CN111342508A - 单口双向的移动电源管理芯片及移动电源 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了单口双向的移动电源管理芯片及移动电源，芯片内部包括充电控制模块、升压控制模块、时序及模式控制模块、第一信号切换模块、第二信号切换模块、功率P管、功率N管、第一衬底切换二极管及第二衬底切换二极管。该芯片有5个端口，具有单口双向移动电源充电及放电管理的功能，由此芯片构成的移动电源外观简洁，零配件少成本低，使用操作非常方便，可靠性高，可保证上万次长久稳定的充放电使用。
Description
技术领域
本发明涉及移动电源电路领域，具体涉及移动电源集成电路管理及转换技术。
背景技术
多年来，各种充电管理及放电管理的控制IC(集成电路)已经得到发展和应用，以实现恒流或者恒压输出的控制，应用于各种移动电源中。
现有技术中充电及放电分别采用不同端口：当输入端口接入电源时，对电池进行充电；当输出端口接负载时，电池进行放电。且输入输出端口的外观规格也不同，导致携带时需要多种规格的连接线材，而且当端口数量多时也有插错端口的风险。
综上所述，目前缺少一种节能、工作稳定的移动电源管理芯片，以及现有移动电源的端口及***元件数量多及连接线材繁琐，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单口双向移动电源管理芯片及移动电源，用于解决现有技术中端口及***元件数量多及连接线材繁琐的问题，并且能安全使用节约电能。
本专利方案提供单口双向的移动电源管理芯片，包括：
充电控制模块、升压控制模块、时序及模式控制模块、第一信号切换模块、第二信号切换模块、功率P管、功率N管、第一衬底切换二极管及第二衬底切换二极管；5个端口：IN/OUT、LED、GND、BAT及LX；
所述充电控制模块，用于在得到所述时序及模式控制模块的使能信号后，进入充电控制模式，控制功率P管及功率N管的导通或截止，实现恒流恒压充电功能；所述充电控制模块未接到所述时序及模式控制模块的使能信号，则处于升压控制模式；
所述升压控制模块，用于在得到所述时序及模式控制模块的使能信号后，进入升压放电控制模式，控制所述功率P管及功率N管的导通或截止，实现升压输出或处于低功耗待机模式；
所述时序及模式控制模块，用于对单端口的连接及电池电量进行判断，输出工作模式选择的指示灯显示效果；
所述第一信号切换模块及第二信号切换模块，根据时序及模式控制模块的模式选择信号，变更输入信号为充电控制模块或升压控制模块的输出，所述第一信号切换模块及第二信号切换模块的输出信号控制功率P管及功率N管；
所述功率P管连接于所述芯片的IN/OUT及LX端口之间，作为充电或升压放电的电流通路；
所述功率N管连接于所述芯片的LX及GND端口之间，作为升压时的电流通路。
进一步，所述充电控制模块包括第一电流采样运算放大器、恒流运算放大器、信号传输门、恒流运算放大器补偿模块、电池电压采样模块、第一恒压运算放大器、第一恒压运算放大器补偿模块、信号选择器、第一脉宽调制比较器、第一振荡器、第一电流过零检测模块、第一逻辑控制模块、第一输出驱动及第二输出驱动；所述第一电流采样运算放大器，正极输入端连接到所述芯片的 IN/OUT端口，负极输入端连接到所述芯片的LX端口，输出信号连到所述恒流运算放大器的负极输入端；所述信号传输门的输出连接到恒流运算放大器的正极输入端；恒流运算放大器的输出连接到恒流运算放大器补偿模块及信号选择器的输入端；电池电压采样模块对所述芯片BAT端口的电压进行分压采样，输出的电压作为第一恒压运算放大器的输入信号；所述第一恒压运算放大器的另一个输入信号为基准电压，输出连接到第一恒压运算放大器补偿模块及信号选择器的一个输入端；信号选择器的输出连接到脉宽调制比较器的负极输入端；所述第一振荡器有两个输出端，其中斜坡输出端RAMP连接到第一脉宽调制比较器的正极输入端，脉冲输出端OSC连接到第一逻辑控制模块的输入端；所述第一电流过零检测模块的输入信号为所述芯片端口LX电压及端口GND电压，输出信号连接到所述第一逻辑控制模块；所述第一逻辑控制模块输出信号经第一输出驱动缓冲后输出PA信号，所述第一逻辑控制模块的另一输出信号经第二输出驱动缓冲后输出NA信号。
