CN101309014B - 锂电池充电器控制集成电路及其极性切换开关控制电路 - Google Patents

锂电池充电器控制集成电路及其极性切换开关控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制简单直接、集成CMOS开关的锂电池充电器控制集成电路及其极性切换开关控制电路。本发明的极性切换开关控制电路包括比较器(OP3)、两个反相器(I195、I196)、四个P-MOSFET(P79、P81、P96、P98)、五个N-MOSFET(N13、N14、N22、N73、N74)，利用比较器及N-MOSFET的开关特性，简单直接实现了电池的极性识别控制。

Description

锂电池充电器控制集成电路及其极性切换开关控制电路
技术领域
本发明涉及一种锂电池充电器控制集成电路及其极性切换开关控制电路。
背景技术
目前在移动电话等电子产品上普遍使用可反复充电的锂离子电池作为供电电源，这种锂离子电池需要采用充电器进行充电。目前锂电池充电器大都采用各种各样的专用控制集成电路(IC)和各种采样电路。目前还出现了可自动识别电池极性并对电池进行充电的锂电池充电器。这种可自动识别电池极性的充电器需要有极性切换开关，此切换开关可由双极分立器件组成，也可由MOSFET组成，但不管是哪一种切换开关，都要有控制切换的电路，目前大多数采用双极分立器件组成切换开关，其它控制电路仍在开发中，尤其是集成CMOS开关的控制电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种控制简单直接、集成CMOS开关的锂电池充电器控制集成电路的极性切换开关控制电路。
另外，本发明还提供一种采用该极性切换开关控制电路的锂电池充电器控制集成电路。
本发明锂电池充电器控制集成电路的极性切换开关控制电路所采用的技术方案是：本发明锂电池充电器控制集成电路的极性切换开关控制电路包括锂电池正极端口、负极端口、电源输入端、比较器、第一反相器、第二反相器、第一P-MOSFET、第二P-MOSFET、第三P-MOSFET、第四P-MOSFET、第一N-MOSFET、第二N-MOSFET、第三N-MOSFET、第四N-MOSFET、第五N-MOSFET，所述第一P-MOSFET、所述第二P-MOSFET的源极分别与所述电源输入端相连接，所述第四N-MOSFET、所述第五N-MOSFET的源极分别接地，所述正极端口与所述第三N-MOSFET的栅极、所述第五N-MOSFET的漏极、所述第二P-MOSFET的漏极、所述比较器的同相输入端相连接，所述负极端口与所述第一N-MOSFET的栅极、所述第二N-MOSFET的栅极、所述第四N-MOSFET的漏极、所述第一P-MOSFET的漏极、所述比较器的反相输入端相连接，所述第一反相器的输入、输出端分别与所述比较器的输出端、所述第二反相器的输入端相连接，所述第一N-MOSFET的源极、漏极分别与所述正极端口及所述第一反相器的输入端相连接，所述第二N-MOSFET的源极、漏极分别与所述正极端口及所述第四N-MOSFET的栅极相连接，所述第三N-MOSFET的源极、漏极分别与所述负极端口及所述第五N-MOSFET的栅极相连接，所述第三P-MOSFET的栅极、所述第四P-MOSFET的栅极分别与所述第一反相器的输出端、所述第二反相器的输出端相连接，所述第三P-MOSFET的源极、漏极分别与所述第一P-MOSFET的栅极、所述第四N-MOSFET的栅极相连接，所述第四P-MOSFET的源极、漏极分别与所述第二P-MOSFET的栅极、所述第五N-MOSFET的栅极相连接。
