充電低壓保護電路的製作方法

2023-07-24 22:50:21

專利名稱：充電低壓保護電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子4支術，更具體地，涉及一種充電j氐壓保護 電路。
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背景技術：
隨著電子技術的發展，許多電子裝置達到了便攜程度，如無線 手持機、數位相機、MP3等，都已為廣大用戶使用。便攜除了重量、 體積要求小之外， 一個首要條件是以電池供電。要維持電子裝置的 持續工作， 一定要在電池電量肆毛盡時對電池充電。充電器可將交流 10 電源4爭4奐為直流的充電電源，而直流充電電源就可經手才幾、相才幾等 電子裝置而傳豸命至電子裝置內部的電池，對電池進4亍充電。
但是，在對電子裝置的電池充電的過程中，由於市電不穩定、 充電器件損壞失效和其它原因而使充電器輸出充電電壓過低，過低 的充電電壓極易對電子裝置的內部電路造成損毀。舉例來說，過低 15的充電電壓會〗吏無線手持4幾的電源管理晶片造成損毀，導致無線手 持機不能使用。
在現有才支術中，在電子裝置和手持4幾內，以一個^L定限值的4氐 壓保護電路保護電子裝置和手持機。
然而，上述現有技術存在缺點，主要缺點是規定限值的低壓 20保護電路在充電電壓達到限值臨界點時，會造成保護動作頻繁，產 生月永衝電壓，損壞電子裝置內部電if各。因此，需要一種充電低壓保護電路，用於避免在充電電壓達到 限值臨界點時造成保護動作頻繁，更安全地保護電子裝置的內部結構。

實用新型內容
5 鑑於此，本實用新型提供了一種閾值變化的充電低壓保護電路， 以便在硬體層實現一種快速反應、敏感度高的充電保護機制，在充 電期間完善維護各種電子裝置(特別是無線手持機)的安全。
根據本實用新型的充電低壓保護電路，包括分壓器，其輸入 端連接至電源電壓，用於接收輸入電壓，其輸出端連接至電壓比較 10器的第一輸入端，用於按照分壓比向電壓比較器提供電壓；閾值可 變器，其輸出端連接至電壓比較器的第二輸入端，用於向電壓比較 器提供闊值電壓；電壓比較器，其輸出端連接至反相器的輸入端，
較，電壓比較器用以在分壓器輸入的電壓小於從閾值可變器輸入的 15 閾值電壓時，輸出第一信號；反相器，其與電子開關的控制端相連， 其輸出端連接至閾值可變器的第 一輸入端，用於對從電壓比較器的 輸出端輸出的第 一信號進行反相以輸出第二信號，從而使電子開關 斷開；以及電子開關，其輸入端連4妄至電源電壓，其輸出端連4妄至 待充電裝置，用於根據第二信號來切斷與待充電裝置的連接。
20 在該充電低壓保護電路中，還可以包括電流源，其輸入端連
接至電源電壓，以及輸出端連接至閾值可變器的第二輸入端，用於 保證閾值可變器在電壓波動時輸出的閾值電壓穩定；以及基準電壓 源，其輸出端連接至閾值可變器的第三輸入端，用於向閾值可變器 提供恆定的基準電壓。在該充電低壓保護電路中，閾值可變器提供的閾值電壓為低壓 限值電壓或恢復工作限值電壓，該恢復工作限值電壓即為基準電壓。
在該充電低壓保護電路中，電壓比較器的第一輸入端為負端， 電壓比較器的第二輸入端為正端。
5 其中，在該充電低壓保護電路中，電壓比較器用以在分壓器輸
入的電壓大於從閾值可變器輸入的閾值電壓時，輸出第二信號。第 一信號為高電平，第二信號為低電平。
此夕卜，在該充電低壓保護電3各中，分壓器包含兩個或兩個以上 串耳關連4妄的電阻。
10 此夕卜，在該充電低壓保護電路中，閾值可變器包括第一PMOS
管，其源極連接至電流源的輸出端，柵極連接至基準電壓源，以及 漏才及連4妄至第一 NMOS管的漏才及；第一NMOS管，其漏才及連4妄至 第一 PMOS管的漏極，源極接地，以及第一 NMOS管的柵極與漏 極相連；第二NMOS管，其柵極連接至第一 NMOS管的柵極，以
15 及源招j妄i也；第三NMOS管，其源極連接至第二NMOS管的漏極， 柵極連接至反相器的輸出端；第一電阻，與第二電阻串聯，並且其 另一端連4妄至基準電壓源；以及第二電阻，與第一電阻串聯，以及 其另一端接至第三NMOS管的漏極，其中，第一電阻和第二電阻相 連的 一端連接至電壓比較器的第二輸入端。
20 此外，在該充電低壓保護電路中，反相器包括第二PMOS管，
