CN104124735A - 一种充电电压的稳压电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电电压的稳压电路，用于稳定充电接口输出的充电电压，所述充电接口通过稳压电路连接移动终端的电源管理芯片，其包括：电压比较模块和稳压模块，由电压比较模块检测充电接口输出的充电电压，判断所述充电电压是否大于基准电压，并根据判断结果控制稳压模块的工作状态，使稳压模块输出的电压在所述基准电压以上；在充电电压高于基准电压时，稳压模块直接将充电电压输出给电源管理芯片，在充电电压低于基准电压时，由稳压模块补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上，避免了用电设备由于充电电压低不能充电，及长时间充电导致充电器或电池发热严重的问题，从而延长了充电器和电池的使用寿命。

Description

一种充电电压的稳压电路

技术领域

本发明涉及电子设备的充电技术，特别涉及一种充电电压的稳压电路。

背景技术

目前，智能手机、平板电脑等充电设备充电器的充电输出电压一般为5V，当充电器的充电输出电压低于5V时，充电设备（如智能手机）就会出现不能充电，或是由于充电电流小，导致电池充不进去电的问题。另外，在充电器的充电输出电压低于5V时，手机电池的充电时间会延长，由于长时间处于充电的状态，充电器和手机电池均会发热比较厉害，容易损坏充电器和手机电池。因此，手机在充电时，有必要将充电电压稳定在5V以上。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种充电电压的稳压电路，能在充电时将充电电压稳定在基准电压（如5V）以上。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种充电电压的稳压电路，用于稳定充电接口输出的充电电压，所述充电接口通过稳压电路连接移动终端的电源管理芯片，其包括：

电压比较模块，用于检测充电接口输出的充电电压，判断所述充电电压是否大于基准电压，并根据判断结果控制稳压模块的工作状态，使稳压模块输出的电压在所述基准电压以上；

稳压模块，用于在充电电压低于基准电压时补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上；

所述电压比较模块的第一端连接所述电源管理芯片，所述电压比较模块的第二端连接充电接口、电压比较模块的第三端和第四端稳压模块的输入端，所述稳压模块的输出端连接电源管理芯片。

所述的充电电压的稳压电路中，所述稳压模块包括储能单元、防反单元、稳压单元和充放电单元；

所述储能单元，用于在充电接口输出充电电压时储能，并在储能单元的电荷储满时给充放电单元充电；

所述充放电单元，用于在储能单元的电荷储满时充电，并在充满电时放电；

所述防反单元，用于在充放电单元放电时防止电流倒灌；

所述稳压单元，用于当电压比较模块判断充电电压大于基准电电压时，使充电电压输入电源管理芯片中；当电压比较模块判断充电电压小于基准电电压时，使充放电单元充满电后放电补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上，并输入电源管理芯片中；

所述储能单元的一端连接充电接口和电压比较模块的第二端，储能单元的另一端连接电压比较模块的第三端、还通过防反单元连接充放电单元和电源管理芯片、所述电压比较模块的第一端连接电源管理芯片，电压比较模块的第四端连接稳压单元的输入端。

所述的充电电压的稳压电路中，所述储能单元包括电感，所述防反单元包括二极管，所述充放电单元包括第一电容，所述稳压单元包括稳压二极管、比较放大器、三极管和电阻；所述电感的一端连接充电接口和电压比较模块，电感的另一端连接二极管的正极、还通过电压比较模块连接电源管理芯片；所述二极管的负极连接电源管理芯片和三极管的发射极、也通过第一电容接地、还通过电阻连接比较放大器的反相输入端；所述比较放大器的同相输入端连接稳压二极管的负极和三极管的集电极，所述比较放大器的输出端连接三极管的基极，所述稳压二极管的正极接地。

所述的充电电压的稳压电路中，所述稳压模块还包括第一滤波单元，所述第一滤波单元的一端连接充电接口，第一滤波单元的另一端接地。

所述的充电电压的稳压电路中，所述第一滤波单元包括第二电容，所述第二电容的一端连接充电接口和电感的一端，第二电容的另一端接地。

所述的充电电压的稳压电路中，所述稳压模块还包括第二滤波单元，所述第二滤波单元的一端连接稳压单元、充放电单元和电源管理芯片，第一滤波单元的另一端接地。

所述的充电电压的稳压电路中，所述第二滤波单元还包括第三电容，所述第三电容的一端连接电源管理芯片、第一电容的一端、二极管的负极和三极管的发射极，所述第三电容的另一端接地。

