CN104333065A - 一种多功能同步整流移动电源集成电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：包括充电输入口、放电输出口、电池连接口、控制逻辑单元、驱动单元、充电开关管单元、电源电压检测单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元、CC/CV升压单元和LED灯控制单元，控制逻辑单元输入端与电源电压检测单元、CC/CV升压单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元连接，控制逻辑单元输出端与LED灯控制单元和驱动单元连接，驱动单元输出端与充电开关管单元连接；充电输入口、放电输出口为共用的一个端口。本发明设计合理、结构简单、功能多样、灵活性好、稳定可靠、充放电效率较高、散热性能好、设计成本较低，有效解决了现有技术的不足。

Description

一种多功能同步整流移动电源集成电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其是涉及一种多功能同步整流移动电源集成电路。 
背景技术
目前市面上应用的单芯片方案移动电源充电部分采用线性充电方式，放电部分采用开关电源方式，即DC/DC升压，如图1所示。线性充电的效率与输入电压和电池电压有关，在常见的使用情况下，充电效率在75-85％。放电部分由于采用的是开关电源方式，效率可以很高，比如在80-92％。因为充电部分与放电部分是相对独立的两个回路，而充电部分采用的是线性充电方式，因此总体效率很低。同时，采用线性方式时充电元器件发热很厉害，因而功率不能做得太大，或者会增加散热成本。充电回路受线性控制方式的影响，充电电流不能做得太大，充电循环的时间会很长，特别是应用在电池容量很大的情况下，充电时间会显著增加。因此在一些应用中，充电电流小于放电电流。在这种情况下，如果电池电量不足，将出现，即使有外接电源，也不能提供足够的放电电流满足外接设备的需要。另外，其充电回路需要一个与放电回路独立的控制器或功率管。放电回路也需要两个独立的控制器或功率管，或者是一个功率管和一个续流二极管，增加了设计成本。 
另一种移动电源常用充放电方案是充电部分采用开关电源方式，放电部分也采用开关电源方式，但两个回路是相对独立的，如图2所示。由于充电和放电都是采用的开关电源方式，因此充电效率和放电效率都可以很高。另一方面，由于充放电回路是相对独立的，充电回路需要一个电感和 两个功率管，或者一个电感，或者一个功率管和一个续流二极管。放电回路需要一个电感和两个功率管，或者一个电感，或者一个功率管和一个续流二极管。由于使用两个电感，***体积会很大、设计成本也较高。同时，充放电回路相对独立设计时还需要两组控制器，每一组控制器由两个功率管组成，或由一个功率管与一个续流二极管组成，而控制芯片面积较大，增加了布线设计的难度，提高了设计的成本。 
因此，亟待提出一种结构简单、性能优异、灵活性好、稳定可靠、成本较低的移动电源充放电方案。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多功能同步整流移动电源集成电路，其充电回路和放电回路均采用开关电源方式，充电回路与放电回路是同一个回路；并共享控制器及电感，共用充电输入接口与放电输出接口。另外，采用可切换衬底的方式，实现放电可关断功能，可以不增加功率管或控制器数量的情况下，实现短路保护功能和过流保护功能，因而提高了***运行效率。其设计合理、结构简单、功能多样、灵活性好、稳定可靠、充放电效率较高、散热性能好、设计成本较低，有效解决了现有技术的不足。 
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：包括充电输入口、放电输出口、电池连接口、控制逻辑单元、驱动单元、充电开关管单元、电源电压检测单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元、CC/CV升压单元和LED灯控制单元，所述控制逻辑单元输入端与电源电压检测单元、CC/CV升压单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元连接，所述控制逻辑单元输出端与LED灯控制单元和驱动单元连接，所述驱动单元输出端与充电开关管单元连接；所述充电输入口、放电输出口为共用的一个端口。 
上述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述充 电开关管单元为两个上下串联连接的充电开关管。 
上述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述上管过流保护单元为可切换衬底P型MOSFET功率管、常规P型MOSFET功率管、常规N型MOSFET功率管、其他类型的功率管任意一种。 
上述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述CC/CV升压单元包括与电池连接口并联的滤波电容和与电池连接口串联的升压电感，以及与升压电感连接的充电开关管。 
上述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述升压电感与充电开关管漏极连接，所述充电开关管源极接地。 
上述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述充电开关管也为MOSFET功率管。 
本发明与现有技术相比具有以下优点： 
1、本发明充电回路和放电回路均采用开关电源方式，其充放电电流大、充放电时间短、充放电效率较高、***散热性能好； 
2、本发明充电回路与放电回路是同一个回路，可以共享控制器及电感；当能量/功率从接口向内部传输时，它是降压开关电源结构，当能量/功率从内部向接口传输时是升压开关电源结构；相比传统充放电电路设计可以实现更小的导通电阻，或者更大效率的功率管。因此设计成本低、电路损耗更小、充放电电流较大、充放电效率大大提高； 
