CN104767270A - 一种具有负载检测功能的移动充电电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有负载检测功能的移动充电电源，通过在升压模块内部设置比较器，比较器实时比较升压模块输入端和输出端的电压差，以此可判断输出端是否接入负载，并且，本发明的移动充电电源通过第一开关电路来调节控制升压模块在空载和接入负载情况下的电压突变，以使所述移动充电电源在瞬态负载变化时均能维持正常工作。本明的实施方案相对于现有技术可减少检测芯脚，不但节约了成本，还便于制成一体化封装芯片。

Description

一种具有负载检测功能的移动充电电源

技术领域

本发明涉及开关电源领域，更具体的说，涉及一种具有负载检测功能的移动充电电源。

背景技术

目前具有负载插入自动识别功能的移动充电电源的结构图如图1所示，系统由充电模块、升压模块、负载检测电路、控制电路组成。外接适配器通过充电模块给电池充电，之后通过升压模块将电池电压升到合适的电压，如5V，然后再接入标准USB接口。当升压模块的输出端没有接入负载时，系统进入待机状态，升压模块电路关闭，功率开关管Q1的栅极驱动信号为低电平，Q1处于关断状态，其漏极电压为零，当负载接入时，由于负载检测电路中的电阻R3阻值很大，开关管Q2的漏极电压会被拉高，当控制电路检测到wake端的电压变高，则表征检测到输出端OUT-为高电平，由此升压模块开始工作，通过这种方式完成了负载检测功能。但是该方法需要独立的检测端口wake，系统较为复杂，增加了移动电源的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新的具有负载检测功能的移动充电电源，通过在升压模块内部设置比较电路，比较电路通过比较升压模块输入端和输出端的电压差值来判断负载是否接入，较现有技术可减少一个管芯脚，节约了成本，并便于系统集成。

依据本发明的一种具有负载检测功能的移动充电电源，包括充电模块、电池和升压模块，所述充电模块接收外部电源以给电池充电，所述升压模块接收所述电池的输出电压以转换为合适的电压值供给负载，所述升压模块还包括电压源和比较电路，

所述电压源的正端接所述升压模块的输入端，负端接所述比较电路的第一输入端；

所述比较电路的第二输入端接收所述升压模块的输出端，输出端输出比较信号；

当所述升压模块的输出端由空载状态接入负载时，所述升压模块的输出端电压会减小，当比较电路的所述第一输入端的电压信号达到第二输入端的电压信号时，所述比较信号变为有效状态，所述升压模块开始启动工作。

依据本发明的一种具有负载检测功能的移动充电电源，包括充电模块、电池和升压模块，所述充电模块接收外部电源以给电池充电，所述升压模块接收所述电池的输出电压以转换为合适的电压值供给负载，所述升压模块还包括电压源和比较电路，所述电压源的正端接所述升压模块的输出端，负端接所述比较电路的第二输入端；

所述比较电路的第一输入端接收所述升压模块的输入端，输出端输出比较信号；

当所述升压模块的输出端由空载状态接入负载时，所述升压模块的输出端电压会减小，当减小至所述比较电路的第一输入端的电压信号达到第二输入端的电压信号时，所述比较信号变为有效状态，所述升压模块开始启动工作。

进一步的，还包括第一开关电路，

所述第一开关电路包括串联在所述升压模块输出端的负端和地之间的第一开关管、与所述第一开关管并联的第一电阻、连接在所述第一开关管栅极和漏极之间的第一电容以及连接在所述第一开关管栅极和地之间的第二电阻；

所述第一开关管的栅极连接至所述充电模块中的控制电路，通过所述控制电路控制所述第一开关管的开关状态。

优选的，所述第一电阻的阻值大于等于1000KΩ。

进一步的，所述比较电路包括比较器，所述比较器的正向输入端连接所述电压源的负端，反向输入端连接所述升压模块的输出端。

进一步的，所述比较电路包括比较器，所述比较器的反向输入端连接所述电压源的负端，反向输入端连接所述升压模块的输入端。

进一步的，所述升压模块还包括有串联在输入端和输出端之间的电感和二极管、连接在电感和二极管的公共连接点和地之间的功率开关管、连接在充电模块输出端和地之间的分压电阻网络以及连接在充电模块输出端和地之间的输出电容；

