本发明实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种充电电路及其在恒压充电时的零点补偿方法、充电电源。
背景技术：
线性充电电源具有纹波小、外围电路简单，以及不需要使用电感元件等特点，因此广泛应用于小功率锂电池充电场合。锂电池的充电包括涓流充电、恒流充电和恒压充电三个过程。为了确保充电过程的稳定性，需要针对涓流充电、恒流充电和恒压充电分别进行补偿。然而，现有的恒压充电电路的补偿效果不佳，负载电流的范围较大时，充电过程的稳定性较差。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种充电电路及其在恒压充电时的零点补偿方法、充电电源，以改善恒压充电的补偿效果，提升充电电路的稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了一种充电电路，包括：第一电源端、第二电源端、参考电压输入端和电压输出端；
功率管，所述功率管的第一极与所述第一电源端电连接，所述功率管的第二极与所述电压输出端电连接；
误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与所述参考电压输入端电连接，所述误差放大器的第二输入端与所述电压输出端电连接；
驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述误差放大器的输出端电连接，所述驱动模块的输出端与所述功率管的栅极电连接；
调零模块，包括串联连接的容性元件和至少两个阻性元件；所述调零模块连接于所述误差放大器的输出端和所述第二电源端之间；
零点分段控制模块，包括检测输入端和输出控制端，所述检测输入端与所述功率管第一极电连接，所述输出控制端与所述调零模块电连接；所述零点分段控制模块用于根据检测到的负载电流，调整接入所述调零模块的阻性元件的数量，以补偿所述充电电路的零点。
可选地，充电电路还包括：电流采样模块，所述电流采样模块串联连接于所述第一电源端与所述功率管的第一极之间；
所述零点分段控制模块的检测输入端与所述电流采样模块的输出端电连接。
可选地，充电电路还包括参考电流输入端；所述零点分段控制模块包括比较器和晶体管；
所述比较器的第一输入端与所述参考电流输入端电连接，所述比较器的第二输入端作为所述零点分段控制模块的检测输入端；
所述晶体管的栅极与所述比较器的输出端电连接，所述晶体管并联连接于至少一个所述阻性元件两端。
可选地，充电电路还包括至少两个参考电流输入端；所述零点分段控制模块包括至少两个比较器和至少两个晶体管；
至少两个所述比较器的第一输入端分别与对应的所述参考电流输入端电连接，至少两个所述比较器的第二输入端均与所述零点分段控制模块的检测输入端；
至少两个所述晶体管分别与对应的所述比较器的输出端电连接，至少两个所述晶体管分别并联连接于至少一个所述阻性元件两端。
可选地，充电电路还包括：限流电路，所述限流电路包括输入端和输出端，所述限流电路的输入端与所述电流采样模块的输出端电连接，所述限流电路的输出端与所述功率管的栅极电连接。
可选地，所述阻性元件为电阻，所述容性元件为电容。
可选地，充电电路还包括：第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的第一端与所述电压输出端电连接；
所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电源端电连接；
所述误差放大器的第二输入端与所述第一电阻的第二端电连接。
可选地，充电电路还包括：输出电容，所述输出电容连接于所述电压输出端和所述第二电源端之间。
第二方面，本发明实施例还提供了一种充电电源，包括：如本发明任意实施例所述的充电电路。
第三方面，本发明实施例还提供了一种充电电路在恒压充电时的零点补偿方法，该方法适用于本发明任意实施例所述的充电电路，该方法包括：
检测所述充电电路的负载电流；
根据检测到的所述负载电流的大小，调整接入调零模块的阻性元件的数量，以补偿所述充电电路的零点。
