一種鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統的製作方法

2023-10-08 00:23:44

專利名稱：一種鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體集成電路的電源系統，特別涉及一種鋰電池充電器和直流 穩壓電源集成電路系統。
背景技術：
隨著手機、MP3和MP4等以電池為電源的器件的廣泛使用，對於該些手提裝置的電 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;而手提裝置的數據傳輸和信號控制通常要求高於該鋰電池輸出電壓的、穩定的電 源電壓。因此，許多生產商往往獨立設置有一個電池充電器、一個電壓轉換和穩壓器，分別 實現為手提裝置的鋰電池充電，和提供高於電池電壓的穩壓電源功能。如圖1所示，是現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，並分別連接至線性控制模塊11及電晶體Ml。鋰電池12正極在電池端VBAT與電晶體 Ml連接，並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 來控制電晶體Ml導通，並對電晶體Ml進行電流檢測，以此實現對鋰電池12的充電。此時， 鋰電池12可直接為連接的負載提供電功率，或是通過轉換器為負載提供高於或低於電池 電壓的電功率。如圖2所示，是現有一種電荷泵穩壓電源裝置，其可與圖1中線性充電器連接作為 直流電壓轉換和穩壓器。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獲得高於 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，驅動 電晶體Ml調整壓降，因而能在電容和負載RL上獲得高於電池端VBAT電池電壓的直流穩壓 源。上述電荷泵穩壓電源裝置中，線性控制模塊23和電晶體Ml可以由低壓差線性穩 壓器(LDO)實現。另外，由電荷泵控制模塊22切換，可以在輸出端VOUT獲得高於電池電壓 1. 5倍或2倍的輸出電壓，因而被廣泛應用於手機白光碟機動器中。然而，上述通過電池充電器與電壓轉換穩壓器連接，分別為電池充電及提供高於 電池電壓的穩壓電源的系統設計，需要設置較多的附加電路和分立元件，電路結構複雜，同 時增加了系統成本和體積，因而不能很好地適用於手提裝置。

發明內容
本發明的目的是提供一種鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，能夠實現 電池充電和電壓升降壓的轉換，減少附加電路和分立元件，從而簡化系統結構，減少系統成 本和體積。為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種鋰電池充電器和直流穩壓電源 集成電路系統，包含反饋控制模塊，以及分別與反饋控制模塊連接的邏輯控制模塊、電荷泵控制模塊和線性控制模塊；由所述邏輯控制模塊檢測的充電/電壓轉換信號控制，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於充電或電壓轉換狀態。所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，還設置有第一引腳端VIO和 第二引腳端VBAT ；所述第一引腳端VI0，在充電或電壓轉換狀態下，分別與外部電源或負載 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。所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，還包含電晶體，其設置在所 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有連接引線與所述電晶體連接，從所述電晶體獲取電流檢 測的數據。所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，還包含串聯的分壓電阻R1、 R2 ；所述分壓電阻Rl還與第一引腳端VIO連接，並在與分壓電阻R2的串聯節點與線性控制 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倍數可調的；通過調整該開關倍數，使所述電荷泵控 制模塊的輸出電壓等於、高於或低於其輸入電壓，並為該輸入電壓的相應倍數，以使所述電 荷泵控制模塊分別工作在充電、升壓或降壓轉換的不同狀態。當所述邏輯控制模塊檢測到充電信號時，調整開關倍數使所述電荷泵控制模塊工 作在充電狀態；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電晶體導通程度，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上鋰電池進行線性充電。當所述邏輯控制模塊檢測到電壓轉換信號時，所述反饋控制模塊選擇將第一引腳 端VIO上外部負載的電壓反饋輸出至線性控制模塊、電荷泵控制模塊；調整開關倍數使在 所述電荷泵控制模塊獲得第二引腳端VBAT上電池電壓相應倍數的、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 所述外部負載的電壓反饋一起，驅動所述電晶體調整壓降，進行穩壓。本發明鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，與現有技術相比，其優點在 於本發明通過電荷泵控制模塊設置1倍開關模式進行充電，或設置(1. 5倍)2倍或 0. 5倍開關模式進行升降壓；由邏輯控制模塊檢測充電/電壓轉換信號，驅動反饋控制模塊 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的鋰電池進行線性充電；或是由 線性控制模塊控制電晶體形成的低壓差線性穩壓器(LDO)進行穩壓，相應在與第一引腳端 VIO獲得高於或低於電池電壓的直流穩壓源。可見，本發明實現了對鋰電池充電器、直流升 降壓轉換和穩壓器的集成，有效減少了附加電路和分立元件的設置，簡化了系統的複雜度， 因而能夠縮小系統體積，減少系統成本和封裝測試費用。


