CN104883057B - 升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种升压与线性充电功率器件共用的移动电源转换器，所述移动电源转换器包括：锂电池、电感、滤波电容，升压或充电驱动电路、功能控制中心、升压或充电检测电路和体二极管控制电路，所述移动电源转换器还包括一个N型MOS管，一个P型MOS管，尤其关键的是该P型MOS管的衬底可以根据工作过程中的电气原理需要，由体二极管控制电路连接到最高电位，完成对输入与输出的控制。由于升压电路与线性充电共用了P型MOS管功率器件，本发明提供的技术方案具有电路简单，性能优良，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于电子电路领域，尤其涉及一种升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器。
背景技术
随着人们对环保、节能、高效的要求以及成本的降低，移动电源变换器最近几年突飞猛进，实现了跨越式的发展。如图1所述，现在一种现有的升压与线性充电功率器件分离的移动电源转换器功率部分应用电路图，这种移动电源转换器包括：锂电池201，电感202，N型MOS管203，续流二极管204，滤波电容205，升压驱动电路206，功能控制中心207，充电控制电路208，体二极管控制电路209和充电用P型MOS管210。
在实现现有技术的方案中，发现现有技术存在如下可以改进的地方：由于需要N型MOS管203，续流二极管204，充电P型MOS管210三个重要的功率器件，且由于二极管204充当续流作用，压差较大，导致升压效率低；另外由于充电部分需要用P型MOS管210，功率元件多,同时必须使用二个端口，一个充电输入端口，一个升压输出端口，所以成本高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器，旨在解决现有的技术方案功率器件多，必须使用二个端口，及其成本高的问题。
一方面，提供一种升压与线性充电功率器件共用的移动电源转换器，所述移动电源转换器包括：锂电池、电感、升压或充电驱动电路、功能控制中心、升压或充电检测电路和体二极管控制电路，所述移动电源转换器还包括： N型MOS管和P型MOS管；其中，锂电池的正极与电感的一端连接，电感的另一端连接P型MOS管的A端，P型MOS管的栅极连接升压或充电驱动电路，P型MOS管的衬底连接体二极管控制电路； P型MOS管B端连接升压输出或充电输入端口的一个端子，升压输出或充电输入端口的另一端子接地；N型MOS管的栅极连接升压或充电驱动电路，N型MOS管的漏极连接电感的另一端，N型MOS管的源极接地；体二极管控制电路,用于控制P型MOS管的衬底连接A端或B端两者中电位高的一端；当所述移动电源转换器处在充电状态即充电模式时，所述升压输出或充电输入端口用作充电输入端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，该P型MOS管的B端与升压输出或充电输入端口连接，使移动电源转换器仅能通过控制P型MOS管导通电阻的方式，控制充电电流经过电感向锂电池充电，线性充电过程中N型MOS管的栅极即gate端接地相当于断路；当所述移动电源转换器处在升压放电状态即升压模式时，所述升压输出或充电输入端口用作升压输出端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，此时，锂电池，电感，N型MOS管，P型MOS管组成典型的同步整流BOOST升压电路 ，使所述移动电源转换器的输出端口升压输出得到比锂电池电压高的稳定电压输出；在升压过程中，控制升压输出端口即 P型MOS管的B端电压在时间段T内维持5.1V左右，在时间段t内降到4.7V；如果升压输出或充电输入端口接有充电器，则在时间段t内不会降到4.7V，如果在时间段t内多次检测到P型MOS管的B端的电压大于4.7V，则转入充电模式。
