一种电源管理集成电路的制作方法

文档序号:10922575阅读:175来源:国知局
一种电源管理集成电路的制作方法
【专利摘要】一种电源管理集成电路,包括DC/DC直流变换电路模块和电芯充放电保护模块,锂电池电芯的正极与DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端之间连接有输入电压检测采样单元,输入电压检测采样单元根据锂电池电芯电压调节DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端的电压;电源管理集成电路的输出端经过输出电压检测采样单元后连接到DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端。所述的一种电源管理集成电路,在锂电池电量充足时电路输出的电压平稳,在电量接近耗尽时,电路输出电压随电量的下降而逐渐降低,其能在电量接近耗尽时给使用者以提示,从而避免发生使用过程中突然没电的情况发生。
【专利说明】
一种电源管理集成电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电源管理集成电路。【背景技术】
[0002]目前,市场上的roA、数码相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备中的供电电源有干电池、镍氢电池和锂电池等。如图1所示,普通干电池额定电压为1.5V,在使用过程中,输出电压会逐渐降低,使用者及用电设备可通过输出电压值预估电池的电量及使用时间,从而能够及时更换电池。但其电压下降快,因输出电压过低而不能满足供电要求时,其内仍残存相当一部分的电量,造成了剩余电量的浪费,不利于社会的节能和环保,也影响普通干电池的使用时间。
[0003]如图2所示,镍氢电池输出电压相对稳定,但其电压平台较低为1.2V,其自放电较大,受这二者制约,其适用范围较窄,难以普及和应用在各种设备上。
[0004]而锂离子电池因具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压和自放电率低等优点而广泛应用于上述数码设备。与干电池输出1.5V、镍氢电池输出1.2V的电压不同,锂电池电芯的电压平台高达3.7V,其输出电压范围一般在2.9V至4.2V间,如图3所示。为满足用电器的使用要求,锂电池的输出需要经稳压电路稳定电压后提供给负载电路,或者连接 DC/DC电路模块,将电芯的高电压转换成多个不同的低电压轨,以满足数码设备中不同模块不同工作电压的需求。如图4所示,连接DC/DC电路模块后的锂离子电池,其从电池开始供电直至电量耗尽,输出电压基本稳定在一个电压值,其效率高,能充分利用电池电量,避免了电能的浪费,同时也延长了电池的续航时间。但锂离子电池也存在使用风险,其DC/DC模块有损坏和击穿的危险,一旦击穿损坏,锂电池电芯的高电压将直接加载到数码设备的负载模块,给负载带来风险,严重时甚至会导致整个用电设备的电路损坏,造成较大的损失。此夕卜,其输出电压稳定,即使在电池电量接近耗尽时,仍能维持在稳定的电压值上,但无法通过DC/DC输出电压高低预知电池电芯剩余电量,在电量耗尽前无法给使用者或设备以提示, 容易出现用电设备使用的过程中突然没电的情况,给使用者带来不便。【实用新型内容】
[0005]为克服上述电池的缺陷,本实用新型的目的是提供一种电源管理集成电路,在锂电池电量充足时电路输出的电压平稳,在电量接近耗尽时,电路输出电压随电量的下降而逐渐降低,其能在电量接近耗尽时给使用者以提示,从而避免发生使用过程中突然没电的情况发生。
