CN108923500A - 一种开关充电芯片及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关充电芯片及电子设备，通过第一开关管和第二开关管的交替导通和截止，实现了同步整流的方式对电池进行充电，提高了开关充电芯片的充电效率。此外，在开关充电芯片工作过程中采集充电支路上的正向充电电流不大于预设电流时，控制第二开关管截止转换为寄生的续流二极管，由于续流二极管具有正向导通反向截止的特性，以防止电感电流反流，消除充电电流反灌的问题，进而能够避免出现由于充电电流反灌而导致消耗电池电量的情况，及避免出现对供电电压端断电后由反灌的充电电流维持其电压的情况。
Description
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，更为具体的说，设计一种开关充电芯片及电子设备。
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，同样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。但是，现有的开关充电芯片经常出现充电电流反灌的现象。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种开关充电芯片及电子设备，该开关充电芯片能够解决充电电流反灌的问题，进而能够避免出现由于充电电流反灌而导致消耗电池电量的情况，及避免出现对供电电压端断电后由反灌的充电电流维持其电压的情况。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种开关充电芯片，用于为电池充电，所述开关充电芯片包括：第一开关管、第二开关管、电感、驱动电路和采集处理电路；
所述第一开关管的控制端与所述驱动电路相连，所述第一开关管的第一端连接供电电压端，所述第一开关管的第二端连接所述电感的第一端，所述电感的第二端为所述电池充电；
所述第二开关管的控制端与所述驱动电路相连，所述第二开关管的第一端连接所述电感的第一端，所述第二开关管的第二端接地；
以及，所述采集处理电路与所述电感所在充电支路和所述驱动电路均相连，所述采集处理电路采集所述充电支路上正向充电电流不大于所述预设电流时，以控制所述第二开关管截止转换为续流二极管。
可选的，所述采集处理电路包括：
串联于所述充电支路上的采集电阻；
与所述采集电阻相连的采集子电路，所述采集子电路用于采集所述采集电阻上的电流并获取所述正向充电电流；
以及，与所述采集子电路和所述驱动电路均相连的比较子电路，所述比较子电路用于对所述正向充电电流与所述预设电流进行比较，且在所述正向充电电流不大于所述预设电流时，控制所述驱动电路关断所述第二开关管。
可选的，所述采集处理电路还包括：
逻辑子电路，所述逻辑子电路的输入侧与所述比较子电路的输出端和所述驱动电路为所述第二开关管的控制端提供信号的输出端相连，以及，所述逻辑子电路的输出端与所述第二开关管的控制端相连；
其中，在所述正向充电电流不大于所述预设电流时，所述逻辑子电路根据所述驱动电路和所述比较子电路输出的信号，控制所述第二开关管关断。
可选的，所述采样电阻串联于所述电感的第一端侧，或者，所述采样电阻串联于所述电感的第二端侧。
可选的，所述开关充电芯片还包括：
第一电容和第二电容；
所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第二端与所述第一开关管的第一端相连；所述第二电容的第一端与所述电感的第二端相连，所述第二电容的第二端接地。
可选的，所述开关充电芯片还包括：
第三开关管和控制电路，所述第三开关管连接于所述第一开关管和所述供电电压端之间，其中，所述第三开关管的控制端与所述控制电路相连，所述第三开关管的第一端连接所述供电电压端，所述第三开关管的第二端连接所述第一开关管的第一端。
可选的，所述控制电路为电荷泵。
可选的，所述开关充电芯片还包括：
串联于所述充电支路上的采样电阻；
与所述采样电阻相连的采样电路；
所述驱动电路还基于所述采样电路输出的控制指令，调节所述第一开关管和/或所述第二开关管的占空比，以维持所述开关充电芯片的电压输出端的电压稳定。
