CN109638798B - 开关充电芯片的保护电路和开关充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关充电芯片的保护电路和开关充电电路，通过触发单元，用于在第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，依据输入电压生成并输出第二触发电压。检测单元，用于在第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，比较待检测电压经过压降的电压与第二触发电压；若待检测电压经过压降的电压大于第二触发电压，则输出控制信号控制开关充电芯片中的第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，第一开关管用于控制开关充电芯片的输入端与输出端口的通断。通过上述公开的电路实现第一开关管的栅源电压过高时，控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，保护开关充电芯片，确保开关充电芯片正常工作。

Description

开关充电芯片的保护电路和开关充电电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种开关充电芯片的保护电路和开关充电电路。

背景技术

随着便携式电子产品的多样化发展，对开关充电芯片的要求也越来越高。目前的开关充电芯片除了支持基本的5V常压充电，还支持9V和12V的高压充电。

开关充电芯片在充电过程中，可能会发生异常的情况，为此，需要对开关充电芯片设计相应的保护电路。现有技术的开关充电芯片的保护电路在设计时，考虑了开关充电芯片输入端的正负过冲，开关充电芯片的温度过高和输出短路等问题。但是，现有的开关充电芯片的保护电路在设计时，没有考虑输入端突然被短路到地的情况。

在开关充电芯片的充电过程中，当输入端突然被短路到地时，开关充电芯片中的第一开关管的栅源电压过高，导致栅氧击穿，造成第一开关管的损坏，开关充电芯片不能正常工作。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提出了一种保护开关充电芯片的电路和开关充电电路，以实现第一开关管的栅源电压过高时，控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，保护开关充电芯片，确保开关充电芯片正常工作。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

本发明第一方面公开了一种开关充电芯片的保护电路，包括：

触发单元、和与所述触发单元相连的检测单元；

所述触发单元，用于分别接收第一触发电压和输入电压，所述触发单元在所述第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，依据所述输入电压生成并输出第二触发电压；

所述检测单元，用于分别接收所述第一触发电压、待检测电压和所述第二触发电压，所述检测单元在第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，比较所述待检测电压经过压降的电压与所述第二触发电压；若所述待检测电压经过压降的电压大于所述第二触发电压，则输出控制信号控制所述开关充电芯片中的第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压，所述第一开关管用于控制所述开关充电芯片的输入端与输出端口的通断。

可选地，所述触发单元，包括：

第一保护电阻、第一开关和第二开关；

其中，所述第一保护电阻的一端接收所述输入电压，另一端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述第一开关的第二端，所述第二开关的控制端连接所述检测单元，所述第一开关的第一端接地，所述第一开关的控制端接收所述第一触发电压；

其中，所述第二开关和所述检测单元的公共端，与所述第二开关和所述第一开关的公共端相连。

可选地，所述检测单元，包括：

第二保护电阻、检测电阻、第三开关和第四开关；

其中，所述第二保护电阻的一端接收所述待检测电压，另一端连接所述检测电阻，所述检测电阻的另一端连接所述第四开关的第一端，所述第四开关的第二端连接所述第三开关的第二端，所述第四开关的控制端连接所述触发单元并接收所述第二触发电压，所述第三开关的第一端接地，所述第三开关的控制端接收所述第一触发电压；

其中，所述第三开关接地的公共端，用于输出所述控制信号。

可选地，所述开关充电芯片的保护电路还包括：

与所述检测单元相连的反相单元，用于接收所述控制信号，并输出所述控制信号经过所述反相单元的处理结果。

可选地，所述反相单元，包括：

第一反相器和第二反相器；

所述第一反相器的一端连接所述检测单元，另一端连接所述第二反相器的一端，所述第二反相器的另一端输出所述控制信号。

可选地，所述开关充电芯片的保护电路还包括：

与所述第二反相器相连的控制门；

所述控制门分别接收使能信号和所述控制信号，若所述使能信号和所述控制信号满足预定要求，则所述控制门控制所述第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压；

