CN205355857U - 一种基于多电压变换的保护电路及多电压快充芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于集成电路领域，提供了一基于多电压变换的保护电路及多电压快充芯片，该保护电路包括：电容C1、电容C2和电阻R3；电容C1的一端为保护电路的输入端，电容C1的另一端接地，电容C1的一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端为保护电路3的输出端通过电容C2接地。本实用新型实施例通过保护电路对选通后输出的电压VREF0在电压阶跃变化时进行平滑处理，实现对参考电压的平滑切换，保护负载器件，并通过电流镜单元和速度控制单元提高电压变换速度，实现快速充电过程中电压的快速连续变化，保护电池，并进一步地通过充放电电流控制单元调节充放电电流大小，从而控制充电电压的变化快慢。

Description

一种基于多电压变换的保护电路及多电压快充芯片

技术领域

本实用新型属于集成电路领域，尤其涉及一种基于多电压变换的保护电路及多电压快充芯片。

背景技术

目前为了提高用户体验，越来越多的电子产品采用快速充电，以大幅减少充电时间，现有快速充电一般通过检测负载的电量，来选择相应的参考电压进行充电，在低电量的时候通过大电压实现快速充电，在接近充满电量的时候改为小电压进行充电，然而，目前的多电压快速充电芯片在对充电电压变换时，并没有针对电压变化而在芯片中做相应的保护方案，现有多电压快速充电芯片的输出电压参见图1，可以看出在多电压输出时，电压变化剧烈，容易对负载造成损伤、减小负载使用寿命。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种基于多电压变换的保护电路，旨在解决现有多电压快速充电芯片中由于缺少保护电路导致输出电压变化剧烈，对负载造成损伤的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种基于多电压变换的保护电路，所述保护电路的输入端与电压选通电路连接，所述保护电路的输出端与电源变换电路连接，所述保护电路包括：

电容C1、电容C2和电阻R3；

所述电容C1的一端为所述保护电路的输入端，所述电容C1的另一端接地，所述电容C1的一端还与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端为所述保护电路3的输出端通过所述电容C2接地。

进一步地，所述保护电路包括：

平滑输出电压变化阶跃的平滑单元，所述平滑单元的输入端为所述保护电路的输入端；

控制输出电压变化的电流镜单元，所述电流镜单元的输出端为所述保护电路的输出端与所述平滑单元的输出端连接；

控制输出电压跟随输入电压的变化速度的速度控制单元，所述速度控制单元的第一输入端与所述平滑单元的输入端连接，所述速度控制单元的第二输入端与所述平滑单元的输出端连接，所述速度控制单元的第一输出端与所述电流镜单元的第一控制端连接，所述速度控制单元的第二输出端与所述电流镜单元的第二控制端连接。

更进一步地，所述平滑单元包括：

电阻R13、电容C11、电容C12及开关K1；

所述电容C11的一端为所述平滑单元的输入端与所述开关K1的一端连接，所述电容C11的另一端接地，所述开关K1的另一端与所述电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端为所述平滑单元的输出端通过所述电容C12接地。

更进一步地，所述电流镜单元包括：

第一电流源、第二电流源、开关K2及开关K3；

所述第一电流源的输入端连接电源电压，所述第一电流源的输出端与所述开关K3的一端连接，所述开关K3的另一端为所述电流镜单元的输出端与所述开关K2的一端连接，所述开关K3的控制端为所述电流镜单元的第一控制端，所述开关K2的另一端与所述第二电流源的输入端连接，所述第二电流源的输出端接地，所述开关K2的控制端为所述电流镜单元的第二控制端。

更进一步地，所述速度控制单元包括：

第一比较器和反相器；

所述第一比较器的反向输入端为所述速度控制单元的第一输入端，所述第一比较器的正向输入端为所述速度控制单元的第二输入端，所述第一比较器的输出端为所述速度控制单元的第一输出端与所述反相器的输入端连接，所述反相器的输出端为所述速度控制单元的第二输出端。

