发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题是:提供一种移动电源控制芯片及使用该芯片的移动电源,简化移动电源结构,降低制造成本。
于是,本发明提供了一种移动电源控制芯片,一种移动电源控制芯片,包括用于给可充电电池充电的充电模块、升压模块、与升压模块连接的开关管和检测控制电路,所述开关管输出的开关信号用于控制该移动电源控制芯片输出端Vout的输出电压,所述检测控制电路包括:待机控制模块、控制电路、基准电压源、比较器、以及与比较器连接的触发器,触发器的输出与升压模块的使能端EN连接,升压模块的电压反馈端FB连接在相互串联的电阻R1和电阻R2之间,相互串联的电阻R1和电阻R2的一端与比较器的同相端连接,另外一端与控制电路连接,控制电路一输出点接地,控制电路还与待机控制模块连接,比较器的同相端输入端也是该移动电源控制芯片的输出端Vout,比较器的反相端输入端与基准电压源负端连接,基准电压源正端与可充电电池连接,比较器的输出端与触发器连接,当充电模块的输入电压小于可充电电池电压时,充电模块不工作;当充电模块的输入电压大于可充电电池电压时,充电模块开始工作;当充电模块的输入电压小于可充电电池电压,且移动电源没有接负载时,充电模块、升压模块、待机控制模块和控制电路被关闭,比较器工作;当充电模块的输入电压小于可充电电池电压,且移动电源接有负载时,若电池电压与输出端Vout电压的差大于基准电压源电压,则比较器使触发器复位,触发器输出高电平,使升压模块工作,此时的待机控制模块通过检测与升压模块连接的开关管关闭时间来判断负载电流的大小,当负载电流小于关断阈值时,待机控制模块使触发器置位,触发器输出低电平使升压模块关闭。
移动电源控制芯片还包括:当充电模块的输入电压减去可充电电池电压大于一个预设阈值时,充电模块开始工作,充电模块输出一状态信息给待机控制模块,待机控制模块收到充电模块开始工作的信息后,产生一脉冲使触发器置位,通过升压模块的使能端EN使升压模块关闭。
该芯片为一体化封装。
所述开关管为MOS管,其漏极与移动电源控制芯片的开关端LX连接。
本发明还提供了一种使用权利要求1所述移动电源控制芯片的移动电源,包括所述移动电源控制芯片、可充电电池和相互串联的电感L及二极管SBD,相互串联的电感L及二极管SBD的一端与可充电电池连接,另外一端与移动电源控制芯片的输出端Vout连接,移动电源控制芯片的开关端LX连接在相互串联的电感L及二极管SBD中间。
其中,所述开关管为MOS管,其漏极与移动电源控制芯片的开关端LX连接。
所述二极管为肖特基二极管或者为MOS管的寄生二极管。
所述移动电源还包括:在移动电源负载接入端并联一滤波电容。
所述移动电源还包括:在可充电电池的两端并联一滤波电容。
本发明所述移动电源控制芯片及使用该芯片的移动电源,通过增加充电模块和升压模块的检测控制电路,使移动电源具有了负载检测功能。该检测控制电路简化了移动电源结构,降低了移动电源制造成本。
进一步,通过将移动电源控制芯片做成一体化封装芯片,简化了移动电源的制造过程,也简单了制造成本。
具体实施方式
下面,结合附图对本发明进行详细描述。
本发明在实施例中有效利用肖特基二极管或者MOS管的寄生二极管特性,在移动电源控制芯片中加入针对升压模块的检测控制电路,使移动电源具有了负载检测功能。该检测控制电路简化了移动电源结构,降低了移动电源制造成本。
提高判别肖特基二极管的压降的准确度,采取了三个措施:一是产生零温度系数的基准电压;二是采用低失调比较器;三是增加肖特基二极管的压降。其中,零温度系数的基准电压和低失调比较器可以容易实现,而对于增加肖特基二极管的压降,由下面的公式(3)可知,可以增加电流变化量dI和降低二极管的静态电流Id。待机时,肖特基二极管电流的变化量就是负载接入时的负载电流,其大小由负载系统决定。因此如公式(4)、公式(5)和公式(6)所示,电流变化量一定,要增加肖特基二极管的压降则需降低待机时肖特基二极管的静态电流Id。
