CN110247439B - 一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，通过将能够在芯片内部形成的走线电阻或Poly电阻设置成采样电阻，既能够减少IC外围元件，例如无需IC外部采样电阻，又能够提高或稳定输出电流精度，同时还有利于节约成本和提高效率，其特征在于，包括芯片封装体，所述芯片封装体上具有开关控制引脚，所述开关控制引脚的外侧连接电感的一端，所述电感的另一端为恒流输出端，与双功率管的输出电压节点之间设置有芯片内部采样电阻。
Description
技术领域
本发明涉及电池充电应用电路的恒流控制技术，特别是一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，通过将能够在芯片内部形成的走线电阻或Poly电阻设置成采样电阻，既能够减少IC外围元件，例如无需IC外部采样电阻，又能够提高或稳定输出电流精度，同时还有利于节约成本和提高效率。
背景技术
现有的电池充电应用电路，在恒流控制上有多种实现方式，主要分为开关型恒流源和线性恒流源。线性恒流源由于效率较低因此实际应用较少。目前的开关型恒流源大多是在IC外部通过使用一个精密采样电阻获得输出电流信息从而实现恒流输出。这样的实现方式成本较高，而且增加了IC的外围元件数量。
例如，现有的一种线性电源充电电路，其恒流控制方式是通过运放及MOS管组成的负反馈结构钳位电阻上的电压，从而控制流过MOS管的电流，由于涉及两个MOS管的栅源电压相同，因此两者输出电流与其尺寸成正比。线性电源充电电路存在的缺点如下：1.效率较低；2.由于沟道长度调制效应，输出电流精度不高。
又例如，现有的一种开关型电源充电电路，其通过误差放大器EA检测采样电阻Rsense两端的压差获得输出电流信息，以此为依据控制信号VPWM的占空比(PWM：Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)，控制实现恒流输出。开关型电源充电电路存在的缺点如下：1.应用成本高；2.从采样电阻Rsense到IC之间金属连线上的压降也会引起输出电流精度问题。
本发明人认为，如果将采样电阻设置在芯片内部，并且利用IC结构本身的特点，将在芯片内部形成的走线电阻或Poly电阻(Poly电阻是CMOS或者BICMOS中特有的电阻类型,轻搀杂Poly电阻方块电阻数在几百到几千之间,重搀杂电阻电阻数在25—50之间)设置成采样电阻，则不仅能够实现精密恒流控制，同时当电池充满电时进行恒压控制，还能够简化应用电路，无需IC外部采样电阻，从而有利于实现较高的效率。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，通过将能够在芯片内部形成的走线电阻或Poly电阻设置成采样电阻，既能够减少IC外围元件，例如无需IC外部采样电阻，又能够提高或稳定输出电流精度，同时还有利于节约成本和提高效率。
本发明技术方案如下：
一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，包括芯片封装体，所述芯片封装体上具有开关控制引脚，所述开关控制引脚的外侧连接电感的一端，所述电感的另一端为恒流输出端，与双功率管的输出电压节点之间设置有芯片内部采样电阻。
所述芯片内部采样电阻为走线电阻和/或Poly电阻。
所述双功率管包括第一PMOS功率管和第二NMOS功率管，所述第一PMOS功率管的源极连接所述芯片封装体上的输入电压引脚，所述第一PMOS功率管的漏极连接所述第二NMOS功率管的漏极，所述第二NMOS功率管的源极接地，所述第一PMOS功率管的栅极连接第一驱动电路的输出端，所述第一驱动电路的输入端连接环路控制器，所述第二NMOS功率管的栅极连接第二驱动电路的输出端，所述第二驱动电路的输入端连接环路控制器。
所述输出电压节点为第一电压节点，所述第一电压节点通过第一电阻连接第三电压节点，所述开关控制引脚的内侧通过第二电阻连接第四电压节点，所述第三电压节点通过第三电容连接所述第四电压节点，所述第三电压节点通过第一电容接地，所述第四电压节点通过第二电容接地。
所述第三电压节点连接第一预放大器的第一对输入端的正极，所述第四电压节点连接第一预放大器的第一对输入端的负极，所述第一预放大器的第二对输入端的正极连接第二电压节点，所述第一预放大器的第二对输入端的负极连接电池电压端，所述第二电压节点通过参考电阻连接所述芯片封装体上的电池端引脚的内侧，所述电池端引脚的外侧连接所述恒流输出端，所述恒流输出端通过第五电容接地，所述恒流输出端通过待充电的电池接地。
