CN113067477A - 输出功率控制电路和控制芯片以及电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种输出功率控制电路和控制芯片以及电源系统。输出功率控制电路通过设置电压调节单元、电压比较单元和控制单元；其中电压调节单元根据电源芯片的输入电压形成第一电压信号，第一电压信号与电源芯片的输入电压负相关，电压比较单元根据电源芯片的输入电压和第一参考电压输出比较信号，控制单元根据第一电压信号、比较信号和电源芯片的输出电流的反馈信号形成控制信号，控制信号用于控制电源芯片的功率管状态以调节电源芯片的输出功率；使得输出功率可根据输入电压进行调节，避免了输入电压变化至较低时输出功率维持不变，致使电池放电电流增加影响电池续航和寿命问题，提高了电池的续航能力且保证了电池的使用寿命。

Description

输出功率控制电路和控制芯片以及电源系统

技术领域

本发明实施例涉及控制电路技术领域，尤其涉及一种输出功率控制电路和控制芯片以及电源系统。

背景技术

在以电池作为供电端的照明应用领域中，电池在放电过程中其两端的电压是持续下降的，在负载的功率保持恒定的情况下，电池的放电电流会持续上升以保持负载所需的功率。由电池两端电压U=E-IR（其中，U为电池两端电压，E为电池的电动势，I为电池的放电电流，R为电池内阻）可知，当电池的放电电流增加时，电池两端电压进一步下降，使得电池进一步地增加电池的放电电流以保持负载所需功率。此时电池有较大的放电电流，会造成电池温升较高，影响其使用寿命。而且，在电池两端电压比较低时，电池存储的能量比较少（以单节锂电池为例，电池两端电压在3.7V～4.2V之间时电池存储80%左右的能量，电池两端电压在3.7V以下时电池存储的能量所剩无几），此时电池维持较大的放电电流会进一步加剧电池的能量消耗速度，从而减少了电池的放电时间，即减少了电池的工作时间，降低了电池的续航能力。此外，较大的放电电流会使得电池产生较高的回路损耗，导致照明系统的整体效率偏低，进一步地降低了电池的续航能力，影响了用户体验。

发明内容

本发明提供一种输出功率控制电路和控制芯片以及电源系统，以提高电池的续航能力，同时保证电池的使用寿命。

第一方面，本发明实施例提供了一种输出功率控制电路，所述输出功率控制电路包括电压调节单元、电压比较单元和控制单元；

所述电压调节单元和所述电压比较单元与电源芯片的输入端连接，所述电压调节单元用于根据所述电源芯片的输入电压形成第一电压信号；所述电压比较单元用于根据所述输入电压和第一参考电压输出比较信号；所述控制单元与所述电压调节单元和所述电压比较单元连接，所述控制单元与所述电源芯片输出电流的反馈信号输入端连接；所述控制单元用于根据所述比较信号、所述第一电压信号和所述电源芯片输出电流的反馈信号形成控制信号，所述控制信号用于控制所述电源芯片的功率管状态，以调节所述电源芯片的输出功率；其中，所述第一电压信号与所述输入电压负相关，所述第一参考电压包括滞回区间。

可选的，所述控制单元包括开关管、第一电阻、第七电阻和误差放大器；所述开关管的控制极与所述电压比较单元的输出端连接，所述开关管的第一极通过所述第七电阻与所述电压调节单元的输出端连接，所述开关管的第二极与所述误差放大器的正相输入端和所述第一电阻的第一端连接，所述误差放大器的反相输入端与所述电源芯片的基准电压输出端连接，所述误差放大器的输出端与所述电源芯片的功率管连接，所述第一电阻的第二端与所述电源芯片输出电流的反馈信号输入端连接。

可选的，所述电压比较单元包括第一分压模块、第一可调参考电压模块、第一比较器、第二电阻和第三电阻；所述第一分压模块的第一端与所述电源芯片的输入端连接，所述第一分压模块的第二端与地端连接，所述第一分压模块的输出端与所述第一比较器的反相输入端连接，所述第一可调参考电压模块的第一端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第一可调参考电压模块的第二端通过第一可调电阻与所述地端连接，所述第一可调参考电压模块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与所述第一比较器的正相输入端和所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一比较器的输出端连接，所述第一比较器的输出端作为所述电压比较单元的输出端；所述第一可调参考电压模块用于根据所述第一可调电阻的阻值输出第一可调参考电压。

可选的，所述第一可调参考电压模块包括第一电压跟随器和第一电流源；所述第一电流源的输入端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第一电流源的输出端与所述第一电压跟随器的正相输入端和所述第一可调电阻连接，所述第一电压跟随器的反相输入端与所述第一电压跟随器的输出端连接，所述第一电压跟随器的输出端作为所述第一可调参考电压模块的输出端。

可选的，所述电压调节单元包括第二电流源、第四电阻、第二分压模块、第五电阻、第六电阻和第二比较器；所述第二电流源的输入端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第二电流源的输出端与所述第四电阻的第一端和所述第二比较器的正相输入端连接，所述第四电阻的第二端与所述地端连接，所述第二分压模块的第一端与所述电源芯片的输入端连接，所述第二分压模块的第二端与地端连接，所述第二分压模块的输出端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第二比较器的反相输入端和所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第二比较器的输出端连接，所述第二比较器的输出端作为所述电压调节单元的输出端。

