CN106787727A - 一种应用于快充电源的电源路径管理电路 - Google Patents

一种应用于快充电源的电源路径管理电路 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种应用于快充电源的电源路径管理电路，包括第一开关控制模块连接在电压输入端与第一电压输出端之间，第二开关控制模块连接在第一电压输出端与第二电压输出端之间，充放电控制模块的高电平驱动信号输出端与第一MOS管MN3的栅极相连，充放电控制模块的低电平驱动信号输出端与第二MOS管MN4的栅极相连，第一MOS管MN3的漏极连接在第一电压输出端，第二MOS管MN4的源极与电源地连接，第一MOS管MN3的源极与第二MOS管MN4的漏极相连，功率电感L1的一端连接在第一MOS管MN3的源极，功率电感L1的另一端与电池模块连接，第一电容的一端连接在功率电感L1与电池模块之间，另一端与电源地连接，实现简单高效、智能化的电源路径管理，而且实现成本较低。

Description

一种应用于快充电源的电源路径管理电路
技术领域
本发明涉及快充电源技术领域，尤其涉及一种应用于快充电源的电源路径管理电路。
背景技术
在快充电源芯片中，由于需要同时具有充电、放电这两个功能，同时充放电的电流很大，而且很多要求能够实现边充电边放电，这样导致整个系统的电源路径就很复杂了。
在快充电源芯片中，有快速充电和快速放电这2个功能，目前现有的一种技术方案是对这2个功能分开单独进行电源路径管理，即将快速充电的电源路径和快速放电的电源路径分开分别单独对开关充电降压DCDC的输出级电路和BOOST DCDC的输出级电路进行电源路径管理。另一种方法就是通过增加另外一条电源路径来直接将VIN的电流旁路给VOUT，以使得在实现边充电边放电的工作状态下，负责放电功能的BOOST DCDC就不再需要工作，功耗减少了，效率提高了，但这种方案需要对相关的电路做一些修改，实现比较复杂。
因此，如何提供一种简单高效、智能化的电源路径管理电路是目前快充领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提出了一种应用于快充电源的电源路径管理电路，以实现简单高效、智能化的电源路径管理，让整个快充电源具有高效率，低成本，集成度高的特点。
本发明实施例提供的应用于快充电源的电源路径管理电路，包括第一开关控制模块、第二开关控制模块、第一电压输出端、第二电压输出端、充放电控制模块、第一MOS管MN3、第二MOS管MN4、功率电感L1、第一电容以及电池模块；
所述第一开关控制模块连接在电压输入端与所述第一电压输出端之间，所述第二开关控制模块连接在所述第一电压输出端与所述第二电压输出端之间，所述充放电控制模块的高电平驱动信号输出端与所述第一MOS管MN3的栅极相连，所述充放电控制模块的低电平驱动信号输出端与所述第二MOS管MN4的栅极相连，所述第一MOS管MN3的漏极连接在所述第一电压输出端，所述第二MOS管MN4的源极与电源地连接，所述第一MOS管MN3的源极与所述第二MOS管MN4的漏极相连，所述功率电感L1的一端连接在所述第一MOS管MN3的源极，所述功率电感L1的另一端与所述电池模块连接，所述第一电容的一端连接在所述功率电感L1与所述电池模块之间，另一端与电源地连接。
可选地，所述充放电控制模块，包括充电控制器、放电控制器、驱动电路和第二电容，所述充电控制器、放电控制器分别与所述驱动电路连接，以使得所述驱动电路根据所述充电控制器和/或放电控制器产生的控制信号驱动所述第一MOS管MN3和第二MOS管MN4，所述第二电容的一端连接在所述驱动电路的电源输入端，所述第二电容的另一端与所述第一MOS管MN3的源极连接。
可选地，所述第一开关控制模块包括第三MOS管MN1和用于控制所述第三MOS管MN1导通状态的第一开关控制器，所述第三MOS管MN1的漏极与所述电压输入端连接，所述第三MOS管MN1的栅极与所述第一开关控制器连接，所述第三MOS管MN1的源极与所述第一电压输出端连接。
