專利名稱：一種充電管理電路和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子電路領域，特別涉及一種充電管理電路及系統。
背景技術：
充電管理電路通常可以被用于延長鋰電池的使用壽命和提高鋰電池的安全性。充電管理電路包括開關模式充電管理電路和線性模式充電管理電路。其中，開關模式充電管理電路因其高效率的特性被廣泛應用于涉及大電流的充電管理芯片中。請參考圖1所示，其為現有技術中的旁路型充電管理電路的電路示意圖。該旁路型充電管理電路110為開關模式充電管理電路。其包括開關K1、開關K2、充電控制電路 112、電感 L1、電容 Cl、電容 C2、二極管 D1、電阻 R4 和 PMOS (P-channel Metal OxideSemiconductor)晶體管MP6。其中，開關Kl和開關K2依次連接于外接充電節點VCHG和地之間；電感LI和電容Cl依次連接于開關Kl和開關K2之間的連接節點和地之間，電感LI和電容Cl之間的連接節點與電池節點VBAT相連；電池BAT的正、負極分別與電池節點VBAT和地相連；PM0S晶體管MP6和電容C2依次連接于電池節點VBAT和地之間，其中，PMOS晶體管MP6和電容C2之間的連接節點與內部系統供電節點VSYS相連；二極管Dl的陽極和陰極分別于外接充電節點VCHG和內部系統供電節點VSYS相連；電阻R4連接于PMOS晶體管MP6的柵極和地之間，PMOS晶體管MP6和電阻R4之間的連接節點與外接充電節點VCHG相連；充電控制電路112的輸入端與節點VBAT相連，其兩個輸出端分別與開關Kl的控制端和開關K2的控制端相連。電池BAT或者外接電源通過所述充電管理電路110給供電電路120供電，然后，所述供電電路120再給內部系統供電。所述供電電路120包括一個或多個DC/DC (直流/直流)轉換器和一個或多個LDO (低壓差電壓調節器)，以將節點VSYS的電壓轉換為多個系統電壓。為了簡化描述，圖1中的供電電路120`僅示出了一個DC/DC轉換器和一個LD0。該DC/DC轉換器的輸入端VIN與節點VSYS相連，其輸出端與節點Vl相連，其用于將節點VSYS的電壓轉換為系統電壓Vl ;該LDO的輸入端VIN與節點VSYS相連，其輸出端與節點V2相連，其用于將節點VSYS的電壓轉換為系統電壓V2。以下具體介紹所述充電管理電路110的工作過程。當節點VCHG未被連接到適配器(Adapter，通常由AC-DC轉換器構成)，即外接電源未插入或者外接電源被移除時，PMOS晶體管MP6的柵極被電阻R4下拉到地，因此，PMOS晶體管MP6導通，節點VBAT的電壓傳遞給節點VSYS，即電池BAT給供電電路120供電，然后通過DC/DC和LDO提供各種系統所需電壓。當節點VCHG被連接到適配器(S卩外接電源插入)時，節點VCHG的電壓為高，PMOS晶體管MP6截止，節點VCHG的電壓通過二極管Dl傳遞給節點VSYS，即由外接電源給供電電路120供電，然后通過DC/DC和LDO提供各種系統所需電壓；同時，充電控制電路112通過控制開關Kl和開關K2使外接電源同時對電池BAT充電。根據上述內容可知，當節點VCHG未被連接到適配器時，電池BAT通過PMOS晶體管MP6給節點VSYS供電，節點VSYS再通過DC/DC和LDO為內部系統供電，這樣，額外在PMOS晶體管MP6上產生效率損耗；當節點VCHG被連接到適配器時，節點VCHG的電壓傳遞給節點VSYS為DC/DC和LDO供電，LDO的輸入電壓都較高，從而導致LDO的壓降較大，進而使LDO的效率損耗較高，上述兩種情況將導致電池對系統供電時系統效率較低，給用戶的使用帶來不便。通常當電池BAT的電量不足時，用戶都希望插上充電器(或者適配器)即可滿足系統工作需要，而不是等待電池被充電至足夠電量，能支持系統耗電需求時才能使用系統，即用戶希望當插上充電器時，充電管理電路可以優先滿足系統耗電，其次再對電池進行充電。然而，圖1中的充電管理電路并不具有此項功能。因此，有必要提供一種改進的技術方案來克服上述問題。
發明內容本發明的目的在于提供一種充電管理電路及系統，其在實現充電管理功能的同時，還可以通過降壓型直 流-直流轉換轉換器將電池或者外接電源的電壓進行降壓轉換并提供給供電電路，從而改善以電池或者外接電源對系統供電時的系統效率。為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，本發明提供一種充電管理電路，其包括第一功率開關、第二功率開關和第三功率開關、電感L1、電容Cl和充電/供電控制電路。所述第一功率開關連接于外接充電節點VCHG和中間節點LX之間；第二功率開關連接于中間節點LX和地之間；第三功率開關連接于中間節點LX和電池節點VBAT之間；電感LI和電容Cl依次連接于中間節點LX和地之間，電感LI和電容Cl之間的連接節點與系統供電節點Vl相連；電池BAT的正、負極分別與電池節點VBAT和地相連。當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第一功率開關和第二功率開關交替導通，同時控制第三功率開關以對電池BAT進行充電；當適配器未與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第三功率開關和第二功率開關交替導通，同時控制第一功率開關截止。