CN108767944B - 一种开关充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种开关充电电路，该开关充电电路的工作电压小于预设电压值，包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、电感、第一电容、第二电容、驱动电路、电源选择器和控制电路；其中，所述电源选择器选择所述第一开关管的第二端的电压值与所述电压输出端中的电压值的较大值输出给所述驱动电路；所述控制电路在第一预设条件下控制所述第一开关管工作在第一工作模式，在第二预设条件下控制所述第一开关管工作在第二工作模式，其中，在所述第一工作模式下，所述第一开关管工作在饱和区；在所述第二工作模式下，所述第一开关管工作在线性放大区。本发明实施例所提供的开关充电电路成本较低，为其驱动电路等组成部件提供的供电电压较稳定。

Description

一种开关充电电路

技术领域

本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种开关充电电路。

背景技术

随着电子技术的发展，越来越多地的便携式电子设备应运而生，从而使得我们的生活更加便利，更加丰富多彩。锂离子电池由于具有可以反复充电的特性，逐渐成为便携式电子设备的供电电源，从而使得给锂离子电池充电的充电芯片，具有广泛的应用市场。

目前充电技术分为线性充电和开关充电，通常开关充电的效率更高。因此，提供一种成本较低、供电电压较稳定的开关充电电路成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种开关充电电路，该开关充电电路成本较低，且可以提供较为稳定的供电电压。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种开关充电电路，用于给锂离子电池充电，该开关充电电路的工作电压小于预设电压值，所述充电线路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、电感、第一电容、第二电容、驱动电路、电源选择器和控制电路；其中，

所述第一开关管的控制端与所述控制电路电连接，第一端与供电电压端电连接，第二端通过第一电容接地；

所述第二开关管的控制端与所述驱动电路电连接，第一端与所述第一开关管的第二端电连接，第二端与所述第三开关管的第一端电连接；

所述第三开关管的控制端与所述驱动电路电连接，第一端与所述第二开关管的第二端电连接，第二端接地；

所述电感的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，第二端与所述第二电容的第一端电连接；

所述第二电容的第一端与所述电感的第二端电连接，第二端接地，所述第二电容的第一端作为电压输出端为锂离子电池充电；

所述电源选择器的第一输入端与所述第一开关管的第二端电连接，第二输入端与所述电压输出端电连接，输出端与所述驱动电路电连接，选择所述第一开关管的第二端的电压值与所述电压输出端中的电压值的较大值输出给所述驱动电路；

其中，所述控制电路在第一预设条件下控制所述第一开关管工作在第一工作模式，在第二预设条件下控制所述第一开关管工作在第二工作模式，其中，在所述第一工作模式下，所述第一开关管工作在饱和区；在所述第二工作模式下，所述第一开关管工作在线性放大区。

可选的，所述第一预设条件包括：所述开关充电电路处于上电阶段；所述第二预设条件包括：所述开关充电电路处于稳定工作状态。

可选的，所述控制电路包括：

第一电压支路，所述第一电压支路包括：放大电路，所述放大电路的输入与所述供电电压端电连接，输出端与所述第一开关管的控制端电连接；

第二电压支路，所述第二电压支路包括：第一齐纳二极管、控制开关和控制芯片，所述第一齐纳二极管的第一端与所述控制开关的第一端电连接，第二端与所述第一开关管的控制端电连接，所述控制开关的控制端与所述控制芯片电连接，第二端接地；

其中，控制芯片在所述第一预设条件下控制所述控制开关导通，在所述第二预设条件下，控制所述控制开关截止。

可选的，所述开关充电电路还包括：与所述控制芯片的输入端电连接且与所述电源选择器的输出端电连接的带隙基准电路，其中，所述电源选择器的输出端为所述带隙基准电路提供工作电压；所述带隙基准电路用于检测所述开关充电电路的上电状态，当所述开关充电电路上电完成时，输出第一控制指令；所述控制芯片响应所述第一控制指令，控制所述控制开关断开。

可选的，所述第一电压支路还包括：位于所述供电电压端与所述放大电路之间的第一电阻。

可选的，所述第一电压支路还包括：第二齐纳二极管，所述第二齐纳二极管的一端与所述第一电阻和所述放大电路的公共端电连接，另一端接地。

可选的，所述放大电路为电荷泵。

可选的，所述第一预设条件还包括：所述开关充电电路发生异常事件。

可选的，所述开关充电电路还包括：与所述控制芯片的输入端电连接且与所述电源选择器的输出端电连接的保护电路，所述电源选择器的输出端为所述保护电路提供工作电压，所述保护电路用于监测所述开关充电电路的工作状态，当所述开关充电电路的工作状态发生异常事件，输出第二控制指令，所述控制芯片响应所述第二控制指令，控制所述控制开关闭合。