本发明锂电池充电器控制集成电路所采用的技术方案是：本发明锂电池充电器控制集成电路包括极性切换开关控制电路，所述极性切换开关控制电路包括锂电池正极端口、负极端口、电源输入端、比较器、第一反相器、第二反相器、第一P-MOSFET、第二P-MOSFET、第三P-MOSFET、第四P-MOSFET、第一N-MOSFET、第二N-MOSFET、第三N-MOSFET、第四N-MOSFET、第五N-MOSFET，所述第一P-MOSFET、所述第二P-MOSFET的源极分别与所述电源输入端相连接，所述第四N-MOSFET、所述第五N-MOSFET的源极分别接地，所述正极端口与所述第三N-MOSFET的栅极、所述第五N-MOSFET的漏极、所述第二P-MOSFET的漏极、所述比较器的同相输入端相连接，所述负极端口与所述第一N-MOSFET的栅极、所述第二N-MOSFET的栅极、所述第四N-MOSFET的漏极、所述第一P-MOSFET的漏极、所述比较器的反相输入端相连接，所述第一反相器的输入、输出端分别与所述比较器的输出端、所述第二反相器的输入端相连接，所述第一N-MOSFET的源极、漏极分别与所述正极端口及所述第一反相器的输入端相连接，所述第二N-MOSFET的源极、漏极分别与所述正极端口及所述第四N-MOSFET的栅极相连接，所述第三N-MOSFET的源极、漏极分别与所述负极端口及所述第五N-MOSFET的栅极相连接，所述第三P-MOSFET的栅极、所述第四P-MOSFET的栅极分别与所述第一反相器的输出端、所述第二反相器的输出端相连接，所述第三P-MOSFET的源极、漏极分别与所述第一P-MOSFET的栅极、所述第四N-MOSFET的栅极相连接，所述第四P-MOSFET的源极、漏极分别与所述第二P-MOSFET的栅极、所述第五N-MOSFET的栅极相连接。
本发明的有益效果是：由于本发明所述极性切换开关控制电路包括锂电池正极端口、负极端口、电源输入端、比较器、第一反相器、第二反相器、第一P-MOSFET、第二P-MOSFET、第三P-MOSFET、第四P-MOSFET、第一N-MOSFET、第二N-MOSFET、第三N-MOSFET、第四N-MOSFET、第五N-MOSFET，所述第一P-MOSFET、所述第二P-MOSFET的源极分别与所述电源输入端相连接，所述第四N-MOSFET、所述第五N-MOSFET的源极分别接地，所述正极端口与所述第三N-MOSFET的栅极、所述第五N-MOSFET的漏极、所述第二P-MOSFET的漏极、所述比较器的同相输入端相连接，所述负极端口与所述第一N-MOSFET的栅极、所述第二N-MOSFET的栅极、所述第四N-MOSFET的漏极、所述第一P-MOSFET的漏极、所述比较器的反相输入端相连接，所述第一反相器的输入、输出端分别与所述比较器的输出端、所述第二反相器的输入端相连接，所述第一N-MOSFET的源极、漏极分别与所述正极端口及所述第一反相器的输入端相连接，所述第二N-MOSFET的源极、漏极分别与所述正极端口及所述第四N-MOSFET的栅极相连接，所述第三N-MOSFET的源极、漏极分别与所述负极端口及所述第五N-MOSFET的栅极相连接，所述第三P-MOSFET的栅极、所述第四P-MOSFET的栅极分别与所述第一反相器的输出端、所述第二反相器的输出端相连接，所述第三P-MOSFET的源极、漏极分别与所述第一P-MOSFET的栅极、所述第四N-MOSFET的栅极相连接，所述第四P-MOSFET的源极、漏极分别与所述第二P-MOSFET的栅极、所述第五N-MOSFET的栅极相连接，本电路利用了比较器及N-MOSFET的开关特性，当本电路的所述电源输入端加上电压后，电池连接到所述正极端口、所述负极端口，通过所述比较器判断所述正极端口、所述负极端口哪一端电压高、哪一端电压低来使所述第四N-MOSFET和所述第二P-MOSFET或所述第五N-MOSFET和所述第一P-MOSFET导通或关断，从而使所述正极端口、所述负极端口的电压极性与所连接的电池极性相同；当本电路所述电源输入端未加上电压时，电池连接到所述正极端口、所述负极端口，则电池电压会通过所述第一P-MOSFET或所述第二P-MOSFET的寄生二极管(虚线连接部分)加到本电路的所述电源输入端，此时实际的最低电压点为电池的负极；当所述正极端口接电池正极时，则所述第三N-MOSFET导通，使所述第五N-MOSFET的栅极接到所述负极端口上，即电池负极，从而使所述第三N-MOSFET截止，再通过IC内部电路，使所述第四N-MOSFET和所述第二P-MOSFET导通同时所述第五N-MOSFET和所述第一P-MOSFET截止，因而通过所述第四N-MOSFET将IC的接地端与所述负极端口连接；当所述负极端口接电池正极时，则所述第一N-MOSFET、所述第二N-MOSFET导通，使所述第四N-MOSFET的栅极接到电池负极即所述正极端口，使所述第四N-MOSFET和所述第二P-MOSFET截止同时所述第五N-MOSFET和所述第一P-MOSFET导通；通过上述过程可知，本电路接上电池后，不管所述正极端口、所述负极端口接电池正极或负极，本电路都处于正常的等待充电状态，故本发明集成了CMOS开关且简单直接地实现了电池的极性识别控制。
