CN104218646B - 一种移动电源充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动电源充电电路，其包括：一电压误差放大器，其一个输入端与一芯片内部电压基准模块连接，其输出端依次连接有一PMW控制器和一驱动电路，且所述驱动电压的两个输出端分别连接至一上功率开关管的栅极以及一下功率开关管，所述电压误差放大器的另一个输入端与一供外部移动电源电池以及外部电源管理***直接连接的电池管脚连接；所述移动电源充电电路还包括：一峰谷值电流检测模块、一恒压环路参考电平选择模块以及一电池检测模块。本发明能够在无需外部精密采样电阻或动态电源路径的情况下，非常精确地控制输出电流恒流。

Description

一种移动电源充电电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种移动电源充电电路。

背景技术

图1示出了现有技术中的一种典型的移动电源充电电路，其具有恒压恒流特性。该移动电源充电电路中的恒压环路由芯片内部电压基准模块101(Bandgap)、电压误差放大器102、PMW控制器104(PWMController)、驱动电路105(Driver)、上功率MOSFET管107(可以是P型功率管，也可以是N型功率管)、下功率MOSFET管108以及电感109组成；恒流环路由输出电流检测电阻110、电流误差放大器103、PMW控制器104、驱动电路105、上功率MOSFET管107、下功率MOSFET管108以及电感109组成；其中，电压误差放大器102的两个输入端口分别接收移动电源电池111的电压VBAT以及芯片内部电压基准模块101提供的芯片内部基准电压VREF；电流误差放大器103检测输出电流检测电阻110两端的电压，并对其进行放大。

上述电路结构的工作原理如下：正常情况下，当移动电源电池111的电压VBAT低于正常值时(一般情况下，电压VBAT应是芯片内部基准电压VREF的数倍)，该电压VBAT将低于电压误差放大器102的参考端电平VREF，即芯片内部基准电压VREF，这两个电压的差值经过电压误差放大器102比较放大后得到一较高的输出电平VCOMP。同时，电流误差放大器103检测输出电流检测电阻110上的电压降(即，输出电流检测电阻110两端的电压)，并放大得到输出电平VSENSE，且该输出电平VSENSE的值小于输出电平VCOMP的值。此时，电感电流峰值Ipk(即，通过上功率MOSFET管107的峰值电流)受到反映输出电流平均值的输出电平VSENSE的电压调制，若充电电流值(即，本充电电路对移动电源电池111的充电电流，也就是流过输出电流检测电阻110的电流值)小于额定电流值，则输出电平VSENSE的电压值上升，允许的电感电流峰值Ipk也增加，从而使充电电流增加，若充电电流值大于额定电流值，则输出电平VSENSE的电压值下降，允许的电感电流峰值Ipk也降低，从而使充电电流降低，进而达到恒流的目的。当移动电源电池111的电压VBAT等于或接近正常值时，输出电平VCOMP小于输出电平VSENSE，该充电电路表现为恒压特性。上述移动电源充电电路不仅能给移动电源充电，也给手机或者平板电脑的电源管理***112提供正常工作的能量。

图2示出了现有技术中另一种典型的移动电源充电电路。在该电路中，芯片内部电压基准模块202(Bandgap)、电压误差放大器205、PMW控制器206(PWMController)、驱动电路207(Driver)、上功率MOSFET管209(可以是P型功率管，也可以是N型功率管)、下功率MOSFET管210以及电感213组成一个降压型电路，从而将外部输入电压VIN下降至约为VBAT+200mV(其中，VBAT表示移动电源电池214的电压)，以提供手机或者平板电脑的电源管理***215以及电池充电部分使用；电池充电部分则由恒压环路、恒流环路以及动态电源路径216(PowerPath)组成，具体来说，即，电压放大器203、电流放大器204以及动态电源路径216构成恒压恒流充电电路部分。当外部输入电压VIN不为零，即有电时，移动电源充电电路一方面给电源管理***215供电，另一方面给移动电源电池214充电。当外部输入电压VIN移除后，移动电源电池214通过动态电源路径216给电源管理***215供电。动态电源路径216的衬底电压由衬底控制模块212(BodyController)控制，衬底控制模块212选择动态电源路径216源端(即移动电源电池214的电压VBAT)和漏端(即电源管理***215的电压VSYS)电压中高的一个作为动态电源路径216的衬底电压。

然而，上述两种现有技术中的移动电源充电电路分别存在以下问题：

图1的移动电源充电电路通过采样输出电流检测电阻110上的电压降从而调制电感电流峰值Ipk以达到较好的恒流效果，但其需要一个高精密电阻作为电流检测电阻。一般来说，高精密电阻比较昂贵，将增加整个***的成本。此外，为了不受噪声、失调电压等的干扰，要求输出电流检测电阻110上的电压降不得低于100mV，以达到较好的抗干扰能力与电流精准度，若充电电流为2A，则输出电流检测电阻110造成的功率损耗为0.2W，约占输出功率的2％-4％。因此，总体来说，输出电流检测电阻110既增加***成本又造成能量浪费与效率降低。