可选的，还包括：位于所述电感和所述第二电容之间的采样电阻；用于采集所述采样电阻上信号的采样电路；所述驱动电路还基于所述采样电路输出的控制指令，调节所述第二开关管和/或所述第三开关管的占空比，以维持所述开关充电电路的电压输出端的电压稳定。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的技术方案中，当所述开关充电电路处于第一预设条件时，所述控制电路控制所述第一开关管工作在饱和区，使得所述第一供电电压受所述第一开关管的控制端电压控制，从而使得所述控制电路可以通过控制所述第一开关管的控制端的电压，使得所述第一供电电压处于低电压状态；当所述开关充电电路处于第二预设条件时，所述控制电路控制所述第一开关管工作在线性放大区，所述第一供电电压等于所述供电电压端VBUS的电压值减去所述第一开关管上的压降，而本发明实施例所提供的开关充电电路为低电压开关充电电路，且所述第二预设条件为所述开关充电电路处于稳定工作状态，因此，此时所述供电电压端输入的电压也为低电压，从而使得所述第一供电电压也为低电压。

由此可见，本发明实施例所提供的开关充电电路中，所述第一开关管的第二端始终是维持低压有电的，因此，将所述第一开关管的第二端作为所述电源选择器的一个输入电压，可以使得所述电源选择器输入的第一供电电压始终是低压有电的，从而使得后续的第二开关管和第三开关管都可以采用低压功率管，以降低所述开关充电电路的成本。

而且，本发明实施例所提供的开关充电电路中，由于所述节点PMID的电压始终维持在低电压，不会因所述驱动电路在驱动第二开关管和第三开关管开关时需要上百毫安级别的电流尖峰而出现较大浮动，从而使得本发明实施例所提供的开关充电电路中，所述第一供电电压较为稳定，解决了现有技术中因所述驱动电路在驱动第二开关管和第三开关管开关时，需要上百毫安级别的电流尖峰，而导致所述供电电源Vmax出现不稳定的现象，造成所述开关充电电路工作异常的问题。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中一种锂离子电池充电芯片的电路结构示意图；

图2为现有技术中另一种锂离子电池充电芯片的电路结构示意图；

图3为现有技术中又一种锂离子电池充电芯片的电路结构示意图；

图4为本发明一个实施例所提供的开关充电电路的电路结构示意图；

图5为本发明另一个实施例所提供的开关充电电路的电路结构示意图；

图6为本发明又一个实施例所提供的开关充电电路的电路结构示意图；

图7为本发明再一个实施例所提供的开关充电电路的电路结构示意图；

图8为本发明又一个实施例所提供的开关充电电路的电路结构示意图；

图9为本发明一个实施例所提供的开关充电电路的时序信号图；

图10为本发明一个实施例所提供的开关充电电路处于第一预设条件下的局部电路结构示意图；

图11为本发明一个实施例所提供的开关充电电路处于第二预设条件下的局部电路结构示意图；

图12为本发明又一个实施例所提供的开关充电电路的电路结构示意图；

图13为本发明一个实施例所提供的电荷泵的电路结构示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，图1示出了现有技术中一种锂离子电池充电芯片的电路结构示意图。从图1中可以看出，该锂离子电池充电芯片包括：

与供电电压端VBUS电连接的第一开关管M1，所述第一开关管M1的控制端与电荷泵电连接，第一端通过第一电容C1接地，第二端与供电电压端VBUS电连接，其中，所述第一开关管M1与所述第一电容C1的公共端定义为节点PMID；

驱动电路；

与所述驱动电路电连接的第二开关管M2和第三开关管M3，所述第二开关管M2的控制端与所述驱动电路电连接，第一端与所述第一开关管M1和第一电容C1的公共端电连接，第二端与所述第三开关管M3的第一端电连接，所述第三开关端的控制端与所述驱动电路电连接，第二端接地；

与所述第二开关管M2和所述第三开关管M3的公共端电连接的串联支路，所述串联支路包括串联的电感L和采样电阻Rsns；

与所述串联支路背离所述第二开关管M2和所述第三开关管M3的公共端一侧电连接的第二电容C2和锂离子电池，其中，所述第二电容C2背离所述串联支路一端接地。

具体的，当第二开关管M2导通，第三开关管M3截止时，供电电压端VBUS通过所述第一开关管M1和所述第二开关管M2给所述锂离子电池供电，并对所述电感L和所述第二电容C2充电，利用所述电感和所述第二电容C2储存电荷；当所述第二开关管M2截止，所述第三开关管M3导通时，由电感L和第二电容C2继续向所述锂离子电池供电。

