专利名称：一种充电管理电路和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种充电管理电路及系统。
背景技术：
充电管理电路通常可以被用于延长锂电池的使用寿命和提高锂电池的安全性。充电管理电路包括开关模式充电管理电路和线性模式充电管理电路。其中，开关模式充电管理电路因其高效率的特性被广泛应用于涉及大电流的充电管理芯片中。请参考图1所示，其为现有技术中的旁路型充电管理电路的电路示意图。该旁路型充电管理电路110为开关模式充电管理电路。其包括开关K1、开关K2、充电控制电路 112、电感 L1、电容 Cl、电容 C2、二极管 D1、电阻 R4 和 PMOS (P-channel Metal OxideSemiconductor)晶体管MP6。其中，开关Kl和开关K2依次连接于外接充电节点VCHG和地之间；电感LI和电容Cl依次连接于开关Kl和开关K2之间的连接节点和地之间，电感LI和电容Cl之间的连接节点与电池节点VBAT相连；电池BAT的正、负极分别与电池节点VBAT和地相连；PM0S晶体管MP6和电容C2依次连接于电池节点VBAT和地之间，其中，PMOS晶体管MP6和电容C2之间的连接节点与内部系统供电节点VSYS相连；二极管Dl的阳极和阴极分别于外接充电节点VCHG和内部系统供电节点VSYS相连；电阻R4连接于PMOS晶体管MP6的栅极和地之间，PMOS晶体管MP6和电阻R4之间的连接节点与外接充电节点VCHG相连；充电控制电路112的输入端与节点VBAT相连，其两个输出端分别与开关Kl的控制端和开关K2的控制端相连。电池BAT或者外接电源通过所述充电管理电路110给供电电路120供电，然后，所述供电电路120再给内部系统供电。所述供电电路120包括一个或多个DC/DC (直流/直流)转换器和一个或多个LDO (低压差电压调节器)，以将节点VSYS的电压转换为多个系统电压。为了简化描述，图1中的供电电路120`仅示出了一个DC/DC转换器和一个LD0。该DC/DC转换器的输入端VIN与节点VSYS相连，其输出端与节点Vl相连，其用于将节点VSYS的电压转换为系统电压Vl ;该LDO的输入端VIN与节点VSYS相连，其输出端与节点V2相连，其用于将节点VSYS的电压转换为系统电压V2。以下具体介绍所述充电管理电路110的工作过程。当节点VCHG未被连接到适配器(Adapter，通常由AC-DC转换器构成)，即外接电源未插入或者外接电源被移除时，PMOS晶体管MP6的栅极被电阻R4下拉到地，因此，PMOS晶体管MP6导通，节点VBAT的电压传递给节点VSYS，即电池BAT给供电电路120供电，然后通过DC/DC和LDO提供各种系统所需电压。当节点VCHG被连接到适配器(S卩外接电源插入)时，节点VCHG的电压为高，PMOS晶体管MP6截止，节点VCHG的电压通过二极管Dl传递给节点VSYS，即由外接电源给供电电路120供电，然后通过DC/DC和LDO提供各种系统所需电压；同时，充电控制电路112通过控制开关Kl和开关K2使外接电源同时对电池BAT充电。根据上述内容可知，当节点VCHG未被连接到适配器时，电池BAT通过PMOS晶体管MP6给节点VSYS供电，节点VSYS再通过DC/DC和LDO为内部系统供电，这样，额外在PMOS晶体管MP6上产生效率损耗；当节点VCHG被连接到适配器时，节点VCHG的电压传递给节点VSYS为DC/DC和LDO供电，LDO的输入电压都较高，从而导致LDO的压降较大，进而使LDO的效率损耗较高，上述两种情况将导致电池对系统供电时系统效率较低，给用户的使用带来不便。通常当电池BAT的电量不足时，用户都希望插上充电器(或者适配器)即可满足系统工作需要，而不是等待电池被充电至足够电量，能支持系统耗电需求时才能使用系统，即用户希望当插上充电器时，充电管理电路可以优先满足系统耗电，其次再对电池进行充电。然而，图1中的充电管理电路并不具有此项功能。因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
发明内容本发明的目的在于提供一种充电管理电路及系统，其在实现充电管理功能的同时，还可以通过降压型直 流-直流转换转换器将电池或者外接电源的电压进行降压转换并提供给供电电路，从而改善以电池或者外接电源对系统供电时的系统效率。为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种充电管理电路，其包括第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关、电感L1、电容Cl和充电/供电控制电路。所述第一功率开关连接于外接充电节点VCHG和中间节点LX之间；第二功率开关连接于中间节点LX和地之间；第三功率开关连接于中间节点LX和电池节点VBAT之间；电感LI和电容Cl依次连接于中间节点LX和地之间，电感LI和电容Cl之间的连接节点与系统供电节点Vl相连；电池BAT的正、负极分别与电池节点VBAT和地相连。当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第一功率开关和第二功率开关交替导通，同时控制第三功率开关以对电池BAT进行充电；当适配器未与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第三功率开关和第二功率开关交替导通，同时控制第一功率开关截止。