CN202906508U - 移动电源的控制芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子产品的电源领域，公开了一种移动电源的控制芯片。本实用新型中，在移动电源的控制芯片内集成用于监测移动电源的外部接入情况及充放电情况的控制电路、用于对移动电源的电芯进行充电的充电电路、用于为外部电子设备提供直流电压输出的升压电路和用于控制外部发光二极管LED闪烁提示移动电源所处的工作状态和显示移动电源的电芯电量的显示电路；其中的控制电路能够依据外部的接入情况及充放电情况控制充电电路、升压电路及显示电路，解决了现有的采用分立芯片实现移动电源的产品功能造成的集成度低、可靠性差、面积大、成本高等问题。而且，对于不同的应用无需分别调节各部分电路的指标，有利于设计应用和扩展。

Description

移动电源的控制芯片

技术领域

本实用新型涉及电子产品的电源领域，特别涉及移动电源控制芯片。

背景技术

随着全球经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，可随身携带式的电子产品也越来越多，如笔记本电脑、平板电脑、手机、数码相机、摄像机、便携式DVD、PDA、MP3、MP4、GPS、保暖设备、医疗保健设备等。它们都要用到电池，但这些设备的原配电池都会因为电池容量低而不能满足设备的正常使用时间。当出差或旅游时又是这些设备的工作高峰期，经常在关键时刻电池没有电了，特别是在手机正在打电话时，数码相机正在拍照时，PSP游戏机玩的正起劲时，PDA正在工作时等等，让您感觉很无奈和无助。而又不可能把每种设备都配一个备用电池，不但成本高而且也不方便。基于此，为了解决人们的这种烦恼问题，移动电源应用而生。

移动电源是一个集储电，升压，充电管理于一体的便携式设备，可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电，一般配备多种电源转接头，通常具有大容量、多用途、体积小、寿命长和安全可靠等特点。一般的移动电源都具有照明功能，这就大大方便了驴友。然而，移动电源的充电、放电、电量显示等功能通常采用不同的集成电路(IC)来控制实现，或用一颗主控微控制单元(Micro Control Unit，简称“MCU”)控制实现，使充放电使用分离器件，印制电路板(PCB)面积大，布线麻烦，成本高。

目前移动电源产品功能通常由3个芯片和所需的外围电路实现。如图1所示，使用的芯片包括：控制芯片，充电芯片和升压芯片。外围电路包括充电芯片需要的电流设置电阻Rc，升压芯片需要的前向二极管D1和反馈电阻R1，R2，控制芯片提供显示的外围发光二极管。控制芯片对输入电压Vin，移动电源电芯电压Vbattery，输出电压Vout等信号进行监测。通过分别控制充电芯片和升压芯片，实现移动电源功能。

此方案由于使用多个芯片，本身面积较大。在实现时各芯片均需要进行电源线、地线的排布，同时各芯片间存在多条控制信号线。这使得PCB板的布线复杂度增加，面积增大，不利于生产装配，可靠性差，成本高。

由于采用多个芯片，在应用时需要分别进行外围器件设计，对于不同的应用需要分别调节各芯片的指标，不利于设计应用和扩展。

此外，在现有结构上无法实现负载监测功能，必须增加电路才能实现系统对负载状况的检测，实现当负载撤除后自动停机功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种移动电源的控制芯片，使得对移动电源的充电、升压、控制、显示在一个芯片内完成，从而解决了现有的采用分立芯片实现移动电源的产品功能造成的集成度低、可靠性差、面积大、成本高等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种移动电源的控制芯片，包含：用于监测所述移动电源的外部接入情况及充放电情况的控制电路、用于对所述移动电源的电芯进行充电的充电电路、用于为外部电子设备提供直流电压输出的升压电路；

所述控制芯片设有与外部电源连接的输入端、与所述移动电源的电芯连接的输入输出端、与外部电子设备连接的输出端；

所述与外部电源连接的输入端分别与所述控制电路和所述充电电路电连接；所述与所述移动电源的电芯电连接的输入输出端与所述充电电路电连接；所述与外部电子设备连接的输出端与所述升压电路电连接；所述控制电路分别与所述充电电路和所述升压电路电连接；

所述控制电路在监测到的外部接入情况及充放电情况满足预设的第一条件时，启动所述充电电路；在监测到的外部接入情况及充放电情况满足预设的第二条件时，启动所述升压电路；在监测到的外部接入情况及充放电情况不满足所述第一条件或者第二条件时，关闭所述充电电路和升压电路；