可选地，所述第二开关控制模块包括第四MOS管MN2和用于控制所述第四MOS管MN2导通状态的第二开关控制器，所述第四MOS管MN2的漏极与所述第一电压输出端连接，所述第四MOS管MN2的栅极与所述第二开关控制器连接，所述第四MOS管MN2的源极与所述第二电压输出端连接。
可选地，所述应用于快充电源的电源路径管理电路，还包括电池检测电阻；
所述电池检测电阻连接在所述功率电感L1与所述电池模块之间。
可选地，所述电池模块为锂电池。
本发明实施例提供的应用于快充电源的电源路径管理电路，在整个电源路径中，设置一个电压输出端并将其作为中间端，通过中间端的电压VTEM起到一个桥梁的作用，使充放电控制模块中的开关充电降压DCDC和放电BOOST DCDC共用驱动电路高低侧的功率管，实现单电感完成降压和升压的功能，节省了很大的成本，而且还能实现高效的边充电边放电的功能，进而实现了一种简单高效、智能化的电源路径管理电路，让整个快充电源具有高效率，低成本，集成度高的特点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种应用于快充电源的电源路径管理电路；
图2为本发明实施例提供的另一种应用于快充电源的电源路径管理电路；
图3为本发明实施例提供的另一种应用于快充电源的电源路径管理电路。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图1为本发明实施例提供的一种应用于快充电源的电源路径管理电路。如图1所示，本发明实施例提供的应用于快充电源的电源路径管理电路，包括第一开关控制模块10、第二开关控制模块20、第一电压输出端VTEM、第二电压输出端VOUT、充放电控制模块30、第一MOS管MN3、第二MOS管MN4、功率电感L1、第一电容Cout以及电池模块40；
其中，所述的第一开关控制模块10连接在电压输入端VIN与所述第一电压输出端VTEM之间，所述第二开关控制模块20连接在所述的第一电压输出端VTEM与所述的第二电压输出端VOUT之间，所述的充放电控制模块30的高电平驱动信号输出端HDR与所述第一MOS管MN3的栅极相连，所述的充放电控制模块30的低电平驱动信号输出端LDR与所述第二MOS管MN4的栅极相连，所述的第一MOS管MN3的漏极连接在所述的第一电压输出端VTEM，所述的第二MOS管MN4的源极与电源地连接，所述的第一MOS管MN3的源极与所述的第二MOS管MN4的漏极相连，所述的功率电感L1的一端连接在所述第一MOS管MN3的源极，所述功率电感L1的另一端与所述电池模块40连接，所述的第一电容Cout的一端连接在所述功率电感L1与所述电池模块40之间，所述的第一电容Cout的另一端与电源地连接。
本发明实施例提供的应用于快充电源的电源路径管理电路，在整个电源路径中，设置一个电压输出端即第一电压输出端VTEM，并将其作为中间端，通过中间端的电压VTEM起到一个桥梁的作用，使充放电控制模块中的开关充电降压DCDC和放电BOOST DCDC共用驱动电路高低侧的功率管，即第一MOS管MN3和第二MOS管MN4，实现单电感完成降压和升压的功能，节省了很大的成本，而且还能实现高效的边充电边放电的功能，进而实现了一种简单高效、智能化的电源路径管理电路，让整个快充电源具有高效率，低成本，集成度高的特点。
在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述充放电控制模块30，包括充电控制器301、放电控制器302、驱动电路303以及第二电容Cbs，所述充电控制器301、放电控制器302分别与所述驱动电路303连接，以使得驱动电路303根据所述充电控制器301和/或放电控制器302产生的控制信号驱动所述第一MOS管MN3和第二MOS管MN4，所述的第二电容Cbs的一端连接在所述驱动电路303的电源输入端，所述的第二电容Cbs的另一端与所述第一MOS管MN3的源极连接。
本实施例中的MOS管MN1-MN4均采用PMOS管实现，可理解的在实际应用场景中，还可以使用NMOS管实现，对此本发明不做具体限定。
