用于手机快充实现DC-DC恒流控制的电路结构的制作方法

用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构
技术领域
1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及电池续航技术领域，具体是指一种用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构。


背景技术：

2.随着智能手机的兴起，手机耗电量急剧上升，而现在的电池技术成为了电池续航时间的瓶颈，在没有办法彻底解决电池续航问题的时候，为用户提供更快的充电速度成了解决手机待机问题的有效方法，在这个大背景下，现在的手机快充技术越来越多的被手机厂商们使用和青睐。
3.目前的手机快充基本可分为ac-dc和dc-dc两种方式，其中ac-dc方式是指直接从市政电网取电，通过隔离变压器降压后，直接输出给手机端；而dc-dc方式是指从dc电源取电，或者从ac-dc的隔离变压器输出端取电，然后经过dc-dc升降压变换后，再输出给手机。
4.图1是一个应用在手机快充的dc-dc典型控制电路。它包含dc-dc控制单元、主电感l0，上分压电阻r1，下分压电阻r2，以及恒压快充控制单元，其中恒压快充控制单元主要是一个电流型的数模转换器。
5.当恒压快充控制单元不调压的时候，其输出电流为0，即它不对dc-dc输出电压产生影响，此时的输出电压vout完全由分压电阻r1、r2以及dc-dc控制单元决定。
6.当恒压快充控制单元介入调压时，它根据手机端请求的电压值对应编码cv_code，通过数模转换电路输出一个电流，这个电流可以是正电流也可以是负电流，电流施加在分压电阻r1和r2上，影响分压电阻的分压比，从而实现调节输出电压vout。
7.图2是带恒流输出功能的控制电路。相比图1，增加了恒流控制单元来采样输出电流，通过dc-dc控制单元实现恒流输出功能。