所述预定要求用于反映出所述待检测电压经过压降的电压大于所述第二触发电压。

可选地，所述开关充电芯片的保护电路还包括：

与所述检测单元相连的控制门；

所述控制门分别接收使能信号和所述控制信号，若所述使能信号和所述控制信号满足预定要求，则所述控制门控制所述第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压；

所述预定要求用于反映出所述待检测电压经过压降的电压大于所述第二触发电压。

本发明第二方面公开了一种开关充电电路，包括：

开关充电芯片、以及本发明第一方面公开的任意一种开关充电芯片的保护电路；其中，所述开关充电芯片与所述开关充电芯片的保护电路相连。

可选地，所述开关充电芯片中的驱动单元，与所述开关充电芯片的保护电路相连，用于接收所述开关充电芯片的保护电路输出的所述控制信号，并依据所述控制信号控制所述第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压。

可选地，所述驱动单元包括：

第三保护电阻、稳压二极管、电荷泵和第二开关管；

所述第二开关管的第一端接地，所述第二开关管的第二端连接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的控制端连接所述开关充电芯片的保护电路；

所述第三保护电阻的一端接收所述第一触发电压，另一端通过所述稳压二极管接地；

所述电荷泵的第一输入端连接所述第三保护电阻和所述稳压二极管的公共端，第二输入端接收所述第一触发电压，输出端连接所述第二开关管的第二端。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的开关充电芯片的保护电路和开关充电电路，通过触发单元和与触发单元相连的检测单元，比较待检测电压经过压降的电压与第二触发电压，当待检测电压经过压降的电压大于第二触发电压时，输出控制信号控制开关充电芯片中的第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，第一开关管用于控制开关充电芯片的输入端与输出端口的通断，由此可以实现第一开关管的栅源电压过高时，控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，保护开关充电芯片，确保开关充电芯片正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种开关充电芯片的结构图；

图2为本发明实施例公开的一种开关充电芯片的保护电路；

图3为本发明实施例公开的另一种开关充电芯片的保护电路；

图4为本发明实施例公开的另一种开关充电芯片的保护电路；

图5为本发明实施例公开的另一种开关充电芯片的保护电路；

图6为本发明实施例公开的另一种开关充电芯片的保护电路；

图7为本发明实施例公开的另一种开关充电芯片的保护电路；

图8为本发明实施例公开的一种开关充电电路；

图9为本发明实施例公开的另一种开关充电电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，开关充电芯片中的端口VBUS连接输入端，即连接USB端口。在充电过程中，由于端口VBUS连接USB端口，所以端口VBUS有可能被突然短路到地。若端口VBUS被突然短路到地，则第一开关管Q1的栅源电压是一个很高的电压。一般情况下，MOS场效应管的栅源电压过高会造成MOS场效应管的栅氧击穿，损坏MOS场效应管。因此，第一开关管Q1在这种情况下很容易损坏。

针对上述问题，需要对开关充电芯片设计相应的保护电路，本发明提出了一种开关充电芯片的保护电路和开关充电电路，以实现第一开关管的栅源电压过高时，控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，保护开关充电芯片，确保开关充电芯片正常工作。

参阅图2，本发明实施例公开了一种开关充电芯片的保护电路，包括：

触发单元201、和与触发单元201相连的检测单元202。

触发单元201，用于分别接收第一触发电压和输入电压，触发单元201在第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，依据输入电压生成并输出第二触发电压。

检测单元202，用于分别接收第一触发电压、待检测电压和第二触发电压，检测单元202在第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，比较待检测电压经过压降的电压与第二触发电压。压降是指电流经过负载后的电压相对于未经过负载前的电压有所变化，在本发明实施例中，负载的阻值可以设定为能够消耗第一触发电压的阻值。若待检测电压经过压降的电压大于第二触发电压，则输出控制信号控制开关充电芯片中的第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，第一开关管用于控制开关充电芯片的输入端与输出端口的通断。