其中，充电控制器301可以为开关充电降压DCDC对应的充电控制器。放电控制器302可以为BOOST DCDC对应的放电控制器。
本实施例中，所述电池模块40可以为锂电池。
针对于快充电源芯片的特点，本发明实施例提出了一种简洁高效的电源路径管理电路。如图2所示，该电源路径管理电路有3条电源路径通道，分别为Path1、Path2和Path3，其中：
电源路径通道Path1由功率管MN1组成，电压输入端的VIN输入电压VIN经由MN1连接到中间节点电压即第一电压输出端VTEM，VTEM的引入很重要，作为一个中间点输出端电压，它的作用在下面会讲到。控制MN1的导通状态的信号由第一开关控制模块10负责产生。
电源路径通道Path2由功率管MN2组成，中间端电压VTEM经由MN2连接到第一电压输出端VOUT，VOUT就是第一电压输出端VOUT即放电端的输出电压，以供给其他快充设备进行充电。控制MN2的导通状态的信号由第二开关控制模块20负责产生。
电源路径通道Path3由功率管MN3、MN4以及功率电感L1组成，同时功率管MN4作为开关充电降压DCDC(Switching Charger)和BOOST DCDC低侧的功率管，中间端电压VTEM经由MN3和L1连接到Li电池端VBAT。电压VBS是由自举电路产生的高压电压，以提供给驱动电路303作为电源用，并由该驱动电路303产生2个驱动信号HDR和LDR，分别去驱动高侧的功率管MN3和低侧的功率管MN4。
需要说明的是，电源路径Path3比较特别，是可以双向使用的。这里开关充电降压DCDC和BOOST DCDC共用高低侧的功率管和功率电感，实现单电感完成升压和降压的功能，节省了很大的成本。同时还能实现高效的边充边放电的功能。
在本发明的一个可选实施例中，如图3所示，所述第一开关控制模块10包括第三MOS管MN1和用于控制所述第三MOS管MN1导通状态的第一开关控制器101，所述第三MOS管MN1的漏极与所述电压输入端VIN连接，所述第三MOS管MN1的栅极与所述第一开关控制器101连接，所述第三MOS管MN1的源极与所述第一电压输出端VTEM连接。
进一步地，所述第二开关控制模块20包括第四MOS管MN2和用于控制所述第四MOS管MN2导通状态的第二开关控制器201，所述第四MOS管MN2的漏极与所述第一电压输出端VTEM连接，所述第四MOS管MN2的栅极与所述第二开关控制器201连接，所述第四MOS管MN2的源极与所述第二电压输出端VOUT连接。
进一步地，所述应用于快充电源的电源路径管理电路，还包括电池检测电阻Rsen；所述的电池检测电阻Rsen连接在所述功率电感L1与所述电池模块40之间。
本实施例中，电源路径通道Path3由功率管MN3、MN4、功率电感L1，以及电池检测电阻Rsen组成，同时功率管MN4作为开关充电降压DCDC(Switching Charger)和BOOST DCDC低侧的功率管，中间端电压VTEM经由MN3、L1和Rsen连接到Li电池端VBAT。电压VBS是由自举电路产生的高压电压，以提供给驱动电路303作为电源使用，并由该驱动电路303产生2个驱动信号HDR和LDR，分别去驱动高侧的功率管MN3和低侧的功率管MN4。
下面结合具体电路原理图对本发明提供的应用于快充电源的电源路径管理电路的具体的工作原理进行说明。
当处于开关充电降压DCDC模式时候，Path3的电流走向是从上往下，然后从左往右，这时候由充电控制器(Switching Charger PWM Control)产生的控制信号通过驱动电路(POWER MOSFER DRVIRER)的HDR和LDR驱动信号去驱动高低侧的功率管MN3和MN4，使Path3完成对Li电池快速充电功能。这时候Path1路径的MN1是导通的，VIN旁路到第一电压输出端VTEM即中间端，然后第一电压输出端VTEM再通过Path3提供电流。如果同时还需要快充电源芯片在充电的同时，还需要给其他设备放电的话，这时候Path2中的MN2就会导通，直接供电给第二电压输出端VOUT，这样放电方式直接，效率高。
