專利名稱：一種開關式充電器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電路技術領域，尤其涉及一種開關式充電器。
技術背景 開關式充電器在恒流充電過程中對電感電流進行控制，為達到這個目的，現(xiàn)有技術中會在電感電流通路上串接電阻，用于把電感電流信號感應到充電控制芯片內(nèi)部，然后把該信號與參考信號輸入誤差放大器，由誤差放大器將電感電流信號與參考信號間的誤差做積分放大后反饋給環(huán)路控制電路，實現(xiàn)可控的恒流輸出。如圖I所示，Al是信號放大器，會對電阻Rsense兩端的電壓信號放大K倍，輸出得到信號103。放大后的電流檢測信號103會與參考信號VREF (該信號由系統(tǒng)根據(jù)需求提供，可以由帶隙基準電路提供)通過跨導放大器(GM放大器，即前面所述的誤差放大器)產(chǎn)生輸出與其正、負端輸入電壓信號成比例的電流，該電流在電容Cl處積分產(chǎn)生電壓信號104,并輸入給脈寬調(diào)制(Pulse-Width Modulation,PWM)發(fā)生器(Generator),用于脈寬調(diào)制產(chǎn)生方波，驅(qū)動信號控制電源開關(Power Switch)的導通和截止。其中的VIN是開關式充電器的電壓輸入端。如圖2所示，為恒流充電時信號103與VREF的關系示意圖，此時信號103的平均值等于VREF，在一個開關周期內(nèi)，信號103高于VREF的部分與VREF圍成的面積，與信號103低于VREF部分與VREF圍成的面積相等，這樣在一個開關周期內(nèi)，GM放大器對電容Cl注入的電荷量與抽出的電荷量相等，信號104的電壓維持不變。如果信號103的平均值低于VREF，在一個開關周期內(nèi)，信號103高于VREF的部分與VREF圍成的面積，小于信號103低于VREF部分與VREF圍成的面積，這樣在一個開關周期內(nèi)GM放大器對電容Cl注入的電荷量大于抽出的電荷量，信號104電壓上升。如果信號103的平均值高于VREF,在一個開關周期內(nèi)，信號103高于VREF部分與VREF圍成的面積，大于信號103低于VREF部分與VREF圍成的面積，這樣在一個開關周期內(nèi)GM放大器對電容Cl注入的電荷量小于抽出的電荷量，信號104電壓下降。所以，當信號104的電壓升高時，說明流過電感L的電流低于期望值，PWMGenerator輸出的驅(qū)動信號控制Power Switch的導通時間與截止時間的比例上升,使得流經(jīng)電感L的平均電流上升；反之，當信號104的電壓降低時，說明流過電感L的電流高于期望值，PWM Generator輸出的驅(qū)動信號控制PowerSwitch的導通時間與截止時間的比例下降，使得流經(jīng)電感L的平均電流下降?，F(xiàn)有技術中的開關式充電器，由于電感L難以集成到控制芯片內(nèi)部，導致使用芯片內(nèi)部集成的采樣電阻Rsense，對電感電流采樣時需要額外一個芯片管腳，作為信號101從芯片內(nèi)部Rsense到芯片外部電感連接的橋梁，因此,使得印制電路板(Printed CircuitBoard, PCB)的布線較為復雜，產(chǎn)品成本較高
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型實施例提供了一種開關式充電器，用以減少芯片封裝管腳，簡化PCB板布線，節(jié)省產(chǎn)品成本。本實用新型實施例提供的一種開關式充電器，包括電源開關、脈寬調(diào)制發(fā)生器、GM放大器、信號放大器、電阻、電感、電容和充電輸出端，所述電阻串聯(lián)于所述開關式充電器的電壓輸入端和所述電源開關之間；所述電感串聯(lián)于所述電源開關和所述充電輸出端之間；所述開關式充電器還包括一受控開關，該受控開關的控制端與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器的信號輸出端相連，該受控開關的兩連接端分別與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器的輸入端和所述GM放大器的輸出端相連。本實用新型實施例提供的該開關式充電器，減少了芯片封裝管腳，簡化PCB板布線，從而節(jié)省產(chǎn)品成本。

圖I為現(xiàn)有技術中的開關式充電器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術中恒流充電時的開關式充電器的信號放大器輸出的信號與VREF的關系不意圖；圖3為本實用新型實施例提供的開關式充電器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的恒流充電時的開關式充電器的信號放大器輸出的信號與VREF的關系示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例提供了一種開關式充電器，用以減少芯片封裝管腳，簡化PCB板布線，節(jié)省產(chǎn)品成本。本實用新型實施例中，通過變換Rsense的位置,使得只檢測流過PowerSwitch的電流，并通過對GM放大器輸出信號的非連續(xù)積分，避開因為Rsense變換位置導致的信號失真。