CN211579656U - 一种用于高压防电源引脚短路的充电控制电路 - Google Patents
一种用于高压防电源引脚短路的充电控制电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其包括芯片内部电路模块、高压充电模块、与所述高压充电模块电连接的防反灌模块、与所述防反灌模块电连接的系统电源，所述充电控制电路还包括将高压充电模块提供的大电流分为补充充电电流IC1和预充电电流IC2的第一充电开关模块和第二充电开关模块，设定正常充电电压阈值为Vstart，既实现了高压充电模块对系统电源充电不反灌，同时当VCC≤Vstart时，保持电流值较小的预充电电流进行充电，而当VCC＞Vstart时才开始正常充电，在正常充电时，若VCC引脚发生异常时，能有效的防止芯片损坏，在保证充电性能的同时有效解决了系统电源引脚异常带来的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于充电适配器设备领域，特别涉及一种高压升压充电器电池反接保护电路。
背景技术
目前随着500V700V高压JFET的与普通模拟集成电路的兼容，我们已经可以实现把高压启动部分集成到芯片内部。如图1所示，图中虚线框为IC芯片内部，全部集成高压部分。HV JFET为700V 超高压JFET。 D1 为防回流二极管。 VHV引脚的电压为AC 220V经过桥（bridge）堆整流后的半波电压，电压的AC幅度在0~400V 。 VHV通过HV JFET和 D1 完成对VCC引脚充电。VCC引脚可以给外部电路供电，也可以给芯片内部供电。
这样的结构越来越普及，包括常用的ACDC的充电器，适配器系统，高压启动部分都将集成在芯片内部，从而省去了外围的启动电阻，经济可靠而且降低了系统成本。但是在实际应用中，也带来了一个问题。 IC芯片焊接或者其他原因，会出现VCC短路到GND的情况。如果按照目前的高压结构，JFET的source点VS的电压由JFET的夹断电压决定，通话为15V~45V。 当VCC短路到GND， 从VS经由D1到VCC的电流将不受控制。长时间维持这种情况，会造成IC发烫，严重时会造成控制器芯片烧毁。在高压启动结构中，如何解决VCC短路的问题，成为一个难题，也成为一个研发人员必须要解决的工程问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，既实现了高压对系统电源充电不反灌，同时在保证充电性能的同时在系统电源引脚短路时，高压充电模块一直保持小电流对系统电源预充电，能有效的防止芯片损坏。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其包括芯片内部电路模块、高压充电模块、与所述高压充电模块电连接的防反灌模块、与所述防反灌模块电连接的系统电源，所述充电控制电路还包括将高压充电模块提供的大电流分为补充充电电流IC1和预充电电流IC2的第一充电开关模块和第二充电开关模块，设定正常充电电压阈值为Vstart，当系统电源的电压VCC≤Vstart时，所述第一充电开关模块断开，所述第二充电开关模块接通，预充电电流IC2对所述系统电源进行预充电，当所述VCC大于Vstart时，所述充电开关和所述第二充电开关模块同时接通所述补充充电电流和所述预充电电流叠加形成正常充电电流Icharge，IC2=1/30 Icharge～1/5Icharge。
优化的，所述高压充电模块包括高压电源、连接于高压电源上的高压JFET。
优化的，所述防反灌模块包括高压背对背连接的第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管的源极与所述高压充电模块电连接，所述第二NMOS管的源极与所述第一充电开关模块和所述第二充电开关模块电连接。
优化的，所述第二充电开关模块为连接于所述防反灌模块电连接和系统电源之间的第三电阻，所述第一充电开关模块包括与所述防反灌模块电连接的第二电阻，源极与所述第二电阻电连接且漏极与所述系统电源电连接的第一PMOS管。
进一步的，所述充电控制电路还包括用于控制预充电电流和正常充电电流切换的电流切换控制模块。
更进一步的，所述电流切换控制模块包括第一电阻、第四电阻和第五电阻以及第三NMOS管，所述第一电阻连接于所述防反灌模块和所述第二电阻连接的节点和所述第一PMOS管的漏极之间，当第三NMOS管无下拉电流时保持第一PMOS管关闭，所述第四电阻和第五电阻串联构成分压电路，第四电阻分别与所述芯片内部电路模块和第五电阻电连接，所述第五电阻接地，所述第三NMOS管的栅极连接于所述第四电阻和第五电阻之间、源极接地且漏极与所述第一PMOS管的栅极连接。