但是，上述开关芯片的结构中，所述第一开关管M1形成的体二极管指向节点PMID，由于二极管具有正向导通的特性，因此，上述开关芯片在工作过程中，所述第一开关管M1两端的电压差(即供电电压端VBUS和节点PMID之间的电压差)不会超过上述体二极管的导通压降，从而使得供电电压端VBUS是高压时，与其电连接的节点PMID也是高压，进而使得后续的第二开关管M2和第三开关管M3都必须是高压功率管才能保证上述开关芯片的正常工作，导致上述开关芯片的成本较高。

如图2所示，图2示出了另一种锂离子电池充电芯片的电路结构示意图。对比图1和图2可知，图2所示结构和图1的结构的区别在于：图2中第一开关管M1的第一端与供电电压VBUS电连接，第二端与节点PMID电连接，从而使得图2所示电路结构中，第一开关管M1形成的体二极管指向供电电压端VBUS，背离节点PMID，由于二极管具有正向导通的特性，当供电电压端VBUS是低电压时，利用电荷泵控制第一开关管M1导通，所述节点PMID也是低电压，当供电电压端VBUS是高电压时，利用电荷泵控制第一开关管M1截止，这时由于第一开关管M1中的体二极管是反向截止的，节点PMID还是低电压，即无论供电电压端VBUS是高电压还是低电压，上述开关芯片中的节点PMID始终维持在低电压，从而使得后续的第二开关管M2和第三开关管M3都可以采用低压功率管，进而降低所述开关芯片的成本。

如图3所示，图3示出了一种锂离子电池充电芯片的电路结构示意图。相较于图2所示电路结构，图3所示电路结构还包括：

第一电阻R1，所述第一电阻R1一端与供电电压端VBUS和第一开关管M1的公共端电连接，另一端通过齐纳二极管D接地；

电源选择器，所述电源选择器的第一输入端与所述第一电阻R1和所述齐纳二极管D的公共端电连接，第二输入端与第二电容C2和电池的公共端电连接，输出端与驱动电路电连接，为驱动电路提供工作电压。

具体工作时，供电电压端VBUS上电后通过所述第一电阻R1和所述齐纳二极管D所在支路产生第一供电电压Vcc，第一供电电压Vcc的电压值等于供电电压端VBUS的电压值-第一电阻R1上产生的压降。具体的，当供电电压端VBUS是低电压时，齐纳二极管D不会被击穿，几乎没有电流流过第一电阻R1，从而使得第一电阻R1上不会产生压降，第一供电电压Vcc静态时的电压就是供电电压端VBUS输出的电压；当供电电压端VBUS是高电压时，齐纳二极管D被击穿，有电流流过第一电阻R1，第一电阻R1上产生压降，而齐纳二极管D具有稳压特性(即齐纳二极管击穿后，其两端的电压差会稳定在一个电压值，大约5.6V左右)，从而使得第一供电电压Vcc被齐纳二极管钳位在一个稳定的低压值。电源选择器选择第一供电电压Vcc和第二供电电压VBAT中的较大值作为供电电源Vmax。具体的，当所述供电电压端VBUS有电压输入时，所述开关芯片处于充电状态，第二供电电压VBAT较小，电源选择器选择第一供电电压Vcc作为供电电源Vmax；当所述供电电压端VBUS端悬空时，电源选择器选择第二供电电压VBAT作为供电电源Vmax，以维持所述充电芯片的正常工作。其中，所述供电电源Vmax用于为所述充电芯片中的驱动电路、电荷泵等组成部件提供工作电压。

此外，所述充电芯片还可以包括与所述供电电源Vmax电连接的带隙基准电路、环路控制电路和/或保护电路等，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，由于齐纳二极管击穿时所能承受的电流最大值有限，所以所述第一电阻R1通常会有千欧姆级别，以在保证所述供电电压端VBUS的电压值较高，导致所述齐纳二极管被击穿时，流经所述齐纳二极管的电流不会过大，造成所述齐纳二极管被烧毁。

还需要说明的是，所述驱动电路在驱动第二开关管M2和第三开关管M3开关时，会需要上百毫安级别的电流尖峰，因此，在电源选择器选择第一供电电压Vcc作为所述驱动电路的供电电源Vmax时，如果第二开关管M2和第三开关管M3产生开关动作，会有上百毫安级别的电流流过所述第一电阻R1，使得第一电阻R1上产生一个较于所述第二开关管M2和第三开关管M3的稳定工作状态(即不产生开关工作的状态)更大的压降，导致第一供电电压不稳定，从而导致所所述供电电源Vmax不稳定，影响包括所述驱动电路在内的所述电池充电芯片的工作，严重时甚至会导致开关芯片控制逻辑出现错误，产生不可预计的后果。

