CN111654085B - 一种充电电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种充电电路及电子设备，通过设置对第一场效应管具有驱动能力的保护模块和对第二场效应管进行驱动的驱动模块，实现了第一场效应管和第二场效应管的独立控制。并且，当电压输入端出现负压时，保护模块可以直接将第一场效应管关闭，进而使后续的电路模块不再需要额外的耐负压处理，从而极大程度的优化了电路结构。

Description

一种充电电路及电子设备
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，更具体地说，涉及一种充电电路及电子设备。
背景技术
随着科学技术的不断发展，各种各样的电子设备已广泛应用于人们的生活和工作中，为人们的日常生活带来了极大的便利。
便携式电子设备的功能越来越复杂，样式越来越轻便，这就要求电池充电及供电的电路需要最大程度的减少外围元器件，并且还可以有效对电路内部器件进行保护。
但是，在充电过程中当电压输入端出现负压的情况时，会损坏电路内部的器件。
那么，如何提高一种电路结构简单且具有保护内部器件不受损坏的充电电路，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种充电电路及电子设备。
本发明技术方案如下：
一种充电电路，所述充电电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、保护模块和驱动模块；
其中，所述第一场效应管的第一端与电压输入端连接，第二端与所述第二场效应管的第一端连接，控制端与所述保护模块的输出端连接；
所述第二场效应管的第二端与电压输出端连接；
所述保护模块的输入端与所述电压输入端连接；
所述驱动模块的输入端与所述第一场效应管的第二端连接，所述驱动模块的第一输出端与所述第二场效应管的控制端连接，所述驱动模块的第二输出端与所述第三场效应管的控制端连接；
所述第三场效应管的第一端与所述第二场效应管的第二端连接，所述第三场效应管的第二端与电池连接；
所述保护模块用于在所述电压输入端出现负压脉冲时关断所述第一场效应管；
所述驱动模块用于控制所述第二场效应管和所述第三场效应管的导通状态，以控制所述电压输出端的电压和所述电池的充电状态。
优选的，在上述充电电路中，所述保护模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电荷泵单元和负压保护单元；
其中，所述第一电阻的第一端与所述负压保护单元的输入端连接，且连接节点与所述电压输入端连接；
所述第一电阻的第二端与所述第一电荷泵单元的输入端连接，所述第一电荷泵单元的输出端与所述第二电阻的第一端连接；
所述第二电阻的第二端分别与所述负压保护单元的输出端和所述第一场效应管的控制端连接；
所述负压保护单元用于当所述电压输入端的电压小于所述第一场效应管的阈值电压时，产生关断信号，以关断所述第一场效应管。
优选的，在上述充电电路中，所述驱动模块包括：第二电荷泵单元和充电控制单元；
其中，所述第二电荷泵单元的输入端与所述第一场效应管和所述第二场效应管的连接节点连接，输出端与所述充电控制单元的第一输入端连接；
所述充电控制单元的第二输入端用于接收低压控制信号；
所述充电控制单元的第一输出端与所述第二场效应管的控制端连接，第二输出端与所述第三场效应管的控制端连接。
优选的，在上述充电电路中，所述充电控制单元包括：低压控制子单元和高压控制子单元；
其中，所述低压控制子单元的输入端用于接收所述低压控制信号，输出端与所述第三场效应管的控制端连接；
所述高压控制子单元的输入端与所述第二电荷泵单元的输出端连接，输出端与所述第二场效应管的控制端连接。
优选的，在上述充电电路中，所述充电电路还包括：低压供电模块；
其中，所述低压供电模块用于产生所述低压控制信号；
所述低压供电模块的输入端与所述第一场效应管的第二端连接，输出端与所述低压控制子单元的输入端连接。
优选的，在上述充电电路中，所述充电电路还包括：第一电容；
其中，所述第一电容的第一端与所述低压供电模块的输出端连接，第二端接地连接。
优选的，在上述充电电路中，所述充电电路还包括：二极管；
其中，所述二极管的阴极与所述第二场效应管的第一端连接，阳极接地连接。
优选的，在上述充电电路中，所述充电电路还包括：第二电容；
其中，所述第二电容的第一端与所述电压输出端连接，第二端接地连接。
一种电子设备，所述电子设备包括上述任一项所述的充电电路。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的一种充电电路，通过设置对第一场效应管具有驱动能力的保护模块和对第二场效应管进行驱动的驱动模块，实现了第一场效应管和第二场效应管的独立控制。
并且，当电压输入端出现负压时，保护模块可以直接将第一场效应管关闭，进而使后续的电路模块不再需要额外的耐负压处理，例如不再需要对第二场效应管进行耐负压处理，从而极大程度的优化了电路结构。