更进一步地，所述电流镜单元包括多组电流镜模块，每组电流镜模块的输出端连接，同时为所述电流镜单元的输出端，每组电流镜模块的第一控制端连接，同时为所述电流镜单元的第一控制端，每组电流镜模块的第二控制端连接，同时为所述电流镜单元的第二控制端；

所述电流镜模块包括：

第一电流源、第二电流源、开关K2及开关K3；

所述第一电流源的输入端连接电源电压，所述第一电流源的输出端与所述开关K3的一端连接，所述开关K3的另一端为所述电流镜模块的输出端与所述开关K2的一端连接，所述开关K3的控制端为所述电流镜模块的第一控制端，所述开关K2的另一端与所述第二电流源的输入端连接，所述第二电流源的输出端接地，所述开关K2的控制端为所述电流镜模块的第二控制端。

更进一步地，所述速度控制单元包括：

第二比较器和开关控制电路；

所述第二比较器的反向输入端为所述速度控制单元的第一输入端，所述第二比较器的正向输入端为所述速度控制单元的第二输入端，所述第二比较器的输出端与所述开关控制电路的输入端连接，所述开关控制电路的第一输出端为所述速度控制单元的第一输出端，所述开关控制电路的第二输出端为所述速度控制单元的第二输出端。

更进一步地，所述保护电路还包括：

充放电电流控制单元，所述充放电电流控制单元的输入端与所述平滑单元的输出端连接，所述充放电电流控制单元的控制端与所述开关控制电路的第三输出端连接。

更进一步地，所述充放电电流控制单元包括：

多个电容和多个开关，每一电容对应串接一开关，每一开关的一端同时为所述充放电电流控制单元的输入端，每一开关的另一端分别通过对应的电容接地，每一开关的控制端同时为所述充放电电流控制单元的控制端。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述保护电路的多电压快充芯片。

本实用新型实施例通过保护电路对选通后输出的电压VREF0在电压阶跃变化时进行平滑处理，从而输出连续、平滑变化的输出电压VREF，实现参考电压的平滑切换，从而保护后续负载电路元器件，并通过电流镜单元和速度控制单元提高电压变换时的变换速度，实现快速充电过程中电压的快速连续变化，更好的保护电池，并进一步地通过充放电电流控制单元调节充放电电流大小，从而控制充电电压的变化快慢。

附图说明

图1为现有多电压快充芯片的充电电压变化图；

图2为本实用新型第一实施例提供的基于多电压变换的保护电路的结构图；

图3为本实用新型第二实施例提供的基于多电压变换的保护电路的结构图；

图4为本实用新型第三实施例提供的基于多电压变换的保护电路的示例电路结构图；

图5为本实用新型第四实施例提供的基于多电压变换的保护电路的示例电路结构图；

图6为本实用新型第五实施例提供的基于多电压变换的保护电路的示例电路结构图；

图7为本实用新型实施例提供的基于多电压变换的保护电路输出电压的波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例通过保护电路对选通后输出的电压VREF0在电压阶跃变化时进行平滑处理，实现对参考电压的平滑切换，保护负载器件，并通过电流镜单元和速度控制单元提高电压变换速度，实现快速充电过程中电压的快速连续变化，保护电池，并进一步地通过充放电电流控制单元调节充放电电流大小，从而控制充电电压的变化快慢。

图2示出了本实用新型第一实施例提供的基于多电压变换的保护电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

在本实用新型实施例中，该保护电路应用于多电压快充芯片中，具体针对多电压快充芯片中的充电电压变换电路，充电电压变换电路通过改变电压变换器的输出电压达到快速充电的目的，充电电压变换电路一般包括参考电压阵列1、电压选通电路2、电源变换电路4以及本实施例提出的保护电路3，参考电压阵列1用于提供多组参考电压VREF1、VREF2…VREFn，电压选通电路2对多组参考电压VREF1、VREF2…VREFn进行选通后输出电压VREF0，该电压选通电路2一端与参考电压阵列1连接，另一端与本实用新型实施例提出的保护电路3连接，该电压选通电路2可以通过开关阵列S1、S2…Sn来实现，可以通过开关信号控制开关阵列S1、S2…Sn的控制端，从而实现选通控制。