作為本發明的一個優選的實施例，當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，若所述中間節點LX為高電平，所述充電/供電控制電路控制第三功率開關以對電池BAT充電；若中間節點LX為低電平，所述充電/供電控制電路控制第三功率開關截止。作為本發明的一個優選的實施例，所述充電/供電控制電路包括供電控制電路、適配器連接判定電路和充電控制電路，所述供電控制電路根據節點Vl的電壓輸出第一驅動信號和第二驅動信號，其中第二驅動信號與第二功率開關的控制端相連；所述適配器連接判定電路根據節點VCHG的電壓判定適配器是否與節點VCHG相連，并輸出連接判定信號CHGH ;所述充電控制電路輸出充電控制信號；當所述適配器連接判定電路判定適配器與所述節點VCHG相連時，所述供電控制電路的第一驅動信號與所述第一功率開關的控制端相連，充電控制信號與第三功率開關的控制端相連，所述充電控制電路通過控制第三功率開關對電池進行充電控制，通過第一驅動信號和第二驅動信號控制所述第一功率開關和第二功率開關交替導通，此時所述供電控制電路、第一功率開關、第二功率開關、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VCHG的電壓降壓為所述節點Vl的電壓；當所述適配器連接判定電路判定適配器未與所述節點VCHG相連時，所述供電控制電路的第一驅動信號與所述第三功率開關的控制端相連，同時控制第一功率開關關斷，通過第一驅動信號和第二驅動信號控制所述第三功率開關和第二功率開關交替導通，此時所述供電控制電路、第二功率開關、第三功率開關、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VBAT的電壓降壓為所述節點Vl的電壓。作為本發明的一個優選的實施例，所述充電/供電控制電路還包括邏輯選擇電路，所述邏輯選擇電路與連接判定信號CHGH、第一驅動信號TORV、所述充電控制信號、第一功率開關的控制端和第三功率開關的控制端相連，當適配器與所述節點VCHG相連時，所述邏輯選擇電路選擇將第一驅動信號TORV與所述第一功率開關的控制端相連，選擇將所述充電控制電路輸出的充電信號與所述第三功率開關的控制端相連；當適配器未與所述節點VCHG相連時，所述邏輯選擇電路輸出信號控制所述第一功率開關關斷，選擇將第一驅動信號TORV與所述第三功率開關的控制端相連。作為本發明的一個優選的實施例，所述充電/供電控制電路還包括充電電流調控模塊，當節點VCHG輸出的電流小于適配器可提供的最大電流時，所述充電電流調控模塊不工作，當節點VCHG輸出的的電流大于適配器可提供的最大電流，所述充電電流調控模塊減小流經PMOS晶體管MP2的充電電流，優先保證系統供電。作為本發明的一個優選的實施例，所述充電控制電路包括運算放大器0P、第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF，所述第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF依次連接于中間節點LX和地之間；運算放大器OP的正相輸入端與電池節點VBAT相連，其負相輸入端與第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF之間的連接節點DPS2相連，其輸出端與第三PMOS晶體管MPS2的柵極相連，第三PMOS晶體管MPS2的柵極和運算放大器OP的輸出端之間的連接節點OPO為所述充電控制電路的輸出端。作為本發明的一個優選的實施例，充電電流調控模塊包括電流采樣電路ISEN和放大器GM，所述電流采樣電路IESN用于采樣節點VCHG輸出的電流得到采樣電流；所述放大器GM用于比較所述采樣電流與設定電流閾值進行比較，在所述采樣電流大于設定電流閾值時，生成與所述采樣電流和所述設定電流閾值的差成比例的電流，并將其輸入所述連接節點DPS2。作為本發明的一個優選的實施例，所述第一功率開關包括第一PMOS晶體管MPl和第一襯體選擇電路BodySl，所述第一 PMOS晶體管MPl包括與節點VCHG相連的第一連接端、與中間節點LX相連的第二連接端和襯體端BPI,所述第一襯體選擇電路BodySI用于比較節點VCHG和中間節點LX的電壓高低，并選擇電壓較高的節點與所述襯體端BPl相連；所述第三功率開關包括第二 PMOS晶體管MP2和第二襯體選擇電路BodyS2，所述第二 PMOS晶體管MP2包括與節點VBAT相連的第一連接端、與中間節點LX相連的第二連接端和襯體端BP2，所述第二襯體選擇電路BodyS2用于比較節點VBAT和中間節點LX的電壓高低，并選擇電壓較高的節點與所述襯體端BP2相連。作為本發明的一個優選的實施例，所述第二功率開關替換為二極管，所述二極管的陽極接地，陰極與所述中間節點LX相連，所述充電/供電控制電路不對所述二極管進行控制，當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第一功率開關導通或者截止，若所述第一功率開關導通，則所述二極管反向截止，若所述第一功率開關截止，則所述二極管正向導通，此時所述供電控制電路、第一功率開關、二極管、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VCHG的電壓降壓為所述節點Vl的電壓；當適配器與未所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第三功率開關導通或者截止，若所述第三功率開關導通，則所述二極管反向截止，若所述第三功率開關截止，則所述二極管正向導通，此時所述供電控制電路、二極管、第三功率開關、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VBAT的電壓降壓為所述節點Vl的電壓。