所述控制电路接收所述分压电阻网络反馈的充电模块的输出电压信号，并输出开关控制信号控制所述功率开关管的开关状态；

并且，所述控制电路接收所述比较电路输出的比较信号，以控制所述充电模块开始工作。

优选的，在所述升压模块的输出端接入负载的第一时间段内，所述电感和二极管产生一定的压降；

其中，所述电压源的电压值设置为等于所述电感和二极管的压降之和。

由上可知，本发明的移动充电电源在升压模块的内部设置了比较电路，通过比较电路可判断输出端是否接入负载，并且，本发明的移动充电电源通过第一开关电路来调节控制升压模块在空载、接入负载的电压突变，以使所述移动充电电源在瞬态负载变化时能够维持正常工作。本明的实施方案相对于现有技术可减少一个管芯脚，不但节约了成本，还便于系统集成。

附图说明

图1所示为现有技术的具有负载插入自动识别功能的移动充电电源的结构图；

图2所示为依据本发明的具有负载检测功能的移动充电电源的电路图；

图3所示为依据本发明的移动充电电源的工作波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

参考图2所示为依据本发明的具有负载检测功能的移动充电电源的电路图，本发明的移动充电电源接收外部的电源电能，并储存备用，以在需要时候给手机等移动设备充电。在本实施方式中，所述移动充电电源包括充电模块1、电池2和升压模块3，其中，所述充电模块1接收外部电源以给电池2充电，所述升压模块1接收所述电池2的输出电压以转换为合适的电压值供给负载，这里，所述升压模块1并没有完全示出，其可以是现有技术中的给电池2充电的任何合适的电路。具体的，在本实施例中，所述升压模块3包括有串联在输入端和输出端之间的电感L1和二极管D1、连接在电感和二极管的公共连接点和地之间的功率开关管Q1、连接在充电模块输出端和地之间的分压电阻网络R3和R4、连接在充电模块输出端和地之间的输出电容C2，以及控制电路301，所述控制电路301接收所述分压电阻网络反馈的充电模块的输出电压信号，并输出开关控制信号控制所述功率开关管Q1的开关状态。

进一步的，本实施方式中，所述升压模块3还包括电压源Vref和比较电路，这里，比较电路由比较器A1构成，所述电压源的正端接所述升压模块的输入端，如图2中的A点，负端接所述比较电路的第一输入端，这里第一输入端为比较器A1的正向输入端；所述比较电路的第二输入端(也即反向输入端)接收所述升压模块的输出端，如图2中的B点，输出端输出比较信号Vwake；所述控制电路301接收所述比较信号，当所述升压模块3的输出端由空载状态接入负载时，所述升压模块3的输出端电压会减小，当减小至所述比较器的第一输入端的电压信号达到第二输入端的电压信号时，所述比较信号变为有效状态，所述控制电路控制升压模块3开始启动工作。

此外，本实施方式中，所述移动充电电源进一步包括第一开关电路4，所述第一开关电路4具体包括串联在所述升压模块3输出端的负端OUT-和地之间的第一开关管Q2、与所述第一开关管Q2并联的第一电阻R1、连接在所述第一开关管Q2栅极和漏极之间的第一电容C1以及连接在所述第一开关管栅极和地之间的第二电阻R2；其中，所述第一开关管Q2的栅极连接至所述充电模块中的控制电路301，通过所述控制电路301控制所述第一开关管Q2的开关状态。其中，所述第一电阻的阻值大于等于1000KΩ。