其源4及連4妻至電源電壓；以及第四NMOS管，其漏才及連接至第二 PMOS管的漏極和第三NMOS管的柵極，4冊極連接至第二 PMOS 管的棚4及，以及源極接地。
另夕卜，在該充電低壓保護電路中，電子開關包括第五NMOS管， 25其漏才及連接至電源電壓，棚-極連接至第四NMOS管的漏極，以及源極連接至待充電裝置。可選地，電子開關包括第三PMOS管，其源 極連接至電源電壓，柵極連接至第四NMOS管的4冊極，以及漏極連 接至待充電裝置。
此夕卜，手持終端可以包括根據本實用新型的充電低壓保護電路。
5 通過本實用新型的上述方面，可在電路上充分調整各種器件的
參數(例如，分壓電if各分壓比、基準電壓值、電阻值、電流源電流 值等)，並可普遍適用於各種需要充電的電子裝置，從而在各種電子 裝置中實現完善的低壓保護。
本實用新型的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且， 10部分地乂人i兌明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。 本實用新型的目的和其他W尤點可通過在所寫的i兌明書、4又利要求書、 以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。


附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的 15—部分，與本實用新型的實施例一起用於解釋本實用新型，並不構 成對本實用新型的限制。在附圖中
圖1是示出了根據本實用新型的充電低壓保護電路的框圖2是示出了根據本實用新型的一個實施例的充電低壓保護電 路的電子電路20 圖3是示出了根據本實用新型的另一實施例的充電低壓保護電
^各的電子電路圖；以及圖。 '、、，.、具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，
5此處所描述的優選實施例-f又用於"i兌明和解釋本實用新型，並不用於 限定本實用新型。
圖1示出了根據本實用新型的充電低壓保護電路的框圖。如圖 1所示，充電低壓保護電路包括分壓器20，其輸入端連接至電源 電壓，用於接收輸入電壓，其輸出端連接至電壓比較器30的第一輸
10 入端，用於按照分壓比向電壓比較器30提供電壓；閾值可變器50, 其輸出端連接至電壓比較器30的第二輸入端，用於向電壓比較器 30提供閾值電壓；電壓比較器30，其輸出端連接至反相器60的輸 入端，用於對乂人分壓器20輸入的電壓和從閾值可變器50輸入的閾 值電壓進行比較，電壓比較器30用以在分壓器20輸入的電壓小於
15從閾值可變器50輸入的閾值電壓時，輸出第一信號；反相器60， 其與電子開關70的控制端相連，其輸出端連接至閾值可變器50的 第一輸入端，用於對從電壓比較器30的輸出端輸出的第一信號進行 反相以輸出第二信號，/人而4吏電子開關70斷開；以及電子開關70, 其輸入端連接至電源電壓，其輸出端連接至待充電裝置，用於根據
20第二信號來切斷與待充電裝置的連接。經幾個電路的協調動作，就 可實現本實用新型的充電^f氐壓〗呆護功能。
在該充電低壓保護電路中，還包括電流源40,其輸入端連接 至電源電壓，以及輸出端連接至閾值可變器50的第二輸入端，用於 保證閾值可變器50在電壓波動時輸出的閾值電壓穩定；以及基準電 25壓源80，其^T出端連^妄至閾^直可變器50的第三4敘入端，用於向閾 值可變器50提供恆定的基準電壓。在該充電^f氐壓保護電路中，電壓比4交器30的第一l敘入端為負 端，電壓比較器30的第二輸入端為正端。閾值可變器50提供的閾 值電壓為低壓限值電壓或恢復工作限值電壓，該恢復工作限值電壓 即為基準電壓。
5 其中，在該充電低壓保護電路中，電壓比較器30用以在分壓器
20輸入的電壓大於從閾值可變器50輸入的閾值電壓時，輸出第二 信號。第一信號為高電平，第二信號為低電平。
在圖1中，分壓器20包含兩個或兩個以上串聯連"t妄的電阻。閾 j直可變器包4舌第一PMOS管，其源才及連4妄至電流源的1命出端，柵
