CN101917042A - 一种锂电池充电器和直流升压器集成电路系统 - Google Patents
一种锂电池充电器和直流升压器集成电路系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，包含反馈控制模块，以及与反馈控制模块连接的转换模块；由反馈控制模块检测的充电/升压输入信号控制，使转换模块工作于充电或升压状态。由反馈控制模块检测充电/升压输入信号，在充电状态下，通过充电升压控制器控制从第一引脚端VIO的外接电源向第二引脚端VBAT的锂电池进行线性或开关型充电；在升压状态下，充电升压控制器控制第二引脚端VBAT的锂电池升压转换，并向第一引脚端VIO的负载提供高于电池电压的电源输出，实现对锂电池充电器与直流升压转换器集成，有效减少了附加电路和分立元件的设置，简化了系统的复杂度，能够缩小系统体积，减少系统成本和封装测试费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路的电源系统，特别涉及一种锂电池充电器和直流升压器集成电路系统。
背景技术
随着手机、MP3和MP4等以电池为电源的器件的广泛使用，对于该些手提装置的电源管理变得越来越重要。目前这类手提装置多由锂电池作为电源，其输出电压一般在2.7V到4.2V；而手提装置的数据传输和信号控制通常要求电源电压能高于该锂电池输出电压。因此，许多生产商往往独立设置有一个电池充电器和一个直流升压器，分别实现为手提装置的锂电池充电，和提供高于电池电压的电源功能。
如图1所示，是现有一种为锂电池充电的线性充电器，其输入端VIN外接工作电源，并分别连接至线性控制模块11及晶体管M1。锂电池12正极在电池端VBAT与晶体管M1连接，并输出电压反馈至线性控制模块11。线性控制模块11由该锂电池12的电压反馈来控制晶体管M1导通程度，并对晶体管M1进行电流检测，以此实现对锂电池12的充电。此时，锂电池12可直接为连接的负载提供电功率，或是通过转换器为负载提供高于或低于电池电压的电功率。
如图2所示，是现有一种为锂电池充电的开关型充电器，其输入端VIN外接工作电源，并分别连接至开关控制模块13及晶体管M1。晶体管M1与晶体管M2分别起开关和续流作用，其相互连接的节点通过串联电感，并在电池端VBAT并联电容后，与锂电池12的正极连接。开关控制模块13由锂电池12的电压反馈以及晶体管M1上充电电流的检测，通过输出PWM(脉宽宽度调制)信号，分别控制晶体管M1与M2的导通及断开，来实现输入端VIN的外接电源对锂电池12进行充电；通过调整PWM信号的占空比，能实现对平均充电电流的有效控制。相比图1所示线性充电器，该开关型充电器能提供更高的充电效率，并减少充电电路的输出热量，因而更适用于大电流充电的情况。
然而，对于如图1、图2所示的充电器来说，其都需要与直流升压器连接，才能为手提装置提供高于锂电池电压的电源输出。图3所示，是现有一种直流升压转换器的电路框图。若其与图1、图2所示充电器连接，即在输入端VIN连接锂电池作为工作电源，而将负载置于其输出端VOUT。升压控制模块17通过输出端VOUT的负反馈，输出PWM信号来分别控制晶体管M1、M2导通或断开，以实现为电感及电容的储能，或是电感、电容与电池一起向负载输出电功率，因而使在输出端VOUT获得高于输入端VIN的输出电压和电流。
可见，该种通过电池充电器与直流升压转换器连接，分别为电池充电及提供高于电池电压的电源电路，需要设置较多的附加电路和分立元件，电路结构复杂，同时增加了系统成本和体积，因而不能很好地适用于手提装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，能够实现电池充电和电压升压的转换，减少附加电路和分立元件，从而简化系统结构，减少系统成本和体积。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，包含反馈控制模块，以及与所述反馈控制模块连接的转换模块；由所述反馈控制模块检测的充电/升压输入信号控制，使所述转换模块工作于充电或升压状态。
所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，还包含电感、电容及锂电池，并设置有第一引脚端VIO、第二引脚端VBAT；所述电感串联在所述转换模块与所述第二引脚端VBAT之间，并在所述第二引脚端VBAT与地之间并联电容和锂电池。
所述转换模块包含充电升压控制器和若干晶体管；该若干晶体管作为切换开关，其控制端分别与所述充电升压控制器连接；其中若干所述晶体管设置在电感与所述第一引脚端VIO之间；若干所述晶体管设置在电感与地之间。
所述若干晶体管还分别设有引线与所述充电升压控制器连接，向所述充电升压控制器输出电流检测的数据。
所述充电升压控制器分别与所述第一引脚端VIO和第二引脚端VBAT连接，并由所述反馈控制模块检测到的充电/升压输入信号控制，在充电或升压工作状态下，分别将第一引脚端VIO、第二引脚端VBAT作为电压反馈端或工作电源端。
当所述反馈控制模块的充电信号处于高电位时，所述充电升压控制器工作在充电状态，其控制作为工作电源端的所述第一引脚端VIO与外部电源连接，向作为电压反馈端的第二引脚端VBAT的锂电池充电。