图2的移动电源充电电路则通过采样动态电源路径216上的电压降来达到恒流目的，动态电源路径216的优点在于，在电池低或无电池情况下插电可以唤醒电源管理***；然而，为了使电池恒流恒压充电电路能正常工作，动态电源路径216上的电压降一般要保持在200mV，因此无论是外部电源对电池进行充电还是电池为手机或者平板电脑的电源管理***215提供电，动态电源路径216都需要消耗部分***能量。若充电电流或放电电流为2A，则动态电源路径216造成的功率损耗约为0.4W，约占输出功率的4％-7％，从而极大地影响了***效率，而且如图2使用动态电源路径216的移动电源充电电路在设计上比图1所示的电路复杂。一般动态电源路径216的等效电阻为50Ohm，这必然造成芯片面积增大，成本增加。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种移动电源充电电路，以在无需外部精密采样电阻或动态电源路径的情况下，非常精确地控制输出电流恒流。

本发明所述的一种移动电源充电电路，其包括：一电压误差放大器，其一个输入端与一芯片内部电压基准模块连接，其输出端依次连接有一PMW控制器和一驱动电路，且所述驱动电压的两个输出端分别连接至一上功率开关管的栅极以及一下功率开关管，所述电压误差放大器的另一个输入端与一供外部移动电源电池以及外部电源管理***直接连接的电池管脚连接；所述移动电源充电电路还包括：

一峰谷值电流检测模块，其分别采样通过所述上功率开关管的电流以及通过所述下功率开关管的电流，并将该通过所述上功率开关管的电流与一预设的电流峰值比较，将该通过所述下功率开关管的电流与一预设的电流谷值比较，当该通过所述上功率开关管的电流等于所述电流峰值时，向所述PMW控制器输出用于控制所述上功率开关管关断和所述下功率开关管导通的第一开关管关断控制信号，当该通过所述下功率开关管的电流等于所述电流谷值时，向所述PMW控制器输出用于控制所述上功率开关管导通和所述下功率开关管关断的第二开关管关断控制信号；

一恒压环路参考电平选择模块，其连接在所述芯片内部电压基准模块与所述电压误差放大器的一个输入端之间，以向所述电压误差放大器提供一恒压环路参考电平；以及

一电池检测模块，其连接在所述电池管脚与所述恒压环路参考电平选择模块之间，其检测所述电池管脚处是否连接有所述移动电源电池，当检测到连接有所述移动电源电池时，控制所述恒压环路参考电平选择模块输出所述移动电源电池的最大电压和最小电压作为所述恒压环路参考电平，否则，控制所述恒压环路参考电平选择模块输出由所述芯片内部电压基准模块提供的一固定电平作为所述恒压环路参考电平。

在上述的移动电源充电电路中，所述峰谷值电流检测模块包括：

一峰值电流采样单元，其输入端与所述上功率开关管的源极以及漏极相连，以对所述通过上功率开关管的电流进行采样；

一峰值电流比较单元，其输入端与所述峰值电流采样单元的输出端连接，以将所述通过上功率开关管的电流与所述电流峰值比较，并根据比较结果向所述PMW控制器输出所述第一开关管关断控制信号；

一谷值电流采样单元，其输入端与所述下功率开关管的源极以及漏极相连，以对所述通过下功率开关管的电流进行采样；以及

一谷值电流比较单元，其输入端与所述谷值电流采样单元的输出端连接，以将所述通过下功率开关管的电流与所述电流谷值比较，并根据比较结果向所述PMW控制器输出所述第二开关管关断控制信号。

在上述的移动电源充电电路中，所述峰值电流采样单元包括：

一峰值电流采样晶体管，其源极与所述上功率开关管的源极相连并接收一外部输入电压，其栅极与所述上功率开关管的栅极相连并由所述驱动电路输出的第一驱动信号控制，其漏极通过第一电压钳位电路钳位到与所述上功率开关管的漏极保持相同的电平，以采样所述通过上功率开关管的电流；以及

第一电流镜，其输入端与所述第一电压钳位电路的输出端连接，以将所述通过上功率开关管的电流镜像至所述峰值电流比较单元。

在上述的移动电源充电电路中，所述第一电压钳位电路包括：

第一运算放大器，其正输入端同时与所述上功率开关管和所述下功率开关管的漏极连接，其负输入端与所述峰值电流采样晶体管的漏极连接；以及

第一调整管，其栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，其源极与所述峰值电流采样晶体管的漏极连接，其漏极与所述第一电流镜的输入端连接。

在上述的移动电源充电电路中，所述第一电流镜包括：

第一镜像管，其栅极与漏极相连至所述第一电压钳位电路的输出端；以及

第二镜像管，其源极与所述第一镜像管的源极相连至地，其栅极与所述第一镜像管的栅极连接，其漏极与所述峰值电流比较单元连接。

在上述的移动电源充电电路中，所述峰值电流比较单元包括：

第一电阻，其一端接收一外部输入电压，其另一端与所述峰值电流采样单元的输出端连接；以及

峰值比较器，其正输入端与所述第一电阻的另一端连接，其负输入端接收一预设的与所述电流峰值成比例的参考峰值电平，其输出端向所述PMW控制器输出所述第一开关管关断控制信号。