所述第二电压节点连接第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极连接所述芯片封装体上的电流控制引脚的内侧，所述电流控制引脚的外侧通过片外恒流值设置电阻接地，所述第三NMOS管的栅极连接运算放大器的输出端，所述运算放大器的输入端正极连接第一参考电压，所述运算放大器的输入端负极连接所述第三NMOS管的源极。
所述第一预放大器的输出端连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接反馈电压节点，所述反馈电压节点连接误差放大器的输入端负极，所述误差放大器的输入端正极连接第三参考电压，所述误差放大器的输出端通过第三电阻连接第四电容，所述第四电容接地，所述误差放大器的输出端连接环路控制器。
所述反馈电压节点连接第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接第三预放大器的输出端，所述第三预放大器的输入端负极连接与温度成反比的电压端，所述第三预放大器的输入端正极连接控温参考电压端。
所述反馈电压节点连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接第二预放大器的输出端，所述第二预放大器的输入端负极连接第二参考电压，所述第二预放大器的输入端正极连接电池电压端。
所述芯片封装体内设置有电压基准源。
本发明技术效果如下：本发明一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路由于将采样电阻设置在芯片内部，并且利用IC结构本身的特点，将在芯片内部形成的走线电阻或Poly电阻(Poly电阻是CMOS或者BICMOS中特有的电阻类型,轻搀杂Poly电阻方块电阻数在几百到几千之间,重搀杂电阻电阻数在25—50之间)设置成采样电阻，不仅能够实现精密恒流控制，同时当电池充满电时进行恒压控制，还能够简化应用电路，无需IC外部采样电阻，从而有利于实现较高的效率。
本发明具有如下特点：1.效率较高。2.输出电流稳定精度高。3.芯片应用成本低、外围元件少。
附图说明
图1是实施本发明一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路结构原理示意图。
图2是图1中第一预放大器的另一连接结构表示图。
附图标记列示如下：1-芯片封装体；2-第一驱动电路；3-第二驱动电路；4-第一对输入端；5-第二对输入端；6-电压基准源；7-电池；R1～R3-带序号电阻；Rsense-芯片内部采样电阻；Rref-参考电阻；RCCSET-片外恒流值设置电阻；C1～C4-带序号电容；Co-第五电容；L-电感；D1～D3-带序号二极管；V1～V4-带序号的电压节点或节点电压；Vref1～Vref3-带序号的参考电压；VT-与温度成反比的电压端；VTref-控温参考电压端；Vfbo-反馈电压或反馈电压节点；BAT-电池端引脚或电池电压VBAT或电池电压端；VIN-输入电压引脚；SW-开关控制引脚或芯片输出引脚；CCI-电流控制引脚；Iref-参考电流；I0-输出恒流或输出恒流值；M1-第一功率管或第一PMOS功率管；M2-第二功率管或第二NMOS功率管；M3-第三NMOS管；Loopcontroller-环路控制器；EA-误差放大器；amp-运算放大器；pre-amp1～pre-amp3-带序号的预放大器。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路结构原理示意图。图2是图1中第一预放大器的另一连接结构表示图。如图1至图2所示，一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，包括芯片封装体1，所述芯片封装体1上具有开关控制引脚SW，所述开关控制引脚SW的外侧连接电感L的一端，所述电感L的另一端为恒流输出端I0，与双功率管的输出电压节点之间设置有芯片内部采样电阻Rsense。所述芯片内部采样电阻Rsense为走线电阻和/或Poly电阻。