作为本实用新型一实施例，基于多电压变换的保护电路3用于对选通后输出的电压VREF0在电压阶跃变化时进行平滑处理，输出平滑变化的输出电压VREF，该保护电路3包括：

电容C1、电容C2和电阻R3；

电容C1的一端为保护电路3的输入端与电压选通电路2连接，电容C1的另一端接地，电容C1的一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端通过电容C2接地，电阻R3的另一端为保护电路3的输出端通过电源变换电路4与负载连接。

在本实用新型实施例中，电阻R3和电容C2构成RC滤波电路，对电压VREF0的变换进行缓慢变化，从而减小选通变换时的电压阶跃变化，输出电压VREF的波形图参见图7，由于充电电压变换电路的输出电压Vout正比于VREF，也为缓慢变化，因此多电压快充芯片可以实现对负载的保护。

本实用新型实施例缓慢变换时间取决与电阻电容的大小，对芯片面积要求较高。

本实用新型实施例通过电压选通电路2对参考电压阵列1的多组参考电压VREF1、VREF2…VREFn进行选通后输出电压VREF0，再通过保护电路3对选通后输出的电压VREF0在电压阶跃变化时进行平滑处理，从而输出连续、平滑变化的输出电压VREF，实现参考电压的平滑切换。由于本实用新型实施例输出的电压VREF0是连续、平滑变换的，因此能够更好的保护后续电路元器件，包括被充电的电池元件。

图3示出了本实用新型第二实施例提供的基于多电压变换的保护电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该基于多电压变换的保护电路3包括：

平滑单元31，用于平滑输出电压变化阶跃，平滑单元31的输入端为保护电路3的输入端；

电流镜单元32，用于通过基准电流控制输出电压的变化，电流镜单元32的输出端为保护电路3的输出端与平滑单元31的输出端连接；

速度控制单元33，用于控制输出电压跟随输入电压的变化速度，速度控制单元33的第一输入端In1与平滑单元31的输入端连接，速度控制单元33的第二输入端In2与平滑单元31的输出端连接，速度控制单元33的第一输出端Out1与电流镜单元32的第一控制端连接，速度控制单元33的第二输出端Out2与电流镜单元32的第二控制端连接。

本实用新型实施例通过电流镜单元32和速度控制单元33可以提高电压变换时的变换速度，从而实现快速充电过程中电压的快速连续变化，更好的保护电池。

以下通过具体示例电路进行说明。

图4示出了本实用新型第三实施例提供的基于多电压变换的保护电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该平滑单元31包括：

电阻R13、电容C11、电容C12及开关K1；

电容C11的一端为平滑单元31的输入端与开关K1的一端连接，电容C11的另一端接地，开关K1的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端为平滑单元31的输出端通过电容C12接地。

该电流镜单元32采用一路电流镜实现，包括：

第一电流源I1、第二电流源I2、开关K2及开关K3；

第一电流源I1的输入端连接电源电压，第一电流源I1的输出端与开关K3的一端连接，开关K3的另一端为电流镜单元32的输出端与开关K2的一端连接，开关K3的控制端为电流镜单元32的第一控制端，开关K2的另一端与第二电流源I2的输入端连接，第二电流源I2的输出端接地，开关K2的控制端为电流镜单元32的第二控制端。

该速度控制单元33包括：

第一比较器Com1和反相器NOT1；

第一比较器Com1的反向输入端为速度控制单元33的第一输入端In1，第一比较器Com1的正向输入端为速度控制单元33的第二输入端In2，第一比较器Com1的输出端为速度控制单元33的第一输出端Out1与反相器NOT1的输入端连接，反相器NOT1的输出端为速度控制单元33的第二输出端Out2。

在本实用新型实施例中，通过增加一路电流镜，在快充时电池状态进行变电压快充的时候，首先根据开关阵列切换后输出的电压VREF0与当前保护电路输出电压VREF比较，如果电压VREF0小于电压VREF则对电压VREF放电，直到电压VREF等于VREF0；反之如果电压VREF0大于电压VREF则对电压VREF充电，直到电压VREF等于电压VREF0。

