充电电路及充电电流变换方法

摘要

本发明公开了一种充电电路及充电电流变换方法，所述电路包括采样电路和电压输入电路，所述电压输入电路与采样电路并联，所述电压输入电路的输出电压可调节。本发明在不改变采样电路的阻值的情况下，通过改变施加在采样电路两端的参考电压，从而获得不同的充电电流。

权利要求

1.一种充电电路，包括采样电路和电压输入电路，所述电压输入电路与采样电路并联，其特征在于：所述电压输入电路的输出电压可调节。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述电压输入电路为可调电压源或者变压器。

3.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述电压输入电路包括电流源与可调电阻单元，所述电流源与可调电阻单元串联。

4.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于：所述可调电阻单元为可变电阻器。

5.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述电压输入电路包括用于输出充电电压的充电管理电路、分压电路和控制单元，所述控制单元用于改变所述分压电路的分压比，所述充电电压施加到所述分压电路的一部分，所述分压电路与所述采样电路并联。

6.如权利要求5所述的充电电路，其特征在于：所述分压电路包括串联的第一电阻和第二电阻，所述充电管理电路输出的充电电压施加到所述第一电阻的两端，所述控制单元用于改变所述第二电阻串接到分压电路中的阻值。

7.如权利要求6所述的充电电路，其特征在于：所述控制单元包括开关电路，所述开关电路的两端分别连接所述第二电阻的两端。

8.如权利要求7所述的充电电路，其特征在于：所述开关电路包括开关三极管、MOS管、IGBT管或继电器，所述控制单元还包括控制电路，所述控制电路用于控制开关电路在导通和断开状态之间切换。

9.如权利要求7所述的充电电路，其特征在于：所述开关电路为机械开关。

10.如权利要求7所述的充电电路，其特征在于：所述开关电路为电子开关，所述电子开关的输入端与第一电阻和第二电阻的中间节点相连，所述控制单元还包括控制电路，所述控制电路的输出端耦合到电子开关的控制端，所述控制电路控制电子开关的输出端在第二电阻的两端切换。

11.如权利要求6所述的充电电路，其特征在于：所述控制单元为调节所述第一电阻或第二电阻阻值的调节端子。

12.如权利要求1至11中任一项所述的充电电路，其特征在于：所述采样电路为采样电阻，所述第一、第二电阻的阻值大于采样电阻。

13.充电电流变换方法，适用于充电电路中的大小充电电流切换，所述充电电路包括用于输出充电电流的采样电路，其特征在于：改变施加在采样电路两端的参考电压以改变充电电流的大小。

14.如权利要求13所述的充电电流变换方法，其特征在于：改变施加在采样电路两端的参考电压包括以下步骤：设置分压电路，将所述分压电路与采样电路并联；

将充电电压施加在所述分压电路的一部分；

通过调节分压电路的分压比以改变所述分压电路两端的电压，从而改变施加在采样电路两端的参考电压。

15.如权利要求14所述的充电电流变换方法，其特征在于：所述分压电路包括串联的第一电阻和第二电阻，调节分压电路的分压比包括以下步骤：将充电电压施加在所述分压电路第一电阻的两端，并在所述第二电阻的两端并联开关电路，通过控制开关电路的导通和断开从而控制所述第二电阻的分压。

16.一种电子设备，其特征在于采用了如权利要求1至12中任一项所述的充电电路。

说明书

【技术领域】

本发明涉及充电电路及其充电电流变换方法。

【背景技术】

便携式监护仪通常用于医院重症监护室及转移状态下的病人监护，需要能够持续不断提供病人生理参数的监护，因此，监护仪内部具有后备电池，保证既可以在网电源输入下工作，也可以在后备电池供电模式下工作。监护仪接入网电源时，对后备电池充电。监护仪可以边工作边充电，此时因为工作需要消耗一部分功率，所以充电应该采用小电流充电，充电比较慢，发热少。而在监护仪待机时，可将全部功率用于充电，可采用大电流充电，充电比较快。因此，有必要根据监护仪的工作状态切换电池充电电流。同时，其他带有后备电源的设备也存在此类问题。

目前，充电电流的自动切换技术难度较大，充电电路的大小电流切换技术基本采用图1或图2方案，图中，箭头的方向为充电电流I的方向。

充电电路采样电阻两端的参考电压固定不变，通过选取合适的采样电阻值来实现需要的充电电流的设定。图1、图2所示的方案中，参考电压即是充电电压Uref，当需要根据系统不同的状态(待机状态、工作状态)改变充电电流时，一般采用通过并联或者串联另外一个采样电阻来实现对电流大小的调节。如图1所示：当开关K断开时，充电电流为最小值如公式(1)：

