一種充電電壓的穩壓電路的制作方法

一種充電電壓的穩壓電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種充電電壓的穩壓電路，用于穩定充電接口輸出的充電電壓，所述充電接口通過穩壓電路連接移動終端的電源管理芯片，其包括：電壓比較模塊和穩壓模塊，由電壓比較模塊檢測充電接口輸出的充電電壓，判斷所述充電電壓是否大于基準電壓，并根據判斷結果控制穩壓模塊的工作狀態，使穩壓模塊輸出的電壓在所述基準電壓以上；在充電電壓高于基準電壓時，穩壓模塊直接將充電電壓輸出給電源管理芯片，在充電電壓低于基準電壓時，由穩壓模塊補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基準電壓以上，避免了用電設備由于充電電壓低不能充電，及長時間充電導致充電器或電池發熱嚴重的問題，從而延長了充電器和電池的使用壽命。
【專利說明】-種充電電壓的穩壓電路

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電子設備的充電技術，特別涉及一種充電電壓的穩壓電路。

【背景技術】
[0002] 目前，智能手機、平板電腦等充電設備充電器的充電輸出電壓一般為5V，當充電器 的充電輸出電壓低于5V時，充電設備(如智能手機）就會出現不能充電，或是由于充電電流 小，導致電池充不進去電的問題。另外，在充電器的充電輸出電壓低于5V時，手機電池的充 電時間會延長，由于長時間處于充電的狀態，充電器和手機電池均會發熱比較厲害，容易損 壞充電器和手機電池。因此，手機在充電時，有必要將充電電壓穩定在5V以上。


【發明內容】

[0003] 鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種充電電壓的穩壓電 路，能在充電時將充電電壓穩定在基準電壓(如5V)以上。
[0004] 為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案： 一種充電電壓的穩壓電路，用于穩定充電接口輸出的充電電壓，所述充電接口通過穩 壓電路連接移動終端的電源管理芯片，其包括： 電壓比較模塊，用于檢測充電接口輸出的充電電壓，判斷所述充電電壓是否大于基準 電壓，并根據判斷結果控制穩壓模塊的工作狀態，使穩壓模塊輸出的電壓在所述基準電壓 以上； 穩壓模塊，用于在充電電壓低于基準電壓時補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基準 電壓以上； 所述電壓比較模塊的第一端連接所述電源管理芯片，所述電壓比較模塊的第二端連接 充電接口、電壓比較模塊的第三端和第四端穩壓模塊的輸入端，所述穩壓模塊的輸出端連 接電源管理芯片。
[0005] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述穩壓模塊包括儲能單元、防反單元、穩壓單元 和充放電單元； 所述儲能單元，用于在充電接口輸出充電電壓時儲能，并在儲能單元的電荷儲滿時給 充放電單元充電； 所述充放電單元，用于在儲能單元的電荷儲滿時充電，并在充滿電時放電； 所述防反單元，用于在充放電單元放電時防止電流倒灌； 所述穩壓單元，用于當電壓比較模塊判斷充電電壓大于基準電電壓時，使充電電壓輸 入電源管理芯片中；當電壓比較模塊判斷充電電壓小于基準電電壓時，使充放電單元充滿 電后放電補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基準電壓以上，并輸入電源管理芯片中； 所述儲能單元的一端連接充電接口和電壓比較模塊的第二端，儲能單元的另一端連接 電壓比較模塊的第三端、還通過防反單元連接充放電單元和電源管理芯片、所述電壓比較 模塊的第一端連接電源管理芯片，電壓比較模塊的第四端連接穩壓單元的輸入端。
[0006] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述儲能單元包括電感，所述防反單元包括二極 管，所述充放電單元包括第一電容，所述穩壓單元包括穩壓二極管、比較放大器、三極管和 電阻；所述電感的一端連接充電接口和電壓比較模塊，電感的另一端連接二極管的正極、還 通過電壓比較模塊連接電源管理芯片；所述二極管的負極連接電源管理芯片和三極管的發 射極、也通過第一電容接地、還通過電阻連接比較放大器的反相輸入端；所述比較放大器的 同相輸入端連接穩壓二極管的負極和三極管的集電極，所述比較放大器的輸出端連接三極 管的基極，所述穩壓二極管的正極接地。