相应的，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的开关充电芯片。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种开关充电芯片及电子设备，在第一阶段时驱动电路驱动第一开关管导通且第二开关管截止，此时供电电压端为电感进行充电，同时生成自电感向电池的正向充电电流为电池进行充电；而后在第二阶段时驱动电路驱动第一开关管截止且第二开关管导通，此时电感进行放电，同时生成自电感向电池的正向充电电流为电池进行充电，第一阶段和第二阶段交替运行；并且，在开关充电芯片工作过程中，采集处理电路在采集充电支路上正向充电电流不大于预设电流时，控制第二开关管截止转换为寄生的续流二极管。
由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过第一开关管和第二开关管的交替导通和截止，实现了同步整流的方式对电池进行充电，提高了开关充电芯片的充电效率。此外，在开关充电芯片工作过程中采集充电支路上的正向充电电流不大于预设电流时，控制第二开关管截止转换为寄生的续流二极管，由于续流二极管具有正向导通反向截止的特性，以防止电感电流反流，消除充电电流反灌的问题，进而能够避免出现由于充电电流反灌而导致消耗电池电量的情况，及避免出现对供电电压端断电后由反灌的充电电流维持其电压的情况。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种开关充电芯片的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种波形图；
图3为本申请实施例提供的另一种开关充电芯片的结构示意图。
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。
正如背景技术所述，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。但是，现有的开关充电芯片经常出现充电电流反灌的现象。
基于此，本申请实施例提供了一种开关充电芯片及电子设备，该开关充电芯片能够解决充电电流反灌的问题，进而能够避免出现由于充电电流反灌而导致消耗电池电量的情况，及避免出现对供电电压端断电后由反灌的充电电流维持其电压的情况。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图3对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本申请实施例提供的一种开关充电芯片的结构示意图，其中，开关充电芯片用于为电池充电，所述开关充电芯片包括：
第一开关管M1、第二开关管M2、电感L、驱动电路和采集处理电路(未画出)；
所述第一开关管M1的控制端与所述驱动电路相连，所述第一开关管M1的第一端连接供电电压端VBUS，所述第一开关管M1的第二端连接所述电感L的第一端，所述电感L的第二端为所述电池充电；
所述第二开关管M2的控制端与所述驱动电路相连，所述第二开关管M2的第一端连接所述电感L的第一端，所述第二开关管M2的第二端接地；
以及，所述采集处理电路与所述电感L所在充电支路和所述驱动电路均相连，所述采集处理电路采集所述充电支路上正向充电电流不大于所述预设电流时，以控制所述第二开关管M2截止转换为续流二极管。
其中，本申请实施例提供的开关充电芯片，所述驱动电路在第一阶段驱动所述第一开关管M1导通且所述第二开关管M2截止，及在第二阶段驱动所述第一开关管M1截止且所述第二开关管M2导通，所述第一阶段和所述第二阶段交替运行，实现同步整流充电的工作方式。
可以理解的，在第一阶段时驱动电路驱动第一开关管导通且第二开关管截止，此时供电电压端为电感进行充电，同时生成自电感向电池的正向充电电流为电池进行充电；而后在第二阶段时驱动电路驱动第一开关管截止且第二开关管导通，此时电感进行放电，同时生成自电感向电池的正向充电电流为电池进行充电；并且，在开关充电芯片工作过程中，采集处理电路在采集充电支路上的正向充电电流不大于预设电流时，控制第二开关管截止转换为寄生的续流二极管。
需要说明的是，本申请实施例提供的采集处理电路，其采集的充电支路上的正向充电电流为充电过程中的平均电流，也就是说，采集处理电路采集的电流为经过滤波处理后的平均电流。
