一种适用于充电芯片的路径管理系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种适用于充电芯片的路径管理系统及方法，在负载电流Iload变化过程中，利用电流控制环路和电压控制环路依次对第四功率管开关Q4进行控制，通过电流控制环路将充电电流Ichg维持至充电参考电流Ichg_reg，通过电压控制环路将变换输出电压Vsys维持至变换输出参考电压Vsys_reg，同时结合PWM控制模块的调控，使电感L的输出电流IL、第一功率管开关Q1的输入端电流Ibus和输入端电压Vbus分别维持在各自的预设范围内。通过充电电流Ichg和变换输出电压Vsys的采集有效地对负载进行动态跟踪，在负载电流Iload变化过程中实现了对充电电流Ichg进行高效的调节，以满足负载需求。负载需求。负载需求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于充电芯片的路径管理系统及方法


[0001]本专利技术实施例涉及充电管理
，具体涉及一种适用于充电芯片的路径管理系统及方法。

技术介绍

[0002]随着信息技术的发展，如今手机的充电方案一般包含一个主充电芯片(Charger)和一个快充芯片来配合实现电池(Battery)电压从低到充满的全阶段充电管理。在主充电芯片里面，其系统结构如图1所示，通过type
‑
c接口，可以把输入端电压Vbus(一般为5V/9V/12V)传递到芯片端口，然后通过一个降压式变换电路03(buck电路)来实现充电管理。图1中的充电通路里包含有四个大的N型功率管，分别为第一功率管开关Q1、第二功率管开关Q2、第三功率管开关Q3、第四功率管开关Q4。其中，第一功率管开关Q1的作用是防止充电电压VBAT倒灌到输入端，还能使输入端电压Vbus负压时嵌位到高于2V，且防止负压灌入到适配器电压端(PMID)。第二功率管开关Q2和第三功率管开关Q3连接形成buck电路的主开关SW，buck电路的变换输出电压Vsys当做手机系统电源的同时还能通过第四功率管开关Q4为充电电池04充电。第四功率管开关Q4是集成到主充电芯片(Charger)内部的，需要在充电电压VBAT低于变换输出最小电压Vsysmin(典型值是3.5V)时，为了满足给负载(手机系统)供电，将变换输出电压Vsys维持至高于变换输出最小电压180mV(典型值为：Vsysmin+180mV＝3.68V)，同时可配置寄存器来调节第四功率管开关Q4上的充电电流。在充电电压VBAT大于变换输出最小电压Vsysmin(典型值是3.5V)时，第四功率管开关Q4是全开的，变换输出电压Vsys直通到充电电池04，实现高效率的大电流充电(典型值是2～3A)。
[0003]当充电电压VBAT小于变换输出最小电压Vsysmin(典型值是3.5V)的情况下，此时变换输出电压Vsys需要维持在典型值3.68V以上，才能满足既为手机的负载供电，又为充电电池04提供一个可配置的充电电流Ichg。由于电感L的输出电流IL等于充电电流Ichg与负载电流Iload之和(IL＝Ichg+Iload)，其中，负载电流Iload的大小是可变的，当负载电流Iload比较小的时候，电感L的输出电流IL不够大，不足以触发降压式变换电路的限流保护和限压保护(为了保护输入端电压Vbus不被拉死，一般设置限流阈值Iindpm和限压阈值Vindpm，当输入端电流Ibus大于限流阈值Iindpm时触发限流保护，当输入端电压Vbus小于限压阈值Vindpm时触发限压保护。限流保护或限压保护被触发后，会限制buck电路的占空比来限制供电能力)。当负载电流Iload比较大的时候，就容易触发限流保护或限压保护，此时变换输出电压Vsys就会降低，这时候就需要一个调节机制，来通过调节充电电流Ichg的大小来保证变换输出电压Vsys不被拉的过低，以保证手机系统负载的供电，否则手机就会重启。这个保护机制我们称之为DPM(dynamic power management，动态电源管理)机制。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术实施例提供一种适用于充电芯片的路径管理系统及方法，以解决如何实现在负载电流Iload变化过程中对充电电流Ichg进行高效调节控制以满足负载需求的
