專利名稱：一種集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體集成電路的電源系統(tǒng)，特別涉及一種集成電池充電器 和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著手機(jī)、MP3和MP4等以電池為電源的器件的廣泛使用，對(duì)于該些手提裝置的電 源管理變得越來越重要。目前這類手提裝置多由鋰電池作為電源，其輸出電壓一般在2. 7V 到4. 2V;而手提裝置的數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)控制通常要求高于該鋰電池輸出電壓的、穩(wěn)定的電 源電壓。因此，許多生產(chǎn)商往往獨(dú)立設(shè)置有一個(gè)電池充電器、一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓器，分別 實(shí)現(xiàn)為手提裝置的鋰電池充電，和提供高于電池電壓的穩(wěn)壓電源功能。如圖1所示，是現(xiàn)有一種為鋰電池充電的線性充電器，其輸入端VIN外接工作電 源，并分別連接至線性控制模塊11及晶體管Ml。鋰電池12正極在電池端VBAT與晶體管 Ml連接，并輸出電壓反饋至線性控制模塊11。線性控制模塊11由該鋰電池12的電壓反饋 來控制晶體管Ml導(dǎo)通，并對(duì)晶體管Ml進(jìn)行電流檢測，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池12的充電。此時(shí)， 鋰電池12可直接為連接的負(fù)載提供電功率，或是通過轉(zhuǎn)換器為負(fù)載提供高于或低于電池 電壓的電功率。如圖2所示，是現(xiàn)有一種電荷泵穩(wěn)壓電源裝置，其可與圖1中線性充電器連接作為 直流電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓器。在電池端VBAT連接鋰電池12正極，由電荷泵控制模塊22檢測的 電池端VBAT電壓，和接收的分壓電阻Rl、R2上電壓反饋的控制，在輸出端VOUT獲得高于 電池端VBAT電池電壓的輸出電壓。該輸出端VOUT還與一線性控制模塊23連接，使線性控 制模塊23由上述電荷泵控制模塊22的輸出電壓和分壓電阻Rl、R2上電壓反饋控制，驅(qū)動(dòng) 晶體管Ml調(diào)整壓降，因而能在電容和負(fù)載RL上獲得高于電池端VBAT電池電壓的直流穩(wěn)壓 源。上述電荷泵穩(wěn)壓電源裝置中，線性控制模塊23和晶體管Ml可以由低壓差線性穩(wěn) 壓器(LDO)實(shí)現(xiàn)。另外，由電荷泵控制模塊22切換，可以在輸出端VOUT獲得高于電池電壓 1. 5倍或2倍的輸出電壓，因而被廣泛應(yīng)用于手機(jī)白光驅(qū)動(dòng)器中。然而，上述通過電池充電器與電壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器連接，分別為電池充電及提供高于 電池電壓的穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要設(shè)置較多的附加電路和分立元件，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同 時(shí)增加了系統(tǒng)成本和體積，因而不能很好地適用于手提裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，能夠 實(shí)現(xiàn)電池充電和電壓升降壓的轉(zhuǎn)換，減少附加電路和分立元件，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少系 統(tǒng)成本和體積。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種集成電池充電器和直流穩(wěn) 壓電源的電路結(jié)構(gòu)，能分別工作在充電或電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)下，其設(shè)置有第一引腳端VIO和第
3二引腳端VBAT ；還包含反饋控制模塊，以及分別與反饋控制模塊連接的電荷泵控制模塊和 線性控制模塊；所述第一引腳端VI0，在充電或電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)下，分別與外部電源或負(fù)載連 接；所述第二引腳端VBAT分別與所述電荷泵控制模塊、所述反饋控制模塊和外部的鋰電池 連接。所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，還包含與反饋控制模塊連接 的邏輯控制模塊；由所述邏輯控制模塊檢測的充電/電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)控制，使所述反饋控制 模塊、電荷泵控制模塊和線性控制模塊工作于充電或電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)。所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，還包含晶體管，其設(shè)置在所 述第一引腳端Vio與電荷泵控制模塊之間，其控制端還與線性控制模塊連接。所述線性控制模塊還設(shè)有連接引線與所述晶體管連接，從所述晶體管獲取電流檢 測的數(shù)據(jù)。