可选的，还包括保护单元，所述保护单元与所述电源芯片的功率管连接，所述保护单元用于根据所述输入电压和第二参考电压控制所述电源芯片的功率管状态。

可选的，所述保护单元包括第三分压模块、第二可调参考电压模块、第三比较器、第八电阻和第九电阻；

所述第三分压模块的第一端与所述电源芯片的输入端连接，所述第三分压模块的第二端与地端连接，所述第三分压模块的输出端与所述第三比较器的反相输入端连接，所述第二可调参考电压模块的第一端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第二可调参考电压模块的第二端通过第二可调电阻与所述地端连接，所述第二可调参考电压模块的输出端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第三比较器的正相输入端和所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端与所述第三比较器的输出端连接，所述第三比较器的输出端与所述电源芯片的功率管连接；所述第二可调参考电压模块用于根据所述第二可调电阻的阻值输出第二可调参考电压。

可选的，所述第二可调参考电压模块包括第二电压跟随器和第三电流源；

所述第三电流源的输入端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第三电流源的输出端与所述第二电压跟随器的正相输入端和所述第二可调电阻连接，所述第二电压跟随器的反相输入端与所述第二电压跟随器的输出端连接，所述第二电压跟随器的输出端作为所述第二可调参考电压模块的输出端。

第二方面，本发明实施例还提供了一种输出功率控制芯片，所述输出功率控制芯片包括稳压源和参照电压单元、驱动单元、电源芯片的功率管和如上述第一方面所述的输出功率控制电路；

所述稳压源和参照电压单元与所述输出功率控制电路连接，用于为所述输出功率控制电路提供稳压源电压和基准电压，所述输出功率控制电路与所述驱动单元连接，所述输出功率控制电路用于为所述驱动单元提供控制信号，所述驱动单元与所述电源芯片的功率管连接，所述驱动单元用于根据所述控制信号控制所述功率管状态。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电源系统，所述电源系统包括上述第二方面所述的输出功率控制芯片。

本发明实施例提供的输出功率控制电路和控制芯片以及电源系统，通过设置电压调节单元、电压比较单元和控制单元；其中电压调节单元根据电源芯片的输入电压形成第一电压信号，第一电压信号与电源芯片的输入电压负相关，电压比较单元根据电源芯片的输入电压和第一参考电压输出比较信号，控制单元根据第一电压信号、比较信号和电源芯片输出电流的反馈信号形成控制信号，控制信号用于控制电源芯片的功率管状态以调节电源芯片的输出功率；使得电源芯片的输出功率可以根据电源芯片的输入电压进行调节，避免了输入电压变化至较低时输出功率维持不变（例如输出功率维持在额定输出功率），从而致使与电源芯片所连接的电池的放电电流持续增加，影响电池续航和寿命的问题，以此提高了电池的续航能力且保证了电池的使用寿命，其中电源芯片的输入电压等于与其所连接电池的两端的电压。

例如已知电池在放电过程电源芯片的输入电压持续下降，那么当输入电压下降至小于第一参考电压时，控制单元可以输出控制信号控制电源芯片的功率管的状态以将电源芯片的输出功率调节至较低，以此将电池的放电电流调节至较小，从而延长了电池的放电时间，且避免了电池产生较高的回路损耗，提高了电池的续航能力，同时缓解了电池温度的上升，保证了电池的使用寿命。在此基础上，本实施例中，将电源芯片的输出功率维持不变的情况称为电源芯片的额定功率模式，将电源芯片的输出功率根据电源芯片的输入电压进行调节的情况称为电源芯片的功率调整模式，设置第一参考电压包括滞回区间，使得电源芯片的输出功率在额定功率模式与功率调整模式之间进行切换时存在滞回区间，避免出现在额定功率模式与功率调整模式之间来回频繁切换，保证电源芯片所供的照明设备（例如负载LED灯等）不会出现闪烁影响用户体验的情况。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种输出功率控制电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图；

图4 是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图；

图5 是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的第一电压信号和电源芯片的输入电压的关系对照示意图；

图7是本发明实施例提供的第一电压信号和电源芯片输出电流的反馈信号的关系对照示意图；

图8是本发明实施例提供的电源芯片的输出功率与电源芯片的输入电压的一关系曲线图；

图9是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的电源芯片的输出功率与电源芯片的输入电压的另一关系曲线图；

图13是本发明实施例提供的一种输出功率控制芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种输出功率控制电路的结构示意图。如图1所示，该输出功率控制电路包括：电压调节单元20、电压比较单元10和控制单元30；电压调节单元20和电压比较单元10与电源芯片的输入端连接，电压调节单元20用于根据电源芯片的输入电压VIN形成第一电压信号VB；电压比较单元10用于根据输入电压VIN和第一参考电压输出比较信号VO；控制单元30与电压调节单元20和电压比较单元10连接，控制单元30与电源芯片输出电流的反馈信号输入端连接；控制单元30用于根据比较信号VO、第一电压信号VB和电源芯片输出电流的反馈信号VFB形成控制信号，控制信号用于控制电源芯片的功率管状态，以调节电源芯片的输出功率；其中，第一电压信号VB与输入电压VIN负相关，第一参考电压包括滞回区间。

具体地，电源芯片也称电源管理芯片（Power Management IntegratedCircuits），是在电子设备系统中对电能进行变换、分配、检测及其它管理的芯片，电能可以但不限于由电池提供，电池包括但不限于是锂电池。即，电池提供的电能经过电源芯片而输出至负载，例如输出至照明设备（如LED灯等）。本发明实施例提供的输出功率控制电路可设置于电源芯片中。以下以本发明实施例提供的输出功率控制电路设置于电源芯片中，电源芯片与电池连接，电池通过电源芯片向照明设备供电为例对本实施例的技术方案进行解释说明。可以理解的是，设置有输出功率控制电路的电源芯片可以与其它供能设备连接而不限于是电池，即本实施例对设置有输出功率控制电路的电源芯片所连接的供能设备和负载均不作具体限定。