所述双功率管包括第一PMOS功率管M1和第二NMOS功率管M2，所述第一PMOS功率管M1的源极连接所述芯片封装体1上的输入电压引脚VIN，所述第一PMOS功率管M1的漏极连接所述第二NMOS功率管M2的漏极，所述第二NMOS功率管M2的源极接地，所述第一PMOS功率管M1的栅极连接第一驱动电路2的输出端，所述第一驱动电路2的输入端连接环路控制器Loop controller，所述第二NMOS功率管M2的栅极连接第二驱动电路3的输出端，所述第二驱动电路3的输入端连接环路控制器Loop controller。所述输出电压节点为第一电压节点V1，所述第一电压节点V1通过第一电阻R1连接第三电压节点V3，所述开关控制引脚SW的内侧通过第二电阻R2连接第四电压节点V4，所述第三电压节点V3通过第三电容C3连接所述第四电压节点V4，所述第三电压节点V3通过第一电容C1接地，所述第四电压节点V4通过第二电容C2接地。所述第三电压节点V3连接第一预放大器pre-amp1的第一对输入端4的正极，所述第四电压节点V4连接第一预放大器pre-amp1的第一对输入端4的负极，所述第一预放大器pre-amp1的第二对输入端5的正极连接第二电压节点V2，所述第一预放大器pre-amp1的第二对输入端5的负极连接电池电压端BAT，所述第二电压节点V2通过参考电阻Rref连接所述芯片封装体1上的电池端引脚BAT的内侧，所述电池端引脚BAT的外侧连接所述恒流输出端I0，所述恒流输出端I0通过第五电容Co接地，所述恒流输出端I0通过待充电的电池7接地。
所述第二电压节点V2连接第三NMOS管M3的漏极，所述第三NMOS管M3的源极连接所述芯片封装体1上的电流控制引脚CCI的内侧，所述电流控制引脚CCI的外侧通过片外恒流值设置电阻RCCSET接地，所述第三NMOS管M3的栅极连接运算放大器amp的输出端，所述运算放大器amp的输入端正极连接第一参考电压Vref1，所述运算放大器amp的输入端负极连接所述第三NMOS管M3的源极。所述第一预放大器pre-amp1的输出端连接第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接反馈电压节点Vfbo，所述反馈电压节点Vfbo连接误差放大器EA的输入端负极，所述误差放大器EA的输入端正极连接第三参考电压Vref3，所述误差放大器EA的输出端通过第三电阻R3连接第四电容C4，所述第四电容C4接地，所述误差放大器EA的输出端连接环路控制器Loop controller。所述反馈电压节点Vfbo连接第三二极管D3的阴极，所述第三二极管D3的阳极连接第三预放大器pre-amp3的输出端，所述第三预放大器pre-amp3的输入端负极连接与温度成反比的电压端VT，所述第三预放大器pre-amp3的输入端正极连接控温参考电压端VTref。所述反馈电压节点Vfbo连接第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接第二预放大器pre-amp2的输出端，所述第二预放大器pre-amp2的输入端负极连接第二参考电压Vref2，所述第二预放大器pre-amp2的输入端正极连接电池电压端BAT。所述芯片封装体1内设置有电压基准源6。
如图1所示，M1、M2为功率管。Rsense可以由M1、M2漏端所连接的PAD到SW引脚之间的bounding wire实现，也可以通过在M1、M2漏端与芯片PAD之间添加poly电阻实现。将Rsense两端的电压通过R1、C1、R2、C2对地共模滤波然后再通过C3差模滤波后输入到四输入预放大器pre-amp1中。滤波后，Rsense两端的方波变成了纹波幅度较小的三角波(如图中的波纹)，两者直流分量之差等于Rsense上的直流压降，即：V3-V4＝IoRsense(式1)，其中V3、V4代表电压V3、V4的直流分量。C3是为了滤除由噪声引起的Rsense两端的差模分量。
RCCSET为片外恒流值设置电阻，运放amp与MOS管M3构成电压跟随器，使得参考电流Iref为：
Iref在Rref上产生压差，将此压差输入预放大器pre-amp1的另外一对输入端。到当环路稳定时有：
将式1、式2代入式3有：
通过在片外使用不同阻值的RCCSET就可以设置输出恒流值的大小。
当电池电压VBAT接近参考电压Vref1时，pre-amp2将会拉高Vfbo，减小M1的开启时间，从而降低输出电流。VT是与温度成反比的电压，当芯片温度升高使VT与VTref接近时pre-amp1将会拉高Vfbo，减小M1的开启时间，从而降低温度。参考电压Vref1、Vref2、VTref等均由电压基准源提供。