根據本發明的一個方面，本發明提供一種充電管理系統，其包括供電電路和充電管理電路。所述充電管理電路包括第一功率開關、第二功率開關和第三功率開關、電感L1、電容Cl和充電/供電控制電路。所述第一功率開關連接于外接充電節點VCHG和中間節點LX之間；第二功率開關連接于中間節點LX和地之間；第三功率開關連接于中間節點LX和電池節點VBAT之間；電感LI和電容Cl依次連接于中間節點LX和地之間，電感LI和電容Cl之間的連接節點與系統供電節點Vl相連；電池BAT的正、負極分別與電池節點VBAT和地相連。當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第一功率開關和第二功率開關交替導通，同時控制第三功率開關以對電池BAT進行充電；當適配器未與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第三功率開關和第二功率開關交替導通，同時控制第一功率開關截止。所述供電電路包括多個DC/DC轉換器和多個LD0，它們用于將節點Vl的電壓轉換為相應系統電壓，其中所述節點Vl的電壓等于所述供電電路的最低工作電壓。與現有技術相比，本發明提供一種充電管理電路，其在實現充電管理功能的同時，還可以通過降壓型直流-直流轉換轉換器將電池或者外接電源的電壓進行降壓轉換并提供給供電電路，從而改善以電池或者外接電源對系統供電時的系統效率。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中:圖1為現有技術中的旁路型充電管理電路的電路示意圖；圖2為本發明中的充電管理電路在一個實施例中的示意圖；圖3為圖2中的充電/供電控制電路在一個實施例中的電路示意圖；圖4為圖3所示的實施例中，節點VCHG被連接到適配器時的開關波形和電流波形圖；圖5為圖2中的充電/供電控制電路在另一個實施例中的電路示意圖；圖6為本發明中的充電管理電路在另一個實施例中的示意圖。
具體實施方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。此處所稱的“一個 實施例”或“實施例”是指可包含于本發明至少一個實現方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。除非特別說明，本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示直接或間接電性相連。本發明中的充電管理電路，其在實現充電管理功能的同時，還可以通過降壓型直流-直流轉換轉換器將電池或者外接電源的電壓進行降壓轉換并提供給供電電路，從而改善以電池或者外接電源對系統供電時的系統效率，并且在系統耗電較大時，所述充電管理電路可以優先滿足系統耗電，其次再對電池進行充電，從而方便用戶使用。請參考圖2所示，其為本發明中的充電管理電路在一個實施例中的示意圖。所述充電管理電路210包括第一功率開關212、第二功率開關K2、第三功率開關214、電感L1、電容Cl和充電/供電控制電路216。其中，第一功率開關212連接于外接充電節點VCHG和中間節點LX之間；第二功率開關K2連接于中間節點LX和地之間；電感LI和電容Cl依次連接于中間節點LX和地之間，電感LI和電容Cl之間的連接節點與系統供電節點Vl相連；第三功率開關214連接于中間節點LX和電池節點VBAT之間，電池BAT的正、負極分別與電池節點VBAT和地相連，根據系統需要，電池BAT可以包括電芯和電池保護電路。所述充電/供電控制電路216根據外接充電節點VCHG的電壓、系統供電節點Vl的電壓和電池節點VBAT的電壓對第一功率開關212、第二功率開關K2和第三功率開關214進行控制。在圖2所示的實施例中，所述充電管理電路210的輸出端(即系統供電節點VI)與供電電路220相連，電池BAT或者外接電源通過所述充電管理電路210給供電電路220供電，然后，所述供電電路220再給內部系統供電。所述供電電路220包括多個DC/DC轉換器和多個LDO (DC/DC轉換器和LDO統稱為電源轉換器)，以將節點Vl的電壓轉換為多個系統電壓。圖2中的供電電路220包括電源轉換器A2 AN，所述電源轉換器A2 AN將節點Vl的電壓分別轉換為系統電壓V2 VN0以下通過一個實施例具體介紹圖2中的充電管理電路的工作原理。當充電節點VCHG未連接到適配器(即外接電源電源未插入或者外接電源被移除)時，由所述充電/供電控制電路216控制第一功率開關212截止，第二功率開關K2和第三功率開關214交替導通，此時由第二功率開關K2、第三功率開關214、電感L1、電容C2和所述充電/供電控制電路216組成第一降壓型開關直流-直流轉換器，從而使電池節點VBAT(或者說電池BAT)通過該降壓型開關直流-直流轉換器對節點Vl供電(此時，節點Vl的電壓小于電池BAT的電壓)，節點Vl為固定電壓輸出，電壓轉換器A2 AN以節點Vl的電壓為輸入，產生輸出電壓V2 VN,為系統供電。