一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于：包括充電輸入口、放電輸出口、電池連接口、控制邏輯單元、驅(qū)動(dòng)單元、充電開(kāi)關(guān)管單元、電源電壓檢測(cè)單元、上管過(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧蚅ED燈控制單元，控制邏輯單元輸入端與電源電壓檢測(cè)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧⑸瞎苓^(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元連接，控制邏輯單元輸出端與LED燈控制單元和驅(qū)動(dòng)單元連接，驅(qū)動(dòng)單元輸出端與充電開(kāi)關(guān)管單元連接；充電輸入口、放電輸出口為共用的一個(gè)端口。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣、靈活性好、穩(wěn)定可靠、充放電效率較高、散熱性能好、設(shè)計(jì)成本較低，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說(shuō)明】一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路。

【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上應(yīng)用的單芯片方案移動(dòng)電源充電部分采用線性充電方式，放電部分采用開(kāi)關(guān)電源方式，即DC/DC升壓，如圖1所示。線性充電的效率與輸入電壓和電池電壓有關(guān)，在常見(jiàn)的使用情況下，充電效率在75-85 %。放電部分由于采用的是開(kāi)關(guān)電源方式，效率可以很聞，比如在80-92%。因?yàn)槌潆姴糠峙c放電部分是相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)回路,而充電部分米用的是線性充電方式，因此總體效率很低。同時(shí)，采用線性方式時(shí)充電元器件發(fā)熱很厲害，因而功率不能做得太大，或者會(huì)增加散熱成本。充電回路受線性控制方式的影響，充電電流不能做得太大，充電循環(huán)的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，特別是應(yīng)用在電池容量很大的情況下，充電時(shí)間會(huì)顯著增加。因此在一些應(yīng)用中，充電電流小于放電電流。在這種情況下，如果電池電量不足，將出現(xiàn)，即使有外接電源，也不能提供足夠的放電電流滿足外接設(shè)備的需要。另外，其充電回路需要一個(gè)與放電回路獨(dú)立的控制器或功率管。放電回路也需要兩個(gè)獨(dú)立的控制器或功率管，或者是一個(gè)功率管和一個(gè)續(xù)流二極管，增加了設(shè)計(jì)成本。
[0003]另一種移動(dòng)電源常用充放電方案是充電部分采用開(kāi)關(guān)電源方式，放電部分也采用開(kāi)關(guān)電源方式，但兩個(gè)回路是相對(duì)獨(dú)立的，如圖2所示。由于充電和放電都是采用的開(kāi)關(guān)電源方式，因此充電效率和放電效率都可以很高。另一方面，由于充放電回路是相對(duì)獨(dú)立的，充電回路需要一個(gè)電感和兩個(gè)功率管，或者一個(gè)電感，或者一個(gè)功率管和一個(gè)續(xù)流二極管。放電回路需要一個(gè)電感和兩個(gè)功率管，或者一個(gè)電感，或者一個(gè)功率管和一個(gè)續(xù)流二極管。由于使用兩個(gè)電感，系統(tǒng)體積會(huì)很大、設(shè)計(jì)成本也較高。同時(shí)，充放電回路相對(duì)獨(dú)立設(shè)計(jì)時(shí)還需要兩組控制器，每一組控制器由兩個(gè)功率管組成，或由一個(gè)功率管與一個(gè)續(xù)流二極管組成，而控制芯片面積較大，增加了布線設(shè)計(jì)的難度，提高了設(shè)計(jì)的成本。
[0004]因此，亟待提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異、靈活性好、穩(wěn)定可靠、成本較低的移動(dòng)電源充放電方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其充電回路和放電回路均采用開(kāi)關(guān)電源方式，充電回路與放電回路是同一個(gè)回路；并共享控制器及電感，共用充電輸入接口與放電輸出接口。另外，采用可切換襯底的方式，實(shí)現(xiàn)放電可關(guān)斷功能，可以不增加功率管或控制器數(shù)量的情況下，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)功能和過(guò)流保護(hù)功能，因而提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。其設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣、靈活性好、穩(wěn)定可靠、充放電效率較高、散熱性能好、設(shè)計(jì)成本較低，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:包括充電輸入口、放電輸出口、電池連接口、控制邏輯單元、驅(qū)動(dòng)單元、充電開(kāi)關(guān)管單元、電源電壓檢測(cè)單元、上管過(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧蚅ED燈控制單元，所述控制邏輯單元輸入端與電源電壓檢測(cè)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧?、上管過(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元連接，所述控制邏輯單元輸出端與LED燈控制單元和驅(qū)動(dòng)單元連接，所述驅(qū)動(dòng)單元輸出端與充電開(kāi)關(guān)管單元連接；所述充電輸入口、放電輸出口為共用的一個(gè)端口。