所述的充电电压的稳压电路中，所述三极管为NPN三极管。

所述的充电电压的稳压电路中，所述电压比较模块包括比较器、第一MOS管和第二MOS管；所述比较器的反相输入端连接电源管理芯片，比较器的同相输入端连接基准电压供电端，所述比较器的输出端连接第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极连接比较放大器的同相输入端和三极管的集电极，第一MOS管的漏极连接电感的另一端，第二MOS管的源极连接充电接口和电感的一端。

所述的充电电压的稳压电路中，所述第一MOS管为NMOS管，第二MOS管为PMOS管。

相较于现有技术，本发明提供的充电电压的稳压电路，由电压比较模块检测充电接口输出的充电电压，判断所述充电电压是否大于基准电压（如5V），并根据判断结果控制稳压模块的工作状态，使稳压模块输出的电压在所述基准电压以上；在充电电压高于基准电压时，稳压模块直接将充电电压输出给电源管理芯片，在充电电压低于基准电压时，由稳压模块补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上，避免了用电设备由于充电电压低不能充电，及长时间充电导致充电器或电池发热严重的问题，从而延长了充电器和电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明充电电压的稳压电路的结构框图。

图2为本发明充电电压的稳压电路的电压原理图。

具体实施方式

本发明提供一种充电电压的稳压电路，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的充电电压的稳压电路，用于稳定充电接口输出的充电电压，具体将充电电压稳定在5V以上，所述充电接口通过稳压电路连接移动终端的电源管理芯片U1，请参阅图1，所述的稳压电路包括：电压比较模块10和稳压模块20，所述电压比较模块10的第一端连接所述电源管理芯片U1，所述电压比较模块10的第二端连接充电接口、电压比较模块10的第三端和第四端稳压模块20的输入端，所述稳压模块20的输出端连接电源管理芯片U1。

其中，所述电压比较模块10用于检测充电接口输出的充电电压，判断所述充电电压是否大于基准电压，并根据判断结果控制稳压模块20的工作状态，使稳压模块20输出的电压在所述基准电压以上。所述稳压模块20用于在充电电压高于基准电压时，直接将充电电压输出给电源管理芯片，在充电电压低于基准电压时补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上。

本实施例中，所述基准电压设置为5V，通过电压比较模块10检测充电接口输出的充电电压，当充电电压大于5V时，直接使稳定模块输出5V以上的充电电压给电源管理芯片U1，在充电电压小于5V时，由稳压模块20补充预设电压使充电电压稳定在5V以上，避免了用电设备由于充电电压过低而不能充电，及由于长时间充电导致充电器和电池发热严重的问题，延长了充电器和电池的使用寿命。

请继续参阅图2，所述稳压模块20包括储能单元201、防反单元202、稳压单元203和充放电单元204，所述储能单元201的一端连接充电接口和电压比较模块10的第二端，储能单元201的另一端连接电压比较模块10的第三端、还通过防反单元202连接充放电单元204和电源管理芯片U1、所述电压比较模块10的第一端连接电源管理芯片U1，电压比较模块10的第四端连接稳压单元203的输入端。

其中，所述储能单元201用于在充电接口输出充电电压时储能，并在储能单元201的电荷储满时给充放电单元204充电。所述充放电单元204用于在储能单元201的电荷储满时充电，并在充满电时放电。所述稳压单元203，用于当电压比较模块10判断充电电压大于基准电电压时，使充电电压输入电源管理芯片U1中；当电压比较模块10判断充电电压小于基准电电压时，使充放电单元204充满电后放电补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上，并输入电源管理芯片U1中。所述防反单元202用于在充放电单元204放电时防止电流倒灌。

请一并参阅图2，具体实施时，所述储能单元201包括电感L1，所述防反单元202包括二极管D1，所述充放电单元204包括第一电容C1，所述稳压单元203包括稳压二极管D2、比较放大器A1（如运算放大器）、三极管Q1和电阻R1。所述电感L1主要起储能作用，所述第一电容C1主要起充放电作用，所述二极管D1主要防止电流倒灌，起保护电感L1的作用。三极管Q1为NPN三极管，当其基极为高电平时导通，当其基极为低电平时截止。

所述电感L1的一端连接充电接口和电压比较模块10，电感L1的另一端连接二极管D1的正极、还通过电压比较模块10连接电源管理芯片U1；所述电感L1在充电器插入时开始储能，由于其电压存在不稳定性，所以需要通过稳压单元203稳压后输入至电源管理芯片U1中。

所述二极管D1的负极连接电源管理芯片U1和三极管Q1的发射极、也通过第一电容C1接地、还通过电阻R1连接比较放大器A1的反相输入端；所述第一电容C1为充电电容，在电感L1储满电后开始充电，并在充满电后开始放电，在第一电容C1时为电源管理芯片U1补充充电电压。