因此，提供一种成本较低、供电电压较稳定的开关充电电路成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

有鉴于此，本发明一个实施例提供了一种开关充电电路，所述开关充电电路用于给锂离子电池充电。需要说明的是，在本发明实施例中，所述充电电压为低压开关充电电路，可选的，所述开关充电电路的工作电压小于预设电压值，所述预设电压值可以为5V，也可以为其他电压值，本发明对此并不做限定，只要保证所述开关充电电路为低压开关充电电路即可。

如图4所示，在本发明实施例中，该开关充电电路包括：第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、电感、第一电容C1、第二电容C2、驱动电路、电源选择器和控制电路；其中，

所述第一开关管M1的控制端与所述控制电路电连接，第一端与供电电压端VBUS电连接，第二端通过第一电容C1接地；

所述第二开关管M2的控制端与所述驱动电路电连接，第一端与所述第一开关管M1的第二端电连接，第二端与所述第三开关管M3的第一端电连接；

所述第三开关管M3的控制端与所述驱动电路电连接，第一端与所述第二开关管M2的第二端电连接，第二端接地；

所述电感L的第一端与所述第二开关管M2的第二端电连接，第二端与所述第二电容C2的第一端电连接；

所述第二电容C2的第一端与所述电感L的第二端电连接，第二端接地，所述第二电容C2的第一端作为电压输出端VBAT为锂离子电池充电；

所述电源选择器的第一输入端与所述第一开关管M1的第二端PMID电连接，第二输入端与所述电压输出端VBAT电连接，输出端Vmax与所述驱动电路电连接，选择所述第一开关管M1的第二端PMID的电压值与所述电压输出端VBAT中的电压值的较大值作为供电电压Vmax输出给所述驱动电路；

其中，所述控制电路在第一预设条件下控制所述第一开关管M1工作在第一工作模式，在第二预设条件下控制所述第一开关管M1工作在第二工作模式，其中，在所述第一工作模式下，所述第一开关管M1工作在饱和区；在所述第二工作模式下，所述第一开关管M1工作在线性放大区。其中，所述第二预设条件为所述开关充电电路处于稳定工作状态

具体的，记所述第一开关管M1的第二端PMID处的电压值为第一供电电压V1，所述开关充电电路的电压输出端输出的电压值VBAT为第二供电电压V2，当所述供电电压端VBUS有电压输入时，所述开关充电电路处于充电状态，第二供电电压V2较小，电源选择器选择第一供电电压V1作为供电电源Vmax；当所述供电电压端VBUS端悬空时，电源选择器选择第二供电电压V2作为供电电源Vmax，以维持所述开关充电电路内部的正常工作。

可选的，在本发明的一个具体实施例中，所述第一预设条件包括：所述开关充电电路处于上电阶段。其中，所述开关充电电路处于上电初期是指VBUS上电后到所述开关充电电路内部带隙基准建立完成的时间段。

需要说明的是，在本发明实施例中，所述第一开关管M1的第一端与供电电压VBUS电连接，第二端与节点PMID电连接，从而使得所述开关充电电路中，第一开关管M1形成的体二极管指向供电电压端VBUS，背离节点PMID。

当所述开关充电电路处于第一预设条件时，所述控制电路控制所述第一开关管M1工作在饱和区，从而使得所述第一供电电压V1受所述第一开关管M1的控制端电压控制，从而使得所述控制电路可以通过控制所述第一开关管M1的控制端的电压，使得所述第一供电电压V1处于低电压状态；当所述开关充电电路处于第二预设条件时，所述控制电路控制所述第一开关管M1工作在线性放大区，所述第一供电电压V1等于所述供电电压端VBUS的电压值减去所述第一开关管M1上的压降，而本发明实施例所提供的开关充电电路为低电压开关充电电路，且所述第二预设条件为所述开关充电电路处于稳定工作状态，因此，此时所述供电电压端VBUS输入的电压也为低电压，从而使得所述第一供电电压V1也为低电压。由此可见，本发明实施例所提供的开关充电电路中，所述第一开关管M1的第二端始终是维持低压有电的，因此，将所述第一开关管M1的第二端作为所述电源选择器的一个输入电压，可以使得所述电源选择器输入的第一供电电压V1始终是低压有电的，从而使得后续的第二开关管M2和第三开关管M3都可以采用低压功率管，以降低所述开关充电电路的成本。