其中，通过第一开关管和第二开关管的交替导通和截止，实现了同步整流的方式对电池进行充电，提高了开关充电芯片的充电效率。此外，在开关充电芯片工作过程中采集充电支路上的正向充电电流不大于预设电流时，控制第二开关管截止转换为寄生的续流二极管，由于续流二极管具有正向导通反向截止的特性，以防止电感电流反流，消除充电电流反灌的问题，进而能够避免出现由于充电电流反灌而导致消耗电池电量的情况，及避免出现对供电电压端断电后由反灌的充电电流维持其电压的情况。
如图2所示，为本申请实施例提供的一种波形图，其中，结合图1和图2所示，如本申请实施例提供的第一开关管M1为P型开关管且第二开关管M2为N型开关管，在第一阶段T1时，对第一开关管M1的控制端施加低电平信号，而对第二开关管M2的控制端施加低电平信号，使得第一开关管M1导通且第二开关管M2截止，此时供电电压端VBUS为电感L充电，同时产生逐渐增大的充电电流IL为电池充电；而后，在第二阶段T2时，对第一开关管M1的控制端施加高电平信号，而对第二开关管M2的控制端施加高电平信号，使得第一开关管M1截止且第二开关管M2导通，此时电感L放电，同时产生逐渐减小的充电电流IL为电池充电，并且，在开关充电芯片工作过程中，在采集的正向充电电流不大于预设电流时，对第二开关管M2的控制端施加低电平信号而使其截止，第二开关管M2会转换为寄生的续流二极管。其中，如在第二阶段T2控制第二开关管M2截止，则第二开关管M2会转换为寄生的续流二极管，由于续流二极管具有正向导通反向截止的特性，以防止电感电流IL反流，消除充电电流反灌的问题，进而能够避免出现由于充电电流反灌而导致消耗电池电量的情况，及避免出现对供电电压端断电后由反灌的充电电流维持其电压的情况。
在本申请一实施例中，在开关充电芯片工作过程中，当正向充电电流不大于预设电流时，可以通过驱动电路直接对第二开关管进行控制，参考图1所示，本申请实施例提供的所述采集处理电路包括：
串联于所述充电支路上的采集电阻Rsns；其中，充电支路即为第一开关管M1与电感L相连的第一连接点和第二开关管M2与电感L相连的第二连接点中靠近电感L的连接点，至开关充电芯片的电压输出端的支路。
与所述采集电阻Rsns相连的采集子电路100，所述采集子电路100用于采集所述采集电阻Rsns上的电流；
以及，与所述采集子电路100和所述驱动电路均相连的比较子电路200，所述比较子电路200用于对所述采集子电路100采集的正向充电电流与所述预设电流进行比较，且在所述正向充电电流不大于所述预设电流时，控制所述驱动电路关断所述第二开关管M2。
可以理解的，在第一阶段和第二阶段正常工作时，驱动电路对第一开关管和第二开关管正常输出控制信号，以控制第一开关管和第二开关管的导通或截止。而开关充电芯片的工作过程中，采集子电路采集到正向充电电流(即充电支路上的平均电流)，且将正向充电电流传输至比较子电路中与预设电流进行比较时，当正向充电电流不大于预设电流，比较子电路将输出一反馈信号至驱动电路，驱动电路根据该反馈信号控制第二开关管截止。
在本申请一实施例中，本申请对于第一开关管和第二开关管的N型和P型不做具体限制，需要根据实际应用进行具体设计。以及，本申请对于预设电流同样不做限制，其可以为一特定值(如100mA)，还可以为一数值范围(如不大于100mA的正数)，对此需要根据实际应用进行具体设计。
此外，本申请实施例提供的开关充电芯片，还可以间接通过驱动电路控制第二开关管。参考图3所示，为本申请实施例提供的另一种开关充电芯片的结构示意图，其中，本申请实施例提供的采集处理电路包括：
串联于所述充电支路上的采集电阻Rsns；其中，充电支路即为第一开关管M1与电感L相连的第一连接点和第二开关管M2与电感L相连的第二连接点中靠近电感L的连接点，至开关充电芯片的电压输出端的支路。
与所述采集电阻Rsns相连的采集子电路100，所述采集子电路100用于采集所述采集电阻Rsns上的电流并获取所述正向充电电流；其中，正向充电电流即为通过获取采集电阻Rsns上的电流后滤波得到的平均电流；
以及，与所述采集子电路100和所述驱动电路均相连的比较子电路200，所述比较子电路200用于对所述采集子电路100采集的正向充电电流与所述预设电流进行比较；
以及，所述采集处理电路还包括：
逻辑子电路300，所述逻辑子电路300的输入侧与所述比较子电路100的输出端和所述驱动电路为所述第二开关管M2的控制端提供信号的输出端相连，以及，所述逻辑子电路300的输出端与所述第二开关管M2的控制端相连；
其中，在所述正向充电电流不大于所述预设电流时，所述逻辑子电路300根据所述驱动电路和所述比较子电路200输出的信号，控制所述第二开关管M2关断。
