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1、10申请公布号CN104124868A43申请公布日20141029CN104124868A21申请号201310151374922申请日20130427H02M3/15520060171申请人启攀微电子（上海）有限公司地址201103上海市闵行区宜山路1618号D栋4楼72发明人王传芳冯之因林少波74专利代理机构上海华工专利事务所普通合伙31104代理人应云平54发明名称升压降压共用控制电路57摘要一种升压降压共用控制电路，涉及电源管理技术领域，所解决的是现有技术成本高且控制复杂的技术问题。该电路包括升降压公用电感、升降压管理环路、第一端脚、第二端脚；所述升降压管理环路包括第一管理开关管、第。
2、二管理开关管，及用于控制两个管理开关管交替导通的脉冲信号发生器；所述升降压公用电感的第一公用端接到第一端脚，升降压公用电感的第二公用端经第一管理开关管接到第二端脚，并经第二管理开关管接到地；所述第一管理开关管及第二管理开关管的控制端分别接到脉冲信号发生器的脉冲信号输出端。本发明提供的电路，特别适用于带有充电电池的手持设备。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页10申请公布号CN104124868ACN104124868A1/2页21一种升压降压共用控制电路，其特征在于包括升降压公用电感、升降压管理环路、第一。
3、端脚、第二端脚；所述升降压公用电感的两端分别为第一公用端，第二公用端；所述升降压管理环路包括三角波发生器、模式切换模块、管理环路误差放大器、PWM控制比较器，及两个管理开关管，用于控制两个管理开关管交替导通的脉冲信号发生器，所述两个管理开关管分别为第一管理开关管、第二管理开关管；所述升降压公用电感的第一公用端接到第一端脚，升降压公用电感的第二公用端经第一管理开关管接到第二端脚，并经第二管理开关管接到地；所述第一管理开关管及第二管理开关管的控制端分别接到脉冲信号发生器的脉冲信号输出端；所述管理环路误差放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端为反馈信号输入端；所述PWM控制比较器的一个输入端接管。
4、理环路误差放大器的输出端，另一个输入端接三角波发生器的三角波信号输出端，PWM控制比较器的输出端接到脉冲信号发生器的控制信号输入端；所述模式切换模块包括第一切换开关管、第二切换开关管；所述第二端脚经分压电阻接第一切换开关管到管理环路误差放大器的反馈信号输入端，并依次经一轻载模式反馈分压控制开关、一反馈调配电阻接第一切换开关管到管理环路误差放大器的反馈信号输入端；所述升降压公用电感的第一公用端经分压电阻接第二切换开关管到管理环路误差放大器的反馈信号输入端。2根据权利要求1所述的升压降压共用控制电路，其特征在于所述升降压管理环路还包括用于控制第一切换开关管、第二切换开关管交替导通的模式检测模块；所。
5、述模式检测模块包括轻载检测比较器、端口电压检测比较器、模式检测与门；所述轻载检测比较器的一个输入端接升降压公用电感的第一公用端，另一个输入端经分压电阻接到第一端脚；所述端口电压检测比较器的一个输入端接参考电压，另一个输入端经分压电阻接到第二端脚；所述模式检测与门的一个输入端接到BOOST轻载模式反馈分压控制开关的控制端，并经一计时模块接到轻载检测比较器的输出端，模式检测与门的另一个输入端接到端口电压检测比较器的输出端，模式检测与门的输出端经另一计时模块接到第二切换开关管的控制端，并经一反向器接到第一切换开关管的控制端。3根据权利要求1或2所述的升压降压共用控制电路，其特征在于还包括充电管理回路。
6、，所述充电管理回路包括主环路充电驱动管、镜像驱动管、充电电流控制开关管、充电环路误差放大器、第一充电控制开关、第二充电控制开关；所述升降压公用电感的第一公用端通过主环路充电驱动管接到第一端脚，并依次接镜像驱动管、充电电流控制开关管到地；所述充电环路误差放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端经分压电阻接到第一端脚，充电环路误差放大器的输出端接到充电电流控制开关管的控制端；权利要求书CN104124868A2/2页3所述主环路充电驱动管的控制端接第一充电控制开关到地，并经第二充电控制开关接充电电流控制开关管到地；所述镜像驱动管的控制端接充电电流控制开关管接到地。权利要求书CN104124868。