其中，所述第一条件为有充电器接入所述移动电源与外部电源连接的输入端，且所述输入端的充电电压大于预先设置的充电门限电压，且所述输入端的充电电压大于所述移动电源电芯电压；所述第二条件为有电子设备接入所述移动电源与外部电子设备连接的输出端或者特定的外部按键被触发，且所述移动电源的电芯电压大于预先设置的升压门限电压；所述外部按键与所述移动电源的控制芯片的一个管脚相连接。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，对移动电源的充电、升压、控制在一个芯片内完成，最大限度的简化了外围电路，解决了现有的采用分立芯片实现移动电源的产品功能造成的集成度低、可靠性差、面积大、成本高等问题，最大限度减小PCB面积，简化PCB布线，降低系统成本。

另外，所述移动电源在充电过程中，如果监测到连接在所述移动电源与外部电源连接的输入端的充电器被移除，或者所述输入端的充电电压小于或者等于预先设置的充电门限电压，或者所述输入端的充电电压小于或者等于所述移动电源电芯电压，则所述控制电路关闭所述充电电路，所述移动电源回到待机状态。

通过实时监测移动电源的充电情况，在充电器被移除，或者发生异常时，及时终止充电，防止移动电源因欠压而损坏。

另外，所述移动电源在升压过程中，如果监测到所述移动电源的电芯电压小于或者等于预先设置的升压门限电压，或者，监测到升压过压或者升压过流状况，则所述控制电路关闭所述升压电路，所述移动电源回到待机状态；其中，所述升压过压状况是升压电压高于预先设置的升压门限电压的状况；所述升压过流状况是升压电流高于预先设置的升压门限电流的状况。

通过实时监测移动电源的放电情况，在出现移动电源的电芯电压小于或者等于预先设置的升压门限电压，或者放电电流或者放电电压过大时，及时终止移动电源放电，防止移动电源因过度放电而损坏。

另外，所述移动电源在升压过程中，如果出现负载过轻状况，则所述控制电路关闭所述升压电路，所述移动电源回到待机状态；其中，所述负载过轻状况是负载电流低于预先设置的最小负载电流的状况。

通过监测负载电流，实现系统对负载状况的检测，使移动电源具有当负载撤除后自动停机功能。

另外，所述移动电源在充电过程中，如果监测到充电过压或者充电过流状况，则中止充电，直到所述充电过压或者充电过流状况消失后，再继续充电；其中，所述充电过流状况是充电电流高于预先设定的充电门限电流的状况；所述充电过压状况是所述输入端的充电电压高于预先设置的最高充电门限电压的状况。

通过实时监测移动电源的充电情况，在充电电流或充电电压过大时及时中止充电，防止因过压或过流导致移动电源的电芯受到损坏。

另外，所述移动电源在充电过程中，如果监测到所述移动电源的电芯电压到达充电完成门限电压，则停止充电，当所述移动电源的电芯电压降至所述预先设置的再充电门限电压以下时，自动再次对所述移动电源的电芯进行充电。

通过实时监测移动电源的充电情况，可自适应地在需要充电时对移动电源的电芯进行充电，在充电完成时停止充电，防止由于过充而损坏移动电源的电芯。

另外，所述移动电源在充电过程中，所述控制电路禁止开启所述升压电路。即在充电电路工作时，控制电路不接受升压请求，升压电路不能同时工作，以保证移动电源的电芯能稳定工作。

另外，在所述移动电源的充电过程或者升压过程中，所述控制芯片根据所述移动电源所处的工作状态，控制外部发光二极管LED闪烁提示所述移动电源的工作状态；此外，控制电路可以根据外部操作控制发光二极管LED显示电芯电量。其中，所述工作状态包含所述充电状态、所述升压状态。

控制芯片能根据移动电源所处的工作状态进行不同状态的状态灯显示，并且可以根据外部操作控制发光二极管LED显示电芯电量及其它显示功能，给用户更直观的感受。

另外，在所述移动电源的工作过程中，由所述控制电路监测电路的温度；

如果监测到电路温度高于预先设置的过温保护门限温度，则关闭所述控制芯片中除所述控制电路中用于温度监测的电路以外的所有电路，进行温度保护，当电路温度降至所述过温保护门限温度以下，所述移动电源回到待机状态。