二极管的电流公式:
其中,其中Id是二极管的正向电流,Iso是二极管的反向饱和电流,Vbe是二极管的正向压降,VT是热电压
由式(1)可得二极管压降公式:
两边求导得:
(3)
Id=I0时,由(3)式得:
Id=I1时,由(3)式得:
当I0<I1时,可得:
(6)
图3所示为肖特基二极管指数关系的伏安特性曲线,在电流0附近变化一个△I0时,电压变化△V0较大。当电流在一个大于0的电流附近变化一个相同大小的△I1时电压变化△V1比△V0小得多。因此,当二极管上的静态电流越大,二极管的正向电流变化一个相同值时其压降变化越小。所以为增大肖特基二极管的压降变化量,提高负载接入检测的稳定性与灵敏度,在待机时完全关断流经肖特基二极管的电流,而且在负载接入时负载电流完全流过肖特基二极管。
基于以上考虑,本发明创造性地加入控制电路,如图4中的控制电路407和图6中的控制电路607,将经过肖特基二极管的反馈回路在待机时关断。除了负载电流,输出结点Vout到地没有电流通路,也就是没有负载时肖特基二极管也没有电流流过。因此肖特基二极管的两端压降就可以明显地反映出负载电流的大小,使得低失调比较器能准确无误地判断移动电源系统有没有接负载。
具体的,如图4所示,本实施例提供了一种移动电源控制芯片401,该芯片401包括:用于给可充电电池BAT充电的充电模块402、升压模块403、与升压模块403连接的用于控制升压模块403开闭输出的开关管408、以及检测控制电路,该检测控制电路包括:待机控制模块404、控制电路407、基准电压源410、比较器405、以及与比较器405连接的触发器,触发器的输出与升压模块403的使能端EN连接,升压模块403的电压反馈端FB连接在相互串联的电阻R1和电阻R2之间,相互串联的电阻R1和电阻R2的一端与比较器的同相端连接,另外一端与控制电路407连接,控制电路407一输出点接地,控制电路407还与待机控制模块404连接,比较器405的同相端输入端也是该移动电源控制芯片的输出端Vout,比较器405的反相端输入端与基准电压源410负端连接,基准电压源410正端与可充电电池连接,比较器405的输出端与触发器连接,当充电模块402的输入电压小于可充电电池BAT电压时,充电模块402不工作;当充电模块402的输入电压大于可充电电池BAT电压一个预设阈值时,充电模块402开始工作;当充电模块的输入电压小于可充电电池电压,且移动电源没有接负载时,输出电压等于电池电压,此时的充电模块、升压模块、待机控制模块和控制电路被关闭,比较器工作;当充电模块402的输入电压小于可充电电池BAT电压,且移动电源409接有负载时,输出电压比电池电压低,若移动电源控制芯片401的输出端Vout输出电压大于比较器405的预设阈值,则比较器405使触发器复位,触发器输出高电平,使升压模块工作,此时的待机控制模块404通过检测与升压模块403连接的开关管408的关闭时间来判断负载电流的大小,当负载电流小于关断阈值时,待机控制模块404使触发器置位,触发器输出低电平使升压模块403关闭。
充电模块402:用于实现对锂电池进行充电的功能。当Vin电压达到设定值时充电模块402开始工作,对接在芯片BAT引脚的锂电池BAT充电;
升压模块403:是一个BOOST功能电路模块,与开关管408、移动电源控制芯片401外围的电感L、肖特基二极管SBD和输出电容CL一起构成BOOST升压电路。用于将锂电池BAT电压进行升压,在输出引脚Vout产生稳定电压输出。升压模块403的升压使能端EN打开时,移动电源开始升压。同时待机控制模块404使控制电路407打开,升压模块403根据电压输出端Vout的电阻R1、R2电压反馈端FB电压进行输出升压控制。