当处于BOOST DCDC模式时候，Path3的电流走向是从右往左，然后从上往下，该模式下，路径Path1的MN1要关断，防止漏电给输入VIN端，同时路径Path2的MN2要导通，并通过第二电压输出端VOUT放电给其他快充设备。这时候由放电控制器(BOOST PWM Control)产生的控制信号通过驱动电路(POWER MOSFER DRVIRER)的HDR和LDR驱动信号去驱动高低侧的功率管MN3和MN4，使Path3完成对Li电池升压放电的功能。
在整个电源路径中，第二电压输出端VTEM即中间端的电压VTEM起到一个桥梁的作用，使开关充电降压DCDC和BOOST DCDC共用高低侧的功率管MN3和MN4，实现单电感完成降压和升压的功能，节省了很大的成本。同时还能实现高效的边充电边放电的功能。
本发明实施例提供的应用于快充电源的电源路径管理电路，在整个电源路径中，设置一个电压输出端并将其作为中间端，通过中间端的电压VTEM起到一个桥梁的作用，使充放电控制模块中的开关充电降压DCDC和放电BOOST DCDC共用驱动电路高低侧的功率管，实现单电感完成降压和升压的功能，节省了很大的成本，而且还能实现高效的边充电边放电的功能，进而实现了一种简单高效、智能化的电源路径管理电路，让整个快充电源具有高效率，低成本，集成度高的特点。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种应用于快充电源的电源路径管理电路，其特征在于，包括第一开关控制模块、第二开关控制模块、第一电压输出端、第二电压输出端、充放电控制模块、第一MOS管MN3、第二MOS管MN4、功率电感L1、第一电容以及电池模块；
所述第一开关控制模块连接在电压输入端与所述第一电压输出端之间，所述第二开关控制模块连接在所述第一电压输出端与所述第二电压输出端之间，所述充放电控制模块的高电平驱动信号输出端与所述第一MOS管MN3的栅极相连，所述充放电控制模块的低电平驱动信号输出端与所述第二MOS管MN4的栅极相连，所述第一MOS管MN3的漏极连接在所述第一电压输出端，所述第二MOS管MN4的源极与电源地连接，所述第一MOS管MN3的源极与所述第二MOS管MN4的漏极相连，所述功率电感L1的一端连接在所述第一MOS管MN3的源极，所述功率电感L1的另一端与所述电池模块连接，所述第一电容的一端连接在所述功率电感L1与所述电池模块之间，另一端与电源地连接。
2.根据权利要求1所述的应用于快充电源的电源路径管理电路，其特征在于，所述充放电控制模块，包括充电控制器、放电控制器、驱动电路和第二电容，所述充电控制器、放电控制器分别与所述驱动电路连接，以使得所述驱动电路根据所述充电控制器和/或放电控制器产生的控制信号驱动所述第一MOS管MN3和第二MOS管MN4，所述第二电容的一端连接在所述驱动电路的电源输入端，所述第二电容的另一端与所述第一MOS管MN3的源极连接。
3.根据权利要求1所述的应用于快充电源的电源路径管理电路，其特征在于，所述第一开关控制模块包括第三MOS管MN1和用于控制所述第三MOS管MN1导通状态的第一开关控制器，所述第三MOS管MN1的漏极与所述电压输入端连接，所述第三MOS管MN1的栅极与所述第一开关控制器连接，所述第三MOS管MN1的源极与所述第一电压输出端连接。
4.根据权利要求3所述的应用于快充电源的电源路径管理电路，其特征在于，所述第二开关控制模块包括第四MOS管MN2和用于控制所述第四MOS管MN2导通状态的第二开关控制器，所述第四MOS管MN2的漏极与所述第一电压输出端连接，所述第四MOS管MN2的栅极与所述第二开关控制器连接，所述第四MOS管MN2的源极与所述第二电压输出端连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的应用于快充电源的电源路径管理电路，其特征在于，还包括电池检测电阻；
所述电池检测电阻连接在所述功率电感L1与所述电池模块之间。
6.根据权利要求1-4任一项所述的应用于快充电源的电源路径管理电路，其特征在于，所述电池模块为锂电池。
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