进一步，所述升压控制模块包括第二电流采样运算放大器、IN/OUT电压采样模块、电压反馈比例调整模块、第二恒压运算放大器、第二恒压运算放大器补偿模块、第二脉宽调制比较器、第二振荡器、第二过零检测模块、第二逻辑控制模块、第三输出驱动及第四输出驱动；所述第二电流采样运算放大器的正极输入连接所述芯片的GND端口，负极输入连接到所述芯片的LX端口，输出端连接到第二脉宽调制比较器的正极输入端；IN/OUT电压采样模块连接到所述芯片的IN/OUT端口，分压后的输出信号连接到第二恒压运算放大器的负极输入端，同时该电压采样模块也受电压反馈比例调整模块的控制；第二恒压运算放大器的输出连接到第二脉宽调制比较器的负极输入端，同时也连接到第二恒压运算放大器补偿模块；第二脉宽调制比较器的输出连接到第二逻辑控制模块的输入；第二振荡器的输出连接到第二逻辑控制模块的输入；第二过零检测模块的输入连接到所述芯片的IN/OUT及LX端口，输出连接到第二逻辑控制模块的输入；第二逻辑控制模块输出信号经第三输出驱动缓冲后输出PB信号，另一输出信号经第二输出驱动缓冲后输出NB信号。
进一步，所述时序及模式控制模块包括IN/OUT检测模块、电池检测模块、充满比较器和时序控制模块；所述IN/OUT检测模块的输入连接到所述芯片的 IN/OUT端口，所述IN/OUT检测模块输出连接到时序控制模块的输入端；所述电池检测模块的另一输入端连接到所述芯片的BAT端口，电池检测模块的输出端 UVLO连接到时序控制模块的输入端；充满比较器根据电流采样情况，输出结束信号给时序模块；时序控制模块的输出端连接所述芯片的指示灯驱动端口，另一输出端连接到升压控制模块，进一步控制电压反馈比例调整模块。
进一步，所述功率P管有4个极，其源极连接到所述芯片的IN/OUT端，其漏极连接到所述芯片的LX端，其栅极连接到第一信号切换模块的输出信号PG，其衬底连接到第一衬底切换二极管及第二衬底切换二极管的阴极SUB；所述功率N 管有4个极，其漏极连接到所述芯片的LX端，其栅极连接到第二信号切换模块的输出信号NG，其源极及衬底连接到所述芯片的GND端。
进一步，所述第一衬底切换二极管有2个极，其阳极连接到所述芯片的 IN/OUT端，其阴极连接到SUB信号；所述第二衬底切换二极管有2个极，其阳极连接到所述芯片的LX端，其阴极连接到SUB信号。
具体说明上述模块，充电控制模块有4个输入信号：IN/OUT、LX、BAT 及EN_CHG，其中IN/OUT、LX及BAT为所述芯片的端口，EN_CHG为时序及模式控制模块的一个输出信号；充电控制模块有3个输出信号：PROG、PA 及NA，其中PROG为时序及模式控制模块的一个输入信号，PA为第一信号切换模块的一个输入信号，NA为第二信号切换模块的一个输入信号；
升压控制模块有5个输入信号：IN/OUT、LX、BAT、FBL及EN_BST，其中IN/OUT、LX及BAT为所述芯片的端口，FBL及EN_BST为时序及模式控制模块的输出信号；升压控制模块有2个输出信号：PB及NB，其中PB为第一信号切换模块的一个输入信号，NB为第二信号切换模块的一个输入信号；
时序及模式控制模块有3个输入信号：IN/OUT、BAT及PROG，其中 IN/OUT及BAT为所述芯片的端口，PROG为充电控制模块的一个输出信号；时序及模式控制模块有5个输出信号：LED、EN_CHG、EN_BST、FBL及MODE，其中LED信号连接到所述芯片的LED端口，EN_CHG为充电控制模块的一个输入信号，EN_BST及FBL为升压控制模块的输入信号，MODE为第一信号切换模块及第二信号切换模块的一个输入信号；
第一信号切换模块有3个输入信号：MODE、PA及PB，其中MODE为时序及模式控制模块的一个输出信号，PA为充电控制模块的一个输出信号，PB 为升压控制模块的一个输出信号；第一信号切换模块的输出信号为PG，连接到功率P管的栅极；