可以理解的，在第一阶段和第二阶段中，采集子电路实时获取采集电阻上的电流并获取正向充电电流，而后传输至比较子电路与预设电流进行比较，且比较子电路输出的反馈信号与驱动电路当前为第二开关管的控制端提供的信号共同控制逻辑子电路，以控制逻辑子电路输出相应控制第二开关管导通或截止的信号。以及，在开关充电芯片工作过程中，采集子电路采集到正向充电电流，且将正向充电电流传输至比较子电路中与预设电流进行比较时，当正向充电电流不大于预设电流，比较子电路将的反馈信号与驱动电路当前为第二开关管的控制端提供的信号共同控制逻辑子电路，以使逻辑子电路输出的信号控制第二开关管截止。
下面以在第二阶控制中正向充电电流不大于预设电流时为例进行说明，在本申请实施例提供的第二开关管为N型开关管时，逻辑子电路可以为与门，其中，在第一阶段，驱动电路将会为第二开关管的控制端提供低电平信号，此时，比较子电路无论输出高电平信号或低电平信号，与门接入驱动电路输出信号和比较子电路输出信号后，保持输出低电平信号，以控制第二开关管截止；在第二阶段，驱动电路将会为第二开关管的控制端提供高电平信号，此时，比较子电路在正向充电电流大于预设电流时输出高电平信号，与门接入驱动电路输出的高电平信号和比较子电路输出的高电平信号后，保持输出高电平信号，以控制第二开关管导通。在第二阶段中正向充电电流不大于预设电流时，比较子电路将输出低电平信号，此时，与门接入驱动电路输出的高电平信号和比较子电路输出的低电平信号后，将会输出低电平信号，以控制第二开关管截止。
进一步的，为了优化开关充电芯片的性能，参考图1或图3所示，本申请实施例提供的所述开关充电芯片还包括：
第一电容C1和第二电容C2；
所述第一电容C1的第一端接地，所述第一电容C1的第二端与所述第一开关管M1的第一端相连；所述第二电容C2的第一端与所述电感L的第二端相连，所述第二电容C2的第二端接地。
可以理解的，通过第一电容和第二电容的设置，可以通过电容对支路上的信号进行滤波，同时能够保证支路上的电压稳定性高。
参考图3所示，本申请实施例提供的所述开关充电芯片还包括：
第三开关管M3和控制电路，所述第三开关管M3连接于所述第一开关管M1和所述供电电压端VBUS之间，其中，所述第三开关管M3的控制端与所述控制电路相连，所述第三开关管M3的第一端连接所述供电电压端VBUS，所述第三开关管M3的第二端连接所述第一开关管M1的第一端。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述控制电路为电荷泵。
以及，本申请实施例提供的所述开关充电芯片还包括：
串联于所述充电支路上的采样电阻Rsns；
与所述采样电阻Rsns相连的采样电路100；
所述驱动电路还基于所述采样电路100输出的控制指令，调节所述第一开关管M1和/或所述第二开关管M2的占空比，以维持所述开关充电芯片的电压输出端的电压稳定。其中，本申请实施例提供的采样电阻可以复用采集电阻，以及，采样电路同样可以复用采集子电路，对此本申请不做具体限制。以及，采样电路与采样电阻(采集子电路和采集子电阻)的两个连接处还可以分别连接一电容，对此本申请不做具体限制。
此外，本申请实施例提供的开关充电芯片还包括带隙基准电路、环路控制电路和/或保护电路、OTG引脚、ENN引脚、STAT引脚、SDA引脚、SCL引脚等，及SATA引脚、SDA引脚和SCL引脚连接的主机等，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。
在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所述采样电阻串联于所述电感的第一端侧，或者，所述采样电阻串联于所述电感的第二端侧。其中，采样电阻可以串联于电感的第一端，或串联于电感与第一电容的连接线路之间，或者第一电容与开关充电芯片的电压输出端连接线路之间，对此本申请不做具体限制。以及，本申请实施例提供的电池为锂电池。
相应的，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述任意一实施例提供的开关充电芯片。
