一种输入耐高压的升降压电路的制作方法

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1.本发明属于照明电路技术领域，涉及一种输入耐高压的升降压电路。

背景技术：

2.随着集成电路技术的不断发展，升降压的直流转换电源管理类产品得到广泛的发展和应用，实现了高效率的直流到直流电源转换，可以应用于各种电子类产品的使用环境及场合。
3.请参阅图1，图1所示为现有技术中升降压直流转换电路的连接示意图。如图1所示，控制芯片212共有5个端口vin、端口lx、端口bat、端口vout1及接地端gnd。其中，输入电容102的正极及usb电源端口usb port与端口vin连接，输入电容102的负极接地；储能电感104连接在端口lx和端口bat之间，电池旁路电容105连接在端口bat和接地端gnd之间；可充电电池106的正极连接在端口bat和接地端gnd之间；端口输出电容107和电池负载108并接在端口vout1和接地端gnd之间。
4.本领域技术人员清楚，在上述电路中，可以通过对端口vin的电压值来判断直流转换模式，例如，降压或升压的直流转换模式。具体地，通过端口mode模块401对端口vin进行电压值判断选择电源转换模式时，可以分为如下几种情况：
①
. 当vin≥4.7v时，usb port、端口vin、开关pmos晶体管404、续流nmos晶体管405、电感104形成了同步降压的架构，对电池106进行开关型充电，同时也对端口vout1的电池负载提供电源能量；
②
. 当4.5≤vin＜4.7v时同步降压不工作，端口vin仅给电池负载提供电源能量；
③
. 当vin＜4.5v时，开关nmos晶体管405、续流pmos晶体管404、储能电感104形成了同步升压的架构，对电池进行放电，给电池负载108提供电源能量。
5.然而，由于端口vin与端口vout1及pmos晶体管404均为直接连接，故无法实现路径管理，即当端口vin＜4.5v时，端口vin也为负载消耗升压输出的功率，且pmos晶体管404通常为低压5v管子，当端口vin≥6.5v时，该芯片的端口vin无法承受这样的高压。