10 極連接至基準電壓源，以及漏極連接至第一NMOS管的漏極；第一 NMOS管，其漏極連接至第一PMOS管的漏極，源才及接地，以及第 一 NMOS管的4冊極與漏極相連；第二NMOS管，其柵-極連接至第 一NMOS管的棚-極，以及源極接地；第三NMOS管，其源極連接 至第二NMOS管的漏極，4冊極連接至反相器的輸出端；第一電阻，
15 與第二電阻串聯，並且其另一端連4妄至基準電壓源；以及第二電阻， 與第一電阻串聯，以及其另一端接至第三NMOS管的漏極，其中， 第一電阻和第二電阻相連的一端連接至電壓比較器的第二輸入端。
在圖1中，反相器60包括第二PMOS管，其源極連接至電 源電壓；以及第四NMOS管，其漏極連接至第二 PMOS管的漏極 20和第三NMOS管的柵極，柵極連接至第二 PMOS管的4冊極，以及 源極接地。電子開關70包括第五NMOS管，其漏極連接至電源電 壓，柵極連接至第四NMOS管的漏極，以及源極連接至待充電裝置。
在圖1中，當充電時，當電源電壓VDD (充電電壓)的電壓大 小減少而趨近或低於額定的充電電壓時，分壓器20會將充電電壓降 25低的情況反映到電壓比較器30的負端，而電壓比較器30會將負端 的此電壓和正端上閾值可變器50提供的閾值(低壓限值)進行比較，如果負端電壓低於正端電壓，電壓比較器30會輸出高電平給反相器 60,反相器60將電平轉換為低電平後控制電子開關斷開，切斷充電 器電壓饋入後級電路。這就實現了低壓保護。
另一方面，反相器60輸出低電平控制閾值比較器50改變閾值 5 (恢復工作限值)，此值高於低壓限值。
當電源電壓VDD的電壓大小升高到額定充電電壓範圍內時，分 壓器20會將充電電壓增加的情況反映到電壓比較器30的負端，而 電壓比4交器30會將負端的此電壓和正端上閾值可變器50 4是供的閾 值(恢復工作限值)進行比較，如果負端電壓高於正端電壓，電壓 10 比較器30會輸出低電平給反相器60，反相器60將電平轉換為高電 平後控制電子開關導通，恢復充電器電壓々貴入後級電i 各；這就實現 了在低壓保護後電壓升高達到穩定充電才能工作的功能。
同時，反相器60輸出高電平控制閾值比較器50改變閾值(低
壓限值)。
15 圖2是示出了根據本實用新型的一個實施例的充電低壓保護電
路的電子電3各圖，即為本實用新型以實際的電路配置來實玉見圖1中 充電低壓保護電路的一個實例。如圖2所示，分壓器20中可包含兩 個或多個串聯電阻(圖2中以兩個電阻R1、 R2做為代表)，由於電 阻串4妄於輸入端，每個電阻都有一定的分壓，輸入電壓的變化同時
20 體J見在各電阻上。
在閾值可變器50中，包含了 M1 M4四個電晶體和R3、 R4兩 個電阻，有電流源輸入端和基準電壓輸入端，還有一個接在M4才冊 極的控制端。當電壓比較器30輸出為低電平時，M4導通，M1 M3 分別導通，閾值電壓Vref為R4、 M4、 M3上電壓和(這個值小於 25 基準電壓)。這時，Vref就是低壓限值。當電壓比較器30輸出為高 電平時，M4截止，M1 M3分別截止，Vref就等於基準電壓。此時的Vref值為恢復工作限值。電流源40主要是保證閾值可變器50在 電壓波動時輸出的閾值穩定。
反相器60是由P管和N管組成，電子開關70是由一個NMOS 管構成，當斥冊極為高電平時，NMOS管飽和導通，當衝冊極為低電平 5時，NMOS管截止，乂人而實現本實用新型中電子開關的功能。
以圖2中的電路來實現充電低壓保護機制的原理如下描述在 分壓器20中的電阻R2上可建立一參考比較電壓VI,當正常充電 時，電壓比較器30的輸出為低電平，此時閾值可變器50中的M4 導通，輸出的閾值電壓Vref等於低壓限值(R4上的端電壓，可設
10 為Vrefl )。 VI和Vref接入電壓比較器30的兩個輸入端，當輸入電 壓VDD減小時，VI同時減小。如果VKVrefl時，電壓比4交器30 輸出高電平，經反相器60後變為低電平，該低電平加到電子開關 70中M7的柵4及，M7截止，切斷充電電壓々齎入後級的通3各。同時， 反相器60輸出的低電平加在閾值可變器50中的M4的柵極，M4
15 截止，閾值Vref升高為基準電壓(可設為Vref2)，此時VI更是遠 小於Vref2。 4氐壓^f呆護後，當llr入電壓VDD升高，R2上的電壓V1 同時升高。當Vl〉Vref2時，電壓比較器30輸出由高電平變為低電 平，經反相器60後變為高電平，高電平加到電子開關70中M7的 柵極，M7導通，接通充電電壓饋入後級的通路。同時反相器60輸
