CN105871188A - 浪涌保护电路及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种应用于充电管理芯片的浪涌保护电路及移动终端，所述浪涌保护电路包括开关型充电管理芯片、第一电容和第二电容，其中，开关型充电管理芯片中包括第一开关管、电源输入引脚和电流检测引脚，第一开关管的漏极与电源输入引脚连接，第一开关管的源极与电流检测引脚连接，第一电容的两端分别与电源输入引脚和电流检测引脚连接，第二电容的两端分别与电流检测引脚和地连接。在浪涌来袭时，第一电容可以平衡由第二电容在第一开关管漏极和源极两端产生的电压差，避免出现第一开关管的源极电压与漏极电压相差过大的情况，防止第一开关管中的体二极管被反向击穿，进而实现对第一开关管的防浪涌保护，提高了充电管理芯片的抗浪涌能力。

Description

浪涌保护电路及移动终端

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种应用于充电管理芯片的浪涌保护电路及移动终端。

背景技术

目前，充电管理芯片主要有两种，一种为线性充电管理芯片，另一种为开关型充电管理芯片，其中，开关型充电管理芯片普遍采用DC-DC(Direct Current-Direct Current，直流转直流)拓扑结构，此种拓扑结构有利于提高设备的充电效率，因此被广泛应用于各种类型的充电电子设备中。

图1是一种典型的开关型充电管理芯片的电路图。如图1所示，开关型充电管理芯片主要包括依次连接的开关电路01、降压式变换电路02和LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)电路03，开关电路01主要包括第一开关管011、第二开关管012、第三开关管013和控制电路014，其中，控制电路014的信号输出端分别与第一开关管011、第二开关管012以及第三开关管013的栅极连接，用于控制第一开关管011、第二开关管012以及第三开关管013的导通和断开。第一开关管011的漏极与芯片的电源输入引脚04连接、源极与电流检测引脚05和第二开关管012的源极连接，电流检测引脚05和地之间串联有电容015，第二开关管012的漏极与第三开关管013漏极连接后、再连接至芯片的电压输出引脚06。在充电过程中，从电源输入引脚04输入的充电电流经过第一开关管011、以及交替工作的第二开关管012和第三开关管013后，从电压输出引脚06输出供电电流；同时，经过第一开关管011的充电电流还为电容015充电，利用电容015形成的电压值，来进行充电电流的计算，并可以估算充电的电量，为充电显示提供相关数据。由于第一开关管011与电源输入引脚04直接连接，所以当电网中存在浪涌电压时，第一开关管011最容易被从电源输入引脚04引入的浪涌电压损毁。

为了抑制浪涌电压对开关型充电管理芯片的破坏，现有技术中提出了一些用于保护开关型充电芯片的浪涌防护电路。目前设计的浪涌防护电路主要方案是在充电管理芯片的输入端设置一颗钳位二极管D1作为浪涌保护器件，如图2所示，当有浪涌电压产生时，该钳位二极管D1将浪涌电压钳位于一个预定值，来达到保护后端的充电管理芯片的目的。然而，当浪涌电压过大时，该钳位二极管D1所起的保护效果并不明显，例如，当一个110V浪涌到来时，该钳位二极管D1将浪涌电压钳位在35V左右，持续时间大约30us，该持续的高压依然会将充电管理芯片中的第一开关管造成损害。

发明内容

本发明实施例中提供了一种应用于充电管理芯片的浪涌保护电路及移动终端，以提升充电管理芯片的抗浪涌能力。

为了达到上述目的，本发明实施例公开了如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种浪涌保护电路，包括开关型充电管理芯片、第一电容和第二电容，其中：

所述开关型充电管理芯片中包括第一开关管、电源输入引脚和电流检测引脚；

所述第一开关管的漏极与所述电源输入引脚连接，所述第一开关管的源极与所述电流检测引脚连接；

所述第一电容的两端分别与所述电源输入引脚和所述电流检测引脚连接；

所述第二电容的两端分别与所述电流检测引脚和地连接。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种移动终端，包括USB接口、控制器以及如第一方面所述的浪涌保护电路，其中，所述USB接口的VBUS引脚与所述浪涌保护电路的电源输入引脚连接，所述控制器与所述浪涌保护电路的开关型充电管理芯片通信连接。