而且，本发明实施例所提供的开关充电电路中，由于所述节点PMID的电压始终维持在低电压，不会因所述驱动电路在驱动第二开关管M2和第三开关管M3开关时需要上百毫安级别的电流尖峰而出现较大浮动，从而使得本发明实施例所提供的开关充电电路中，所述第一供电电压较为稳定，解决了现有技术中因所述驱动电路在驱动第二开关管M2和第三开关管M3开关时，需要上百毫安级别的电流尖峰，而导致所述供电电源Vmax出现不稳定的现象，造成所述开关充电电路工作异常的问题。

此外，本发明实施例所提供的开关充电电路，还包括第一电容C1，所述第一电容C1一端与所述第一开关管M1的第二端电连接，另一端接地，从而在所述第一开关管M1的第二端的电压(即所述第一供电电压)出现浮动时，利用所述第一电容C1的充放电对所述第一开关管M1第二端的电压进行稳压，进一步减小所述第一供电电压的电压浮动。

由此可见，本发明实施例所提供的开关充电电路成本较低，为所述驱动电路等提供工作电压的内部电源Vmax的电压较为稳定。

具体的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图5所示，所述控制电路包括：

第一电压支路，所述第一电压支路包括：放大电路，所述放大电路的输入端Vdd与所述供电电压端VBUS电连接，输出端Vcp与所述第一开关管M1的控制端电连接；

第二电压支路，所述第二电压支路包括：第一齐纳二极管D1、控制开关S和控制芯片，所述第一齐纳二极管D1的第一端与所述控制开关S的第一端电连接，第二端与所述第一开关管M1的控制端电连接，所述控制开关S的控制端与所述控制芯片电连接，第二端接地；

其中，控制芯片在所述第一预设条件下控制所述控制开关S导通，在所述第二预设条件下，控制所述控制开关S截止。

需要说明的是，在本发明实施例中，所述放大电路用于将其输入端输入的电压Vdd进行放大后输出，可选的，所述放大电路输出端的电压Vcp可以为所述放大电路输入端电压的两倍，也可以为所述放大电路输入端电压的其他倍数，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。可选的，所述放大电路为电荷泵。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

下面以所述放大电路输出端的电压为所述放大电路输入端的电压的两倍为例，对所述开关充电电路的工作过程进行说明。

需要说明的是，在本发明的一个实施例中，所述控制开关S的默认状态为闭合状态，但本发明对此并不做限定，在本发明的其他实施例中，所述控制开关S的默认状态也可以为断开状态，具体视情况而定。

在本发明实施例中，所述开关充电电路具体工作时，所述供电电压端VBUS开始上电，所述供电电压端VBUS的电压由零逐渐增大到所述开关充电电路的工作电压，在此过程中，所述控制开关S处于闭合状态，所述放大电路的输入端电压Vdd逐渐增大，所述放大电路输出端的电压Vcp也随之逐渐增大，所述第一开关管M1第二端的电压逐渐升高，直至所述放大电压输出端的电压Vcp大于所述第一齐纳二极管D1的击穿电压，所述第一齐纳二极管D1被击穿，此后，所述放大电路输入端的电压Vdd再升高，所述放大电路输出端的电压Vcp不再升高，而是被所述第一齐纳二极管D1稳定在一个电压固定值，所述第一开关管M1的第二端的电压受其控制端的控制，因此，所述第一开关管M1第二端的电压也稳定在一个固定值，不再随所述供电电压端VBUS的变化而变化，直至所述开关充电电路上电完成。

需要说明的是，由于所述第一齐纳二极管D1的击穿电压大约为5.6V左右，与其具体制作工艺有关，可选的，在本发明的一个实施例中，所述开关充电电路的工作电压为5V，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

当所述开关充电电路上电完成后，所述控制芯片控制所述控制开关S断开，所述放大电路输出端的电压Vcp被释放，增加到所述放大电路输入端电压Vdd的两倍，驱动所述第一开关管M1，使所述第一开关管M1工作在线性放大区，所述开关充电电路进入稳定工作状态。

需要说明的是，由于所述第一开关管M1工作在线性放大区时，所述第一开关管M1的输出电流(即第二端输出的电流)随其输入电流(即所述第一开关管M1输入端的电流)的增大而成倍增大，但所述第一开关管M1第二端的电压等于所述供电电压端VBUS的电压减去所述第一开关管M1的第一端和第二端之间的压降，因此，本发明实施例所提供的开关充电电路在工作过程中，即便所述第二开关管M2和所述第三开关管M3产生开关动作，需要较大电流，只要所述供电电压端VBUS的电压值不变，所述第一开关管M1的第二端的电压就为稳定值，不会随其流过的电流的变化而变化。