同时，还提供了一种利用上述述的移动电源转换器的充放电方法，包括以下步骤：A1：所述升压或充电检测电路监测P型MOS管的A端电压和P型MOS管的B端电压，待机时，由于A端的电压通过电感来自于锂电池，低于或等于4.2V；当外部有充电器接入时，外部充电器的电压大于4.5V，监测到B端电压大于A端电压就由待机模式切换到充电模式，所述升压输出或充电输入端口用作充电输入端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，该P型MOS管的B端与升压输出或充电输入端口连接，使移动电源转换器仅能通过控制P型MOS管导通电阻的方式，控制充电电流经过电感102向锂电池101充电，线性充电过程中N型MOS管的栅极即gate端接地相当于断路；A2：所述升压或充电检测电路监测P型MOS管的A端电压和P型MOS管的B端电压，待机时，如果负载移除，则B端电压经过内部的电阻，使B端的电压上升到接近A点，功能控制中心得到复位；如果有负载接入到升压输出或充电输入端，负载消耗电流把B端的电压拉到比A端的电压还低，此时，A端电压大于B端电压进入升压模式，则所述移动电源转换器进入升压放电状态即升压模式，所述升压输出或充电输入端口用作升压输出端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，此时，锂电池，电感，N型MOS管，P型MOS管，组成典型的同步整流BOOST升压电路 ，使所述移动电源转换器的输出端口升压输出得到比锂电池电压高的稳定电压输出；A3：在升压模式下，如果负载电流值小于一个设定的值，被功能控制中心检测到后，延时一段时间进入待机模式；或者充电模式下充电器移除，或者充电器没有电压输出能力时，由于前一状态是充电状态，所以只要B端的电压比A端变低，立即进入待机状态；所述移动电源转换器处在非充电、非放电的休眠状态即待机模式，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到A端，此时相当于在A端和B端之间接入一个限流电阻，使锂电池的正极电压能过电感和限流电阻向升压输出或充电输入端口提供微弱的检测电流；在升压过程中，控制升压输出端口即 P型MOS管的B端电压在时间段T内维持5.1V左右，在时间段t内降到4.7V；如果升压输出或充电输入端口接有充电器，则在时间段t内不会降到4.7V，如果在时间段t内多次检测到P型MOS管的B端的电压大于4.7V，则转入充电模式。
在本发明实施例中，本发明提供的技术方案提供一种全新的电路结构，其将充电输入端口和升压输出端口连接起来，仅需要一个端口，所以其具有节省成本和降低电路复杂度的优点。由于外壳或者使用习惯等需要，也可以用一个以上的端口直接并联起来，也在专利的权利之内。
附图说明
图 1 为现有技术提供的升压与线性充电功率器件分离的移动电源转换器的电路结构示意图；
图 2 为本发明一个实施例子提供的升压与线性充电功率器件共用的移动电源转换器的电路结构示意图；
图3为本发明提出的升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器及其应用电路休眠模式时电路示意图；
图4为本发明提供的升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器及其应用电路充电模式时电路示意图；
图5为本发明提出的升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器及其应用电路升压模式时电路示意图；
图6为本发明提供的模式转换示意图；
图7为本发明提供的升压模式式转充电模式电压和状态变化示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例子，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例子仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明具体实施方式提供一种升压与线性充电功率器件共用的移动电源转换器，该移动电源转换器如图2所示，包括：锂电池101，电感102，N型MOS管103，P型MOS管104，滤波电容105，升压或充电驱动电路106，功能控制中心107，升压或充电检测电路108，体二极管控制电路109 ；其中，
锂电池101的正极与电感102的一端连接，电感102的另一端连接P型MOS管104的A端，P型MOS管104的栅极连接升压或充电驱动电路106，P型MOS管104的衬底连接体二极管控制电路109； P型MOS管104的B端连接升压输出或充电输入的一个端口，升压输出或充电输入的另一端口接地。