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为本发明实施例提供的一种充电电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种充电电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种充电电路的结构示意图。
所述充电电路包括：第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、保护模块11和驱动模块12。
其中，所述第一场效应管Q1的第一端与电压输入端VBUS连接，第二端与所述第二场效应管Q2的第一端连接，控制端与所述保护模块11的输出端连接。
所述第二场效应管Q2的第二端与电压输出端SYS连接。
所述保护模块11的输入端与所述电压输入端VBUS连接。
所述驱动模块12的输入端与所述第一场效应管Q1的第二端连接，所述驱动模块12的第一输出端与所述第二场效应管Q2的控制端连接，所述驱动模块12的第二输出端与所述第三场效应管Q3的控制端连接。
所述第三场效应管Q3的第一端与所述第二场效应管Q2的第二端连接，所述第三场效应管Q3的第二端与电池13连接。
所述保护模块11用于在所述电压输入端VBUS出现负压脉冲时关断所述第一场效应管Q1。
所述驱动模块12用于控制所述第二场效应管Q2和所述第三场效应管Q3的导通状态，以控制所述电压输出端SYS的电压和所述电池13的充电状态。
其中，当第一场效应管Q1正常工作时工作在线性区，通过第一场效应管Q1的第一端和第二端就可以采集充电电路的电流。
需要说明的是，所述充电电路的电压输入端VBUS一般是手机等便携式设备的USB端口，通常直接与适配器的输出端连接。
但是，当适配器的输出端出现脉冲负压时，会损坏电路内部的元器件，导致各个模块无法进行正常工作。
在该实施例中，通过第一场效应管Q1和第二场效应管Q2来隔离电压输入端VBUS和电压输出端SYS，并且，将第一场效应管Q1和第二场效应管Q2单独驱动控制，当电压输入端VBUS出现负压时，保护模块11可以直接将第一场效应管Q1关闭，进而使后续的电路模块不再需要额外的耐负压处理，从而优化了电路结构，提高了充电电路的耐压能力。
进一步的，通过设置第二场效应管Q2，其具有反接的二极管，当第二场效应管Q2处于不导通状态时，该二极管会使电压输入端VBUS的正向高压不会流过第二场效应管Q2，进而实现对电压输入端VBUS正向高压的隔离。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种充电电路的结构示意图。
所述保护模块11包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电荷泵单元14和负压保护单元15。
其中，所述第一电阻R1的第一端与所述负压保护单元15的输入端连接，且连接节点与所述电压输入端VBUS连接。
所述第一电阻R1的第二端与所述第一电荷泵单元14的输入端连接，所述第一电荷泵单元14的输出端与所述第二电阻R2的第一端连接。
所述第二电阻R2的第二端分别与所述负压保护单元15的输出端和所述第一场效应管Q1的控制端连接。
所述负压保护单元15用于当所述电压输入端VBUS的电压V1小于所述第一场效应管Q1的阈值电压时，产生关断信号，以关断所述第一场效应管Q1。
在该实施例中，所述第一电荷泵单元14用于为第一场效应管Q1提供驱动电压，当电路正常工作时，所述第一电荷泵单元14输入至所述第一场效应管Q1控制端的电压V2为电压输入端VBUS电压V1的两倍，即V2＝2V1，第一场效应管Q1处于完全导通状态，工作在线性区，从而可以作为输入电流采样管以使充电电路中的内部模块得到输入电流的信息。
所述第一电阻R1作为所述第一电荷泵单元14的输入保护电阻，其用于保护所述第一电荷泵单元14的输入端口，防止当电压输入端VBUS出现高压脉冲或负压脉冲时使所述第一电荷泵单元14的器件发生击穿或损坏的问题发生。
所述第二电阻R2作为所述第一电荷泵单元14的输出调制电阻，其用于减缓所述第一电荷泵单元14输出端口电压的上升速度，防止第一场效应管Q1的控制端电压上升过快导致损坏的问题发生。
所述负压保护单元15用于检测到当所述电压输入端VBUS的电压V1小于所述第一场效应管Q1的阈值电压时，立即产生关断信号关闭第一电荷泵单元14，进而使输入至所述第一场效应管Q1控制端的电压V2与电压输入端VBUS的电压V1相同，即V2＝V1，从而使得第一场效应管Q1在电压输入端VBUS为负压时关断，进而将第一场效应管Q1与第二场效应管Q2的连接节点MID和电压输入端VBUS进行隔离，保护了电路内部的其它模块结构，使后续的电路模块不再需要额外的耐负压处理，从而极大程度的优化了电路结构，提高了充电电路的耐压能力。
在此过程中，所述第一电荷泵单元14始终处于不工作状态。
