带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，解决现有移动电源体积大、成本高以及安全性差的问题。该智能电源包括USB输入接口，顺次连接后与USB输入接口连接的MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3和控制芯片IC，所述控制芯片IC包括中央控制器MCU，至少一个与中央控制器MCU连接的负载状态检测与限流输出单元，所述负载状态检测与限流输出单元一端连接于MOS管T1和MOS管T2之间，一端与外部负载相连。本实用新型在控制芯片IC内内置负载状态检测与限流输出单元，能够独立地检测每个负载的插入/拔出/短路/过流等状态，实现了多路输出的完全独立，成本低，安全性高，可拓展性强，非常适合大规模推广使用。
【专利说明】带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，属于移动电源、智能充电领域。
【背景技术】
[0002]电源为诸多电子器件提供电能，在电子技术高速发展的今天，电源也伴随着各种电子产品的改进不断改进，随着智能手机、平板以及其他移动数码产品的持续发展，移动电源也逐渐发展成为一个完整的市场，未来移动电源也将持续得向轻、薄、小的方向发展。
[0003]在现有的双通路智能充电方案中，电源需要两颗独立的充电控制芯片和配套的外部元件，比如电感、电容和场效应管M0SFET，造成系统成本高昂且PCB板面积较大；另一方面，若负载输出端短路到地，电池会通过外部MOS管的二极管到地形成短路大电流通道，严重时会造成电池过放电爆炸，形成安全隐患。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，解决现有移动电源体积大、成本高以及安全性差的问题。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，包括USB输入接口，顺次连接后与USB输入接口连接的MOS管T1、M0S管T2和MOS管T3，同时与MOS管T1、M0S管T2和MOS管T3连接的控制芯片1C，顺次连接后连接于MOS管T2和MOS管T3之间电感L1、电阻Ra和电池，所述控制芯片IC包括中央控制器MCU，至少一个与中央控制器MCU连接的负载状态检测与限流输出单元，所述负载状态检测与限流输出单元一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，一端与外部负载相连。
[0007]具体地，所述负载状态检测与限流输出单元与负载以一一对应，所述负载状态检测与限流输出单元包括并联后一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间、另一端和负载连接的负载状态检测单元Gn、限流开关Sn，其中N为自然数，负载状态检测单元Gn的检测信息输出到中央控制器MCU。
[0008]进一步地，所述负载状态检测单元Gn包括直流参考电压源、感应器和运算放大器，所述直流参考电压源一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与运算放大器一输入端相连；感应器一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端分别与运算放大器另一输入端、负载相连，所述运算放大器的输出端与中央控制器MCU相连。负载状态检测与限流输出单元能够检测的负载状态包括负载插入、拔出、短路、过流、限流等状态，并配合中央控制器MCU控制电源的输出。
[0009]更进一步地，所述限流开关Sn为High-side开关，该开关一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与负载连接，当负载短路或过流后，该开关能够有效阻断电池和负载之间的通路，实现高安全可靠性。
[0010]带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，包括USB输入接口，顺次连接后与USB输入接口连接的MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3，顺次连接后连接于MOS管T2和MOS管T3之间电感L1、电阻Ra和电池，所述MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3内置于控制芯片IC中，所述控制芯片IC还包括中央控制器MCU，至少一个与中央控制器MCU连接的负载状态检测与限流输出单元，所述负载状态检测与限流输出单元一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，一端与负载相连，所述MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3同时与中央控制器MCU相连。
[0011]具体地，所述负载状态检测与限流输出单元与负载一一对应，且所述负载状态检测与限流输出单元的数量与负载的数量一致，且一个负载状态检测与限流输出单元控制一个负载的输出，所述负载状态检测与限流输出单元包括并联后一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间、另一端和负载连接的负载状态检测单元Gn、限流开关Sn，其中N为自然数，负载状态检测单元Gn的检测信息输出到中央控制器MCU。