通过上述方式，控制芯片可以对芯片的温度进行监测，实现温度保护功能，使控制芯片不会因在高温下工作而损坏控制芯片。

附图说明

图1是现有技术中移动电源及其外围控制电路结构示意图；

图2是根据本实用新型的一较佳实施方式的移动电源的控制芯片的结构示意图；

图3是根据本实用新型的一实施方式的移动电源的控制芯片的工作状态转换图；

图4是本实用新型的一实施方式的移动电源的控制芯片的待机状态和升压状态到充电状态的工作流程图；

图5是本实用新型的一实施方式的移动电源的控制芯片的待机状态到升压状态的工作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的一较佳实施方式涉及一种移动电源的控制芯片，具体结构如图2所示，包含：用于监测移动电源的外部接入情况及充放电情况的控制电路、用于对移动电源的电芯进行充电的充电电路、用于为外部电子设备提供直流电压输出的升压电路和用于控制外部发光二极管LED闪烁提示移动电源的工作状态和显示移动电源的电芯电量的显示电路；设有与外部电源连接的输入端Vin、与移动电源的电芯连接的输入输出端Vbattery、与外部电子设备连接的输出端Vout；与外部电源连接的输入端Vin分别与控制电路和充电电路电连接；与移动电源的电芯连接的输入输出端Vbattery与充电电路电连接；与外部电子设备连接的输出端Vout与升压电路电连接；控制电路分别与充电电路、升压电路和显示电路电连接。

其中，控制电路是整个芯片的主控单元，可以依据监测到的外部接入情况及充放电情况，设定芯片工作状态，同时对芯片状态进行监测，包括负载检测自动停机，过压保护，过流保护，温度保护等功能。充电电路，在满足充电条件时，采用恒定电流/恒定电压的方式对移动电源的电芯进行充电。升压电路，在满足升压输出条件时，采用同步升压方式，提供连续直流电压输出。显示电路，在芯片工作过程中控制外部LED闪烁提示芯片工作状态和显示移动电源的电芯电量。根据外接设备不同显示电路可以提供手电筒功能、呼吸灯功能、跑马灯功能、七彩灯功能等不同显示方案。

具体地说，控制电路在监测到的外部接入情况及充放电情况满足预设的第一条件时，启动充电电路；在监测到的外部接入情况及充放电情况满足预设的第二条件时，启动升压电路；在监测到的外部接入情况及充放电情况不满足第一条件或者第二条件时，关闭充电电路和升压电路；其中，第一条件为有充电器接入移动电源与外部电源连接的输入端，且输入端的充电电压大于预先设置的充电门限电压，且输入端的充电电压大于移动电源电芯电压；第二条件为有电子设备接入移动电源与外部电子设备连接的输出端或者特定的外部按键被触发，且移动电源的电芯电压大于预先设置的升压门限电压。

此外，移动电源及其控制芯片存在三种工作状态：充电状态、升压状态和待机状态，其工作状态之间的转换如图3所示，图4为待机状态和升压状态到充电状态的工作流程图，图5为待机状态到升压状态的工作流程图，以下结合图3至图5说明控制芯片的工作过程。

处于待机状态下，充电电路、升压电路和显示电路不工作，只有控制电路工作。控制电路内部电压、电流和温度监测器监测充电条件(即第一条件)、升压条件(即第二条件)及电路温度，若无以上状况出现，即不满足充电条件或者升压条件，或者电路温度没有高于预先设置的过温保护门限温度，移动电源及控制芯片保持待机状态，电路有极小的功耗。

充电条件指控制电路的电压监测器监测到Vin端有充电器接入，且Vin端充电器的充电电压高于充电门限电压，且Vin端充电器的充电电压高于移动电源的电芯电压。监测到满足充电条件后，移动电源及其控制芯片进入充电状态，控制电路启动充电电路；否则，保持待机状态。

移动电源在充电过程中，即移动电源及控制芯片处于充电状态下，控制电路内部电压、电流和温度监测器监测过压、过流等充电异常状况，此处的过流指的是充电电流高于预先设置的充电门限电流，过压指的是输入端的充电电压高于预先设置的最高充电门限电压。在监测到充电异常状况时，控制电路触发充电电路中止充电，当充电异常状况解除后，充电电路恢复充电。在监测到电芯电压达到充电完成门限电压，控制电路触发充电电路停止充电，而当电芯电压降至再充电门限电压以下时，自动再次启动充电电路对移动电源的电芯进行充电。当移除Vin端充电器或监测到充电器的充电电压不满足充电条件时，控制电路触发充电电路停止充电，电路回到待机状态。处于充电状态下，控制电路禁止开启升压电路，即在充电电路工作时升压电路不能同时工作。

升压条件指控制电路内部监测器监测到与外部电子设备连接的输出端有电子设备接入或者特定的外部按键被触发，且电芯电压高于最低升压门限电压。监测到满足升压条件后，移动电源及控制芯片进入升压状态，控制电路启动升压电路。否则，保持待机状态。