可选的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，继续如图5所示，所述开关充电电路还包括：

与所述控制芯片的输入端电连接且与所述电源选择器的输出端电连接的带隙基准电路，其中，所述电源选择器的输出端为所述带隙基准电路提供工作电压；所述带隙基准电路用于检测所述开关充电电路的上电状态，当所述开关充电电路上电完成时，输出第一控制指令；所述控制芯片响应所述第一控制指令，控制所述控制开关S断开。

需要说明的是，在上述实施例中，所述带隙基准电路除了用于检测所述开关充电电路的上电状态，还可以为所述开关充电电路中的驱动电路等组成电路提供参考信号。由于所述带隙基准电路的内部具体结构与工作原理已为本领域技术人员所熟知，本发明对此不再详细赘述。而本发明中的带隙基准电路与现有充电芯片中的带隙基准电路的区别之处在于所述带隙基准电路还与所述控制芯片电连接，在所述开关充电电路上电完成时，输出第一控制指令给所述控制芯片，以便于所述控制芯片响应所述第一控制指令，控制所述控制开关S断开。

还需要说明的是，在上述任一实施例中，所述放大电路的输入端直接与所述供电电压端VBUS电连接，即直接利用所述供电电压端VBUS的电压作为所述放大电路输入端的电压Vdd，这样会使得所述放大电路的工作电压较大，功耗较高，且对所述放大电路中各组成元件所能承受的最大工作电压要求较高。

为了降低所述放大电路的功耗以及对所述放大电路中各组成元件所能承受的最大工作电压要求，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图6所示，所述第一电压支路还包括：位于所述供电电压端VBUS与所述放大电路之间的第一电阻R1，以利用所述第一电阻R1进行分压，使得所述放大电路的输入端的电压等于所述供电电压端VBUS输出的电压减去所述第一电阻R1上的压降，从而将减小所述放大电路的功耗，降低对所述放大电路中各组成元件所能承受的最大工作电压要求。

需要说明的是，由于所述第一电阻R1调节电压的能力较为有限，当所述供电电压端VBUS出现异常高压时，即便所述第一电阻R1分担部分压降，也可能使得所述放大电路输入端的电压仍然较高，基于此，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图7所示，所述第一电压支路还包括：第二齐纳二极管D2，所述第二齐纳二极管D2的一端与所述第一电阻R1和所述放大电路的公共端电连接，另一端接地。在本发明实施例中，当所述供电电压端VBUS出现异常高压时，所述放大电路输入端的电压Vdd也较高，此时，所述第二齐纳二极管D2被击穿，所述放大电路的输入端的电压Vdd被稳定在一个固定值(第二齐纳二极管D2的击穿电压)，从而将所述放大电路的工作电压控制在所述第二齐纳二极管D2的击穿电压范围内，进一步减小所述放大电路的功耗，降低对所述放大电路中各组成元件所能承受的最大工作电压要求。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第一预设条件还包括：所述开关充电电路发生异常事件。其中，所述异常事件是指所述开关充电电路发生错误状态，包括：OVP(Over Voltage Protection，过电压保护)事件、OTP(Over TempProtection，过温度保护)事件、UVLO(Under Voltage Lock Out)事件等等，其中，OVP事件是指所述供电电压端VBUS的电压过高；OTP事件是指所述开关充电电路的温度过高；UVLO事件是指供电电压端VBUS处的电源过低或突然拔掉。

可选的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图8所示，所述开关充电电路还包括：与所述控制芯片的输入端电连接且与所述电源选择器的输出端Vmax电连接的保护电路，所述电源选择器的输出端Vmax为所述保护电路提供工作电压，所述保护电路用于监测所述开关充电电路的工作状态，当所述开关充电电路的工作状态发生异常事件，输出第二控制指令，所述控制芯片响应所述第二控制指令，控制所述控制开关S闭合。

需要说明的是，由于所述保护电路的内部具体结构与工作原理已为本领域技术人员所熟知，本发明对此不再详细赘述。而本发明中的保护电路与现有充电芯片中的保护电路的区别之处在于所述保护电路还与所述控制芯片电连接，在所述开关充电电路的工作状态发生异常事件时，输出第二控制指令给所述控制芯片，以便于所述控制芯片响应所述第二控制指令，控制所述控制开关S断开。

如图9所示，图9示出了本发明一个实施例所提供的开关充电电路的时序信号图，下面结合图9对本发明实施例所提供的开关充电电路进行说明。

具体工作时，所述供电电压端VBUS开始上电，所述供电电压端VBUS的电压由零逐渐增大到所述开关充电电路的工作电压，在此过程中，所述控制开关S处于闭合状态(如图10所示)，所述放大电路的输入端电压Vdd逐渐增大，所述放大电路输出端的电压Vcp也随之逐渐增大，所述第一开关管M1第二端PMID的电压逐渐升高，直至所述放大电压输出端的电压Vcp大于所述第一齐纳二极管D1的击穿电压，所述第一齐纳二极管D1被击穿，此后，所述放大电路输入端的电压Vdd再升高，所述放大电路输出端的电压Vcp不再升高，而是被所述第一齐纳二极管D1稳定在一个电压固定值，所述第一开关管M1的第二端PMID的电压受其控制端的控制，因此，所述第一开关管M1第二端PMID的电压也稳定在一个固定值，不再随所述供电电压端VBUS的变化而变化，直至所述开关充电电路上电完成。