第二信号切换模块有3个输入信号：MODE、NA及NB，其中MODE为时序及模式控制模块的一个输出信号，NA为充电控制模块的一个输出信号，NB 为升压控制模块的一个输出信号；第二信号切换模块的输出信号为NG，连接到功率N管的栅极。
本专利还提供一种单口双向的移动电源，包括上述单口双向的移动电源管理芯片107，以及USB接口、至少两个电容、一个电感、一个可充电电池、LED指示灯；所述单口双向的移动电源管理芯片的IN/OUT端口连接到电容的正极及 USB口，所述芯片的LED端口连接到指示灯的阳极，芯片的LX端口连接到所述电感的一端，所述芯片的BAT端口连接到第一电容的正极以及可充电电池的正极，电感的另一端连接到可充电电池的正极，第二电容、第一电容以及可充电电池的负极均连接到地，指示灯的阴极连接到地，所述芯片端口GND连接到地。所述移动电源的外形为长方形结构，或者是圆柱形结构。
进一步，所述芯片107根据IN/OUT及BAT端的连接方式选择工作模式， IN/OUT端无连接负载时，IN/OUT与BAT端口间为高阻连接，电压值相等，所述芯片107处于低功耗待机状态；当IN、OUT端口连接负载大于10uA时， IN/OUT端的电压会下降，当IN/OUT端的电压低于BAT端的电压1V时，触发所述芯片107的升压模式，IN/OUT端为升压输出，电压信号为周期信号，每周期为2秒，每周期其中有2毫秒为4.6V输出，其余时间为5V输出；当IN/OUT 端的负载低于25mA或空载的时间达到8秒，时序及模式控制模块208判断为无负载接入，时序及模式控制模块208给出待机信号，使得充电控制模块206 及升压控制模块207处于待机模式，芯片107进入低功耗待机状态，功力P管成为线性高阻，IN/OUT端的电压等于LX端的电压，功率N管为截止状态；当 IN/OUT端的负载大于50mA时，由于功率P管为线性高阻，无法提供足够电流，故IN/OUT端的电压将会被拉低，当IN/OUT端的电压低于BAT端电压1V时，时序及模式控制模块208将触发升压工作模式，使得充电控制模块206处于待机模式，而升压控制模块207处于正常工作模式，芯片107进入升压工作模式，第一信号切换模块205及第二信号切换模块209均接入升压控制模块207的输出信号，功率P管及功率N管形成同步升压结构，LX作为输入端，IN/OUT作为输出端，电池经电感及芯片经对IN/OUT端进行升压输出；当IN/OUT端的电压持续2秒不低于4.8V时，时序及模式控制模块208将触发充电工作模式，使得充电控制模块206处于正常工作模式，而升压控制模块207处于待机模式，移动电源管理芯片进入充电工作模式，第一信号切换模块205及第二信号切换模块209均接入充电控制模块207的输出信号，芯片107进入充电工作模式，功率P管及功率N管形成同步降压结构，IN/OUT作为输入端，LX作为输出端， USB口经芯片及电感对电池进行恒流/恒压充电。
本专利电路的改进带来如下优点：
1、本专利单口双向移动电源外观简洁，零配件少成本低，使用操作非常方便，而且电路设计科学合理，稳定性高，可保证上万次长久稳定的充放电使用。
2、单口双向的移动电源管理芯片体积小，精度高，可管理小的移动电源电池，也可管理大型电源电池。
3、本专利单口双向移动电源功耗低、电池充电时可防止受外部市电波动影响，在低功耗及数字产品中有极大的优势和应用前景。
附图说明
图1为本专利的单口双向的移动电源电路结构示意图。
图2为本专利的充电控制模块的结构示意图。
图3为本专利的升压控制模块的结构示意图。
图4为本专利的时序控制及模式选择模块的结构示意图。
图5为本专利的构成的移动电源工作状态转换示意图。
图6为本专利的升压模式变为空载待机的波形示意图。
图7为本专利的充电模式变为空载待机的波形示意图。
图8为本专利的空载待机或充电模式变为升压模式的波形示意图。
图9为本专利的空载待机变为充电模式的波形示意图。