电压比较单元10内设置有第一参考电压，第一参考电压的大小可根据实际需要而设置。电压比较单元10可以自电源芯片的输入端获取电源芯片的输入电压VIN，进而根据第一参考电压和输入电压VIN输出比较信号VO。例如，电压比较单元10将输入电压VIN与第一参考电压进行比较而输出比较信号VO，此时的比较信号VO能够反映输入电压VIN与第一参考电压的大小关系。

电源芯片的输入电压VIN即与其所连接电池的两端的电压，通常，电池两端电压跨度较大。本实施例中，电压调节单元20可以自电源芯片的输入端获取电源芯片的输入电压VIN，进而根据输入电压VIN形成第一电压信号VB，从而将输入电压VIN（即电池两端电压）调整为电压跨度较小的电压。其中，第一电压信号VB与电源芯片的输入电压VIN负相关，即当输入电压VIN降低时，第一电压信号VB上升，当输入电压VIN上升时，第一电压信号VB下降。

控制单元30可以接收比较信号VO和第一电压信号VB，并获取电源芯片的输出电流的反馈信号VFB，从而控制单元30可以根据比较信号VO、第一电压信号VB和电源芯片的输出电流的反馈信号VFB形成控制信号。控制信号用于控制电源芯片的功率管的状态，以调节电源芯片的输出功率的大小。其中，电源芯片的功率管处于不同的状态，对应电源芯片不同大小的输出电流。示例性的，功率管包括但不限于是MOS管或者三极管等。

例如，在电池的放电过程中，起初电池是以额定输出功率进行放电（即对应电源芯片的输出功率维持不变，可称之为电源芯片的额定功率模式），逐渐的，当控制单元30得到电源芯片的输入电压VIN变化至较低时，控制单元30根据比较信号VO、第一电压信号VB和电源芯片输出电流的反馈信号VFB输出的控制信号控制电源芯片的功率管的状态，以使得电源芯片通过功率管输出的电流较小从而调节电源芯片的输出功率至较小，即将电源芯片的输出功率根据电源芯片的输入电压VIN进行调节（可称之为电源芯片的功率调整模式）。其中，电源芯片的输出电流可以是电源芯片向与其所连接照明设备输出的电流，反馈信号VFB可以是输出电流经过设置于电源芯片上的电阻得到的电压信号。

在电源芯片的输入电压VIN变化至较低时，将电源芯片的输出功率调节至较小，对应的实现了在电池两端电压变化至较低时，将电池的输出功率调节至较小，从而避免了电池两端电压较低时电池的放电电流持续增加，影响电池续航和寿命的问题，以此提高了电池的续航能力且保证了电池的使用寿命。其中，电源芯片的输出电流可以是电源芯片向与其所连接照明设备输出的电流，反馈信号可以是输出电流经过设置于电源芯片上的电阻得到的电压信号。

本实施例的技术方案，通过设置电压调节单元20、电压比较单元10和控制单元30。其中，电压调节单元20根据电源芯片的输入电压VIN形成第一电压信号VB，第一电压信号VB与电源芯片的输入电压VIN负相关，电压比较单元10根据第一参考电压和电源芯片的输入电压VIN输出比较信号VO，控制单元30根据电源芯片输出电流的反馈信号VFB、第一电压信号VB和比较信号VO输出控制信号，控制信号用于对电源芯片的功率管的状态进行控制，以调节电源芯片的输出功率。据此，使得电源芯片的输出功率可以根据电源芯片的输入电压VIN进行调节，即电池的输出功率可以随电源芯片的输入电压VIN的变化进行调节，避免了在电池的放电过程中，当电源芯片的输入电压VIN变化至较低时输出功率维持不变从而导致电池的放电电流持续增加影响电池续航和寿命的问题，使得当电源芯片的输入电压VIN变化至较低时将电源芯片的输出功率随之调至较小，从而将电池的输出功率调节至较小，将电池的放电电流调节至较小，延长了电池的放电时间，且避免了电池产生较高的回路损耗，提高了电池的续航能力，同时缓解了因放电电流增加致使的电池温度的上升，保证了电池的使用寿命。

在此基础上，本实施例的技术方案，通过设置第一参考电压包括滞回区间，即第一参考电压的大小具有一范围，使得电源芯片的输出功率在额定功率模式与功率调整模式之间进行切换时存在一滞回区间，避免电源芯片的输出功率在额定功率模式与功率调整模式之间来回频繁切换，保证电源芯片所供的照明设备不会出现闪烁影响用户体验的情况出现。

图2是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图，参考图2，可选的，控制单元30包括开关管Q、第一电阻R1、第七电阻R7和误差放大器E1；开关管Q的控制极与电压比较单元10的输出端a连接，开关管Q的第一极通过第七电阻R7与电压调节单元20的输出端b连接，开关管Q的第二极与误差放大器E1的正相输入端和第一电阻R1的第一端连接，误差放大器E1的反相输入端与电源芯片的基准电压输出端连接，误差放大器E1的输出端与电池的功率管连接，第一电阻R1的第二端与电源芯片输出电流的反馈信号输入端连接。

具体的，开关管Q可以但不限于是NMOS管，控制单元30可自电源芯片输出电流的反馈信号输入端获取电源芯片的输出电流的反馈信号VFB。电源芯片的基准电压输出端的基准电压VREF可以是电源芯片内部的基准电压。其中，误差放大器E1可将反馈信号VFB和第一电压信号VB之和与基准电压VREF进行比较。

示例性的，在电池的放电过程中，当电源芯片的输入电压VIN变化至较低时，开关管Q可根据电压比较单元10的输出端a输出的比较信号VO导通，进而控制单元30根据第一电压信号VB和电源芯片输出电流的反馈信号VFB在误差放大器E1的输出端输出一电压信号V6，电压信号V6即控制单元30输出的控制信号，控制信号通过控制功率管的状态对电源芯片的输出功率进行调节，例如调节输出功率至较小，即使电源芯片从额定功率模式切换至功率调节模式，使得电池以较小的放电电流放电，延长了电池的放电时间，且避免了电池产生较高的回路损耗，提高了电池的续航能力，同时缓解了因放电电流增加致使的电池温度的上升，保证了电池的使用寿命。