由以上技术方案可见，在本发明实施例提供的应用于充电管理芯片的浪涌保护电路及电子设备中，当浪涌到来时，浪涌电流对并联在第一开关管的漏极和源极之间的第一电容充电，同时还对串联在第一开关管的源极和地之间的第二电容充电。当浪涌过后，第一电容缓慢放电，会使第一开关管的漏极端电压高于源极端电压，同时，第二电容也缓慢放电，会使第一开关管的漏极端电压低于源极端电压，即在第一开关的源极和漏极之间、由第一电容放电产生的电压差与第二电容放电产生的电压差的极性恰好相反。所以，在浪涌过后，第一电容可以平衡由第二电容在第一开关管漏极和源极两端产生的电压差，避免出现第一开关管的源极电压与漏极电压相差过大的情况，防止第一开关管中的体二极管被反向击穿，进而实现对第一开关管的防浪涌保护，提高了充电管理芯片的抗浪涌能力。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种典型的开关型充电管理芯片的电路图；

图2为现有技术提供的一种浪涌防护电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的关于现有技术中的浪涌保护电路的浪涌袭击测试曲线图；

图4为本发明实施例提供的一种用于充电管理芯片的浪涌保护电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种用于充电管理芯片的浪涌保护电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种用于充电管理芯片的浪涌保护电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的关于图6中的浪涌保护电路的浪涌袭击测试曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1，在开关型充电管理芯片中，第一开关管011为电网中的电压和电流的流入充电管理芯片内部其它元件的通道，具体的，第一开关管011的漏极连接芯片的电源输入引脚04、源极连接第二开关管012的源极，第二开关管012的漏极与第三开关管013漏极连接后、再连接至芯片的电压输出引脚06，第二开关管012和第三开关管013轮流交替工作、输出供电电流；第一开关管011的源极还连接电流检测引脚05，电流检测引脚05和地之间串联有电容015。同时，在第一开关管011中设有并联在MOS管的源极和漏极两端的体二极管，利用该体二极管的正向导通和反向截止特性，实现了充电过程中充电电压和电流的引入，以及不充电时、防止电子设备中的电池电压通过充电管理芯片外流到电源输入引脚04。

通过实验测试分析发现，由于第一开关管011的源极连接有电容015，当电网中的浪涌从电源输入引脚04引入到充电管理芯片内部时，电容015会吸收浪涌电流进行充电；当浪涌过后，电容015会缓慢放电，所以，如图3所示，会导致第一开关管011中与电容015连接的源极端的电压缓慢下降、而第一开关管011漏极端的电压快速恢复正常，使得第一开关管011中漏极和源极两端的电压下降速度不一致，进而导致第一开关管011中体二极管的两端存在电压差、且该体二极管的反向端的电压大于正向端的电压。当该电压差等于或者大于体二极管的反向击穿电压上限时，体二极管便会被反向击穿，同时，因为体二极管的功率普遍较小，因此击穿电流引起的热量会烧坏体二极管，造成第一开关管011整体被击穿失效。

为了避免引入到充电管理芯片内部的浪涌电压对第一开关管的破坏，图4是本发明实施例提供的一种用于充电管理芯片的浪涌保护电路的结构示意图，如图4所示，所述浪涌保护电路包括开关型充电管理芯片、第一电容6和第二电容8，所述开关型充电管理芯片中包括第一开关管1、第二开关管2、第三开关管3、控制电路4、电源输入引脚5、电流检测引脚7和电压输出引脚9。