作为本发明的一个优选的实施例，当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，若所述中间节点LX为高电平，所述充电/供电控制电路控制第三功率开关以对电池BAT充电；若中间节点LX为低电平，所述充电/供电控制电路控制第三功率开关截止。作为本发明的一个优选的实施例，所述充电/供电控制电路包括供电控制电路、适配器连接判定电路和充电控制电路，所述供电控制电路根据节点Vl的电压输出第一驱动信号和第二驱动信号，其中第二驱动信号与第二功率开关的控制端相连；所述适配器连接判定电路根据节点VCHG的电压判定适配器是否与节点VCHG相连，并输出连接判定信号CHGH ;所述充电控制电路输出充电控制信号；当所述适配器连接判定电路判定适配器与所述节点VCHG相连时，所述供电控制电路的第一驱动信号与所述第一功率开关的控制端相连，充电控制信号与第三功率开关的控制端相连，所述充电控制电路通过控制第三功率开关对电池进行充电控制，通过第一驱动信号和第二驱动信号控制所述第一功率开关和第二功率开关交替导通，此时所述供电控制电路、第一功率开关、第二功率开关、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VCHG的电压降压为所述节点Vl的电压；当所述适配器连接判定电路判定适配器未与所述节点VCHG相连时，所述供电控制电路的第一驱动信号与所述第三功率开关的控制端相连，同时控制第一功率开关关断，通过第一驱动信号和第二驱动信号控制所述第三功率开关和第二功率开关交替导通，此时所述供电控制电路、第二功率开关、第三功率开关、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VBAT的电压降压为所述节点Vl的电压。作为本发明的一个优选的实施例，所述充电/供电控制电路还包括逻辑选择电路，所述逻辑选择电路与连接判定信号CHGH、第一驱动信号TORV、所述充电控制信号、第一功率开关的控制端和第三功率开关的控制端相连，当适配器与所述节点VCHG相连时，所述逻辑选择电路选择将第一驱动信号TORV与所述第一功率开关的控制端相连，选择将所述充电控制电路输出的充电信号与所述第三功率开关的控制端相连；当适配器未与所述节点VCHG相连时，所述逻辑选择电路输出信号控制所述第一功率开关关断，选择将第一驱动信号TORV与所述第三功率开关的控制端相连。作为本发明的一个优选的实施例，所述充电/供电控制电路还包括充电电流调控模块，当节点VCHG输出的电流小于适配器可提供的最大电流时，所述充电电流调控模块不工作，当节点VCHG输出的的电流大于适配器可提供的最大电流，所述充电电流调控模块减小流经PMOS晶体管MP2的充电电流，优先保证系统供电。作为本发明的一个优选的实施例，所述充电控制电路包括运算放大器0P、第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF，所述第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF依次连接于中间节点LX和地之间；运算放大器OP的正相输入端与电池节点VBAT相连，其负相输入端与第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF之间的连接节点DPS2相连，其输出端与第三PMOS晶体管MPS2的栅极相连，第三PMOS晶体管MPS2的栅极和运算放大器OP的输出端之间的连接节点OPO为所述充电控制电路的输出端。作为本发明的一个优选的实施例，充电电流调控模块包括电流采样电路ISEN和放大器GM，所述电流采样电路IESN用于采样节点VCHG输出的电流得到采样电流；所述放大器GM用于比较所述采样电流与设定电流阈值进行比较，在所述采样电流大于设定电流阈值时，生成与所述采样电流和所述设定电流阈值的差成比例的电流，并将其输入所述连接节点DPS2。作为本发明的一个优选的实施例，所述第一功率开关包括第一PMOS晶体管MPl和第一衬体选择电路BodySl，所述第一 PMOS晶体管MPl包括与节点VCHG相连的第一连接端、与中间节点LX相连的第二连接端和衬体端BPI,所述第一衬体选择电路BodySI用于比较节点VCHG和中间节点LX的电压高低，并选择电压较高的节点与所述衬体端BPl相连；所述第三功率开关包括第二 PMOS晶体管MP2和第二衬体选择电路BodyS2，所述第二 PMOS晶体管MP2包括与节点VBAT相连的第一连接端、与中间节点LX相连的第二连接端和衬体端BP2，所述第二衬体选择电路BodyS2用于比较节点VBAT和中间节点LX的电压高低，并选择电压较高的节点与所述衬体端BP2相连。