參見圖3，本實用新型實施例提供的一種開關式充電器，包括電源開關PowerSwitch、脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator、GM放大器、信號放大器Al、電阻Rsense、電感L、電容Cl和充電輸出端，其中所述電阻Rsense串聯(lián)于所述開關式充電器的電壓輸入端VIN和所述電源開關Power Switch 之間；所述電感L串聯(lián)于所述電源開關Power Switch和待充電的電池之間，也就是串聯(lián)于所述電源開關Power Switch與充電輸出端之間，其中，所述的充電輸出端，即與待充電的電池Battery的正極相連接的輸出端。所述開關式充電器還包括受控開關SW，該受控開關SW的控制端與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator的信號輸出端相連，該受控開關的兩連接端分別與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator的輸入端和所述GM放大器的輸出端相連。所述脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator的輸入端與所述電容Cl的一端連接，所述脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator基于所述電容Cl的電壓產(chǎn)生并輸出脈寬調(diào)制信號，用于控制所述電源開關Power Switch的導通或截止，以及所述受控開關SW的導通或截止,其中，所述電源開關Power Switch導通時,所述受控開關SW也導通,所述電源開關Power Switch關閉時，所述受控開關SW也截止。本實用新型實施例中，電源開關Power Switch的導通電阻越小越好,但是導通電阻越小，面積會變大，脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator輸出占空比O 100%的脈沖信號，通常頻率范圍是幾百KHZ 4MHz級別，電感通常取值為uH量級，電容越小越好，本實用新型實施例中使用PF量級，輸入電壓VIN要比滿電量電池電壓高。例如，如果充電對象是單節(jié)鋰離子電池，通常VIN為5V左右電源。較佳地，所述電阻Rsense串聯(lián)于所述開關式充電器的電壓輸入端VIN和所述電源開關Power Switch之間，具體為所述電阻Rsense的一端與所述開關式充電器的電壓輸入端VIN相連，所述電阻 Rsense的另一端與所述電源開關Power Switch的源極相連。較佳地，所述信號放大器Al對所述電阻Rsense上的壓降進行放大并輸出，所述GM放大器的一個輸入端連接一參考電壓VREF,另一個輸入端連接所述信號放大器Al的輸出端。較佳地，所述GM放大器基于所述參考電壓VREF產(chǎn)生第一電流，基于所述信號放大器Al輸出的電壓產(chǎn)生第二電流,在所述受控開關SW導通時,第一電流和第二電流中的一個電流經(jīng)過所述受控開關SW對所述電容Cl進行充電，另一個電流經(jīng)過所述受控開關SW對所述電容Cl進行放電。較佳地，第一電流與所述參考電壓VREF成正比，第二電流與所述信號放大器Al輸出的電壓成正比。較佳地，所述電阻Rsense的兩端，分別與所述信號放大器Al的兩個輸入端相連。較佳地，所述電感L串聯(lián)于所述電源開關Power Switch和所述充電輸出端之間，具體為所述電感L的一端與所述電源開關Power Switch的漏極相連,所述電感L的另一端與所述充電輸出端相連。較佳地，所述脈寬調(diào)制發(fā)生器，用于根據(jù)電容電壓產(chǎn)生一定占空比的脈寬調(diào)制信號，比如約IMHz的方波信號，該脈寬調(diào)制信號的占空比受到輸入電壓信號(即電容電壓)的控制，比如輸入電壓信號范圍為(VA, VB)，其中，VA < VB，那么，在(VA, VB)窗口內(nèi)，輸入電壓信號越高，脈寬調(diào)制發(fā)生器的輸出脈沖的占空比越大，如果輸入電壓信號小于VA，輸出脈沖的占空比為0，如果輸入電壓信號大于VB，輸出脈沖的占空比為100%。較佳地，在所述電源開關Power Switch與地之間，還包括一個二極管D1。由于電感電流是連續(xù)變化的，當電源開關Power Switch截止時,二極管Dl代替電源開關PowerSwitch作為電感電流通路。本實用新型實施例提供的開關式充電器，工作在恒流充電時的電感L的電流波形示意圖如圖4所示，當電感L的電流工作于連續(xù)模式時，電感L的電流的上升階段的電流平均值，就等于整個周期的電感平均電流，所以只要獲取了電感L的電流的上升階段的信息，就等同于獲取了開關Power Switch整個周期的平均電流信息，那么，就可以僅通過檢測電感L的電流的上升階段電流，作為反饋信號來進行環(huán)路調(diào)節(jié)。因此，本實用新型實施例中，如圖3所示，電阻Rsense改換了位置，只與電源開關Power Switch串聯(lián)，這樣做使得信號放大器Al的輸入信號202成為了芯片內(nèi)部信號，不再需要額外的管腳，同時，也使得電阻Rsense只能在電源開關Power Switch導通的時候檢測到流過電感L的電流,而當電源開關Power Switch截止的時候，電阻Rsense檢測到的電流立刻變?yōu)镺。