在上述的移动电源充电电路中，所述谷值电流采样单元包括：

一谷值电流采样晶体管，其源极与所述下功率开关管的源极相连至地，其栅极与所述下功率开关管的栅极相连并由所述驱动电路输出的第二驱动信号控制，其漏极通过第二电压钳位电路钳位到与所述下功率开关管的漏极保持相同的电平，以采样所述通过下功率开关管的电流；以及

第二电流镜，其输入端与所述第二电压钳位电路的输出端连接，以将所述通过下功率开关管的电流镜像至所述谷值电流比较单元。

在上述的移动电源充电电路中，所述第二电压钳位电路包括：

第二运算放大器，其正输入端同时与所述上功率开关管和所述下功率开关管的漏极连接，其负输入端与所述谷值电流采样晶体管的漏极连接；以及

第二调整管，其栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，其源极与所述谷值电流采样晶体管的漏极连接，其漏极与所述第二电流镜的输入端连接。

在上述的移动电源充电电路中，所述第二电流镜包括：

第三镜像管，其栅极与漏极相连至所述第二电压钳位电路的输出端；以及

第四镜像管，其源极与所述第三镜像管的源极相连并接收一外部输入电压，其栅极与所述第三镜像管的栅极连接，其漏极与所述谷值电流比较单元连接。

在上述的移动电源充电电路中，所述谷值电流比较单元包括：

第二电阻，其一端接地，其另一端与所述谷值电流采样单元的输出端连接；以及

谷值比较器，其正输入端与所述第二电阻的另一端连接，其负输入端接收一预设的与所述电流谷值成比例的参考谷值电平，其输出端向所述PMW控制器输出所述第二开关管关断控制信号。

在上述的移动电源充电电路中，所述电池检测模块包括：

一用于向所述电池管脚充电的恒流源，其一端接受一外部输入电压；

一充电开关管，其漏极与所述恒流源的另一端连接，其源极与所述电池管脚连接，其栅极接收一内部电池采样脉冲信号，且该充电开关管在所述内部电池采样脉冲信号的正脉冲时间内导通，在所述内部电池采样脉冲信号的负脉冲时间内关断；

串联在所述电池管脚与地之间的第一分压电阻和第二分压电阻；

一电池检测比较器，其正输入端接收一由所述芯片内部电压基准模块提供的电池参考电平，其负输入端连接至所述第一、第二分压电阻之间，以判断所述电池管脚处的电压是否超过所述电池参考电平，若所述电池管脚处的电压大于所述电池参考电平，则该电池检测比较器的输出端控制所述恒压环路参考电平选择模块输出由所述芯片内部电压基准模块提供的一固定电平作为所述恒压环路参考电平，否则，该电池检测比较器的输出端控制所述恒压环路参考电平选择模块输出所述移动电源电池的最大电压和最小电压作为所述恒压环路参考电平。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明针对现有技术中需要一个外部精密电阻对充电电流进行检测以及利用动态电源路径对充电电流进行检测所带来的不足——增加***成本、影响***效率、电路设计复杂，通过采用峰谷值电流检测模块对电感电流，即通过上、下功率开关管的电流进行精确采样，控制上、下功率开关管导通和关断，以使电感电流在电流峰值与电流谷值之间线性变化，从而达到输出恒流控制而无需外部精密检测电阻的目的，从而降低了***成本并提高了***效率；同时，在去掉传统的动态电源路径后，通过电池检测模块，可以实现无电池的启动；而对于电池电压低的情况，***可以先判断电池充电起来以后，才允许开机，从而保护电池。此外，与现有技术中使用动态电源路径而在充放电情况下都会造成效率损耗的情况相比，本发明无需动态电源路径，电池可以直接接到手机或平板电脑的电源管理***上，提高了移动电源充电电路的效率。而且，由于***直接接在电池上，相当于一个大的能量池或者超级电容，亦提高了移动电源充电电路的动态响应。

附图说明

图1是现有技术中一种典型的使用输出电流检测电阻的移动电源充电电路的内部框图；

图2是现有技术中一种典型的带有动态电源路径的移动电源充电电路的内部框图；

图3是本发明的移动电源充电电路的内部框图；

图4是本发明中峰谷值电流检测模块的结构框图；

图5是本发明中峰谷值电流检测模块的工作波形图；

图6是本发明的峰谷值电流检测模块中峰值、谷值电流采样单元以及峰值、谷值电流比较单元的一个实施例的电路结构图；

图7是本发明中电池检测模块的一个实施例的电路结构图；

图8是本发明中电池检测模块的工作波形图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图3所示，本发明，即一种移动电源充电电路，包括：芯片内部电压基准模块301(Bandgap)、电压误差放大器302、PMW控制器304(PWMController)、驱动电路305(Driver)、上功率开关管(PowerMosfet)307(可以是P型功率管，也可以是N型功率管)以及下功率开关管308(以上这些部件均与图1所示的现有技术中对应部件的工作原理相同，以下将不再赘述)；本发明的电路还包括：峰谷值电流检测模块310(Peak-ValleyCurrentDetector)、恒压环路参考电平选择模块315以及电池检测模块316(BATDetector)。