7、A1/6页4升压降压共用控制电路技术领域0001本发明涉及电源管理技术，特别是涉及一种升压降压共用控制电路的技术。背景技术0002在手持设备中通常采用锂电池供电，电池电压工作范围在33V至42V之间，而很多应用环境都要求提供5V的电源，这时候就需采用升压技术将锂电池的电压提升到5V电压输出。也有很多应用要求在输入5V的情况下提供低电压输出，例如锂电池的大电流充电技术就要求采用开关充电架构，将输入的5V降压后再提供给锂电池充电，这样即可以解决因为电源管理芯片过热导致的充电电流限制瓶颈。为了解决上述问题，现有的方案是采用开关升压输出电路、开关降压输出电路。0003图2为现有的开关升压输出电路，该电。
8、路利用误差放大器106引入输出端VUSB的反馈电压信号，误差放大器106的输出引入PWM比较器105的一输入端，电感电流采样模块103的输出同三角波信号一起进入PWM比较器105的另外一个输入端，由PWM比较器输出PWM控制信号来控制两个电流通路开关管101、102交替通断，电流通路开关管101截止时，电流通路开关管102导通，此时升压电感L11储能，电流通路开关管101导通时，电流通路开关管102截止，此时升压电感L11与电路输入端VIN的电池一起向电路输出端VUSB供电，从而实现升压输出。0004图3为现有的开关降压输出电路，该电路利用误差放大器206引入输出端口VOUT的反馈电压信号，误。
9、差放大器206的输出引入PWM比较器205的一输入端，电感电流采样模块203的输出同三角波信号一起进入PWM比较器205的另外一个输入端，由PWM比较器输出PWM控制信号来控制两个电流通路开关管201、202交替通断，电流通路开关管201导通时，电流通路开关管202截止，此时降压电感L22储能，电流通路开关管201截止时，电流通路开关管202导通，此时降压电感L22单独向电路输出端VOUT供电，从而实现降压输出。0005由此可见，图2、图3所示的开关升压输出电路及开关降压输出电路的系统控制环路基本结构类似，区别在于电流流过电感的方向不同。0006图4为现有锂电池开关充电电路，该电路采用了图3所。
10、示的开关降压输出电路301结合，电池线性充电管理电路302，实现电源端VUSB降压输出，为电池端VBAT的充电电池充电。0007现有手持设备中，为了实现升压输出供电、降压充电，都采用了图5所示的升降压控制电路结构，在这种升降压控制电路结构中，开关升压输出电路BOOST、开关降压输出电路BUCK、电池线性充电管理电路CHARGE都是相互独立的，电池端VBAT通过开关升压输出电路BOOST向负载端VOUT升压供电，电源端VUSB通过开关降压输出电路BUCK、电池线性充电管理电路CHARGE向电池端VBAT供电，因此这种升降压控制电路结构中所采用的元器件较多，电路成本也相对较高，控制也相对复杂。发明。
11、内容说明书CN104124868A2/6页50008针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低，控制简单的升压降压共用控制电路。0009为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种升压降压共用控制电路，其特征在于包括升降压公用电感、升降压管理环路、第一端脚、第二端脚；0010所述升降压公用电感的两端分别为第一公用端，第二公用端；0011所述升降压管理环路包括三角波发生器、模式切换模块、管理环路误差放大器、PWM控制比较器，及两个管理开关管，用于控制两个管理开关管交替导通的脉冲信号发生器，所述两个管理开关管分别为第一管理开关管、第二管理开关管；0012所述升降压公用电感的。
12、第一公用端接到第一端脚，升降压公用电感的第二公用端经第一管理开关管接到第二端脚，并经第二管理开关管接到地；0013所述第一管理开关管及第二管理开关管的控制端分别接到脉冲信号发生器的脉冲信号输出端；0014所述管理环路误差放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端为反馈信号输入端；0015所述PWM控制比较器的一个输入端接管理环路误差放大器的输出端，另一个输入端接三角波发生器的三角波信号输出端，PWM控制比较器的输出端接到脉冲信号发生器的控制信号输入端；0016所述模式切换模块包括第一切换开关管、第二切换开关管；0017所述第二端脚经分压电阻接第一切换开关管到管理环路误差放大器的反馈信号输入端，。