[0012]进一步地，所述负载状态检测单元Gn包括直流参考电压源、感应器和运算放大器，所述直流参考电压源一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与运算放大器一输入端相连；感应器一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端分别与运算放大器另一输入端、负载相连，所述运算放大器的输出端与中央控制器MCU相连。
[0013]再进一步地，所述限流开关Sn为High-side开关，该开关一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与负载连接。
[0014]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
[0015](I)本实用新型在控制芯片IC内设置中央控制器MCU和至少一个与中央控制器MCU连接的负载状态检测与限流输出单元，一个负载状态检测与限流输出单元控制一个负载，能够独立地检测每个负载的插入/拔出/短路/过流等状态，实现了多路输出的完全独立；
[0016](2)本实用新型将负载状态检测与限流输出单元集成在控制芯片IC当中，实现一个芯片控制多路，降低了开发成本，并减小了 PCB板面积；
[0017](3)本实用新型在电池和负载之间连接的负载状态检测与限流输出单元能够在负载发生短路异常时及时关闭，并且能够实时进行限流输出，防止大电流对负载冲击，实现了系统安全性的保护；
[0018](4)本实用新型可在控制芯片IC内设置N个负载状态检测与限流输出单元(N ^ I )，可扩展性强，非常适合大规模推广使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的电路原理图。
[0020]图2为本实用新型-实施例1的电路原理图。
[0021]图3为本实用新型-实施例2的电路原理图。
[0022]图4为本实用新型-实施例3的电路原理图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
[0024]实施例1
[0025]如图1和图2所示，带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，包括USB输入接口，顺次连接后与USB输入接口连接的MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3，同时与MOS管T1、M0S管T2和MOS管T3连接的控制芯片1C，顺次连接后连接于MOS管T2和MOS管T3之间电感L1、电阻Ra和电池，所述控制芯片IC包括中央控制器MCU，与中央控制器MCU连接的两个负载状态检测与限流输出单元，所述负载状态检测与限流输出单元一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，一端与外部负载相连。在本实施例中，MOS管Tl的漏极与USB输入接口的正极相连，栅极与控制芯片IC相连，源极与负载状态检测与限流输出单元相连，USB输入接口的负极接地；M0S管T2的栅极与控制芯片IC相连，源极与负载状态检测与限流输出单元相连，漏极与MOS管T3的漏极相连；M0S管T3的栅极与控制芯片IC相连，源极接地，电池的另一端接地，负载的负极接地。除本实用新型公开的内容以外，本实用新型控制芯片IC还集成有一些优化电路及其I/O接口，MOS管T1、M0S管T2和MOS管T3的栅极分别与相应的I/O接口连接，这些优化电路及其I/O接口均为现有的比较成熟的技术，在此不做赘述。
[0026]为了实现一个负载由一个所述负载状态检测与限流输出单元控制，所述负载状态检测与限流输出单元与负载一一对应，且所述负载状态检测与限流输出单元的数量与负载的数量一致，所述负载状态检测与限流输出单元包括并联后一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间、另一端和负载连接的负载状态检测单元Gn、限流开关Sn，其中N为自然数，负载状态检测单元Gn的检测信息输出到中央控制器MCU。第一支路中N=I，第二支路中N=2，以此类推，每条支路中包含一个负载状态检测单元和与负载状态检测单元连接的负载；在本实施中，负载状态检测单元有两个，分别为G1和G2，限流开关也有两个，分别为S1和S2。
[0027]在本实施例中，所述负载状态检测单元Gn包括一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间的直流参考电压源，反相输入端与直流参考电压源DC连接的运算放大器，与运算放大器的正向输入端连接的电阻，所述电阻也连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，所述运算放大器的输出端与中央控制器MCU相连，正相输入端与负载连接，通过上述电子元器件的结合实现独立控制的功能。在本实施例中，所述限流开关Sn采用High-side开关,该开关一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与负载连接，这样可以有效切断电池和负载之间通路，做到电池与负载的绝对隔离。当负载接入时，控制芯片IC感应到负载的接入会被下拉，通过直流参考电压源DC的电压和运算放大器的电压比较，输出逻辑信号到中央控制器MCU，从而控制限流开关的打开，负载感应的形态可多样化实现，在本实施例中感应器通过电阻来实现，也可通过二极管或电流源来实现。