芯片内部电压基准模块301的输入端接收外部输入电压VIN，其输出端与恒压环路参考电平选择模块315的一个输入端连接；该恒压环路参考电平选择模块315的另一个输入端与电池检测模块316的输出端连接，恒压环路参考电平选择模块315的输出端与电压误差放大器302的一个输入端连接，以向电压误差放大器302输出恒压环路参考电平VREF，电压误差放大器302的另一个输入端则与电池检测模块316的输入端连接，并与供移动电源电池311以及手机或平板电脑的电源管理***312直接与之连接的电路芯片的电池管脚BAT连接(在本实施例中，移动电源电池311以及电源管理***312的一端相连并通过本发明的电路芯片的电池管脚BAT与芯片内部的电压误差放大器302连接，移动电源电池311以及电源管理***312的另一端则分别接地)，电压误差放大器302的输出端与PMW控制器304的一个输入端连接，PMW控制器304的另一个输入端则与峰谷值电流检测模块310的输出端连接，PMW控制器304的输出端与驱动电路305的输入端连接，驱动电路305的两个输出端分别与上功率开关管307和下功率开关管308的栅极连接，上功率开关管307和下功率开关管308的漏极相连后与电感309的一端连接(电感309通过本发明的电路芯片的电感管脚SW与上功率开关管307和下功率开关管308的漏极连接)，该电感309的另一端连接至移动电源电池311以及电源管理***312的相连端，上功率开关管307的源极与芯片内部电压基准模块301的输入端连接，下功率开关管308的源极接地，上功率开关管307和下功率开关管308还分别与峰谷值电流检测模块310连接，以供该峰谷值电流检测模块310检测分别通过上功率开关管307和下功率开关管308的电流。

在本发明中，峰谷值电流检测模块310用于分别对通过上功率开关管307和下功率开关管308的电流(即，电感电流)进行精确采样，并将采样到的电流分别与预设的电流峰值以及电流谷值比较，最后根据比较结果向PMW控制器304输出用于控制上、下功率开关管307、308导通与关断的开关管关断控制信号，以使电感电流始终在电流峰值和电流谷值之间线性变化，从而达到控制充电电流(即，电感电流的平均值)恒定的目的。

如图4所示，在本实施例中，峰谷值电流检测模块310具体包括：

峰值电流采样单元403，其输入端与上功率开关管307的源极以及漏极相连，以对通过上功率开关管307的电流进行精确采样；

峰值电流比较单元401，其输入端与峰值电流采样单元403的输出端连接，以将通过上功率开关管307的电流与预设的电流峰值ILIM_H比较，当通过上功率开关管307的电流上升至预设的电流峰值ILIM_H时，向PMW控制器304输出数字式的第一开关管关断控制信号IU_Latch，该第一开关管关断控制信号IU_Latch用于控制上功率开关管307的关断和下功率开关管308的导通(当第一开关管关断控制信号IU_Latch电平翻转时将关断下功率开关管308，并导通上功率开关管307)；

谷值电流采样单元404，其输入端与下功率开关管308的源极以及漏极相连，以对通过下功率开关管308的电流进行精确采样；以及

谷值电流比较单元402，其输入端与谷值电流采样单元404的输出端连接，以将通过下功率开关管308的电流与预设的电流谷值ILIM_L比较，当通过下功率开关管308的电流减小至预设的电流谷值ILIM_L时，向PMW控制器304输出数字式的第二开关管关断控制信号ID_Latch，该第二开关管关断控制信号ID_Latch用于控制上功率开关管307的导通和下功率开关管308的关断(当第二开关管关断控制信号ID_Latch电平翻转时将关断上功率开关管307，并导通下功率开关管308)。

如图6所示，在本实施例中，上述峰值电流采样单元403具体包括：

峰值电流采样晶体管601，其源极与上功率开关管307的源极相连并接收外部输入电压VIN，其栅极与上功率开关管307的栅极相连并由驱动电路305输出的第一驱动信号HS控制，其漏极则通过第一电压钳位电路602钳位到与上功率开关管307的漏极保持相同的电平(在本实施例中，为了方便描述，采用P型开关管作为峰值电流采样晶体管601和上功率开关管307的类型，然而，峰值电流采样晶体管601和上功率开关管307的类型不仅限于P型开关管，而同样适用于N型开关管)，从而达到两者完美匹配，进而实现对通过上功率开关管307的电流的精确采样；

第一电压钳位电路602，其包括第一运算放大器603和第一调整管604(MOS管)，其中，第一运算放大器603的正输入端同时与上功率开关管307和下功率开关管308的漏极连接，其负输入端与峰值电流采样晶体管601的漏极连接，其输出端与第一调整管604的栅极连接，该第一调整管604的源极与峰值电流采样晶体管601的漏极连接，其漏极则与第一电流镜617的输入端连接，以通过该第一电流镜617将通过上功率开关管307的电流镜像至峰值电流比较单元401；

第一电流镜617，其包括第一镜像管611和第二镜像管612(均为MOS管)，其中，第一镜像管611的栅极与漏极相连至第一调整管604的漏极，其源极与第二镜像管612的源极相连至地，该第二镜像管612的栅极与第一镜像管611的栅极连接，其漏极与峰值电流比较单元401连接。