當充電節點VCHG連接到適配器(B卩外接電源插入)時，且適配器的供電能力足夠時，所述充電/供電控制電路216控制第一功率開關212和第二功率開關K2交替導通，即由第一功率開關212、第二功率開關K2、電感L1、電容C2和所述充電/供電控制電路212組成第二降壓型開關直流-直流轉換器，從而使節點VCHG (或者說外接電源)通過該降壓型開關直流-直流轉換器為節點Vl供電(此時，節點Vl的電壓小于節點VCHG的電壓)，節點Vl為固定電壓輸出，電壓轉換器A2 AN以節點Vl的電壓為輸入，產生輸出電壓V2 VN，為系統供電。當充電節點VCHG連接到適配器時，所述充電/供電控制電路216還通過控制第三功率開關214對電池BAT進行充電控制，使外接電源對電池BAT充電，具體為，當第一功率開關212導通，第二功率開關K2截止(此時，節點LX為高電平)時，所述充電/供電控制電路216控制第三功率開關214導通，使節點LX對電池BAT充電(即外接電源對電池BAT充電)；當第一功率開關212截止，第二功率開關K2導通時(此時，節點LX為低電平)，所述充電/供電控制電路216控制第三開關214截止。從上述對圖2中的充電管理電路的工作原理的描述可知，由于節點Vl的電壓由共用充電/供電控制電路216的第一降壓型開關直流-直流轉換器或第二降壓型開關直流-直流轉換器產生，因此節點Vl為固定電壓輸出，所述供電電路220中的電壓轉換器A2 AN以節點Vl的電壓為輸入，產生輸出電壓V2 VN，為系統供電。由于其中的LDO的效率損耗與其輸入端和輸出端之間的壓降成正比，當同一類型的LDO的輸入電壓越高，其壓降越大，從而導致其效率損耗也越大，因此，為了降低所述供電電路220中的LDO的效率損耗，可以盡量降低節點Vl的電壓。在一個優選的實施例中，所述節點Vl的電壓設定為所述供電電路的最低工作電壓，即使電壓轉換器A2 AN都可以工作的最低輸入電壓。綜上所述，本發明中的充電管理電路，當充電節點VCHG未連接到適配器時，所述充電/供電控制電路216控制第一功率開關212截止，第二功率開關K2和第三功率開關214交替導通，由第二功率開關K2、第三功率開關214、電感L1、電容C2和所述充電/供電控制電路216組成第一降壓型開關直流-直流轉換器，使電池BAT通過該降壓型開關直流-直流轉換器對節點Vl供電；當充電節點VCHG連接到適配器時，所述充電/供電控制電路216控制第一功率開關212和第二功率開關K2交替導通，由第一功率開關212、第二功率開關K2、電感L1、電容C2和所述充電/供電控制電路212組成第二降壓型開關直流-直流轉換器，從而使外接電源通過該降壓型開關直流-直流轉換器為節點Vl供電，所述充電/供電控制電路216還通過控制第三功率開關214對電池BAT進行充電控制，使外接電源對電池BAT充電。與圖1中的充電管理電路相比，其優點在于，其在實現充電管理功能的同時，還可以通過降壓型直流-直流轉換轉換器將電池BAT或者外接電源的電壓進行降壓轉換并提供給供電電路，從而改善以電池或者外接電源對系統供電時的系統效率。請繼續參考圖2所示，圖2中的第二功率開關K2可以為NMOS晶體管MN1，第一功率開關212包括第一 PMOS晶體管MPl和第一襯體選擇電路BodySl，所述第一 PMOS晶體管MPl包括與節點VCHG相連的第一連接端、與中間節點LX相連的第二連接端、襯體端BPl和柵極(其為第一功率開關212的控制端)，所述第一襯體選擇電路BodySl用于比較節點VCHG和中間節點LX的電壓高低，并選擇電壓較高的節點與所述襯體端BPl相連。圖2中的第三功率開關214包括第二 PMOS晶體管MP2和第二襯體選擇電路BodyS2，所述第二 PMOS晶體管MP2包括與節點VBAT相連的第一連接端、與中間節點LX相連的第二連接端、襯體端BP2和柵極(其為，第三功率開關214的控制端)所述第二襯體選擇電路BodyS2用于比較節點VBAT和中間節點LX的電壓高低，并選擇電壓較高的節點與所述襯體端BP2相連。為PMOS晶體管MPl和MP2設置襯體選擇電路的原因在于，PMOS晶體管MPl和MP2的第一連接端和第二連接端的電壓高低并不穩定，為了避免其內寄生的二極管對其開關控制過程的影響，需要根據PMOS晶體管MPl和MP2的第一連接端和第二連接端的電壓高低的變化對應改變其寄生二極管的方向。PMOS晶體管MPl的工作原理為，當節點VCHG的電壓高于節點LX的電壓時，所述第一襯體選擇電路BodySl將襯體端BPl與節點VCHG相連，從而使PMOS晶體管MPl內寄生的二極管中一直無電流通過，此時，僅通過控制PMOS晶體管MPl的柵極就可以實現控制PMOS晶體管MPl (或者說第一功率開關212)的導通或者關斷；當節點VCHG的電壓低于節點LX的電壓時，所述第一襯體選擇電路BodySl將襯體端BPl與節點LX相連，從而使PMOS晶體管MPl內寄生的二極管中一直無電流通過，此時，僅通過控制PMOS晶體管MPl的柵極就可以實現控制PMOS晶體管MPl (或者說第一功率開關212)的導通或者關斷。PMOS晶體管MP2的工作原理與PMOS晶體管MPl的工作原理相同，這里不再贅述。圖2中的充電/供電控制電路216包括三個輸入端和三個輸出端。