CN205051572U - 电源充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电源充电电路，包括：限流电阻，其第一端连接输入电压正端；输出电容，其第一端连接所述限流电阻的第二端，其第二端连接输入电压负端并接地，所述输入电压正端和输入电压负端之间的电压为输入电压，所述输出电容两端的电压为输出电压；限流输出电路，与所述限流电阻并联，其输入端连接所述输入电压正端，其输出端连接所述输出电容的第一端并输出限流电流。本实用新型既能够避免电源在充电过程中的过流风险，又可以在完成充电后提供足够的负载电流。

Description

电源充电电路

技术领域

本实用新型涉及电源充电技术，尤其涉及一种电源充电电路。

背景技术

开关电源等各种类型的电源在工作时，都要先对电源输出端口的输出电容进行充电，充电完成后，再对输出端口的负载进行供电。在电源充电时，为了防止充电电流过大而对输出电容等元件造成损坏，一般都采用限流电阻对充电电流进行限流。

参考图1，图1示出了现有技术中一种电源充电电路100的电路结构示意图。该电源充电电路100包括一限流电阻R0和一输出电容C0，该电源充电电路用于向负载提供负载电流Iload。

开始充电时，输入电压VIN通过限流电阻R0对输出电容C0进行充电，并由限流电阻R0限制充电电流的大小，使得输出电压VOUT从0V增大到接近输入电压VIN；完成充电后，输入电压VIN又通过限流电阻R0为负载提供负载电流Iload，限流电阻R0也将限制负载电流Iload的大小。

利用限流电阻R0对输出电容C0的充电电流进行限制，存在充电时的过流风险和充电后的供电能力之间的矛盾。如果限流电阻R0的电阻值过大，那么充电时的电流将变小，不存在过流的风险，但是充电后，用于向负载供电的负载电流Iload也受到限制而变小；如果限流电阻R0的电阻值过小，那么充电时的电流变大了，充电后供电的负载电流Iload也变大了，但是，由于充电电流变大，存在过流的风险。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种电源充电电路，既能够避免电源在充电过程中的过流风险，又可以在完成充电后提供足够的负载电流。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电源充电电路，包括：

限流电阻，其第一端连接输入电压正端；

输出电容，其第一端连接所述限流电阻的第二端，其第二端连接输入电压负端并接地，所述输入电压正端和输入电压负端之间的电压为输入电压，所述输出电容两端的电压为输出电压；

限流输出电路，与所述限流电阻并联，其输入端连接所述输入电压正端，其输出端连接所述输出电容的第一端并输出限流电流。

根据本实用新型的一个实施例，所述限流输出电路包括：

内部电源电压生成电路，接收所述输出电压并将其转换为内部电源电压；

偏置电流生成电路，将所述内部电源电压转换为第一偏置电流；

第一电流镜，对所述第一偏置电流进行镜像以得到第二偏置电流；

第二电流镜，对所述第二偏置电流进行镜像以得到所述限制电流。

根据本实用新型的一个实施例，所述内部电源电压生成电路包括：

第四电阻，其第一端接收所述输出电压；

第一钳位二极管，其阴极连接所述第四电阻的第二端，其阳极接地；

第四MOS晶体管，其漏极接收所述输出电压，其栅极连接所述第四电阻的第二端，其源极输出所述内部电源电压。

根据本实用新型的一个实施例，所述偏置电流生成电路包括：第五电阻，其第一端接收所述内部电源电压，其第二端输出所述第一偏置电流。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二电流镜包括：

第二十一MOS晶体管，其源极连接所述限流输出电路的输入端，其漏极接收所述第二偏置电流，其栅极连接所述第二十一MOS晶体管的漏极；

第二十二MOS晶体管，其源极连接所述限流输出电路的输入端，其漏极连接所述限流输出电路的输出端，其栅极连接所述第二十一MOS晶体管的栅极，流经所述第二十二MOS晶体管的电流为所述限流电流。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二电流镜还包括：第二钳位二极管，其阴极连接所述限流输出电路的输入端，其阳极连接所述第二十二MOS晶体管的栅极。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一电流镜包括：

第五MOS晶体管，其源极接地，其漏极接收所述第一偏置电流，其栅极连接所述第五MOS晶体管的漏极；

第十九MOS晶体管，其源极接地，其漏极输出所述第二偏置电流，其栅极连接所述第五MOS晶体管的栅极。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型实施例的电源充电电路增加了与限流电阻并联的限流输出电路，该限流控制电路提供额外的限流电流，可以在充电完成之前提供较小的限流电流，使得流向输出电容的充电电流不会过大，有利于避免过流风险；而在充电完成之后，限流电流的电流值较大，从而能够提供足够大的负载电流。本实用新型实施例的电源充电电路能够解决现有技术中充电时的过流风险与充电后的供电能力之间的矛盾。