图10为本专利的升压模式变为充电模式的波形示意图。
图11为本专利的升压模式时电池电压下降的波形示意图。
图12为本专利的低电池电压接入负载的波形示意图。
图13为本专利的充电模式下充电指示与电池电压波形示意图。
图14为本专利两种外形结构的单口双向的移动电源示意图。
元件标号说明
101 第一滤波电容
102 LED指示灯
103 USB接口
104 可充电电池
105 第二滤波电容
106 电感
107 单口双向的移动电源管理芯片
201 第一衬底切换二极管
202 第二衬底切换二极管
203 功率P管
204 功率N管
205 第一信号切换模块
206 充电控制模块
207 升压控制模块
208 时序及模式控制模块
209 第二信号切换模块
301 第一电流采样运算放大器
302 恒流运算放大器
303 第一恒压运算放大器
304 第一脉宽调制比较器
305 信转传输门
306 信号选择器
307 第一振荡器
308 第一过零检测模块
309 第一逻辑控制模块
310 恒流运算放大器补偿模块
311 电池电压采样模块
312 第一输出驱动
313 第二输出驱动
314 第一恒压运算放大器补偿模块
315 充电恒流值设置电阻
316 电池第一分压电阻
317 电池第二分压电阻
401 第二电流采样运算放大器
402 第二恒压运算放大器
403 第二脉宽调制比较器
404 第二振荡器
405 第二过零检测模块
406 第二逻辑控制模块
407 第三输出驱动
408 第四输出驱动
409 第二恒压运算放大器补偿模块
410 IN/OUT电压采样模块
411 电压反馈比例调整模块
501 IN/OUT检测模块
502 电池端检测模块
503 时序控制模块
504 充满比较器
601 Type-C型接口
602 LED指示灯
603 移动电源盒
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提供一种单口双向的移动电源电路结构示意图。它包括一个单口双向的移动电源管理芯片(以下简称芯片)107，一个Type-C型的USB 接口(以下简称USB口)108，一个电容101，另一个电容105，一个电感106，一个可充电电池(以下简称电池)104，一个LED指示灯(以下简称指示灯)102。芯片107的IN/OUT端口连接到电容101的正极及USB口，芯片107的LED端口连接到指示灯102的阳极，芯片107的LX端口连接到电感106的一端，芯片107的BAT 端口连接到电容105的正极及电池104的正极，电感106的另一端连接到电池104 的正极，电容101、电容105及电池104的负极均连接到地，指示灯的阴极连接到地，芯片端口GND连接到地。
所述芯片107根据IN/OUT及BAT端的连接方式选择工作模式，IN/OUT 端无连接负载时，IN/OUT与BAT端口间为高阻连接，电压值相等，所述芯片107处于低功耗待机状态；当IN、OUT端口连接负载大于10uA时，IN/OUT端的电压会下降，当IN/OUT端的电压低于BAT端的电压1V时，触发所述芯片 107的升压模式，IN/OUT端为升压输出，电压信号为周期信号，每周期为2秒，每周期其中有2毫秒为4.6V输出，其余时间为5V输出；当IN/OUT端的负载低于25mA或空载的时间达到8秒，时序及模式控制模块208判断为无负载接入，时序及模式控制模块208给出待机信号，使得充电控制模块206及升压控制模块207处于待机模式，芯片107进入低功耗待机状态，功力P管成为线性高阻，IN/OUT端的电压等于LX端的电压，功率N管为截止状态；当IN/OUT 端的负载大于50mA时，由于功率P管为线性高阻，无法提供足够电流，故 