[0006]本实用新型所述的一种电源管理集成电路,包括DC/DC直流变换电路模块,锂离子电芯正极连接到DC/DC直流变换电路模块的电源输入端,提供DC/DC直流变换电路模块的工作电压;锂电池电芯正极与DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端之间连接有输入电压检测采样单元,所述输入电压检测采样单元用以根据锂电池电芯电压调节DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端处的电压;电源管理集成电路的输出端经过输出电压检测采样单元后连接到DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端。
[0007]本实用新型所述的电源集成管理电路,在锂电池电芯与DC/DC直流变换电路模块反馈控制端之间设置输入电压检测采样单元,在电源管理集成电路的输出端与DC/DC直流变换电路模块反馈控制端之间设置了输出电压检测采样单元;所述输入电压检测采样单元能够根据电芯电压调节DC/DC直流变换电路模块反馈控制端的电压值,所述输出电压检测采样单元根据电源管理集成电路的输出端的电压值去调节DC/DC直流变换电路模块反馈控制端的电压值。通过设置输入电压检测采样单元和输出电压检测采样单元,一方面,锂电池电芯电量的多少会影响电芯电压的输出值大小,根据电芯电压的大小影响输入电压检测采样单元的等效电阻值,从而调节DC/DC直流变换电路模块反馈控制端的电压值,DC/DC直流变换电路模块输出端会根据反馈控制端处的电压值输出不同电压值,从而实现了锂电池电芯电量影响电源管理集成电路输出电压的大小;另一方面,输出电压检测采样单元根据电源管理集成电路的输出端的电压值去调节DC/DC直流变换电路模块反馈控制端的电压值, 使电源管理集成电路的输出端的电压可以保持相对平稳。通过输入电压检测采样单元和输出电压检测采样单元同时作用于DC/DC直流变换电路模块反馈控制端,可确保电源管理集成电路在锂电池电量充足时电路输出的电压平稳,在电量接近耗尽时,电路输出电压随电量的下降而逐渐降低,其能在电量接近耗尽时给使用者以提示,从而避免发生使用过程中突然没电的情况发生。
[0008]在电源管理集成电路中还可设置电芯充放电保护模块,锂电池电芯正极连接到电芯充放电保护模块的电源输入端,提供电芯充放电保护模块工作电压;电芯充放电保护模块向外引出有引脚,所述引脚向内与电芯充放电保护模块内过流比较器的基准端固定连接,引脚向外与可调电阻连接,通过改变电阻的阻值,可以改变过流比较器基准端的基准电压,从而调节过电流值的设置。
[0009]电源管理集成电路中设置芯充放电保护模块向外连接有电阻,通过改变该电阻的阻值,影响电芯充放电保护模块内过电流比较器的基准电压,从而改变该电源管理集成电路中对过电流的设置,操作方便。电芯充放电保护模块向外连接的电阻的阻值不同,其电源管理集成电路中的过电流的大小不同,从而能够让该电源管理集成电路能够适用于各种容量及放电倍率的电芯或不同使用场合的要求。[0〇1〇]在电源管理集成电路中还可设置DC/DC输出过压保护单元,过压保护检测单元的输入端连接电源管理集成电路的输出端,过压保护检测单元的输出端与电芯充放电保护模块内的电子开关连接。
[0011]电源管理集成电路中设置过压保护检测单元能够将电源管理集成电路输出电压值与设定的基准电压值进行比较,若电源管理集成电路输出电压值超出设定的基准电压值,则断开电芯充放电保护模块内与电芯连接的电子开关,停止向负载供电,从而起到保护电路和负载的作用,避免DC/DC模块损坏和击穿时,锂电池电芯的高电压直接加载到用电负载上,而导致用电设备的损坏。【附图说明】[〇〇12]图1为干电池电压输出曲线图。[〇〇13]图2为镍氢电池电压输出曲线图。
[0014]图3为一般锂电池电压输出曲线图。[〇〇15]图4为带DC/DC直流变换电路模块的锂电池电压输出曲线图。[〇〇16]图5为装有本实用新型电源管理集成电路的锂电池电压输出曲线图。[〇〇17]图6为本实用新型一种电源管理集成电路的结构示意图。[〇〇18]图7为本实用新型一种电源管理集成电路的示意图。
[0019]图8为本实用新型输入电压检测采样单元和输出电压检测采样单元示意图。
[0020]图9为本实用新型压控电阻模块示意图1。
[0021]图10为本实用新型压控电阻模块示意图2。