附图说明

图1是现有技术中一种电源充电电路的电路结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的电源充电电路的电路结构框图；

图3是根据本实用新型实施例的电源充电电路中的限流控制电路的详细电路结构图；

图4是图3所示电源充电电路的工作信号波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

第一实施例

参考图2，图2示出了本实施例的电源充电电路200的电路结构示意图。该电源充电电路200包括限流电阻R0、限流输出电路201以及输出电容C0，该电源充电电路200用于向负载提供负载电流Iload。

其中，限流电阻R0的第一端连接输入电压正端；输出电容C0的第一端连接限流电阻R0的第二端，输出电容C0的第二端连接输入电压负端并接地，输入电压正端和输入电压负端之间的电压为输入电压VIN，输出电容C0两端的电压为输出电压VOUT；限流输出电路201的输入端连接所述输入电压正端，其输出端连接输出电容C0的第一端。

限流电阻R0对流经该限流电阻R0的电流进行限制。限流控制电路201用于提供限制电流IOUT。

更具体而言，限流输出电路204在充电时产生的限流电流用于对输出电容C0充电，作为充电电流的一部分，此时的限流电流较小；限流输出电路204在完成充电后产生的限流电流用于向负载供电，作为负载电流Iload的一部分，此时的限流电流较大。“充电完成”通常指的是输出电容C0两端的输出电压VOUT上升至与输入电压VIN相等。

参考图3，图3示出了本实施例的限流输出电路201的具体电路结构示意图。该限流输出电路201主要包括：内部电源电压生成电路2023、偏置电流生成电路2024、第一电流镜2025、第二电流镜2026以及电阻R7。

其中，内部电源电压生成电路2023将输出电压VOUT转换为内部电源电压LVDD。该内部电源电压生成电路2023可以包括：电阻R4，其第一端接收输出电压VOUT；钳位二极管D1，其阴极连接电阻R4的第二端，其阳极接地；MOS晶体管M4，其漏极接收输出电压，其栅极连接电阻R4的第二端，其源极输出该内部电源电压LVDD。

偏置电流生成电路2024将内部电源电压LVDD转换为第一偏置电流IB1。偏置电流生成电路2024可以包括电阻R5，电阻R5的第一端连接MOS晶体管M4的源极，内部电源电压LVDD经由电阻R5产生第一偏置电流IB1，该第一偏置电流IB1通过电阻R5的第二端输出。

第一电流镜2025包括MOS晶体管M5和MOS晶体管M19。MOS晶体管M5的源极接地，漏极接收第一偏置电流IB1，栅极连接MOS晶体管M5的漏极。MOS晶体管M19的源极接地，漏极输出第二偏置电流IB2，栅极连接MOS晶体管M5的栅极。

第二电流镜2026对第二偏置电流IB2进行镜像以得到限制电流IOUT。作为一个非限制性的例子，第二电流镜2026可以经由电阻R7与第一电流镜2025连接以接收第二偏置电流IB2。

第二电流镜2026可以包括：MOS晶体管(例如PMOS晶体管)M21，其源极连接限流输出电路201的输入端，其漏极接收第二偏置电流IB2，其栅极连接MOS晶体管M21的漏极；MOS晶体管M22，其源极连接限流输出电路201的输入端，其漏极连接限流输出电路的输出端，其栅极连接MOS晶体管M21的栅极，流经MOS晶体管M22的电流即为限流电流IOUT；钳位二极管D2，其阴极连接限流输出电路201的输入端，其阳极连接MOS晶体管M22的栅极。

结合图2和图3，从限流输出电路201的输入端流到限流输出电路201的输出端的限流电流IOUT由偏置电流IB2通过第二电流镜2026镜像得到，该限流电流IOUT与流过限流电阻R0的电流一起作为输出电容C0的充电电流。钳位二极管D2对MOS晶体管M22的栅源电压进行钳位保护。

参考图4，图4示出了图3所示电源充电电路的工作信号波形示意图。图4中包括的信号有：输入电压VIN、输出电压VOUT、内部电源电压LVDD、第一偏置电流IB1、第二偏置电流IB2以及限流电流IOUT。

结合图2、图3和图4，本实施例的包含限流控制的电源充电电路的工作原理简述如下：

初始时，输出电压VOUT为0，MOS晶体管M4关断，内部电源电压LVDD也为0，则第一偏置电流IB1为0，使得第二偏置电流IB2和限流电流IOUT也都为0，那么输出电容C0的充电电流就只有流过限流电阻R0的电流，由于限流电阻R0的电阻值较大，所以此时的充电电流较小，输出电容C0两端的输出电压VOUT缓慢上升；

以上是第一阶段，即输出电容C0的开始充电过程。

当输出电压VOUT上升至MOS晶体管M4的开启电压(或者称为比较点)V1时，MOS晶体管M4导通，内部电源电压LVDD开始增大，且随着输出电压VOUT的上升而上升，内部电源电压LVDD的增大使得第一偏置电流IB1、第二偏置电流IB2和限流电流IOUT也开始增大，那么输出电容C0的充电电流也随之增大，使得输出电压VOUT开始加快上升。限流电流IOUT与流过限流电阻R0的电流一并作为输出电容C0的充电电流；