如图6所示，在本实施例中，上述峰值电流比较单元401具体包括：

第一电阻613，其用于将峰值电流采样单元403采样到的通过上功率开关管307的电流转换为电压，该第一电阻613的一端接收外部输入电压VIN，其另一端与第一电流镜617的输出端，即，第二镜像管612的漏极连接；以及

峰值比较器615，其正输入端与第一电阻613的另一端连接，其负输入端接收一预设的参考峰值电平VILIM_H(该参考峰值电平VILIM_H与预设的电流峰值ILIM_H成一定比例)，其输出端向PMW控制器304输出第一开关管关断控制信号IU_Latch。

同理，如图6所示，在本实施例中，上述谷值电流采样单元404具体包括：

谷值电流采样晶体管607，其源极与下功率开关管308的源极相连至地，其栅极与下功率开关管308的栅极相连并由驱动电路305输出的第二驱动信号LS控制，其漏极则通过第二电压钳位电路608钳位到与下功率开关管308的漏极保持相同的电平，从而达到两者完美匹配，进而实现对通过下功率开关管308的电流的精确采样；

第二电压钳位电路608，其包括第二运算放大器606和第二调整管605(MOS管)，其中，第二运算放大器606的正输入端同时与上功率开关管307和下功率开关管308的漏极连接，其负输入端与谷值电流采样晶体管607的漏极连接，其输出端与第二调整管605的栅极连接，该第二调整管605的源极与谷值电流采样晶体管607的漏极连接，其漏极则与第二电流镜618的输入端连接，以通过该第二电流镜617将通过下功率开关管308的电流镜像至谷值电流比较单元402；

第二电流镜618，其包括第三镜像管609和第四镜像管610(均为MOS管)，其中，第三镜像管609的栅极与漏极相连至第二调整管605的漏极，其源极与第四镜像管610的源极相连并接收外部输入电压VIN，该第四镜像管612的栅极与第三镜像管609的栅极连接，其漏极与谷值电流比较单元402连接。

如图6所示，在本实施例中，上述谷值电流比较单元402具体包括：

第二电阻614，其用于将谷值电流采样单元404采样到的通过下功率开关管308的电流转换为电压，该第二电阻614的一端接地，其另一端与第二电流镜618的输出端，即，第四镜像管610的漏极连接；以及

谷值比较器616，其正输入端与第二电阻614的另一端连接，其负输入端接收一预设的参考谷值电平VILIM_L(该参考谷值电平VILIM_L与预设的电流谷值ILIM_L成一定比例)，其输出端向PMW控制器304输出第二开关管关断控制信号ID_Latch。

根据上述峰值电流采样单元403和峰值电流比较单元401的具体结构可知，第一运算放大器603通过第一调整管604对峰值电流采样晶体管601的漏极进行钳位，使得峰值电流采样晶体管601的漏极电压始终和上功率开关管307的漏极电压相同，这样峰值电流采样晶体管601就可以精确复制通过上功率开关管307的电流，然后，峰值电流采样晶体管601上的电流再通过第一电流镜617，最后流过第一电阻613，以产生一个与通过上功率开关管307的电流大小成比例的电压。根据上述电路，可得以下公式：

IU/KU*R613＝VILIM_H(1)

其中：KU为上功率开关管307与峰值电流采样晶体管601的尺寸大小比，IU为通过上功率开关管307的电流大小，R613为第一电阻613的阻值。

当通过上功率开关管307的电流达到公式(1)的计算值时，峰值比较器615输出第一开关管关断控制信号IU_Latch，关断上功率开关管307，导通下功率开关管308。

同理，根据上述谷值电流采样单元404和谷值电流比较单元402的具体结构可知，第二运算放大器606通过第二调整管605对谷值电流采样晶体管607的漏极进行钳位，使得谷值电流采样晶体管607的漏极电压始终和下功率开关管308的漏极电压相同，这样谷值电流采样晶体管607就可以精确复制通过下功率开关管308的电流，然后，谷值电流采样晶体管607上的电流再通过第二电流镜618，最后流过第二电阻614，以产生一个与通过下功率开关管308的电流大小成比例的电压。根据上述电路，可得以下公式：

ID/KD*R614＝VILIM_L(2)

其中：KD为下功率开关管308与谷值电流采样晶体管607的尺寸大小比，ID为通过下功率开关管308的电流大小，R614为第二电阻614的阻值。

当通过下功率开关管308的电流达到公式(2)的计算值时，谷值比较器616输出第二开关管关断控制信号ID_Latch，关断下功率开关管308，导通上功率开关管307。

通过选择上述常数KU、R613、KD和R614，可以对移动电源充电电流的大小进行调节。

图5示出了上述通过上功率开关管307的电流IU、通过下功率开关管308的电流ID、第一开关管关断控制信号IU_Latch、第二开关管关断控制信号ID_Latch以及本发明的电路芯片的电感管脚SW处电压的波形图。