一般来说，第一开关管可以是NMOS场效应管。需要说明的是，待检测电压为第一开关管的栅极电压，输入电压为输入端的电压，输入端的电压也可以是第一触发电压。

本发明实施例提供的开关充电芯片的保护电路，通过触发单元201和与触发单元201相连的检测单元202，比较待检测电压经过压降的电压与第二触发电压，当待检测电压经过压降的电压大于第二触发电压时，输出控制信号控制开关充电芯片中的第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，第一开关管用于控制开关充电芯片的输入端与输出端口的通断，由此可以实现第一开关管的栅源电压过高时，控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压，保护开关充电芯片，确保开关充电芯片正常工作。

可选地，参阅图3，在本发明的另一实施例中，触发单元301的一种实施方式，包括：

第一保护电阻RES1、第一开关S1和第二开关S2。

其中：第一保护电阻RES1的一端接收输入电压，另一端连接第二开关S2的第一端，第二开关S2的第二端连接第一开关S1的第二端，第二开关S2的控制端连接检测单元302，第一开关S1的第一端接地，第一开关S1的控制端接收第一触发电压。其中，第二开关S2和检测单元302的公共端，与第二开关S2和第一开关S1的公共端相连。

需要说明的是，第一开关S1可以是NMOS场效应管，第二开关S2可以是PMOS场效应管。第一开关S1的第一端作为源极，第一开关S1的第二端作为漏极，第一开关S1的控制端作为栅极。同理，第二开关S2的第一端作为源极，第二开关S2的第二端作为漏极，第二开关S2的控制端作为栅极。

当第一开关S1的栅极接收第一触发电压，第一开关S1的源极电压为地电压时，第一开关S1的栅极电压大于源极电压，第一开关S1导通。第一开关S1导通后，触发单元301形成通路，在第二开关S2和检测单元302的公共端处生成第二触发电压，并向检测单元302输出第二触发电压。同时，第二开关S2的源极接收输入电压，第二开关S2的栅极接收第二触发电压，第二触发电压为地电压，第二开关S2的源极电压大于栅极电压，第二开关S2导通。

可选地，参阅图3，本发明的另一实施例中，检测单元302的一种实施方式，包括：

第二保护电阻RES2、检测电阻R、第三开关S3和第四开关S4。

其中：第二保护电阻RES2的一端接收待检测电压，另一端连接检测电阻R，检测电阻R的另一端连接第四开关S4的第一端，第四开关S4的第二端连接第三开关S3的第二端，第四开关S4的控制端连接触发单元301并接收第二触发电压，第三开关S3的第一端接地，第三开关S3的控制端接收第一触发电压。其中，第三开关S3接地的公共端，用于输出控制信号。

需要说明的是，第三开关S3可以是NMOS场效应管，第四开关S4可以是PMOS场效应管。第三开关S3的第一端作为源极，第三开关S3的第二端作为漏极，第三开关S3的控制端作为栅极。同理，第四开关S4的第一端作为源极，第四开关S4的第二端作为漏极，第四开关S4的控制端作为栅极。检测电阻R可以依据需求，选择合适的电阻。

第三开关S3的栅极接收第一触发电压，第三开关S3的源极电压为地电压时，第三开关S3的栅极电压大于源极电压，第三开关S3导通。同时，第四开关S4的栅极接收第二触发电压，第四开关S4的源极接收待检测电压经过压降的电压。需要说明的是，待检测电压经过检测电阻R消耗相应的电压，也就是说，待检测电压经过检测电阻R的电压为待检测电压经过压降的电压。若第四开关S4的源极电压大于栅极电压，则第四开关S4导通，检测单元302形成通路，第三开关S3接地的公共端输出控制信号控制开关充电芯片中的第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压。