技术实现要素：

8.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种结构简单、适用范围较为广泛的用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构。
9.为了实现上述目的，本发明的用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构如下：
10.该用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括dc-dc控制单元、主电感、上分压电阻、下分压电阻、恒压快充控制模块、恒流控制模块和跨导放大器，所述的上分压电阻和下分压电阻组成上下分压电阻，所述的恒压快充控制模块的输出端与上下分压电阻的分压点相连，所述的跨导放大器的输入端与恒流控制模块的输出端相连，且同样与上下分压电阻的分压点相连，所述的上分压电阻连接在电压输出端vout和分压点之间，所述的下分压电阻连接在分压点和地之间，所述的主电感连接在dc-dc控制单元和电压输出端之间，用于提供能量，所述的dc-dc控制单元的fb端连接在上下分压电阻的分压点，采样输出电压；所述的dc-dc控制单元的sw端与主电感连接，用于控制输出能量。
11.较佳地，当所述的恒压快充控制模块和恒流控制模块都不起作用时，所述的电压输出端的输出电压vout由上分压电阻、下分压电阻和dc-dc控制单元的内部基准电压vref确定，具体为：
12.根据以下公式得到输出电压vout：
13.vout＝(r1 r2)/r2
×
vref；
14.其中，r1为上分压电阻，r2为下分压电阻，vref为dc-dc控制单元的内部基准电压。
15.较佳地，当所述的恒压快充控制模块起作用时，从上下分压电阻的分压点抽取一个与申请的电压值对应大小值的电流i
dac
，调节输出电压vout，具体为：
16.根据以下公式得到输出电压vout：
17.vout＝(r1 r2)/r2
×
vref i
dac
×
r1；
18.其中，r1为上分压电阻，r2为下分压电阻，vref为dc-dc控制单元的内部基准电压，i
dac
为上下分压电阻的分压点抽取的与申请的电压值对应大小值的电流值。
19.较佳地，当恒流控制模块起作用时，通过跨导放大器往上下分压电阻的分压点注入电流i
cc
，促使dc-dc控制单元往下调节输出电压vout，进而根据vout电压的降低而减小电流，使i
cc
减小，重新到达稳定状态以实现恒流控制。
20.较佳地，所述的恒流控制模块包括电流采样电阻、电流计算单元、电压型数模转换器以及误差放大器，所述的误差放大器的输出端与跨导放大器的输入端相连，所述的误差放大器的正相输入端与电压型数模转换器的输出端相连，所述的误差放大器的反相输入端与电流计算单元的输出端相连，所述的电流计算单元接在电流采样电阻r
cs
的两端。
21.较佳地，所述的电流采样电阻r
cs
用于检测输出电流，产生电流检测的差分信号并输入至电流计算单元，所述的电流计算单元根据v
csp
和v
csn
，计算得到表征输出电流的电压量，所述的恒流控制模块根据请求的电流值产生对应的电流编码，并由电压型数模转换器把所述的电流编码转换成对应的基准电压，所述的误差放大器将表征输出电流的电压量v
io
和恒流基准电压v
ref_cc
误差放大后再输出信号，所述的跨导放大器将输出信号转换成电流信号i
cc
注入到上下分压电阻的分压点。
22.较佳地，所述的恒流控制模块还包括电流选择单元、多个电流计算单元和多个电流采样电阻，所述的多个电流计算单元的输出端均与电流选择单元相连接，每个所述的电流采样电阻连接在对应的电流采样电阻的两端。
23.采用了本发明的用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构，将恒流控制电路放在输出级，与恒压快充控制电路一起在分压电阻上施加电流，来实现恒流功能。本发明可以在只用一个dc-dc控制器和一个主电感的情况下，实现多路输出功能，并且具有恒流输出功能，从而有效节省电路结构元器件、缩小系统体积，降低系统成本。
附图说明
24.图1为应用在手机快充的dc-dc典型控制电路示意图。
25.图2为应用在手机快充并且带有恒流输出功能的dc-dc典型控制电路示意图。
26.图3为本发明的用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构的示意图。
27.图4为本发明的用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构的实施例的电路示意图。
28.图5为本发明的用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构在多路输出系统中的应用示意图。
具体实施方式
29.为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
30.本发明的该用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构，其中包括dc-dc控制单元、主电感、上分压电阻、下分压电阻、恒压快充控制模块、恒流控制模块和跨导放大器，所述的上分压电阻和下分压电阻组成上下分压电阻，所述的恒压快充控制模块的输出端与上下分压电阻的分压点相连，所述的跨导放大器的输入端与恒流控制模块的输出端相连，且同样与上下分压电阻的分压点相连，所述的上分压电阻连接在电压输出端vout和分压点之间，所述的下分压电阻连接在分压点和地之间，所述的主电感连接在dc-dc控制单元和电压输出端之间，用于提供能量，所述的dc-dc控制单元的fb端连接在上下分压电阻的分压点，采样输出电压；所述的dc-dc控制单元的sw端与主电感连接，用于控制输出能量。
31.作为本发明的优选实施方式，当所述的恒压快充控制模块和恒流控制模块都不起作用时，所述的电压输出端的输出电压vout由上分压电阻、下分压电阻和dc-dc控制单元的内部基准电压vref确定，具体为：
32.根据以下公式得到输出电压vout：
33.vout＝(r1 r2)/r2
×
vref；
34.其中，r1为上分压电阻，r2为下分压电阻，vref为dc-dc控制单元的内部基准电压。
35.作为本发明的优选实施方式，当所述的恒压快充控制模块起作用时，从上下分压电阻的分压点抽取一个与申请的电压值对应大小值的电流i
dac
，调节输出电压vout，具体为：
36.根据以下公式得到输出电压vout：
37.vout＝(r1 r2)/r2
×
vref i
dac
×
r1；
38.其中，r1为上分压电阻，r2为下分压电阻，vref为dc-dc控制单元的内部基准电压，i
dac
为上下分压电阻的分压点抽取的与申请的电压值对应大小值的电流值。
39.作为本发明的优选实施方式，当恒流控制模块起作用时，通过跨导放大器往上下分压电阻的分压点注入电流i
cc
，促使dc-dc控制单元往下调节输出电压vout，进而根据vout电压的降低而减小电流，使i
cc
减小，重新到达稳定状态以实现恒流控制。