当输出电压VOUT上升到钳位二极管D1的钳位电压时，内部电源电压LVDD也就达到钳位电压LVDDclamp，则第一偏置电流IB1、第二偏置电流IB2和限流电流IOUT也分别达到各自的限流值IB1limit、IB2limit和IOUTlimit，此时输出电容C0的充电电流也达到最大限流值(即流过限流电阻R0的电流与限流值IOUTlimit之和)，输出电压VOUT在这一阶段按照最快速度上升，也是固定速度上升；

以上是第二阶段，即输出电容C0的加快充电过程。需要说明的是，如果在限流电流IOUT上升至限流值IOUTlimit之前，已经完成充电，就直接进入第三阶段；如果在限流电流IOUT上升至限流值IOUTlimit之后，还未完成充电，那限流电流IOUT保持限流值IOUTlimit继续充电，直到完成充电后进入第三阶段。

当输出电压VOUT逐步上升跟输入电压VIN一致时，内部电源LVDD维持箝位电压LVDDclamp。由于输出电容C0的充电电流逐步减小到0，即完成充电，则限流电流IOUT与流过限流电阻R0的电流全都转为负载电流Iload，此时的限流电流IOUT仍然较大，可以满足负载的要求；以上是第三阶段，即输出电容C0的完成充电过程，流过限流电阻R0的电流和限流电流IOUT共同为负载提供负载电流Iload。

需要说明的是，虽然图3所示的实施例给出了各个电流镜的具体电路，但是本领域技术人员应当理解，电流镜的实现方式不限于此，还可以是现有技术中任何适当的实现形式。另外，虽然图3所示的实施例中利用标准图示给出了各个MOS晶体管的具体类型(PMOS晶体管和NMOS晶体管)，然则本领域技术人员应当理解，这些MOS晶体管的类型可以根据实际需要进行更换，只需要相应地对其控制信号进行逻辑高、低电平的切换即可实现类似的功能，因此各个MOS晶体管的具体类型不限于图3中所示。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，只是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同的变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电源充电电路，包括：

限流电阻，其第一端连接输入电压正端；

输出电容，其第一端连接所述限流电阻的第二端，其第二端连接输入电压负端并接地，所述输入电压正端和输入电压负端之间的电压为输入电压，所述输出电容两端的电压为输出电压；

其特征在于，还包括：

限流输出电路，与所述限流电阻并联，其输入端连接所述输入电压正端，其输出端连接所述输出电容的第一端并输出限流电流。

2.根据权利要求1所述的电源充电电路，其特征在于，所述限流输出电路包括：

内部电源电压生成电路，接收所述输出电压并将其转换为内部电源电压；

偏置电流生成电路，将所述内部电源电压转换为第一偏置电流；

第一电流镜，对所述第一偏置电流进行镜像以得到第二偏置电流；

第二电流镜，对所述第二偏置电流进行镜像以得到所述限制电流。

3.根据权利要求2所述的电源充电电路，其特征在于，所述内部电源电压生成电路包括：

第四电阻，其第一端接收所述输出电压；

第一钳位二极管，其阴极连接所述第四电阻的第二端，其阳极接地；

第四MOS晶体管，其漏极接收所述输出电压，其栅极连接所述第四电阻的第二端，其源极输出所述内部电源电压。

4.根据权利要求2所述的电源充电电路，其特征在于，所述偏置电流生成电路包括：

第五电阻，其第一端接收所述内部电源电压，其第二端输出所述第一偏置电流。

5.根据权利要求2所述的电源充电电路，其特征在于，所述第二电流镜包括：

第二十一MOS晶体管，其源极连接所述限流输出电路的输入端，其漏极接收所述第二偏置电流，其栅极连接所述第二十一MOS晶体管的漏极；

第二十二MOS晶体管，其源极连接所述限流输出电路的输入端，其漏极连接所述限流输出电路的输出端，其栅极连接所述第二十一MOS晶体管的栅极，流经所述第二十二MOS晶体管的电流为所述限流电流。

6.根据权利要求5所述的电源充电电路，其特征在于，所述第二电流镜还包括：

第二钳位二极管，其阴极连接所述限流输出电路的输入端，其阳极连接所述第二十二MOS晶体管的栅极。

7.根据权利要求2所述的电源充电电路，其特征在于，所述第一电流镜包括：

第五MOS晶体管，其源极接地，其漏极接收所述第一偏置电流，其栅极连接所述第五MOS晶体管的漏极；

第十九MOS晶体管，其源极接地，其漏极输出所述第二偏置电流，其栅极连接所述第五MOS晶体管的栅极。