技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0006]根据本专利技术实施例的第一方面，本申请实施例提供了一种适用于充电芯片的路径管理系统，所述系统包括：
[0007]第一功率管开关Q1，用于外接供电电源；
[0008]第二功率管开关Q2和第三功率管开关Q3，用于在所述第一功率管开关Q1的输出端组合连接形成主开关SW；
[0009]降压式变换电路，用于在所述主开关SW控制下，经第一电容C1和电感L组合，对输入电压进行降压变换为负载和充电电池供电；所述主开关SW的控制端连接有PWM控制模块，用于对所述降压式变换电路的占空比D进行限流调控和限压调控；
[0010]第四功率管开关Q4，用于设置在所述充电电池的支路上对充电电流Ichg进行控制；
[0011]电流控制环路，用于接入所述第四功率管开关Q4的栅极，利用充电电流Ichg生成第一调试信号，将所述充电电流Ichg维持至预设的充电参考电流Ichg_reg；
[0012]电压控制环路，用于接入所述第四功率管开关Q4的栅极，利用变换输出电压Vsys生成第二充电电流控制信号，将所述变换输出电压Vsys维持至预设的变换输出参考电压Vsys_reg。
[0013]进一步地，在所述第四功率管开关Q4与所述充电电池之间连接有第二电容C2，所述第二电容C2的输出端接地。
[0014]进一步地，所述电流控制环路包括：第一差分电压信号输入电路、第一电流控制放大器ea11、差分电流信号传输电路、第二电流控制放大器ea12、电流控制开关管MN6；所述第一差分电压信号输入电路和所述第一电流控制放大器ea11设置于预设低压域，所述第二电流控制放大器ea12和所述电流控制开关管MN6设置于第一预设高压域；
[0015]所述第一差分电压信号输入电路包括：充电镜像电流源、充电镜像参考电流源、第一电阻R1、第二电阻R2；所述充电镜像电流源与所述第一电阻R1串联形成第一支路，所述充电镜像参考电流源与所述第二电阻R2串联形成第二支路，所述第一电流控制放大器ea11通过第一对比信号输入端和第二对比信号输入端分别接入所述第一支路和所述第二支路；
[0016]所述差分电流信号传输电路包括：第一差分电流开关管MN1、第二差分电流开关管MP1、第三差分电流开关管MN2、第四差分电流开关管MP2；所述第一电流控制放大器ea11的第一对比信号输出端依次经所述第一差分电流开关管MN1和所述第二差分电流开关管MP1连接至所述第二电流控制放大器ea12的第二对比信号输入端，所述第一电流控制放大器ea11的第二对比信号输出端依次经所述第三差分电流开关管MN2和所述第四差分电流开关管MP2连接至所述第二电流控制放大器ea12的第一对比信号输入端；
[0017]所述电流控制开关管MN6的栅极连接至所述第二电流控制放大器ea12的单端电压信号输出端，所述电流控制开关管MN6的漏极连接至所述第四功率管开关Q4的栅极，所述电流控制开关管MN6的漏极连接有第一电流源Ibp1。
[0018]进一步地，所述电流控制环路还包括：第一弥勒补偿电路，所述第一弥勒补偿电路包括：第三电容CC1、第三电阻RC1，所述第二电流控制放大器ea12的单端电压信号输出端依次经所述第三电容CC1、所述第三电阻RC1连接至所述电流控制开关管MN6的漏极与所述第
一电流源Ibp1之间的接入点。
[0019]进一步地，利用充电电流Ichg生成第一调试信号，将所述充电电流Ichg维持至预设的充电参考电流Ichg_reg，包括：
[0020]实时采集充电电流Ichg并经所述第一支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于充电芯片的路径管理系统，其特征在于，所述系统包括：第一功率管开关Q1，用于外接供电电源；第二功率管开关Q2和第三功率管开关Q3，用于在所述第一功率管开关Q1的输出端组合连接形成主开关SW；降压式变换电路，用于在所述主开关SW控制下，经第一电容C1和电感L组合，对输入电压进行降压变换为负载和充电电池供电；所述主开关SW的控制端连接有PWM控制模块，用于对所述降压式变换电路的占空比D进行限流调控和限压调控；第四功率管开关Q4，用于设置在所述充电电池的支路上对充电电流Ichg进行控制；电流控制环路，用于接入所述第四功率管开关Q4的栅极，利用充电电流Ichg生成第一调试信号，将所述充电电流Ichg维持至预设的充电参考电流Ichg_reg；电压控制环路，用于接入所述第四功率管开关Q4的栅极，利用变换输出电压Vsys生成第二充电电流控制信号，将所述变换输出电压Vsys维持至预设的变换输出参考电压Vsys_reg。