在本发明中，电池检测模块316与本电路芯片的电池管脚BAT连接，以用于检测该电池管脚BAT处是否连接有移动电源电池311，当连接有移动电源电池311时，则控制恒压环路参考电平选择模块315向电压误差放大器302输出移动电源电池311的最大电压和最小电压作为恒压环路参考电平VREF，并通过电压误差放大器302比较该恒压环路参考电平VREF与电池管脚BAT处实时的电压VBAT(此时也就是移动电源电池311的电压VBAT)的大小，以及通过后续电路的工作(电压误差放大器302及后续电路的工作原理与现有技术一致，此处不再赘述)，从而在移动电源电池311的电压VBAT(即，电池管脚BAT处的电压)上升至最大电压时，停止向移动电源电池311和电源管理***312充电，以使电源管理***312依赖于移动电源电池311继续供电，而在移动电源电池311的电压VBAT消耗至最小电压时，重新向移动电源电池311和电源管理***312充电；当未连接有移动电源电池311时，则控制恒压环路参考电平选择模块315向电压误差放大器302输出由芯片内部电压基准模块301提供的固定电平作为恒压环路参考电平VREF，同样通过电压误差放大器302及后续电路的工作，始终向电源管理***312提供稳定的电平；至此使移动电源充电电路工作于恒压模式。

如图7所示，在本实施例中，电池检测模块316具体包括：

恒流源701，其用于向电池管脚BAT提供充电电流，该恒流源701的一端接受外部输入电压VIN，另一端与控制开关管702的漏极相连；

充电开关管702，其用于控制恒流源701对电池管脚BAT的充电时间和间隔，该充电开关管702的源极与电池管脚BAT相连，其栅极接收一内部电池采样脉冲信号SBAT，该内部电池采样脉冲信号SBAT的正脉冲时间为Tcharge，这段时间内充电开关管702导通，恒流源701通过充电开关管702对电池管脚BAT充电，内部电池采样脉冲信号SBAT的负脉冲时间为Tidle，这段时间内充电开关管702关断，恒流源701停止对电池管脚BAT充电；

串联在电池管脚BAT与地之间的第一、第二分压电阻704、705，其用于将电池管脚BAT处的电压VBAT分压到合适电压；

电池检测比较器703，其正输入端接收一由芯片内部电压基准模块301提供的电池参考电平VBAT_ref，其负输入端连接至第一、第二分压电阻704、705之间，从而判断电池管脚BAT处的电压VBAT是否超过电池参考电平VBAT_ref，若电池管脚BAT处的电压VBAT大于电池参考电平VBAT_ref，则表示不存在移动电源电池311，反之则表示存在移动电源电池311(其原理将在下文中详述)，电池检测比较器703的输出端根据上述比较结果向恒压环路参考电平选择模块315输出选择信号QBAT，以控制恒压环路参考电平选择模块315选择相应的恒压环路参考电平VREF(其原理已在上文中详述)，从而得到相应的与该恒压环路参考电平VREF成正比的供给电源管理***312的电压VSYS(也就是电池管脚BAT处的电压VBAT)。

本发明无需外部输出电流检测电阻或动态电源路径而实现恒流控制的基本原理如下：

如图3所示，当上功率开关管307(可以是P型功率管，也可以是N型功率管)导通时，建立从上功率开关管307、电感309，到移动电源电池311、电源管理***312的电流通路，且此电流越来越大；当通过上功率开关管307的电流达到ILIM_H时，上功率开关管307关断，下功率开关管308导通，此时的电流通路从下功率开关管308、电感309，到移动电源电池311、电源管理***312，且此电流越来越小；当通过下功率开关管308的电流减小到ILIM_L时，下功率开关管308关断，上功率开关管307导通。

由此可见，电感电流的峰值(即，通过上功率开关管307的峰值电流)等于ILIM_H，其谷值(即，通过下功率开关管308的谷值电流)为ILIM_L，而电感电流的平均值即为电池充电电流，由此可得：

Iout＝(ILIM_H+ILIM_L)/2(3)

根据上述恒流原理，本发明提供一种恒流控制电路，其包括：峰谷值电流检测模块310、PMW控制器304(即，开关管关断逻辑模块)、上、下功率开关管307、308以及电感309，其中，峰谷值电流检测模块310中的峰值、谷值电流比较单元401、402的输出将控制开关管关断控制信号的产生，而该开关管关断控制信号将控制上、下功率开关管307、308何时关断，从而使电感电流在电流峰值ILIM_H和电流谷值ILIM_L之间线性变化，进而达到控制输出电流(即电池充电电流)恒定的目的。

另外，现有技术需要动态电源路径来控制不同电压之间切换，***控制上十分复杂，芯片面积大，成本高；本发明中则无需动态电源路径，而将移动电源电池311与电源管理***312直接短路(即，移动电源电池311与电源管理***312均连接在芯片的电池管脚BAT与地之间)，从而消除了不同电压切换***控制的复杂度，也消除了由动态电源路径带来的***功率损耗。