当所述充电升压控制器控制其中一些所述晶体管断开，并通过第二引脚端VBAT的电压反馈，来控制另一些晶体管导通时，所述充电升压控制器工作在将第一引脚端VIO的外接电源向第二引脚端VBAT的锂电池进行的线性充电过程。
当所述充电升压控制器通过第二引脚端VBAT的电压反馈，输出PWM信号，来分别控制若干晶体管的导通时，所述充电升压控制器工作在将第一引脚端VIO的外接电源对第二引脚端VBAT的锂电池进行的开关型充电过程。
当所述反馈控制模块的升压信号处于高电位时，所述充电升压控制器工作在升压转换状态，其控制作为工作电源端的所述第二引脚端VBAT的锂电池，为作为电压反馈端的第一引脚端VIO连接的负载提供高于锂电池电压的电源输出。
所述充电升压控制器通过检测第一引脚端VIO处的负载电压，输出PWM信号来分别控制若干晶体管的导通或断开，使第二引脚端VBAT的锂电池向电感及电容输出电功率进行储能；或是使电感、电容与锂电池一起向负载输出电功率，以此在第一引脚端VIO获得高于第二引脚端VBAT的输出电压。
本发明所述锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，与现有技术相比，其优点在于：
本发明通过反馈控制模块检测充电/升压输入信号，在充电状态下，通过充电升压控制器控制从第一引脚端VIO的外接电源向第二引脚端VBAT的锂电池进行线性或开关型充电；在升压状态下，充电升压控制器控制第二引脚端VBAT的锂电池升压转换，并向第一引脚端VIO的负载提供高于电池电压的电源输出，实现对锂电池充电器与直流升压转换器集成，有效减少了附加电路和分立元件的设置，简化了系统的复杂度，因而能够缩小系统体积，减少系统成本和封装测试费用。
而且本发明能够通过对辅助电路的简单变形，构成升压、降压或升降压的直流转换器，或是构成便携式的充电器，因而可广泛应用于各种携带式或非携带式的电子系统。
附图说明
图1是现有线性充电器的电路结构示意图；
图2是现有开关型充电器的电路结构示意图；
图3是现有直流升压转换器的电路结构示意图；
图4是本发明锂电池充电器和直流升压器集成电路系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式，附图中实线箭头表示工作电源的输入，虚线箭头表示反馈电压的输入，点划线的燕尾箭头表示电流检测信息的输入，箭头上的数字表示各模块分别处于下述模式1、2、3中的何种工作状态。
如图4所示，本发明锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，包含用于充电升压的转换模块20、与转换模块20连接的反馈控制模块21；该转换模块20还通过串联电感25，并在第二引脚端VBAT并联电容26后，与锂电池12的正极连接。
转换模块20包含充电升压控制器22和两个晶体管23、24，该两个晶体管23、24作为切换开关，其控制端分别与充电升压控制器22连接，另分别设有引线与充电升压控制器22连接进行电流检测。晶体管23一端接第一引脚端VIO，晶体管24一端接地；两晶体管23、24另一端相连后，与电感25串联。
充电升压控制器22分别与第一引脚端VIO和第二引脚端VBAT连接，由反馈控制模块21检测到的充电/升压输入信号控制，在充电或升压工作状态下，分别将第一引脚端VIO、第二引脚端VBAT作为电压反馈端或工作电源端。
当外接电源存在时，其与第一引脚端VIO连接作为充电电源和充电升压控制器22的工作电源。此时，反馈控制模块21接收的充电/升压输入信号中，充电信号处于高电位，致使充电升压控制器22从第二引脚端VBAT接收锂电池12的电压反馈，并可选择在线性充电或开关型充电模式下工作。
若充电升压控制器22工作在线性充电模式(模式1)，配合参见图1和图4所示，令晶体管24始终断开，此时，图4中虚线部分的转换模块20构成了如图1所示的线性充电器的电路结构。充电升压控制器22由第二引脚端VBAT上锂电池12的电压反馈，并对晶体管23进行电流检测，控制晶体管23的导通，以此实现第一引脚端VIO的外接电源，到第二引脚端VBAT的锂电池12的线性充电过程。
若充电升压控制器22工作在开关型充电模式(模式2)，配合参见图2和图4所示。此时，图4中虚线部分的转换模块20构成了如图2所示的开关型充电器的电路结构。通过接收第二引脚端VBAT上锂电池12的电压反馈，并对晶体管23、24进行电流检测，充电升压控制器22输出PWM(脉宽宽度调制)信号，分别控制晶体管23、24在方波的正负周期间隔导通，实现第一引脚端VIO的外接电源对锂电池12进行的开关型充电；通过调整PWM信号的占空比，能实现对平均充电电流的有效控制。
配合参见图3和图4所示，当外接电源不存在时，第二引脚端VBAT与锂电池12的正极连接，作为整个系统的工作电源。此时，反馈控制模块21的升压信号被置于高电位，而将第一引脚端VIO作为电压反馈端。当负载连接于第一引脚端VIO时，充电升压控制器22工作在升压模式(模式3)下，即图4中虚线部分的转换模块20构成了如图3所示的直流升压转换器。