图3是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图，参考图3，可选的，电压比较单元10包括第一分压模块11、第一可调参考电压模块12、第一比较器E2、第二电阻R2和第三电阻R3；第一分压模块11的第一端c与电源芯片的输入端连接，第一分压模块11的第二端d与地端连接，第一分压模块11的输出端e与第一比较器E2的反相输入端连接，第一可调参考电压模块12的第一端f与电源芯片的稳压源输出端连接，第一可调参考电压模块12的第二端g通过第一可调电阻r1与地端连接，第一可调参考电压模块12的输出端h与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第一比较器E2的正相输入端和第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第一比较器E2的输出端连接，第一比较器E2的输出端作为电压比较单元10的输出端a；第一可调参考电压模块12用于根据第一可调电阻r1的阻值输出第一可调参考电压。

具体的，第一分压模块11用于对输入电压VIN进行分压，并将所分得的电压从第一分压模块11的输出端e输出至第一比较器E2的反相输入端。第一分压模块11可由若干个分压元件构成。示例性的，第一分压模块11由第一分压电阻R11和第二分压电阻R12构成，其中第一分压电阻R11的第一端作为第一分压模块11的第一端c，第一分压电阻R11的第二端与第二分压电阻R12的第一端连接，第二分压电阻R12的第二端作为第一分压模块11的第二端d，第二分压电阻R12与第一分压电阻R11的连接端作为第一分压模块11的输出端e。示例性的，第一分压电阻R11和第二分压电阻R12可以从输入电压VIN取电进行分压，并在第二分压电阻R12上产生一个电压信号V1，电压信号V1从第二分压电阻R12与第一分压电阻R11的连接端输出至第一比较器E2的反相输入端。

第一比较器E2的输出端的信号作为比较信号VO。第一比较器E2的输出端的高电平幅值的大小可以与稳压源输出端输出的稳压源电压VDD相等，第一比较器E2的输出端的低电平幅值可以等于零伏。第一比较器E2可以是滞回比较器。为使得第一比较器E2能够正常工作，需第一分压模块11的输出端e输出的电压信号的最大值小于第一比较器E2的输出端的高电平幅值。示例性的，第一分压模块11的输出端e输出的电压信号V1小于第一比较器E2的输出端的高电平幅值（稳压源电压VDD）。第一比较器E2的正相输入端的电压作为第一参考电压。

第一可调参考电压模块12由稳压源输出端输出的稳压源电压VDD供电，以与第一可调电阻r1共同作用而输出第一可调参考电压。据此，可以通过改变第一可调电阻r1的阻值大小而改变第一可调参考电压的大小。第一可调参考电压的大小用于影响第一参考电压的大小，例如第一可调参考电压的大小能够影响第一参考电压滞回区间的端点值的大小。

图4是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图，参考图4，可选的，第一可调参考电压模块12包括第一电压跟随器E3和第一电流源IS1；第一电流源IS1的输入端与电源芯片的稳压源输出端连接，第一电流源IS1的输出端与第一电压跟随器E3的正相输入端和第一可调电阻r1连接，第一电压跟随器E3的反相输入端与第一电压跟随器E3的输出端连接，第一电压跟随器E3的输出端作为第一可调参考电压模块12的输出端h。

具体的，第一电流源IS1可以是一个恒流源。示例性的，第一电流源IS1由稳压源电压VDD供电后，第一电流源IS1与第一可调电阻r1在第一电流源IS1与第一可调电阻r1的连接端产生一个电压信号V2，电压信号V2通过第一电压跟随器E3的正相输入端并从第一电压跟随器E3的输出端输出，据此第一可调参考电压模块12实现了第一可调参考电压的输出，即第一可调参考电压等于电压信号V2。

示例性的，令第一比较器E2的正相输入端的两个电压阈值为VH1和VL1，那么两个电压阈值VH1和VL1可以作为第一参考电压滞回区间的两个端点值，其中VH1大于VL1。则基于上述，VH1和VL1可由以下公式得到：

可见，在固定稳压源电压VDD、第二电阻R2和第三电阻R3不变的情况下（并合理设置稳压源电压VDD、第二电阻R2和第三电阻R3的大小），第一参考电压滞回区间的两个端点值VH1和VL1的大小可仅由电压信号V2（也即第一可调参考电压）决定，而第一可调参考电压可由第一可调电阻r1决定。据此，可将第一可调电阻r1外置（例如外挂于电源芯片上），以便通过改变第一可调电阻r1的阻值而改变第一可调参考电压的大小（也即电压信号V2的大小），以改变第一参考电压的大小，以此实现第一参考电压的滞回区间（即得到不同端点值的滞回区间）。

图5是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图，参考图5，可选的，电压调节单元20包括第二电流源IS2、第四电阻R4、第二分压模块21、第五电阻R5、第六电阻R6和第二比较器E4；第二电流源IS2的输入端与电源芯片的稳压源输出端连接，第二电流源IS2的输出端与第四电阻R4的第一端和第二比较器E4的正相输入端连接，第四电阻R4的第二端与地端连接，第二分压模块21的第一端i与电源芯片的输入端连接，第二分压模块21的第二端j与地端连接，第二分压模块21的输出端k与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端与第二比较器E4的反相输入端和第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6的第二端与第二比较器E4的输出端连接，第二比较器E4的输出端作为电压调节单元20的输出端b。