通过上述描述可知，负压保护单元15及第一电荷泵单元14只用于控制第一场效应管Q1的控制端，无其它负载及响应速度的需求，因此第一电荷泵单元14不需要较强的输出驱动能力。其通过在输入端加入阻抗较大的第一电阻R1(例如阻值为100KΩ的第一电阻)，可以限制电压输入端VBUS出现负压时输入到第一电荷泵单元14的电流，从而起到保护第一电荷泵单元14的作用。
并且，在第一电荷泵单元14的输出端加入阻抗较大的第二电阻R2(例如阻值为1MΩ的第二电阻)，减弱了第一电荷泵单元14的输出驱动能力，使得负压保护单元15在检测到电压输入端VBUS为负压时，可以迅速将第一场效应管Q1关断，减小了对负压保护单元15输出驱动能力的需求，进而可以简化负压保护单元15的设计。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图3，图3为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。
所述驱动模块12包括：第二电荷泵单元16和充电控制单元17。
其中，所述第二电荷泵单元16的输入端与所述第一场效应管Q1和所述第二场效应管Q2的连接节点MID连接，输出端与所述充电控制单元17的第一输入端连接。
所述充电控制单元17的第二输入端用于接收低压控制信号V5。
所述充电控制单元17的第一输出端与所述第二场效应管Q2的控制端连接，第二输出端与所述第三场效应管Q3的控制端连接。
在该实施例中，所述第二电荷泵单元16产生的输出电压V3为第一场效应管Q1与第二场效应管Q2连接节点电压V4的两倍，即V3＝2V4，为充电控制单元17提供高压供电源，使其具有足够的电压裕量打开所述第二场效应管Q2，使所述第二场效应管Q2处于导通状态，并具有足够的输出驱动能力。
所述充电控制单元17用于控制所述电压输出端SYS的电压和所述电池13的充电状态。
也就是说，通过所述充电控制单元17的第一输出端对所述第二场效应管Q2的导通状态进行控制，以及通过所述充电控制单元17的第二输出端对所述第三场效应管Q3的导通状态进行控制，实现了对所述电压输出端SYS的电压和所述电池13的充电状态进行控制的目的。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图4，图4为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。
所述充电控制单元17包括：低压控制子单元18和高压控制子单元19。
其中，所述低压控制子单元18的输入端用于接收所述低压控制信号V5，输出端与所述第三场效应管Q3的控制端连接。
所述高压控制子单元19的输入端与所述第二电荷泵单元16的输出端连接，输出端与所述第二场效应管Q2的控制端连接。
在该实施例中，所述充电控制单元17通常由低压控制子单元18和高压控制子单元19组成，所述低压控制子单元18的输入端用于接收所述低压控制信号V5，高压控制子单元19的输入端与所述第二电荷泵单元16的输出端连接，即高压控制子单元19的供电由第二电荷泵单元16提供。
需要说明的是，因为高压控制子单元19对驱动能力有一定的要求，所述第二电荷泵单元16的输出电流能力大于第一电荷泵单元14的输出电流能力。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图5，图5为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。
所述充电电路还包括：低压供电模块20。
其中，所述低压供电模块20用于产生所述低压控制信号V5。
所述低压供电模块20的输入端与所述第一场效应管Q1的第二端连接，输出端与所述低压控制子单元18的输入端连接。
其中，所述低压控制信号V5的电压值范围为0V-5V。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图6，图6为本发明实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。
所述充电电路还包括：第一电容C1。
其中，所述第一电容C1的第一端与所述低压供电模块20的输出端连接，第二端接地连接。
在该实施例中，所述第一电容C1用于稳压，避免内部电源电压波动。
所述充电电路还包括：第二电容C2。
其中，所述第二电容C2的第一端与所述电压输出端SYS连接，第二端接地连接。
在该实施例中，所述第二电容C2用于稳压，避免电压输出端SYS的电压波动。
所述充电电路还包括：二极管D1。
其中，所述二极管D1的阴极与所述第二场效应管Q2的第一端连接，阳极接地连接。
在该实施例中，当所述第一场效应管Q1处于关断状态时，所述二极管D1将第一场效应管Q1与第二场效应管Q2的连接节点MID电压箝位至0.7V左右，因此，和该连接节点MID连接的第二电荷泵单元16以及其它内部模块都无需做额外的耐负压处理，从而优化了电路结构，并且，不会影响第二电荷泵单元16的输出驱动能力。