20 出的高電平加在閾值可變器50中的M4的4冊才及，M4導通，閾值Vref 降低為低壓限值(可設為Vrefl)。閾值在低壓保護啟動和關閉過程 中的變值，保證了由於輸入電壓處於低壓限值臨界點時不會出現頻 繁動作。
由圖2可知，本實用新型可以經由電路參lt的改變簡單i也調整 25限壓、低壓保護機制啟動的條件與反應的速度，使本實用新型的充 電4氐壓保護電3各可廣泛應用於各種需要充電的電子裝置，舉例來講， 調整分壓電路R1和R2的阻值，改變分壓比，就可調整低壓保護機制的反應速度與敏感程度；調整電阻R3和R4的值，就可調整低壓 保護機制保護後恢復時的恢復限值；調整基準電壓的值，就可調整 低壓保護機制啟動的條件和敏感程度。在此強調的是，圖2僅為本 實用新型一實施例的示意圖，本實用新型於圖1中的充電4呆護電路 5 還可用其它種類的電i 各配置來實5見。
圖3示出了根據本實用新型另一實施例的充電低壓保護電路的 電子電路圖。其中，電子開關70是由一個PMOS管構成，其源極 與VDD連4妄，柵極接入反相器60的輸入端，漏才及為輸出。當柵才及 為低電平時，VouT輸出為高電平；當柵極輸入為高電平時，PMOS 10 管M7截止，VouT輸出為低電平。其餘部分與以上對圖2的描述類 似，在此不再贅述。
圖。參考圖4 (同時參考圖2),圖4是以圖2電^各配置的實際實施 例來示意本實用新型充電^f呆護電^各的運作情形，4黃軸為，lr入充電電 15 壓、縱軸為電子開關後級電路電流。當充電輸入電壓V低於某一限 值(如圖中4V)時，低壓保護啟動，電流輸出為0 (參考曲線51 ); 當輸入電壓V由低電壓升高時，高於某一限值(如圖中5V)時， 低壓保護停止，電流輸出500mA (參考曲線51 )。從而，實現了本 實用新型的低壓保護。
20 由以上描述可知，在本實用新型的充電<氐壓<呆護電3各中，能在
充電電壓低於額定值時切斷充電電壓的々貴入；而當充電電壓升高到 額定電壓內，並且要遠高於低壓限值時，充電電壓才能饋入後級電 路。這就實現了低壓進行保護，而充電電壓在低壓限值附近波動時， 電路同樣起到保護作用，避免因充電電壓在限值附近波動時導致保
25 護電路頻繁動作。這也使得本實用新型能容易地實現高敏感度、反 應迅速同時能可靠工作的低壓保護機制。只要改變低壓保護電路的 設計參數，就可改變其啟動和恢復的時機和條件，進而調整低壓保護機制的敏感度。諸如無線手持機、數位相機、MP3等手機終端可
以具有該充電{氐壓4呆護電路，乂人而更好:Mk/f呆護其內部電路。
以上^f又為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用 新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和
5變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同 替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種充電低壓保護電路，其特徵在於，所述充電低壓保護電路包括分壓器，其輸入端連接至電源電壓，用於接收輸入電壓，其輸出端，連接至電壓比較器的第一輸入端，用於按照分壓比向所述電壓比較器提供電壓；閾值可變器，其輸出端連接至所述電壓比較器的第二輸入端，用於向所述電壓比較器提供閾值電壓；所述電壓比較器，其輸出端連接至反相器的輸入端，用於對從所述分壓器輸入的電壓和從所述閾值可變器輸入的閾值電壓進行比較，所述電壓比較器用以在所述分壓器輸入的所述電壓小於從所述閾值可變器輸入的所述閾值電壓時，輸出第一信號；反相器，其與電子開關的控制端連接，其輸出端連接至所述閾值可變器的第一輸入端，用於對所述第一信號進行反相以輸出第二信號，從而使所述電子開關斷開；以及所述電子開關，其輸入端連接至所述電源電壓，其輸出端連接至待充電裝置，用於根據所述第二信號來切斷與所述待充電裝置的連接。
