CN206759077U - 开关电源控制器电路及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种开关电源控制器电路，包括充电标准适配模块、比较模块、发生模块、逻辑模块和驱动模块；充电标准适配模块接收连入设备的握手信号和发生模块的时钟信号并调整发送至比较模块的采样电压信号值和反馈缺省状态恢复信号至逻辑模块，比较模块接收采样电压信号值和发生模块的锯齿波信号，并发送比较信号至逻辑模块，逻辑模块接收比较信号和时钟信号，并发送控制信号至驱动模块。本实用新型通过提供一种开关电源控制器电路，提高了电路的集成度和降低了***复杂度，降低产品开发难度和成本。

Description

开关电源控制器电路及设备

技术领域

本实用新型涉及一种集成电路，具体涉及一种开关电源控制器电路及设备。

背景技术

开关电源因其体积小、效率高以及大电流的优点，具有广泛的应用。其中小功率的开关电源，被广泛应用于便携式电子设备，其代表如各类手机充电器，因为应用条件的要求，此类小功率开关电源变换器通常具有很高的集成度，以单颗集成开关电源控制器芯片搭配少量***元件即可实现，而开关电源控制器芯片作为其核心元件，在功能和性能上就有了越来越多的需求。

便携式电子设备的充电器中，USB专用充电端口(Dedicated Charging Port)业已成为业界标准的USB充电下行端口(Downstream Port)。针对USB DCP的5V标准充电电压，业界目前有两大主流标准：USB-IF的电池充电(Battery Charging)标准，最新版本为V1.2(BC1.2)，以及苹果公司的专用充电端口标准。而随着近年来便携式电子设备电池容量不断增加，业界对其充电速度又提出了更高的要求。为了进一步提高充电速度，目前已有多种快速充电方案，其中代表如高通公司的快速充电协议3.0版(Quick Charge 3.0，QC3.0)，及其所定义的专用快速充电端口。

为了使充电器支持上述各种USB充电端口标准，通常是使用普通开关电源控制器配合专用的接口适配芯片来构建开关电源，该种方案存在集成度较低从而使得***复杂度较高的缺点，增加了产品设计的难度和开发成本。

实用新型内容

本实用新型的主要目的为提供，一种开关电源控制器电路及设备以降低***复杂度，降低产品开发难度和成本。

本实用新型提出了一种开关电源控制器电路，包括充电标准适配模块、误差放大模块、比较模块、发生模块、逻辑模块和驱动模块；

上述充电标准适配模块分别与上述误差放大模块、发生模块和逻辑模块连接；

上述比较模块分别与上述逻辑模块、误差放大模块和发生模块连接；

上述逻辑模块分别与驱动模块和发生模块连接；

上述充电标准适配模块接收连入设备的握手信号和上述发生模块的时钟信号，并调整上述误差放大模块接收的电压采样信号值大小，且，根据连入设备的连接状态反馈缺省状态恢复信号至上述逻辑模块，上述误差放大模块发送误差信号至上述比较模块，上述比较模块还接收上述发生模块的锯齿波信号，并发送比较信号至上述逻辑模块，上述逻辑模块接收上述比较信号和上述时钟信号，并发送控制信号至上述驱动模块。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，上述充电标准适配模块还包括第一子模块、第二子模块、第三子模块、判断子模块和调整源子模块；

上述第一子模块、第二子模块和第三子模块分别与上述判断子模块连接；

上述第一子模块、第二子模块和第三子模块还分别与上述调整源子模块连接；

上述调整源子模块还与上述误差放大模块连接，并通过端口VFB与外部电源连接；

上述判断子模块还与上述发生模块和逻辑模块连接；

上述判断子模块通过上述端口D+和端口D-接收连入设备的握手信号并判断，根据判断结果将驱动信号发送至上述第一子模块、第二子模块或第三子模块，接收到驱动信号的上述第一子模块、第二子模块或第三子模块发送调节信号至上述调整源子模块，上述调整源子模块在接收到上述调节信号后，调节上述端口VFB与上述误差放大模块之间的采样电压信号值；上述判断子模块还接收上述发生模块发送的时钟信号和逻辑模块的逻辑信号。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，上述发生模块包括时钟子模块和锯齿波发生子模块，