本实用新型的有益效果在于：既实现了高压充电模块对系统电源充电不反灌，同时当VCC≤Vstart时，保持电流值较小的预充电电流进行充电，而当VCC＞Vstart时才开始正常充电，能有效的防止芯片损坏，在保证充电性能的同时有效解决了系统电源引脚异常带来的问题。
附图说明
附图1为现有用于高压防电源引脚短路的充电控制电路的示意图；
附图2为实施例一中充电电路的结构示意图；
附图3为实施例一或二中VCC的充电曲线图；
附图4为实施例二中充电电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本实用新型作以下详细描述：
实施例一
如图2所示，用于高压防电源引脚短路的充电控制电路其包括芯片内部电路模块、高压充电模块、与所述高压充电模块电连接的防反灌模块、与所述防反灌模块电连接的系统电源、将高压充电模块提供的大电流分为补充充电电流IC1和预充电电流IC2的第一充电开关模块和第二充电开关模块。
设定正常充电电压阈值为Vstart，当系统电源的电压VCC≤Vstart时，所述第一充电开关模块断开，所述第二充电开关模块接通，预充电电流IC2对所述系统电源进行预充电，当所述VCC大于Vstart时，所述充电开关和所述第二充电开关模块同时接通所述补充充电电流和所述预充电电流叠加形成正常充电电流Icharge，IC2=1/30 Icharge～1/5Icharge。
所述高压充电模块包括高压电源VHV、连接于高压电源VHV上的高压JFET。高压充电模块为充电的主要器件，目前的MOS工艺为500V~700V高压器件，夹断电压一般在15V~45V。夹断电压选取根据系统VCC的需求来选择。如VCC需要最高19V，通常选夹断电压为22V的JFET。 JFET的耐压Drain的耐压选择，根据ACDC系统需要选择不同的器件类型，通常为80V~700V。JFET的Gate默认接地。GATE也可以接高于GND的电平，用于提高VCC的工作范围。由于JFET的GATE接GND，在该充电电路中， JFET为常开状态（Always ON）。
所述防反灌模块包括高压背对背连接的第一NMOS管NMOS1和第二NMOS管NMOS2，所述第一NMOS管NMOS1的源极与所述高压充电模块电连接，NMOS1 和NMOS2构成充电开关和防反灌二极管。NMOS1和NMOS2为高压背对背（Back-To-Back）结构。NMOS1和NMOS2连接在一起，由开关信号控制。NMOS1和NMOS2串联作为整个充电电路的开关GATE的为高时，NMOS1和NMOS2打开（Turn ON），VHV开始对VCC进行充电。GATE的为低时，NMOS1和NMOS2同时关闭（Turn OFF），VHV停止对VCC进行充电。NMOS1和NMOS2的GATE信号的ON/OFF状态根据系统要求产生。
所述第二NMOS管NMOS2的源极与所述第一充电开关模块和所述第二充电开关模块电连接。所述第二充电开关模块为连接于所述防反灌模块电连接和系统电源之间的第三电阻R3，所述第一充电开关模块包括与所述防反灌模块电连接的第二电阻R2，源极与所述第二电阻R2电连接且漏极与所述系统电源电连接的第一PMOS管PMOS1。第二电阻R2和第一PMOS管PMOS1构成第一充电开关模块，R3为常闭的第二充电开关模块，这一部分实现对VCC充电电流的分阶段控制。如图2所示，当VCC小于Vstart时，对VCC的充电电流由R3来控制，称之为预充电电流IC2。R3的选择决定预充电电流IC2的大小。当VCC大于Vstart时，对VCC的充电电流由R2和PMOS1的串联来控制，称之为正常充电电流Icharge。R2的选取决定了Icharge的大小。电流输出出于芯片保护的角度考虑，预充电电流的通常选择为正常充电电流的1/10~1/20。如：IC2=1/20*Icharge，当Icharge=10mA， IC2=0.5mA。预充电电流最大值选择要结合封装和芯片散热来考虑。充电电流的最大值也要根据系统要求和JFET的面积的大小来考虑。这两个电流的值决定了VCC的充电速度。如果VCC引脚短路到地，也是就是VCC小于Vstart，对VCC的充电电流一直保持为预充电电流IC2，因为这个IC2控制的很小，芯片不会造成发热或者烧毁。