[0028]本实用新型可以实现USB输入接口对负载供电、对电池充电和电池对负载供电的功能。
[0029]实施例2
[0030]如图3所示，与实施例1不同的是，所述MOS管T2还并联有肖特基二极管D1。
[0031]实施例3
[0032]如图4所示，与实施例1不同的是，MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3集成在控制芯片IC内，MOS管T1、M0S管T2和MOS管T3的栅极分别与中央控制器MCU连接。
[0033]按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，包括USB输入接口，顺次连接后与USB输入接口连接的MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3，同时与MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3连接的控制芯片1C，顺次连接后连接于MOS管T2和MOS管T3之间电感L1、电阻Ra和电池，其特征在于，所述控制芯片IC包括中央控制器MCU，至少一个与中央控制器MCU连接的负载状态检测与限流输出单元，所述负载状态检测与限流输出单元一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，一端与负载相连。
2.根据权利要求1所述的带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，其特征在于，所述负载状态检测与限流输出单元与负载一一对应，所述负载状态检测与限流输出单元包括并联后一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间、另一端和负载连接的负载状态检测单元Gn、限流开关Sn，其中N为自然数，负载状态检测单元Gn的检测信息输出到中央控制器MCU。
3.根据权利要求2所述的带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，其特征在于，所述负载状态检测单元Gn包括直流参考电压源、感应器和运算放大器，所述直流参考电压源一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与运算放大器一输入端相连；感应器一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端分别与运算放大器另一输入端、负载相连，所述运算放大器的输出端与中央控制器MCU相连。
4.根据权利要求3所述的带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，其特征在于，所述限流开关Sn为High-side开关，该开关一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与负载连接。
5.带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，包括USB输入接口，顺次连接后与USB输入接口连接的MOS管T1、M0S管T2和MOS管T3，顺次连接后连接于MOS管T2和MOS管T3之间电感L1、电阻Ra和电池，其特征在于，所述MOS管T1、M0S管T2和MOS管T3内置于控制芯片IC中，所述控制芯片IC还包括中央控制器MCU，至少一个与中央控制器MCU连接的负载状态检测与限流输出单元，所述负载状态检测与限流输出单元一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，一端与负载相连，所述MOS管Tl、MOS管T2和MOS管T3同时与中央控制器MCU相连。
6.根据权利要求5所述的带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，其特征在于，所述负载状态检测与限流输出单元的数量与负载的数量一致，且一个负载状态检测与限流输出单元控制一个负载的输出，所述负载状态检测与限流输出单元包括并联后一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间、另一端和负载连接的负载状态检测单元Gn、限流开关Sn，其中N为自然数，负载状态检测单元Gn的检测信息输出到中央控制器MCU。
7.根据权利要求6所述的带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，其特征在于，所述负载状态检测单元Gn包括直流参考电压源、感应器和运算放大器，所述直流参考电压源一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与运算放大器一输入端相连；感应器一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端分别与运算放大器另一输入端、负载相连，所述运算放大器的输出端与中央控制器MCU相连。
8.根据权利要求7所述的带负载状态检测的多路独立限流输出的单芯片智能电源，其特征在于，所述限流开关Sn采用High-side开关，该开关一端连接于MOS管Tl和MOS管T2之间，另一端与负载连接。
【文档编号】H02J7/00GK203859545SQ201420126661
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】何爱萍, 陈恬, 翟小娟 申请人:成都市智合微电子有限公司