作为本发明的一个优选的实施例，所述第二功率开关替换为二极管，所述二极管的阳极接地，阴极与所述中间节点LX相连，所述充电/供电控制电路不对所述二极管进行控制，当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第一功率开关导通或者截止，若所述第一功率开关导通，则所述二极管反向截止，若所述第一功率开关截止，则所述二极管正向导通，此时所述供电控制电路、第一功率开关、二极管、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VCHG的电压降压为所述节点Vl的电压；当适配器与未所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第三功率开关导通或者截止，若所述第三功率开关导通，则所述二极管反向截止，若所述第三功率开关截止，则所述二极管正向导通，此时所述供电控制电路、二极管、第三功率开关、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VBAT的电压降压为所述节点Vl的电压。根据本发明的一个方面，本发明提供一种充电管理系统，其包括供电电路和充电管理电路。所述充电管理电路包括第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关、电感L1、电容Cl和充电/供电控制电路。所述第一功率开关连接于外接充电节点VCHG和中间节点LX之间；第二功率开关连接于中间节点LX和地之间；第三功率开关连接于中间节点LX和电池节点VBAT之间；电感LI和电容Cl依次连接于中间节点LX和地之间，电感LI和电容Cl之间的连接节点与系统供电节点Vl相连；电池BAT的正、负极分别与电池节点VBAT和地相连。当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第一功率开关和第二功率开关交替导通，同时控制第三功率开关以对电池BAT进行充电；当适配器未与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第三功率开关和第二功率开关交替导通，同时控制第一功率开关截止。所述供电电路包括多个DC/DC转换器和多个LD0，它们用于将节点Vl的电压转换为相应系统电压，其中所述节点Vl的电压等于所述供电电路的最低工作电压。与现有技术相比，本发明提供一种充电管理电路，其在实现充电管理功能的同时，还可以通过降压型直流-直流转换转换器将电池或者外接电源的电压进行降压转换并提供给供电电路，从而改善以电池或者外接电源对系统供电时的系统效率。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:图1为现有技术中的旁路型充电管理电路的电路示意图；图2为本发明中的充电管理电路在一个实施例中的示意图；图3为图2中的充电/供电控制电路在一个实施例中的电路示意图；图4为图3所示的实施例中，节点VCHG被连接到适配器时的开关波形和电流波形图；图5为图2中的充电/供电控制电路在另一个实施例中的电路示意图；图6为本发明中的充电管理电路在另一个实施例中的示意图。
具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。此处所称的“一个 实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。本发明中的充电管理电路，其在实现充电管理功能的同时，还可以通过降压型直流-直流转换转换器将电池或者外接电源的电压进行降压转换并提供给供电电路，从而改善以电池或者外接电源对系统供电时的系统效率，并且在系统耗电较大时，所述充电管理电路可以优先满足系统耗电，其次再对电池进行充电，从而方便用户使用。请参考图2所示，其为本发明中的充电管理电路在一个实施例中的示意图。所述充电管理电路210包括第一功率开关212、第二功率开关K2、第三功率开关214、电感L1、电容Cl和充电/供电控制电路216。其中，第一功率开关212连接于外接充电节点VCHG和中间节点LX之间；第二功率开关K2连接于中间节点LX和地之间；电感LI和电容Cl依次连接于中间节点LX和地之间，电感LI和电容Cl之间的连接节点与系统供电节点Vl相连；第三功率开关214连接于中间节点LX和电池节点VBAT之间，电池BAT的正、负极分别与电池节点VBAT和地相连，根据系统需要，电池BAT可以包括电芯和电池保护电路。所述充电/供电控制电路216根据外接充电节点VCHG的电压、系统供电节点Vl的电压和电池节点VBAT的电压对第一功率开关212、第二功率开关K2和第三功率开关214进行控制。在图2所示的实施例中，所述充电管理电路210的输出端(即系统供电节点VI)与供电电路220相连，电池BAT或者外接电源通过所述充电管理电路210给供电电路220供电，然后，所述供电电路220再给内部系统供电。所述供电电路220包括多个DC/DC转换器和多个LDO (DC/DC转换器和LDO统称为电源转换器)，以将节点Vl的电压转换为多个系统电压。图2中的供电电路220包括电源转换器A2 AN，所述电源转换器A2 AN将节点Vl的电压分别转换为系统电压V2 VN0以下通过一个实施例具体介绍图2中的充电管理电路的工作原理。当充电节点VCHG未连接到适配器(即外接电源电源未插入或者外接电源被移除)时，由所述充电/供电控制电路216控制第一功率开关212截止，第二功率开关K2和第三功率开关214交替导通，此时由第二功率开关K2、第三功率开关214、电感L1、电容C2和所述充电/供电控制电路216组成第一降压型开关直流-直流转换器，从而使电池节点VBAT(或者说电池BAT)通过该降压型开关直流-直流转换器对节点Vl供电(此时，节点Vl的电压小于电池BAT的电压)，节点Vl为固定电压输出，电压转换器A2 AN以节点Vl的电压为输入，产生输出电压V2 VN,为系统供电。