控制开关K1导通可将电压VREF0加到电压VREF上。开关K2和开关K3可以控制电压VREF变化到电压VREF0的速度，从而实现快速充电电压的平滑变化。

图5示出了本实用新型第四实施例提供的基于多电压变换的保护电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该电流镜单元32还可以采用多路电流镜实现，具体为，以图4实施例中的电流镜单元32电路结构为一组电流镜模块321，定义电流镜模块321的输出端为图4实施例中的电流镜单元32的输出端，电流镜模块321的第一控制端为图4实施例中的电流镜单元32的第一控制端，电流镜模块321的第二控制端为图4实施例中的电流镜单元32的第二控制端。

为本实施例的电流镜单元32包括多组电流镜模块321，每组电流镜模块321的输出端连接，同时为本实施例电流镜单元32的输出端，每组电流镜模块321的第一控制端连接，同时为本实施例电流镜单元32的第一控制端，每组电流镜模块321的第二控制端连接，同时为本实施例电流镜单元32的第二控制端。

每路电流镜模块321包括：

第一电流源I1、第二电流源I2、开关K2及开关K3；

第一电流源I1的输入端连接电源电压，第一电流源I1的输出端与开关K3的一端连接，开关K3的另一端为电流镜单元32的输出端与开关K2的一端连接，开关K3的控制端为电流镜单元32的第一控制端，开关K2的另一端与第二电流源I2的输入端连接，第二电流源I2的输出端接地，开关K2的控制端为电流镜单元32的第二控制端。

该速度控制单元33还可以采用第二比较器Com2和开关控制电路331实现；

第二比较器Com2的反向输入端为速度控制单元33的第一输入端In1，第二比较器Com2的正向输入端为速度控制单元33的第二输入端In2，第二比较器Com2的输出端与开关控制电路331的输入端连接，开关控制电路331的第一输出端为速度控制单元33的第一输出端Out1，开关控制电路331的第二输出端为速度控制单元33的第二输出端Out2。

在本实用新型实施例中，通过增加多组电流镜模块321控制充放电电流大小，并根据负载充电电压Vout变化的大小程度对应设置充放电电流大小，从而改变负载充电电压Vout的变化速度。

在本实施例中，开关控制信号1、开关控制信号2均为总线信号，分别独立控制多组电流源，并且这个控制信号组是根据电压VREF与电压VREF0变化的差值△V的大小来决定的。当然也可以自由设置，可以根据电池能够承受的充电电压Vout的变化冲击来智能化设定。

图6示出了本实用新型第五实施例提供的基于多电压变换的保护电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该基于多电压变换的保护电路还可以进一步包括：

充放电电流控制单元34，所述充放电电流控制单元34的输入端与所述平滑单元31的输出端连接，所述充放电电流控制单元34的控制端与开关控制电路331的第三输出端连接。

优选地，充放电电流控制单元34包括：

多个电容C21至电容C2n，和多个开关K21至开关K2n，每一电容对应串接一开关，该每一开关的一端同时为充放电电流控制单元34的输入端，每一开关的另一端分别通过对应的电容接地，每一开关的控制端同时为充放电电流控制单元34的控制端。

在本实用新型实施例中，同时改变电容C21至电容C2n的值，可以进一步调节充放电电流大小，从而根据充电电压Vout变化的大小程度设置充放电电流大小，通过控制电压VREF的变化快慢从而实现控制充电电压Vout的变化快慢。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述快速充电电路的快速充电装置。

本实用新型实施例通过电压选通电路对参考电压阵列的多组参考电压进行选通后输出电压VREF0，再通过保护电路对选通后输出的电压VREF0在电压阶跃变化时进行平滑处理，从而输出连续、平滑变化的输出电压VREF，实现参考电压的平滑切换，从而更好的保护后续负载电路元器件，并通过电流镜单元和速度控制单元提高电压变换时的变换速度，实现快速充电过程中电压的快速连续变化，更好的保护电池，并进一步地通过充放电电流控制单元调节充放电电流大小，从而控制充电电压的变化快慢。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多电压变换的保护电路，其特征在于，所述保护电路的输入端与电压选通电路连接，所述保护电路的输出端与电源变换电路连接，所述保护电路包括：