值得注意的是，控制电路可以在监测到有电子设备接入移动电源与外部电子设备连接的输出端，且移动电源的电芯电压大于预先设置的升压门限电压时，启动升压电路。但为了使移动电源更稳定的工作，进一步保证移动电源的安全性，可以通过触发外部按键升压过程，也就是说，控制芯片设有一个管脚，与外部按键相连接；控制电路在监测到此外部按键被触发，且移动电源的电芯电压大于预先设置的升压门限电压时，启动升压电路，即通过触发外部按键控制移动电源放电，如果有电子设备连接在移动电源与外部电子设备连接的输出端，则为电子设备提供直流电压输出；如果移动电源与外部电子设备连接的输出端没有连接电子设备，则控制电路检测到负载过轻的异常状况，会自动关闭升压电路。

移动电源在升压过程中，即移动电源及控制芯片处于升压状态下，控制电路内部监测器监测充电条件、过压过流过温等升压异常状况及负载过轻状况。若控制电路内部监测器监测到满足充电条件时，控制电路控制移动电源退出升压状态，进入充电状态。若监测到过压、过流等升压异常状况时，控制电路关闭升压电路，移动电源及控制芯片回到待机状态，再次升压需要重新判断升压条件；此处的过压指的是升压电压高于预先设置的升压门限电压，过流指的是升压电流高于预先设置的升压门限电流。若监测到负载过轻状况，负载过轻状况指的是负载电流低于预先设置的最小负载电流，控制电路关闭升压电路，移动电源及控制芯片回到待机状态，即移动电源通过监测负载电流，实现系统对负载状况的检测，使移动电源具有当负载撤除后自动停机功能。若监测到电芯电压等于或低于最低升压门限电压，控制电路关闭升压电路，移动电源及控制芯片回到待机状态，即电芯电量过低不能进行升压。

此外，值得注意的是，在移动电源的工作过程中，包含待机状态、充电状态和升压状态，若监测到电路温度高于预先设置的过温保护门限温度，为防止温度过高而损坏芯片，控制电路关闭控制芯片中除温度监测器外的所有电路，尽可能减小功耗以降低温度，达到保护电路的目的，当温度降至过温保护门限温度以下后，控制电路控制移动电源和控制芯片重新进入待机状态。

此外，控制芯片除了包含显示电路，还设有至少一个与外部发光二极管连接的输出端；显示电路分别与控制电路、充电电路和升压电路电连接；显示电路与外部发光二极管连接的输出端连接。移动电源在充电过程和升压过程中，即移动电源及控制芯片处于充电状态和升压状态下，触发显示电路控制外部发光二极管LED闪烁提示移动电源的工作状态；其中，工作状态包含充电状态、升压状态。此外，显示电路可以对移动电源的电芯电量状态进行多档显示。此外，显示电路可以实现具有常量，闪烁，关闭三种模式，及亮度调节的手电功能。此外，显示电路可以根据外部设备不同实现一些特殊的显示效果，比如，呼吸灯、跑马灯、七彩灯等显示效果。

此外，值得一提的是，在本实施方式中，将充电和升压电路所需要的MOS开关全部集成在控制芯片内部；充电电路可以通过外部电阻设定最大充电电流；升压电路采用同步升压结构，其效率最高可达95％。

此外，本领域技术人员可以理解，本实施方式的目的在于提供一种高集成度的移动电源控制芯片，旨在解决现有分立芯片造成的集成度低，可靠性差，面积大，成本高，对集成电路制造工艺要求高的问题。其核心思想在于，针对目前移动电源内部充放电及控制电路为分立芯片的情况，设计一种集成充放电及控制功能的电路，只需要极少的外部器件即可以实现移动电源的功能。其中最核心的是集成的思想，即需要设计完美的控制电路，能够根据电路外部的接入情况及充放电的反馈信息控制整个电路的工作状态，及显示相应状态。本实施方式的特点是集成度高，电路结构清晰合理，芯片面积小，对集成电路制造工艺要求低，成本低。因此，充电电路、升压电路的原理与分立芯片时的原理类似，控制电路具有更多也更合理的对充放电的控制和选择单元，使充放电功能可以集成在一起，显示电路具有更多功能的选择。在实际设计中，高集成度的芯片内集成了组成上述各电路及其实现相互间电连接的元器件，如图2所示，最大限度地简化了外围电路，其外围除电感和一个前向肖特基二极管外，只需要电阻，电容和LED，不需要针对不同的应用调节各部分电路的指标，有利于设计应用和扩展。

与现有技术相比，本实施方式对移动电源的充电、升压、控制、显示在一个芯片内完成，最大限度的简化了外围电路，解决了现有的采用分立芯片实现移动电源的产品功能造成的集成度低、可靠性差、面积大、成本高等问题，最大限度减小PCB面积，简化PCB布线，降低系统成本。