所述比较放大器A1在稳压单元中起比较和放大的作用，其同相输入端连接稳压二极管D2的负极和三极管Q1的集电极，所述比较放大器A1的输出端连接三极管Q1的基极，所述稳压二极管D2的正极接地。该稳压二极管D2用于稳定比较放大器A1的同相输入端的电压，所述电阻R1为电压采样电阻，主要对输入电源管理芯片U1的电压（即PM8936的USB_IN脚的电压）进行取样，同时由于电阻R1的分压作用，使比较放大器A1同相输入端的电压大于其反相输入端的电压使三极管Q1为导通状态，从而使充电电压输入电源管理芯片U1中。

请继续参阅图1和图2，所述电压比较模块10包括比较器A2、第一MOS管Q2和第二MOS管Q3；所述比较器A2的反相输入端为电压比较模块10的第一端，其连接电源管理芯片U1，比较器A2的同相输入端连接基准电压供电端，所述比较器A2的输出端连接第一MOS管Q2的栅极和第二MOS管Q3的栅极，所述第一MOS管Q2的源极（其为电压比较模块10的第四端）和第二MOS管Q3的漏极连接比较放大器A1的同相输入端和三极管Q1的集电极，第一MOS管Q2的漏极（其为电压比较模块10的第一端）连接电感L1的另一端，第二MOS管Q3的源极（其为电压比较模块10的第二端）连接充电接口和电感L1的一端。

本实施例中，所述第一MOS管Q2为NMOS管，第二MOS管Q3为PMOS管。所述基准电压供电端提供USB_5V的基准电压。通过比较器A2将输入电源管理芯片U1中的电压与基准电压比较，根据比较结果来控制第一MOS管Q2和第二MOS管Q3的导通与截止状态。所述电源管理芯片U1采用型号为PM8926集成芯片。

请再次参阅图1和图2，为了提高充电电压信号的稳定性，所述的稳压模块20还包括第一滤波单元205，所述第一滤波单元205的一端连接充电接口，第一滤波单元205的另一端接地。

其中，所述第一滤波单元205包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端连接充电接口和电感L1的一端，第二电容C2的另一端接地。

进一步的，所述稳压模块20还包括第二滤波单元206，所述第二滤波单元206的一端连接稳压单元203、充放电单元204和电源管理芯片U1，第一滤波单元205的另一端接地。

所述第二滤波单元206还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端连接电源管理芯片U1、第一电容C1的一端、二极管的负极和三极管Q1的发射极，所述第三电容C3的另一端接地。

以下结合图2，以智能手机为例，对本发明的充电电压的稳压电路的工作原理进行详细说明：

当充电器插入智能手机中开始充电时，所述比较器A2将输入电源管理芯片U1的充电电压VBUS_USB_5V与基准电压USB_5V比较，当输入电源管理芯片U1的充电电压VBUS_USB_5V大于基准电压USB_5V时，即充电器输出的充电电压等于5V及5V以上，则比较器A2输出低电平，此时第二MOS管Q3导通，使充电器输出的电压信号Vcharer_in经第二MOS管Q3输入到比较放大器A1的同相输入端，由比较放大器A1输入到电源管理芯片U1中。

当输入电源管理芯片U1的充电电压VBUS_USB_5V小于基准电压USB_5V时，即充电器输出的充电电压Vcharer_in低于5V，则比较器A2输出高电平，此时第一MOS管Q2导通，充电器输出的充电电压Vcharer_in经电感L1储能后输入至比较放大器A1的同相输入端，并且电感L1储能的电荷储满后给第一电容C1充电，在第一电容C1的储存容量到达后释放电量给电源管理芯片U1，直到稳压电路输出的电压信号VBUS_USB_5V稳定在5V及以上，稳压单元203将充电电压输出给电源管理芯片U1。在第一电容C1在放电后，又进入充电状态，并等待下一次放电，并且在第一电容放电时通过二极管D1防止电流倒灌至电感L1中，保护电感L1。

在稳压单元203中，由于电阻R1的分压作用，使得比较放大器A1的正相输入端的电压大于其反相输入端的电压，无论充电电压信号VBUS_USB_5V是否大于5V，该比较放大器A1均输出高电平使三极管Q1导通，使充电器输出的电压信号能够进入到电源管理芯片U1。

具体实施时，所述第一电容C1的容值为4.7uF，第二电容C2的容值为0.1pF，第dg 电容的容值为1uF。由于电源管理芯片U1的充电输入脚USB_IN线上的最大充电电流允许设置为1.5A，则电阻R1允许设置的最小阻抗为5V/1.5A=3.3Ω，最大阻抗为5V/(0.90×1.5)=3.7Ω。本实施例，为避免充电电流的变化对稳压单元203中的三极管Q1的影响，将充电电流设置为最大的充电电流1.5A。则电阻R1的阻抗为3.3Ω。