电容C1、电容C2和电阻R3；

所述电容C1的一端为所述保护电路的输入端，所述电容C1的另一端接地，所述电容C1的一端还与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端为所述保护电路（3）的输出端通过所述电容C2接地。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：

平滑输出电压变化阶跃的平滑单元，所述平滑单元的输入端为所述保护电路的输入端；

控制输出电压变化的电流镜单元，所述电流镜单元的输出端为所述保护电路的输出端与所述平滑单元的输出端连接；

控制输出电压跟随输入电压的变化速度的速度控制单元，所述速度控制单元的第一输入端与所述平滑单元的输入端连接，所述速度控制单元的第二输入端与所述平滑单元的输出端连接，所述速度控制单元的第一输出端与所述电流镜单元的第一控制端连接，所述速度控制单元的第二输出端与所述电流镜单元的第二控制端连接。

3.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述平滑单元包括：

电阻R13、电容C11、电容C12及开关K1；

所述电容C11的一端为所述平滑单元的输入端与所述开关K1的一端连接，所述电容C11的另一端接地，所述开关K1的另一端与所述电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端为所述平滑单元的输出端通过所述电容C12接地。

4.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述电流镜单元包括：

第一电流源、第二电流源、开关K2及开关K3；

所述第一电流源的输入端连接电源电压，所述第一电流源的输出端与所述开关K3的一端连接，所述开关K3的另一端为所述电流镜单元的输出端与所述开关K2的一端连接，所述开关K3的控制端为所述电流镜单元的第一控制端，所述开关K2的另一端与所述第二电流源的输入端连接，所述第二电流源的输出端接地，所述开关K2的控制端为所述电流镜单元的第二控制端。

5.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述速度控制单元包括：

第一比较器和反相器；

所述第一比较器的反向输入端为所述速度控制单元的第一输入端，所述第一比较器的正向输入端为所述速度控制单元的第二输入端，所述第一比较器的输出端为所述速度控制单元的第一输出端与所述反相器的输入端连接，所述反相器的输出端为所述速度控制单元的第二输出端。

6.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述电流镜单元包括多组电流镜模块，每组电流镜模块的输出端连接，同时为所述电流镜单元的输出端，每组电流镜模块的第一控制端连接，同时为所述电流镜单元的第一控制端，每组电流镜模块的第二控制端连接，同时为所述电流镜单元的第二控制端；

所述电流镜模块包括：

第一电流源、第二电流源、开关K2及开关K3；

所述第一电流源的输入端连接电源电压，所述第一电流源的输出端与所述开关K3的一端连接，所述开关K3的另一端为所述电流镜模块的输出端与所述开关K2的一端连接，所述开关K3的控制端为所述电流镜模块的第一控制端，所述开关K2的另一端与所述第二电流源的输入端连接，所述第二电流源的输出端接地，所述开关K2的控制端为所述电流镜模块的第二控制端。

7.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述速度控制单元包括：

第二比较器和开关控制电路；

所述第二比较器的反向输入端为所述速度控制单元的第一输入端，所述第二比较器的正向输入端为所述速度控制单元的第二输入端，所述第二比较器的输出端与所述开关控制电路的输入端连接，所述开关控制电路的第一输出端为所述速度控制单元的第一输出端，所述开关控制电路的第二输出端为所述速度控制单元的第二输出端。

8.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

充放电电流控制单元，所述充放电电流控制单元的输入端与所述平滑单元的输出端连接，所述充放电电流控制单元的控制端与所述开关控制电路的第三输出端连接。

9.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述充放电电流控制单元包括：

多个电容和多个开关，每一电容对应串接一开关，每一开关的一端同时为所述充放电电流控制单元的输入端，每一开关的另一端分别通过对应的电容接地，每一开关的控制端同时为所述充放电电流控制单元的控制端。

10.一种多电压快充芯片，其特征在于，所述多电压快充芯片包括如权利要求1至9任一项所述的保护电路。