其中，控制电路4的信号输出端分别与第一开关管1、第二开关管2以及第三开关管3的栅极连接，第一开关管1的漏极与电源输入引脚5连接、源极与电流检测引脚7连接，第二开关管2的源极分别与第一开关管1的源极和电流检测引脚7连接、漏极与第三开关管3的漏极连接，第三开关管3的源极接地，电压输出引脚9分别与第二开关管2的漏极和第三开关管3的漏极连接，第一电容6的两端分别与电源输入引脚5和电流检测引脚7连接，第二电容8的两端分别与电流检测引脚7和地连接。

本发明实施例通过在电源输入引脚5和电流检测引脚7之间设置第一电容6，在充电过程中，当浪涌到来时，从电源输入引脚5处引入的浪涌电流为第一电容6充电，同时，浪涌电流还会流经第一开关管1、并为设置在电流检测引脚7处的第二电容8充电；当浪涌过后，第一电容6缓慢放电，由于第一开关管1的漏极与充电后第一电容6的高压侧连接，所以在第一电容6放电过程中，第一开关管1的漏极端电压高于源极端电压，从而在第一开关管1的漏极和源极端产生一个正的电压差，该电压差极性与第二电容8放电在第一开关管1的漏极和源极两端所产生的电压差极性恰好相反。综上所述，第一电容6可以在浪涌过后、平衡第一开关管1中漏极和源极两端的电压，避免出现第一开关管1的源极电压与漏极电压相差过大的情况，进而防止第一开关管1中的体二极管被反向击穿，实现对第一开关管1的防浪涌保护，提高了充电管理芯片的抗浪涌能力，同时，还满足了检测管脚对电流检测引脚7通过第二电容8所形成的电压进行电量检测的要求。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路，当浪涌来袭时，可对充电管理芯片中第一开关管起到有效保护，进而提高了充电管理芯片的抗浪涌能力；并且，保护电路只需要一个电容，结构简单，基本不增加额外的布板面积，在获得更好的浪涌保护效果的同时，极大的降低了设计成本和质量成本，增加产品的利润空间。

由于在第一开关管1的源极和漏极之间并联第一电容6，电容具有开始充电瞬间会产生较大冲击电流的特性，所以会造成充电设备插入充电管理芯片的电源输入引脚瞬间，在第一开关管1的源极和漏极两端形成一个大电流，并且该电流的峰值与第一电容6的电容值成正比关系，所以第一电容6的电容值越小越好。同时，本发明实施例中，第二开关管2的源极与地之间设有第二电容8，当浪涌到来时，由于对第二开关管和第三开关管的保护需求，第二电容5两端的电压不能突变，所以可以延时浪涌上升沿，使得浪涌能量缓慢流过第二开关管2和第三开关管3；同时，由于第二电容8会吸收浪涌电流进行充电，并使吸收的浪涌中能量从所述第二电容的对地回路上流走，从而减轻第二开关管2和第三开关管3上所累积的浪涌能量，防止第三开关管3中的体二极管被浪涌电压反向击穿，所以第二电容8的电容值越大越好。因此，本发明实施例中，将第一电容6的电容值设计为小于第二电容8的电容值。

进一步的，由于第二电容8还与第一开关管1的源极连接，所以随着第二电容8的电容值增大，会导致浪涌瞬间第一开关管1的源极和漏极两端的电压差增大，该电压差也与第二电容8的电容值成正比，即第二电容8的电容值越大，第一开关管1被击穿的风险越大。因此，需要将第一电容6和第二电容8的电容值匹配设置，同时根据电容充放电公式(I＝C*du/dt)，本实施例给出了一个调整第一电容6和第二电容8的方式，在第一电容6和第二电容8能够起相应保护作用的电容值范围内，当将第一电容6的电容值调大时、相应的需要将第二电容4的电容值调小，当将第一电容6的电容值调小时、相应的需要将第二电容4的电容值调大，即第一电容6的电容值和第二电容8的电容值为反比关系。

根据上述分析，需要找到第一电容6和第二电容8能够起相应保护作用的电容值，根据现有开关管的具体参数，第一电容6的电容值设计为0.1～1uF，第二电容8的电容值为9～15uF。