所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，還包含串聯(lián)的分壓電阻R1、 R2 ；所述分壓電阻Rl還與第一引腳端VIO連接，并在與分壓電阻R2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)與線性控制 模塊連接；所述分壓電阻R2還與地連接。所述電荷泵控制模塊是開關(guān)倍數(shù)可調(diào)的；通過調(diào)整該開關(guān)倍數(shù)，使所述電荷泵控 制模塊的輸出電壓等于、高于或低于其輸入電壓，并為該輸入電壓的相應(yīng)倍數(shù)，以使所述電 荷泵控制模塊分別工作在充電、升壓或降壓轉(zhuǎn)換的不同狀態(tài)。當(dāng)所述邏輯控制模塊檢測到充電信號(hào)時(shí)，調(diào)整開關(guān)倍數(shù)使所述電荷泵控制模塊工 作在充電狀態(tài)；所述反饋控制模塊選擇將所述第二引腳端VBAT上電壓反饋輸出至線性控 制模塊，由所述線性控制模塊控制晶體管導(dǎo)通程度，將電功率從第一引腳端VIO連接的外 部電源，輸出至第二引腳端VBAT上鋰電池進(jìn)行線性充電。當(dāng)所述邏輯控制模塊檢測到電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)，所述反饋控制模塊選擇將第一引腳 端VIO上外部負(fù)載的電壓反饋輸出至線性控制模塊、電荷泵控制模塊；調(diào)整開關(guān)倍數(shù)使在所 述電荷泵控制模塊獲得第二引腳端VBAT上電池電壓相應(yīng)倍數(shù)的、升壓或降壓的輸出電壓。所述電荷泵控制模塊的輸出電壓通過反饋控制模塊輸出至線性控制模塊，與來自 所述外部負(fù)載的電壓反饋一起，驅(qū)動(dòng)所述晶體管調(diào)整壓降，進(jìn)行穩(wěn)壓。本實(shí)用新型集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu) *izti J *本實(shí)用新型通過電荷泵控制模塊設(shè)置1倍開關(guān)模式進(jìn)行充電，或設(shè)置(1. 5倍)2 倍或0. 5倍開關(guān)模式進(jìn)行升降壓；由邏輯控制模塊檢測充電/電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)，驅(qū)動(dòng)反饋控制 模塊選擇第二引腳端VBAT或第一引腳端VIO上的電壓反饋輸出至線性控制模塊，由其控制 晶體管導(dǎo)通，從第一引腳端VIO的外接電源向第二引腳端VBAT的鋰電池進(jìn)行線性充電；或 是由線性控制模塊控制晶體管形成的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)進(jìn)行穩(wěn)壓，相應(yīng)在與第一引 腳端VIO獲得高于或低于電池電壓的直流穩(wěn)壓源?？梢?，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰電池充電 器、直流升降壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓器的集成，有效減少了附加電路和分立元件的設(shè)置，簡化了系統(tǒng) 的復(fù)雜度，因而能夠縮小系統(tǒng)體積，減少系統(tǒng)成本和封裝測試費(fèi)用。

圖1是現(xiàn)有線性充電器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖2是現(xiàn)有電荷泵穩(wěn)壓電源裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，附圖中實(shí)心箭頭表示線性充電模 式下的電流流向，空心箭頭表示電壓轉(zhuǎn)換模式下的電流流向；該兩種模式下虛線箭頭均表 示電壓反饋。如圖3所示，本實(shí)用新型集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，包含反饋 控制模塊48，以及分別與反饋控制模塊48連接的邏輯控制模塊49、電荷泵控制模塊42和 線性控制模塊46。該集成電路系統(tǒng)設(shè)置有第二引腳端VBAT與鋰電池12的正極連接；還設(shè)置有第一 引腳端VI0，在充電或電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)下，分別與外部電源或負(fù)載連接。其中，第一引腳端VIO與晶體管43連接，并通過串聯(lián)的分壓電阻Rl、R2與線性控 制模塊46連接。該線性控制模塊46與晶體管43的控制端連接，并另設(shè)有連接引線，從晶 體管43獲取電流檢測的數(shù)據(jù)。該晶體管43還通過電荷泵控制模塊42與第二引腳端VBAT 連接；在第二引腳端VBAT還與反饋控制模塊48連接。所述線性控制模塊46和晶體管43 可以由低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)實(shí)現(xiàn)。由邏輯控制模塊49檢測到的充電/電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)，控制反饋控制模塊48處在充 電或電壓轉(zhuǎn)換的工作狀態(tài)下，分別將上述第一引腳端VI0、第二引腳端VBAT作為電壓反饋 端或工作電源端。另外，還由反饋控制模塊48驅(qū)動(dòng)電荷泵控制模塊42改變開關(guān)倍數(shù)，使電 荷泵控制模塊42的輸出電壓分別為輸入電壓的1倍、1. 5或2倍、0. 5倍，以滿足系統(tǒng)充電 或升壓、降壓轉(zhuǎn)換的不同狀態(tài)。