技术实现要素：

6.为解决的上述技术问题，本发明提出一种输入耐高压的升降压电路，其利用源漏极耐高压的nmos晶体管把输入端与升降压部分隔离开，实现输入端耐高压及电源转换的路径管理。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种输入耐高压的升降压电路，包括升降压控制芯片、储能电感、可充电电池及负载；其特征在于，所述的升降压控制芯片包括输入高压隔离模块、升降压控制模块、电源端口vin、电感端口lx、充电端口bat、输出端口vout及接地端gnd；其中，所述端口vin接收电源的电压；所述储能电感连接在所述端口lx和所述端口bat之间，所述可充电电池的正极接在所述端口bat，所述可充电电池的负极连接地端gnd，所述负载连接在所述vout端口和接地
端gnd之间；所述升降压控制模块包括模式选择器，所述模式选择器用于根据所述电源端口vin的输入电压进行电源路径的管理选择；当vin≥v2时，在含有所述储能电感的回路中形成同步降压回路，对可充电电池进行开关型充电，同时也对所述负载提供电源能量；当v1≤vin＜v2时，所述同步降压回路不工作，所述电源端口vin仅给所述负载提供电源能量；当vin＜v1时，在含有所述储能电感的回路中形成同步升压回路，对所述可充电电池进行放电，给所述负载提供电源能量；其中，v1小于v2，所述升降压控制模块及负载的工作电压为v3，v3大于v2；当vin≥v4或vin＜v1时，所述输入高压隔离模块，用于将所述电源端口vin与所述升降压控制模块及所述输出端口vout隔离开；其中，v3＜v4。
8.进一步地，所述的高压隔离模块包括nmos隔离管、电源调整器及电荷泵；其中，所述nmos隔离管的漏极连接到所述端口vin，其源极连接到所述端口vout，其栅极连接到所述电荷泵的输出；所述电源调整器的输入连接到端口vin，其输出作为电源供给所述电荷泵；所述电荷泵的输入连接到所述电源调整器的输出，其输出连接到nmos隔离管的栅极。
9.进一步地，所述高压隔离模块包括电源调整器、栅极钳位齐纳二极管、pmos隔离管、第一衬底切换二极管和第二衬底切换二极管；其中，所述pmos隔离管的源极连接到端口vin，其漏极连接到端口vout，其栅极连接到所述电源调整器的输出节点enb；所述电源调整器的输入连接到端口vin，其输出连接到输出节点enb；所述栅极钳位齐纳二极管的阳极连接到输出节点enb，其阴极连接到pmos隔离管的源极；所述第一衬底切换二极管的阳极连接到端口vin，其阴极连接到所述pmos隔离管的衬底；所述第二衬底切换二极管的阳极连接到vout，其阴极连接到所述pmos隔离管的衬底。
10.进一步地，所述的所述升降压控制模块包括pmos管、nmos管、模式选择器、衬底选择器、升降压控制器；其中，pmos管的源极连接到vout，其漏极连接到lx，其栅极连接到升降压控制器的vpg输出端；nmos管的源极连接到地，其漏极连接到lx，其栅极连接到升降压控制器的vng输出端；模式选择器的输入连端连接到vin，其输出端连接到升降压控制器的输入端vmod；衬底选择器的两个输入端分别为vout及bat，输出端为vsub连接到升降压控制器的输入端；升降压控制器的4个输入分别为vout、vmod、vsub及bat，两个输出分别为vpg及vng。
11.进一步地，所述的v1为4.5伏，v2为4.7伏，v3为5伏和v4为6.5伏。
12.进一步地，所述的输入耐高压的升降压电路，其还包括输入电容，所述的第一电容连接在所述端口vin和接地端gnd之间。
13.进一步地，所述的输入耐高压的升降压电路，其还包括电池旁路电容，所述的电池旁路连接在所述可充电电池和接地端gnd之间。
14.进一步地，所述的输入耐高压的升降压电路，其还包括输出电容，所述的输出电容连接在所述负载的两端。
15.从上述技术方案可以看出，本发明的基于上述电路的一种输入耐高压的升降压电路，具有如下有益效果：
①
. 该升降压电路可以实现输入端耐高压；
②
. 该升降压电路通过精确的电源路径管理，提高该升降压电路的输出转换效果。
附图说明
16.图1所示为现有技术中升降压直流转换电路的连接示意图；图2所示为本发明实施例中输入耐高压的升降压电路示意图；图3所示为本发明实施例中输入高压隔离模块的示意图；图4所示为本发明实施例中电源路径管理的示意图。
17.元件标号说明101
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控制芯片102
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输入电容104
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储能电感105
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电池旁路电容106
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可充电电池107
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输出电容108
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负载201
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高压隔离模块202
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升降压控制模块301
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电源调整器302
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电荷泵303
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nmos隔离管401