当所述开关充电电路上电完成后，所述控制芯片控制所述控制开关S断开，所述控制开关S处于断开状态(如图11所示)，所述放大电路输出端的电压Vcp被释放，增加到所述放大电路输入端电压Vdd的两倍，驱动所述第一开关管M1，使所述第一开关管M1工作在线性放大区，所述开关充电电路进入稳定工作状态。

当所述开关充电电路的供电电压端异常增大时，所述控制芯片控制所述控制开关S闭合，所述控制开关S处于闭合状态(如图10所示)，所述第一齐纳二极管D1被击穿，所述放大电路输出端的电压Vcp继续被所述第一齐纳二极管D1稳定在一个电压固定值，所述第一开关管M1的第二端PMID的电压受其控制端的控制，因此，所述第一开关管M1第二端PMID的电压也稳定在一个固定值，不再随所述供电电压VBUS端的变化而变化，直至所述开关充电电路回复正常工作状态。

需要说明的是，在本发明实施例中，当所述开关充电电路的供电电压端异常增大时，所述第二齐纳二极管D2也会被击穿，所述放大电路输入端的电压Vdd被第二齐纳二极管D2稳定在一个电压固定值，防止所述放大电路由于述开关充电电路的供电电压端异常增大而发生损坏。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图12所示，所述开关充电电路还包括：位于所述电感L和所述第二电容C2之间的采样电阻Rsns；用于采集所述采样电阻Rsns上信号的采样电路(图中未示出)；所述驱动电路还基于所述采样电路输出的控制指令，调节所述第二开关管M2和/或所述第三开关管M3的占空比，以维持所述开关充电电路的电压输出端的电压稳定。

此外，所述开关充电电路还可以包括如环路控制电路等其他外围电路。对此，本发明不再详细赘述。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图13所示，所述电荷泵包括：环形振荡器、第一组成支路和第二组成支路，所述第一组成支路包括：第一反相器G1、第三电容C3、第四开关管M4和第五开关管M5，所述第二组成支路包括：第二反相器G2、第三反相器G3、第四电容C4、第六开关管M6、第七开关管M7；其中，

所述第一反相器G1的第一端与所述环形振荡器电连接，第二端与所述第三电容C3电连接，所述第三电容C3的另一端与所述第四开关管M4的控制端电连接，且与第五开关管M5的控制端电连接，所述第四开关管M4的第一端与所述第五开关管M5的第二端电连接，所述第四晶体管M4的第二端为所述电荷泵的输入端，所述第五开关管M5的第一端为所述电荷泵的输出端；

所述第二反相器G2的第一端与所述环形振荡器电连接，第二端与第三反相器G3的第一端电连接，所述第三反相器G3的第二端与所述第四电容C4电连接，所述第四电容C4的另一端与所述第六开关管M6的控制端电连接，且与第七开关管M7的控制端电连接，所述第六开关管M6的第一端与所述第七开关管M7的第二端电连接，所述第六晶体管M6的第二端与所述第四开关管的第二端电连接，也为所述电荷泵的输入端，所述第七开关管M7的第一端与所述第五开关管M5的第一端电连接，也为所述电荷泵的输出端。

可选的，所述环形振荡器包括：第三组成支路、第四组成支路和第五电容C5，所述第三组成支路包括依次串联的第四反相器G4、第五反相器G5和第六反相器G6，所述第四组成支路包括依次串联的第七反相器G7、第八反相器G8和第二电阻R2，其中，

所述第五电容C5一端接地，另一端与所述第三组成支路和所述第四组成支路电连接；

第四反相器G4的第一端与所述第五电容C5电连接，第二端与所述第五反相器G5的第一端电连接，所述第五反相器G5的第二端与第六反相器G6的第一端电连接，所述第六反相器G6的第二端为所述环形振荡器的输出端与所述第一组成支路、所述第二组成支路电连接；

所述第七反相器G7的第一端为所述环形振荡器的输出端与所述第一组成支路、所述第二组成支路电连接，第二端与所述第八反相器G8的第一端电连接，所述第八反相器G8的第二端与第二电阻R2电连接，所述第二电阻R2的另一端与所述第五电容C5电连接。