具体的，第二电流源IS2可以是一个恒流源。示例性的，第二电流源IS2由稳压源电压VDD供电后，第二电流源IS2与第四电阻R4在第二电流源IS2与第四电阻R4的连接端形成电压信号VA输出至第二比较器E4的正相输入端。

第二分压模块21用于对输入电压VIN进行分压，并将所分得的电压从第二分压模块21的输出端k输出，进而通过第五电阻R5输出至第二比较器E4的反相输入端。第二分压模块21可由若干个分压元件构成。示例性的，第二分压模块21由第三分压电阻R13和第四分压电阻R14构成，其中第三分压电阻R13的第一端作为第二分压模块21的第一端i，第三分压电阻R13的第二端与第四分压电阻R14的第一端连接，第四分压电阻R14的第二端作为第二分压模块21的第二端j，第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的连接端作为第二分压模块21的输出端k。示例性的，第三分压电阻R13和第四分压电阻R14可以从输入电压VIN取电进行分压，并将所分得的电压通过第五电阻R5输出至第二比较器E4的反相输入端。

第二比较器E4将反相输入端的电压信号和正相输入端的电压信号进行运算，以在第二比较器E4的输出端输出第一电压信号VB。

示例性的，第二比较器E4将反相输入端的电压信号和正相输入端的电压信号VA进行运算后，在第二比较器E4的输出端输出第一电压信号VB。则根据戴维南定理，输入电压VIN和第一电压信号VB的关系可以由以下公式得到：

化简上述公式后，得到输入电压VIN和电压信号VB的关系如下：

可见，在固定稳压源电压VDD、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14不变的情况下（并合理设置稳压源电压VDD、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的大小），第一电压信号VB与输入电压VIN负相关。可参考图6，图6是本发明实施例提供的第一电压信号和电源芯片的输入电压的关系对照示意图，其中输入电压VIN和第一电压信号VB的单位均为伏（V），坐标系的横轴为时间（Tims），时间单位为秒（s），即当输入电压VIN降低时，第一电压信号VB上升，当输入电压VIN上升时，第一电压信号VB下降。

在此基础上，当第一电压信号VB变化时，电源芯片的输出电流的反馈信号VFB也随之变化。示例性的，忽略开关管Q的导通压降，根据叠加定理，电源芯片输出电流的反馈信号VFB和第一电压信号VB之间的关系可以由以下公式得到：

可见，在固定第一电阻R1和第七电阻R7不变的情况下（并合理设置第一电阻R1和第七电阻R7的大小），可以得到如图7所示的电源芯片输出电流的反馈信号VFB和第一电压信号的关系，其中图7是本发明实施例提供的第一电压信号和电源芯片输出电流的反馈信号的关系对照示意图，反馈信号VFB和第一电压信号VB的单位均为伏（V），坐标系的横轴为时间（Tims），时间单位为秒（s）。

下面将基于上述技术方案，并参照附图1至8，其中图8是本发明实施例提供的电源芯片的输出功率与电源芯片的输入电压的一关系曲线图，输入电压VIN的单位均为伏（V），坐标系的横轴为时间（Tims），时间单位为秒（s），输出功率P的单位为瓦（W），对本实施例提供的输出功率控制电路的工作原理作出示例性的阐述说明，以供读者更清楚的理解输出功率控制电路：

电压比较单元10中：第一参考电压滞回区间的两个端点值为VH1和VL1，VH1大于VL1。第一比较器E2的输出端的高电平幅值等于稳压源电压VDD，第一比较器E2的低电平幅值等于零伏。第一分压模块11对电源芯片的输入电压VIN进行分压，从而在第一分压模块11的输出端e输出电压信号V1，电压信号V1的最大值小于第一比较器E2的输出端的高电平幅值。

电压调节单元20中：稳压源电压VDD对第二电流源IS2供电，从而第二电流源IS2与第四电阻R4在第二电流源IS2与第四电阻R4的连接端形成电压信号VA输出至第二比较器E4的正相输入端。第二分压模块21对电源芯片的输入电压VIN进行分压，并将所分得的电压从第二分压模块21的输出端k输出，进而通过第五电阻R5输出至第二比较器E4的反相输入端。第二比较器E4将反相输入端的电压信号和正相输入端的电压信号进行运算，以在第二比较器E4的输出端输出第一电压信号VB，第二比较器E4的输出端作为电压调节单元20的输出端b。

基于上述，在电池放电的过程中：当第一比较器E2的反相输入端的电压信号V1大于第一比较器E2的正相输入端的电压阈值VH1时，第一比较器E2的输出端输出低电平幅值（即等于零伏），即电压比较单元10输出的比较信号VO为零伏，从而控制单元30中开关管Q（示例性的为NMOS管）不导通（即处于关断状态），电压调节单元20输出端b的第一电压信号VB无法通过第七电阻R7传递至误差放大器E1的正向输入端，则电源芯片输出电流的反馈信号VFB就会维持不变（反馈信号VFB可以小于0.7伏），从而电源芯片的输出功率维持不变，即电源芯片处于额定功率模式。当第一比较器E2的反相输入端的电压信号V1小于第一比较器E2的正相输入端的阈值电压VL1时，第一比较器E2的输出端输出高电平幅值（即等于稳压源电压VDD），即电压比较单元10输出的比较信号VO等于稳压源电压VDD，从而控制单元30中开关管Q导通（稳压源电压VDD和参考信号VREF的差值大于NMOS管的开启电压），开关管Q输出第一电压信号VB，由于第一电压信号VB会随着输入电压VIN变化（第一电压信号VB与输入电压VIN负相关），则电源输出电流的反馈信号VFB也会随之变化，从而电源芯片的输出功率发生变化，即电源芯片处于功率调整模式。