其中，第一輸入端與節點Vl相連，第二輸入端與節點VCHG相連，第三輸入端與節點VBAT相連，第一輸出端GPl與PMOS晶體管MPl的柵極(即第一功率開關212的控制端)相連，第二輸出端NDRV與第二功率開關K2的控制端相連，第三輸出端GP2與第二 NMOS晶體管MP2的柵極(即第三功率開關214的控制端)相連。請參考圖3所示，其為圖2中的充電/供電控制電路在一個實施例中的電路示意圖。圖3中的充電/供電控制電路包括供電控制電路310、適配器連接判定電路320、充電控制電路330和邏輯選擇電路340。所述供電控制電路310根據節點Vl的電壓輸出第一驅動信號I3DRV和第二驅動信號NDRV，其中第二驅動信號NDRV通過輸出端NDRV與所述第二功率開關K2的控制端相連(請參考圖2所示)。所述邏輯選擇電路340與連接判定信號CHGH、第一驅動信號TORV、所述充電控制信號、第一功率開關的控制端和第三功率開關的控制端相連。當所述適配器連接判定電路320判定適配器與所述節點VCHG相連時，所述邏輯選擇電路340選擇將第一驅動信號TORV與所述第一 PMOS晶體管MPl的柵極(即第一功率開關212的控制端)相連，選擇將所述充電控制電路330輸出的充電控制信號OPO與所述第二PMOS晶體管MP2的柵極相連，從而使第一 PMOS晶體管MPl和第二功率開關K2在所述供電控制電路310的控制下交替導通，此時所述供電控制電路、晶體管MP1、開關K2、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，使所述充電控制電路330通過控制第二 PMOS晶體管MP2對電池BAT進行充電控制。當所述適配器連接判定電路320判定適配器未所述節點VCHG相連時，所述邏輯選擇電路330將所述適配器連接判定電路320輸出信號(比如一個高電平信號)使得所述第一 PMOS晶體管MPl關斷，選擇將供電控制電路310輸出的第一驅動信號TORV與所述第二PMOS晶體管MP2的柵極相連，第二 PMOS晶體管MP2和第二開關K2在所述供電控制電路的控制下交替導通，此時所述供電控制電路、晶體管MP2、開關K2、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器。所述供電控制電路310可以采用現有技術中的各種調制技術，比如，可以采用脈沖寬度調制技術，也可以采用脈沖頻率調制技術，通過將節點Vi的電壓為反饋電壓進行控制，將節點Vl的電壓調制的等于預先設定的固定電壓閾值。在圖3所示的實施例中，所述供電控制電路410包括反饋電路、誤差放大器EA和脈寬調制比較器PWM。所述反饋電路包括串聯于節點Vl和地之間的電阻Rl和電阻R2，電阻Rl和電阻R2之間的連接點FB為其輸出端。誤差放大器EA的正相輸入端接第一參考電壓VREF，負相輸入端與連接點FB相連；脈寬調制比較器PWM的輸入端與誤差放電器EA的輸出端相連,其第一輸出端輸出所述第一驅動信號TORV，第二輸出端(即輸出端NDRV)輸出所述第二驅動信號NDRV給第二功率開關K2的控制端(如圖2所示)。具體工作過程為，所述反饋電路采樣節點Vl的電壓得到一反饋電壓FB (由電阻Rl和電阻R2分壓產生)，所述誤差放大器EA對所述反饋電壓FB和所述參考電壓VREF的差進行放大以輸出誤差放大信號EAO，所述脈寬調制比較器PWM根據所述誤差放大信號EAO輸出所述第一驅動信號F1DRV和第二驅動信號NDRV。誤差放大器EA和脈寬調制比較器PWM與普通降壓型直流-直流轉換器中的誤差放大器EA和脈寬調制比較器PWM的工作原理一樣，可采用各種現有技術實現，此處不做詳細描述。在圖3所示的實施例中，所述適配器連接判定電路320為比較器Compl，該比較器Compl的正相輸入端與節點VCHG相連，其負相輸入端與第二參考電壓VR2 (對于常用的鋰電池系統，可以將參考電壓VR2設計等于4.5v,高于鋰電池充滿電時的最高電壓即可，一般鋰電池的充電截止電壓為4.2v)相連，其輸出端輸出連接判定信號CHGH。當節點VCHG電壓大于參考電壓VR2時，CHGH信號為高電平，表示節點VCHG與適配器相連；當節點VCHG電壓小于參考電壓VR2時，CHGH信號為低電平，表示節點VCHG未與適配器相連。在圖3所示的實施例中，所述充電控制電路330包括運算放大器0P、第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF。所述第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF依次連接于中間節點LX和地之間；運算放大器OP的正相輸入端與電池節點VBAT相連，其負相輸入端與第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF之間的連接節點DPS2相連，其輸出端與第三PMOS晶體管MPS2的柵極相連，第三PMOS晶體管MPS2的柵極和運算放大器OP的輸出端之間的連接節點OPO為所述充電控制電路430的輸出端。在圖3所示的實施例中，所述邏輯選擇電路340包括或門0R1、反相器INV3、開關K3和開關K4。或門ORl的第一輸入端與脈寬調制比較器PWM的第一輸出端PDRV相連，第二輸入端與反相器INV3的的輸出端相連,反相器INV3的輸入端與比較器Compl的輸出端相連；開關K4和開關K3依次連接于或門ORl的第一輸入端和充電控制電路340的輸出端OPO之間，開關K4的控制端與反相器INV3的輸出端相連，開關K3的控制端與反相器INV3的輸入端相連，開關K3和開關K4之間的連接節點作為輸出端GP2與第二 PMOS晶體管MP2的柵極相連(如圖2所示)。