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模式选择器402
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衬底选择器403
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升降压控制器404
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pmos晶体管405
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nmos晶体管。
具体实施方式
18.下面结合附图2-4，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
19.请参阅图2，图2所示为本发明实施例中输入耐高压的升降压电路示意图。如图所示，该输入耐高压的升降压电路，包括升降压控制芯片101、输入电容102、储能电感104、电池旁路电容105、可充电电池106、输出电容107及负载108。所述的升降压控制芯片101包括输入高压隔离模块201、升降压控制模块202、电源端口vin、电感端口lx、充电端口bat、输出端口vout及接地端gnd。
20.在本发明的实施例中，所述端口vin可以连接到一个充电器（例如，usb port）。所述端口lx连接到储能电感104一端，所述储能电感104的另一端连接到所述升降压控制芯片101的端口bat、电池旁路电容105的正极以及可充电电池106的正极；所述端口vout连接到输出电容107的正极以及负载108一端；所述端口gnd端连接到地；所述输入电容102的负极、电池旁路电容105的负极、可充电电池106的负极、输出电容107的负极及负载108的另一端均连接到接地端gnd。
21.其中，假设，升降压控制模块202及负载108为5v工作电压，当vin为高电压（例如：大于6.5伏）时，或者，vin为低电压（例如：小于4.5伏）时，输入高压隔离模块201把芯片端口
vin与升降压控制模块202及输出端口vout隔离开，即负载108仅接受可充电电池106的放电，这样，就不会损坏升降压控制模块202及连接到输出端口vout的负载108，并且，可充电电池106也可以避免给充电器（例如，usb port）倒充的情况。
22.具体地，在本发明的一个较佳实施例中，如图3所示，所述高压隔离模块201可以包括nmos隔离管303、电源调整器（reg/uvlo/ovp）301及电荷泵（pump）302。其中，nmos隔离管303的漏极连接到端口vin，其源极连接到输出端vout，其栅极连接到电荷泵302的输出；电源调整器301的输入连接到vin，其输出作为电源供给电荷泵302；电荷泵302的输入连接到电源调整器301的输出，其输出连接到nmos隔离管303的栅极。
23.在本发明的另一个较佳实施例中，如图4所示，所述高压隔离模块201也可以包括电源调整器304、栅极钳位齐纳二极管305、pmos隔离管306、第一衬底切换二极管307和第二衬底切换二极管308。其中，pmos隔离管306的源极连接到端口vin，其漏极连接到端口vout，其栅极连接到电源调整器的输出enb；电源调整器的输入连接到端口vin，输出为enb；栅极钳位齐纳二极管305的阳极连接到enb，其阴极连接到pmos隔离管的源极；第一衬底切换二极管307的阳极连接到端口vin，其阴极连接到pmos隔离管306的衬氏；第二衬底切换二极管308的阳极连接到端口vout，其阴极连接到pmos隔离管306的衬底。
24.需要说明的是，所述升降压控制模块202可以采用现有技术中的任何一种。例如，在本发明的实施例中，如图2所示，该升降压控制模块202可以包括pmos晶体管404、nmos晶体管405、模式选择器（mode）401、衬底选择器（sub）402和升降压控制器（buck-boost control）403。
25.其中，pmos晶体管404的源极连接到vout，其漏极连接到lx，其栅极连接到升降压控制器403的vpg输出端；nmos晶体管405的源极连接到地，其漏极连接到lx，其栅极连接到升降压控制器403的vng输出端；模式选择器401的输入连端连接到端口vin，其输出端连接到升降压控制器403的输入端vmod；衬底选择器402的两个输入端分别为端口vout及端口bat，输出端为vsub连接到升降压控制器403的输入端；升降压控制器403的4个输入分别为端口vout、端口vmod、端口vsub及端口bat，两个输出分别为端口vpg及端口vng。
26.在本实施例中，由于衬底选择器402对本发明的技术方案没有起到关联性的作用，在此不再赘述。
27.下面结合图2参照图3，对本发明的发明原理进行说明。在该实施例中，如图2所示，所述升降压控制模块202包括模式选择器401，所述模式选择器401用于根据所述电源端口vin的输入电压进行电源路径的管理选择。当vin≥v2时，在含有所述储能电感的回路中形成同步降压回路，对可充电电池进行开关型充电，同时也对所述负载提供电源能量；当v1≤vin＜v2时，所述同步降压回路不工作，所述电源端口vin仅给所述负载提供电源能量；当vin＜v1时，在含有所述储能电感的回路中形成同步升压回路，对所述可充电电池进行放电，给所述负载提供电源能量；其中，v1小于v2，所述升降压控制模块及负载的工作电压为v3，v3大于v2。当vin≥v4或vin＜v1时，所述输入高压隔离模块，用于将所述电源端口vin与所述升降压控制模块及所述输出端口vout隔离开；其中，v3＜v4。
28.具体地，请参阅图3，图3所示为本发明实施例中电源路径管理的示意图。在该实施例中，v1、v2、v3和v4均为直流电压值，且v1＜v2＜v3＜v4。如图3所示，所述的v1为4.5伏，v2为4.7伏，v3为5伏和v4为6.5伏。也就是说，所述升降压控制模块及负载的工作电压为v3=5
伏。