当充电模块的输入端接入外部电源如适配器时，则充电模块工作，为电池充电；当充电模块输入端的电压小于电池电压，且升压模块的输出端没有接入负载时，系统进入待机模式，此时，控制电路301控制第一开关管Q2关断，由于第一开关管Q2和大电阻R3并联，因此，第一开关管Q2的漏极电压为零；当充电模块输入端的电压小于电池电压，且升压模块的输出端接入负载时，在负载接入的第一时间段内，升压模块输出端的电压Vout会降低，当比较器A1检测到升压模块输入端的电压与输出端的电压之差大于电压源的电压值Vref时，则升压模块开始工作。

从上述可知，本发明的移动充电电源方案相对于现有技术减少了一个检测端口，利于封装设计，并节约了成本。

基于本发明的发明思想，本领域技术人员可知，本发明中的电压源也可连接在所述比较器的负端，如将所述电压源Vref的正端接所述升压模块的输出端，负端接所述比较器的反向输入端；所述比较器的正向输入端接收所述升压模块的输入端，输出端输出比较信号；当所述升压模块的输出端由空载状态接入负载时，所述升压模块的输出端电压会减小，当减小至所述比较电路的第一输入端的电压信号达到第二输入端的电压信号时，所述比较信号变为有效状态，所述升压模块开始启动工作。本实施例的发明原理和过程与上述的均相同，因此不再赘述。

下面参考图3所示的工作波形图详细阐述本发明的工作原理：在t1时刻之前，充电模块输入端没有接入适配器，升压模块的输出端没有接入负载，因此系统处于待机模式，在待机状态下，第一开关管Q2保持关断，并且在待机状态下，升压模块的输入端电压V_A(即A点电压)等于升压模块的输出端电压V_OUT(即B点电压)，而由于电压源的正端接所述输入端的电压V_A，因此比较器的正向输入端的电压小于负向输入端的电压，输出的比较信号Vwake为低电平无效状态，在本发明方案中，为了实现自动实时监测的功能，在待机状态下，比较器A1亦处于工作状态。

在t1时刻，升压模块输出端插入负载，例如插入手机充电，此时手机可视为容性负载，当输出端接入负载瞬间，充电模块的输出端通过负载、第一电容C1、第二电阻R2和地之间形成回路，而由于第一电容C1和负载两端电压不能发生突变，所以第一开关管Q2的栅极和漏极电压(也即是输出端的负端OUT-)会被拉高，第一开关管的栅极电压STB和输出端的负端OUT-如图3所示。当第一开关管Q2的栅极电压上升到接近其导通电压值时，第一开关管Q2处于一个不完全导通状态，这时，充电模块的输出端通过负载、第一开关管Q2和地之间形成回路，而由于此时第一开关管Q2的导通电阻相对较小，第一开关管Q2的漏极(也即是输出端的负端OUT-)会降低，如图3中所示。这时，升压模块的输入端会产生一定的电流流入负载，也就是说电感L1和二极管D1回路将会有一定的电流流过，因此，电感L1和二极管D1的两端会产生一定的压降，升压模块的输出端的电压V_OUT随之降低，到t2时刻，这里，从t1时刻到t2时刻之间的时间段记为第一时间段，当升压模块的输入端的电压V_A与输出端的电压V_OUT之差达到电压Vref时，则比较器输出的比较信号Vwake变为高电平有效状态，这时，控制电路301控制所述升压模块开始工作，升压模块进入放电模式。需要说明的是，电压源的电压Vref设置为在第一时间段内的电感L1和二极管D1的压降之和，这时升压模块还没正式启动，因此压降较小，一般设置为0.3v左右。

在具体操作中，由于比较器和系统中其他电存在的延时，为了减小抗干扰，通常在比较信号Vwake变为高电平后，控制电路301延时一段时间后再控制所述第一开关管Q2导通，如图3中t2时刻到t3时刻的延时，在第一开关管Q2导通后，输出端的负端OUT-减小至地电压。另外，对于升压模块输出端的电压V_OUT，由于上述的延时，充电模块的输出端通过负载、第一开关管Q2和地之间继续放电，因此，输出端电压V_OUT会继续减小，之后，待升压模块正常启动工作后，则慢慢上升至设定值Vset，例如5V。