[0022]图11为本实用新型压控电阻模块示意图3。[〇〇23]图12为本实用新型压控电阻模块示意图4。
[0024]图13为本实用新型压控电阻模块示意图5。
[0025]图14为本实用新型压控电阻模块示意图6。
[0026]图15本实用新型过流可调单元的电路示意图。
[0027]图16为本实用新型过压保护检测单元示意图。
[0028]图17为本实用新型过压保护检测单元的负极控制结构示意图。
[0029]图18为本实用新型过压保护检测单元的负极控制电路示意图。
[0030]图19为本实用新型过压保护检测单元的正极控制结构示意图。[〇〇31]图20为本实用新型过压保护检测单元的正极控制电路示意图。【具体实施方式】[〇〇32]实施例,如图6、7所示的一种电源管理集成电路,包括DC/DC直流变换电路模块,锂电池电芯正极连接到DC/DC直流变换电路模块的电源输入端,提供DC/DC直流变换电路模块的工作电压;锂电池电芯正极与DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端之间连接有输入电压检测采样单元,所述输入电压检测采样单元用以根据锂电池电芯电压调节DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端处的电压;电源管理集成电路的输出端经过输出电压检测采样单元后连接到DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端。
[0033]所述输入电压检测采样单元和分为电压比较模块和压控电阻模块,其电压比较模块可为一个或多个比较器。如图8所示,输入电压检测采样单元的电压比较模块为一个比较器1,压控电阻模块即为图示V1-Ro,输出电压检测采样单元包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2。电源管理集成电路的输出端连接第一分压电阻R1的一端,第一分压电阻R1的另一端连接DC/DC直流变换电路模块反馈控制端连接和第二分压电阻R2—端,第二分压电阻 R2另一端与压控电阻模块并联接地,压控电阻模块另一端与锂电池电芯正极输出端连接, 压控电阻模块的阻值受锂电池电芯电压值影响,其阻值的改变影响分压电阻分压,改变DC/ DC直流变换电路模块的反馈端的电压。压控电阻模块可以为具有压控电阻特性的器件,如: 光耦器件、三极管等。如图9所示,当采用三极管作为压控电阻模块的器件时,三极管的集电极连接有电阻R5,当三极管导通时,这时压控电阻模块的等效电阻值可等效为R5,当三极管处于关闭状态时,压控电阻模块的等效电阻值可等效为无穷大,因此通过电芯电压去调节三极管基极处的电压时,可使压控电阻模块的等效电阻值在R5至无穷大之间变化。另外如图10所示,也可采用光耦器件作为压控电阻模块的器件,通过调节二极管两端的电压去改变压控电阻模块的等效电阻值。
[0034]所述输入电压检测采样单元的电压比较模块为一个多个比较器,如图11所示。此电路及为图8电路的改进,以多个比较器设定多档电压取值,其比较器的正向输入端均接基准电压,反相输入端与经过分压电阻分压的电芯电压VDD连接,当电芯电压降低时,其电压值依次达到比较器设定的基准值(Ver),改变比较器的输出电压从而改变三极管的导通性、 改变第二分压电阻R2并联的电阻值,从而实现改变DC/DC直流变换电路模块反馈控制端的电压。此外,所述输入电压检测采样单元的还可以不使用比较器,即无需电压比较模块仅保留压控电阻模块。[〇〇35] 如图12所示,电芯电压VDD连接电阻R6、R7和三极管基极,电阻R6、R7和三极管发射极接地,三极管集电极连接电阻R8—端,电阻R9另一端连接DC/DC直流变换电路模块反馈控制端,调整R6、R7的阻值,是三极管工作在放大器,利用其阻值大小受电压变化的特点完成压控电阻模块的功能。压控电阻模块的阻值受锂电池电芯电压值影响,其阻值的改变影响分压电阻分压,借此实现根据锂电池电芯电压变化调节DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端处的电压的功能。