所以當電源開關Power Switch截止時，電阻Rsense兩端的電壓不再帶有電感電流的信息，所以在本實用新型實施例中，在GM放大器輸出端與電容Cl之間串連了一個受控開關SW,當脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator輸出信號使電源開關PowerSwitch導通時,受脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM Generator輸出信號控制，受控開關SW也導通，允許GM放大器輸出電流信號在電容Cl上積分 ,而當電源開關Power Switch截止時,受控開關SW同時截止,禁止GM放大器對電容Cl輸出無益于環(huán)路控制的電流。參見圖4，在環(huán)路穩(wěn)定的情況下，電源開關Power Switch的每個開關周期，在電源開關Power Switch導通階段,信號203,即信號放大器Al輸出的信號,低于VREF的部分,與VREF圍成的面積，等于信號203高于VREF的部分與VREF圍成的面積。本實用新型實施例中所述的電源開關Power Switch,可以是以P溝道耗盡型場效應晶體管(PMOS)，也可以是帶有bootstrap結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路的N溝道耗盡型場效應晶體管(NMOS)。綜上所述，本實用新型實施例提供的該開關式充電器，通過僅選取電源開關PowerSwitch導通階段與參考電壓的誤差積分，使得電路設計中允許只采樣電源開關PowerSwitch導通時段的電流信號，減少了芯片封裝管腳，簡化PCB板布線，從而節(jié)省產(chǎn)品成本。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求1.一種開關式充電器，包括電源開關、脈寬調(diào)制發(fā)生器、GM放大器、信號放大器、電阻、電感、電容和充電輸出端，其特征在于 所述電阻串聯(lián)于所述開關式充電器的電壓輸入端和所述電源開關之間； 所述電感串聯(lián)于所述電源開關和所述充電輸出端之間； 所述開關式充電器還包括ー受控開關，該受控開關的控制端與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器的信號輸出端相連，該受控開關的兩連接端分別與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器的輸入端和所述GM放大器的輸出端相連。
2.根據(jù)權利要求I所述的開關式充電器，其特征在于，所述脈寬調(diào)制發(fā)生器的輸入端與所述電容的一端連接，所述脈寬調(diào)制發(fā)生器基于所述電容的電壓產(chǎn)生并輸出脈寬調(diào)制信號，用于控制所述電源開關的導通或截止，以及所述受控開關的導通或截止，其中，所述電源開關導通時，所述受控開關也導通，所述電源開關關閉時，所述受控開關也截止。
3.根據(jù)權利要求2所述的開關式充電器，其特征在于，所述電阻的兩端分別與所述信號放大器的兩個輸入端相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的開關式充電器，其特征在于，所述信號放大器對所述電阻上的壓降進行放大并輸出，所述GM放大器的一個輸入端連接ー參考電壓,另ー個輸入端連接所述信號放大器的輸出端。
5.根據(jù)權利要求4所述的開關式充電器，其特征在于，所述GM放大器基于所述參考電壓產(chǎn)生第一電流，基于所述信號放大器輸出的電壓產(chǎn)生第二電流，在所述受控開關導通吋，第一電流和第二電流中的一個電流經(jīng)過所述受控開關對所述電容進行充電，另ー個電流經(jīng)過所述受控開關對所述電容進行放電。
6.根據(jù)權利要求5所述的開關式充電器，其特征在于，第一電流與所述參考電壓成正比 第二電流與所述信號放大器輸出的電壓成正比。
7.根據(jù)權利要求I所述的開關式充電器，其特征在于，所述電源開關，為P溝道耗盡型場效應晶體管PMOS，或N溝道耗盡型場效應晶體管NMOS。
8.根據(jù)權利要求7所述的開關式充電器，其特征在于，所述電感串聯(lián)于所述電源開關和所述充電輸出端之間，具體為 所述電感的一端與所述電源開關的漏極相連，所述電感的另一端與所述充電輸出端相連。
9.根據(jù)權利要求I所述的開關式充電器，其特征在于，在所述電源開關與地之間，還包括一個ニ極管。
專利摘要本實用新型公開了一種開關式充電器，用以減少芯片封裝管腳，簡化PCB板布線，節(jié)省產(chǎn)品成本。本實用新型提供的一種開關式充電器包括電源開關、脈寬調(diào)制發(fā)生器、GM放大器、信號放大器、電阻、電感、電容和充電輸出端，所述電阻串聯(lián)于所述開關式充電器的電壓輸入端和所述電源開關之間；所述電感串聯(lián)于所述電源開關和所述充電輸出端之間；所述開關式充電器還包括一受控開關，該受控開關的控制端與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器的信號輸出端相連，該受控開關的兩連接端分別與所述脈寬調(diào)制發(fā)生器的輸入端和所述GM放大器的輸出端相連。
文檔編號H02J7/00GK202384789SQ20112051420
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者尹航, 楊靖, 王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司