参阅图4，本发明实施例公开了另一种开关充电芯片的保护电路，包括：

触发单元401、检测单元402和与检测单元402相连的反相单元403。

其中，触发单元401和检测单元402的执行过程以及原理与图3中的触发单元301和检测单元302相同，这里不再赘述。

反相单元403，用于接收控制信号，并输出控制信号经过反相单元的处理结果。

需要说明的是，控制信号经过反相单元的处理结果与未处理的控制信号相同。

可选地，参阅图5，反相单元503的一种实施方式，包括：

第一反相器和第二反相器。

第一反相器的一端连接检测单元502，另一端连接第二反相器的一端，第二反相器的另一端输出控制信号。

需要说明的是，检测单元502输出控制信号给第一反相器，控制信号经过第一反相器，再经过与第一反相器相连的第二反相器，第二反相器输出控制信号。

参阅图6，本发明实施例公开了另一种开关充电芯片的保护电路，包括：

触发单元601、检测单元602、第一反相器、第二反相器和与第二反相器相连的控制门。

其中，触发单元601和检测单元602的执行过程以及原理与图3中的触发单元301和检测单元302相同，这里不再赘述。第一反相器和第二反相器的执行过程以及原理与图5中的第一反相器和第二反相器相同，这里不再赘述。

控制门分别接收使能信号和控制信号，若使能信号和控制信号满足预定要求，则控制门控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压。预定要求用于反映出待检测电压经过压降的电压大于第二触发电压。

参阅图7，本发明实施例公开了另一种开关充电芯片的保护电路，包括：

触发单元701、检测单元702和与检测单元702相连的控制门。

其中，触发单元701和检测单元702的执行过程以及原理与图3中的触发单元301和检测单元302相同，这里不再赘述。

控制门分别接收使能信号和控制信号，若使能信号和控制信号满足预定要求，则控制门控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压。预定要求用于反映出待检测电压经过压降的电压大于第二触发电压。

参阅图8，本发明实施例公开了一种开关充电电路，包括：

开关充电芯片801和开关充电芯片的保护电路802。开关充电芯片801与开关充电芯片的保护电路802相连。

其中，开关充电芯片的保护电路的具体实现过程与实现原理和上述实施例示出的开关充电芯片的保护电路一致，可参见，这里不再赘述。

需要说明的是，开关充电芯片801中的驱动单元，与开关充电芯片的保护电路802相连，用于接收开关充电芯片的保护电路802输出的控制信号，并依据控制信号控制第一开关管的栅极电压下拉到小于第二触发电压。

可选地，参阅图9，驱动单元901的一种实施方式，包括：

第三保护电阻R3、稳压二极管、电荷泵和第二开关管Q2。

可选地，一种连接方式为：第二开关管Q2的第一端接地，第二开关管Q2的第二端连接第一开关管Q1的控制端，第二开关管Q2的控制端连接开关充电芯片的保护电路902。

第三保护电阻R3的一端接收第一触发电压，另一端通过稳压二极管接地。

电荷泵的第一输入端连接第三保护电阻R3和稳压二极管的公共端，第二输入端接收第一触发电压，输出端连接第二开关管Q2的第二端。

需要说明的是，第二开关管Q2可以是NMOS场效应管，第二开关管Q2的第一端为源极，第二端为漏极，控制端为栅极。第一开关管的第一端为源极，第二端为漏极，控制端为栅极。

还需要说明的是，电荷泵输出电压，该电压作为第一开关管Q1的栅极电压，第一开关管Q1的源极电压为输入端的电压。因为第一开关管Q1导通时，栅极电压要大于源极电压，电荷泵输出的电压要大于输入端的电压，所以电荷泵输出的电压是一个比较大的电压。

