一种供电电源的升降压控制系统及其控制方法技术方案

一种供电电源的升降压控制系统，包括线性稳压器LDO、欠压保护电路UVLO、电荷泵CP和单刀双掷开关SPDT，欠压保护电路UVLO检测VDD，当VDD>线性稳压器LDO输出额定LDOout

【技术实现步骤摘要】
一种供电电源的升降压控制系统及其控制方法
本专利技术涉及供电电源的电源管理技术，尤其是一种供电电源的升降压控制系统及其控制方法，属于集成电路

技术介绍
随着便携式电子产品广泛使用于工作和生活的各个方面，对便携式电子产品的供电电源的性能提出了更高的要求，尤其是针对电池供电系统，随着电池的使用，电池电压会低于额定供电电压，这时电池虽然还有能量，但是供电系统不能提供额定的供电电压。因此，升降压电路就被用于这种电池供电系统。当电池电压高于额定供电电压，采用降压电路使供电系统的输出电压降低；当电池电压接近额定供电电压时，采用升压电路使供电系统的输出电压升高，以维持供电系统输出的额定供电电压稳定。目前现有技术的升降压电路主要是采用电感实现升压和降压，如图1所示，美国专利US6166527通过四开关对电感的充放电，从而实现升压和降压操作，其内部电路主要是围绕如何产生四个开关的控制信号。这种应用由于有电感的周期性充放电过程而导致严重的电磁干扰EMI和辐射问题，对于射频等噪声敏感的场合，该应用会受到严重限制。
技术实现思路
为解决现有技术的缺陷，本专利技术提供一种供电电源的升降压控制系统及其控制方法，通过引入线性稳压器电路、电荷泵电路、欠压保护电路和转换开关电路实现升降压控制，由于线性稳压器优良的抗干扰能力以及电荷泵优良的EMI性能，可以在实现升降压的同时，显著改善电磁干扰EMI的问题，同时可以提供纹波可忽略的干净输出电源。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种供电电源的升降压控制系统，该控制系统包括电池VDD和供电电压输出电路，当VDD>额定的输出供电电压时，控制系统自动采用降压模式，保持供电电压输出稳定；当VDD<额定的输出供电电压时，控制系统自动采用升压模式，保持供电电压输出稳定；当VDD<额定的输出供电电压/2时，关断升压模式并且关断供电电压输出，更换电池；其特征在于，供电电压输出电路包括线性稳压器LDO、欠压保护电路UVLO、电荷泵CP、单刀双掷开关SPDT以及为整个系统提供基准电压VREF和基准电流IBIAS的基准源；线性稳压器LDO的输出端LDOout为供电电源的输出端输出供电电压，LDOout（NOM）为供电电源额定的输出供电电压，线性稳压器LDO的输入电压端LDOin连接单刀双掷开关SPDT的输出端SO，该输出端SO受控于单刀双掷开关SPDT的控制端SC，单刀双掷开关SPDT的一个输入端S1连接VDD和电荷泵CP的输入信号端CPin，单刀双掷开关SPDT的另一个输入端S2连接电荷泵CP的输出信号端CPout，电荷泵CP的一个控制端CPc连接欠压保护电路UVLO的输出信号端UVout和单刀双掷开关SPDT的控制端SC，电荷泵CP的另一个控制端CPc2连接欠压保护电路UVLO的另一个输出信号端UVout2和线性稳压器LDO的使能控制端；欠压保护电路UVLO用于检测电池电压VDD，内设两个比较器电路与参考电压比较，当VDD>LDOout（NOM）时，线性稳压器LDO自动采用降压模式，LDOout<LDOin，保持输出供电电压LDOout稳定；当VDD<LDOout（NOM）时，欠压保护电路UVLO的输出控制电荷泵CP开启，电荷泵CP自动进入升压模式，通过其输出信号端CPout连接线性稳压器LDO的输入电压端LDOin，保持输出供电电压LDOout稳定；当VDD<额定的供电电压输出/2时，通过欠压保护电路UVLO的输出信号端UVout2产生的使能信号EN关断LDO输出。所述线性稳压器LDO包括设有使能控制端的误差放大器EA，PMOS管P1，电阻R1和R2以及输入电容Cin和输出电容Cout；误差放大器EA的负端连接基准电压VREF，误差放大器EA的输出端连接PMOS管P1的栅极；PMOS管P1的漏极连接电阻R1的一端并作为线性稳压器LDO的输出供电电压LDOout，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和误差放大器EA的正端，电阻R2的另一端接地，EN为误差放大器EA的使能控制端，PMOS管P1的源极与衬底互连并作为线性稳压器LDO的输入电压端LDOin，该输入电压端LDOin通过输入电容Cin接地，稳压器LDO的输出电压端LDOout通过输出电容Cout接地。所述欠压保护电路UVLO包括两个结构相同的比较器单元，一个比较器单元的输出信号端为UVout，另一个比较器单元的输出信号端为UVout2，两个比较器单元除了其中的分压电阻网络取值不同以及输出信号端位置不同，其余器件都相同；输出信号端为UVout的比较器单元包括PMOS管Pu1、Pu2、Pu3和Pu4，NMOS管Nu1、Nu2、Nu3和Nu4，电阻Ruv1、Ruv2和Ruv3构成的分压电阻网络以及反相器inv1和inv2；电阻Ruv1的一端连接PMOS管Pu3的源极和衬底以及PMOS管Pu4的源极和衬底并连接VDD，电阻Ruv1的另一端连接电阻Ruv2的一端和PMOS管Pu1的栅极，电阻Ruv2的另一端连接电阻Ruv3的一端和NMOS管Nu4的漏极，电阻Ruv3的另一端和NMOS管Nu4的源极和衬底均接地，PMOS管Pu3的栅极与PMOS管Pu4的栅极互连并连接基准电流IBIAS，PMOS管Pu3的漏极连接PMOS管Pu1的源极和衬底和PMOS管Pu2的源极和衬底，PMOS管Pu1的漏极连接NMOS管Nu1的漏极和栅极以及NMOS管Nu2的栅极，PMOS管Pu2的栅极连接基准电压VREF，PMOS管Pu2的漏极连接NMOS管Nu2的漏极和NMOS管Nu3的栅极，NMOS管Nu3的漏极连接PMOS管Pu4的漏极和反相器inv1的输入端，NMOS管Nu1的源极和衬底、NMOS管Nu2的源极和衬底以及NMOS管Nu3的源极和衬底均接地，反相器inv1的输出端连接反相器inv2的输入端，反相器inv2的输出端输出信号UVout并连接NMOS管Nu4的栅极；输出信号端为UVout2的比较器单元中，除了用不同阻值的电阻Ruv11、Ruv21和Ruv31相应替换电阻Ruv1、Ruv2和Ruv3以及反相器inv1的输出端作为输出信号端UVout2外，其余与输出信号端为UVout的比较器单元相同。所述电荷泵CP包括PMOS管Pcp1、Pcp2、Pcp3以及PMOS管Pcp5~Pcp12，NMOS管Ncp1、Ncp2、Ncp3和Ncp4，反相器invcp1、invcp2、invcp3、invcp4、invcp5和invcp6，与非门nand1以及电容Cosc和飞电容Ccp；反相器invcp1的输出连接反相器invcp2的输入，反相器invcp2的输出连接反相器invcp3的输入，反相器invcp3的输出连接反相器invcp4的输入，反相器invcp4的输出连接反相器invcp5的输入，反相器invcp5的输出连接NMOS管Ncp1的漏极，NMOS管Ncp1的源极和衬底与NMOS管Ncp2的源极和衬底互连，NMOS管Ncp1的栅极与NMOS管Ncp2的栅极互连并连接反相器invcp6的输出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种供电电源的升降压控制系统，所述控制系统包括电池VDD和供电电压输出电路，当VDD>额定的输出供电电压时，控制系统自动采用降压模式，保持供电电压输出稳定；当VDD<额定的输出供电电压时，控制系统自动采用升压模式，保持供电电压输出稳定；当VDD<额定的输出供电电压/2时，关断升压模式且关断供电电压输出，更换电池；/n其特征在于，供电电压输出电路包括线性稳压器LDO、欠压保护电路UVLO、电荷泵CP、单刀双掷开关SPDT以及为整个系统提供基准电压VREF和基准电流IBIAS的基准源；线性稳压器LDO的输出端LDOout为供电电源的输出端输出供电电压，LDOout