2. 根據權利要求1所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，還包 括電流源，其輸入端連接至所述電源電壓，以及輸出端連接 至所述閾值可變器的第二輸入端，用於保證所述閾值可變器在 電壓波動時輸出的閾值電壓穩定；以及基準電壓源，其輸出端連接至所述閾值可變器的第三輸入 端，用於向所述閾值可變器提供恆定的基準電壓。
3. 根據權利要求2所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，所述限值電壓，所述恢復工作限值電壓為所述基準電壓。
4. 根據權利要求1所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，所述 電壓比較器的第 一輸入端為負端，所述電壓比較器的第二輸入 端為正端。
5. 根據權利要求1所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，所述 電壓比4交器用以在所述分壓器輸入的所述電壓大於/人所述閾 值可變器輸入的所述閾值電壓時，輸出所述第二信號。
6. 根據權利要求5所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，所述 第一信號為高電平，所述第二信號為低電平。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的充電低壓保護電路，其特 ^正在於，所述分壓器包含兩個或兩個以上串聯連4妄的電阻。
8. 根據權利要求2或3所述的充電低壓保護電路，其特徵在於， 所述閾值可變器包括第一PMOS管，其源才及連4妄至所述電流源的所述輸出端， 柵極連接至所述基準電壓源，以及漏極連接至第一 NMOS管 的漏才及；所述第一 NMOS管，其漏極連接至所述第一 PMOS管的 漏才及，源招j妄:t也，以及所述第一 NMOS管的棚4及與漏才及相連；第二 NMOS管，其柵極連接至所述第一 NMOS管的柵極， 以及源糹及4^地；第三NMOS管，其源極連接至所述第二 NMOS管的漏極， 柵極連接至所述反相器的輸出端；第一電阻，與第二電阻串聯，並且其另一端連接至所述基 〉,電壓源；以及第二電阻，與所述第一電阻串聯，以及其另一端4妄至所述 第三NMOS管的漏才及，其中，所述第一電阻和所述第二電阻 相連的一端連接至所述電壓比較器的第二輸入端。
9. 根據權利要求8所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，所述 反相器包括第二PMOS管，其源極連接至所述電源電壓；以及第四NMOS管，其漏極連接至所述第二PMOS管的漏極 和所述第三NMOS管的4冊才及，柵—及連衝妄至所述第二 PMOS管 的才冊4及，以及源4及4妄地。
10. 根據權利要求9所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，所述 電子開關包4舌第五NMOS管，其漏極連4妻至所述電源電壓， 柵極連接至所述第四NMOS管的漏極，以及源極連接至所述 待充電裝置。
11. 根據權利要求9所述的充電低壓保護電路，其特徵在於，所述 電子開關包括第三PMOS管，其源極連接至所述電源電壓， 柵極連接至所述第四NMOS管的柵極，以及漏極連接至所述 待充電裝置。
12. —種手持終端，其特徵在於，包括權利要求1至11中任一項 所述的充電〗氐壓保護電路。
專利摘要本實用新型公開了充電低壓保護電路，包括分壓器，其輸入端連接至電源電壓，其輸出端連接至電壓比較器的第一輸入端；閾值可變器，其輸出端連接至電壓比較器的第二輸入端，用於向電壓比較器提供閾值電壓；電壓比較器，其輸出端連接至反相器的輸入端；反相器，其與電子開關的控制端相連，其輸出端連接至閾值可變器的第一輸入端；以及電子開關，其輸入端連接至電源電壓，其輸出端連接至待充電裝置。通過本實用新型，可在電路上充分調整各種器件的參數(例如，分壓電路分壓比、基準電壓值、電阻值、電流源電流值等)，並可普遍適用於各種需要充電的電子裝置，從而在各種電子裝置中實現完善的低壓保護。
文檔編號H02H3/24GK201146368SQ20072018212
公開日2008年11月5日 申請日期2007年10月26日 優先權日2007年10月26日
發明者張宏偉 申請人:中興通訊股份有限公司