待机控制模块404:用于根据充电模块402和升压模块403的信息产生触发器406的置位控制信号。充电模块402工作时,产生关闭升压模块403的信息到待机控制模块404;同时升压模块403根据输出反馈得到负载信息产生控制开关信号,待机控制模块404根据升压模块403的工作模式和开关信号判断输出是否空载,如果处于充电时或者输出为空载时则待机控制模块404产生置位控制信号关闭升压模块。
比较器405,用于检测移动电源控制芯片401的输出电压,电池电压减去升压输出Vout与基准电压源410的参考电压进行比较,用来判断输出电压Vout是否比电池电压低一个基准电压410。比较器405输出复位控制信号复位触发器406,产生高电平使能信号EN,使升压模块403开始工作。
触发器,根据待机控制模块404的置位控制信号和比较器405的复位控制信号,得到相应的使能信号EN。
控制电路407,用于根据待机控制模块404的输出控制电阻R1和电阻R2构成的反馈回路的导通与关断。
开关管408,是BOOST升压拓扑电路的开关控制管。
电阻R1和R2是输出反馈分压电阻,其电阻分压比决定移动电源控制芯片401的输出电压。其中R1电阻也可以外置,不限定于本实施例的示意图的所示。
移动电源控制芯片401还包括如下引脚:电压输入引脚Vin、电池引脚BAT、开关引脚LX、升压输出引脚Vout和GND引脚。
其中,电压输入引脚Vin,接充电电压正极,是充电电源输入端口;
电池引脚BAT,接锂电池正池,是芯片401的电源输入引脚,也是充电输出引脚;
开关引脚LX,输出升压所需的占空比波形;
升压输出引脚Vout,移动电源系统升压输出端口;
GND引脚,芯片401的地端。
当输入电压Vin大于电池电压BAT一个预设阈值时移动电源控制芯片401的充电模块402自动开始工作,移动电源系统处于充电状态,充电模块402输出状态信息到待机控制模块404,待机控制模块404产生脉冲置位触发器406,关闭升压模块403。
当输入电压Vin小于电池电压BAT,且输出端Vout没有接入负载时,芯片401处于待机状态。此时芯片401的充电模块402、升压模块403和待机检测模块404处于关闭状态,不工作。控制电路407也关闭,反馈分压电阻R1、R2断开,输出端Vout没有到地的通路,也就没有电流。芯片401只有比较器405的检测电路工作,移动电源总待机电流极小。这时由于没有负载且输出反馈分压电阻通路被关断,所以肖特基二极管SBD没有电流,肖特基二极管SBD上压降为0。
当负载RL接入时,负载电流通过肖特基二极管SBD从电池BAT流到输出,这个负载电流使得肖特基二极管SBD产生压降。而且这个压降与负载电流成指数关系,这个压降通过比较器405与内部相对电池电压BAT的基准电压410作比较,当大于所设定的阈值时,比较器405输出复位触发器406,触发器406输出高电平,使能升压模块403,升压模块403开始工作,系统开始升压输出。
所述的升压模块403提供BOOST电路的升压功能,且在轻载时进入PFM(Pulse Frequency Modulation,脉冲频率调制)模式或BURST工作模式(突发模式或跳频模式或省略周期模式),升压模块403的输出开关周期会随负载减小而增大。待机控制模块404通过检测开关管408的开关周期的关闭时间长短来判断负载电流的大小情况。通过设定一个关断阈值,使得负载电流减小到一定值时,也就是开关周期的关闭时间大于一定值时,待机控制模块404根据升压模块403的开关信息产生脉冲置位触发器406,所述触发器406输出低电平逻辑关断升压模块。芯片401系统进入极低功耗的待机模式。极大地延长的移动电源系统的待机时间,和提高电池电量的使用率。
进一步,移动电源控制芯片401还包括:当充电模块的输入电压减去可充电电池电压大于一个预设阈值时,充电模块开始工作,充电模块输出一状态信息给待机控制模块,待机控制模块收到充电模块开始工作的信息后,产生一脉冲使触发器置位,通过升压模块的使能端EN使升压模块关闭。
