自適應輸入電流限制的充電器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電源領域，具體地，涉及自適應輸入電流限制的充電器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]開關型充電器具有體型小、效率高、可以快速對電池充電的優點，在智能手機、平板電腦等領域得到廣泛的應用。然而，外部電源如適配器、計算機設備的USB接口常常具有一定的輸出功率和輸出電流限制。在電池充電過程中，采用外部電源為開關型充電器供電。為了不讓適配器或USB電源供電出現過載的現象，需要對充電器的輸入電流進行限制。
[0003]圖1示出根據現有技術的自適應輸入電流限制的充電器的一種實例的示意性電路圖。該充電器包括用于將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓Vout的功率變換器100和作為負載的電池BAT。為了進行自適應輸入電流限制，在輸入電流控制環路300中，運算放大器301將輸入電流I in的采樣信號VISEN與預定的輸入電流參考信號IRFE進行誤差比較。運算放大器301產生誤差信號VC，以控制功率變換器100。功率變換器100可以調整輸出電流1ut (對電池BAT的充電電流)的大小，進而使得輸入電流Iin被限制為預定值。
[0004]在圖1所示的開關型充電器中，為了保證開關型充電器的輸入電流不過流，輸入電流參考信號IRFE通常設定得比較小。因此不能最大限度的發揮外部電源的輸出電流能力，使得電池充電速度得不到提升。
[0005]圖2示出根據現有技術的自適應輸入電流限制的充電器的另一種實例的示意性電路圖。在該實例中，為了進行自適應輸入電流限制，在輸入電壓控制環路400中，比較器401將輸入電壓Vin的采樣信號VFB與預定的輸入電壓參考信號VREF進行誤差比較。比較器401產生誤差信號VC，以控制功率變換器100。當誤差信號VC指示當前的輸入電壓已經跌落到某一預定值時，功率變換器100可以減小輸出電流1ut (對電池BAT的充電電流)的大小，從而減小輸入電流Iin，以保證輸入電壓不會進一步下降。
[0006]在圖2所示的開關型充電器中，雖然可以使外部電源的輸出電流能力得到最大的發揮，但仍然會讓處于前級的外部電源(如適配器等)長期處于過載狀態，發熱太高，影響壽命O
【發明內容】
[0007]有鑒于此，本發明提出改進的自適應輸入電流限制的充電器及其控制方法，使得可以在提高充電速度的同時避免外部電源的過載。
[0008]根據本發明的一方面，提供一種自適應輸入電流限制的充電器，包括:功率變換器，從外部電源獲得輸入電流以及向負載提供輸出電流作為充電電流；以及電流反饋環路，將用于表征輸入電流的第一檢測信號與第一電流基準信號相比較以產生第一誤差信號，以及將第一誤差信號提供給功率變換器，使得所述功率變換器根據第一誤差信號調節輸入電流，其中，所述電流反饋環路根據功率變換器的輸入電壓判斷外部電源的過載狀態，在外部電源過載時，所述充電器進入限流狀態，其中所述電流反饋環路逐步減小第一電流基準信號，直至外部電源恢復到未過載狀態。
[0009]優選地，所述功率變換器包括功率開關器件，以及采用脈寬調制信號控制功率開關管的導通和斷開，以調節功率變換器的輸入電流。
[0010]優選地，所述電流反饋環路包括:輸入電流調節電路，將用于表征輸入電流的第一檢測信號與第一電流基準信號相比較，以產生所述第一誤差信號；輸入電壓檢測電路，將用于表征輸入電壓的第二檢測信號與第一參考電壓相比較，以產生第一電壓信號；以及輸入電流基準電路，根據功率變換器的輸入電壓和輸入電流產生第一電流基準信號，其中，在第二檢測信號大于第一參考電壓時判定外部電源未過載，所述輸入電流基準電路維持第一電流基準信號不變，在第二檢測信號小于第一參考電壓時判定外部電源過載，在限流狀態中，所述輸入電流基準電路減小第一電流基準信號。
[0011]優選地，所述輸入電流調節電路包括:第一采樣電阻，連接在功率變換器的輸入端，使得輸入電流流經第一采樣電阻；第一運算放大器，第一運算放大器的同相輸入端連接第一采樣電阻的高電位端，反相輸入端連接第一采樣電阻的低電位端，輸出端提供用于表征輸入電流的第一檢測信號；以及第二運算放大器，第二運算放大器的反相輸入端接收第一檢測信號，同相輸入端接收第一電流基準信號，輸出端提供第一誤差信號。
[0012]優選地，所述輸入電壓檢測電路包括:由第一電阻和第二電阻組成的電阻分壓器，第一電阻和第二電阻串聯連接在功率變換器的輸入端和地之間，在第一電阻和第二電阻的中間節點提供用于表征輸入電壓的第二檢測信號；第一比較器，第一比較器的同相輸入端接收第二檢測信號，同相輸入端接收第一參考電壓，輸出端提供第一電壓信號。