本发明实施例通过设置调零模块包括至少两个阻性元件，零点分段控制模块检测负载电流，并根据检测到的负载电流，调整接入调零模块的阻性元件的数量，实现了分段零点补偿，改善了恒压充电的补偿效果，使得充电电路在较大的负载电流的范围内均具有较好的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种充电电路的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种充电电路在轻载下的零、极点分布示意图；
图3为本发明实施例提供的一种充电电路在重载下的零、极点分布示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种充电电路的示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种充电电路的示意图；
图6为本发明提供的一种充电电路在恒压充电时的零点补偿方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种充电电路，该充电电路可用于锂电池充电。图1为本发明实施例提供的一种充电电路的示意图。参见图1，该充电电路包括：第一电源端vin、第二电源端gnd、参考电压输入端vref和电压输出端bat；该充电电路还包括：功率管n1、误差放大器ea、驱动模块buf、调零模块100和零点分段控制模块200。
其中，功率管n1的第一极与第一电源端vin电连接，功率管n1的第二极与电压输出端bat电连接；误差放大器ea的第一输入端与参考电压输入端vref电连接，误差放大器ea的第二输入端与电压输出端bat电连接；驱动模块buf的输入端与误差放大器ea的输出端电连接，驱动模块buf的输出端与功率管n1的栅极电连接；调零模块100包括串联连接的容性元件和至少两个阻性元件(图1中未示出)；调零模块100连接于误差放大器ea的输出端和第二电源端gnd之间；零点分段控制模块200包括检测输入端和输出控制端，检测输入端与功率管n1第一极电连接，输出控制端与调零模块100电连接；零点分段控制模块200用于根据检测到的负载电流iout，调整接入调零模块100的阻性元件的数量，以补偿充电电路的零点。
其中，阻性元件例如可以为电阻，容性元件例如可以为电容。负载电流iout从第一电源端vin流经功率管n1后输出至电压输出端bat，因此，通过对功率管n1的第一极进行检测可以得到该充电电路的负载电流iout。
该充电电路的零、极点分析如下：
误差放大器ea的输出端的极点p1(主极点)为：1/2πc1*(r1 ro1)；
误差放大器ea的输出端零点z1为：1/2πc1*r1；
负载输出端极点p2为(次极点)：1/2π(co*roeq)；
负载输出端零点z2为：1/2πresr*co。
其中，c1为调零模块100中容性元件的电容值，r1为接入调零模块100的阻性元件的阻抗值，ro1为误差放大器ea的输出阻抗，co为输出电容co的电容值，roeq为充电电路输出端等效阻抗，resr为输出电容co的寄生电阻的阻值。由于寄生电阻resr通常较小，零点z2位于高频部分，因此忽略零点z2对充电电路的影响。
由上述分析可知，本发明实施例提供的充电电路包括两个极点(分别为主极点p1和次极点p2)和一个零点(零点z1)。主极点p1位于低频处，次极点p2随输出负载的变化而变化。在恒压充电模式下，当负载电流iout较小(输出轻载)时，输出端等效阻抗roeq较大(输出重载)，次极点p2位于低频；当负载电流iout大时，输出端等效阻抗roeq较小，次极点p2位于高频。
示例性地，该充电电路在恒压充电时的零点补偿方法包括：检测充电电路的负载电流iout；根据检测到的负载电流iout的大小，调整接入调零模块100的阻性元件的数量，以补偿充电电路的零点。具体地，当负载电流iout较小时，次极点p2位于低频，主极点p1和次极点p2接近，充电电路的稳定性变差，这时零点分段控制模块200控制接入调零模块100的阻性元件的数量增加，使得接入调零模块100的阻性元件的阻抗值增加，零点z1的位置被推向低频处，抵消次极点p2的影响，从而提高了充电电路在轻载下的稳定性。负载电流iout较小时，充电电路的波特图如图2所示。相反地，当负载电流iout较大时，次极点p2向高频处移动，主极点p1和次极点p2分裂，这时零点分段控制模块200控制接入调零模块100的阻性元件的数量减少，使得接入调零模块100的阻性元件的阻抗值减小，零点z1的位置被推向高频处，避免零点过补偿，从而提高了充电电路在重载下的稳定性。负载电流iout较大时，充电电路的波特图如图3所示。