当充电节点VCHG连接到适配器(B卩外接电源插入)时，且适配器的供电能力足够时，所述充电/供电控制电路216控制第一功率开关212和第二功率开关K2交替导通，即由第一功率开关212、第二功率开关K2、电感L1、电容C2和所述充电/供电控制电路212组成第二降压型开关直流-直流转换器，从而使节点VCHG (或者说外接电源)通过该降压型开关直流-直流转换器为节点Vl供电(此时，节点Vl的电压小于节点VCHG的电压)，节点Vl为固定电压输出，电压转换器A2 AN以节点Vl的电压为输入，产生输出电压V2 VN，为系统供电。当充电节点VCHG连接到适配器时，所述充电/供电控制电路216还通过控制第三功率开关214对电池BAT进行充电控制，使外接电源对电池BAT充电，具体为，当第一功率开关212导通，第二功率开关K2截止(此时，节点LX为高电平)时，所述充电/供电控制电路216控制第三功率开关214导通，使节点LX对电池BAT充电(即外接电源对电池BAT充电)；当第一功率开关212截止，第二功率开关K2导通时(此时，节点LX为低电平)，所述充电/供电控制电路216控制第三开关214截止。从上述对图2中的充电管理电路的工作原理的描述可知，由于节点Vl的电压由共用充电/供电控制电路216的第一降压型开关直流-直流转换器或第二降压型开关直流-直流转换器产生，因此节点Vl为固定电压输出，所述供电电路220中的电压转换器A2 AN以节点Vl的电压为输入，产生输出电压V2 VN，为系统供电。由于其中的LDO的效率损耗与其输入端和输出端之间的压降成正比，当同一类型的LDO的输入电压越高，其压降越大，从而导致其效率损耗也越大，因此，为了降低所述供电电路220中的LDO的效率损耗，可以尽量降低节点Vl的电压。在一个优选的实施例中，所述节点Vl的电压设定为所述供电电路的最低工作电压，即使电压转换器A2 AN都可以工作的最低输入电压。综上所述，本发明中的充电管理电路，当充电节点VCHG未连接到适配器时，所述充电/供电控制电路216控制第一功率开关212截止，第二功率开关K2和第三功率开关214交替导通，由第二功率开关K2、第三功率开关214、电感L1、电容C2和所述充电/供电控制电路216组成第一降压型开关直流-直流转换器，使电池BAT通过该降压型开关直流-直流转换器对节点Vl供电；当充电节点VCHG连接到适配器时，所述充电/供电控制电路216控制第一功率开关212和第二功率开关K2交替导通，由第一功率开关212、第二功率开关K2、电感L1、电容C2和所述充电/供电控制电路212组成第二降压型开关直流-直流转换器，从而使外接电源通过该降压型开关直流-直流转换器为节点Vl供电，所述充电/供电控制电路216还通过控制第三功率开关214对电池BAT进行充电控制，使外接电源对电池BAT充电。与图1中的充电管理电路相比，其优点在于，其在实现充电管理功能的同时，还可以通过降压型直流-直流转换转换器将电池BAT或者外接电源的电压进行降压转换并提供给供电电路，从而改善以电池或者外接电源对系统供电时的系统效率。请继续参考图2所示，图2中的第二功率开关K2可以为NMOS晶体管MN1，第一功率开关212包括第一 PMOS晶体管MPl和第一衬体选择电路BodySl，所述第一 PMOS晶体管MPl包括与节点VCHG相连的第一连接端、与中间节点LX相连的第二连接端、衬体端BPl和栅极(其为第一功率开关212的控制端)，所述第一衬体选择电路BodySl用于比较节点VCHG和中间节点LX的电压高低，并选择电压较高的节点与所述衬体端BPl相连。图2中的第三功率开关214包括第二 PMOS晶体管MP2和第二衬体选择电路BodyS2，所述第二 PMOS晶体管MP2包括与节点VBAT相连的第一连接端、与中间节点LX相连的第二连接端、衬体端BP2和栅极(其为，第三功率开关214的控制端)所述第二衬体选择电路BodyS2用于比较节点VBAT和中间节点LX的电压高低，并选择电压较高的节点与所述衬体端BP2相连。为PMOS晶体管MPl和MP2设置衬体选择电路的原因在于，PMOS晶体管MPl和MP2的第一连接端和第二连接端的电压高低并不稳定，为了避免其内寄生的二极管对其开关控制过程的影响，需要根据PMOS晶体管MPl和MP2的第一连接端和第二连接端的电压高低的变化对应改变其寄生二极管的方向。PMOS晶体管MPl的工作原理为，当节点VCHG的电压高于节点LX的电压时，所述第一衬体选择电路BodySl将衬体端BPl与节点VCHG相连，从而使PMOS晶体管MPl内寄生的二极管中一直无电流通过，此时，仅通过控制PMOS晶体管MPl的栅极就可以实现控制PMOS晶体管MPl (或者说第一功率开关212)的导通或者关断；当节点VCHG的电压低于节点LX的电压时，所述第一衬体选择电路BodySl将衬体端BPl与节点LX相连，从而使PMOS晶体管MPl内寄生的二极管中一直无电流通过，此时，仅通过控制PMOS晶体管MPl的栅极就可以实现控制PMOS晶体管MPl (或者说第一功率开关212)的导通或者关断。PMOS晶体管MP2的工作原理与PMOS晶体管MPl的工作原理相同，这里不再赘述。图2中的充电/供电控制电路216包括三个输入端和三个输出端。