应当说明的是，稳压电路的具体电路结构不限于图2提供的电路，本领域技术人员还可以对稳压电路的具体电路进行变形或替换，如NPN三极管可以采用PNP三极管和反相器的电路结构取代、NMOS管也可以采用PMOS管和反相器的电路结构取代、PMOS管也可以采用NMOS管和反相器的电路结构取代，滤波电路也可以采用RC滤波电路取代，只要能实现稳压电路的功能即可，本发明对此不作限制。

综上所述，本发明提供的充电电压的稳压电路，由电压比较模块检测充电接口输出的充电电压，判断所述充电电压是否大于基准电压（如5V），并根据判断结果控制稳压模块的工作状态，使稳压模块输出的电压在所述基准电压以上；在充电电压高于基准电压时，稳压模块直接将充电电压输出给电源管理芯片，在充电电压低于基准电压时，由稳压模块补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上，避免了用电设备由于充电电压低不能充电，及长时间充电导致充电器或电池发热严重的问题，从而延长了充电器和电池的使用寿命。另外，由于本发明将充电电压稳定在5V上，还缩短了充电时间。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种充电电压的稳压电路，用于稳定充电接口输出的充电电压，所述充电接口通过稳压电路连接移动终端的电源管理芯片，其特征在于，包括：

电压比较模块，用于检测充电接口输出的充电电压，判断所述充电电压是否大于基准电压，并根据判断结果控制稳压模块的工作状态，使稳压模块输出的电压在所述基准电压以上；

稳压模块，用于在充电电压低于基准电压时补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上；

所述电压比较模块的第一端连接所述电源管理芯片，所述电压比较模块的第二端连接充电接口、电压比较模块的第三端和第四端稳压模块的输入端，所述稳压模块的输出端连接电源管理芯片。

2.根据权利要求1所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述稳压模块包括储能单元、防反单元、稳压单元和充放电单元；

所述储能单元，用于在充电接口输出充电电压时储能，并在储能单元的电荷储满时给充放电单元充电；

所述充放电单元，用于在储能单元的电荷储满时充电，并在充满电时放电；

所述防反单元，用于在充放电单元放电时防止电流倒灌；

所述稳压单元，用于当电压比较模块判断充电电压大于基准电电压时，使充电电压输入电源管理芯片中；当电压比较模块判断充电电压小于基准电电压时，使充放电单元充满电后放电补充预设电压使充电电压稳定在所述基准电压以上，并输入电源管理芯片中；

所述储能单元的一端连接充电接口和电压比较模块的第二端，储能单元的另一端连接电压比较模块的第三端、还通过防反单元连接充放电单元和电源管理芯片、所述电压比较模块的第一端连接电源管理芯片，电压比较模块的第四端连接稳压单元的输入端。

3.根据权利要求2所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述储能单元包括电感，所述防反单元包括二极管，所述充放电单元包括第一电容，所述稳压单元包括稳压二极管、比较放大器、三极管和电阻；所述电感的一端连接充电接口和电压比较模块，电感的另一端连接二极管的正极、还通过电压比较模块连接电源管理芯片；所述二极管的负极连接电源管理芯片和三极管的发射极、也通过第一电容接地、还通过电阻连接比较放大器的反相输入端；所述比较放大器的同相输入端连接稳压二极管的负极和三极管的集电极，所述比较放大器的输出端连接三极管的基极，所述稳压二极管的正极接地。

4.根据权利要求3所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述稳压模块还包括第一滤波单元，所述第一滤波单元的一端连接充电接口，第一滤波单元的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述第一滤波单元包括第二电容，所述第二电容的一端连接充电接口和电感的一端，第二电容的另一端接地。

6.根据权利要求3所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述稳压模块还包括第二滤波单元，所述第二滤波单元的一端连接稳压单元、充放电单元和电源管理芯片，第一滤波单元的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述第二滤波单元还包括第三电容，所述第三电容的一端连接电源管理芯片、第一电容的一端、二极管的负极和三极管的发射极，所述第三电容的另一端接地。

8.根据权利要求3所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述三极管为NPN三极管。

9.根据权利要求3所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述电压比较模块包括比较器、第一MOS管和第二MOS管；所述比较器的反相输入端连接电源管理芯片，比较器的同相输入端连接基准电压供电端，所述比较器的输出端连接第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极连接比较放大器的同相输入端和三极管的集电极，第一MOS管的漏极连接电感的另一端，第二MOS管的源极连接充电接口和电感的一端。

10.根据权利要求9所述的充电电压的稳压电路，其特征在于，所述第一MOS管为NMOS管，第二MOS管为PMOS管。