一种用单电感实现同步降压充电与升压供电的电路架构制造技术

一种用单电感实现同步降压充电与升压供电的电路架构，涉及一种备用电源。设有3个与外部连接的端口，4个MOS场效应晶体管M1、M2、M3、M4，1个电感L，3个电容C1、C2、Cout，1个电流采样电阻Rs和7个节点1、2、3、4、5、6、7；3个与外部连接的端口为输入端口Vin、输出端口Vout和BAT端口，输入端口Vin与外部适配器或USB的输出相连，所述输出端口Vout与外部用电设备的电源输入相连，所述BAT端口外接可充电电池的正极。所述M1可由二极管替代。克服了线性充电效率低、无法实现快速充电以及“后备电源”的系统板制造费用昂贵且无法实现小型化的弊端。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种备用电源，尤其是涉及ー种用单电感实现同步降压充电与升压供电的电路架构。
技术介绍
在便携式产品中如手机、掌上电脑、移动多媒体设备、手持医疗设备、手持测试仪器、煤矿中的LED矿灯等都不可或缺的使用可充电的锂离子电池或磷酸铁锂电池给移动设备供电。尽管这些便携式设备大都采用单位体积、单位重量能量密度更高的锂离子电池或磷酸铁锂电池给移动设备供电。但随着这些移动产品功能的増加功耗会相应增加，另外，为满足消费者对某些便携产品的美观和小型化要求，有些便携式产品又不能采用体积、容量更大的电池供电(典型产品如苹果的iPad和iPhone等)，这势必大大缩短电池的续航时 间。为应对这种挑战,大多数使用苹果iPad和iPhone产品的消费者都会给自己的设备另外配备ー种集电池、电池充电、电池供电的小型化的“后备电源”设备，以便在便携式产品中的电池电量将要消耗殆尽吋，使用“后备电源”给便携式产品供电。现有的“后备电源”系统通常有如下两种电路架构①由线性充电1C、升压1C、输出短路检测的高精度运算放大器0P1、检测和显示电池电量及控制各电路单元协同工作的MCU组成。见图6所示。但明显存在以下弊端@由于采用线性充电方式，充电效率低，无法实现快速充电。⑥由于系统至少需要5个独立的1C，“后备电源”的系统板制造费用昂贵且无法实现小型化。②由开关降压充电1C、升压电源管理1C、输出短路检测的高精度运算放大器、检测和显示电池电量及控制各电路单元协同工作的MCU组成。见图7所示。尽管为了克服线性充电方式效率低的问题而采用了同步降压充电1C，但却需要两个电感，仍无法克服上述“后备电源”的系统板制造费用昂贵且无法实现小型化”的弊端。有关降压式开关电源(BUCK拓扑)和升压式开关电源(BOOST拓扑)的基本理论可參见[美]Sanjaya Maniktala 著编的 Switching Power Supplies Ato Z 一书。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述现有的后备电源系统中存在着充电效率低或系统板制造费用昂贵且无法实现小型化的弊端，提供一种用单电感实现同步降压充电与升压供电的电路架构。本技术的第I技术方案为本技术设有3个与外部连接的端ロ，4个MOS场效应晶体管M1J2、M3、M4,1个电感L，3个电容C1' C2、Cout，I个电流采样电阻Rs和7个节点1、2、3、4、5、6、7 ；所述3个与外部连接的端ロ为输入端ロ Vin、输出端ロ Vwt和BAT端ロ，所述输入端ロ Vin与外部适配器或USB的输出相连,所述输出端ロ Vtjut与外部用电设备的电源输入相连，所述BAT端口外接可充电电池的正极；所述MOS场效应晶体管M1的漏极接节点5，MOS场效应晶体管M1的源极接节点I，MOS场效应晶体管M1的栅极接节点G1，所述节点G1外接控制电路；所述MOS场效应晶体管M2的漏极接节点7，MOS场效应晶体管M2的源极接节点I，MOS场效应晶体管M2的栅极接节点G2，所述节点G2外接控制电路；所述MOS场效应晶体管M3的漏极接节点2，MOS场效应晶体管M3的源极接节点I，MOS场效应晶体管M3的栅极外接控制电路；所述MOS场效应晶体管M4的漏极接节点2，MOS场效应晶体管M4的源极接节点4， MOS场效应晶体管M4的栅极外接控制电路； 在节点I和节点G1之间设有电阻R1，在节点I和节点G2之间设有电阻R2 ;所述电流采样电阻Rs的两端分别与节点3和节点6相连；所述电容C1的正极接节点1，电容C1的负极接节点4 ；所述电容C2的正极接节点3，电容C2的负极接节点4 ；所述电容Ctjut的正端接节点7，电容Cwt的负端接节点4 ；所述电感L的两端分别接节点2和节点3。