附图说明
图1是本发明锂电池充电器控制集成电路的极性切换开关控制电路的电路原理图；
图2是本发明锂电池充电器控制集成电路的电路原理图；
图3是本发明锂电池充电器控制集成电路的一个应用连接示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本发明的锂电池充电器控制集成电路包括电压采样电阻网络1、充电指示控制电路2、短路保护电路3、极性切换开关控制电路4及恒流恒压控制电路，所述极性切换开关控制电路4包括锂电池正极端口BT+、负极端口BT-、电源输入端VDD、比较器OP3、第一反相器I195、第二反相器I196、第一P-MOSFET P79、第二P-MOSFET P81、第三P-MOSFET P96、第四P-MOSFET P98、第一N-MOSFET N13、第二N-MOSFET N14、第三N-MOSFET N22、第四N-MOSFET N73、第五N-MOSFET N74，所述第一P-MOSFET P79、所述第二P-MOSFETP81的源极分别与所述电源输入端VDD相连接，所述第四N-MOSFETN73、所述第五N-MOSFET N74的源极分别接地，所述正极端口BT+与所述第三N-MOSFET N22的栅极、所述第五N-MOSFET N74的漏极、所述第二P-MOSFET P81的漏极、所述比较器OP3的同相输入端+相连接，所述负极端口BT-与所述第一N-MOSFET N13的栅极、所述第二N-MOSFET N14的栅极、所述第四N-MOSFET N73的漏极、所述第一P-MOSFET P79的漏极、所述比较器OP3的反相输入端-相连接，所述第一反相器I195的输入、输出端分别与所述比较器OP3的输出端、所述第二反相器I196的输入端相连接，所述第一N-MOSFET N13的源极、漏极分别与所述正极端口BT+及所述第一反相器I195的输入端相连接，所述第二N-MOSFET N14的源极、漏极分别与所述正极端口BT+及所述第四N-MOSFET N73的栅极相连接，所述第三N-MOSFET N22的源极、漏极分别与所述负极端口BT-及所述第五N-MOSFET N74的栅极相连接，所述第三P-MOSFET P96的栅极、所述第四P-MOSFET P98的栅极分别与所述第一反相器I195的输出端、所述第二反相器I196的输出端相连接，所述第三P-MOSFET P96的源极、漏极分别与所述第一P-MOSFET P79的栅极、所述第四N-MOSFET N73的栅极相连接，所述第四P-MOSFETP98的源极、漏极分别与所述第二P-MOSFET P81的栅极、所述第五N-MOSFET N74的栅极相连接。
本发明对电池的极性进行识别及切换的过程如下：
(1)初始时，当本电路的所述电源输入端VDD加上电压而电路未接负载(即电池)时，VBT+＞VBT-；
(a)当电池正极连接到所述正极端口BT+，负极连接到所述负极端口BT-时，由于VBT+＞VBT-，使得所述比较器OP3输出高电平，进而所述第一反相器I195输出低电平，并使得所述第三P-MOSFET P96导通、所述第五N-MOSFET N74截止、所述第二反相器I196输出高电平，从而使得所述第四N-MOSFET N73导通、所述第四P-MOSFET P98截止、所述第一P-MOSFET P79截止，此时所述第二P-MOSFET P81的栅极可受外接充电电路控制，以对电池进行充电；
(b)当电池正极连接到所述负极端口BT-，负极连接到所述正极端口BT+时，由于VBT-＞VBT+，使得所述比较器OP3输出低电平，进而所述第一反相器I195输出高电平，并使得所述第三P-MOSFET P96截止、所述第五N-MOSFET N74导通并使得VBT+＝0V、所述第二反相器I196输出低电平，从而使得所述第四N-MOSFET N73截止、所述第四P-MOSFETP98导通，使所述第二P-MOSFET P81截止，此时所述第一P-MOSFETP79栅极可受外接充电电路控制，以对电池进行充电。