优选地，结合实际的器件成本以及测试效果考虑，第一电容6的电容值和第二电容8的电容值的和为10～11uF，第一电容6和第二电容8可以在该数值范围内进行取值，例如，第一电容6的电容值为1uF、第二电容8的电容值为10uF。

当然，第一电容6和第二电容8的电容值取值均不限于上述取值，具体的，上述各个取值需要根据实际使用需求/场景来确定，本发明实施例不作具体限定。

可选地，结合图4，如图5所示，本发明实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路还包括EOS(过度电性应力，Electrical Over Stress)防护器件10，其中，EOS防护器件10与第二电容8并联。

通过在第二电容8的两端并联EOS防护器件10，可以在浪涌来袭时，将第二电容8两端的电压钳位到安全电压以下。由于流入第二开关管2和第三开关管3的电压即为经EOS防护器件10钳制后的安全电压，所以EOS防护器件10对第三开关管3起到防浪涌保护作用；同时，由于设置EOS防护器件10，相应的就可以把第二电容8的电容值调小(使其电容值能够满足充电显示相关测试要求即可)，进而可以防止浪涌过后，由第二电容8导致的第一开关管1的源极和漏极两端的电压相差过大，所导致的第一开关管1中的体二极管被反向击穿的风险。

具体的，EOS防护器件10可以包括一个可供选择齐纳电压的齐纳二极管、以及一个PPTC(Polymer Positive Temperature Coefficient，高分子聚合物正温度系数电阻)器件，通过齐纳二极管能够快速将浪涌的瞬态电压钳位到安全电压以下，并且当浪涌冲击的能量较大时，齐纳二极管会促使PPTC器件动作，达到保护齐纳二极管本身以及电路中其它元件的目的。

当然，EOS防护器件10并不限于上述组件形式，具体的需要根据实际使用需求/场景来确定，本发明不作具体限定。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路，能够当浪涌来袭时，可以通过EOS防护器件达到对推挽开关电路第三开关管防浪涌保护的目的，同时由于设计EOS防护器件，还可以进一步将第二电容的电容值调小、防止由第二电容所导致的第一开关管中的体二极管被反向击穿的风险。

可选地，结合图4，如图6所示，本发明实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路还包括钳位二极管11，其中，钳位二极管11的正极与充电管理芯片的电源输入引脚5连接、负极接地。

通过设置钳位二极管11，可以将浪涌电压从几百伏钳制到几十伏，同时承担大量浪涌能量从钳位二极管11的对地回路上流走。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路，能够当浪涌来袭时，首先通过钳位二极管将浪涌电压钳制成一个低电压、并将钳制后电压输入到充电管理芯片中，然后再通过设置在充电管理芯片中的第一电容和第二电容，实现对充电管理芯片中开关管的防浪涌保护。

为了更清楚地理解本发明实施例，下面将结合具体实施例进行示例性的说明。

其中，第一电容4的电容值为1uF、耐压值为25V，如可以选用型号为CC0603KRX5R8BB105的电容；第二电容的电容值为10uF、耐压值为25V，如可以选用型号为TMK107BBJ106KA-T的电容；钳位二极管11的钳位电压为25V，如可以选用型号为PTVSHC3N12VU的钳位二极管。

进一步的，向具有上述浪涌保护电路元件参数的充电管理芯片通入200V的浪涌电压，测试结果显示，充电管理芯片中的各元件均未出现损毁现象；同时，如图7所示，向充电管理芯片通入200V的浪涌电压后，充电管理芯片中第一开关管1的源极端的电压也可以与浪涌电压下降沿的下降速度保持一致。

因此，可以证明，本发明实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路抗浪涌能力至少可以达到200V。