充电升压控制器22通过检测第一引脚端VIO处的负载电压和负载电流，输出PWM信号来分别控制晶体管23、24的导通或断开。在晶体管24导通时从第二引脚端VBAT向电感25及电容26输出电功率进行储能；当晶体管23导通时，由电感25、电容26与锂电池12一起向负载输出电功率，此时在第一引脚端VIO能够获得高于第二引脚端VBAT的输出电压和电流，完成锂电池12的升压过程。
本发明通过反馈控制模块21检测充电/升压输入信号，在充电状态下，通过充电升压控制器22控制从第一引脚端VIO的外接电源向第二引脚端VBAT的锂电池12进行线性或开关型充电；在升压状态下，充电升压控制器22控制第二引脚端VBAT的锂电池12升压转换，并向第一引脚端VIO的负载提供高于电池电压的电源输出，实现对锂电池充电器与直流升压转换器集成，有效减少了附加电路和分立元件的设置，简化了系统的复杂度，因而能够缩小系统体积，减少系统成本和封装测试费用。
同时，本发明并不局限于上述与升压转换器集成的充电器系统的实施方式。通过对辅助电路的简单变形，可将本发明构成升压、降压或升降压的直流转换器，因而可广泛应用于各种携带式或非携带式的电子系统。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，包含反馈控制模块(21)，以及与所述反馈控制模块(21)连接的转换模块(20)；由所述反馈控制模块(21)检测的充电/升压输入信号控制，使所述转换模块(20)工作于充电或升压状态。
2.如权利要求1所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，还包含电感(25)、电容(26)及锂电池(12)，并设置有第一引脚端VIO、第二引脚端VBAT；所述电感(25)串联在所述转换模块(20)与所述第二引脚端VBAT之间，并在所述第二引脚端VBAT与地之间并联电容(26)和锂电池(12)。
3.如权利要求2所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，所述转换模块(20)包含充电升压控制器(22)和若干晶体管(23、24)；该若干晶体管(23、24)作为切换开关，其控制端分别与所述充电升压控制器(22)连接；其中若干所述晶体管(23)设置在电感(25)与所述第一引脚端VIO之间；若干所述晶体管(24)设置在电感(25)与地之间。
4.如权利要求3所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，所述若干晶体管(23、24)还分别设有引线与所述充电升压控制器(22)连接，向所述充电升压控制器(22)输出电流检测的数据。
5.如权利要求3所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，所述充电升压控制器(22)分别与所述第一引脚端VIO和第二引脚端VBAT连接，并由所述反馈控制模块(21)检测到的充电/升压输入信号控制，在充电或升压工作状态下，分别将第一引脚端VIO、第二引脚端VBAT作为电压反馈端或工作电源端。
6.如权利要求5所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，当所述反馈控制模块(21)的充电信号处于高电位时，所述充电升压控制器(22)工作在充电状态，其控制作为工作电源端的所述第一引脚端VIO与外部电源连接，向作为电压反馈端的第二引脚端VBAT的锂电池(12)充电。
7.如权利要求6所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，当所述充电升压控制器(22)控制所述晶体管(24)断开，并通过第二引脚端VBAT的电压反馈，来控制所述晶体管(23)导通时，所述充电升压控制器(22)工作在将第一引脚端VIO的外接电源向第二引脚端VBAT的锂电池(12)进行的线性充电过程。
8.如权利要求6所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，当所述充电升压控制器(22)通过第二引脚端VBAT的电压反馈，输出PWM信号，来分别控制若干晶体管(23、24)的导通时，所述充电升压控制器(22)工作在将第一引脚端VIO的外接电源对第二引脚端VBAT的锂电池(12)进行的开关型充电过程。
9.如权利要求5所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，当所述反馈控制模块(21)的升压信号处于高电位时，所述充电升压控制器(22)工作在升压转换状态，其控制作为工作电源端的所述第二引脚端VBAT的锂电池(12)，为作为电压反馈端的第一引脚端VIO连接的负载提供高于锂电池(12)电压的电源输出。
10.如权利要求9所述的锂电池充电器和直流升压器集成电路系统，其特征在于，所述充电升压控制器(22)通过检测第一引脚端VIO处的负载电压，输出PWM信号来分别控制若干晶体管(23、24)的导通或断开，使第二引脚端VBAT的锂电池(12)向电感(25)及电容(26)输出电功率进行储能；或是使电感(25)、电容(26)与锂电池(12)一起向负载输出电功率，以此在第一引脚端VIO获得高于第二引脚端VBAT的输出电压。
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