圖1是現有線性充電器的電路結構示意圖2是現有電荷泵穩壓電源裝置的電路結構示意圖；圖3是本發明鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合

本發明的具體實施方式
，附圖中實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，本發明鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，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。該集成電路系統設置有第二引腳端VBAT與鋰電池12的正極連接；還設置有第一 引腳端VI0，在充電或電壓轉換狀態下，分別與外部電源或負載連接。其中，第一引腳端VIO與電晶體43連接，並通過串聯的分壓電阻Rl、R2與線性控 制模塊46連接。該線性控制模塊46與電晶體43的控制端連接，並另設有連接引線，從晶 體管43獲取電流檢測的數據。該電晶體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和電晶體43 可以由低壓差線性穩壓器(LDO)實現。由邏輯控制模塊49檢測到的充電/電壓轉換信號，控制反饋控制模塊48處在充 電或電壓轉換的工作狀態下，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驅動電荷泵控制模塊42改變開關倍數，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，以滿足系統充電 或升壓、降壓轉換的不同狀態。具體地，當本發明集成電路系統工作在線性充電模式下時，邏輯控制模塊49的充 電信號處於高電位，驅動反饋控制模塊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分壓後作為線性控制模塊46的工作電源。令電荷泵控制模塊42處於1倍開關模式，此時，整個系統構成與圖1類似的線性 充電器結構。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，以及對晶體 管43進行的電流檢測，來控制電晶體43的導通程度，以此實現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。當本系統工作在電壓轉換模式下時，邏輯控制模塊49的電壓轉換信號置於高電 位，驅動反饋控制模塊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與外部負載連接作為電壓反饋端，構成與圖2類似的電荷泵穩壓電源裝置。此時，第一引腳端VIO通過分壓電阻R1、R2，將負載上的電壓反饋輸出至線性控制 模塊46 ；再經由反饋控制模塊48將該負載的電壓反饋輸出至電荷泵控制模塊42。根據不同需要，若將電荷泵控制模塊42設置在1.5倍或2倍開關模式，此時，本發 明集成電路系統工作在升壓轉換狀態。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與電晶體43連接的輸出端上對應獲得1. 5倍或2 倍於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載的反饋電壓控制，驅動電晶體43調整壓降， 為該輸出電壓穩壓，使與第一引腳端VIO連接的負載上能獲得高於第二引腳端VBAT上電池 電壓的直流穩壓源。若將電荷泵控制模塊42設置在0. 5倍開關模式，此時，本發明集成電路系統工作 在降壓轉換狀態，其具有與上述升壓轉換狀態相同的工作流程，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驅動電晶體43進行穩壓，因而能在與第一引 腳端VIO連接的負載上獲得第二引腳端VBAT上電池電壓一半的直流穩壓源。另外，在一些實施例中，上述構成低壓差線性穩壓器(LDO)的線性控制模塊46和 電晶體43還可以設置在所述電荷泵控制模塊42與鋰電池12之間，來減少對電晶體43的 高電壓疲勞損害。綜上所述，本發明通過電荷泵控制模塊42設置1倍開關模式進行充電，或設置 (1. 5倍)2倍或0. 5倍開關模式進行升降壓；由邏輯控制模塊49檢測充電/電壓轉換信號， 驅動反饋控制模塊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，由其控制電晶體43導通，從第一引腳端VIO的外接電源向第二引腳端VBAT的 鋰電池12進行線性充電；或是由線性控制模塊46控制電晶體43形成的低壓差線性穩壓 器(LDO)進行穩壓，相應在與第一引腳端VIO獲得高於或低於電池電壓的直流穩壓源。可 見，本發明實現了對鋰電池充電器、直流升降壓轉換和穩壓器的集成，有效減少了附加電路 和分立元件的設置，簡化了系統的複雜度，因而能夠縮小系統體積，減少系統成本和封裝測 試費用。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