移动电源控制芯片401可以是一体化封装,这样简化了移动电源的制造过程,也简单了制造成本。
开关管408可以是MOS管,其漏极与移动电源控制芯片的开关端LX连接。
本实施例还提供了一种上述移动电源控制芯片401的移动电源,该移动电源包括:移动电源控制芯片401、可充电电池BAT和相互串联的电感L及二极管SBD,相互串联的电感L及二极管SBD的一端与可充电电池BAT连接,另外一端与移动电源控制芯片401的输出端Vout连接,移动电源控制芯片401的开关端LX连接在相互串联的电感L及二极管SBD中间。
移动电源控制芯片401的开关管为MOS管,其漏极与移动电源控制芯片的开关端LX连接。
所述二极管为肖特基二极管或者为MOS管的寄生二极管。
此外,还可以在移动电源负载接入端并联一滤波电容CL。在可充电电池BAT的两端并联一滤波电容C1。
如图5所示,所述移动电源工作在3个状态,分别是:充电、升压和待机。当移动电源没有在充电状态且也没有负载时,移动电源进入并保持在极低功耗的待机状态。当移动电源在待机状态是,若电压输入引脚Vin的电压增大到充电设定门限(充电门限)时,移动电源进入充电状态,充电模块402开始工作,充电电流从电压输入引脚Vin流进,经过充电模块402从电池引脚BAT流出。这时升压模块403不使能,被关闭。当电压输入引脚Vin的电压降低到设定门限(关闭充电门限),且没有负载时,移动电源会先升压然后迅速进入待机状态。移动电源在待机状态时,若有负载接入,则移动电源迅速进入升压状态,升压模块403工作,升压输出。在升压状态时,当负载撤去后,移动电源会重新进入待机状态;同时不管负载有没有撤去,只要电压输入引脚Vin的电压达到充电门限时,都会关闭升压模块403,进入充电状态。在充电状态时,且移动电源系统接有负载,当电压输入引脚Vin的电压降低到关闭充电门限时,系统进入升压状态。负载撤去时,移动电源又重新进入待机状态。
图6所示为本发明实施例所述移动电源控制芯片及使用该芯片的移动电源电路又一结构示意图,其与图4所示的电路不同在于图4中的肖特基二极管SBD被换成了同步整流开关管NM1和该开关管的寄生二极管D1。利用同步整流管NM1的寄生二极管D1对负载电流进行检测。当移动电源系统处于待机状态时,同步整流管NM1关闭。电压输出端通过寄生二极管D1充电达到电池电压。当负载接入时,寄生二极管D1流过电流,产生压降。内部低失调比较器605检测同步整流管NM1的寄生二极管D1压降,当寄生二极管D1压降大于内部基准电压时,说明已有负载接入,使能升压模块603的升压使能端EN,开始升压。同时待机模块604打开控制电路607,升压模块603根据电压输出端Vout的电阻R1、R2分压反馈FB电压进行升压控制。当负载减小或拔出时,升压模块603进入脉冲频率调制PFM模式,待机控制模块604根据升压模块603的开关信息判断移动电源系统是否处于轻载状态,当系统处于轻载状态时,待机控制模块604输出关闭信号到触发器606关闭升压模块603的使能信号EN,从而关闭系统升压,进入低功耗待机状态。当电压输入端Vin电压大于充电门限时,充电模块602开始工作,进入充电状态,这时升压模块关闭;当电压输入端Vin电压降低到关闭充电门限以下时,充电模块602停止工作,升压模块603开始工作,待机控制模块604检测升压开关信息,判断负载状态。当为空载时,关闭升压模块603,系统进入待机状态,比较器605开始检测寄生二极管D1的压降来检测负载。
综上所述,本发明实施例所述移动电源控制芯片及使用该芯片的移动电源,通过增加充电模块和升压模块的检测控制电路,使移动电源具有了负载检测功能。该检测控制电路简化了移动电源结构,降低了移动电源制造成本。
进一步,通过将移动电源控制芯片做成一体化封装芯片,简化了移动电源的制造过程,也简单了制造成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。