IN/OUT端的电压将会被拉低，当IN/OUT端的电压低于BAT端电压1V时，时序及模式控制模块208将触发升压工作模式，使得充电控制模块206处于待机模式，而升压控制模块207处于正常工作模式，芯片107进入升压工作模式，第一信号切换模块205及第二信号切换模块209均接入升压控制模块207的输出信号，功率P管及功率N管形成同步升压结构，LX作为输入端，IN/OUT作为输出端，电池经电感及芯片经对IN/OUT端进行升压输出；当IN/OUT端的电压持续2秒不低于4.8V时，时序及模式控制模块208将触发充电工作模式，使得充电控制模块206处于正常工作模式，而升压控制模块207处于待机模式，移动电源管理芯片进入充电工作模式，第一信号切换模块205及第二信号切换模块209均接入充电控制模块207的输出信号，芯片107进入充电工作模式，功率P管及功率N管形成同步降压结构，IN/OUT作为输入端，LX作为输出端， USB口经芯片及电感对电池进行恒流/恒压充电。
如图5所示，本实施例提供的一种单口双向的移动电源电路的工作状态及其工作状态转换图。共有三种状态：待机，低功耗待机，IN/OUT端无连接时外于此状态；充电，即充电模式，IN/OUT端连接大于4.8V的电压源时，处于此状态；放电，即升压模式，IN/OUT端连接大于10uA的负载时处于此状态。
具体地，所述芯片107包括：充电控制模块206、升压控制模块207、时序及模式控制模块208、第一信号切换模块205、第二信号切换模块209、功率P管203、功率N管204、第一衬底切换二极管201和第二衬底切换二极管202。
图6到图12的波形示意图中，IN/OUT表示IN/OUT端的电压信号，ILOAD为 IN/OUT端所连接的电流负载，LED为LED端的电压信号，VBAT表示BAT端的电压值，BAT表示BAT端的电压信号，芯片107根据IN/OUT及BAT端的连接方式选择工作模式。如图6及图7所示，IN/OUT端无连接负载时，IN/OUT与BAT端口间为高阻连接，电压值相等，所述芯片107处于低功耗待机状态；如图8所示，当IN、 OUT端口连接负载大于10uA时，IN/OUT端的电压会下降，当IN/OUT端的电压低于BAT端的电压1V时，触发所述芯片107的升压模式，IN/OUT端为升压输出，电压信号为周期信号，每周期为2秒，每周期其中有2毫秒为4.6V输出，其余时间为5V输出；如图6所示，当IN/OUT端的负载低于25mA或空载的时间达到8秒，时序及模式控制模块208判断为无负载接入，时序及模式控制模块208给出待机信号，使得充电控制模块206及升压控制模块207处于待机模式，芯片107进入低功耗待机状态，功力P管成为线性高阻，IN/OUT端的电压等于LX端的电压，功率N管为截止状态；如图6及图8所示，当IN/OUT端的负载大于50mA时，时序及模式控制模块208将触发升压工作模式且能保持升压工作模式，充电控制模块 206处于待机模式，而升压控制模块207处于正常工作模式，芯片107进入升压工作模式，第一信号切换模块205及第二信号切换模块209均接入升压控制模块207 的输出信号，功率P管及功率N管形成同步升压结构，LX作为输入端，IN/OUT 作为输出端，电池经电感及芯片对IN/OUT端进行升压输出；如图9及图10所示，当IN/OUT端的电压持续2秒不低于4.8V时，时序及模式控制模块208将触发充电工作模式，使得充电控制模块206处于正常工作模式，而升压控制模块207处于待机模式，移动电源管理芯片进入充电工作模式，第一信号切换模块205及第二信号切换模块209均接入充电控制模块207的输出信号，芯片107进入充电工作模式，功率P管及功率N管形成同步降压结构，IN/OUT作为输入端，LX作为输出端，USB口经芯片及电感对电池进行恒流/恒压充电。
更具体地，如图2所示，所述充电控制模块206包括：第一电流采样运算放大器301、充电恒流值设置电阻315、恒流运算放大器302、信号传输门305、恒流运算放大器补偿模块310、电池电压采样模块311、第一恒压运算放大器303、第一恒压运算放大器补偿模块314、信号选择器306、第一脉宽调制比较器304、第一振荡器307、第一过零检测模块308、第一逻辑控制模块309、第一输出驱动 312及第二输出驱动313。