当输入端突然被短路到地时，第一开关管Q1的栅源电压为电荷泵输出的电压。若第一开关管Q1的栅源电压过大，则造成第一开关管Q1损坏。此时，开关充电芯片的保护电路902输出的控制信号说明需要将第一开关管Q1的栅极电压下拉到小于第二触发电压。第二开关管Q2的控制端接收到控制信号，第二开关管Q2导通，控制第一开关管Q1的栅极电压下拉到小于第二触发电压。此时，第一开关管的栅源电压没有过大，不会造成第一开关管的损坏。

专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种开关充电芯片的保护电路，其特征在于，包括：

触发单元、和与所述触发单元相连的检测单元；

所述触发单元，用于分别接收第一触发电压和输入电压，所述触发单元在所述第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，依据所述输入电压生成并输出第二触发电压；

所述检测单元，用于分别接收所述第一触发电压、待检测电压和所述第二触发电压，所述检测单元在第一触发电压的作用下导通，并在导通状态下，比较所述待检测电压经过压降的电压与所述第二触发电压；若所述待检测电压经过压降的电压大于所述第二触发电压，则输出控制信号控制所述开关充电芯片中的第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压，所述第一开关管用于控制所述开关充电芯片的输入端与输出端口的通断；所述待检测电压为所述第一开关管的栅极电压。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述触发单元，包括：

第一保护电阻、第一开关和第二开关；

其中，所述第一保护电阻的一端接收所述输入电压，另一端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述第一开关的第二端，所述第二开关的控制端连接所述检测单元，所述第一开关的第一端接地，所述第一开关的控制端接收所述第一触发电压；

其中，所述第二开关和所述检测单元的公共端，与所述第二开关和所述第一开关的公共端相连。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测单元，包括：

第二保护电阻、检测电阻、第三开关和第四开关；

其中，所述第二保护电阻的一端接收所述待检测电压，另一端连接所述检测电阻，所述检测电阻的另一端连接所述第四开关的第一端，所述第四开关的第二端连接所述第三开关的第二端，所述第四开关的控制端连接所述触发单元并接收所述第二触发电压，所述第三开关的第一端接地，所述第三开关的控制端接收所述第一触发电压；

其中，所述第三开关接地的公共端，用于输出所述控制信号。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

与所述检测单元相连的反相单元，用于接收所述控制信号，并输出所述控制信号经过所述反相单元的处理结果。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述反相单元，包括：

第一反相器和第二反相器；

所述第一反相器的一端连接所述检测单元，另一端连接所述第二反相器的一端，所述第二反相器的另一端输出所述控制信号。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，还包括：

与所述第二反相器相连的控制门；

所述控制门分别接收使能信号和所述控制信号，若所述使能信号和所述控制信号满足预定要求，则所述控制门控制所述第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压；

所述预定要求用于反映出所述待检测电压经过压降的电压大于所述第二触发电压。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

与所述检测单元相连的控制门；

所述控制门分别接收使能信号和所述控制信号，若所述使能信号和所述控制信号满足预定要求，则所述控制门控制所述第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压；

所述预定要求用于反映出所述待检测电压经过压降的电压大于所述第二触发电压。

8.一种开关充电电路，其特征在于，包括：

开关充电芯片、以及如权利要求1至6中任意一项所述的开关充电芯片的保护电路；其中，所述开关充电芯片与所述开关充电芯片的保护电路相连。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述开关充电芯片中的驱动单元，与所述开关充电芯片的保护电路相连，用于接收所述开关充电芯片的保护电路输出的所述控制信号，并依据所述控制信号控制所述第一开关管的栅极电压下拉到小于所述第二触发电压。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述驱动单元包括：

第三保护电阻、稳压二极管、电荷泵和第二开关管；

所述第二开关管的第一端接地，所述第二开关管的第二端连接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的控制端连接所述开关充电芯片的保护电路；

所述第三保护电阻的一端接收所述第一触发电压，另一端通过所述稳压二极管接地；

所述电荷泵的第一输入端连接所述第三保护电阻和所述稳压二极管的公共端，第二输入端接收所述第一触发电压，输出端连接所述第二开关管的第二端。