上述锯齿波发生子模块与上述比较模块连接；

上述时钟子模块与上述逻辑模块和充电标准适配模块连接，发送时钟逻辑信号至上述逻辑模块和充电标准适配模块。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，还包括电流采样模块，

上述电流采样模块通过端口ISEN获取外部电路电流状况并发送至上述误差放大模块。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，还包括异常保护模块，

上述异常保护模块设于上述充电标准适配模块和逻辑模块之间，并连接于上述误差放大模块和端口VFB之间，且与端口OVP连接；

上述异常保护模块接收上述充电标准适配模块的缺省状态恢复信号；并从端口VFB和端口OVP获取采样信号；上述异常保护模块发送异常保护信号至上述逻辑模块。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，上述第一子模块为QC专用充电端口标准子模块。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，上述第二子模块为BC专用充电端口标准子模块。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，上述第三子模块为苹果公司的专用充电端口标准子模块。

进一步地，上述的开关电源控制器电路，还包括内部电源模块和基准模块，

上述内部电源模块通过端口VIN接收外部电源的供电，并控制电路的启动或关闭，且，为电路中各模块提供内部工作电压；

上述基准模块从上述内部电源模块中获取内部工作电压，并产生内部基准电压、参考电压及参考电流信号，并发送至上述充电标准适配模块、误差放大模块、比较模块、发生模块、驱动模块、电流采样模块和异常保护模块。

本实用新型提出了一种充电设备，包括以上任意一项所述的开关电源控制器电路。

本实用新型通过提供一种开关电源控制器电路，提高了电路的集成度和降低了***复杂度，降低产品开发难度和成本。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的开关电源控制器电路的模块结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的开关电源控制器电路的模块结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的开关电源控制器电路的模块结构示意图；

图4为本实用新型一实施例的开关电源控制器电路的结构示意图。

10、充电标准适配模块；11、判断子模块；12、第一子模块；13、第二子模块；14、第三子模块；15、调整源子模块；20、误差放大模块；30、比较模块；40、发生模块；41、时钟子模块；42、锯齿波发生子模块；50、逻辑模块；60、驱动模块；70、电流采样模块；80、异常保护模块；90、内部电源模块；100、基准模块。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1，本实用新型提出一实施例的一种开关电源控制器电路，包括充电标准适配模块10、误差放大模块20、比较模块30、发生模块40、逻辑模块50和驱动模块60；上述充电标准适配模块10分别与上述误差放大模块20、发生模块40和逻辑模块50连接；上述比较模块30分别与上述逻辑模块50、误差放大模块20和发生模块40连接；上述逻辑模块50分别与驱动模块60和发生模块40连接；上述充电标准适配模块10接收连入设备的握手信号和上述发生模块40的时钟信号，并调整上述误差放大模块20接收的电压采样信号值大小，且，根据连入设备的连接状态反馈缺省状态恢复信号至上述逻辑模块50，上述误差放大模块20发送误差信号至上述比较模块30，上述比较模块30还接收上述发生模块40的锯齿波信号，并发送比较信号至上述逻辑模块50，上述逻辑模块50接收上述比较信号和上述时钟信号，并发送控制信号至上述驱动模块60。