[0007] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述穩壓模塊還包括第一濾波單元，所述第一濾 波單元的一端連接充電接口，第一濾波單元的另一端接地。
[0008] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述第一濾波單元包括第二電容，所述第二電容 的一端連接充電接口和電感的一端，第二電容的另一端接地。
[0009] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述穩壓模塊還包括第二濾波單元，所述第二濾 波單元的一端連接穩壓單元、充放電單元和電源管理芯片，第一濾波單元的另一端接地。 [0010] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述第二濾波單元還包括第三電容，所述第三電 容的一端連接電源管理芯片、第一電容的一端、二極管的負極和三極管的發射極，所述第三 電容的另一端接地。
[0011] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述三極管為NPN三極管。
[0012] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述電壓比較模塊包括比較器、第一 M0S管和第 二M0S管；所述比較器的反相輸入端連接電源管理芯片，比較器的同相輸入端連接基準電 壓供電端，所述比較器的輸出端連接第一 M0S管的柵極和第二M0S管的柵極，所述第一 M0S 管的源極和第二M0S管的漏極連接比較放大器的同相輸入端和三極管的集電極，第一 M0S 管的漏極連接電感的另一端，第二M0S管的源極連接充電接口和電感的一端。
[0013] 所述的充電電壓的穩壓電路中，所述第一 M0S管為NM0S管，第二M0S管為PM0S管。
[0014] 相較于現有技術，本發明提供的充電電壓的穩壓電路，由電壓比較模塊檢測充電 接口輸出的充電電壓，判斷所述充電電壓是否大于基準電壓(如5V)，并根據判斷結果控制 穩壓模塊的工作狀態，使穩壓模塊輸出的電壓在所述基準電壓以上；在充電電壓高于基準 電壓時，穩壓模塊直接將充電電壓輸出給電源管理芯片，在充電電壓低于基準電壓時，由穩 壓模塊補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基準電壓以上，避免了用電設備由于充電電壓 低不能充電，及長時間充電導致充電器或電池發熱嚴重的問題，從而延長了充電器和電池 的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明充電電壓的穩壓電路的結構框圖。
[0016] 圖2為本發明充電電壓的穩壓電路的電壓原理圖。

【具體實施方式】
[0017] 本發明提供一種充電電壓的穩壓電路，為使本發明的目的、技術方案及效果更加 清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的 具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0018] 本發明提供的充電電壓的穩壓電路，用于穩定充電接口輸出的充電電壓，具體將 充電電壓穩定在5V以上，所述充電接口通過穩壓電路連接移動終端的電源管理芯片U1，請 參閱圖1，所述的穩壓電路包括：電壓比較模塊10和穩壓模塊20,所述電壓比較模塊10的 第一端連接所述電源管理芯片U1，所述電壓比較模塊10的第二端連接充電接口、電壓比較 模塊10的第三端和第四端穩壓模塊20的輸入端，所述穩壓模塊20的輸出端連接電源管理 芯片U1。
[0019] 其中，所述電壓比較模塊10用于檢測充電接口輸出的充電電壓，判斷所述充電電 壓是否大于基準電壓，并根據判斷結果控制穩壓模塊20的工作狀態，使穩壓模塊20輸出的 電壓在所述基準電壓以上。所述穩壓模塊20用于在充電電壓高于基準電壓時，直接將充電 電壓輸出給電源管理芯片，在充電電壓低于基準電壓時補充預設電壓使充電電壓穩定在所 述基準電壓以上。
[0020] 本實施例中，所述基準電壓設置為5V，通過電壓比較模塊10檢測充電接口輸出的 充電電壓，當充電電壓大于5V時，直接使穩定模塊輸出5V以上的充電電壓給電源管理芯片 U1，在充電電壓小于5V時，由穩壓模塊20補充預設電壓使充電電壓穩定在5V以上，避免了 用電設備由于充電電壓過低而不能充電，及由于長時間充電導致充電器和電池發熱嚴重的 問題，延長了充電器和電池的使用壽命。