由图2和图3可以看出，主极点p1不动，负载电流iout较小时，次极点p2位于低频，零点z1也位于低频，因此零点z1将次极点p2的影响抵消，使得幅值过零点时，相位保持在45°以上；负载电流iout较大时，次极点p2推向高频，零点z1也推向低频，因此零点z1将次极点p2的影响抵消，使得幅值过零点时，相位保持在45°以上。因此，充电电路在轻载和重载下均能够保持稳定。
综上所述，本发明实施例通过设置调零模块100包括至少两个阻性元件，零点分段控制模块200检测负载电流iout，并根据检测到的负载电流iout，调整接入调零模块100的阻性元件的数量，实现了分段零点补偿，改善了恒压充电的补偿效果，使得充电电路在较大的负载电流iout的范围内均具有较好的稳定性。
图4为本发明实施例提供的另一种充电电路的示意图。参见图4，在本发明的一种实施方式中，可选地，充电电路还包括：电流采样模块210，电流采样模块210串联连接于第一电源端vin与功率管n1的第一极之间；零点分段控制模块200的检测输入端与电流采样模块210的输出端电连接。其中，电流采样模块210可以采集功率管n1的第一极的电流并输出电流采样信号，示例性地，该电流采样模块210输出电流为采样点电流的1/n倍，n≥1，从而减小电流采样模块210和后级电路的功耗。
继续参见图4，在本发明的一种实施方式中，可选地，充电电路还包括参考电流输入端iref；零点分段控制模块200包括比较器210和晶体管s1；比较器210的第一输入端与参考电流输入端iref电连接，比较器210的第二输入端作为零点分段控制模块200的检测输入端；晶体管s1的栅极与比较器210的输出端电连接，晶体管s1并联连接于至少一个阻性元件两端。图1中示例性地示出了调零模块100包括两个阻性元件和一个容性元件，分别为第一阻性元件r1和第二阻性元件r1'，晶体管s1并联连接于第二阻性元件r1'的两端。本发明实施例这样设置，调零模块100和零点分段控制模块200采用的元器件成本较低、体积较小，有利于降低充电电源的成本以及有利于充电电源的小型化。
示例性地，该零点分段控制模块200的工作原理为，比较器210将参考电流输入端iref输入的参考电流与采样得到的采样电流做比较，若采样电流小于参考电流，则比较器210输出的控制信号控制晶体管s1断开，以使接入调零模块100的阻性元件的阻抗值增加(包括第一阻性元件r1和第二阻性元件r1')；若采样电流大于参考电流，则比较器210输出的控制信号控制晶体管s1闭合，以使接入调零模块100的阻性元件的数量减少(包括第一阻性元件r1)。这样设置，实现了充电电路的分段零点补偿，使得充电电路在较大的负载电流iout的范围内均具有较好的稳定性。其中，由于采样电流一般与负载电流存在一定的比例关系，因此参考电流的取值与参考负载电流也相应地存在一定的比例关系。例如，采样电流为负载电流的1/n倍，那么负载电流小于n倍的参考电流时，判定为轻载，反之为重载。
需要说明的是，图4中示例性地示出了零点分段控制模块200包括一个参考电流输入端iref、一个比较器210和一个晶体管s1，并非对本发明的限定。在其他实施例中还可以设置充电电路包括至少两个参考电流输入端iref；零点分段控制模块200包括至少两个比较器210和至少两个晶体管s1；至少两个比较器210的第一输入端分别与对应的参考电流输入端iref电连接，至少两个比较器210的第二输入端均与零点分段控制模块200的检测输入端；至少两个晶体管s1分别与对应的比较器210的输出端电连接，至少两个晶体管s1分别并联连接于至少一个阻性元件两端。这样设置，可以实现对分段零点补偿划分为多个区间段，进一步提升零点补偿的准确性和稳定性。
下面就零点分段控制模块200包括两个参考电流输入端iref、两个比较器210和两个晶体管s1的情况进行具体说明。
图5为本发明实施例提供的又一种充电电路的示意图。参见图5，在本发明的一种实施方式中，可选地，两个参考电流输入端分别为第一参考电流输入端iref'和第二参考电流输入端iref”，两个比较器分别为第一比较器210'和第二比较器210'，两个晶体管分别为第一晶体管s1'和第二晶体管s1”。第一比较器210'的第一输入端与第一参考电流输入端iref'电连接，第一比较器210'的第二输入端与零点分段控制模块200的检测输入端；第一晶体管s1'的栅极与第一比较器210'的输出端电连接，第一晶体管s1'并联连接于第二阻性元件r'两端；第二比较器210”的第一输入端与第二参考电流输入端iref”电连接，第二比较器210”的第二输入端与零点分段控制模块200的检测输入端；第二晶体管s1”的栅极与第二比较器210”的输出端电连接，第二晶体管s1”并联连接于第三阻性元件r1”两端。