并且,由于三极管特性受温度影响描写,故而可以调选合适的温敏电阻作为三极管的补偿电阻串联在电阻R6支路上。并且,为实现更多级的输出电压变化,还可以如图13,14所示,输入电压检测采样单元向外引出引脚CT,该引脚可通过外接对地电阻或与电芯电压VDD间串接电阻以改变输入电压检测采样单元的输入电压,更大范围的改变DC/ DC直流变换电路模块反馈控制端的电压。[〇〇36]在电源管理集成电路中还设置有电芯充放电保护模块,锂电池电芯正极连接到电芯充放电保护模块的电源输入端,提供电芯充放电保护模块工作电压;电芯充放电保护模块向外引出有引脚,所述引脚向内与电芯充放电保护模块内过流比较器的基准端固定连接,引脚向外与可调电阻连接,通过改变电阻的阻值,可以改变电流比较器基准端的基准电流。如图15所示,电芯充放电保护模块内设置有过电流比较器,电芯充放电保护模块向外引出有引脚IST,所述引脚IST向内与电芯充放电保护模块内的过流比较器的基准端固定连接,引脚1ST向外与可调电阻R0连接,通过改变接入的电阻R0阻值,可以改变电流比较器基准端的基准电流。通过改变接入电阻的阻值,调整电芯充放电保护模块内过电流比较器的基准电流,从而改变该电源管理集成电路中对过电流的设置,操作方便。[〇〇37]在电源管理集成电路中还设置有过压保护检测单元,电源管理集成电路的输出端连接到过压保护检测单元的输入端,过压保护检测单元的输出端与电芯充放电保护模块内的电子开关连接,其中,电子开关由两个背靠背连接的M0S管组成。如图16所示,过压保护检测单元包括第二比较器、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4,电源管理集成电路的输出端连接第三分压电阻R3—端,第三分压电阻R3的另一端连接第四分压电阻R4的一端和第二比较器2的反相输入端,第四分压电阻R4的另一端接地,第二比较器2的输出端连接到电芯充放电保护模块内的电子开关,以实现对电子开关的控制。
[0038]该过压保护检测单元通过电源管理集成电路的输出电压与设定的基准电压相比较,如超过基准电压则断开电子开关,原本电回路开路,切断锂电池电芯的供电,实现对电子设备的保护。然而,在本电路中电源管理集成电路的输出电压可通过第三分压电阻R3和第四分压电阻R4分压后再与基准电压进行比较,如此,则可通过较小的基准电压实现对较大电压的监控;例如,电源管理集成电路的输出电压设置为1.5V,经过组织相同的R3和R4分压后变为0.75V,基准电压仅需设为0.75V或0.8V,更合适的可设置为0.9V则当输出电压大于1.8V时切断锂电池电芯供电,如此则实现了以低基准电压对电源管理集成电路的输出电压进行监控,实现过压保护,其优点在于无需提供较高压值的基准电压,降低了电路的内部能耗。
[0039]如图17、18所示,可防过压的电源管理集成电路的输出端同时连接到过压保护检测单元的输入端;过压保护检测单元将比较电源管理集成电路输出电压值与设定的基准电压值,若电源管理集成电路输出电压值超出设定的基准电压值的,则过压保护检测单元及时断开电芯充放电保护模块内与电芯负极连接的电子开关,电回路断开即停止向负载供电,起到保护电路和负载的作用。由于本电路是通过在输出电压过高时及时断开电回路停止向负载供电实现放置过压的,故而,保证过压保护检测单元功能的前提下将电子开关与电芯正极连接同样可以实现上述功能,如图19、20。并且,由于电子开关与电芯正极连接,则电芯负极可由同一条线路接地,可实现电路单点共地,在工作频率较低的集成电路中单点共地有着没有地环路,不会产生产生共地阻抗的电路性耦合的优点。