在本发明的其他实施例中，所述放大电路或所述电荷泵还可以有其他实现方式，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

综上，本发明实施例所提供的开关充电电路中，所述第一开关管M1的第二端始终处于低压有电状态，并利用所述第一开关管M1的第二端作为电源选择器的第一供电电压，在所述开关充电电路工作期间，为所述驱动电路等提供工作电压的内部电源Vmax的电压，电压较为稳定，成本较低，。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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 (9)

1.一种开关充电电路，用于给锂离子电池充电，其特征在于，该开关充电电路的工作电压小于预设电压值，所述充电电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、电感、第一电容、第二电容、驱动电路、电源选择器和控制电路；其中，

所述第一开关管的控制端与所述控制电路电连接，第一端与供电电压端电连接，第二端通过第一电容接地；

所述第二开关管的控制端与所述驱动电路电连接，第一端与所述第一开关管的第二端电连接，第二端与所述第三开关管的第一端电连接；

所述第三开关管的控制端与所述驱动电路电连接，第一端与所述第二开关管的第二端电连接，第二端接地；

所述电感的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，第二端与所述第二电容的第一端电连接；

所述第二电容的第一端与所述电感的第二端电连接，第二端接地，所述第二电容的第一端作为电压输出端为锂离子电池充电；

所述电源选择器的第一输入端与所述第一开关管的第二端电连接，第二输入端与所述电压输出端电连接，输出端与所述驱动电路电连接，选择所述第一开关管的第二端的电压值与所述电压输出端中的电压值的较大值输出给所述驱动电路；

其中，所述控制电路在第一预设条件下控制所述第一开关管工作在第一工作模式，在第二预设条件下控制所述第一开关管工作在第二工作模式，其中，在所述第一工作模式下，所述第一开关管工作在饱和区；在所述第二工作模式下，所述第一开关管工作在线性放大区；

所述第一预设条件包括：所述开关充电电路处于上电阶段；所述第二预设条件包括：所述开关充电电路处于稳定工作状态。

2.根据权利要求1所述的开关充电电路，其特征在于，所述控制电路包括：

第一电压支路，所述第一电压支路包括：放大电路，所述放大电路的输入与所述供电电压端电连接，输出端与所述第一开关管的控制端电连接；

第二电压支路，所述第二电压支路包括：第一齐纳二极管、控制开关和控制芯片，所述第一齐纳二极管的第一端与所述控制开关的第一端电连接，第二端与所述第一开关管的控制端电连接，所述控制开关的控制端与所述控制芯片电连接，第二端接地；

其中，控制芯片在所述第一预设条件下控制所述控制开关导通，在所述第二预设条件下，控制所述控制开关截止。

3.根据权利要求2所述的开关充电电路，其特征在于，所述开关充电电路还包括：

与所述控制芯片的输入端电连接且与所述电源选择器的输出端电连接的带隙基准电路，其中，所述电源选择器的输出端为所述带隙基准电路提供工作电压；所述带隙基准电路用于检测所述开关充电电路的上电状态，当所述开关充电电路上电完成时，输出第一控制指令；所述控制芯片响应所述第一控制指令，控制所述控制开关断开。

4.根据权利要求2所述的开关充电电路，其特征在于，所述第一电压支路还包括：位于所述供电电压端与所述放大电路之间的第一电阻。

5.根据权利要求4所述的开关充电电路，其特征在于，所述第一电压支路还包括：

第二齐纳二极管，所述第二齐纳二极管的一端与所述第一电阻和所述放大电路的公共端电连接，另一端接地。

6.根据权利要求2所述的开关充电电路，其特征在于，所述放大电路为电荷泵。

7.根据权利要求1-6任一项所述的开关充电电路，其特征在于，所述第一预设条件还包括：所述开关充电电路发生异常事件。

8.根据权利要求2-6任一项所述的开关充电电路，其特征在于，所述开关充电电路还包括：

与所述控制芯片的输入端电连接且与所述电源选择器的输出端电连接的保护电路，所述电源选择器的输出端为所述保护电路提供工作电压，所述保护电路用于监测所述开关充电电路的工作状态，当所述开关充电电路的工作状态发生异常事件，输出第二控制指令，所述控制芯片响应所述第二控制指令，控制所述控制开关闭合。

9.根据权利要求1所述的开关充电电路，其特征在于，还包括：

位于所述电感和所述第二电容之间的采样电阻；

用于采集所述采样电阻上信号的采样电路；

所述驱动电路还基于所述采样电路输出的控制指令，调节所述第二开关管和/或所述第三开关管的占空比，以维持所述开关充电电路的电压输出端的电压稳定。