以下具體介紹圖3中的充電/供電控制電路的工作原理。當節點VCHG電壓小于參考電壓VR2時，所述適配器連接判定電路320輸出的連接判定信號CHGH信號為低電平(表示適配器未與節點VCHG相連)，經反相器INV3輸出的信號CHGL為高電平，或門ORl選擇輸出為高電平的連接判定信號CHGH信號給第一 PMOS晶體管MPl的柵極，使第一 PMOS晶體管MPl截止；CHGH信號為低電平，其控制開關K3截止，CHGL信號為高電平，其控制開關K4導通，輸出端GP2選擇輸出第一驅動信號TORV給所述第二 PMOS晶體管MP2的柵極，從而使第二 PMOS晶體管MP2和第二功率開關K2在所述供電控制電路310的控制下交替導通。當節點VCHG電壓大于參考電壓VR2時，所述適配器連接判定電路320輸出的連接判定信號CHGH信號為高電平(表示適配器與節點VCHG相連)，經過反相器INV3輸出的信號CHGL為低電平，或門ORl選擇輸出第一驅動信號TORV給所述第一 PMOS晶體管MPl的柵極；CHGH信號為高電平，其控制開關K3導通，CHGL信號為低電平，其控制開關K4截止，輸出端GP2選擇輸出充電控制信號OPO給所述第二 PMOS晶體管MP2的柵極。從而使所述充電控制電路330通過控制PMOS晶體管MP2的柵極(即第三功率開關214的控制端)對電池BAT進行充電控制；使第一 PMOS晶體管MPl和第二功率開關K2在所述供電控制電路310的控制下交替導通，構成對節點Vl電壓進行精確控制的負反饋環路，將節點Vl的電壓調整等于VREF.(Rl+R2)/R2，假設電阻Rl的阻值為電阻R2的阻值的2倍，參考電壓VREF等于0.7V,這樣，節點Vl的目標電壓為0.7v.(Rl+R2)/R2=2.1v)。以下介紹圖3中的充電控制電路通過控制第二 PMOS晶體管MP2對電池BAT進行充電控制的具體工作過程。當節點LX的電壓為高電平(即PMOS晶體管MPl導通，第二功率開關K2截止)時，圖3中的PMOS晶體管MPS2與圖2中PMOS晶體管MP2構成電流鏡像電路，原因在于，PMOS晶體管MPS2的柵極通過開關K3導通后等于PMOS晶體管MP2的柵極電壓，當節點LX電壓為高電平時，圖2中MP2的襯體被切換至節點LX，運算放大器OP與PMOS晶體管MPS2和MP2及參考電流IREF構成負反饋環路，將節點DPS2的電壓調整等于節點VBAT電壓，這樣圖3中的PMOS晶體管MPS2和圖2中PMOS晶體管MP2的柵極電壓、源極電壓、襯體電壓、漏極電壓都相等，所以PMOS晶體管MP2的電流與PMOS晶體管MPS2的電流之比等于兩者的寬長比之比。例如，將PMOS晶體管MP2和MPS2的寬長比之比設計為K:1 ;則PMOS晶體管MP2和MPS2的電流之比等于K:1。由于PMOS晶體管MPS2的電流等于IREF，所以，PMOS晶體管MP2的電流等于K.1REF，其中IREF為圖3中恒流源IREF的電流值。當節點LX為低電平(即PMOS晶體管MPl截止通，第二功率開關K2導通)時，所述節點OPO輸入高電平，使PMOS晶體管MP2截止。也就是說，當中間節點LX的電壓為高電平時，所述充電控制電路330通過控制PMOS晶體管MP2導通，以對電池BAT進行充電；當中間節點LX的電壓為低電平時，所述充電控制電路330控制PMOS晶體管MP2截止。請參考圖4所示，其為圖3所示的實施例中，節點VCHG被連接到適配器時的開關波形和電流波形圖。圖4中的LX為節點LX節點的電壓波形圖，其近似為方波(假設圖2中的PMOS晶體管MPl和第二功率開關K2的導通電阻很小，其上的導通電壓降近似忽略)，LX波形為高電平等于VCHG電壓，低電平等于O的方波，根據直流-直流轉換器的原理，穩態時該方波的占空比等于Vl/VCHG。GPl為第一 PMOS晶體管MPl的柵極接收的驅動信號(即所述供電控制電路輸出的第一驅動信號I3DRV)波形圖，其為方波信號。Ich為通過第二 PMOS晶體管MP2的充電電流波形圖，其為方波信號。從圖4中可以看出，當GPl為低電平時，LX為高電平卿當GPl為低電平時，PMOS晶體管MPl導通，第二功率開關K2截止)，此時，Ich等于K.1REF,即所述充電控制電路330控制PMOS晶體管MP2對電池BAT進行恒流充電；當GPl為高電平時，LX為低電平(即當GPl為高電平時，PMOS晶體管MPl截止，第二功率開關K2導通)，此時，Ich為0，即所述充電控制電路330控制PMOS晶體管MP2截止)。可以看出，PMOS晶體管MP2的充電電流為脈沖式充電電流，即只有當LX為高電平時，充電控制電路330才工作，才對電池BAT進行充電。圖3中充電控制電路330為恒流充電模式的充電控制電路，其也可以替換為其他模式的充電控制電路，比如，可以被替換為恒壓充電控制電路，也可以為恒壓、恒流充電和預充電的組合電路，即當電池BAT電壓接近被充滿時采用恒壓充電模式，當電池BAT的電壓較低但大于預充電電壓閾值(例如3.0v)時采用恒流充電模式，當小于預充電電壓閾值時，采用預充電模式。請參考圖5所示，其為圖2中的充電/供電控制電路在另一個實施例中的電路示意圖。其與圖3的區別在于，圖5中的充電/供電控制電路還包括充電電流調控模塊340，當節點VCHG與適配器相連時，若節點VCHG輸出的電流小于設定最大電流，所述充電電流調控模塊340不工作，若節點VCHG輸出的電流大于設定最大電流時，所述充電電流調控模塊340工作以減小流經PMOS晶體管MP2的充電電流，優先保證系統供電。