号，用户动态调整数字控制器。

该系统进一步包括：抽取滤波器，连接在ADC和数字滤波器之间；数字滤波器，配置为增加多个极点和多个零点，以增大功率转换器的相位裕度；以及数字PWM发生器，接收来自数字滤波器的数字信号，并且将数字信号转换为PWM信号。

其中，电流传感器选自包含以下器件的组：感测电阻器、霍耳效应器件、磁阻传感器、电流感测集成电路。