其中，第一输入端与节点Vl相连，第二输入端与节点VCHG相连，第三输入端与节点VBAT相连，第一输出端GPl与PMOS晶体管MPl的栅极(即第一功率开关212的控制端)相连，第二输出端NDRV与第二功率开关K2的控制端相连，第三输出端GP2与第二 NMOS晶体管MP2的栅极(即第三功率开关214的控制端)相连。请参考图3所示，其为图2中的充电/供电控制电路在一个实施例中的电路示意图。图3中的充电/供电控制电路包括供电控制电路310、适配器连接判定电路320、充电控制电路330和逻辑选择电路340。所述供电控制电路310根据节点Vl的电压输出第一驱动信号I3DRV和第二驱动信号NDRV，其中第二驱动信号NDRV通过输出端NDRV与所述第二功率开关K2的控制端相连(请参考图2所示)。所述逻辑选择电路340与连接判定信号CHGH、第一驱动信号TORV、所述充电控制信号、第一功率开关的控制端和第三功率开关的控制端相连。当所述适配器连接判定电路320判定适配器与所述节点VCHG相连时，所述逻辑选择电路340选择将第一驱动信号TORV与所述第一 PMOS晶体管MPl的栅极(即第一功率开关212的控制端)相连，选择将所述充电控制电路330输出的充电控制信号OPO与所述第二PMOS晶体管MP2的栅极相连，从而使第一 PMOS晶体管MPl和第二功率开关K2在所述供电控制电路310的控制下交替导通，此时所述供电控制电路、晶体管MP1、开关K2、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，使所述充电控制电路330通过控制第二 PMOS晶体管MP2对电池BAT进行充电控制。当所述适配器连接判定电路320判定适配器未所述节点VCHG相连时，所述逻辑选择电路330将所述适配器连接判定电路320输出信号(比如一个高电平信号)使得所述第一 PMOS晶体管MPl关断，选择将供电控制电路310输出的第一驱动信号TORV与所述第二PMOS晶体管MP2的栅极相连，第二 PMOS晶体管MP2和第二开关K2在所述供电控制电路的控制下交替导通，此时所述供电控制电路、晶体管MP2、开关K2、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器。所述供电控制电路310可以采用现有技术中的各种调制技术，比如，可以采用脉冲宽度调制技术，也可以采用脉冲频率调制技术，通过将节点Vi的电压为反馈电压进行控制，将节点Vl的电压调制的等于预先设定的固定电压阈值。在图3所示的实施例中，所述供电控制电路410包括反馈电路、误差放大器EA和脉宽调制比较器PWM。所述反馈电路包括串联于节点Vl和地之间的电阻Rl和电阻R2，电阻Rl和电阻R2之间的连接点FB为其输出端。误差放大器EA的正相输入端接第一参考电压VREF，负相输入端与连接点FB相连；脉宽调制比较器PWM的输入端与误差放电器EA的输出端相连,其第一输出端输出所述第一驱动信号TORV，第二输出端(即输出端NDRV)输出所述第二驱动信号NDRV给第二功率开关K2的控制端(如图2所示)。具体工作过程为，所述反馈电路采样节点Vl的电压得到一反馈电压FB (由电阻Rl和电阻R2分压产生)，所述误差放大器EA对所述反馈电压FB和所述参考电压VREF的差进行放大以输出误差放大信号EAO，所述脉宽调制比较器PWM根据所述误差放大信号EAO输出所述第一驱动信号F1DRV和第二驱动信号NDRV。误差放大器EA和脉宽调制比较器PWM与普通降压型直流-直流转换器中的误差放大器EA和脉宽调制比较器PWM的工作原理一样，可采用各种现有技术实现，此处不做详细描述。在图3所示的实施例中，所述适配器连接判定电路320为比较器Compl，该比较器Compl的正相输入端与节点VCHG相连，其负相输入端与第二参考电压VR2 (对于常用的锂电池系统，可以将参考电压VR2设计等于4.5v,高于锂电池充满电时的最高电压即可，一般锂电池的充电截止电压为4.2v)相连，其输出端输出连接判定信号CHGH。当节点VCHG电压大于参考电压VR2时，CHGH信号为高电平，表示节点VCHG与适配器相连；当节点VCHG电压小于参考电压VR2时，CHGH信号为低电平，表示节点VCHG未与适配器相连。在图3所示的实施例中，所述充电控制电路330包括运算放大器0P、第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF。所述第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF依次连接于中间节点LX和地之间；运算放大器OP的正相输入端与电池节点VBAT相连，其负相输入端与第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF之间的连接节点DPS2相连，其输出端与第三PMOS晶体管MPS2的栅极相连，第三PMOS晶体管MPS2的栅极和运算放大器OP的输出端之间的连接节点OPO为所述充电控制电路430的输出端。在图3所示的实施例中，所述逻辑选择电路340包括或门0R1、反相器INV3、开关K3和开关K4。或门ORl的第一输入端与脉宽调制比较器PWM的第一输出端PDRV相连，第二输入端与反相器INV3的的输出端相连,反相器INV3的输入端与比较器Compl的输出端相连；开关K4和开关K3依次连接于或门ORl的第一输入端和充电控制电路340的输出端OPO之间，开关K4的控制端与反相器INV3的输出端相连，开关K3的控制端与反相器INV3的输入端相连，开关K3和开关K4之间的连接节点作为输出端GP2与第二 PMOS晶体管MP2的栅极相连(如图2所示)。