N型MOS管103的栅极连接升压或充电驱动电路106，N型MOS管103的漏极连接电感102的另一端，N型MOS管103的源极接地；体二极管控制电路109用于控制P型MOS管104的衬底连接A端或B端两者中电位高的一端。P型MOS管104的衬底根据工作过程中的电气原理需要，由体二极管控制电路109连接到最高电位A端或者B端。
本发明提出的升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器及其应用电路休眠模式如图3所示。通过体二极管控制电路109，使P型MOS管104的衬底接到A端，并在A端和B端接入一个阻值较大的电阻112，使锂电池101的正极电压能过电感102，电阻112向升压输出或充电输入端提供微弱的检测电流。
本发明提出的升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器及其应用电路充电模式如图4所示。通过体二极管控制电路109，使P型MOS管104的衬底接到B端，从而升压输出或充电输入端的电压，仅能通过控制P型MOS管104的导通电阻的方式，控制充电电流经过电感102向锂电池101充电，线性充电过程中N型MOS管103的gate端接地相当于断路。
本发明提出的升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器及其应用电路升压模式如图5所示。通过体二极管控制电路109，使P型MOS管104的衬底接到B端。此时，锂电池101，电感102，N型MOS管103，P型MOS管104，滤波电容105组成典型的同步整流BOOST拓朴类型的升压电路 ，在其他模块的配合下，使升压输出或充电输入端得到比锂电池电压高的稳定电压输出。
对于单独的线性充电和同步整流BOOST升压电路，都是成熟的理论和技术，在此不做介绍，本专利的另一重点是，把两种电路合二为一时，如何在几种状态间进行转换，下边对三种模式互相转换做出说明，过程如图6所示
M1:待机模式向充电模式转换
待机时，由于A端的电压通过电感102来自于锂电池101，低于或等于4.2V，则当外部有充电器接入时，外部充电器的电压大于4.5V，监测到B点电压大于A点电压就由待机模式切换到充电模式
M2：充电摸式向升压模式转换
此模式只有在升压输出或充电输入端同时接有充电器和负载，然后充电器移除或者掉电时才会发生。当充电器移除后，不能再对锂电池101充电，同时由于充电输入端或升压输出端还接有负载，负载消耗电流把B点拉到比A点还低，此时，A点电压大于B点电压进入升压模式
M3：升压模式向待机模式转换
在升压模式下，如果负载电流值小于一个设定的值，被功能控制中心检测到后，延时一段时间进入待机模式。此时由于负载一直接于B端，使B端电压小于A端，而没有复位的机会，不会经M4途径返回升压模式
M4：待机模式向升压模式转换
系统由升压模式进入待机模式后，如果负载移除，则B点电压经过内部的电阻112，使B点的电压上升到接近A点，功能控制中心得到复位。如果有负载接入到升压输出或充电输入端，负载消耗电流把B点拉到比A点还低，此时，A点电压大于B点电压进入升压模式
M5：升压模式转充电模式
在升压过程中，控制器控制输出端B点电压在时间段T内维持5.1V左右，在时间段t内降到4.7V，如果升压输出或充电输入端接有充电器，则在时间段t内不会降到4.7V。如果在时间段t内多次检测到B点的电压大于4.7V，则转入充电模式，其电压波形与状态转换示意图如图7所示。
M6：充电模式向待机模式转换
充电完成后只要升压输出或充电输入端的充电器不移除，则一直会处于充电模式。如果此时充电器移除，或者充电器没有电压输出能力（比如充电器的AC端断电），由于前一状态是充电状态，所以只要B点的电压比A点变低，立即进入待机状态。
通过利用上述技术使得升压与线性充电共用功率器件的移动电源转换器，相对于升压与充电分开的移动电源转换器来说，功率元件减少，同时，充分利用功率元件新的功能，提高了升压转换效率，同时也降低了成本。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种升压与线性充电功率器件共用的移动电源转换器，所述移动电源转换器包括：锂电池、电感、升压或充电驱动电路、功能控制中心、升压或充电检测电路和体二极管控制电路，其特征在于，所述移动电源转换器还包括： N型MOS管和P型MOS管；其中，