参考图8，当电源芯片的输入电压VIN大于VIN1时（VIN1=(1+R11/R12）*VH1），电源芯片进入额定功率模式，即输出功率为额定功率P1（P1可以为最大输出功率）；当电源芯片的输入电压VIN小于VIN2时（VIN2=(1+R11/R12）*VL1），电源芯片进入功率调整模式，输出功率处于变化的状态（降低或者上升），可以是输出功率随着输入电压VIN的下降而下降，随着输入电压VIN的上升而上升，从而在输入电压VIN下降至小于VIN2时避免电池的放电电流持续增加，保证电池的放电电流维持在较小的范围，以此延长了电池的放电时间，且避免了电池产生较高的回路损耗，提高了电池的续航能力，同时缓解了因放电电流增加致使的电池温度的上升，保证了电池的使用寿命；当电源芯片的输入电压VIN大于VIN1时，电源芯片再次进入额定功率模式，输出功率为额定功率P1；其中，由于第一参考电压滞回区间的存在，避免电源芯片的输出功率在额定功率模式与功率调整模式之间来回频繁切换，保证电源芯片所供的照明设备（例如负载LED灯等）不会出现闪烁影响用户体验的情况。

图9是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图，参考图9，电池过度放电会造成不可逆的损伤。有鉴于此，可选的，输出功率控制电路还包括保护单元50，保护单元50与电源芯片的功率管连接，保护单元50用于根据输入电压VIN和第二参考电压控制电源芯片的功率管状态。可选的，第二参考电压包括滞回区间。

具体的，保护单元50内设置有第二参考电压，第二参考电压的大小可根据实际需要而设置。保护单元50可以获取电源芯片的输入电压VIN，进而根据第二参考电压和输入电压VIN控制电源芯片的功率管状态，以保证在输入电压VIN过低时控制功率管关断而使电池停止放电，保护电池。示例性的，当电源芯片的输入电压VIN未触发到过放保护电压阈值UVLO（也即未触发到第二参考电压时，过放保护电压阈值UVLO的单位可以是伏（V）），电池的输出功率P随输入电压VIN的变化曲线可参见图8，其中P1表示最大输出功率，P2表示最小输出功率。

在此基础上，功率管关断，即电池的输出功率降至零，电池停止放电，由于电源芯片的输入电压VIN较低时电池的内阻比较大，电池停止放电后电源芯片的输入电压VIN又有明显的上升，从而使功率管再次导通，电池重新开始放电，如此可能会出现功率管来回频繁启停（即关断和导通）的现象。有鉴于此，本实施例的技术方案，设置第二参考电压包括滞回区间，以使得因保护电池对功率管进行控制的过程中，功率管的关断和导通之间存在滞回区间，避免功率管来回频繁启停，从而进一步保证电池寿命。

图10是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图，参考图10，可选的，保护单元50包括第三分压模块51、第二可调参考电压模块52、第三比较器E5、第八电阻R8和第九电阻R9；第三分压模块51的第一端l与电源芯片的输入端连接，第三分压模块51的第二端m与地端连接，第三分压模块51的输出端n与第三比较器E5的反相输入端连接，第二可调参考电压模块52的第一端q与电源芯片的稳压源输出端连接，第二可调参考电压模块52的第二端s通过第二可调电阻r2与地端连接，第二可调参考电压模块52的输出端t与第八电阻R8的第一端连接，第八电阻R8的第二端与第三比较器E5的正相输入端和第九电阻R9的第一端连接，第九电阻R9的第二端与第三比较器E5的输出端连接，第三比较器E5的输出端与电源芯片的功率管连接；第二可调参考电压模块52用于根据第二可调电阻r2的阻值输出第二可调参考电压。

具体的，第三分压模块51用于对输入电压VIN进行分压，并将所分得的电压从第三分压模块51的输出端n输出至第三比较器E5的反相输入端。第三分压模块51可由若干个分压元件构成。示例性的，第三分压模块51由第五分压电阻R15和第六分压电阻R16构成，其中第五分压电阻R15的第一端作为第三分压模块51的第一端l，第五分压电阻R15的第二端与第六分压电阻R16的第一端连接，第六分压电阻R16的第二端作为第三分压模块51的第二端m，第六分压电阻R16与第五分压电阻R15的连接端作为第三分压模块51的输出端n。示例性的，第五分压电阻R15和第六分压电阻R16可以从输入电压VIN取电进行分压，并在第六分压电阻R16上产生一个电压信号V3，电压信号V3从第六分压电阻R16与第五分压电阻R15的连接端输出至第三比较器E5的反相输入端。

第三比较器E5的输出端的高电平幅值的大小可以与稳压源电压VDD相等，第三比较器E5的输出端的低电平幅值可以等于零伏。第三比较器E5可以是滞回比较器。为使得第三比较器E5能够正常工作，需第三分压模块51的输出端输出的电压信号的最大值小于第三比较器E5的输出端的高电平幅值。示例性的，第三分压模块51的输出端输出的电压信号V3小于第三比较器E5的输出端的高电平幅值（例如小于稳压源电压VDD）。第三比较器E5的正相输入端的电压作为第二参考电压。

第二可调参考电压模块52由稳压源输出端输出的稳压源电压VDD供电，以和第二可调电阻r2共同作用而输出第二可调参考电压。据此，可以通过改变第二可调电阻r2的阻值大小而改变第二可调参考电压的大小。第二可调参考电压的大小用于影响第二参考电压的大小，例如第二可调参考电压的大小能够影响第二参考电压滞回区间的端点值的大小。

图11是本发明实施例提供的另一种输出功率控制电路的结构示意图，参考图11，可选的，第二可调参考电压模块52包括第二电压跟随器E6和第三电流源IS3；第三电流源IS3的输入端与电源芯片的稳压源输出端连接，第三电流源IS3的输出端与第二电压跟随器E6的正相输入端和第二可调电阻r2连接，第二电压跟随器E6的反相输入端与第二电压跟随器E6的输出端连接，第二电压跟随器E6的输出端作为第二可调参考电压模块52的输出端t。