以下具体介绍图3中的充电/供电控制电路的工作原理。当节点VCHG电压小于参考电压VR2时，所述适配器连接判定电路320输出的连接判定信号CHGH信号为低电平(表示适配器未与节点VCHG相连)，经反相器INV3输出的信号CHGL为高电平，或门ORl选择输出为高电平的连接判定信号CHGH信号给第一 PMOS晶体管MPl的栅极，使第一 PMOS晶体管MPl截止；CHGH信号为低电平，其控制开关K3截止，CHGL信号为高电平，其控制开关K4导通，输出端GP2选择输出第一驱动信号TORV给所述第二 PMOS晶体管MP2的栅极，从而使第二 PMOS晶体管MP2和第二功率开关K2在所述供电控制电路310的控制下交替导通。当节点VCHG电压大于参考电压VR2时，所述适配器连接判定电路320输出的连接判定信号CHGH信号为高电平(表示适配器与节点VCHG相连)，经过反相器INV3输出的信号CHGL为低电平，或门ORl选择输出第一驱动信号TORV给所述第一 PMOS晶体管MPl的栅极；CHGH信号为高电平，其控制开关K3导通，CHGL信号为低电平，其控制开关K4截止，输出端GP2选择输出充电控制信号OPO给所述第二 PMOS晶体管MP2的栅极。从而使所述充电控制电路330通过控制PMOS晶体管MP2的栅极(即第三功率开关214的控制端)对电池BAT进行充电控制；使第一 PMOS晶体管MPl和第二功率开关K2在所述供电控制电路310的控制下交替导通，构成对节点Vl电压进行精确控制的负反馈环路，将节点Vl的电压调整等于VREF.(Rl+R2)/R2，假设电阻Rl的阻值为电阻R2的阻值的2倍，参考电压VREF等于0.7V,这样，节点Vl的目标电压为0.7v.(Rl+R2)/R2=2.1v)。以下介绍图3中的充电控制电路通过控制第二 PMOS晶体管MP2对电池BAT进行充电控制的具体工作过程。当节点LX的电压为高电平(即PMOS晶体管MPl导通，第二功率开关K2截止)时，图3中的PMOS晶体管MPS2与图2中PMOS晶体管MP2构成电流镜像电路，原因在于，PMOS晶体管MPS2的栅极通过开关K3导通后等于PMOS晶体管MP2的栅极电压，当节点LX电压为高电平时，图2中MP2的衬体被切换至节点LX，运算放大器OP与PMOS晶体管MPS2和MP2及参考电流IREF构成负反馈环路，将节点DPS2的电压调整等于节点VBAT电压，这样图3中的PMOS晶体管MPS2和图2中PMOS晶体管MP2的栅极电压、源极电压、衬体电压、漏极电压都相等，所以PMOS晶体管MP2的电流与PMOS晶体管MPS2的电流之比等于两者的宽长比之比。例如，将PMOS晶体管MP2和MPS2的宽长比之比设计为K:1 ;则PMOS晶体管MP2和MPS2的电流之比等于K:1。由于PMOS晶体管MPS2的电流等于IREF，所以，PMOS晶体管MP2的电流等于K.1REF，其中IREF为图3中恒流源IREF的电流值。当节点LX为低电平(即PMOS晶体管MPl截止通，第二功率开关K2导通)时，所述节点OPO输入高电平，使PMOS晶体管MP2截止。也就是说，当中间节点LX的电压为高电平时，所述充电控制电路330通过控制PMOS晶体管MP2导通，以对电池BAT进行充电；当中间节点LX的电压为低电平时，所述充电控制电路330控制PMOS晶体管MP2截止。请参考图4所示，其为图3所示的实施例中，节点VCHG被连接到适配器时的开关波形和电流波形图。图4中的LX为节点LX节点的电压波形图，其近似为方波(假设图2中的PMOS晶体管MPl和第二功率开关K2的导通电阻很小，其上的导通电压降近似忽略)，LX波形为高电平等于VCHG电压，低电平等于O的方波，根据直流-直流转换器的原理，稳态时该方波的占空比等于Vl/VCHG。GPl为第一 PMOS晶体管MPl的栅极接收的驱动信号(即所述供电控制电路输出的第一驱动信号I3DRV)波形图，其为方波信号。Ich为通过第二 PMOS晶体管MP2的充电电流波形图，其为方波信号。从图4中可以看出，当GPl为低电平时，LX为高电平卿当GPl为低电平时，PMOS晶体管MPl导通，第二功率开关K2截止)，此时，Ich等于K.1REF,即所述充电控制电路330控制PMOS晶体管MP2对电池BAT进行恒流充电；当GPl为高电平时，LX为低电平(即当GPl为高电平时，PMOS晶体管MPl截止，第二功率开关K2导通)，此时，Ich为0，即所述充电控制电路330控制PMOS晶体管MP2截止)。可以看出，PMOS晶体管MP2的充电电流为脉冲式充电电流，即只有当LX为高电平时，充电控制电路330才工作，才对电池BAT进行充电。图3中充电控制电路330为恒流充电模式的充电控制电路，其也可以替换为其他模式的充电控制电路，比如，可以被替换为恒压充电控制电路，也可以为恒压、恒流充电和预充电的组合电路，即当电池BAT电压接近被充满时采用恒压充电模式，当电池BAT的电压较低但大于预充电电压阈值(例如3.0v)时采用恒流充电模式，当小于预充电电压阈值时，采用预充电模式。请参考图5所示，其为图2中的充电/供电控制电路在另一个实施例中的电路示意图。