示例性地，该充电电路在恒压充电时的零点补偿方法包括：当采样电流小于第一参考电流输入端iref'输出的第一参考电流时，第一比较器210'输出的控制信号控制第一晶体管s1'断开，且采样电流必然小于第二参考电流输入端iref”输出的第二参考电流，第二比较器210”输出的控制信号控制第二晶体管s1”断开，这样，接入调零模块100的阻性元件的数量最多(包括第一阻性元件r1、第二阻性元件r1'和第三阻性元件r1”)；当采样电流大于第一参考电流且小于第二参考电流时，第一比较器210'输出的控制信号控制第一晶体管s1'闭合，第二比较器210'输出的控制信号控制第二晶体管s1'断开，这样，接入调零模块100的阻性元件的数量减少(包括第一阻性元件r1和第三阻性元件r1”)；当采样电流大于第二参考电流时，第二比较器210”输出的控制信号控制第二晶体管s1”闭合，且采样电流必然大于第一参考电流，第一比较器210'输出的控制信号控制第一晶体管s1'闭合，这样，接入调零模块100的阻性元件的数量最少(包括第一阻性元件r1)。本发明实施例这样设置，可以实现分段零点补偿划分为三个区间段分别进行补偿，相比于分两个区间段补偿，提升了零点补偿的准确性和稳定性。
结合图4和图5，在上述各实施例的基础上，可选地，充电电路还包括：限流电路300，限流电路300包括输入端和输出端，限流电路300的输入端与电流采样模块210的输出端电连接，限流电路300的输出端与功率管n1的栅极电连接。这样设置，起到了对充电电路进行电流保护的作用，进一步提升了充电电路的可靠性。
结合图4和图5，在上述各实施例的基础上，可选地，充电电路还包括：第一电阻rf1和第二电阻rf2；第一电阻rf1的第一端与电压输出端bat电连接；第二电阻rf2的第一端与第一电阻rf1的第二端电连接，第二电阻rf2的第二端与第二电源端gnd电连接；误差放大器ea的第二输入端与第一电阻rf1的第二端电连接。其中，第一电阻rf1和第二电阻rf2对输出电压起到了分压的作用，这样设置减小了反馈至误差放大器ea的电压，从而有利于减小误差放大器ea的功耗，提升电路的稳定性。
结合图4和图5，在上述各实施例的基础上，可选地，充电电路还包括：输出电容co，输出电容co连接于电压输出端bat和第二电源端gnd之间。这样设置，有利于提升输出电容co的稳定性。其中输出电容co通常存在寄生电阻resr，输出电容co的设置对输出端零点z2产生一定的影响，但是由于寄生电阻resr的阻值很小，输出端零点z2位于高频部分，可忽略其对充电电路的影响。
本发明实施例还提供了一种充电电源。该充电电源包括：如本发明任意实施例所提供的充电电路，其技术原理和产生的效果类似，不再赘述。
本发明实施例还提供了一种充电电路在恒压充电时的零点补偿方法，该方法适用于本发明任意实施例所提供的充电电路。图6为本发明提供的一种充电电路在恒压充电时的零点补偿方法的流程示意图。参见图6，该充电电路在恒压充电时的零点补偿方法包括以下步骤：
s1、检测充电电路的负载电流。
s2、根据检测到的负载电流的大小，调整接入调零模块的阻性元件的数量，以补偿充电电路的零点。
本发明实施例通过设置调零模块包括至少两个阻性元件，零点分段控制模块检测负载电流，并根据检测到的负载电流，调整接入调零模块的阻性元件的数量，实现了分段零点补偿，改善了恒压充电的补偿效果，使得充电电路在较大的负载电流的范围内均具有较好的稳定性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
1.一种充电电路，其特征在于，包括：第一电源端、第二电源端、参考电压输入端和电压输出端；
功率管，所述功率管的第一极与所述第一电源端电连接，所述功率管的第二极与所述电压输出端电连接；
误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与所述参考电压输入端电连接，所述误差放大器的第二输入端与所述电压输出端电连接；
驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述误差放大器的输出端电连接，所述驱动模块的输出端与所述功率管的栅极电连接；
调零模块，包括串联连接的容性元件和至少两个阻性元件；所述调零模块连接于所述误差放大器的输出端和所述第二电源端之间；
零点分段控制模块，包括检测输入端和输出控制端，所述检测输入端与所述功率管第一极电连接，所述输出控制端与所述调零模块电连接；所述零点分段控制模块用于根据检测到的负载电流，调整接入所述调零模块的阻性元件的数量，以补偿所述充电电路的零点。
2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括：电流采样模块，所述电流采样模块串联连接于所述第一电源端与所述功率管的第一极之间；
所述零点分段控制模块的检测输入端与所述电流采样模块的输出端电连接。
3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，还包括参考电流输入端；所述零点分段控制模块包括比较器和晶体管；
所述比较器的第一输入端与所述参考电流输入端电连接，所述比较器的第二输入端作为所述零点分段控制模块的检测输入端；
所述晶体管的栅极与所述比较器的输出端电连接，所述晶体管并联连接于至少一个所述阻性元件两端。
4.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，还包括至少两个参考电流输入端；所述零点分段控制模块包括至少两个比较器和至少两个晶体管；
至少两个所述比较器的第一输入端分别与对应的所述参考电流输入端电连接，至少两个所述比较器的第二输入端均与所述零点分段控制模块的检测输入端；
至少两个所述晶体管分别与对应的所述比较器的输出端电连接，至少两个所述晶体管分别并联连接于至少一个所述阻性元件两端。
5.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，还包括：限流电路，所述限流电路包括输入端和输出端，所述限流电路的输入端与所述电流采样模块的输出端电连接，所述限流电路的输出端与所述功率管的栅极电连接。
6.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述阻性元件为电阻，所述容性元件为电容。
7.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括：第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的第一端与所述电压输出端电连接；
所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电源端电连接；
所述误差放大器的第二输入端与所述第一电阻的第二端电连接。
8.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括：输出电容，所述输出电容连接于所述电压输出端和所述第二电源端之间。
9.一种充电电源，其特征在于，包括：如权利要求1～8任一项所述的充电电路。
10.一种充电电路在恒压充电时的零点补偿方法，其特征在于，所述充电电路包括：第一电源端、第二电源端、参考电压输入端和电压输出端；功率管，所述功率管的第一极与所述第一电源端电连接，所述功率管的第二极与所述电压输出端电连接；误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与所述参考电压输入端电连接，所述误差放大器的第二输入端与所述电压输出端电连接；驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述误差放大器的输出端电连接，所述驱动模块的输出端与所述功率管的栅极电连接；调零模块，包括串联连接的容性元件和至少两个阻性元件；所述调零模块连接于所述误差放大器的输出端和所述第二电源端之间；零点分段控制模块，包括检测输入端和输出控制端，所述检测输入端与所述功率管第一极电连接，所述输出控制端与所述调零模块电连接；
所述充电电路在恒压充电时的零点补偿方法包括：
检测所述充电电路的负载电流；
根据检测到的所述负载电流的大小，调整接入调零模块的阻性元件的数量，以补偿所述充电电路的零点。
技术总结