$I_{\min }=\frac{U_{\mathrm{ref}}}{R_{s1}}...\left(1\right)$

当开关K闭合时，充电电流为最大值如公式(2)：

$I_{\max }=\frac{U_{\mathrm{ref}}}{R_{s1}//R_{s2}}...\left(2\right)$

如图2所示：当开关K断开时，充电电流为最小值如公式(3)：

$I_{\min }=\frac{U_{\mathrm{ref}}}{R_{s1}+R_{s2}}...\left(3\right)$

当开关K闭合时，充电电流为最大值如公式(4)：

$I_{\max }=\frac{U_{\mathrm{ref}}}{R_{s1}}...\left(4\right)$

这两种方法的特点都是充电电压固定，通过开关的开通、闭合状态改变采样电阻阻值，从而改变充电电流的设定值。

【发明内容】

本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种充电电路，可改变充电电流。

本发明的另一目的就是解决现有技术中的问题，提供一种充电电流变换方法，可改变充电电流。

为实现上述目的，本发明提供一种充电电路，包括采样电路和电压输入电路，所述电压输入电路与采样电路并联，所述电压输入电路的输出电压可调节。

在一种实施例中，所述电压输入电路包括用于输出充电电压的充电管理电路、分压电路和控制单元，所述控制单元用于改变所述分压电路的分压比，所述充电电压施加到所述分压电路的一部分，所述分压电路与所述采样电路并联。

本发明还提供一种充电电流变换方法，适用于充电电路中的大小充电电流切换，所述充电电路包括用于输出充电电流的采样电路，通过改变施加在采样电路两端的参考电压以改变充电电流的大小。

在一种实施例中，改变施加在采样电路两端的参考电压包括以下步骤：

设置分压电路，将所述分压电路与采样电路并联；

将充电电压施加在所述分压电路的一部分；

通过调节分压电路的分压比以改变所述分压电路两端的电压，从而改变施加在采样电路两端的参考电压。

所述分压电路包括串联的第一电阻和第二电阻，调节分压电路的分压比包括以下步骤：将充电电压施加在所述分压电路第一电阻的两端，并在所述第二电阻的两端并联开关电路，通过控制开关电路的导通和断开从而控制所述第二电阻的分压。

本发明的有益效果是：

本发明在不改变采样电路的阻值的情况下，通过改变施加在采样电路两端的参考电压，从而获得不同的充电电流。

【附图说明】

图1为现有技术中充电电路实现大小充电电流切换的一种电路图；

图2为现有技术中充电电路实现大小充电电流切换的另一种电路图；

图3为本发明实现大小充电电流切换的一种实施例的原理图；

图4为充电管理芯片内部电路结构示意图；

图5为本发明一种实施例的电路示意图；

图6为本发明另一种实施例的电路示意图；

图7为本发明又一种实施例的电路示意图。

【具体实施方式】

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

充电电路包括采样电路和电压输入电路，所述电压输入电路与采样电路并联，电压输入电路为采样电路提供参考电压，所述采样电路的一端输入母线电压，另一端用于输出充电电流，为使采样电路输出的电流可调，所述电压输入电路的输出电压可调节。

本发明实现充电电路中充电电流可变换的工作原理是在不改变采样电路的阻值的情况下，通过改变施加在采样电路两端的参考电压，使得同一个采样电路在不同的参考电压下，获得不同的充电电流。

在一种实施方式中，通过在采样电路的两端并联一分压电路，分压电路的一部分电路的分压不变，通过改变分压电路的阻值，可改变分压电路的分压比，从而改变整个分压电路两端的电压，即改变了采样电路两端的电压。

请参考图3所示的一种实施例，充电电路包括采样电路和电压输入电路，电压输入电路包括的充电管理电路、分压电路和控制单元，充电管理电路(图中未示出)用于输出充电电压Uref，所述控制单元用于改变所述分压电路的分压比，所述充电电压施加到所述分压电路的一部分，所述分压电路与所述采样电路并联。采样电路包括采样电阻Rs，在采样电阻Rs的两端并联一分压电路，分压电路包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，在第一电阻R1的两端施加充电电压Uref，作为控制单元的开关电路K并联在第二电阻R2的两端。当开关闭合时，采样电阻Rs两端的电压即是第一电阻R1两端施加的充电电压Uref。当开关打开时，采样电阻Rs两端的电压为第一电阻R1两端的电压Uref加上第二电阻R2两端的分压。在本实施例中，优选地，所述Uref基本保持不变。在其他实施例中，Uref也可以是可调节的或者可变的。