本发明以BUCK拓扑为基础，利用IC内部的走线电阻实现精密恒流控制，同时当电池充满电时进行恒压控制。本发明无需IC外部采样电阻，节约了应用成本、简化了应用电路、同时能够实现较高的效率。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，包括芯片封装体，所述芯片封装体上具有开关控制引脚，所述开关控制引脚的外侧连接电感的一端，所述电感的另一端为恒流输出端，与双功率管的输出电压节点之间设置有芯片内部采样电阻；
所述输出电压节点为第一电压节点，所述第一电压节点通过第一电阻连接第三电压节点，所述开关控制引脚的内侧通过第二电阻连接第四电压节点，所述第三电压节点通过第三电容连接所述第四电压节点，所述第三电压节点通过第一电容接地，所述第四电压节点通过第二电容接地；
所述第三电压节点连接第一预放大器的第一对输入端的正极，所述第四电压节点连接第一预放大器的第一对输入端的负极，所述第一预放大器的第二对输入端的正极连接第二电压节点，所述第一预放大器的第二对输入端的负极连接电池电压端，所述第二电压节点通过参考电阻连接所述芯片封装体上的电池端引脚的内侧，所述电池端引脚的外侧连接所述恒流输出端，所述恒流输出端通过第五电容接地，所述恒流输出端通过待充电的电池接地。
2.根据权利要求1所述的基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，所述芯片内部采样电阻为走线电阻和/或Poly电阻。
3.根据权利要求1所述的基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，所述双功率管包括第一PMOS功率管和第二NMOS功率管，所述第一PMOS功率管的源极连接所述芯片封装体上的输入电压引脚，所述第一PMOS功率管的漏极连接所述第二NMOS功率管的漏极，所述第二NMOS功率管的源极接地，所述第一PMOS功率管的栅极连接第一驱动电路的输出端，所述第一驱动电路的输入端连接环路控制器，所述第二NMOS功率管的栅极连接第二驱动电路的输出端，所述第二驱动电路的输入端连接环路控制器。
4.根据权利要求1所述的基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，所述第二电压节点连接第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极连接所述芯片封装体上的电流控制引脚的内侧，所述电流控制引脚的外侧通过片外恒流值设置电阻接地，所述第三NMOS管的栅极连接运算放大器的输出端，所述运算放大器的输入端正极连接第一参考电压，所述运算放大器的输入端负极连接所述第三NMOS管的源极。
5.根据权利要求4所述的基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，所述第一预放大器的输出端连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接反馈电压节点，所述反馈电压节点连接误差放大器的输入端负极，所述误差放大器的输入端正极连接第三参考电压，所述误差放大器的输出端通过第三电阻连接第四电容，所述第四电容接地，所述误差放大器的输出端连接环路控制器。
6.根据权利要求5所述的基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，所述反馈电压节点连接第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接第三预放大器的输出端，所述第三预放大器的输入端负极连接与温度成反比的电压端，所述第三预放大器的输入端正极连接控温参考电压端。
7.根据权利要求6所述的基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，所述反馈电压节点连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接第二预放大器的输出端，所述第二预放大器的输入端负极连接第二参考电压，所述第二预放大器的输入端正极连接电池电压端。
8.根据权利要求1所述的基于芯片内部采样电阻的恒流恒压控制电路，其特征在于，所述芯片封装体内设置有电压基准源。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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