本技术的第2技术方案为本技术设有3个与外部连接的端ロ，ニ极管D0，3个MOS场效应晶体管M2、M3、M4,1个电感L，3个电容C1' C2、Cout，I个电流采样电阻Rs和7个节点1、2、3、4、5、6、7 ；所述3个与外部连接的端ロ为输入端ロ Vin、输出端ロ Vwt和BAT端ロ，所述输入端ロ Vin与外部适配器或USB的输出相连,所述输出端ロ Vtjut与外部用电设备的电源输入相连，所述BAT端口外接可充电电池的正极；所述ニ极管DO的正极接输入端ロ Vin，ニ极管DO的负极接节点I ; 所述MOS场效应晶体管M2的漏极接节点7，MOS场效应晶体管M2的源极接节点I，MOS场效应晶体管M2的栅极接节点G2，所述节点G2外接控制电路；所述MOS场效应晶体管M3的漏极接节点2，MOS场效应晶体管M3的源极接节点I，MOS场效应晶体管M3的栅极外接控制电路；所述MOS场效应晶体管M4的漏极接节点2，MOS场效应晶体管M4的源极接节点4，MOS场效应晶体管M4的栅极外接控制电路；在节点I和节点G2之间设有电阻R2 ;所述电流采样电阻Rs的两端分别与节点3和节点6相连；所述电容C1的正极接节点1，电容C1的负极接节点4 ；所述电容C2的正极接节点3，电容C2的负极接节点4 ；所述电容Cout的正端接节点7,电容Cout的负端接节点4 ；所述电感L的两端分别接节点2和节点3。本技术克服了线性充电效率低、无法实现快速充电以及“后备电源”的系统板制造费用昂贵且无法实现小型化的弊端。其中MOS场效应晶体管Ml在电路架构中拥有两个作用①当外部的控制IC检测到系统有输入电压时，控制IC会自动将Ml打开，将节点5和节点I之间连通(见图2所示)，使系统处于等待充电状态或正在充电状态。②当外部的控制IC检测到系统无输入电压时，控制IC会自动将Ml关闭，将节点5和节点I之间断开(见图4所示)，以使系统处在等待升压状态或正在升压状态，防止电池中的电流反灌到输入端。③由于ニ极管具有自动正向导通反向截至的功能，因此采用ニ极管代替MOS场效应晶体管Ml和电阻Rl也可完成上述①、②所述功能(见图5所示)。采用这种方法，其好处是外部的控制IC至少可減少一个控制Ml关断与导通的引脚，但带来的弊端是在充电过程中二极管Dl会消耗过多的功耗，降低充电效率。MOS场效应晶体管M2的作用①在无输入电压的情况下，当外部的控制IC检测到系统有输出负载时，控制IC会自动将M2打开，将节点I和节点7之间连通(见图4所示)，使系统处于等待同步升压状态或处于正在同步升压状态，电池给输出负载供电。②在无输入电压的情况下，当外部的控制IC检测到系统无输出负载时，控制IC会自动将M2关断，将节点I和节点7之间断开(见图2所示)，并同时关断MOS管M3、M4。以减小系统对电池能量的消耗。MOS场效应晶体管M3、M4的作用①在无输入电压的情况下，电池BAT、M0S管M3、M4、储能电感L、采样电阻Rs、滤波电容C2和Cout组成了同步升压架构。以特定开关频率工作的外部控制IC驱动着MOS管M3、M4交替导通与关断，在电路中起同步开关作用。储能电感L，滤波电容C2、Cout,电流采样电阻Rs的作用①在同步降压充电模式下，储能电感L、滤波电容C2可组成无源LC滤波器。②在同步升压供电模式下，储能电感L、滤波电容Cout可组成无源LC滤波器。