如图5所示的实施例中，充电电路包括采样电路和电压输入电路，电压输入电路包括充电管理电路和充电电流变换电路，充电电流变换电路包括分压电路和控制单元。充电管理电路采用某一充电管理芯片，其内部结构图如图4所示：5引脚上拉母线电压DCIN，4引脚就是芯片的参考电压Uref，即5、4之间的电压被充电管理芯片箝位到了Uref(例如为0.25V)。采样电压是由4引脚决定的，内部是一个比较器，0.25V的采样电压值被集成在IC内部，本实施例通过更改其外围电路设计，使得集成在内部的采样电压值更改为可以设定的采样电压值。

如图5所示，采样电阻Rs的第一端连接到母线电压，第二端输出充电电流至电池，充电管理IC芯片U1的4脚、5脚分别连接分压电路的第一电阻R1的两端，作为控制单元的开关电路包括开关管Q1，开关管Q1可以为三极管、MOS管或IGBT管。为控制开关管Q1的导通和断开，控制单元还包括控制电路，所述控制电路用于控制开关电路在导通和断开状态之间切换。控制电路包括开关管Q2，开关管Q2可以为三极管、MOS管或IGBT管。图5所示的一种实施例中，开关管Q2为NPN型三极管，开关管Q2的基极响应控制信号FSTCHG，发射极接地，集电极通过串联的电阻R3和电阻R4组成的分压电路连接到采样电阻Rs的第一端。开关管Q1的控制极耦合到电阻R3和电阻R4的中间节点，其它两极分别耦合到第二电阻R2的两端。图5所示的一种实施例中，开关管Q1为P沟道MOS管，其栅极耦合到电阻R3和电阻R4的中间节点，源极连接在芯片U1的4引脚、漏极连接在芯片的2引脚。

电路的工作原理如下：

当控制端FSTCHG为低电平的时候，开关管Q2(此例中是NPN型三极管)是开路状态，开关管Q1(此例中为P沟道MOS管)的栅极被电阻R3上拉到DCIN，开关管Q1也是开路状态。充电管理IC芯片U1管脚5、4之间的输出电压Uref在电阻R1上产生一个电流，因为管脚5、4是芯片UC3906内比较器的输入端，满足电流续断的条件，所以此电流会流经电阻R2。在电阻R2上产生一定的压降。如果令R1＝R2，则管脚5、2之间的降压就是2Uref。从而更改了采样电阻RS两端的参考电压。当控制端FSTCHG为高电平时，开关管Q2导通，开关管Q1的栅极通过电阻R3、R4分压后使得栅极电压低于DCIN，开关管Q1也导通，电阻R2被开关管Q1所短路，管脚4、2之间变成了等电势。此时采样电阻RS两端的参考电压即为芯片的输出电压Uref。

本发明通过两个分压电阻实现了采样电阻两端参考电压的改变，从而可灵活改变充电电流。首先通过采样电阻设定需要的小充电电流，如公式(5)所示，然后通过调整分压电阻的比值，来改变采样电阻RS的参考电压值，从而设定所需的大充电电流，如公式(6)所示。

$I_{\min }=\frac{U_{\mathrm{ref}}}{R_s}...\left(5\right)$

$I_{\max }=\frac{R_2+R_1}{R_1}*\frac{U_{\mathrm{ref}}}{R_s}=\frac{R_2+R_1}{R_1}*I_{\min }...\left(6\right)$

通常，分压电阻值大于采样电阻RS的阻值，在某些实施例中，使分压电阻值远大于采样电阻RS的阻值(例如分压电阻值大于采样电阻值的1000倍)，则引入的分压电阻对采样电阻RS的电流控制精度将不会降低。本例中采样电阻RS为0.75ohm，分压电阻R1＝R2＝150Kohm，其并联后的电阻依然可以看成0.75ohm，分压电阻对其影响不大。因此电流控制精度可以看成采样电阻的精度。

上述实施例通过两个低成本的分压电阻来实现电阻参考电压的改变，与现有技术相比，节约了一个高成本的采样电阻，并且由于采样电阻的体积较大，通过节约采样电阻从而减小了电路板的面积。由于开关电路不处于主功率回路上，通过的电流很小，故可选用小信号的开关管，与现有技术相比，降低了开关管的成本和功率损耗。并且，由于开关电路承载电流小，可以采用小封装的开关管，进一步减小了电路板的面积。