本领域技术人员可知，在所述比较信号Vwake变为高电平状态后，可利用一单脉冲发生电路控制所述比较信号的有效宽度，例如控制所述比较信号的有效宽度以确保在升压模块能够完全启动。

综上所述，在本发明的具有负载检测功能的移动充电电源电路中，通过在升压模块内部设置比较器，比较器实时比较升压模块输入端和输出端的电压差，以此可判断输出端是否接入负载，并且，本发明的移动充电电源通过第一开关电路来调节控制升压模块在空载和接入负载的电压突变，以使所述移动充电电源能够维持正常工作。本明的实施方案相对于现有技术可减少检测芯脚，不但节约了成本，还便于制成一体化封装芯片。

以上对依据本发明的优选实施例的一种具有负载检测功能的移动充电电源进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种具有负载检测功能的移动充电电源，包括充电模块、电池和升压模块，所述充电模块接收外部电源以给电池充电，所述升压模块接收所述电池的输出电压以转换为合适的电压值供给负载，其特征在于，所述升压模块还包括电压源和比较电路，

所述电压源的正端接所述升压模块的输入端，负端接所述比较电路的第一输入端；

所述比较电路的第二输入端接收所述升压模块的输出端，输出端输出比较信号；

当所述升压模块的输出端由空载状态接入负载时，所述升压模块的输出端电压会减小，当减小至所述比较电路的第一输入端的电压信号达到第二输入端的电压信号时，所述比较信号变为有效状态，所述升压模块开始启动工作。

2.一种具有负载检测功能的移动充电电源，包括充电模块、电池和升压模块，所述充电模块接收外部电源以给电池充电，所述升压模块接收所述电池的输出电压以转换为合适的电压值供给负载，其特征在于，所述升压模块还包括电压源和比较电路，

所述电压源的正端接所述升压模块的输出端，负端接所述比较电路的第二输入端；

所述比较电路的第一输入端接收所述升压模块的输入端，输出端输出比较信号；

当所述升压模块的输出端由空载状态接入负载时，所述升压模块的输出端电压会减小，当减小至所述比较电路的第一输入端的电压信号达到第二输入端的电压信号时，所述比较信号变为有效状态，所述升压模块开始启动工作。

3.根据权利要求1或2所述的移动充电电源，其特征在于，所述移动充电电源进一步包括第一开关电路，

所述第一开关电路包括串联在所述升压模块输出端的负端和地之间的第一开关管、与所述第一开关管并联的第一电阻、连接在所述第一开关管栅极和漏极之间的第一电容以及连接在所述第一开关管栅极和地之间的第二电阻；

所述第一开关管的栅极连接至所述充电模块中的控制电路，通过所述控制电路控制所述第一开关管的开关状态。

4.根据权利要求3所述的移动充电电源，其特征在于，所述第一电阻的阻值大于等于1000KΩ。

5.根据权利要求1所述的移动充电电源，其特征在于，所述比较电路包括比较器，所述比较器的正向输入端连接所述电压源的负端，反向输入端连接所述升压模块的输出端。

6.根据权利要求2所述的移动充电电源，其特征在于，所述比较电路包括比较器，所述比较器的反向输入端连接所述电压源的负端，正向输入端连接所述升压模块的输入端。

7.根据权利要求3所述的移动充电电源，其特征在于，所述升压模块还包括有串联在输入端和输出端之间的电感和二极管、连接在电感和二极管的公共连接点和地之间的功率开关管、连接在充电模块输出端和地之间的分压电阻网络以及连接在充电模块输出端和地之间的输出电容；

所述控制电路接收所述分压电阻网络反馈的充电模块的输出电压信号，并输出开关控制信号控制所述功率开关管的开关状态；

并且，所述控制电路接收所述比较电路输出的比较信号，以控制所述充电模块开始工作。

8.根据权利要求7所述的移动充电电源，其特征在于，在所述升压模块的输出端接入负载的第一时间段内，所述电感和二极管产生一定的压降；

其中，所述电压源的电压值设置为等于所述电感和二极管的压降之和。