③无论是在同步降压充电模式还是在同步升压供电模式，外部的控制IC都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用单电感实现同步降压充电与升压供电的电路架构，其特征在于设有3个与外部连接的端口，4个MOS场效应晶体管(M1)、(M2)、(M3)、(M4)，1个电感(L)，3个电容(C1)、(C2)、(Cout)，1个电流采样电阻(Rs)和7个节点(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)；所述3个与外部连接的端口为输入端口(Vin)、输出端口(Vout)和BAT端口，所述输入端口(Vin)与外部适配器或USB的输出相连，所述输出端口(Vout)与外部用电设备的电源输入相连，所述BAT端口外接可充电电池的正极；所述MOS场效应晶体管(M1)的漏极接节点(5)，MOS场效应晶体管(M1)的源极接节点(1)，MOS场效应晶体管(M1)的栅极接节点(G1)，所述节点(G1)外接控制电路；所述MOS场效应晶体管(M2)的漏极接节点(7)，MOS场效应晶体管(M2)的源极接节点(1)，MOS场效应晶体管(M2)的栅极接节点(G2)，所述节点(G2)外接控制电路；所述MOS场效应晶体管(M3)的漏极接节点(2)，MOS场效应晶体管(M3)的源极接节点(1)，MOS场效应晶体管(M3)的栅极外接控制电路；所述MOS场效应晶体管(M4)的漏极接节点(2)，MOS场效应晶体管(M4)的源极接节点(4)，MOS场效应晶体管(M4)的栅极外接控制电路；在节点(1)和节点(G1)之间设有电阻(R1)，在节点(1)和节点(G2)之间设有电阻(R2)；所述电流采样电阻(Rs)的两端分别与节点(3)和节点(6)相连；所述电容(C1)的正极接节点(1)，电容(C1)的负极接节点(4)；所述电容(C2)的正极接节点(3)，电容(C2)的负极接节点(4)；所述电容(Cout)的正端接节点(7)，电容(Cout)的负端接节点(4)；所述电感(L)的两端分别接节点(2)和节点(3)。...

【技术特征摘要】
1.一种用单电感实现同步降压充电与升压供电的电路架构，其特征在于设有3个与外部连接的端口，4个MOS场效应晶体管(M1)、(M2)、(M3)、(M4)，I个电感(L)，3个电容(C1)、(C2)、(Cout)，I 个电流采样电阻(Rs)和 7 个节点(I)、⑵、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)； 所述3个与外部连接的端口为输入端口(Vin)、输出端口(Vtjut)和BAT端口，所述输入端口(Vin)与外部适配器或USB的输出相连,所述输出端口(Vtjut)与外部用电设备的电源输入相连，所述BAT端口外接可充电电池的正极； 所述MOS场效应晶体管(M1)的漏极接节点(5)，MOS场效应晶体管(M1)的源极接节点(I)，MOS场效应晶体管(M1)的栅极接节点(G1),所述节点(G1)外接控制电路； 所述MOS场效应晶体管(M2)的漏极接节点(7)，MOS场效应晶体管(M2)的源极接节点(I)，MOS场效应晶体管(M2)的栅极接节点(G2),所述节点(G2)外接控制电路； 所述MOS场效应晶体管(M3)的漏极接节点⑵，MOS场效应晶体管(M3)的源极接节点(I)，MOS场效应晶体管(M3)的栅极外接控制电路； 所述MOS场效应晶体管(M4)的漏极接节点(2)，MOS场效应晶体管(M4)的源极接节点(4)，MOS场效应晶体管(M4)的栅极外接控制电路； 在节点(I)和节点(G1)之间设有电阻(R1)，在节点(I)和节点(G2)之间设有电阻(R2)； 所述电流采样电阻(Rs)的两端分别与节点⑶和节点(6)相连； 所述电容(C1)的正极接节点(1)，电容(C1)的负极接节点⑷； 所述电容(C2)的正极接节点(3)，电容(C2)的负极接节点⑷； 所述电容(Cwt)的正端接节点(7)，电容(Ctju...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢舟，邢建力，
申请(专利权)人：厦门理挚半导体科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：