40.作为本发明的优选实施方式，所述的恒流控制模块包括电流采样电阻、电流计算单元、电压型数模转换器以及误差放大器，所述的误差放大器的输出端与跨导放大器的输入端相连，所述的误差放大器的正相输入端与电压型数模转换器的输出端相连，所述的误差放大器的反相输入端与电流计算单元的输出端相连，所述的电流计算单元接在电流采样电阻r
cs
的两端。
41.作为本发明的优选实施方式，所述的电流采样电阻r
cs
用于检测输出电流，产生电流检测的差分信号并输入至电流计算单元，所述的电流计算单元根据v
csp
和v
csn
，计算得到表征输出电流的电压量，所述的恒流控制模块根据请求的电流值产生对应的电流编码，并由电压型数模转换器把所述的电流编码转换成对应的基准电压，所述的误差放大器将表征
输出电流的电压量v
io
和恒流基准电压v
ref_cc
误差放大后再输出信号，所述的跨导放大器将输出信号转换成电流信号i
cc
注入到上下分压电阻的分压点。
42.作为本发明的优选实施方式，所述的恒流控制模块还包括电流选择单元、多个电流计算单元和多个电流采样电阻，所述的多个电流计算单元的输出端均与电流选择单元相连接，每个所述的电流采样电阻连接在对应的电流采样电阻的两端。
43.本发明的具体实施方式中，图3为本发明专利提出的恒流控制电路原理图。它包含dc-dc控制单元、主电感l0、上分压电阻r1、下分压电阻r2、恒压快充控制模块、恒流控制模块，以及跨导放大器gm组成。
44.所述恒压快充控制模块主要是一个电流型的数模转换器。其输出端连接到上下分压电阻的分压点。
45.所述跨导放大器gm输入端接恒流控制模块的输出端，输出端同样接到上下分压电阻的分压点。
46.所述上下分压电阻具有采样输出电压以及调节输出电压功能。其中上分压电阻r1连接在电压输出端vout和分压点之间；下分压电阻r2连接在分压点和gnd之间。
47.所述主电感l0连接在dc-dc控制单元和电压输出端vout之间，给电路结构提供能量。
48.所述dc-dc控制单元的fb端连接在上下分压电阻的分压点，采样输出电压；sw端连接在主电感l0，控制电路结构输出能量。
49.当恒压快充控制模块和恒流控制模块都不起作用时，电路结构输出电压vout完全由上下分压电阻以及dc-dc控制单元的内部基准vref确定，得到：
50.vout＝(r1 r2)/r2
×
vref。
51.当恒压快充模块起作用时，其根据手机端申请的电压值，通过电流型数模译码电路，从电阻分压点抽取一个对应大小值的电流i
dac
，这个电流可以是正电流也可以是负电流，从而调节输出电压vout。此时的vout电压为：
52.vout＝(r1 r2)/r2
×
vref i
dac
×
r1。
53.当恒流控制模块起作用时，即输出电流达到设定电流值时，其通过跨导放大器gm往电阻分压点注入一个电流i
cc
，促使dc-dc控制单元往下调节输出电压vout，此时手机会根据vout电压的降低而减小电流，从而i
cc
减小，电路结构重新到达一个稳定状态以实现恒流控制功能。
54.图4为本发明提出的恒流控制电路的一种实现电路图。恒流控制模块由电流采样电阻r
cs
、电流计算单元、电压型数模转换器以及误差放大器ea组成。
55.电流采样电阻r
cs
检测输出电流，产生电流检测的差分信号v
csp
和v
csn
，输入到电流计算单元。
56.电流计算单元根据v
csp
和v
csn
，计算得到表征输出电流的电压量v
io
。
57.同时，恒流控制模块会根据手机请求的电流值，产生对应的电流编码cc_code，再由电压型数模转换器vdac把这个编码转换成对应的基准电压v
ref_cc
。
58.误差放大器ea把表征输出电流的电压量v
io
和恒流基准电压v
ref_cc
，做误差放大后，输出信号v
comp_cc
。假设ea增益为g
ea
，则：
[0059]vcomp_cc
＝g
ea
×
(v
io
－v
ref_cc
)
[0060]
跨导放大器gm把v
comp_cc
信号转换成电流信号i
cc
注入到上下分压电阻的分压点。若跨导放大器的增益为gm，则：
[0061]icc
＝gm
×vcomp_cc
＝gm
×gea
×
(v
io
－v
ref_cc
)
[0062]
由于i
cc
电流的介入，打破了原来的稳定状态，继而dc-dc控制单元会往下调整输出电压vout，此时手机会根据vout电压的降低而减小电流，使得v
io
减小，导致v
comp_cc
降低，从而i
cc
减小，电路结构重新到达一个稳定状态，实现恒流输出控制。
[0063]
如图5所示，是本发明提出的恒流控制电路在多路输出系统中的一种应用。它能够实现仅用一个dc-dc控制电路和一个主电感的情况下，实现多路输出，并且各路具有恒流输出功能。
[0064]
系统在每一路输出都有电流采样电阻r
cs(n)
和恒流控制模块，各路检测到各自的电流检测的差分信号v
csp(n)
和v
csn(n)
，然后各路的恒流控制模块计算出各自的表征输出电流的电压量v
io(n)
。
[0065]
系统增加了一个电流选择模块，它根据某一个既定原则，从各个表征输出电流的电压量v
io(0)
～v
io(n)
中，选择出其中一个，记为v
io_sel
。然后系统根据v
io_sel
做输出恒流控制。
[0066]
这个电流选择模块的选择原则，推荐使用取最大值方案，即选择输出电流大的那个支路来控制恒流。
[0067]
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
[0068]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0069]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0070]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0071]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0072]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0073]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以
软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0074]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0075]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0076]
采用了本发明的用于手机快充实现dc-dc恒流控制的电路结构，将恒流控制电路放在输出级，与恒压快充控制电路一起在分压电阻上施加电流，来实现恒流功能。本发明可以在只用一个dc-dc控制器和一个主电感的情况下，实现多路输出功能，并且具有恒流输出功能，从而有效节省系统元器件、缩小系统体积，降低系统成本。
[0077]
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。