圖5中的充電電流調控模塊340包括電流采樣電路ISEN和放大器GM。所述電流采樣模塊IESN用于采樣節點VCHG輸出的電流(也可以采樣PMOS晶體管MPl上的電流)。所述放大器GM用于比較采樣電流IS與預先設定電流閾值ILIM(對應最大電流)進行比較，在所述采樣電流IS大于預先設定電流閾值ILIM時，生成與所述采樣電流和所述設定電流閾值ILIM的差成比例的電流，并將其輸入連接節點DPS2，以減小PMOS晶體管MPS2的電流，從而減小流經PMOS晶體管MP2的充電電流。這樣可以實現當系統耗電過大，達到節點VCHG的輸出電流上限時，減小充電電流，優先保證系統供電的電流需求。電流采樣電流ISEN可以采用現有技術中的各種實現方式，為了簡化描述，此處省略其詳細描述。圖6為本發明中的充電管理電路在另一個實施例中的示意圖。與圖2相比，圖6中用二極管D2替代了圖2中的第二功率開關K2，從而實現異步整流的效果。如圖6所示，該二極管的陽極接地，陰極與中間節點LX相連，此時，所述充電/供電控制電路不對所述二極管進行控制。當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第一功率開關212導通或者截止，若所述第一功率開關212導通，則所述二極管反向截止，若所述第一功率開關212截止，則所述二極管正向導通；當適配器與未所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第三功率開關214導通或者截止，若所述第三功率開關214導通，則所述二極管反向截止，若所述第三功率開關214截止，則所述二極管正向導通。與圖2相比，其工作效率有些下降，但實現結構簡單。相應的，相應的圖3和圖5中的實現方式也可以被用于圖6中的充電/供電控制電路，可以忽略第二驅動信號NDRV。在本發明中，“連接”、相連、“連”、“接”等表示電性相連的詞語，如無特別說明，則表示直接或間接的電性連接。需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本發明的具體實施方式
所做的任何改動均不脫離本發明的權利要求書的范圍。相應地，本發明的權利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實施方式
。
權利要求
1.一種充電管理電路，其特征在于，其包括第一功率開關、第二功率開關和第三功率開關、電感L1、電容Cl和充電/供電控制電路， 所述第一功率開關連接于外接充電節點VCHG和中間節點LX之間；第二功率開關連接于中間節點LX和地之間；第三功率開關連接于中間節點LX和電池節點VBAT之間；電感LI和電容Cl依次連接于中間節點LX和地之間，電感LI和電容Cl之間的連接節點與系統供電節點Vl相連；電池BAT的正、負極分別與電池節點VBAT和地相連， 當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第一功率開關和第二功率開關交替導通，同時控制第三功率開關以對電池BAT進行充電；當適配器未與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第三功率開關和第二功率開關交替導通，同時控制第一功率開關截止。
2.根據權利要求1所述的充電管理電路，其特征在于， 當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，若所述中間節點LX為高電平，所述充電/供電控制電路控制第三功率開關以對電池BAT充電；若中間節點LX為低電平，所述充電/供電控制電路控制第三功率開關截止。
3.根據權利要求2所述的充電管理電路，其特征在于，所述充電/供電控制電路包括供電控制電路、適配器連接判定電路和充電控制電路， 所述供電控制電路根據節點Vl的電壓輸出第一驅動信號和第二驅動信號，其中第二驅動信號與第二功率開關的控制端相連； 所述適配器連接判定電路根據節點VCHG的電壓判定適配器是否與節點VCHG相連，并輸出連接判定信號CHGH ； 所述充電控制電路輸出 充電控制信號； 當所述適配器連接判定電路判定適配器與所述節點VCHG相連時，所述供電控制電路的第一驅動信號與所述第一功率開關的控制端相連，充電控制信號與第三功率開關的控制端相連，所述充電控制電路通過控制第三功率開關對電池進行充電控制，通過第一驅動信號和第二驅動信號控制所述第一功率開關和第二功率開關交替導通，此時所述供電控制電路、第一功率開關、第二功率開關、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VCHG的電壓降壓為所述節點Vl的電壓； 當所述適配器連接判定電路判定適配器未與所述節點VCHG相連時，所述供電控制電路的第一驅動信號與所述第三功率開關的控制端相連，同時控制第一功率開關關斷，通過第一驅動信號和第二驅動信號控制所述第三功率開關和第二功率開關交替導通，此時所述供電控制電路、第二功率開關、第三功率開關、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VBAT的電壓降壓為所述節點Vl的電壓。