具体的，第三电流源IS3可以是一个恒流源。示例性的，第三电流源IS3由稳压源电压VDD供电后，第三电流源IS3与第二可调电阻r2在第三电流源IS3与第二可调电阻r2的连接端产生一个电压信号V4，电压信号V4通过第二电压跟随器E6的正相输入端并从第二电压跟随器E6的输出端输出，据此第二可调参考电压模块52实现了第二可调参考电压的输出，即第二可调参考电压等于电压信号V4。

示例性的，令第三比较器E5的正相输入端的两个电压阈值为VH2和VL2，那么两个电压阈值VH2和VL2可以作为第二参考电压滞回区间的两个端点值，其中VH2大于VL2。则基于上述，VH2和VL2可由以下公式得到：

可见，在固定稳压源电压VDD、第八电阻R8和第九电阻R9不变的情况下（并合理设置稳压电压VDD、第八电阻R8和第九电阻R9的大小），第二参考电压滞回区间的两个端点值VH2和VL2的大小可仅由电压信号V4（也即第二可调参考电压）决定，而第二可调参考电压可由第二可调电阻r2决定。据此，可将第二可调电阻r2外置（例如外挂于电源芯片），从而便于通过改变第二可调电阻r2的阻值而改变第二可调参考电压的大小（也即电压信号V4的大小），以改变第二参考电压的大小，以此实现第二参考电压的滞回区间（即得到不同端点值的滞回区间）。

下面将基于上述技术方案，对本实施例提供的保护单元50的工作原理作出示例性的阐述说明：

第二参考电压滞回区间的两个端点值为VH2和VL2，VH2大于VL2。第三比较器E5的输出端的高电平幅值等于稳压源电压VDD，第三比较器E5的低电平幅值等于零伏。第三分压模块51对电源芯片的输入电压VIN进行分压，从而在第三分压模块51的输出端电压信号V3，电压信号V3的最大值小于第三比较器E5的输出端的高电平幅值。

基于上述，在电池放电的过程中：当第三比较器E5的反相输入端的电压信号V3小于第三比较器E5的正相输入端的电压阈值VL2时，第三比较器E5的输出端输出高电平幅值（即稳压源电压VDD）以控制功率管关断，电池停止放电。当第三比较器E5的反相输入端的电压信号V3大于第三比较器E5的正相输入端的电压阈值VH2时，第三比较器E5的输出端输出低电平幅值（即零伏）以控制功率管导通，电池重新开始放电。

参考图12，图12是本发明实施例提供的电源芯片的输出功率与电源芯片的输入电压的另一关系曲线图，输入电压VIN的单位均为伏（V），坐标系的横轴为时间（Tims），时间单位为秒（s），输出功率P的单位为瓦（W），当电源芯片的输入电压VIN大于VIN1时，电源芯片进入额定功率模式，即输出功率为额定功率P1；当输入电压VIN小于VIN2时，电源芯片进入功率调整模式，输出功率随着输入电压VIN的下降而下降；当输入电压VIN小于VIN4时（VIN4=(1+R15/R16）*VL2)，电源芯片的功率管关断，电池停止放电；当输入电压VIN大于VIN3时（VIN3=(1+R15/R16）*VH2)，功率管导通，电池重新开始放电，且电源芯片再次进入功率调整模式，输出功率随着输入电压VIN的上升而上升；当输入电压VIN大于VIN1时，电源芯片进入额定功率模式，即输出功率为额定功率P1。据此，在VIN下降至小于VIN2时避免了电池的放电电流持续增加，保证电池的放电电流维持在较小的范围，以此延长了电池的放电时间，且避免了电池产生较高的回路损耗，提高了电池的续航能力，且缓解了因放电电流增加致使的电池温度的上升，保证了电池的使用寿命；同时，由于第一参考电压滞回区间的存在，避免了输出功率在额定功率模式与功率调整模式之间来回频繁切换，保证电池所供的照明设备不会出现闪烁影响用户体验的情况出现；同时，根据第二参考电压和输入电压VIN控制电源芯片的功率管状态，以保证在输入电压VIN过低时控制功率管关断而使电池停止放电，保护电池；同时，第二参考电压包括滞回区间，以使得因保护电池对功率管进行控制的过程中，功率管的关断和导通之间存在滞回区间，避免功率管来回频繁启停，从而进一步保证电池寿命。

可以理解的是，本实施中上述各可选的技术特征或技术方案之间可以进行任意组合，且本发明实施例中对输出功率控制电路的单元或模块的划分只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本发明实施例还提供了一种输出功率控制芯片，图13是本发明实施例提供的一种输出功率控制芯片的结构示意图，参考图13，输出功率控制芯片100包括稳压源和参照电压单元60、驱动单元70、电源芯片的功率管40和如上述任意技术方案所述的输出功率控制电路；稳压源和参照电压单元60与输出功率控制电路连接，用于为输出功率控制电路提供稳压源电压VDD和基准电压VREF，输出功率控制电路与驱动单元70连接，输出功率控制电路用于为驱动单元70提供控制信号，驱动单元70与电源芯片的功率管40连接，驱动单元70用于根据控制信号控制功率管40状态。

具体的，参考图13，输出功率控制芯片100可以但不限于作为电源芯片。图13中，第一可调电阻r1和第二可调电阻r2均外挂于输出功率控制芯片100，驱动单元70包括频率补偿单元71、锁存和驱动单元72，功率管40输出的信号SW可以输出至负载（例如照明设备）。