然而，如图8所示，在无动态电源路径的情况下，当本移动电源充电电路在无移动电源电池311连接时，充电电路对电池管脚BAT(即，供移动电源电池311和电源管理***312连接的管脚)进行充电，直至电源管理***312的电压VSYS达到VSYS_MAX时，充电电路停止充电；当电源管理***312的电压VSYS慢慢减小直至达到VSYS_MIN时，充电电路又开始充电，从而使电源管理***312的电压VSYS缓慢上升，如此反复。由于VSYS_MAX与VSYS_MIN的电压差比较大，因此，上述过程会导致电源管理***312的电压VSYS纹波较大。

因此，为了避免无动态电源路径带来的电源管理***312的电压纹波(如图8中的VSYS_Nobattery所示)太大的问题，本发明还提供了电池检测模块316，其具有电池检测功能，即，通过检测电池是否存在而决定***的工作状态，从而使电源管理***312的电压纹波达到客户需求。电池检测功能的基本原理如下：

如图3所示，通过电池检测模块316每隔一段时间Tidle采用一内部电流(由恒流源701提供)对本充电电路芯片的电池管脚BAT进行短时间(充电时间为Tcharge)充电，如果有移动电源电池311连接到电池管脚BAT，则由于充电能量相对于电池容量很小，该电池管脚BAT处的电压VBAT(也就是电源管理***312的电压VSYS)基本不变(如图8中的VSYS_withbatterywithBATdetector所示)；如果电池管脚BAT无移动电源电池311与之连接，则由于电池管脚BAT处的电容很小，每次充电时间Tcharge内电压VSYS都会增加，即电池管脚BAT处的电压VBAT会上升(如图8中VSYS_NobatterywithBATdetector所示)，从而检测到移动电源电池311的存在，调整移动电源充电电路工作状态；此时，电池检测模块316中的电池检测比较器703翻转，电池检测比较器703的输出端则控制恒压环路参考电平选择模块315根据电池存在与否选择不同的恒压环路参考电平VREF，从而得到相应的供给手机或平板电脑的电源管理***312的电压VSYS(也就是电池管脚BAT处的电压VBAT，当连接有移动电源电池311时，该电池管脚BAT处的电压VBAT也就是供给移动电源电池311的电压VBAT)。

具体来说，若电池检测模块316检测到移动电源电池311的存在，则选择对应于移动电源电池311的电压VBAT上升时的最大电压VSYS_MAX以及移动电源电池311的电压VBAT下降时的最小电压VSYS_MIN作为恒压环路参考电平VREF，移动电源充电电路在移动电源电池311的电压VBAT(也就是电源管理***312的电压VSYS)达到其最大电压VSYS_MAX时停止充电，此时电源管理***312依赖于移动电源电池311继续供电；当移动电源电池311的电压VBAT消耗到其最小电压VSYS_MIN时，移动电源充电电路对移动电源电池311进行再次充电，如此反复。

若电池检测模块316检测到移动电源电池311不存在，则其设置恒压环路参考电平为一固定电平(即，恒压环路参考电平选择模块315输出由芯片内部电压基准模块301提供的参考电平)，以通过电池管脚BAT向电源管理***312充电，并使该电源管理***312的电压VSYS也维持在一稳定电平，从而实现无电池的启动，同时该电压VSYS也不会再在最大电压VSYS_MAX与最小VSYS_MIN之间变化，进而有效降低电源管理***312的电压纹波。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (11)

1.一种移动电源充电电路，其包括：一电压误差放大器，其一个输入端与一芯片内部电压基准模块连接，其输出端依次连接有一PMW控制器和一驱动电路，且所述驱动电路的两个输出端分别连接至一上功率开关管的栅极以及一下功率开关管，其特征在于，所述电压误差放大器的另一个输入端与一供外部移动电源电池以及外部电源管理***直接连接的电池管脚连接；所述移动电源充电电路还包括：

一峰谷值电流检测模块，其分别采样通过所述上功率开关管的电流以及通过所述下功率开关管的电流，并将该通过所述上功率开关管的电流与一预设的电流峰值比较，将该通过所述下功率开关管的电流与一预设的电流谷值比较，当该通过所述上功率开关管的电流等于所述电流峰值时，向所述PMW控制器输出用于控制所述上功率开关管关断和所述下功率开关管导通的第一开关管关断控制信号，当该通过所述下功率开关管的电流等于所述电流谷值时，向所述PMW控制器输出用于控制所述上功率开关管导通和所述下功率开关管关断的第二开关管关断控制信号；

一恒压环路参考电平选择模块，其连接在所述芯片内部电压基准模块与所述电压误差放大器的一个输入端之间，以向所述电压误差放大器提供一恒压环路参考电平；以及

一电池检测模块，其连接在所述电池管脚与所述恒压环路参考电平选择模块之间，其检测所述电池管脚处是否连接有所述移动电源电池，当检测到连接有所述移动电源电池时，控制所述恒压环路参考电平选择模块输出所述移动电源电池的最大电压和最小电压作为所述恒压环路参考电平，否则，控制所述恒压环路参考电平选择模块输出由所述芯片内部电压基准模块提供的一固定电平作为所述恒压环路参考电平。