第一电流采样运算放大器301对所述芯片107的LX及IN/OUT端口压差进行放大，输入的信号PROG与基准电压1V或0.1V，经恒流运算放大器302运算放大所得信号CPC；电池电压采样模块311对BAT进行分压后所得信号FBA作为第一恒压运算放大器303的负极输入，第一恒压运算放大器303的正极输入为基准 1.2V，FBA及1.2V经第一恒压运算放大器303运算放大所得信号CPV；信号选择器306对信号CPC及CPV进行选择，输出CPA为CPC及CPV的较低者；CPA与第一振荡器307的斜波输出RAMP进行比较，当RAMP高于CAP时QA为高电平，否则为低电平；第一过零检测模块308对LX及GND端电压进行比较，当LX端电压低于GND时，输出ZCDA为低电平，否则为高电平；第一逻辑控制模块309对输入信号进行逻辑运算，OSC的上升沿为输出PFA的设置信号，QA的上升沿为输出 PFA复位信号，QA的上升沿为输出NFA的设置信号，ZCDA的上升沿为输出NFA 的复位信号；当OVP的低电平且MODE为高电平时，第一逻辑控制模块309正常工作，否则第一逻辑控制模块309处于关闭状态，输出PFA为高电，输出NFA为低电平。充电模式的充电恒流值
电池充满的电压点
更具体地，如图3所示，所述升压控制模块207包括：第二电流采样运算放大器401、第二恒压运算放大器402、第二脉宽调制比较器403、第二振荡器404、第二过零检测模块405、第二逻辑控制模块406、第三输出驱动407、第四输出驱动408、第二恒压运算放大器补偿模块409、IN/OUT电压采样模块410及电压反馈比例调整模块411。
所述芯片107的IN/OUT端口的电压经IN/OUT电压采样模块410分压采样后输出信号FBB，FBB与基准电压1.2V经第二恒压运算放大器402误差放大后，输出信号CPB；第二电流采样运算放大器401对所述芯片107的LX及GND端口的电压进行误差放大后，输出信号VCS；第二脉宽调制比较器403对CPB及VCS进行比较，当VCS大于CPB时输出QB为高电平，否则为低电平；所述芯片107的 IN/OUT及LX端口电压经第二过零检测模块405比较后，输出ZCDB信号，当LX 高于IN/OUT的电压时，ZCDB为低电平，否则为高电平；第二振荡器404的输出 OSC为脉冲信号；第二逻辑控制模块406对各输入信号进行逻辑运算，OSC的上升沿为输出NFB的设置信号，QB的上升沿为NFB的复位信号，QB的上升沿同时也是输出PFB的设置信号，ZCDB的上升沿是PFB的复位信号；MODE为高电平且UVLO为低电平时，第二逻辑控制模块406正常工作，否则第二逻辑控制模块 406处于待机状态，此时输出PFB为高电平而NFB为低电平。如图6及图8所示的 IN/OUT，升压模式的升压输出为
其中每2秒的周期内有2毫秒的时间升压输出为
更具体地，如图4所示，所述的时序及模式控制模块208包括：IN/OUT检测模块501、电池端检测模块502、时序控制模块503及充满比较器504。所述IN/OUT 检测模块的输入连接到所述芯片的IN/OUT端口，所述IN/OUT检测模块输出连接到时序控制模块的输入端。
如图6到图10所示，当IN/OUT检测模块501检测IN/OUT及BAT端口电压值进行工作模式选择：当IN/OUT及BAT端口的电压值相等时，输出MODE信号使芯片处于低功耗待机状态；当IN/OUT端的电压值低于BAT端的电压值1V时，输出 MODE信号使芯片处于升压工作模式，8秒后在每周期内能检测到所述芯片107 的IN/OUT端口电压低于4.8V，则维持升压工作模式；当IN/OUT端的电压大于 4.8V超过2秒，输出MODE信号使芯片处于充电工作模式。当IN/OUT检测模块501 检测到IN/OUT端口电压高于6.5V，则输出OVP为高电平，否则为低电平。电池端检测模块502对所述芯片107的BAT端口电压检测，当BAT电压低于2.8V时，输出Trickle为高电平，否则为低电平。当PROG的电压低于0.1V时，充满比较器504 的输出DONE为高电平。