上述实施例中，连接在第二电阻两端的开关电路还可以是机械开关、跳线开关、继电器或电子开关，当开关电路是机械开关或跳线开关时，可以不需要控制电路，而由操作者控制。当开关电路采用继电器时，只需要根据已知的知识对电路稍加改变即可。当开关电路是电子开关时，本领域技术人员也可根据已知的知识设计电路的连接，例如将电子开关的输入端与第一电阻和第二电阻的节点相连，输出端在第二电阻的两端切换，控制端耦合到控制电路，控制电路控制电子开关的输出端在第二电阻的两端切换。

上述实施例中，通过改变第二电阻的阻值来改变整个分压电路的阻值，当第二电阻的阻值改变后，其两端的分压也随之改变，所以采样电路两端的参考电压也被改变，而采样电路的阻值不变，因此可改变采样电路输出的充电电流。另外，也可以通过改变第一电阻的阻值来改变整个分压电路的阻值，当第一电阻的阻值改变后，使通过分压电路的电流改变，从而可改变第二电阻两端的分压，而第一电阻两端的充电电压不变，所以采样电路两端的电压被改变。

还可以将第一电阻或第二电阻设计为可调电阻，通过可调端子来调节第一电阻或第二电阻的阻值，从而改变分压电路的分压比。

第一电阻和第二电阻可以为单一电阻，也可以由多个电阻串联或并联或串并联组成。

上述实施例中，充电电压也可以施加在第二电阻的两端，采样电阻可以是高位电阻采样(例如连接母线电压)、也可以是低位电阻采样(例如接地)，充电管理电路还可以是其它形式的电路或其它类型的充电管理芯片、充电管理IC。

如图6所示的实施例中，充电电路包括采样电路和电压输入电路，所述电压输入电路与采样电路并联，电压输入电路为可调电压源或者变压器，可设定电压输入电路的输出电压，使采样电路两端的参考电压可变换，从而实现充电电流的变换。

如图7所示的实施例中，充电电路包括采样电路和电压输入电路，所述电压输入电路与采样电路并联，电压输入电路包括电流源与可调电阻单元，所述电流源与可调电阻单元串联，可调电阻单元可以是可变电阻器、其它可调电阻的器件或电路，调节可调电阻单元的阻值，改变采样电路两端的参考电压，从而实现充电电流的变换。类似这一实施例，在本发明的其他实施例中，充电电路可以包括采样电路和电压输入电路，所述电压输入电路与采样电路并联，电压输入电路包括可调电流源与电阻单元，所述可调电流源与电阻单元串联，调节该电流源的阻值，即可改变采样电路两端的参考电压，从而实现充电电流的变换。根据以上说明，本领域技术人员可以想到电压输入电路包括可调电流源与可调电阻单元，这种实现方案也应当认为是本发明的一种方式。

上述实施例中，采样电阻可以为单一电阻，也可以由多个电阻串联或并联或串并联组成。采样电路除了包括采样电阻外，还可以包括其它和采样电阻连接的器件，例如电容等。

本发明还提出了一种充电电流变换方法，适用于充电电路中的大小充电电流切换，所述充电电路包括用于输出充电电流的采样电路，改变施加在采样电路两端的参考电压以改变充电电流的大小。

在本方法的一个实施例中，改变施加在采样电路两端的参考电压可以包括以下步骤：

设置分压电路，将所述分压电路与采样电路并联；

将充电电压施加在所述分压电路的一部分；

通过调节分压电路的分压比以改变所述分压电路两端的电压，从而改变施加在采样电路两端的参考电压。

在上述本方法的一个实施例中，优选地，所述分压电路包括串联的第一电阻和第二电阻，调节分压电路的分压比包括以下步骤：将充电电压施加在所述分压电路第一电阻的两端，并在所述第二电阻的两端并联开关电路，通过控制开关电路的导通和断开从而控制所述第二电阻的分压。

本发明还提出了一种电子设备，这种电子设备应用了前面所述的本发明提出的电路或者方法。此种电子设备可以是医疗器械。进一步地，此种电子设备可以是一种监护仪或者便携监护仪。

综上所述，本发明解决了芯片内部参考电压固定不可调的缺陷，不但实现了大小电流切换的功能，还为开发工程师设定充电电流提供了更加灵活的方法。由于采用了低成本的分压电阻替代了传统方法中的功率电阻、采用小容量的开关管替代了大容量的开关管，所以成本得到大幅降低、PCB面积也得到明显的减少。

本发明可以用在铅酸电池充电电路当中，也可以用在锂电池充电电路、镍镉电池镍氢电池充电电路，同时也可以用在任何需要电流切换的电路当中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。