一種鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，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)；由所述邏輯控制模塊(49)檢測的充電/電壓轉換信號控制，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)工作於充電或電壓轉換狀態。
2.如權利要求1所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，還 設置有第一引腳端VIO和第二引腳端VBAT ；所述第一引腳端VI0，在充電或電壓轉換狀態 下，分別與外部電源或負載連接；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。
3.如權利要求2所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，還 包含電晶體(43)，其設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.如權利要求3所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，所 述線性控制模塊(46)還設有連接引線與所述電晶體(43)連接，從所述電晶體(43)獲取電 流檢測的數據。
5.如權利要求3所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，還 包含串聯的分壓電阻R1、R2 ；所述分壓電阻Rl還與第一引腳端VIO連接，並在與分壓電阻 R2的串聯節點與線性控制模塊(46)連接；所述分壓電阻R2還與地連接。
6.如權利要求5所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，所 述電荷泵控制模塊(42)是開關倍數可調的；通過調整該開關倍數，使所述電荷泵控制模塊 (42)的輸出電壓等於、高於或低於其輸入電壓，並為該輸入電壓的相應倍數，以使所述電荷 泵控制模塊(42)分別工作在充電、升壓或降壓轉換的不同狀態。
7.如權利要求6所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，當 所述邏輯控制模塊(49)檢測到充電信號時，調整開關倍數使所述電荷泵控制模塊(42)工 作在充電狀態；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)控制電晶體(43)導通程度，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)進行線性充電。
8.如權利要求6所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，當 所述邏輯控制模塊(49)檢測到電壓轉換信號時，所述反饋控制模塊(48)選擇將第一引腳 端VIO上外部負載的電壓反饋輸出至線性控制模塊(46)、電荷泵控制模塊(42)；調整開關 倍數使在所述電荷泵控制模塊(42)獲得第二引腳端VBAT上電池電壓相應倍數的、升壓或 降壓的輸出電壓。
9.如權利要求8所述的鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，其特徵在於，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 來自所述外部負載的電壓反饋一起，驅動所述電晶體(43)調整壓降，進行穩壓。
全文摘要
一種鋰電池充電器和直流穩壓電源集成電路系統，將電荷泵控制模塊設置1倍開關模式進行充電，或設置(1.5倍)2倍或0.5倍進行升降壓；由邏輯控制模塊檢測充電/電壓轉換信號，驅動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，由其控制電晶體導通，從第一引腳端的外接電源向第二引腳端的鋰電池進行線性充電；或是由線性控制模塊控制電晶體形成的低壓差線性穩壓器進行穩壓，相應在與第一引腳端獲得高於或低於電池電壓的直流穩壓源。本發明實現了對鋰電池充電器、直流升降壓轉換和穩壓器的集成，有效減少了附加電路和分立元件的設置，簡化了系統的複雜度，因而能夠縮小系統體積，減少系統成本和封裝測試費用。
文檔編號H02M3/07GK101950993SQ20101025674
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月19日 優先權日2010年8月19日
發明者張洪, 楊清, 範仁永 申請人:美凌微電子(上海)有限公司