时序控制模块503产生时序信号，输出FBL为第2秒周期内有2毫秒为高电平，其余时间为低电平。如图6到图13所示，时序控制模块503 的输出LED信号，在充电模式为以1秒为周期占空比为50％脉冲信号，充满电后 LED持续为高电平；在升压模式，LED信号持续为高电平，如在升压时BAT端电压下降低于3.2V，则LED为以1秒为周期占空比为50％脉冲信号，如BAT端电压继续下降低于2.9V，LED持续为低电平，升压功能关闭；BAT端电压低于3.2V时， USB端由空载变为连接负载，则LED为以1秒为周期占空比为50％脉冲信号，且8 秒后LED持续为低电平，无升压输出，8秒的闪灯信号警示电池低电量，需对电池进行充电。
如图14所示，本发明单口双向的移动电源外观简洁，可采用方形立体外壳或者圆柱形外壳，使用的零配件少，包括：Type-C型USB口601，LED指示灯602 及电池盒603。
本专利单口双向移动电源外观简洁，零配件少成本低，使用操作非常方便，而且电路设计科学合理，稳定性高，可保证上万次长久稳定的充放电使用。
Claims (8)
1.单口双向的移动电源管理芯片，其特征在于，包括：
充电控制模块、升压控制模块、时序及模式控制模块、第一信号切换模块、第二信号切换模块、功率P管、功率N管、第一衬底切换二极管及第二衬底切换二极管；5个端口：IN/OUT、LED、GND、BAT及LX；
所述充电控制模块，用于在得到所述时序及模式控制模块的使能信号后，进入充电控制模式，控制功率P管及功率N管的导通或截止，实现恒流恒压充电功能；所述充电控制模块未接到所述时序及模式控制模块的使能信号，则处于升压控制模式；
所述升压控制模块，用于在得到所述时序及模式控制模块的使能信号后，进入升压放电控制模式，控制所述功率P管及功率N管的导通或截止，实现升压输出或处于低功耗待机模式；
所述时序及模式控制模块，用于对单端口的连接及电池电量进行判断，输出工作模式选择的指示灯显示效果；
所述第一信号切换模块及第二信号切换模块，根据时序及模式控制模块的模式选择信号，变更输入信号为充电控制模块或升压控制模块的输出，所述第一信号切换模块及第二信号切换模块的输出信号控制功率P管及功率N管工作；
所述功率P管连接于所述芯片的IN/OUT及LX端口之间，作为充电或升压放电的电流通路；
所述功率N管连接于所述芯片的LX及GND端口之间，作为升压时的电流通路。
2.根据权利要求1所述单口双向的移动电源管理芯片，其特征在于，
所述充电控制模块包括第一电流采样运算放大器、恒流运算放大器、信号传输门、恒流运算放大器补偿模块、电池电压采样模块、第一恒压运算放大器、第一恒压运算放大器补偿模块、信号选择器、第一脉宽调制比较器、第一振荡器、第一电流过零检测模块、第一逻辑控制模块、第一输出驱动及第二输出驱动；所述第一电流采样运算放大器的正极输入端连接到所述芯片的IN/OUT端口，负极输入端连接到所述芯片的LX端口，输出信号连到所述恒流运算放大器的负极输入端；所述信号传输门的输出连接到恒流运算放大器的正极输入端；恒流运算放大器的输出连接到恒流运算放大器补偿模块及信号选择器的输入端；电池电压采样模块对所述芯片BAT端口的电压进行分压采样，输出的电压作为第一恒压运算放大器的输入信号；所述第一恒压运算放大器的另一个输入信号为基准电压，输出连接到第一恒压运算放大器补偿模块及信号选择器的一个输入端；信号选择器的输出连接到脉宽调制比较器的负极输入端；所述第一振荡器有两个输出端，其中斜坡输出端RAMP连接到第一脉宽调制比较器的正极输入端，脉冲输出端OSC连接到第一逻辑控制模块的输入端；所述第一电流过零检测模块的输入信号为所述芯片端口LX电压及端口GND电压，输出信号连接到所述第一逻辑控制模块；所述第一逻辑控制模块输出信号经第一输出驱动缓冲后输出PA信号，所述第一逻辑控制模块的另一输出信号经第二输出驱动缓冲后输出NA信号。
3.根据权利要求1所述单口双向的移动电源管理芯片，其特征在于，