本领域的普通技术人员可以理解，上述实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.一种移动电源的控制芯片，其特征在于，包含：用于监测所述移动电源的外部接入情况及充放电情况的控制电路、用于对所述移动电源的电芯进行充电的充电电路、用于为外部电子设备提供直流电压输出的升压电路；

所述控制芯片设有与外部电源连接的输入端、与所述移动电源的电芯连接的输入输出端、与外部电子设备连接的输出端；

所述与外部电源连接的输入端分别与所述控制电路和所述充电电路电连接；所述与所述移动电源的电芯连接的输入输出端与所述充电电路电连接；所述与外部电子设备连接的输出端与所述升压电路电连接；所述控制电路分别与所述充电电路和所述升压电路电连接；

所述控制电路在监测到的外部接入情况及充放电情况满足预设的第一条件时，启动所述充电电路；在监测到的外部接入情况及充放电情况满足预设的第二条件时，启动所述升压电路；在监测到的外部接入情况及充放电情况不满足所述第一条件或者第二条件时，关闭所述充电电路和升压电路；

其中，所述第一条件为有充电器接入所述移动电源与外部电源连接的输入端，且所述输入端的充电电压大于预先设置的充电门限电压，且所述输入端的充电电压大于所述移动电源电芯电压；所述第二条件为有电子设备接入所述移动电源与外部电子设备连接的输出端或者特定的外部按键被触发，且所述移动电源的电芯电压大于预先设置的升压门限电压；所述外部按键与所述移动电源的控制芯片的一个管脚相连接。

2.根据权利要求1所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，在所述移动电源的充电过程中，所述控制电路监测到连接在所述移动电源与外部电源连接的输入端的充电器被移除，或者所述输入端的充电电压小于或者等于预先设置的充电门限电压时，或者所述输入端的充电电压小于或者等于所述移动电源电芯电压，所述控制电路关闭所述充电电路。

3.根据权利要求1所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，在所述移动电源的升压过程中，所述控制电路监测到所述移动电源的电芯电压小于或者等于预先设置的升压门限电压，或者，监测到升压过压或者升压过流状况时，所述控制电路关闭所述升压电路；

其中所述升压过压状况是升压电压高于预先设置的升压门限电压的状况；所述升压过流状况是升压电流高于预先设置的升压门限电流的状况。

4.根据权利要求1所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，在所述移动电源的升压过程中，所述控制电路监测到负载过轻状况时，所述控制电路关闭所述升压电路；

其中，所述负载过轻状况是负载电流低于预先设置的最小负载电流的状况。

5.根据权利要求1所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，在所述移动电源的充电过程中，所述控制电路监测到充电过压或者充电过流状况时，触发所述充电电路中止充电，直到所述充电过压或者充电过流状况消失后，启动所述充电电路继续充电；

其中，所述充电过流状况是充电电流高于预先设定的充电门限电流的状况；所述充电过压状况是所述输入端的充电电压高于预先设置的最高充电门限电压的状况。

6.根据权利要求1所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，在所述移动电源的充电过程中，所述控制电路监测到所述移动电源的电芯电压到达充电完成门限电压时，触发所述充电电路停止充电，当所述移动电源的电芯电压降至所述预先设置的再充电门限电压以下时，自动再次启动所述充电电路对所述移动电源的电芯进行充电。

7.根据权利要求1所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，所述控制芯片还包含显示电路，设有至少一个与外部发光二极管连接的输出端；

所述显示电路分别与所述控制电路、所述充电电路和所述升压电路连接；所述显示电路与所述与外部发光二极管连接的输出端连接；

所述控制电路在所述移动电源的充电过程或者升压过程中，根据所述移动电源所处的工作状态，触发所述显示电路控制外部发光二极管LED闪烁提示所述移动电源的工作状态；

其中，所述工作状态包含所述充电状态、所述升压状态。

8.根据权利要求7所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，所述控制电路在所述移动电源的工作过程中，根据外部操作触发所述显示电路控制发光二极管LED显示所述移动电源的电芯电量。

9.根据权利要求1至8任一项所述的移动电源的控制芯片，其特征在于，所述控制电路还包含温度监测器；

在所述移动电源的工作过程中，由所述温度监测器监测电路的温度；

在所述温度监测器监测到电路温度高于预先设置的过温保护门限温度时，所述控制电路关闭所述控制芯片中除所述温度监测器以外的所有电路，进行温度保护，当电路温度降至所述过温保护门限温度以下，所述移动电源回到待机状态。

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