【技术特征摘要】
1.一种供电电源的升降压控制系统，所述控制系统包括电池VDD和供电电压输出电路，当VDD>额定的输出供电电压时，控制系统自动采用降压模式，保持供电电压输出稳定；当VDD<额定的输出供电电压时，控制系统自动采用升压模式，保持供电电压输出稳定；当VDD<额定的输出供电电压/2时，关断升压模式且关断供电电压输出，更换电池；
其特征在于，供电电压输出电路包括线性稳压器LDO、欠压保护电路UVLO、电荷泵CP、单刀双掷开关SPDT以及为整个系统提供基准电压VREF和基准电流IBIAS的基准源；线性稳压器LDO的输出端LDOout为供电电源的输出端输出供电电压，LDOout（NOM）为供电电源额定的输出供电电压，线性稳压器LDO的输入电压端LDOin连接单刀双掷开关SPDT的输出端SO，所述输出端SO受控于单刀双掷开关SPDT的控制端SC，单刀双掷开关SPDT的一个输入端S1连接VDD和电荷泵CP的输入信号端CPin，单刀双掷开关SPDT的另一个输入端S2连接电荷泵CP的输出信号端CPout，电荷泵CP的一个控制端CPc连接欠压保护电路UVLO的输出信号端UVout和单刀双掷开关SPDT的控制端SC，电荷泵CP的另一个控制端CPc2连接欠压保护电路UVLO的另一个输出信号端UVout2和线性稳压器LDO的使能控制端；
欠压保护电路UVLO用于检测电池电压VDD，内设两个比较器电路分别与各自的参考电压比较，当VDD>LDOout（NOM）时，线性稳压器LDO自动采用降压模式，LDOout<LDOin，保持输出供电电压LDOout稳定；当VDD<LDOout（NOM）时，欠压保护电路UVLO的输出控制电荷泵CP开启，电荷泵CP自动进入升压模式，通过其输出信号端CPout连接线性稳压器LDO的输入电压端LDOin，保持输出供电电压LDOout稳定；当VDD<额定的供电电压输出/2时，通过欠压保护电路UVLO的输出信号端UVout2产生的使能信号通过EN端口关断LDO输出。