(2)当本电路的所述电源输入端VDD未加上电压时，电池连接到所述正极端口BT+、所述负极端口BT-时，电池电压会通过所述第一P-MOSFET P79或所述第二P-MOSFET P81的寄生二极管(虚线连接部分)加到本电路的所述电源输入端VDD，此时实际的最低电压点为电池的负极及与其相连接的端口；
(a)当电池正极连接到所述正极端口BT+，负极连接到所述负极端口BT-时，所述第三N-MOSFET N22导通，使所述第五N-MOSFET N74的栅极连接到所述负极端口BT-即电池负极，从而使所述第五N-MOSFETN74截止，另外由于VBT+＞VBT-，使得所述比较器OP3输出高电平，进而所述第一反相器I195输出低电平，并使得所述第三P-MOSFET P96导通、所述第二反相器I196输出高电平，从而使得所述第四N-MOSFET N73导通、所述第四P-MOSFET P98截止、所述第一P-MOSFET P79截止，此时所述第二P-MOSFET P81的栅极可受外接充电电路控制，以对电池进行充电；
(b)当电池正极连接到所述负极端口BT-，负极连接到所述正极端口BT+时，所述第一N-MOSFET N13、所述第二N-MOSFET N14导通，使得所述第四N-MOSFET N73的栅极接到电池负极即所述正极端口BT+，使所述第一反相器I195输出高电平并使得所述第三P-MOSFET P96截止、所述第五N-MOSFET N74导通并使得VBT+＝0V、所述第二反相器I196输出低电平，从而使得所述第四N-MOSFET N73截止、所述第四P-MOSFET P98导通，使所述第二P-MOSFET P81截止，此时所述第一P-MOSFET P79栅极可受外接充电电路控制，以对电池进行充电。
通过上述极性识别及切换的过程可知，本电路接上电池后，不管所述正极端口BT+、所述负极端口BT-接电池的正极还是负极，本电路都处于正常的等待充电状态。本电路利用了比较器及N-MOSFET的开关特性，简单直接实现了电池的极性识别控制。
本发明锂电池充电器控制集成电路有电源输入端VDD、接地端GND，锂电池正负极端口BT+、BT-，外接电容端口CBP，及电源指示端口L3、充电指示端口L2、饱和指示端口L1，因此在封装后有8个外接脚，而且外围电路非常简单，外围元件少，集成化程度高，易于推广和使用。
本发明可广泛应用于锂电池充电领域。
在不脱离本发明思想的情况下，凡应用本发明说明书及附图内容及所做的各种等效变化，均理同包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (2)

1.一种锂电池充电器控制集成电路的极性切换开关控制电路，其特征在于：
包括锂电池正极端口(BT+)、负极端口(BT-)、电源输入端(VDD)、比较器(OP3)、第一反相器(I195)、第二反相器(I196)、第一P-MOSFET(P79)、第二P-MOSFET(P81)、第三P-MOSFET(P96)、第四P-MOSFET(P98)、第一N-MOSFET(N13)、第二N-MOSFET(N14)、第三N-MOSFET(N22)、第四N-MOSFET(N73)、和第五N-MOSFET(N74)，所述第一P-MOSFET(P79)、所述第二P-MOSFET(P81)的源极分别与所述电源输入端(VDD)相连接，所述第四N-MOSFET(N73)、所述第五N-MOSFET(N74)的源极分别接地，所述正极端口(BT+)分别与所述第三N-MOSFET(N22)的栅极、所述第五N-MOSFET(N74)的漏极、所述第二P-MOSFET(P81)的漏极、所述比较器(OP3)的同相输入端(+)相连接，所述负极端口(BT-)分别与所述第一N-MOSFET(N13)的栅极、所述第二N-MOSFET(N14)的栅极、所述第四N-MOSFET(N73)的漏极、所述第一P-MOSFET(P79)的漏极、所述比较器(OP3)的反相输入端(-)相