13、并依次经一轻载模式反馈分压控制开关、一反馈调配电阻接第一切换开关管到管理环路误差放大器的反馈信号输入端；0018所述升降压公用电感的第一公用端经分压电阻接第二切换开关管到管理环路误差放大器的反馈信号输入端。0019进一步的，所述升降压管理环路还包括用于控制第一切换开关管、第二切换开关管交替导通的模式检测模块；0020所述模式检测模块包括轻载检测比较器、端口电压检测比较器、模式检测与门；0021所述轻载检测比较器的一个输入端接升降压公用电感的第一公用端，另一个输入端经分压电阻接到第一端脚；0022所述端口电压检测比较器的一个输入端接参考电压，另一个输入端经分压电阻接到第二端脚；0023所述模式检。
14、测与门的一个输入端接到BOOST轻载模式反馈分压控制开关的控制端，并经一计时模块接到轻载检测比较器的输出端，模式检测与门的另一个输入端接到端口电压检测比较器的输出端，模式检测与门的输出端经另一计时模块接到第二切换开关管的控制端，并经一反向器接到第一切换开关管的控制端。0024进一步的，还包括充电管理回路，所述充电管理回路包括主环路充电驱动管、镜像驱动管、充电电流控制开关管、充电环路误差放大器、第一充电控制开关、第二充电控制开关；0025所述升降压公用电感的第一公用端通过主环路充电驱动管接到第一端脚，并依次接镜像驱动管、充电电流控制开关管到地；说明书CN104124868A3/6页60026所述。
15、充电环路误差放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端经分压电阻接到第一端脚，充电环路误差放大器的输出端接到充电电流控制开关管的控制端；0027所述主环路充电驱动管的控制端接第一充电控制开关到地，并经第二充电控制开关接充电电流控制开关管到地；0028所述镜像驱动管的控制端接充电电流控制开关管接到地。0029本发明提供的升压降压共用控制电路，升压、降压共用同一个电感，并共用同一对开关管，利用脉冲信号发生器控制两个管理开关管交替导通来实现升压、降压控制，在升压模式下可利用第二端脚的反馈电压结合三角波信号来控制脉冲信号发生器的输出信号，在降压模式下可利用升降压公用电感第一公用端的反馈电压结合三角波信。
16、号来控制脉冲信号发生器的输出信号，进而分别控制两个管理开关管在升压模式及降压模式下的导通时序，具有成本低，控制简单的特点。附图说明0030图1是本发明实施例的升压降压共用控制电路的电路结构示意图；0031图2是现有开关升压输出电路的电路结构示意图；0032图3是现有开关降压输出电路的电路结构示意图；0033图4是现有现有锂电池开关充电电路的电路结构示意图；0034图5是现有升降压控制电路的电路结构示意图；0035图6是本发明实施例的升压降压共用控制电路中的模式检测模块的工作原理示意图；0036图7是本发明实施例的升压降压共用控制电路中的模式检测模块的电路结构示意图。具体实施方式0037以下结合。
17、附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。0038如图1所示，本发明实施例所提供的一种升压降压共用控制电路，其特征在于包括升降压公用电感503、升降压管理环路501、第一端脚VBAT、第二端脚VUSB；0039所述升降压公用电感503的两端分别为第一公用端VB，第二公用端SW；0040所述升降压公用电感503的第一公用端VB经一放电电容C1接到地，所述第二端脚VUSB经另一放电电容C2接到地；0041所述升降压管理环路501包括三角波发生器RAMP、模式检测模块504、模式切换模块、管理环路误差放大器。
18、EA01、PWM控制比较器EA02，及两个管理开关管，用于控制两个管理开关管交替导通的脉冲信号发生器U500，所述两个管理开关管分别为第一管理开关管511、第二管理开关管512；0042所述管理环路误差放大器EA01的一个输入端接参考电压VREF，另一个输入端为反馈信号输入端；0043所述PWM控制比较器EA02的一个输入端接管理环路误差放大器EA01的输出端，另一个输入端接三角波发生器RAMP的三角波信号输出端，PWM控制比较器EA02的输出端说明书CN104124868A4/6页7接到脉冲信号发生器U500的控制信号输入端；0044所述升降压公用电感503的第一公用端VB接到第一端脚VBA。