其与图3的区别在于，图5中的充电/供电控制电路还包括充电电流调控模块340，当节点VCHG与适配器相连时，若节点VCHG输出的电流小于设定最大电流，所述充电电流调控模块340不工作，若节点VCHG输出的电流大于设定最大电流时，所述充电电流调控模块340工作以减小流经PMOS晶体管MP2的充电电流，优先保证系统供电。图5中的充电电流调控模块340包括电流采样电路ISEN和放大器GM。所述电流采样模块IESN用于采样节点VCHG输出的电流(也可以采样PMOS晶体管MPl上的电流)。所述放大器GM用于比较采样电流IS与预先设定电流阈值ILIM(对应最大电流)进行比较，在所述采样电流IS大于预先设定电流阈值ILIM时，生成与所述采样电流和所述设定电流阈值ILIM的差成比例的电流，并将其输入连接节点DPS2，以减小PMOS晶体管MPS2的电流，从而减小流经PMOS晶体管MP2的充电电流。这样可以实现当系统耗电过大，达到节点VCHG的输出电流上限时，减小充电电流，优先保证系统供电的电流需求。电流采样电流ISEN可以采用现有技术中的各种实现方式，为了简化描述，此处省略其详细描述。图6为本发明中的充电管理电路在另一个实施例中的示意图。与图2相比，图6中用二极管D2替代了图2中的第二功率开关K2，从而实现异步整流的效果。如图6所示，该二极管的阳极接地，阴极与中间节点LX相连，此时，所述充电/供电控制电路不对所述二极管进行控制。当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第一功率开关212导通或者截止，若所述第一功率开关212导通，则所述二极管反向截止，若所述第一功率开关212截止，则所述二极管正向导通；当适配器与未所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第三功率开关214导通或者截止，若所述第三功率开关214导通，则所述二极管反向截止，若所述第三功率开关214截止，则所述二极管正向导通。与图2相比，其工作效率有些下降，但实现结构简单。相应的，相应的图3和图5中的实现方式也可以被用于图6中的充电/供电控制电路，可以忽略第二驱动信号NDRV。在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式
所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式
。
权利要求
1.一种充电管理电路，其特征在于，其包括第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关、电感L1、电容Cl和充电/供电控制电路， 所述第一功率开关连接于外接充电节点VCHG和中间节点LX之间；第二功率开关连接于中间节点LX和地之间；第三功率开关连接于中间节点LX和电池节点VBAT之间；电感LI和电容Cl依次连接于中间节点LX和地之间，电感LI和电容Cl之间的连接节点与系统供电节点Vl相连；电池BAT的正、负极分别与电池节点VBAT和地相连， 当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第一功率开关和第二功率开关交替导通，同时控制第三功率开关以对电池BAT进行充电；当适配器未与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第三功率开关和第二功率开关交替导通，同时控制第一功率开关截止。
2.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于， 当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，若所述中间节点LX为高电平，所述充电/供电控制电路控制第三功率开关以对电池BAT充电；若中间节点LX为低电平，所述充电/供电控制电路控制第三功率开关截止。
3.根据权利要求2所述的充电管理电路，其特征在于，所述充电/供电控制电路包括供电控制电路、适配器连接判定电路和充电控制电路， 所述供电控制电路根据节点Vl的电压输出第一驱动信号和第二驱动信号，其中第二驱动信号与第二功率开关的控制端相连； 所述适配器连接判定电路根据节点VCHG的电压判定适配器是否与节点VCHG相连，并输出连接判定信号CHGH ； 所述充电控制电路输出 充电控制信号； 当所述适配器连接判定电路判定适配器与所述节点VCHG相连时，所述供电控制电路的第一驱动信号与所述第一功率开关的控制端相连，充电控制信号与第三功率开关的控制端相连，所述充电控制电路通过控制第三功率开关对电池进行充电控制，通过第一驱动信号和第二驱动信号控制所述第一功率开关和第二功率开关交替导通，此时所述供电控制电路、第一功率开关、第二功率开关、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VCHG的电压降压为所述节点Vl的电压； 当所述适配器连接判定电路判定适配器未与所述节点VCHG相连时，所述供电控制电路的第一驱动信号与所述第三功率开关的控制端相连，同时控制第一功率开关关断，通过第一驱动信号和第二驱动信号控制所述第三功率开关和第二功率开关交替导通，此时所述供电控制电路、第二功率开关、第三功率开关、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VBAT的电压降压为所述节点Vl的电压。