[0021] 請繼續參閱圖2,所述穩壓模塊20包括儲能單元201、防反單元202、穩壓單元203 和充放電單元204,所述儲能單元201的一端連接充電接口和電壓比較模塊10的第二端，儲 能單元201的另一端連接電壓比較模塊10的第三端、還通過防反單元202連接充放電單元 204和電源管理芯片U1、所述電壓比較模塊10的第一端連接電源管理芯片U1，電壓比較模 塊10的第四端連接穩壓單元203的輸入端。
[0022] 其中，所述儲能單元201用于在充電接口輸出充電電壓時儲能，并在儲能單元201 的電荷儲滿時給充放電單元204充電。所述充放電單元204用于在儲能單元201的電荷儲 滿時充電，并在充滿電時放電。所述穩壓單元203，用于當電壓比較模塊10判斷充電電壓大 于基準電電壓時，使充電電壓輸入電源管理芯片U1中；當電壓比較模塊10判斷充電電壓小 于基準電電壓時，使充放電單元204充滿電后放電補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基 準電壓以上，并輸入電源管理芯片U1中。所述防反單元202用于在充放電單元204放電時 防止電流倒灌。
[0023] 請一并參閱圖2,具體實施時，所述儲能單元201包括電感L1，所述防反單元202 包括二極管D1，所述充放電單元204包括第一電容C1，所述穩壓單元203包括穩壓二極管 D2、比較放大器A1 (如運算放大器)、三極管Q1和電阻R1。所述電感L1主要起儲能作用， 所述第一電容C1主要起充放電作用，所述二極管D1主要防止電流倒灌，起保護電感L1的 作用。三極管Q1為NPN三極管，當其基極為高電平時導通，當其基極為低電平時截止。
[0024] 所述電感L1的一端連接充電接口和電壓比較模塊10,電感L1的另一端連接二極 管D1的正極、還通過電壓比較模塊10連接電源管理芯片U1 ;所述電感L1在充電器插入時 開始儲能，由于其電壓存在不穩定性，所以需要通過穩壓單元203穩壓后輸入至電源管理 芯片U1中。
[0025] 所述二極管D1的負極連接電源管理芯片U1和三極管Q1的發射極、也通過第一電 容C1接地、還通過電阻R1連接比較放大器A1的反相輸入端；所述第一電容C1為充電電 容，在電感L1儲滿電后開始充電，并在充滿電后開始放電，在第一電容Cl時為電源管理芯 片U1補充充電電壓。
[0026] 所述比較放大器A1在穩壓單元中起比較和放大的作用，其同相輸入端連接穩壓 二極管D2的負極和三極管Q1的集電極，所述比較放大器A1的輸出端連接三極管Q1的基 極，所述穩壓二極管D2的正極接地。該穩壓二極管D2用于穩定比較放大器A1的同相輸入 端的電壓，所述電阻R1為電壓采樣電阻，主要對輸入電源管理芯片U1的電壓（即PM8936的 USB_IN腳的電壓)進行取樣，同時由于電阻R1的分壓作用，使比較放大器A1同相輸入端的 電壓大于其反相輸入端的電壓使三極管Q1為導通狀態，從而使充電電壓輸入電源管理芯 片U1中。
[0027] 請繼續參閱圖1和圖2,所述電壓比較模塊10包括比較器A2、第一 M0S管Q2和第 二M0S管Q3 ;所述比較器A2的反相輸入端為電壓比較模塊10的第一端，其連接電源管理芯 片U1，比較器A2的同相輸入端連接基準電壓供電端，所述比較器A2的輸出端連接第一M0S 管Q2的柵極和第二M0S管Q3的柵極，所述第一 M0S管Q2的源極(其為電壓比較模塊10的 第四端）和第二M0S管Q3的漏極連接比較放大器A1的同相輸入端和三極管Q1的集電極， 第一 M0S管Q2的漏極(其為電壓比較模塊10的第一端)連接電感L1的另一端，第二M0S管 Q3的源極(其為電壓比較模塊10的第二端）連接充電接口和電感L1的一端。
[0028] 本實施例中，所述第一 M0S管Q2為匪0S管，第二M0S管Q3為PM0S管。所述基準 電壓供電端提供USB_5V的基準電壓。通過比較器A2將輸入電源管理芯片U1中的電壓與基 準電壓比較，根據比較結果來控制第一 M0S管Q2和第二M0S管Q3的導通與截止狀態。所 述電源管理芯片U1采用型號為PM8926集成芯片。
[0029] 請再次參閱圖1和圖2,為了提高充電電壓信號的穩定性，所述的穩壓模塊20還包 括第一濾波單元205,所述第一濾波單元205的一端連接充電接口，第一濾波單元205的另 一端接地。
[0030] 其中，所述第一濾波單元205包括第二電容C2,所述第二電容C2的一端連接充電 接口和電感L1的一端，第二電容C2的另一端接地。