29.当模式选择器401检测到vin＜4.5v或vin＞6.5v时，电源调整器301的vreg输出电平为0，电荷泵302不工作其输出电平为0，即nmos隔离管303的栅极为低电平，nmos隔离管303为关断，端口vin与端口vout间为开路，同时模式选择器401检测到vin＜4.5v或vin＞6.5v时，输出信号vmod使升降压控制器403处于升压工作模式，可充电电池106经储能电感104及升降压控制模块202到负载108进行放电。
30.当模式选择器401检测到4.5v≤vin≤6.5v时，电源调整器301的vreg输出为vin（4.5v≤vin≤5v时）或vreg输出为5v（5v＜vin≤6.5v时），电荷泵302工作其输出电平为7v，即nmos隔离管303的栅极为高电平7v，故nmos隔离管303为导通，端口vin与端口vout间为闭合。
31.当模式选择器401检测到4.5v≤vin＜4.7v时，输出信号vmod使升降压控制器403处于待机模式，升降压控制模块202不对可充电电池106进行充放电，vin经nmos隔离管303直接给vout提供电源。
32.当模式选择器401检测到4.7v≤vin＜6.5v时，输出信号vmod使升降压控制器403处于充电模式，vin经nmos隔离管303、升降压控制模块202对可充电电池106进行充电，且vin经nmos隔离管303直接给vout 提供电源。
33.综上所述，本发明利用源漏极耐高压的nmos晶体管把输入端与升降压部分隔离开，精确实现输入端耐高压及电源转换的路径管理。
34.以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种输入耐高压的升降压电路，包括升降压控制芯片、储能电感、可充电电池及负载；其特征在于，所述的升降压控制芯片包括输入高压隔离模块、升降压控制模块、电源端口vin、电感端口lx、充电端口bat、输出端口vout及接地端gnd；其中，所述端口vin接收电源的电压；所述储能电感连接在所述端口lx和所述端口bat之间，所述可充电电池的正极接在所述端口bat，所述可充电电池的负极连接地端gnd，所述负载连接在所述vout端口和接地端gnd之间；所述升降压控制模块包括模式选择器，所述模式选择器用于根据所述电源端口vin的输入电压进行电源路径的管理选择；当vin≥v2时，在含有所述储能电感的回路中形成同步降压回路，对可充电电池进行开关型充电，同时也对所述负载提供电源能量；当v1≤vin＜v2时，所述同步降压回路不工作，所述电源端口vin仅给所述负载提供电源能量；当vin＜v1时，在含有所述储能电感的回路中形成同步升压回路，对所述可充电电池进行放电，给所述负载提供电源能量；其中，v1小于v2，所述升降压控制模块及负载的工作电压为v3，v3大于v2；当vin≥v4或vin＜v1时，所述输入高压隔离模块，用于将所述电源端口vin与所述升降压控制模块及所述输出端口vout隔离开；其中，v3＜v4。2.根据权利要求1所述的输入耐高压的升降压电路，其特征在于，所述的高压隔离模块包括nmos隔离管、电源调整器及电荷泵；其中，所述nmos隔离管的漏极连接到所述端口vin，其源极连接到所述端口vout，其栅极连接到所述电荷泵的输出；所述电源调整器的输入连接到端口vin，其输出作为电源供给所述电荷泵；所述电荷泵的输入连接到所述电源调整器的输出，其输出连接到nmos隔离管的栅极。3.根据权利要求1所述的输入耐高压的升降压电路，其特征在于，所述高压隔离模块包括电源调整器、栅极钳位齐纳二极管、pmos隔离管、第一衬底切换二极管和第二衬底切换二极管；其中，所述pmos隔离管的源极连接到端口vin，其漏极连接到端口vout，其栅极连接到所述电源调整器的输出节点enb；所述电源调整器的输入连接到端口vin，其输出连接到输出节点enb；所述栅极钳位齐纳二极管的阳极连接到输出节点enb，其阴极连接到pmos隔离管的源极；所述第一衬底切换二极管的阳极连接到端口vin，其阴极连接到所述pmos隔离管的衬底；所述第二衬底切换二极管的阳极连接到vout，其阴极连接到所述pmos隔离管的衬底。4.根据权利要求1所述的输入耐高压的升降压电路，其特征在于，所述的所述升降压控制模块包括pmos管、nmos管、模式选择器、衬底选择器和升降压控制器；其中，pmos管的源极连接到vout，其漏极连接到lx，其栅极连接到升降压控制器的vpg输出端；nmos管的源极连接到地，其漏极连接到lx，其栅极连接到升降压控制器的vng输出端；模式选择器的输入连端连接到vin，其输出端连接到升降压控制器的输入端vmod；衬底选择器的两个输入端分别为vout及bat，输出端为vsub连接到升降压控制器的输入端；升降压控制器的4个输入分别为vout、vmod、vsub及bat，两个输出分别为vpg及vng。5.根据权利要求1所述的输入耐高压的升降压电路，其特征在于，所述的v1为4.5伏，v2为4.7伏，v3为5伏和v4为6.5伏。6.根据权利要求1所述的输入耐高压的升降压电路，其特征在于，还包括输入电容，所述的第一电容连接在所述端口vin和接地端gnd之间。
7.根据权利要求1所述的输入耐高压的升降压电路，其特征在于，还包括电池旁路电容，所述的电池旁路连接在所述可充电电池和接地端gnd之间。8.根据权利要求1所述的输入耐高压的升降压电路，其特征在于，还包括输出电容，所述的输出电容连接在所述负载的两端。

技术总结

一种输入耐高压的升降压电路，包括升降压控制芯片、储能电感、可充电电池及负载；升降压控制芯片包括输入高压隔离模块、升降压控制模块、电源端口VIN、电感端口LX、充电端口BAT、输出端口VOUT及接地端GND；其中，端口VIN接收电源的电压；储能电感连接在端口LX和端口BAT之间，可充电电池的正极接在端口BAT，可充电电池的负极连接地端GND，负载连接在VOUT端口和接地端GND之间；当端口VIN接收电源的电压高于升降压控制模块和负载的工作电压范围，或者当端口VIN接收电源的电压低于升降压控制模块和负载的工作电压范围，输入高压隔离模块把端口VIN与升降压控制模块及输出端口VOUT隔离开，即确保了升降压控制模块及负载不被损坏，且有效防止可充电电池给充电器倒充。效防止可充电电池给充电器倒充。效防止可充电电池给充电器倒充。