[0007]上述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述充電開(kāi)關(guān)管單元為兩個(gè)上下串聯(lián)連接的充電開(kāi)關(guān)管。
[0008]上述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述上管過(guò)流保護(hù)單元為可切換襯底P型MOSFET功率管、常規(guī)P型MOSFET功率管、常規(guī)N型MOSFET功率管、其他類型的功率管任意一種。
[0009]上述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述CC/CV升壓?jiǎn)卧ㄅc電池連接口并聯(lián)的濾波電容和與電池連接口串聯(lián)的升壓電感，以及與升壓電感連接的充電開(kāi)關(guān)管。
[0010]上述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述升壓電感與充電開(kāi)關(guān)管漏極連接，所述充電開(kāi)關(guān)管源極接地。
[0011]上述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述充電開(kāi)關(guān)管也為MOSFET功率管。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、本發(fā)明充電回路和放電回路均采用開(kāi)關(guān)電源方式，其充放電電流大、充放電時(shí)間短、充放電效率較高、系統(tǒng)散熱性能好；
[0014]2、本發(fā)明充電回路與放電回路是同一個(gè)回路，可以共享控制器及電感；當(dāng)能量/功率從接口向內(nèi)部傳輸時(shí)，它是降壓開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)，當(dāng)能量/功率從內(nèi)部向接口傳輸時(shí)是升壓開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)；相比傳統(tǒng)充放電電路設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻，或者更大效率的功率管。因此設(shè)計(jì)成本低、電路損耗更小、充放電電流較大、充放電效率大大提高；
[0015]3、本發(fā)明充電輸入接口與放電輸出接口可以共用，也可以通過(guò)增加控制器件隔離為獨(dú)立接口，靈活性好；
[0016]4、本發(fā)明采用可切換襯底的方式，實(shí)現(xiàn)放電可關(guān)斷功能，可以不增加功率管或控制器(比如短路保護(hù)控制器)數(shù)量的情況下，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)功能和過(guò)流保護(hù)功能，因而相對(duì)提聞了系統(tǒng)運(yùn)行效率。
[0017]綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣、靈活性好、穩(wěn)定可靠、充放電效率較高、散熱性能好、設(shè)計(jì)成本較低，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0018]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為傳統(tǒng)的線性降壓充電和開(kāi)關(guān)升壓放電電源集成電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)降壓充電和開(kāi)關(guān)升壓放電電源集成電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的同步整流移動(dòng)電源集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明的共用充放電口充放電電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為圖4改進(jìn)的可不共用充放電口充放電電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明的共用充放電口充放電電路電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖3所示，一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:包括充電輸入口、放電輸出口、電池連接口、控制邏輯單元、驅(qū)動(dòng)單元、充電開(kāi)關(guān)管單元、電源電壓檢測(cè)單元、上管過(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧蚅ED燈控制單元，所述控制邏輯單元輸入端與電源電壓檢測(cè)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧⑸瞎苓^(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元連接，所述控制邏輯單元輸出端與LED燈控制單元和驅(qū)動(dòng)單元連接，所述驅(qū)動(dòng)單元輸出端與充電開(kāi)關(guān)管單元連接；所述充電輸入口、放電輸出口為共用的一個(gè)端口。
[0026]本實(shí)施例中，所述充電開(kāi)關(guān)管單元為兩個(gè)上下串聯(lián)連接的充電開(kāi)關(guān)管。
[0027]本實(shí)施例中，所述上管過(guò)流保護(hù)單元為可切換襯底P型MOSFET功率管、常規(guī)P型MOSFET功率管、常規(guī)N型MOSFET功率管、其他類型的功率管任意一種。
[0028]本實(shí)施例中，所述CC/CV升壓?jiǎn)卧ㄅc電池連接口并聯(lián)的濾波電容和與電池連接口串聯(lián)的升壓電感，以及與升壓電感連接的充電開(kāi)關(guān)管。