本申请实施例提供了一种开关充电芯片及电子设备，在第一阶段时驱动电路驱动第一开关管导通且第二开关管截止，此时供电电压端为电感进行充电，同时生成自电感向电池的正向充电电流为电池进行充电；而后在第二阶段时驱动电路驱动第一开关管截止且第二开关管导通，此时电感进行放电，同时生成自电感向电池的正向充电电流为电池进行充电；并且，在开关充电芯片工作过程中，采集处理电路在采集充电支路上正向充电电流不大于预设电流时，控制第二开关管截止转换为寄生的续流二极管。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过第一开关管和第二开关管的交替导通和截止，实现了同步整流的方式对电池进行充电，提高了开关充电芯片的充电效率。此外，在开关充电芯片工作过程中采集充电支路上的正向充电电流不大于预设电流时，控制第二开关管截止转换为寄生的续流二极管，由于续流二极管具有正向导通反向截止的特性，以防止电感电流反流，消除充电电流反灌的问题，进而能够避免出现由于充电电流反灌而导致消耗电池电量的情况，及避免出现对供电电压端断电后由反灌的充电电流维持其电压的情况。
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 (9)
1.一种开关充电芯片，用于为电池充电，其特征在于，所述开关充电芯片包括：第一开关管、第二开关管、电感、驱动电路和采集处理电路；
所述第一开关管的控制端与所述驱动电路相连，所述第一开关管的第一端连接供电电压端，所述第一开关管的第二端连接所述电感的第一端，所述电感的第二端为所述电池充电；
所述第二开关管的控制端与所述驱动电路相连，所述第二开关管的第一端连接所述电感的第一端，所述第二开关管的第二端接地；
以及，所述采集处理电路与所述电感所在充电支路和所述驱动电路均相连，所述采集处理电路采集所述充电支路上正向充电电流不大于所述预设电流时，以控制所述第二开关管截止转换为续流二极管。
2.根据权利要求1所述的开关充电芯片，其特征在于，所述采集处理电路包括：
串联于所述充电支路上的采集电阻；
与所述采集电阻相连的采集子电路，所述采集子电路用于采集所述采集电阻上的电流并获取所述正向充电电流；
以及，与所述采集子电路和所述驱动电路均相连的比较子电路，所述比较子电路用于对所述正向充电电流与所述预设电流进行比较，且在所述正向充电电流不大于所述预设电流时，控制所述驱动电路关断所述第二开关管。
3.根据权利要求2所述的开关充电芯片，其特征在于，所述采集处理电路还包括：
逻辑子电路，所述逻辑子电路的输入侧与所述比较子电路的输出端和所述驱动电路为所述第二开关管的控制端提供信号的输出端相连，以及，所述逻辑子电路的输出端与所述第二开关管的控制端相连；
其中，在所述正向充电电流不大于所述预设电流时，所述逻辑子电路根据所述驱动电路和所述比较子电路输出的信号，控制所述第二开关管关断。
4.根据权利要求2所述的开关充电芯片，其特征在于，所述采样电阻串联于所述电感的第一端侧，或者，所述采样电阻串联于所述电感的第二端侧。
5.根据权利要求1所述的开关充电芯片，其特征在于，所述开关充电芯片还包括：
第一电容和第二电容；
所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第二端与所述第一开关管的第一端相连；所述第二电容的第一端与所述电感的第二端相连，所述第二电容的第二端接地。
6.根据权利要求1所述的开关充电芯片，其特征在于，所述开关充电芯片还包括：
第三开关管和控制电路，所述第三开关管连接于所述第一开关管和所述供电电压端之间，其中，所述第三开关管的控制端与所述控制电路相连，所述第三开关管的第一端连接所述供电电压端，所述第三开关管的第二端连接所述第一开关管的第一端。
7.根据权利要求6所述的开关充电芯片，其特征在于，所述控制电路为电荷泵。
8.根据权利要求1所述的开关充电芯片，其特征在于，所述开关充电芯片还包括：
串联于所述充电支路上的采样电阻；
与所述采样电阻相连的采样电路；
所述驱动电路还基于所述采样电路输出的控制指令，调节所述第一开关管和/或所述第二开关管的占空比，以维持所述开关充电芯片的电压输出端的电压稳定。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1～8任意一项所述的开关充电芯片。
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2018
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