[0013]優選地，所述輸入電流基準電路包括:A/D轉換電路，包括輸入端、使能端和輸出端，在輸入端接收第一檢測信號，在使能端接收第一電壓信號，第一電壓信號在外部電源未過載時禁用A/D轉換電路，在外部電源過載時使能A/D轉換電路從而在輸出端提供表示第一檢測信號的第一數字值；存儲電路，存儲與第一電流基準信號相對應的第二數字值；減法電路，從第二數字值減去預定的電流調節步長以獲得第三數字值；以及D/A轉換電路，將第三數字值轉換成模擬信號，以獲得隨后控制周期的第一電流基準信號，其中，在外部電源始終未過載時，所述第二數字值對應于第一電流基準信號的預定值，在外部電源過載時，所述第二數字值對應于當前過載狀態的第一數字值，在外部電源從過載恢復至未過載狀態時，所述第二數字值對應于最后過載狀態的第一數字值。
[0014]優選地，所述輸入電流基準電路包括:A/D轉換電路，包括輸入端、使能端和輸出端，在輸入端接收第一檢測信號，在使能端接收第一電壓信號，第一電壓信號在外部電源未過載時禁用A/D轉換電路，在外部電源過載時使能A/D轉換電路，從而在輸出端提供表示第一檢測信號的第一數字值；減法電路，從第一數字值減去預定的電流調節步長以獲得第二數字值；存儲電路，存儲與第一電流基準信號相對應的第三數字值；以及D/A轉換電路，將第三數字值轉換成模擬信號，以獲得隨后控制周期的第一電流基準信號，其中，在外部電源始終未過載時，所述第三數字值對應于第一電流基準信號的預定值，在外部電源過載時，所述第三數字值對應于當前過載狀態的第二數字值，在外部電源從過載恢復至未過載狀態時，所述第三數字值對應于最后過載狀態的第二數字值。
[0015]優選地，所述輸入電流基準電路包括:減計數器，包括輸入端、使能端和輸出端，在輸入端接收時鐘信號，在使能端接收第一電壓信號，第一電壓信號在外部電源未過載時禁用減計數器，在外部電源過載時使能減計數器從而在輸出端提供第一數字值；以及D/A轉換電路，將第一數字值轉換成模擬信號，以獲得隨后控制周期的第一電流基準信號，其中，在外部電源始終未過載時，所述第一數字值對應于減計數器的預設最大值，在外部電源過載時，所述減計數器逐個時鐘周期地進行減計數運算，在外部電源從過載恢復至未過載狀態時，所述減計數器停止減計數運算。
[0016]優選地，所述充電器還包括以下至少之一:輸入電壓控制環路，將用于表征輸入電壓的第三檢測信號與第二參考電壓相比較以產生第二誤差信號，以及將第二誤差信號提供給功率變換器，使得所述功率變換器根據第二誤差信號調節輸入電壓；輸出電壓控制環路，將用于表征輸出電壓的第四檢測信號與第三參考電壓相比較以產生第三誤差信號，以及將第三誤差信號提供給功率變換器，使得所述功率變換器根據第三誤差信號調節輸出電壓；輸出電流控制環路，將用于表征輸出電流的第五檢測信號與第二電流基準信號相比較以產生第四誤差信號，以及將第四誤差信號提供給功率變換器，使得所述功率變換器根據第四誤差信號調節輸出電流。
[0017]優選地，所述充電器包括所述電流反饋環路、所述輸入電壓控制環路、所述輸出電壓控制環路和所述輸出電流控制環路，還包括:誤差信號選擇電路，從第一至第四誤差信號中選擇誤差信號的最小值提供給功率變換器，使得所述功率變換器根據該最小值調節輸入電流、輸入電壓、輸出電流和輸出電壓中的至少一個。
[0018]優選地，所述誤差信號選擇電路包括:電流源；以及第一二極管至第四二極管，其中，第一二極管至第四二極管的陰極分別接收第一誤差信號至第四誤差信號，其陽極共同連接至公共節點以提供誤差信號的最小值，電流源的輸出端連接至公共節點。
[0019]根據本發明的另一方面，提供一種自適應輸入電流限制的充電器控制方法，包括:采用功率變換器，從外部電源獲得輸入電流以及向負載提供輸出電流作為充電電流；采用電流反饋環路，將用于表征輸入電流的第一檢測信號與第一電流基準信號相比較以產生第一誤差信號，以及將第一誤差信號提供給功率變換器，使得所述功率變換器根據第一誤差信號調節輸入電流；以及根據功率變換器的輸入電壓判斷外部電源的過載狀態，在外部電源過載時，所述充電器進入限流狀態，其中逐步減小第一電流基準信號，直至外部電源恢復到未過載狀態。
[0020]優選地，產生第一誤差信號包括:將用于表征輸入電流的第一檢測信號與第一電流基準信號相比較，以產生所述第一誤差信號；將用于表征輸入電壓的第二檢測信號與第一參考電壓相比較，以產生第一電壓信號；以及根據輸入電壓和輸入電流產生第一電流基準信號，其中，在第二檢測信號大于第一參考電壓時判定外部電源未過載，維持第一電流基準信號不變，在第二檢測信號小于第一參考電壓時判定外部電源過載，在限流狀態中，減小第一電流基準信號。
[0021]優選地，產生第一電流基準信號包括:在外部電源未過載時，根據預先存儲的數字值獲得隨后控制周期的第一電流基準信號；以及在外部電源過載時，將當前的第一檢測信號減去電流調節步長以獲得隨后控制周期的第一電流基準信號。
[0022]優選地，產生第一電流基準信號包括:在外部電源未過載時，根據減計數器保存的計