2.如权利要求1所述的一种适用于充电芯片的路径管理系统，其特征在于，在所述第四功率管开关Q4与所述充电电池之间连接有第二电容C2，所述第二电容C2的输出端接地。3.如权利要求2所述的一种适用于充电芯片的路径管理系统，其特征在于，所述电流控制环路包括：第一差分电压信号输入电路、第一电流控制放大器ea11、差分电流信号传输电路、第二电流控制放大器ea12、电流控制开关管MN6；所述第一差分电压信号输入电路和所述第一电流控制放大器ea11设置于预设低压域，所述第二电流控制放大器ea12和所述电流控制开关管MN6设置于第一预设高压域；所述第一差分电压信号输入电路包括：充电镜像电流源、充电镜像参考电流源、第一电阻R1、第二电阻R2；所述充电镜像电流源与所述第一电阻R1串联形成第一支路，所述充电镜像参考电流源与所述第二电阻R2串联形成第二支路，所述第一电流控制放大器ea11通过第一对比信号输入端和第二对比信号输入端分别接入所述第一支路和所述第二支路；所述差分电流信号传输电路包括：第一差分电流开关管MN1、第二差分电流开关管MP1、第三差分电流开关管MN2、第四差分电流开关管MP2；所述第一电流控制放大器ea11的第一对比信号输出端依次经所述第一差分电流开关管MN1和所述第二差分电流开关管MP1连接至所述第二电流控制放大器ea12的第二对比信号输入端，所述第一电流控制放大器ea11的第二对比信号输出端依次经所述第三差分电流开关管MN2和所述第四差分电流开关管MP2连接至所述第二电流控制放大器ea12的第一对比信号输入端；所述电流控制开关管MN6的栅极连接至所述第二电流控制放大器ea12的单端电压信号输出端，所述电流控制开关管MN6的漏极连接至所述第四功率管开关Q4的栅极，所述电流控制开关管MN6的漏极连接有第一电流源Ibp1。4.如权利要求3所述的一种适用于充电芯片的路径管理系统，其特征在于，所述电流控制环路还包括：第一弥勒补偿电路，所述第一弥勒补偿电路包括：第三电容CC1、第三电阻RC1，所述第二电流控制放大器ea12的单端电压信号输出端依次经所述第三电容CC1、所述第三电阻RC1连接至所述电流控制开关管MN6的漏极与所述第一电流源Ibp1之间的接入点。5.如权利要求4所述的一种适用于充电芯片的路径管理系统，其特征在于，利用充电电流Ichg生成第一调试信号，将所述充电电流Ichg维持至预设的充电参考电流Ichg_reg，包
括：实时采集充电电流Ichg并经所述第一支路得到充电镜像电压Vsns_ichg；利用所述充电参考电流Ichg_reg经所述第二支路得到充电镜像参考电压Vref_ichg；将所述充电镜像电压Vsns_ichg和所述充电镜像参考电压Vref_ichg作为第一差分电压信号输入至第一电流控制放大器ea11，转化为差分电流信号i1和i2；将所述差分电流信号i1和i2输入至第二电流控制放大器ea12，转化为第一单端电压vo1；在所述第一电流控制放大器ea11将所述充电镜像电压Vsns_ichg和所述充电镜像参考电压Vref_ichg进行对比；如果所述充电镜像电压Vsns_ichg大于所述充电镜像参考电压Vref_ichg，则所述第一单端电压vo1为低；如果所述充电镜像电压Vsns_ichg小于所述充电镜像参考电压Vref_ichg，则所述第一单端电压vo1为高；利用所述第一单端电压vo1对所述电流控制开关管MN6进行控制；如果所述第一单端电压vo1为低，则所述电流控制开关管MN6不导通，不对充电电流Ichg进行下拉；如果所述第一单端电压vo1为高，则所述电流控制开关管MN6导通，对充电电流Ichg进行下拉。6.如权利要求5所述的一种适用于充电芯片的路径管理系统，其特征在于，所述电压控制环路包括：电压控制放大器ea2、第一电压控制开关管MN4、第二电压控制开关管MP3、第三电压控制开关管MN5、...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍小亮，范思强，杨康，
申请(专利权)人：芯合电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：