2.根据权利要求1所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述峰谷值电流检测模块包括：

一峰值电流采样单元，其输入端与所述上功率开关管的源极以及漏极相连，以对所述通过上功率开关管的电流进行采样；

一峰值电流比较单元，其输入端与所述峰值电流采样单元的输出端连接，以将所述通过上功率开关管的电流与所述电流峰值比较，并根据比较结果向所述PMW控制器输出所述第一开关管关断控制信号；

一谷值电流采样单元，其输入端与所述下功率开关管的源极以及漏极相连，以对所述通过下功率开关管的电流进行采样；以及

一谷值电流比较单元，其输入端与所述谷值电流采样单元的输出端连接，以将所述通过下功率开关管的电流与所述电流谷值比较，并根据比较结果向所述PMW控制器输出所述第二开关管关断控制信号。

3.根据权利要求2所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述峰值电流采样单元包括：

一峰值电流采样晶体管，其源极与所述上功率开关管的源极相连并接收一外部输入电压，其栅极与所述上功率开关管的栅极相连并由所述驱动电路输出的第一驱动信号控制，其漏极通过第一电压钳位电路钳位到与所述上功率开关管的漏极保持相同的电平，以采样所述通过上功率开关管的电流；以及

第一电流镜，其输入端与所述第一电压钳位电路的输出端连接，以将所述通过上功率开关管的电流镜像至所述峰值电流比较单元。

4.根据权利要求3所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述第一电压钳位电路包括：

第一运算放大器，其正输入端同时与所述上功率开关管和所述下功率开关管的漏极连接，其负输入端与所述峰值电流采样晶体管的漏极连接；以及

第一调整管，其栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，其源极与所述峰值电流采样晶体管的漏极连接，其漏极与所述第一电流镜的输入端连接。

5.根据权利要求3或4所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述第一电流镜包括：

第一镜像管，其栅极与漏极相连至所述第一电压钳位电路的输出端；以及

第二镜像管，其源极与所述第一镜像管的源极相连至地，其栅极与所述第一镜像管的栅极连接，其漏极与所述峰值电流比较单元连接。

6.根据权利要求2所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述峰值电流比较单元包括：

第一电阻，其一端接收一外部输入电压，其另一端与所述峰值电流采样单元的输出端连接；以及

峰值比较器，其正输入端与所述第一电阻的另一端连接，其负输入端接收一预设的与所述电流峰值成比例的参考峰值电平，其输出端向所述PMW控制器输出所述第一开关管关断控制信号。

7.根据权利要求2所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述谷值电流采样单元包括：

一谷值电流采样晶体管，其源极与所述下功率开关管的源极相连至地，其栅极与所述下功率开关管的栅极相连并由所述驱动电路输出的第二驱动信号控制，其漏极通过第二电压钳位电路钳位到与所述下功率开关管的漏极保持相同的电平，以采样所述通过下功率开关管的电流；以及

第二电流镜，其输入端与所述第二电压钳位电路的输出端连接，以将所述通过下功率开关管的电流镜像至所述谷值电流比较单元。

8.根据权利要求7所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述第二电压钳位电路包括：

第二运算放大器，其正输入端同时与所述上功率开关管和所述下功率开关管的漏极连接，其负输入端与所述谷值电流采样晶体管的漏极连接；以及

第二调整管，其栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，其源极与所述谷值电流采样晶体管的漏极连接，其漏极与所述第二电流镜的输入端连接。

9.根据权利要求7或8所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述第二电流镜包括：

第三镜像管，其栅极与漏极相连至所述第二电压钳位电路的输出端；以及

第四镜像管，其源极与所述第三镜像管的源极相连并接收一外部输入电压，其栅极与所述第三镜像管的栅极连接，其漏极与所述谷值电流比较单元连接。

10.根据权利要求2所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述谷值电流比较单元包括：

第二电阻，其一端接地，其另一端与所述谷值电流采样单元的输出端连接；以及

谷值比较器，其正输入端与所述第二电阻的另一端连接，其负输入端接收一预设的与所述电流谷值成比例的参考谷值电平，其输出端向所述PMW控制器输出所述第二开关管关断控制信号。

11.根据权利要求1或2所述的移动电源充电电路，其特征在于，所述电池检测模块包括：

一用于向所述电池管脚充电的恒流源，其一端接受一外部输入电压；

一充电开关管，其漏极与所述恒流源的另一端连接，其源极与所述电池管脚连接，其栅极接收一内部电池采样脉冲信号，且该充电开关管在所述内部电池采样脉冲信号的正脉冲时间内导通，在所述内部电池采样脉冲信号的负脉冲时间内关断；

串联在所述电池管脚与地之间的第一分压电阻和第二分压电阻；

一电池检测比较器，其正输入端接收一由所述芯片内部电压基准模块提供的电池参考电平，其负输入端连接至所述第一、第二分压电阻之间，以判断所述电池管脚处的电压是否超过所述电池参考电平，若所述电池管脚处的电压大于所述电池参考电平，则该电池检测比较器的输出端控制所述恒压环路参考电平选择模块输出由所述芯片内部电压基准模块提供的一固定电平作为所述恒压环路参考电平，否则，该电池检测比较器的输出端控制所述恒压环路参考电平选择模块输出所述移动电源电池的最大电压和最小电压作为所述恒压环路参考电平。