[0031] 進一步的，所述穩壓模塊20還包括第二濾波單元206,所述第二濾波單元206的 一端連接穩壓單元203、充放電單元204和電源管理芯片U1，第一濾波單元205的另一端接 地。
[0032] 所述第二濾波單元206還包括第三電容C3，所述第三電容C3的一端連接電源管理 芯片U1、第一電容C1的一端、二極管的負極和三極管Q1的發射極，所述第三電容C3的另一 端接地。
[0033] 以下結合圖2,以智能手機為例，對本發明的充電電壓的穩壓電路的工作原理進行 詳細說明： 當充電器插入智能手機中開始充電時，所述比較器A2將輸入電源管理芯片U1的充 電電壓VBUS_USB_5V與基準電壓USB_5V比較，當輸入電源管理芯片U1的充電電壓VBUS_ USB_5V大于基準電壓USB_5V時，即充電器輸出的充電電壓等于5V及5V以上，則比較器A2 輸出低電平，此時第二M0S管Q3導通，使充電器輸出的電壓信號Vcharer_in經第二M0S管 Q3輸入到比較放大器A1的同相輸入端，由比較放大器A1輸入到電源管理芯片U1中。
[0034] 當輸入電源管理芯片U1的充電電壓VBUS_USB_5V小于基準電壓USB_5V時，即充 電器輸出的充電電壓Vcharer_in低于5V，則比較器A2輸出高電平，此時第一 MOS管Q2導 通，充電器輸出的充電電壓Vcharer_in經電感L1儲能后輸入至比較放大器A1的同相輸入 端，并且電感L1儲能的電荷儲滿后給第一電容C1充電，在第一電容C1的儲存容量到達后 釋放電量給電源管理芯片U1，直到穩壓電路輸出的電壓信號VBUS_USB_5V穩定在5V及以 上，穩壓單兀203將充電電壓輸出給電源管理芯片U1。在第一電容C1在放電后，又進入充 電狀態，并等待下一次放電，并且在第一電容放電時通過二極管D1防止電流倒灌至電感L1 中，保護電感L1。
[0035] 在穩壓單元203中，由于電阻R1的分壓作用，使得比較放大器A1的正相輸入端的 電壓大于其反相輸入端的電壓，無論充電電壓信號VBUS_USB_5V是否大于5V，該比較放大 器A1均輸出高電平使三極管Q1導通，使充電器輸出的電壓信號能夠進入到電源管理芯片 U1。
[0036] 具體實施時，所述第一電容C1的容值為4. 7uF，第二電容C2的容值為0. lpF， 第dg電容的容值為luF。由于電源管理芯片U1的充電輸入腳USB_IN線上的最大充電 電流允許設置為1. 5A，則電阻R1允許設置的最小阻抗為5V/1. 5A=3. 3 Ω，最大阻抗為5V/ (0. 90X1. 5)=3. 7Ω。本實施例，為避免充電電流的變化對穩壓單元203中的三極管Q1的 影響，將充電電流設置為最大的充電電流1. 5A。則電阻R1的阻抗為3. 3Ω。
[0037] 應當說明的是，穩壓電路的具體電路結構不限于圖2提供的電路，本領域技術人 員還可以對穩壓電路的具體電路進行變形或替換，如NPN三極管可以采用PNP三極管和反 相器的電路結構取代、NM0S管也可以采用PM0S管和反相器的電路結構取代、PM0S管也可以 采用NM0S管和反相器的電路結構取代，濾波電路也可以采用RC濾波電路取代，只要能實現 穩壓電路的功能即可，本發明對此不作限制。
[0038] 綜上所述，本發明提供的充電電壓的穩壓電路，由電壓比較模塊檢測充電接口輸 出的充電電壓，判斷所述充電電壓是否大于基準電壓(如5V)，并根據判斷結果控制穩壓模 塊的工作狀態，使穩壓模塊輸出的電壓在所述基準電壓以上；在充電電壓高于基準電壓時， 穩壓模塊直接將充電電壓輸出給電源管理芯片，在充電電壓低于基準電壓時，由穩壓模塊 補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基準電壓以上，避免了用電設備由于充電電壓低不能 充電，及長時間充電導致充電器或電池發熱嚴重的問題，從而延長了充電器和電池的使用 壽命。另外，由于本發明將充電電壓穩定在5V上，還縮短了充電時間。
[0039] 可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發 明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保 護范圍。
【權利要求】