具體地，當(dāng)本實(shí)用新型集成電路系統(tǒng)工作在線性充電模式下時(shí)，邏輯控制模塊49 的充電信號(hào)處于高電位，驅(qū)動(dòng)反饋控制模塊48選擇第二引腳端VBAT與鋰電池12連接作為 電壓反饋端、第一引腳端VIO作為工作電源端，使第一引腳端VIO與外部電源連接，輸出至 晶體管43作為充電電源，還通過電阻Rl、R2分壓后作為線性控制模塊46的工作電源。令電荷泵控制模塊42處于1倍開關(guān)模式，此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成與圖1類似的線性 充電器結(jié)構(gòu)。線性控制模塊46通過第二引腳端VBAT上鋰電池12的電壓反饋，以及對(duì)晶體 管43進(jìn)行的電流檢測，來控制晶體管43的導(dǎo)通程度，以此實(shí)現(xiàn)電功率從第一引腳端VIO的 外部電源，輸出至第二引腳端VBAT上鋰電池12的線性充電過程。當(dāng)本系統(tǒng)工作在電壓轉(zhuǎn)換模式下時(shí)，邏輯控制模塊49的電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)置于高電 位，驅(qū)動(dòng)反饋控制模塊48選擇與鋰電池12連接的第二引腳端VBAT作為工作電源端、第一 引腳端VIO與外部負(fù)載連接作為電壓反饋端，構(gòu)成與圖2類似的電荷泵穩(wěn)壓電源裝置。此時(shí)，第一引腳端VIO通過分壓電阻R1、R2，將負(fù)載上的電壓反饋輸出至線性控制 模塊46 ；再經(jīng)由反饋控制模塊48將該負(fù)載的電壓反饋輸出至電荷泵控制模塊42。根據(jù)不同需要，若將電荷泵控制模塊42設(shè)置在1.5倍或2倍開關(guān)模式，此時(shí)，本實(shí) 用新型集成電路系統(tǒng)工作在升壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)。由檢測的第二引腳端VBAT上的電池電壓和接 收的電壓反饋控制，使在電荷泵控制模塊42與晶體管43連接的輸出端上對(duì)應(yīng)獲得1. 5倍 或2倍于電池電壓的輸出電壓。該輸出電壓還通過反饋控制模塊48輸出至線性控制模塊46，使線性控制模塊46由該輸出電壓和上述來自負(fù)載的反饋電壓控制，驅(qū)動(dòng)晶體管43調(diào)整 壓降，為該輸出電壓穩(wěn)壓，使與第一引腳端VIO連接的負(fù)載上能獲得高于第二引腳端VBAT 上電池電壓的直流穩(wěn)壓源。若將電荷泵控制模塊42設(shè)置在0. 5倍開關(guān)模式，此時(shí)，本實(shí)用新型集成電路系統(tǒng) 工作在降壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)，其具有與上述升壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)相同的工作流程，由電荷泵控制模塊42 降壓輸出電池電壓的0. 5倍，再由線性控制模塊46驅(qū)動(dòng)晶體管43進(jìn)行穩(wěn)壓，因而能在與第 一引腳端VIO連接的負(fù)載上獲得第二引腳端VBAT上電池電壓一半的直流穩(wěn)壓源。另外，在一些實(shí)施例中，上述構(gòu)成低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的線性控制模塊46和 晶體管43還可以設(shè)置在所述電荷泵控制模塊42與鋰電池12之間，來減少對(duì)晶體管43的 高電壓疲勞損害。綜上所述，本實(shí)用新型通過電荷泵控制模塊42設(shè)置1倍開關(guān)模式進(jìn)行充電，或設(shè) 置(1. 5倍)2倍或0. 5倍開關(guān)模式進(jìn)行升降壓；由邏輯控制模塊49檢測充電/電壓轉(zhuǎn)換信 號(hào)，驅(qū)動(dòng)反饋控制模塊48選擇第二引腳端VBAT或第一引腳端VIO上的電壓反饋輸出至線 性控制模塊46，由其控制晶體管43導(dǎo)通，從第一引腳端VIO的外接電源向第二引腳端VBAT 的鋰電池12進(jìn)行線性充電；或是由線性控制模塊46控制晶體管43形成的低壓差線性穩(wěn)壓 器(LDO)進(jìn)行穩(wěn)壓，相應(yīng)在與第一引腳端VIO獲得高于或低于電池電壓的直流穩(wěn)壓源?？?見，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰電池充電器、直流升降壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓器的集成，有效減少了附加 電路和分立元件的設(shè)置，簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，因而能夠縮小系統(tǒng)體積，減少系統(tǒng)成本和封 裝測試費(fèi)用。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上 述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于 本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附 的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，能分別工作在充電 或電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)下，其設(shè)置有第一引腳端VIO和第二引腳端VBAT ；還包含反饋控制模塊 (48)，以及分別與反饋控制模塊(48)連接的電荷泵控制模塊(42)和線性控制模塊(46)； 所述第一引腳端VI0，在充電或電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)下，分別與外部電源或負(fù)載連接；所述第二引 腳端VBAT分別與所述電荷泵控制模塊(42)、所述反饋控制模塊(48)和外部的鋰電池(12) 連接。