2.根据权利要求1所述的供电电源的升降压控制系统，其特征在于，所述线性稳压器LDO包括设有使能控制端的误差放大器EA，PMOS管P1，电阻R1和R2以及输入电容Cin和输出电容Cout；误差放大器EA的负端连接基准电压VREF，误差放大器EA的输出端连接PMOS管P1的栅极；PMOS管P1的漏极连接电阻R1的一端并作为线性稳压器LDO的输出供电电压LDOout，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和误差放大器EA的正端，电阻R2的另一端接地，EN为误差放大器EA的使能控制端，PMOS管P1的源极与衬底互连并作为线性稳压器LDO的输入电压端LDOin，所述输入电压端LDOin通过输入电容Cin接地，稳压器LDO的输出电压端LDOout通过输出电容Cout接地。


3.根据权利要求1所述的供电电源的升降压控制系统，其特征在于，所述欠压保护电路UVLO包括两个结构相同的比较器单元，一个比较器单元的输出信号端为UVout，另一个比较器单元的输出信号端为UVout2，两个比较器单元除了其中的分压电阻网络取值不同以及输出信号端位置不同，其余器件都相同；
输出信号端为UVout的比较器单元包括PMOS管Pu1、Pu2、Pu3和Pu4，NMOS管Nu1、Nu2、Nu3和Nu4，电阻Ruv1、Ruv2和Ruv3构成的分压电阻网络以及反相器inv1和inv2；电阻Ruv1的一端连接PMOS管Pu3的源极和衬底以及PMOS管Pu4的源极和衬底并连接VDD，电阻Ruv1的另一端连接电阻Ruv2的一端和PMOS管Pu1的栅极，电阻Ruv2的另一端连接电阻Ruv3的一端和NMOS管Nu4的漏极，电阻Ruv3的另一端和NMOS管Nu4的源极和衬底均接地，PMOS管Pu3的栅极与PMOS管Pu4的栅极互连并连接基准电流IBIAS，PMOS管Pu3的漏极连接PMOS管Pu1的源极和衬底和PMOS管Pu2的源极和衬底，PMOS管Pu1的漏极连接NMOS管Nu1的漏极和栅极以及NMOS管Nu2的栅极，PMOS管Pu2的栅极连接基准电压VREF，PMOS管Pu2的漏极连接NMOS管Nu2的漏极和NMOS管Nu3的栅极，NMOS管Nu3的漏极连接PMOS管Pu4的漏极和反相器inv1的输入端，NMOS管Nu1的源极和衬底、NMOS管Nu2的源极和衬底以及NMOS管Nu3的源极和衬底均接地，反相器inv1的输出端连接反相器inv2的输入端，反相器inv2的输出端输出信号UVout并连接NMOS管Nu4的栅极；
输出信号端为UVout2的比较器单元中，除了用不同阻值的电阻Ruv11、Ruv21和Ruv31相应替换电阻Ruv1、Ruv2和Ruv3以及反相器inv1的输出端作为输出信号端UVout2外，其余与输出信号端为UVout的比较器单元相同。


4.根据权利要求1所述的供电电源的升降压控制系统，其特征在于，所述电荷泵CP包括PMOS管Pcp1、Pcp2、Pcp3以及PMOS管Pcp5~Pcp12，NMOS管Ncp1、Ncp2、Ncp3和Ncp4，反相器invcp1、invcp2、invcp3、invcp4、invcp5和invcp6，与非门nand1以及电容Cosc和飞电容Ccp；反相器invcp1的输出连接反相器invcp2的输入，反相器invcp2的输出连接反相器invcp3的输入，反相器invcp3的输出连接反相器invcp4的输入，反相器invcp4的输出连接反相器invcp5的输入，反相器invcp5的输出连接NMOS管Ncp1的漏极，NMOS管Ncp1的源极和衬底与NMOS管Ncp2的源极和衬底互连，NMOS管Ncp1的栅极与NMOS管Ncp2的栅极互连并连接反相器invcp6的输出，反相器invcp6的输入连接与非门nand1的输出，与非门nand1的两个输入端分别作为电荷泵CP的两个控制端CPc和CPc2；NMOS管Ncp2的漏极连接电容Cosc的一端以及NMOS管Ncp3的漏极和反相器invcp1的输入端，电容Cosc的另一端以及NMOS管Ncp3的源极和衬底均接地，NMOS管Ncp3的栅极连接与非门nand1的输出；PMOS管P...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国江，王海波，
申请(专利权)人：江苏长晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32