所述充电控制电路还包括用于控制预充电电流和正常充电电流切换的电流切换控制模块。所述电流切换控制模块包括第一电阻R1、第四电阻R4和第五电阻R5以及第三NMOS管NMOS3，所述第一电阻R1连接于所述防反灌模块和所述第二电阻R2连接的节点和所述第一PMOS管PMOS1的漏极之间，当第三NMOS管NMOS3无下拉电流时保持第一PMOS管PMOS1，所述第四电阻R4和第五电阻R5串联构成分压电路，第四电阻R4分别与所述芯片内部电路模块Internal Circuit和第五电阻R5电连接，所述第五电阻R5接地，所述第三NMOS管NMOS3的栅极连接于所述第四电阻R4和第五电阻R5之间、源极接地且漏极与所述第一PMOS管PMOS1的栅极连接。
所述电流切换控制模块产出用于产生控制IC2和Icharge切换的电压基准，R1的作用在于NMOS3 没有下拉电流时，保持PMOS1关闭（Turn OFF）。R4和R5构成分压电路，NMOS3的阈值电压为VTH3，当： VCC*（R5/(R4+R5)）>VTH3 时，NMOS3打开（Turn ON），进而PMOS1打开（Turn ON），IC1充电通路打开。在该电路中，Vstart=VTH3*（R4+R5）/R5 ；VCC的预充电电流为：IC2；VCC的正常充电电流为：Icharge=IC2+IC1。
如图3所示，当VCC≤Vstart时，保持小电流预充电，而当VCC大于Vstart时才开始正常充电，而在VCC引脚短路时，充电电路一直保持小电流预充电，能有效的防止芯片损坏。
实施例二
如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：第一充电开关模块和第二充电开关模块以及电流切换控制模块为压控电阻VCR，所述压控电阻根据VCC电压调节阻值，当VCC＞Vstart时，VCR阻值低，此时电流为正常充电电流Icharge，当VCC≤Vstart时，VCR升高，此时的充电电流为IC2，且IC2=1/30 Icharge～1/5Icharge。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其包括芯片内部电路模块、高压充电模块、与所述高压充电模块电连接的防反灌模块、与所述防反灌模块电连接的供电模块，其特征在于：所述充电控制电路还包括将高压充电模块提供的大电流分为补充充电电流IC1和预充电电流IC2的第一充电开关模块和第二充电开关模块，设定正常充电电压阈值为Vstart，当供电模块的电压VCC≤Vstart时，所述第一充电开关模块断开，所述第二充电开关模块接通，预充电电流IC2对所述供电模块进行预充电，当所述VCC大于Vstart时，所述充电开关和所述第二充电开关模块同时接通所述补充充电电流和所述预充电电流叠加形成正常充电电流Icharge，IC2=1/30 Icharge～1/5Icharge。
2.根据权利要求1所述的用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其特征在于：所述高压充电模块包括高压电源、连接于高压电源上的高压JFET。
3.根据权利要求1所述的用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其特征在于：所述防反灌模块包括高压背对背连接的第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管的源极与所述高压充电模块电连接，所述第二NMOS管的源极与所述第一充电开关模块和所述第二充电开关模块电连接。
4.根据权利要求1所述的用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其特征在于：所述第二充电开关模块为连接于所述防反灌模块电连接和供电模块之间的第三电阻，所述第一充电开关模块包括与所述防反灌模块电连接的第二电阻，源极与所述第二电阻电连接且漏极与所述供电模块电连接的第一PMOS管。
5.根据权利要求4所述的用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其特征在于：所述充电控制电路还包括用于控制预充电电流和正常充电电流切换的电流切换控制模块。
6.根据权利要求5所述的用于高压防电源引脚短路的充电控制电路，其特征在于：所述电流切换控制模块包括第一电阻、第四电阻和第五电阻以及第三NMOS管，所述第一电阻连接于所述防反灌模块和所述第二电阻连接的节点和所述第一PMOS管的漏极之间，当第三NMOS管无下拉电流时保持第一PMOS管关闭，所述第四电阻和第五电阻串联构成分压电路，第四电阻分别与所述芯片内部电路模块和第五电阻电连接，所述第五电阻接地，所述第三NMOS管的栅极连接于所述第四电阻和第五电阻之间、源极接地且漏极与所述第一PMOS管的栅极连接。
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