19、T，升降压公用电感503的第二公用端SW经第一管理开关管511接到第二端脚VUSB，并经第二管理开关管512接到地；0045所述第一管理开关管511及第二管理开关管512的控制端分别接到脉冲信号发生器U500的脉冲信号输出端；0046所述模式切换模块包括第一切换开关管521、第二切换开关管522；0047所述第二端脚VUSB经分压电阻接第一切换开关管521到管理环路误差放大器EA01的反馈信号输入端，并依次经一轻载模式反馈分压控制开关523、一反馈调配电阻接第一切换开关管521到管理环路误差放大器EA01的反馈信号输入端；0048所述升降压公用电感503的第一公用端VB经分压电阻接第二切换开关。
20、管522到管理环路误差放大器EA01的反馈信号输入端；0049所述模式检测模块504用于控制第一切换开关管、第二切换开关管交替导通；0050如图7所示，所述模式检测模块504包括轻载检测比较器701、端口电压检测比较器703、模式检测与门706；0051所述轻载检测比较器701的一个输入端接升降压公用电感503的第一公用端VB，另一个输入端经分压电阻接到第一端脚VBAT；0052所述端口电压检测比较器703的一个输入端接参考电压VREF，另一个输入端经分压电阻接到第二端脚VUSB；0053所述模式检测与门706的一个输入端接到BOOST轻载模式反馈分压控制开关523的控制端，并经一计时模块70。
21、2接到轻载检测比较器701的输出端，模式检测与门的另一个输入端接到端口电压检测比较器703的输出端，模式检测与门的输出端经另一计时模块704接到第二切换开关管522的控制端，并经一反向器接到第一切换开关管521的控制端。0054本发明实施例中，还包括充电管理回路502，所述充电管理回路包括主环路充电驱动管531、镜像驱动管532、充电电流控制开关管533、充电环路误差放大器EA03、第一充电控制开关534、第二充电控制开关535；0055所述升降压公用电感503的第一公用端VB通过主环路充电驱动管531接到第一端脚VBAT，并依次接镜像驱动管532、充电电流控制开关管533到地；0056所述充。
22、电环路误差放大器EA03的一个输入端接参考电压VREF，另一个输入端经分压电阻接到第一端脚VBAT，充电环路误差放大器EA03的输出端接到充电电流控制开关管533的控制端；0057所述主环路充电驱动管531的控制端接第一充电控制开关534到地，并经第二充电控制开关535接充电电流控制开关管533到地；0058所述镜像驱动管532的控制端接充电电流控制开关管533接到地。0059以下以电压工作范围在33V至42V之间的充电电池为例说明本发明实施例的工作原理（参见图6）0060将电压工作范围在33V至42V之间的充电电池接到第一端脚VBAT，由模式检测模块504控制电路工作模式，电路工作模式有三种。
23、，分别为BOOST（升压）标准模式、BOOST（升压）轻载模式、BUCK（降压）模式，在初始状态下，模式检测模块将电路工作模式设定为说明书CN104124868A5/6页8BOOST标准模式；0061在BOOST标准模式及BOOST轻载模式下，将第二充电控制开关535断开，第一充电控制开关534导通，使得主环路充电驱动管531导通，模式检测模块504从控制信号输出端输出低电平，使得第一切换开关管521导通，第二切换开关管522截止，此时管理环路误差放大器EA01接入第二端脚VUSB的反馈电压，配合三角波发生器RAMP输出的三角波信号控制脉冲信号发生器U500输出相应的脉冲信号，通过脉冲信号发生。
24、器U500控制两个管理开关管511、512交替导通；0062在BOOST标准模式及BOOST轻载模式下，第二管理开关管512导通时，第一管理开关管511截止，此时升降压公用电感503储存电能，第二管理开关管512截止时，第一管理开关管511导通，此时充电电池与升降压公用电感503一起向第二端脚VUSB侧供电，使得第二端脚VUSB的输出电压高于第一端脚VBAT处的输入电压，实现升压输出；0063在BOOST标准模式下，轻载模式反馈分压控制开关523关闭，此时第二端脚VUSB的输出电压为5V，此时无论是将第二端脚VUSB处的外挂负载去除，还是在第二端脚VUSB处接入一个有效的5V输入电源，第二端脚。