4.根據權利要求3所述的充電管理電路，其特征在于，所述充電/供電控制電路還包括邏輯選擇電路，所述邏輯選擇電路與連接判定信號CHGH、第一驅動信號TORV、所述充電控制信號、第一功率開關的控制端和第三功率開關的控制端相連， 當適配器與所述節點VCHG相連時，所述邏輯選擇電路選擇將第一驅動信號TORV與所述第一功率開關的控制端相連，選擇將所述充電控制電路輸出的充電信號與所述第三功率開關的控制端相連； 當適配器未與所述節點VCHG相連時，所述邏輯選擇電路輸出信號控制所述第一功率開關關斷，選擇將第一驅動信號TORV與所述第三功率開關的控制端相連。
5.根據權利要求3所述的充電管理電路，其特征在于，所述充電/供電控制電路還包括充電電流調控模塊，當節點VCHG輸出的電流小于適配器可提供的最大電流時，所述充電電流調控模塊不工作，當節點VCHG輸出的的電流大于適配器可提供的最大電流，所述充電電流調控模塊減小流經PMOS晶體管MP2的充電電流，優先保證系統供電。
6.根據權利要求5所述的充電管理電路，其特征在于，所述充電控制電路包括運算放大器0P、第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF，所述第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF依次連接于中間節點LX和地之間；運算放大器OP的正相輸入端與電池節點VBAT相連，其負相輸入端與第三PMOS晶體管MPS2和恒流源IREF之間的連接節點DPS2相連，其輸出端與第三PMOS晶體管MPS2的柵極相連，第三PMOS晶體管MPS2的柵極和運算放大器OP的輸出端之間的連接節點OPO為所述充電控制電路的輸出端。
7.根據權利要求6所述的充電管理電路，其特征在于，充電電流調控模塊包括電流采樣電路ISEN和放大器GM，所述電流采樣電路IESN用于采樣節點VCHG輸出的電流得到采樣電流； 所述放大器GM用于比較所述采樣電流與設定電流閾值進行比較，在所述采樣電流大于設定電流閾值時，生成與所述采樣電流和所述設定電流閾值的差成比例的電流，并將其輸入所述連接節點DPS2。
8.根據權利要求1所述的充電管理電路，其特征在于，所述第一功率開關包括第一PMOS晶體管MPl和第一襯體選擇電路BodySl，所述第一 PMOS晶體管MPl包括與節點VCHG相連的第一連接端、與中間節點LX相連的第二連接端和襯體端BPl,所述第一襯體選擇電路BodySl用于比較節點VCHG和中間節點LX的電壓高低，并選擇電壓較高的節點與所述襯體端BPl相連； 所述第三功率開關包括第二 PMOS晶體管MP2和第二襯體選擇電路BodyS2，所述第二PMOS晶體管MP2包括與節點VBAT相連的第一連接端、與中間節點LX相連的第二連接端和襯體端BP2，所述第二襯體選擇電路BodyS2用于比較節點VBAT和中間節點LX的電壓高低，并選擇電壓較高的節點與所述襯體端BP2相連。
9.根據權利要求1-8任一所述的充電管理電路，其特征在于，所述第二功率開關替換為二極管，所述二極管的陽極接地，陰極與所述中間節點LX相連，所述充電/供電控制電路不對所述二極管進行控制， 當適配器與所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第一功率開關導通或者截止，若所述第一功率開關導通，則所述二極管反向截止，若所述第一功率開關截止，則所述二極管正向導通，此時所述供電控制電路、第一功率開關、二極管、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VCHG的電壓降壓為所述節點Vl的電壓； 當適配器與未所述外接充電節點VCHG相連時，所述充電/供電控制電路控制所述第三功率開關導通或者截止，若所述第三功率開關導通，則所述二極管反向截止，若所述第三功率開關截止，則所述二極管正向導通，此時所述供電控制電路、二極管、第三功率開關、電感LI和電容Cl形成降壓型電源轉換器，以將節點VBAT的電壓降壓為所述節點Vl的電壓。
10.一種充電管理系統，其特征在于，其包括供電電路和權利要求1-9任一所述的充電管理電路，所述供電電路包括多個DC/DC轉換器和多個LDO，它們用于將節點Vl的電壓轉換為相應系統電壓， 其中所述節點Vl的電壓等于所述供 電電路的最低工作電壓。
全文摘要
本發明提供一種充電管理電路，其包括第一功率開關、第二功率開關和第三功率開關和充電/供電控制電路，第一功率開關連接于外接充電節點和中間節點之間；第二功率開關連接于中間節點和地之間；第三功率開關連接于中間節點和電池節點之間；當適配器與外接充電節點相連時，充電/供電控制電路控制所述第一功率開關和第二功率開關交替導通，控制第三功率開關以對電池進行充電；當適配器未與外接充電節點相連時，充電/供電控制電路控制第三功率開關和第二功率開關交替導通，控制第一功率開關截止。這樣，在實現充電管理功能的同時，還可以通過降壓型直流-直流轉換轉換器將電池或者外接電源的電壓進行降壓轉換并提供給供電電路。
文檔編號H02J7/00GK103199593SQ20131015174
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月26日 優先權日2013年4月26日
發明者王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司