所述升压控制模块包括第二电流采样运算放大器、IN/OUT电压采样模块、电压反馈比例调整模块、第二恒压运算放大器、第二恒压运算放大器补偿模块、第二脉宽调制比较器、第二振荡器、第二过零检测模块、第二逻辑控制模块、第三输出驱动及第四输出驱动；所述第二电流采样运算放大器的正极输入连接所述芯片的GND端口，负极输入连接到所述芯片的LX端口，输出端连接到第二脉宽调制比较器的正极输入端；IN/OUT电压采样模块连接到所述芯片的IN/OUT端口，分压后的输出信号连接到第二恒压运算放大器的负极输入端，同时该IN/OUT电压采样模块也受所述电压反馈比例调整模块的控制；第二恒压运算放大器的输出连接到第二脉宽调制比较器的负极输入端，同时也连接到第二恒压运算放大器补偿模块；第二脉宽调制比较器的输出连接到第二逻辑控制模块的输入；第二振荡器的输出连接到第二逻辑控制模块的输入；第二过零检测模块的输入连接到所述芯片的IN/OUT及LX端口，输出连接到第二逻辑控制模块的输入；第二逻辑控制模块输出信号经第三输出驱动缓冲后输出PB信号，另一输出信号经第二输出驱动缓冲后输出NB信号。
4.根据权利要求1所述单口双向的移动电源管理芯片，其特征在于，
所述时序及模式控制模块包括IN/OUT检测模块、电池检测模块、充满比较器和时序控制模块；所述IN/OUT检测模块的输入连接到所述芯片的IN/OUT端口，所述IN/OUT检测模块输出连接到时序控制模块的输入端；所述电池检测模块的另一输入端连接到所述芯片的BAT端口，电池检测模块的输出端UVLO连接到时序控制模块的输入端；充满比较器根据电流采样情况，输出结束信号给时序模块；时序控制模块的输出端连接所述芯片的指示灯驱动端口，另一输出端连接到升压控制模块，进一步控制电压反馈比例调整模块。
5.根据权利要求1所述单口双向的移动电源管理芯片，其特征在于，
所述功率P管有4个极，其源极连接到所述芯片的IN/OUT端，其漏极连接到所述芯片的LX端，其栅极连接到所述第一信号切换模块的输出信号PG，其衬底连接到第一衬底切换二极管及第二衬底切换二极管的阴极SUB；
所述功率N管有4个极，其漏极连接到所述芯片的LX端，其栅极连接到第二信号切换模块的输出信号NG，其源极及衬底连接到所述芯片的GND端。
6.根据权利要求1所述单口双向的移动电源管理芯片，其特征在于，
所述第一衬底切换二极管有2个极，其阳极连接到所述芯片的IN/OUT端，其阴极连接到SUB信号；
所述第二衬底切换二极管有2个极，其阳极连接到所述芯片的LX端，其阴极连接到SUB信号。
7.一种单口双向的移动电源，其特征在于，包括权利要求1-6中任意所述单口双向的移动电源管理芯片，以及USB接口、至少两个电容、一个电感、一个可充电电池、LED指示灯；所述单口双向的移动电源管理芯片的IN/OUT端口连接到所述电容的正极及USB口，所述芯片的LED端口连接到指示灯的阳极，芯片的LX端口连接到所述电感(106)的一端，所述芯片的BAT端口连接到第一电容(105)的正极以及可充电电池(104)的正极，所述电感(106)的另一端连接到可充电电池的正极，第二电容(101)、第一电容(105)以及可充电电池(104)的负极均连接到地，指示灯的阴极连接到地，所述芯片端口GND连接到地。
8.根据权利要求7所述一种单口双向的移动电源，其特征在于，所述移动电源的外形为长方形结构，或者是圆柱形结构。
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| WO2023015720A1 (zh) * | 2021-08-12 | 2023-02-16 | 惠州Tcl云创科技有限公司 | 一种双向充电电路和装置 |
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2020
- 2020-01-20 CN CN202010067439.1A patent/CN111342508B/zh active Active
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