当然，在本发明实施例基础上，还可以在第二电容5的两端并联EOS防护器件10，具体内容可以参考上一实施例，本发明实施例在此不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例的图4至图6均是以第一开关管1和第二开关管2为P型场效应管，第三开关管3为N型场效应管为例进行示意，当上述各个开关管为其它类型的场效应管时，本发明实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路中，各个开关管的连接方式均与上述图4至图6中各个开关管的连接方式类似，具体可可参考上述实施例，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种移动终端，该移动终端包括USB接口、控制器和图4至图6任一所示的浪涌保护电路。其中，USB接口的VBUS引脚(USB接口电源引脚)与浪涌保护电路中的电源输入引脚连接，控制器与浪涌保护电路中的充电管理芯片通信连接。该充电管理芯片中设有开关电路、用于对输出电压进行降压变换的降压式变换电路、用于抑制纹波电压和交流噪声LDO电路。其中，开关电路的输入端与充电管理芯片的电源输入引脚连接、输出端与充电管理芯片的电压输出引脚以及降压式变换电路的输入端连接，降压式变换电路的输出端与LDO电路的输入端连接，LDO电路的输出端与充电管理芯片的LOD信号输出引脚连接，具体的，开关电路中的还设有第一开关管、第二开关管和第三开关管，对于其中各开关管的连接方式可以参见上述图4至图6的实施例中的相关描述，在此不再赘述。

在充电过程，控制器实时采集充电管理芯片中各组件的相关数据，并根据所采集的数据控制采集充电管理芯片中各组件的开关动作，以完成电子设备充电状态的实时侦测与控制。同时，当浪涌来袭时，通过第一电容和第二电容(或者还包括EOS防护器件)可以分别实现充电管理芯片中第一至第三开关管起到有效保护；或者，同时在充电管理芯片的电源输入引脚设置一颗钳位二极管，将浪涌电压钳制在一个较小的预设电压值，以进一步减小充电管理芯片的浪涌干扰。

本实施例提供的电子设备，由于包括上述实施例提供的用于充电管理芯片的浪涌保护电路，可以极大的提高整机的抗浪涌能力，当浪涌来袭时，有效保护了充电管理芯片，从而可以降低整机的返修率，尤其是由浪涌引起的芯片损毁的故障率，提高产品质量，维护产品形象；同时，本实施例提供的电子设备，基本不增加额外的布板面积，在获得更好的设计质量的同时极大的降低了设计成本和质量成本，增加产品的利润空间。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种浪涌保护电路，包括开关型充电管理芯片，其特征在于，还包括第一电容和第二电容，其中：

所述开关型充电管理芯片中包括第一开关管、电源输入引脚和电流检测引脚；

所述第一开关管的漏极与所述电源输入引脚连接，所述第一开关管的源极与所述电流检测引脚连接；

所述第一电容的两端分别与所述电源输入引脚和所述电流检测引脚连接；

所述第二电容的两端分别与所述电流检测引脚和地连接。

2.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第二电容的电容值大于所述第一电容的电容值。

3.根据权利要求2所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第一电容的电容值和所述第二电容的电容值为反比关系。

4.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述电路还包括过度电性应力防护器件，所述过度电性应力防护器件并联在所述第二电容的两端。

5.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述电路还包括钳位二极管，所述钳位二极管的正极与所述电源输入引脚连接、负极接地。

6.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第一电容的电容值为0.1uF～1uF。

7.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第二电容的电容值为9uF～15uF。

8.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第一电容的电容值和所述第二电容的电容值的和为10uF～11uF。

9.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述开关型充电管理芯片还包括第二开关管、第三开关管、电压输出引脚和控制电路，其中：

所述第二开关管的源极与所述第一开关管的漏极相连，所述第二开关管的漏极与所述电压输出引脚相连；

所述第三开关管的漏极与所述电压输出引脚相连，所述第三开关管的源极接地；

所述控制电路分别与所述第一开关管的栅极、所述第二开关管的栅极和所述第三开关管的栅极相连接。

10.一种移动终端，其特征在于，包括USB接口、控制器以及权利要求1至9任一所述的浪涌保护电路，其中，所述USB接口的VBUS引脚与所述浪涌保护电路的电源输入引脚连接，所述控制器与所述浪涌保护电路的开关型充电管理芯片通信连接。