4.根据权利要求3所述的充电管理电路，其特征在于，所述充电/供电控制电路还包括逻辑选择电路，所述逻辑选择电路与连接判定信号CHGH、第一驱动信号TORV、所述充电控制信号、第一功率开关的控制端和第三功率开关的控制端相连， 当适配器与所述节点VCHG相连时，所述逻辑选择电路选择将第一驱动信号TORV与所述第一功率开关的控制端相连，选择将所述充电控制电路输出的充电信号与所述第三功率开关的控制端相连； 当适配器未与所述节点VCHG相连时，所述逻辑选择电路输出信号控制所述第一功率开关关断，选择将第一驱动信号TORV与所述第三功率开关的控制端相连。
5.根据权利要求3所述的充电管理电路，其特征在于，所述充电/供电控制电路还包括充电电流调控模块，当节点VCHG输出的电流小于适配器可提供的最大电流时，所述充电电流调控模块不工作，当节点VCHG输出的的电流大于适配器可提供的最大电流，所述充电电流调控模块减小流经PMOS晶体管MP2的充电电流，优先保证系统供电。
6.根据权利要求5所述的充电管理电路，其特征在于，所述充电控制电路包括运算放大器0P、第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF，所述第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF依次连接于中间节点LX和地之间；运算放大器OP的正相输入端与电池节点VBAT相连，其负相输入端与第三PMOS晶体管MPS2和恒流源IREF之间的连接节点DPS2相连，其输出端与第三PMOS晶体管MPS2的栅极相连，第三PMOS晶体管MPS2的栅极和运算放大器OP的输出端之间的连接节点OPO为所述充电控制电路的输出端。
7.根据权利要求6所述的充电管理电路，其特征在于，充电电流调控模块包括电流采样电路ISEN和放大器GM，所述电流采样电路IESN用于采样节点VCHG输出的电流得到采样电流； 所述放大器GM用于比较所述采样电流与设定电流阈值进行比较，在所述采样电流大于设定电流阈值时，生成与所述采样电流和所述设定电流阈值的差成比例的电流，并将其输入所述连接节点DPS2。
8.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述第一功率开关包括第一PMOS晶体管MPl和第一衬体选择电路BodySl，所述第一 PMOS晶体管MPl包括与节点VCHG相连的第一连接端、与中间节点LX相连的第二连接端和衬体端BPl,所述第一衬体选择电路BodySl用于比较节点VCHG和中间节点LX的电压高低，并选择电压较高的节点与所述衬体端BPl相连； 所述第三功率开关包括第二 PMOS晶体管MP2和第二衬体选择电路BodyS2，所述第二PMOS晶体管MP2包括与节点VBAT相连的第一连接端、与中间节点LX相连的第二连接端和衬体端BP2，所述第二衬体选择电路BodyS2用于比较节点VBAT和中间节点LX的电压高低，并选择电压较高的节点与所述衬体端BP2相连。
9.根据权利要求1-8任一所述的充电管理电路，其特征在于，所述第二功率开关替换为二极管，所述二极管的阳极接地，阴极与所述中间节点LX相连，所述充电/供电控制电路不对所述二极管进行控制， 当适配器与所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第一功率开关导通或者截止，若所述第一功率开关导通，则所述二极管反向截止，若所述第一功率开关截止，则所述二极管正向导通，此时所述供电控制电路、第一功率开关、二极管、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VCHG的电压降压为所述节点Vl的电压； 当适配器与未所述外接充电节点VCHG相连时，所述充电/供电控制电路控制所述第三功率开关导通或者截止，若所述第三功率开关导通，则所述二极管反向截止，若所述第三功率开关截止，则所述二极管正向导通，此时所述供电控制电路、二极管、第三功率开关、电感LI和电容Cl形成降压型电源转换器，以将节点VBAT的电压降压为所述节点Vl的电压。
10.一种充电管理系统，其特征在于，其包括供电电路和权利要求1-9任一所述的充电管理电路，所述供电电路包括多个DC/DC转换器和多个LDO，它们用于将节点Vl的电压转换为相应系统电压， 其中所述节点Vl的电压等于所述供 电电路的最低工作电压。
全文摘要
本发明提供一种充电管理电路，其包括第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关和充电/供电控制电路，第一功率开关连接于外接充电节点和中间节点之间；第二功率开关连接于中间节点和地之间；第三功率开关连接于中间节点和电池节点之间；当适配器与外接充电节点相连时，充电/供电控制电路控制所述第一功率开关和第二功率开关交替导通，控制第三功率开关以对电池进行充电；当适配器未与外接充电节点相连时，充电/供电控制电路控制第三功率开关和第二功率开关交替导通，控制第一功率开关截止。这样，在实现充电管理功能的同时，还可以通过降压型直流-直流转换转换器将电池或者外接电源的电压进行降压转换并提供给供电电路。
文档编号H02J7/00GK103199593SQ20131015174
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者王钊 申请人:无锡中星微电子有限公司