25、VUSB处的输出电流都会大幅降低，如果第二端脚VUSB处外接的输入电源可以支持负载供电，电路自身的BOOST供电需求就会大幅降低甚至发生电流反方向倒灌，电流通过主环路充电驱动管531在升降压公用电感503的第一公用端VB会产生低于第一端脚VBAT的电压压降，模式检测模块504实时采集流过主环路充电驱动管531的电流值，当模式检测模块中的轻载检测比较器701检测到该电压高于第一端脚VBAT经由分压电阻分压后的电压，且主环路充电驱动管531的电流持续一段时间都低于预先设定的轻载电流阈值，则将电路工作模式切换至BOOST轻载模式，并轻载模式反馈分压控制开关523导通以提高第二端脚VUSB的电阻分压反。
26、馈比例，进而控制脉冲信号发生器U500输出相应的脉冲信号，将第二端脚VUSB处的输出电压控制在45V；0064在BOOST轻载模式下，如果模式检测模块504中的轻载检测比较器701检测到主环路充电驱动管531两端电压高于预先设定的负载电压阈值，则表明流过主环路充电驱动管531的电流的增量高于预先设定的负载电流阈值，则表明第二端脚VUSB处有负载接入，模式检测模块504随即将电路工作模式切换至BOOST标准模式，此时控制轻载模式反馈分压控制开关523断开，将第二端脚VUSB处的输出电压由45V提高至5V；0065在BOOST轻载模式下，如果模式检测模块5044中的端口电压检测比较器703检测到第。
27、二端脚VUSB处的电压持续一段时间高于预先设定的BUCK电压阈值（比如465V），则表明第二端脚VUSB处有高于BUCK电压阈值的有效电源接入，模式检测模块504随即将电路工作模式切换至BUCK模式；0066在BUCK模式下，模式检测模块504从控制信号输出端输出高电平，使得第一切换开关管521截止，第二切换开关管522导通，此时管理环路误差放大器EA01接入升降压公用电感503第一公用端VB的反馈电压，配合三角波发生器RAMP输出的三角波信号控制脉冲信号发生器U500输出相应的脉冲信号，通过脉冲信号发生器U500控制两个管理开关管511、512交替导通；0067在BUCK模式下，第二管理开关。
28、管512截止时，第一管理开关管511导通，此时升降压公用电感503储蓄电能，第二管理开关管512导通时，第一管理开关管511截止，此时升降压公用电感503单独向升降压公用电感503的第一公用端VB侧供电，使得升降压公用电说明书CN104124868A6/6页9感503的第一公用端VB侧的输出电压低于第二端脚VUSB侧的输入电压，实现降压输出；0068在BUCK模式下，第二端脚VUSB处接有高于465V的有效电源，当该电源被移除后第二端脚VUSB处的电压会降低，如果模式检测模块504检测到第二端脚VUSB处的电压降低至预先设定的负载电压阈值（比如40V）以下后，模式检测模块504随即将电路工作模。
29、式切换至BOOST轻载模式，使得第二端脚VUSB处的输出电压回升至45V；0069对充电电池进行充电时，第二端脚VUSB处有高于BUCK电压阈值的有效电源接入，电路工作模式处于BUCK模式，此时将将第二充电控制开关535导通，第一充电控制开关534断开，使得主环路充电驱动管531、镜像驱动管532连接成为镜像匹配关系，充电环路误差放大器EA03的两个输入端分别接入第一端脚VBAT的电阻分压及参考电压VREF，充电环路误差放大器EA03的输出控制充电电流控制开关管533的栅极，控制流过充电电流控制开关管533的电流，该电流经过镜像驱动管532镜像到主环路充电驱动管531（即为第一端脚VBAT的实。
30、际充电电流），当第一端脚VBAT的分压高于参考电压时，充电环路误差放大器EA03的输出电压降低以减小流过充电电流控制开关管533的电流，流过主环路充电驱动管531的电流也随之同比例降低，当第一端脚VBAT的分压低于参考电压时，充电环路误差放大器EA03的输出电压提升以提升流过充电电流控制开关管533的电流，流过主环路充电驱动管531的电流也随之同比例提升，从而将第一端脚VBAT的充电电压控制在预先设定的充电电压范围内，实现对充电电池的充电。说明书CN104124868A1/4页10图1图2说明书附图CN104124868A102/4页11图3图4说明书附图CN104124868A113/4页12图5图6说明书附图CN104124868A124/4页13图7说明书附图CN104124868A13。