上述充电标准适配模块10，一般用于接收上述发生模块40输出的固定频率方波信号作为基本时钟信号；从端口D+和D-接收连入设备发出的握手信号，根据握手结果上述充电标准适配模块10切换充电标准，其中，优选的上述充电标准模块支持的充电标准包括苹果公司的专用充电标准、BC充电标准以及QC快速充电标准，并根据切换后的充电标准对端口VFB和上述比较模块30间的电压值进行调整，其中，当在QC快速充电标准状态下，根据握手信号生成相应的上拉或下拉电流，经端口VFB发送至外部电路；上述充电标准适配模块10在***恢复标准5V充电状态时还发送状态恢复信号至逻辑模块50；且，上述充电标准适配模块10还通过端口D+和D-检测连入设备的连接状态，当检测到连入设备移除时，恢复到苹果公司的专用充电标准状态，并发出状态恢复信号至上述逻辑模块50；

上述比较模块30，一般用于接收上述发生模块40产生的固定频率和斜率的锯齿波信号作为同相输入，接收上述误差放大模块20产生的误差放大信号作为反相输入，比较结果为比较信号(决定开关电源工作的占空比)，输出至逻辑模块50；

上述发生模块40，一般用于发送固定频率和斜率的锯齿波信号至上述比较模块30，还发送固定频率的方波信号至上述逻辑模块50和充电标准适配模块10，作为二者所需的基本时钟信号；

上述逻辑模块50，一般用于接收上述比较模块30产生的比较信号，还接收上述发生模块40产生的固定频率方波信号作为基本时钟信号，以及接收上述异常保护模块80产生的异常保护信号，上述逻辑模块50根据上述比较信号、基本时钟信号和异常保护信号转化出控制信号，并发送至上述驱动模块60；

上述驱动模块60，一般用于接收上述逻辑模块50发送的控制信号，经缓冲后，产生驱动信号并输出至外部电路，对外部电路进行整流，其中，当上述驱动模块60为同步整流架构时，上述驱动模块60由功率开关管和同步整流管均采用MOS管构成，一般由若干个P沟道MOS管和若干个N沟道MOS管组合构成或由若干个N沟道MOS管组合构成，优选为由若干个P沟道MOS管和若干个N沟道MOS管组合构成；当上述驱动模块60为异步整流架构时，功率开关管一般采用P沟道MOS管或N沟道MOS管，优选为P沟道MOS管，异步整流管一般采用肖特基二极管。

参照图2，在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，上述充电标准适配模块10还包括第一子模块12、第二子模块13、第三子模块14、判断子模块11和调整源子模块15；上述第一子模块12、第二子模块13和第三子模块14分别与上述判断子模块11连接；上述第一子模块12、第二子模块13和第三子模块14还分别与上述调整源子模块15连接；上述调整源子模块15还与上述误差放大模块20连接，并通过端口VFB与外部电源连接；上述判断子模块11还与上述发生模块40和逻辑模块50连接；上述判断子模块11通过上述端口D+和端口D-接收连入设备的握手信号并判断，根据判断结果将驱动信号发送至上述第一子模块12、第二子模块13或第三子模块14，接收到驱动信号的上述第一子模块12、第二子模块13或第三子模块14发送调节信号至上述调整源子模块15，上述调整源子模块15在接收到上述调节信号后，调节上述端口VFB与上述误差放大模块20之间的采样电压信号值；上述判断子模块11还接收上述发生模块40发送的时钟信号和逻辑模块50的逻辑信号。

上述判定模块，一般从电路正、负端子D+、D-获取连入设备发出的握手信号，根据握手判定结果上述判定模块连通对应的子模块；

上述第一子模块12，一般为QC专用充电端口模块，其中，优选为支持QC3.0快速充电标准的端口模块；

上述第二子模块13，一般为BC充电端口模块，其中，优选为BC1.2充电端口模块，对应的充电型号为电压5V、电流500mA和电压5V、电流1.5A。

上述第三子模块14，一般为苹果公司的专用充电标准端口模块，其中，充电型号为优选为，电压5V、电流1A和电压5V、电流2.1A及电压5V、电流2.4A；

上述调整源模块，一般用于接收第一子模块12、第二子模块13或第三子模块14发送的调整信号，并将其转换为相应的上拉或下拉电流，并以此调整端口VFB与误差放大模块20间的电压。