需要说明的是，本发明实施例提供的第一电荷泵单元14、负压保护单元15、第二电荷泵单元16、高压控制子单元19、低压控制子单元18和低压供电模块20，其具体实现方式在本发明实施例中并不作限定，可以为现有技术中成熟的模块结构。
基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述实施例所述的充电电路。
以上对本发明所提供的一种充电电路及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，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、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (8)

1.一种充电电路，其特征在于，所述充电电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、保护模块和驱动模块；
其中，所述第一场效应管的第一端与电压输入端连接，第二端与所述第二场效应管的第一端连接，控制端与所述保护模块的输出端连接；
所述第二场效应管的第二端与电压输出端连接；
所述保护模块的输入端与所述电压输入端连接；
所述驱动模块的输入端与所述第一场效应管的第二端连接，所述驱动模块的第一输出端与所述第二场效应管的控制端连接，所述驱动模块的第二输出端与所述第三场效应管的控制端连接；
其中，所述保护模块与所述驱动模块相互独立；
所述第三场效应管的第一端与所述第二场效应管的第二端连接，所述第三场效应管的第二端与电池连接；
所述保护模块用于在所述电压输入端出现负压脉冲时关断所述第一场效应管，以无需对所述第二场效应管进行耐负压处理；
所述驱动模块用于控制所述第二场效应管和所述第三场效应管的导通状态，以控制所述电压输出端的电压和所述电池的充电状态；
其中，所述保护模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电荷泵单元和负压保护单元；
在所述电压输入端出现负压脉冲且关断所述第一场效应管之后的过程中，所述第一电荷泵单元始终处于不工作状态；其中，所述第一电阻的第一端与所述负压保护单元的输入端连接，且连接节点与所述电压输入端连接；
所述第一电阻的第二端与所述第一电荷泵单元的输入端连接，所述第一电荷泵单元的输出端与所述第二电阻的第一端连接；
所述第二电阻的第二端分别与所述负压保护单元的输出端和所述第一场效应管的控制端连接；
所述负压保护单元用于当所述电压输入端的电压小于所述第一场效应管的阈值电压时，产生关断信号，以关断所述第一场效应管；
其中，所述第二场效应管具有反接的二极管；
当所述电压输入端的电压大于或等于所述第一场效应管的阈值电压时，所述第一电荷泵单元输入至所述第一场效应管的控制端的电压为所述电压输入端的输入电压的两倍，所述第一场效应管处于完全导通状态，且工作在线性区。
2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述驱动模块包括：第二电荷泵单元和充电控制单元；
其中，所述第二电荷泵单元的输入端与所述第一场效应管和所述第二场效应管的连接节点连接，输出端与所述充电控制单元的第一输入端连接；
所述充电控制单元的第二输入端用于接收低压控制信号；
所述充电控制单元的第一输出端与所述第二场效应管的控制端连接，第二输出端与所述第三场效应管的控制端连接。
3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述充电控制单元包括：低压控制子单元和高压控制子单元；
其中，所述低压控制子单元的输入端用于接收所述低压控制信号，输出端与所述第三场效应管的控制端连接；
所述高压控制子单元的输入端与所述第二电荷泵单元的输出端连接，输出端与所述第二场效应管的控制端连接。
4.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：低压供电模块；
其中，所述低压供电模块用于产生所述低压控制信号；
所述低压供电模块的输入端与所述第一场效应管的第二端连接，输出端与所述低压控制子单元的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：第一电容；
其中，所述第一电容的第一端与所述低压供电模块的输出端连接，第二端接地连接。
6.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：二极管；
其中，所述二极管的阴极与所述第二场效应管的第一端连接，阳极接地连接。
7.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：第二电容；
其中，所述第二电容的第一端与所述电压输出端连接，第二端接地连接。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-7任一项所述的充电电路。
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