本发明实施例提供的输出功率控制芯片和上述技术方案所述的输出功率控制电路属于相同的发明构思，能够实现相同的技术效果，重复内容此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种电源系统，所述电源系统包括上述任意技术方案所述的输出功率控制芯片。本发明实施例提供的电源系统和上述技术方案所述的输出功率控制芯片属于相同的发明构思，能够实现相同的技术效果，重复内容此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种输出功率控制电路，其特征在于，包括电压调节单元、电压比较单元和控制单元；

所述电压调节单元和所述电压比较单元与电源芯片的输入端连接，所述电压调节单元用于根据所述电源芯片的输入电压形成第一电压信号；所述电压比较单元用于根据所述输入电压和第一参考电压输出比较信号；

所述控制单元与所述电压调节单元和所述电压比较单元连接，所述控制单元与所述电源芯片输出电流的反馈信号输入端连接；所述控制单元用于根据所述比较信号、所述第一电压信号和所述电源芯片输出电流的反馈信号形成控制信号，所述控制信号用于控制所述电源芯片的功率管状态，以调节所述电源芯片的输出功率；其中，所述第一电压信号与所述输入电压负相关，所述第一参考电压包括滞回区间。

2.根据权利要求1所述的输出功率控制电路，其特征在于，所述控制单元包括开关管、第一电阻、第七电阻和误差放大器；

所述开关管的控制极与所述电压比较单元的输出端连接，所述开关管的第一极通过所述第七电阻与所述电压调节单元的输出端连接，所述开关管的第二极与所述误差放大器的正相输入端和所述第一电阻的第一端连接，所述误差放大器的反相输入端与所述电源芯片的基准电压输出端连接，所述误差放大器的输出端与所述电源芯片的功率管连接，所述第一电阻的第二端与所述电源芯片输出电流的反馈信号输入端连接。

3.根据权利要求2所述的输出功率控制电路，其特征在于，所述电压比较单元包括第一分压模块、第一可调参考电压模块、第一比较器、第二电阻和第三电阻；

所述第一分压模块的第一端与所述电源芯片的输入端连接，所述第一分压模块的第二端与地端连接，所述第一分压模块的输出端与所述第一比较器的反相输入端连接，所述第一可调参考电压模块的第一端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第一可调参考电压模块的第二端通过第一可调电阻与所述地端连接，所述第一可调参考电压模块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与所述第一比较器的正相输入端和所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一比较器的输出端连接，所述第一比较器的输出端作为所述电压比较单元的输出端；所述第一可调参考电压模块用于根据所述第一可调电阻的阻值输出第一可调参考电压。

4.根据权利要求3所述的输出功率控制电路，其特征在于，所述第一可调参考电压模块包括第一电压跟随器和第一电流源；

所述第一电流源的输入端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第一电流源的输出端与所述第一电压跟随器的正相输入端和所述第一可调电阻连接，所述第一电压跟随器的反相输入端与所述第一电压跟随器的输出端连接，所述第一电压跟随器的输出端作为所述第一可调参考电压模块的输出端。

5.根据权利要求3所述的输出功率控制电路，其特征在于，所述电压调节单元包括第二电流源、第四电阻、第二分压模块、第五电阻、第六电阻和第二比较器；

所述第二电流源的输入端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第二电流源的输出端与所述第四电阻的第一端和所述第二比较器的正相输入端连接，所述第四电阻的第二端与所述地端连接，所述第二分压模块的第一端与所述电源芯片的输入端连接，所述第二分压模块的第二端与地端连接，所述第二分压模块的输出端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第二比较器的反相输入端和所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第二比较器的输出端连接，所述第二比较器的输出端作为所述电压调节单元的输出端。

6.根据权利要求1所述的输出功率控制电路，其特征在于，还包括保护单元，所述保护单元与所述电源芯片的功率管连接，所述保护单元用于根据所述输入电压和第二参考电压控制所述电源芯片的功率管状态。

7.根据权利要求6所述的输出功率控制电路，其特征在于，所述保护单元包括第三分压模块、第二可调参考电压模块、第三比较器、第八电阻和第九电阻；

所述第三分压模块的第一端与所述电源芯片的输入端连接，所述第三分压模块的第二端与地端连接，所述第三分压模块的输出端与所述第三比较器的反相输入端连接，所述第二可调参考电压模块的第一端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第二可调参考电压模块的第二端通过第二可调电阻与所述地端连接，所述第二可调参考电压模块的输出端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第三比较器的正相输入端和所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端与所述第三比较器的输出端连接，所述第三比较器的输出端与所述电源芯片的功率管连接；所述第二可调参考电压模块用于根据所述第二可调电阻的阻值输出第二可调参考电压。

8.根据权利要求7所述的输出功率控制电路，其特征在于，所述第二可调参考电压模块包括第二电压跟随器和第三电流源；

所述第三电流源的输入端与所述电源芯片的稳压源输出端连接，所述第三电流源的输出端与所述第二电压跟随器的正相输入端和所述第二可调电阻连接，所述第二电压跟随器的反相输入端与所述第二电压跟随器的输出端连接，所述第二电压跟随器的输出端作为所述第二可调参考电压模块的输出端。

9.一种输出功率控制芯片，其特征在于，包括稳压源和参照电压单元、驱动单元、电源芯片的功率管和权利要求1-8任一项所述的输出功率控制电路；

所述稳压源和参照电压单元与所述输出功率控制电路连接，用于为所述输出功率控制电路提供稳压源电压和基准电压，所述输出功率控制电路与所述驱动单元连接，所述输出功率控制电路用于为所述驱动单元提供控制信号，所述驱动单元与所述电源芯片的功率管连接，所述驱动单元用于根据所述控制信号控制所述功率管状态。

10.一种电源系统，其特征在于，包括权利要求9所述的输出功率控制芯片。

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