参照图3，在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，上述发生模块40包括时钟子模块41和锯齿波发生子模块42，上述锯齿波发生子模块42与上述比较模块30连接；上述时钟子模块41与上述逻辑模块50和充电标准适配模块10连接，发送时钟逻辑信号至上述逻辑模块50和充电标准适配模块10。

上述时钟子模块41，一般用于发送固定频率的方波信号至上述逻辑模块50和充电标准适配模块10，作为二者所需的基本时钟信号；

上述锯齿波发生子模块42，一般用于发送固定频率和斜率的锯齿波信号至上述比较模块30。

参照图4，在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，还包括电流采样模块70，上述电流采样模块70通过端口ISEN获取外部电路电流状况并发送至上述误差放大模块20。

上述电流采样模块70，一般用于通过端口ISEN获取外部输入的电流采样信号，并将电流采样信号发送至上述误差放大模块20的一个反相输入端，使上述的开关电源控制器电路能控制外部电路维持在恒流工作模式。

在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，还包括异常保护模块80，上述异常保护模块80设于上述充电标准适配模块10和逻辑模块50之间，并连接于上述误差放大模块20和端口VFB之间，且与端口OVP连接；上述异常保护模块80接收上述充电标准适配模块10的缺省状态恢复信号；并从端口VFB和端口OVP获取采样信号；上述异常保护模块80发送异常保护信号至上述逻辑模块50。

上述异常保护模块80，一般包含输出短路保护模块和输出过压保护模块，从VFB引脚和OVP引脚获取两个输出电压采样信号，分别用于输出短路检测和输出过压检测，并产生相应的异常电压保护信号，采用两个不同的输出电压采样信号是为了实现QC充电标准的高压充电时能够更灵活地设计***电路；此外异常保护模块80还包含过温检测模块，产生相应的过温保护信号；以上的异常电压保护信号和过温保护信号均发送至上述逻辑模块50。在QC充电标准模式下，当上述开关电源控制器电路由快速充电状态切换回正常充电状态时，在过渡过程中可能会出现从OVP引脚获取的输出电压采样信号过高，从而错误地触发电路进入输出过压异常保护；为了解决这个问题，在上述异常保护模块80内增添了内部泄压模块，上述异常保护模块80在接收上述充电标准适配模块10发送的状态恢复信号后，通过内部的该泄压控制模块的控制，使在该过渡过程中输出过压保护功能不会触发。

在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，上述第一子模块12为QC专用充电端口标准子模块，其中，上述QC快速充电端口模块优选为支持QC3.0快速充电标准的端口模块。

在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，上述第二子模块13为BC专用充电端口标准子模块，其中，上述BC充电端口模块的充电标准值优选为，电压5V、电流500mA和电压5V、电流1.5A。

在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，上述第三子模块14为苹果公司的专用充电端口标准子模块，其中，上述苹果公司的专用充电标准端口模块的充电标准值优选为，电压5V、电流1A和电压5V、电流2.1A及电压5V、电流2.4A。

在本实施例中，上述的开关电源控制器电路，还包括内部电源模块90和基准模块100，上述内部电源模块90通过端口VIN接收外部电源的供电，并控制电路的启动或关闭，且，为电路中各模块提供内部工作电压；上述基准模块100从上述内部电源模块90中获取内部工作电压，并产生内部基准电压、参考电压及参考电流信号，并发送至上述充电标准适配模块10、误差放大模块20、比较模块30、发生模块40、驱动模块60、电流采样模块70和异常保护模块80。

上述内部电源模块90，一般用于连接电源输入端，接收外部输入电压并产生内部稳压电源，为其他各模块供电，同时控制上述开关电源控制器电路的启动和关闭；

上述基准模块100，一般用于产生所需基准电压、各参考电压和参考电流，提供给芯片其他各模块

本实用新型还提供一种充电设备，包括上述任意一项所述的开关电源控制器电路。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种开关电源控制器电路，其特征在于，包括充电标准适配模块、误差放大模块、比较模块、发生模块、逻辑模块和驱动模块；