[0040]另外,第一分压电阻R1两端可并联第一滤波电容C1,第三分压电阻R3两端可并联第二滤波电容C2,可滤掉电路中高频杂波分量,避免高频分量对电路的冲击,延长集成电路的工作寿命。[0041 ]本实施中的所述的电源管理集成电路,锂电池电芯正极与DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端之间连接有输入电压检测采样单元,电源管理集成电路的电压输出端先后串联第一分压电阻和第二分压电阻后接地,第一分压电阻连接第二分压电阻的一端与DC/ DC直流变换电路模块反馈控制端连接,电芯电量的多少会影响电芯电压的输出值大小,电压值的变化影响压控电阻模块的阻值,压控电阻模块的阻值的改变影响分压电阻分压,从而改变DC/DC直流变换电路模块的反馈端的电压值。如图5所示的装有本实用新型电源管理集成电路的锂电池电压输出曲线图,用电设备可准确根据电源管理集成电路输出电压的大小去判断锂电池电芯电量是否接近耗尽。电源管理集成电路的输出端同时连接到电芯充放电保护模块的过压保护检测单元;通过设置过压保护检测单元,将电源管理集成电路输出电压值与设定的基准电压值比较,若电源管理集成电路输出电压值超出设定的基准电压值的,则过压保护检测单元及时断开电芯充放电保护模块内与电芯负极连接的电子开关,即停止向负载供电,起到保护电路和负载的作用。
【主权项】
1.一种电源管理集成电路,其特征在于,包括:DC/DC直流变换电路模块,锂电池电芯正 极连接到DC/DC直流变换电路模块的电源输入端,提供DC/DC直流变换电路模块的工作电 压;锂电池电芯正极与DC/DC直流变换电路模块的反馈控制端之间连接有输入电压检测采 样单元,所述输入电压检测采样单元用以根据锂电池电芯电压调节DC/DC直流变换电路模 块的反馈控制端处的电压;电源管理集成电路的输出端经过输出电压检测采样单元后连接 至IJDC/DC直流变换电路模块的反馈控制端。2.根据权利要求1所述的电源管理集成电路,其特征在于:输入电压检测采样单元包括 压控电阻模块,输出电压检测采样度单元包括第一分压电阻和第二分压电阻,电源管理集 成电路的输出端连接第一分压电阻的一端,第一分压电阻的另一端连接DC/DC直流变换电 路模块反馈控制端和第二分压电阻一端,第二分压电阻另一端与压控电阻模块并联接地, 压控电阻模块另一端与锂电池电芯正极输出端连接,压控电阻模块的阻值受锂电池电芯电 压值影响,其阻值的改变影响分压电阻分压,改变DC/DC直流变换电路模块的反馈端的电 压。3.根据权利要求2所述的一种电源管理集成电路,其特征在于:第二分压电阻两端并联 有第一滤波电容。4.根据权利要求1所述的电源管理集成电路,其特征在于:在电源管理集成电路中还设 置有电芯充放电保护模块,锂电池电芯正极连接到电芯充放电保护模块的电源输入端,提 供电芯充放电保护模块工作电压;电芯充放电保护模块向外引出有引脚,所述引脚向内与 电芯充放电保护模块内过流比较器的基准端固定连接,引脚向外与可调电阻连接,通过改 变电阻的阻值,可以改变电流比较器基准端的基准电流。5.根据权利要求1或4所述的电源管理集成电路,其特征在于:在电源管理集成电路中 还设置有DC/DC输出过压保护检测单元,电源管理集成电路的DC/DC输出端连接到过压保护 检测单元的输入端,过压保护检测单元的输出端与电芯充放电保护模块内的电子开关连 接。6.根据权利要求5所述的电源管理集成电路,其特征在于:过压保护检测单元包括第二 比较器、第三分压电阻、第四分压电阻,电源管理集成电路的输出端连接第三分压电阻一 端,第三分压电阻的另一端连接第四分压电阻的一端和第二比较器的反相输入端,第四分 压电阻的另一端接地,第二比较器的输出端连接到电芯充放电保护模块内的电子开关。7.根据权利要求6所述的一种电源管理集成电路,其特征在于:第三分压电阻两端并联 有第二滤波电容。8.根据权利要求5所述的一种电源管理集成电路,其特征在于:电芯充放电保护模块内 的电子开关为两个背靠背连接的MOS管。
【文档编号】H02J7/00GK205610238SQ201521111817
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年12月29日
【发明人】刘礼刚
【申请人】刘礼刚
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