3、本发明充电输入接口与放电输出接口可以共用，也可以通过增加控制器件隔离为独立接口，灵活性好； 
4、本发明采用可切换衬底的方式，实现放电可关断功能，可以不增加功率管或控制器(比如短路保护控制器)数量的情况下，实现短路保护功能和过流保护功能，因而相对提高了***运行效率。 
综上所述，本发明设计合理、结构简单、功能多样、灵活性好、稳定可靠、充放电效率较高、散热性能好、设计成本较低，有效解决了现有技术的不足。 
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 
附图说明
图1为传统的线性降压充电和开关升压放电电源集成电路结构示意图； 
图2为传统的开关降压充电和开关升压放电电源集成电路结构示意图； 
图3为本发明的同步整流移动电源集成电路内部结构示意图； 
图4为本发明的共用充放电口充放电电路结构示意图； 
图5为图4改进的可不共用充放电口充放电电路结构示意图； 
图6为本发明的共用充放电口充放电电路电路原理图。 
具体实施方式
如图3所示，一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：包括充电输入口、放电输出口、电池连接口、控制逻辑单元、驱动单元、充电开关管单元、电源电压检测单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元、CC/CV升压单元和LED灯控制单元，所述控制逻辑单元输入端与电源电压检测单元、CC/CV升压单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元连接，所述控制逻辑单元输出端与LED灯控制单元和驱动单元连接，所述驱动单元输出端与充电开关管单元连接；所述充电输入口、放电输出口为共用的一个端口。 
本实施例中，所述充电开关管单元为两个上下串联连接的充电开关管。 
本实施例中，所述上管过流保护单元为可切换衬底P型MOSFET功率管、常规P型MOSFET功率管、常规N型MOSFET功率管、其他类型的功率管任意一种。 
本实施例中，所述CC/CV升压单元包括与电池连接口并联的滤波电容 和与电池连接口串联的升压电感，以及与升压电感连接的充电开关管。 
本实施例中，所述升压电感与充电开关管漏极连接，所述充电开关管源极接地。 
本实施例中，所述充电开关管也为MOSFET功率管。 
如图4所示，为CC/CV升压单元电路原理图，其中充电输入口、放电输出口为共用的一个端口，充电输入口、放电输出口连接的开关管表示可切换衬底P型MOSFET功率管，用于实现电路过压过流保护。当电源电压检测单元检测到USB充电口电压超过5V，P型MOSFET功率管关断，进而电路停止充电。 
常规的方案采用P型MOSFET管做为控制器，而集成电路工艺中的P型MOSFET会有一个寄生二极管，它将提供一个放电通路，使得即使将P型MOSFET关掉，也无流阻断电流从电池流向输出接口。因此常规方案不能单独实现关闭放电回路的功能，从而保护***。 
本实施例通过P型MOFSET管的衬底的切换及其电位的控制，实现对寄生二极管的关断控制，从而实现了对***放电回路的关闭，实现保护的功能，比如当电池电压低于3V时，说明电路过放电，P型MOSFET功率管关断，进而电路停止放电，实现了过压的保护功能，如图6所示。 
同时，充电输入口、放电输出口的共用，使得当能量/功率从接口向内部传输时，它是降压开关电源结构，此时图6中与升压电感串联的可切换衬底的MOFSET管起到常规降压型开关电源结构的开关管的作用，当能量/功率从内部向接口传输时是升压开关电源结构，与升压电感并联的MOFSET管起到常规升压型开关电源结构的开关管的作用。这样实现了一管多用，灵活性好，大大降低了***设计复杂度。 
另外，输入接口与输出接口也可以不共用，如图5所示，在图4的基础上，增加了额外输出限流的控制部分，以及额外输入高压保护部分，让输入接口与输出接口分离，限流控制与高压阻断或保护控制可以任意选择，灵活性好。 
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：包括充电输入口、放电输出口、电池连接口、控制逻辑单元、驱动单元、充电开关管单元、电源电压检测单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元、CC/CV升压单元和LED灯控制单元，所述控制逻辑单元输入端与电源电压检测单元、CC/CV升压单元、上管过流保护单元、下管过流保护单元连接，所述控制逻辑单元输出端与LED灯控制单元和驱动单元连接，所述驱动单元输出端与充电开关管单元连接；所述充电输入口、放电输出口为共用的一个端口。
2.按照权利要求1所述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述充电开关管单元为两个上下串联连接的充电开关管。
3.按照权利要求1所述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述上管过流保护单元为可切换衬底P型MOSFET功率管、常规P型MOSFET功率管、常规N型MOSFET功率管、其他类型的功率管任意一种。
4.按照权利要求1所述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述CC/CV升压单元包括与电池连接口并联的滤波电容和与电池连接口串联的升压电感，以及与升压电感连接的充电开关管。
5.按照权利要求4所述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述升压电感与充电开关管漏极连接，所述充电开关管源极接地。
6.按照权利要求5所述的一种多功能同步整流移动电源集成电路，其特征在于：所述充电开关管也为MOSFET功率管。
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