所述充电标准适配模块分别与所述误差放大模块、发生模块和逻辑模块连接；

所述比较模块分别与所述逻辑模块、误差放大模块和发生模块连接；

所述逻辑模块分别与驱动模块和发生模块连接；

所述充电标准适配模块接收连入设备的握手信号和所述发生模块的时钟信号，并调整所述误差放大模块接收的电压采样信号值大小，且，根据连入设备的连接状态反馈缺省状态恢复信号至所述逻辑模块，所述误差放大模块发送误差信号至所述比较模块，所述比较模块还接收所述发生模块的锯齿波信号，并发送比较信号至所述逻辑模块，所述逻辑模块接收所述比较信号和所述时钟信号，并发送控制信号至所述驱动模块。

2.根据权利要求1所述的开关电源控制器电路，其特征在于，所述充电标准适配模块还包括第一子模块、第二子模块、第三子模块、判断子模块和调整源子模块；

所述第一子模块、第二子模块和第三子模块分别与所述判断子模块连接；

所述第一子模块、第二子模块和第三子模块还分别与所述调整源子模块连接；

所述调整源子模块还与所述误差放大模块连接，并通过端口VFB与外部电源连接；

所述判断子模块还与所述发生模块和逻辑模块连接；

所述判断子模块通过端口D+和端口D-接收连入设备的握手信号并判断，根据判断结果将驱动信号发送至所述第一子模块、第二子模块或第三子模块，接收到驱动信号的所述第一子模块、第二子模块或第三子模块发送调节信号至所述调整源子模块，所述调整源子模块在接收到所述调节信号后，调节所述端口VFB与所述误差放大模块之间的采样电压信号值；所述判断子模块还接收所述发生模块发送的时钟信号和逻辑模块的逻辑信号。

3.根据权利要求1所述的开关电源控制器电路，其特征在于，所述发生模块包括时钟子模块和锯齿波发生子模块，

所述锯齿波发生子模块与所述比较模块连接；

所述时钟子模块与所述逻辑模块和充电标准适配模块连接，发送时钟逻辑信号至所述逻辑模块和充电标准适配模块。

4.根据权利要求1所述的开关电源控制器电路，其特征在于，还包括电流采样模块，

所述电流采样模块通过端口ISEN获取外部电路电流状况并发送至所述误差放大模块。

5.根据权利要求4所述的开关电源控制器电路，其特征在于，还包括异常保护模块，

所述异常保护模块设于所述充电标准适配模块和逻辑模块之间，并连接于所述误差放大模块和端口VFB之间，且与端口OVP连接；

所述异常保护模块接收所述充电标准适配模块的缺省状态恢复信号；并从端口VFB和端口OVP获取采样信号；所述异常保护模块发送异常保护信号至所述逻辑模块。

6.根据权利要求2所述的开关电源控制器电路，其特征在于，所述第一子模块为QC专用充电端口标准子模块。

7.根据权利要求2所述的开关电源控制器电路，其特征在于，所述第二子模块为BC专用充电端口标准子模块。

8.根据权利要求2所述的开关电源控制器电路，其特征在于，所述第三子模块为苹果公司的专用充电端口标准子模块。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的开关电源控制器电路，其特征在于，还包括内部电源模块和基准模块，

所述内部电源模块通过端口VIN接收外部电源的供电，并控制电路的启动或关闭，且，为电路中各模块提供内部工作电压；

所述基准模块从所述内部电源模块中获取内部工作电压，并产生内部基准电压、参考电压及参考电流信号，并发送至所述充电标准适配模块、误差放大模块、比较模块、发生模块、驱动模块、电流采样模块和异常保护模块。

10.一种充电设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的开关电源控制器电路。