连接，所述第一反相器(I195)的输入端与所述比较器(OP3)的输出端相连接，所述第一反相器(I195)的输出端与所述第二反相器(I196)的输入端相连接，所述第一N-MOSFET(N13)的源极与所述正极端口(BT+)相连接，所述第一N-MOSFET(N13)的漏极与所述第一反相器(I195)的输入端相连接，所述第二N-MOSFET(N14)的源极与所述正极端口(BT+)相连接，所述第二N-MOSFET(N14)的漏极与所述第四N-MOSFET(N73)的栅极相连接，所述第三N-MOSFET(N22)的源极与所述负极端口(BT-)相连接，所述第三N-MOSFET(N22)的漏极与所述第五N-MOSFET(N74)的栅极相连接，所述第三P-MOSFET(P96)的栅极与所述第一反相器(I195)的输出端相连接，所述第四P-MOSFET(P98)的栅极与所述第二反相器(I196)的输出端相连接，所述第三P-MOSFET(P96)的源极与所述第一P-MOSFET(P79)的栅极相连接，所述第三P-MOSFET(P96)的漏极与所述第四N-MOSFET(N73)的栅极相连接，所述第四P-MOSFET(P98)的源极与所述第二P-MOSFET(P81)的栅极相连接，所述第四P-MOSFET(P98)的漏极与所述第五N-MOSFET(N74)的栅极相连接。
2.一种锂电池充电器控制集成电路，包括极性切换开关控制电路，其特征在于：所述极性切换开关控制电路包括锂电池正极端口(BT+)、负极端口(BT-)、电源输入端(VDD)、比较器(OP3)、第一反相器(I195)、第二反相器(I196)、第一P-MOSFET(P79)、第二P-MOSFET(P81)、第三P-MOSFET(P96)、第四P-MOSFET(P98)、第一N-MOSFET(N13)、第二N-MOSFET(N14)、第三N-MOSFET(N22)、第四N-MOSFET(N73)、和第五N-MOSFET(N74)，所述第一P-MOSFET(P79)、所述第二P-MOSFET(P81)的源极分别与所述电源输入端(VDD)相连接，所述第四N-MOSFET(N73)、所述第五N-MOSFET(N74)的源极分别接地，所述正极端口(BT+)分别与所述第三N-MOSFET(N22)的栅极、所述第五N-MOSFET(N74)的漏极、所述第二P-MOSFET(P81)的漏极、所述比较器(OP3)的同相输入端(+)相连接，所述负极端口(BT-)分别与所述第一N-MOSFET(N13)的栅极、所述第二N-MOSFET(N14)的栅极、所述第四N-MOSFET(N73)的漏极、所述第一P-MOSFET(P79)的漏极、所述比较器(OP3)的反相输入端(-)相连接，所述第一反相器(I195)的输入端与所述比较器(OP3)的输出端相连接，所述第一反相器(I195)的输出端与所述第二反相器(I196)的输入端相连接，所述第一N-MOSFET(N13)的源极与所述正极端口(BT+)相连接，所述第一N-MOSFET(N13)的漏极与所述第一反相器(I195)的输入端相连接，所述第二N-MOSFET(N14)的源极与所述正极端口(BT+)相连接，所述第二N-MOSFET(N14)的漏极与所述第四N-MOSFET(N73)的栅极相连接，所述第三N-MOSFET(N22)的源极与所述负极端口(BT-)相连接，所述第三N-MOSFET(N22)的漏极与所述第五N-MOSFET(N74)的栅极相连接，所述第三P-MOSFET(P96)的栅极与所述第一反相器(I195)的输出端相连接，所述第四P-MOSFET(P98)的栅极与所述第二反相器(I196)的输出端相连接，所述第三P-MOSFET(P96)的源极与所述第一P-MOSFET(P79)的栅极相连接，所述第三P-MOSFET(P96)的漏极与所述第四N-MOSFET(N73)的栅极相连接，所述第四P-MOSFET(P98)的源极与所述第二P-MOSFET(P81)的栅极相连接，所述第四P-MOSFET(P98)的漏极与所述第五N-MOSFET(N74)的栅极相连接。
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