1. 一種充電電壓的穩壓電路，用于穩定充電接口輸出的充電電壓，所述充電接口通過 穩壓電路連接移動終端的電源管理芯片，其特征在于，包括： 電壓比較模塊，用于檢測充電接口輸出的充電電壓，判斷所述充電電壓是否大于基準 電壓，并根據判斷結果控制穩壓模塊的工作狀態，使穩壓模塊輸出的電壓在所述基準電壓 以上； 穩壓模塊，用于在充電電壓低于基準電壓時補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基準 電壓以上； 所述電壓比較模塊的第一端連接所述電源管理芯片，所述電壓比較模塊的第二端連接 充電接口、電壓比較模塊的第三端和第四端穩壓模塊的輸入端，所述穩壓模塊的輸出端連 接電源管理芯片。
2. 根據權利要求1所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述穩壓模塊包括儲能 單元、防反單元、穩壓單元和充放電單元； 所述儲能單元，用于在充電接口輸出充電電壓時儲能，并在儲能單元的電荷儲滿時給 充放電單元充電； 所述充放電單元，用于在儲能單元的電荷儲滿時充電，并在充滿電時放電； 所述防反單元，用于在充放電單元放電時防止電流倒灌； 所述穩壓單元，用于當電壓比較模塊判斷充電電壓大于基準電電壓時，使充電電壓輸 入電源管理芯片中；當電壓比較模塊判斷充電電壓小于基準電電壓時，使充放電單元充滿 電后放電補充預設電壓使充電電壓穩定在所述基準電壓以上，并輸入電源管理芯片中； 所述儲能單元的一端連接充電接口和電壓比較模塊的第二端，儲能單元的另一端連接 電壓比較模塊的第三端、還通過防反單元連接充放電單元和電源管理芯片、所述電壓比較 模塊的第一端連接電源管理芯片，電壓比較模塊的第四端連接穩壓單元的輸入端。
3. 根據權利要求2所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述儲能單元包括電感， 所述防反單元包括二極管，所述充放電單元包括第一電容，所述穩壓單元包括穩壓二極管、 比較放大器、三極管和電阻；所述電感的一端連接充電接口和電壓比較模塊，電感的另一端 連接二極管的正極、還通過電壓比較模塊連接電源管理芯片；所述二極管的負極連接電源 管理芯片和三極管的發射極、也通過第一電容接地、還通過電阻連接比較放大器的反相輸 入端；所述比較放大器的同相輸入端連接穩壓二極管的負極和三極管的集電極，所述比較 放大器的輸出端連接三極管的基極，所述穩壓二極管的正極接地。
4. 根據權利要求3所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述穩壓模塊還包括第 一濾波單元，所述第一濾波單元的一端連接充電接口，第一濾波單元的另一端接地。
5. 根據權利要求4所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述第一濾波單元包括 第二電容，所述第二電容的一端連接充電接口和電感的一端，第二電容的另一端接地。
6. 根據權利要求3所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述穩壓模塊還包括第 二濾波單元，所述第二濾波單元的一端連接穩壓單元、充放電單元和電源管理芯片，第一濾 波單元的另一端接地。
7. 根據權利要求6所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述第二濾波單元還包 括第三電容，所述第三電容的一端連接電源管理芯片、第一電容的一端、二極管的負極和三 極管的發射極，所述第三電容的另一端接地。
8. 根據權利要求3所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述三極管為NPN三極 管。
9. 根據權利要求3所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述電壓比較模塊包括 比較器、第一 MOS管和第二MOS管；所述比較器的反相輸入端連接電源管理芯片，比較器的 同相輸入端連接基準電壓供電端，所述比較器的輸出端連接第一 MOS管的柵極和第二MOS 管的柵極，所述第一 MOS管的源極和第二MOS管的漏極連接比較放大器的同相輸入端和三 極管的集電極，第一 MOS管的漏極連接電感的另一端，第二MOS管的源極連接充電接口和電 感的一端。
10. 根據權利要求9所述的充電電壓的穩壓電路，其特征在于，所述第一MOS管為NMOS 管，第二MOS管為PMOS管。
【文檔編號】G05F1/56GK104124735SQ201410354812
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】黃樹偉 申請人:Tcl通訊（寧波）有限公司