锂电池的正极与电感的一端连接，电感的另一端连接P型MOS管的A端，P型MOS管的栅极连接升压或充电驱动电路，P型MOS管的衬底连接体二极管控制电路； P型MOS管B端连接升压输出或充电输入端口的一个端子，升压输出或充电输入端口的另一端子接地；
N型MOS管的栅极连接升压或充电驱动电路，N型MOS管的漏极连接电感的另一端，N型MOS管的源极接地；
体二极管控制电路,用于控制P型MOS管的衬底连接A端或B端两者中电位高的一端；
当所述移动电源转换器处在充电状态即充电模式时，所述升压输出或充电输入端口用作充电输入端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，该P型MOS管的B端与升压输出或充电输入端口连接，使移动电源转换器仅能通过控制P型MOS管导通电阻的方式，控制充电电流经过电感向锂电池充电，线性充电过程中N型MOS管的栅极即gate端接地相当于断路；
当所述移动电源转换器处在升压放电状态即升压模式时，所述升压输出或充电输入端口用作升压输出端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，此时，锂电池，电感，N型MOS管，P型MOS管组成典型的同步整流BOOST升压电路 ，使所述移动电源转换器的输出端口升压输出得到比锂电池电压高的稳定电压输出；
在升压过程中，控制升压输出端口即 P型MOS管的B端电压在时间段T内维持5.1V左右，在时间段t内降到4.7V；如果升压输出或充电输入端口接有充电器，则在时间段t内不会降到4.7V，如果在时间段t内多次检测到P型MOS管的B端的电压大于4.7V，则转入充电模式。
2.一种利用权利要求1所述的移动电源转换器的充放电方法，包括以下步骤：
A1：所述升压或充电检测电路监测P型MOS管的A端电压和P型MOS管的B端电压，待机时，由于A端的电压通过电感来自于锂电池，低于或等于4.2V；当外部有充电器接入时，外部充电器的电压大于4.5V，监测到B端电压大于A端电压就由待机模式切换到充电模式，所述升压输出或充电输入端口用作充电输入端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，该P型MOS管的B端与升压输出或充电输入端口连接，使移动电源转换器仅能通过控制P型MOS管导通电阻的方式，控制充电电流经过电感向锂电池充电，线性充电过程中N型MOS管的栅极即gate端接地相当于断路；
A2：所述升压或充电检测电路监测P型MOS管的A端电压和P型MOS管的B端电压，待机时，如果负载移除，则B端电压经过内部的电阻，使B端的电压上升到接近A点，功能控制中心得到复位；如果有负载接入到升压输出或充电输入端，负载消耗电流把B端的电压拉到比A端的电压还低，此时，A端电压大于B端电压，则所述移动电源转换器进入升压放电状态即升压模式，所述升压输出或充电输入端口用作升压输出端口，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到B端，此时，锂电池，电感，N型MOS管，P型MOS管，组成典型的同步整流BOOST升压电路 ，使所述移动电源转换器的输出端口升压输出得到比锂电池电压高的稳定电压输出；
A3：在升压模式下，如果负载电流值小于一个设定的值，被功能控制中心检测到后，延时一段时间进入待机模式；或者充电模式下充电器移除，或者充电器没有电压输出能力时，由于前一状态是充电状态，所以只要B端的电压比A端变低，立即进入待机状态；所述移动电源转换器处在非充电、非放电的休眠状态即待机模式，通过体二极管控制电路，使P型MOS管的衬底接到A端，此时相当于在A端和B端之间接入一个限流电阻，使锂电池的正极电压能通过电感和限流电阻向升压输出或充电输入端口提供微弱的检测电流；
在升压过程中，控制升压输出端口即 P型MOS管的B端电压在时间段T内维持5.1V左右，在时间段t内降到4.7V；如果升压输出或充电输入端口接有充电器，则在时间段t内不会降到4.7V，如果在时间段t内多次检测到P型MOS管的B端的电压大于4.7V，则转入充电模式。
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