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，還 包含與反饋控制模塊(48)連接的邏輯控制模塊(49)；由所述邏輯控制模塊(49)檢測的充 電/電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)控制，使所述反饋控制模塊(48)、電荷泵控制模塊(42)和線性控制模塊 (46)工作于充電或電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，還 包含晶體管(43)，其設(shè)置在所述第一引腳端VIO與電荷泵控制模塊(42)之間，其控制端還 與線性控制模塊(46)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述線性控制模塊(46)還設(shè)有連接引線與所述晶體管(43)連接，從所述晶體管(43)獲取電 流檢測的數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求3所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，還 包含串聯(lián)的分壓電阻R1、R2 ；所述分壓電阻Rl還與第一引腳端VIO連接，并在與分壓電阻 R2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)與線性控制模塊(46)連接；所述分壓電阻R2還與地連接。
6.如權(quán)利要求5所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述電荷泵控制模塊(42)是開關(guān)倍數(shù)可調(diào)的；通過調(diào)整該開關(guān)倍數(shù)，使所述電荷泵控制模塊 (42)的輸出電壓等于、高于或低于其輸入電壓，并為該輸入電壓的相應(yīng)倍數(shù)，以使所述電荷 泵控制模塊(42)分別工作在充電、升壓或降壓轉(zhuǎn)換的不同狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng) 所述邏輯控制模塊(49)檢測到充電信號(hào)時(shí)，調(diào)整開關(guān)倍數(shù)使所述電荷泵控制模塊(42)工 作在充電狀態(tài)；所述反饋控制模塊(48)選擇將所述第二引腳端VBAT上電壓反饋輸出至線 性控制模塊(46)，由所述線性控制模塊(46)控制晶體管(43)導(dǎo)通程度，將電功率從第一引 腳端VIO連接的外部電源，輸出至第二引腳端VBAT上鋰電池(12)進(jìn)行線性充電。
8.如權(quán)利要求6所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng) 所述邏輯控制模塊(49)檢測到電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)，所述反饋控制模塊(48)選擇將第一引腳 端VIO上外部負(fù)載的電壓反饋輸出至線性控制模塊(46)、電荷泵控制模塊(42)；調(diào)整開關(guān) 倍數(shù)使在所述電荷泵控制模塊(42)獲得第二引腳端VBAT上電池電壓相應(yīng)倍數(shù)的、升壓或 降壓的輸出電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述電荷泵控制模塊(42)的輸出電壓通過反饋控制模塊(48)輸出至線性控制模塊(46)，與 來自所述外部負(fù)載的電壓反饋一起，驅(qū)動(dòng)所述晶體管(43)調(diào)整壓降，進(jìn)行穩(wěn)壓。
專利摘要一種集成電池充電器和直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，將電荷泵控制模塊設(shè)置1倍開關(guān)模式進(jìn)行充電，或設(shè)置(1.5倍)2倍或0.5倍進(jìn)行升降壓；由邏輯控制模塊檢測充電/電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)，驅(qū)動(dòng)反饋控制模塊選擇第二引腳端或第一引腳端上的電壓反饋輸出至線性控制模塊，由其控制晶體管導(dǎo)通，從第一引腳端的外接電源向第二引腳端的鋰電池進(jìn)行線性充電；或是由線性控制模塊控制晶體管形成的低壓差線性穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，相應(yīng)在與第一引腳端獲得高于或低于電池電壓的直流穩(wěn)壓源。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰電池充電器、直流升降壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓器的集成，有效減少了附加電路和分立元件的設(shè)置，簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，因而能夠縮小系統(tǒng)體積，減少系統(tǒng)成本和封裝測試費(fèi)用。
文檔編號(hào)H02M3/156GK201781302SQ20102029665
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者張洪, 楊清 申請(qǐng)人:美凌微電子(上海)有限公司