[0029]本實(shí)施例中，所述升壓電感與充電開(kāi)關(guān)管漏極連接，所述充電開(kāi)關(guān)管源極接地。
[0030]本實(shí)施例中，所述充電開(kāi)關(guān)管也為MOSFET功率管。
[0031]如圖4所示，為CC/CV升壓?jiǎn)卧娐吩韴D，其中充電輸入口、放電輸出口為共用的一個(gè)端口，充電輸入口、放電輸出口連接的開(kāi)關(guān)管表示可切換襯底P型MOSFET功率管，用于實(shí)現(xiàn)電路過(guò)壓過(guò)流保護(hù)。當(dāng)電源電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到USB充電口電壓超過(guò)5V，P型MOSFET功率管關(guān)斷，進(jìn)而電路停止充電。
[0032]常規(guī)的方案采用P型MOSFET管做為控制器，而集成電路工藝中的P型MOSFET會(huì)有一個(gè)寄生二極管，它將提供一個(gè)放電通路，使得即使將P型MOSFET關(guān)掉，也無(wú)流阻斷電流從電池流向輸出接口。因此常規(guī)方案不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉放電回路的功能，從而保護(hù)系統(tǒng)。
[0033]本實(shí)施例通過(guò)P型MOFSET管的襯底的切換及其電位的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)寄生二極管的關(guān)斷控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)放電回路的關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的功能，比如當(dāng)電池電壓低于3V時(shí)，說(shuō)明電路過(guò)放電，P型MOSFET功率管關(guān)斷，進(jìn)而電路停止放電，實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓的保護(hù)功能，如圖6所示。
[0034]同時(shí)，充電輸入口、放電輸出口的共用，使得當(dāng)能量/功率從接口向內(nèi)部傳輸時(shí)，它是降壓開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)，此時(shí)圖6中與升壓電感串聯(lián)的可切換襯底的MOFSET管起到常規(guī)降壓型開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)管的作用，當(dāng)能量/功率從內(nèi)部向接口傳輸時(shí)是升壓開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)，與升壓電感并聯(lián)的MOFSET管起到常規(guī)升壓型開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)管的作用。這樣實(shí)現(xiàn)了一管多用，靈活性好，大大降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
[0035]另外，輸入接口與輸出接口也可以不共用，如圖5所示，在圖4的基礎(chǔ)上，增加了額外輸出限流的控制部分，以及額外輸入高壓保護(hù)部分，讓輸入接口與輸出接口分離，限流控制與高壓阻斷或保護(hù)控制可以任意選擇，靈活性好。
[0036]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:包括充電輸入口、放電輸出口、電池連接口、控制邏輯單元、驅(qū)動(dòng)單元、充電開(kāi)關(guān)管單元、電源電壓檢測(cè)單元、上管過(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧蚅ED燈控制單元，所述控制邏輯單元輸入端與電源電壓檢測(cè)單元、CC/CV升壓?jiǎn)卧⑸瞎苓^(guò)流保護(hù)單元、下管過(guò)流保護(hù)單元連接，所述控制邏輯單元輸出端與LED燈控制單元和驅(qū)動(dòng)單元連接，所述驅(qū)動(dòng)單元輸出端與充電開(kāi)關(guān)管單元連接；所述充電輸入口、放電輸出口為共用的一個(gè)端口。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述充電開(kāi)關(guān)管單元為兩個(gè)上下串聯(lián)連接的充電開(kāi)關(guān)管。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述上管過(guò)流保護(hù)單元為可切換襯底P型MOSFET功率管、常規(guī)P型MOSFET功率管、常規(guī)N型MOSFET功率管、其他類型的功率管任意一種。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述CC/CV升壓?jiǎn)卧ㄅc電池連接口并聯(lián)的濾波電容和與電池連接口串聯(lián)的升壓電感，以及與升壓電感連接的充電開(kāi)關(guān)管。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述升壓電感與充電開(kāi)關(guān)管漏極連接，所述充電開(kāi)關(guān)管源極接地。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種多功能同步整流移動(dòng)電源集成電路，其特征在于:所述充電開(kāi)關(guān)管也為MOSFET功率管。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104333065SQ201410603673
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】黃文炯 申請(qǐng)人:深圳市矽碩電子科技有限公司