一种便携式设备及其电源管理芯片的制作方法

本实用新型属于电源管理领域，尤其涉及一种便携式设备及其电源管理芯片。

背景技术：

目前，带移动电源的便携式设备有两种实现方式：一种是双电感方式，如图1所示，即移动电源使用第二电感L2和第二电源管理芯片U2，负载(风扇)使用第一电感L1和第一电源管理芯片U1，第一电源管理芯片U1和第二电源管理芯片U2均包括控制模块、第一开关模块以及第二开关模块，控制模块控制第一开关模块和第二开关模块的开启和关闭，移动电源和负载(风扇)功能各自独立，可以同时工作，缺点是系统成本高。另一种是单电感方式，如图2所示，移动电源和负载(风扇)同时使用电感L1和电源管理芯片U1，其通过按键模块接收按键指令，开关选择模块根据按键指令控制第一开关模块或第二开关模块的开启，同时控制第三开关模块的开启和关闭，此时，移动电源和负载(风扇)不能同时工作，此方案成本低，但是方案应用不灵活，启动移动电源必须通过按键功能切换。

因此，上述带移动电源的便携式设备的缺点是在要实现移动电源和负载同时工作必须有两个电感，从而导致系统成本高。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种便携式设备及其电源管理芯片，旨在解决现有技术所存在的系统成本高的问题。

本实用新型是这样实现的，一种电源管理芯片，其与移动电源接口模块、负载模块、电源接口模块、储能元件以及电池连接，所述电源管理芯片包括第三场效应管,所述储能元件在所述第三场效应管导通时存储电能，并停止输出所述电能；所述储能元件在所述第三场效应管关断时释放电能，所述电源管理芯片包括驱动模块、控制模块、充电模块、反馈模块、电压转换模块以及第四场效应管；

所述控制模块与所述反馈模块的第一控制端以及反馈模块的第二控制端连接，所述驱动模块的第一输出端和所述第二输出端分别与所述电压转换模块的第一控制端和电压转换模块的第二控制端连接，所述驱动模块的第三输出端与所述第三场效应管的栅极连接，、所述驱动模块与所述第四场效应管的栅极连接，所述驱动模块的第三输入端与所述反馈模块的输出端模块连接，所述驱动模块的第一输入端和所述驱动模块的第二输入端分别与控制模块连接，所述电压转换模块的第二输出端、所述第四场效应管的漏极、所述反馈模块的第一输入端共同构成所述电源管理芯片的负载电压输出端；所述电压转换模块的输入端和所述第三场效应管的漏极共同构成所述电源管理芯片的功率管漏极端，所述电压转换模块的第一输出端和所述反馈模块的第一输入端共同构成所述电源管理芯片的电源电压输出端，所述第三场效应管的源极构成所述电源管理芯片的接地端，所述第四场效应管的源极和所述充电模块的输入端共同构成所述电源管理芯片的电源端；所述充电模块的输出端构成所述电源管理芯片的电池电压端；

当所述电源接口模块接入充电直流电时，所述电源接口模块将所述充电直流电转接至所述充电模块和所述第四场效应管的源极，所述充电模块根据所述充电直流电生成充电电压以对所述电池进行充电，所述控制模块控制所述驱动模块驱动所述第四场效应管的导通，所述第四场效应管根据所述充电直流电生成负载电压以对所述负载模块进行供电；

当所述电源接口模块未接入所述充电直流电时，所述控制模块控制所述驱动模块驱动所述第三场效应管按照预设开关占空比实现通断，并且所述控制模块驱动所述驱动模块控制所述电压转换模块的导通，所述电压转换模块根据所述电能生成所述负载电压以对所述负载模块进行供电，并根据所述电能生成移动电源电压以对与所述移动电源接口模块连接的外接负载进行供电；

所述控制模块生成第一开关控制信号或第二开关控制信号，所述反馈模块根据所述负载电压和所述第一开关控制信号驱动所述驱动模块控制所述电压转换模块和所述第四场效应管按第二预设占空比实现通断；或者所述反馈模块根据所述移动电源电压和所述第二开关控制信号驱动所述驱动模块控制所述电压转换模块和所述第四场效应管按第三预设占空比实现通断。

本实用新型还提供一种便携式设备，其包括移动电源接口模块、负载模块、电源接口模块、储能元件以及电池，所述便携式设备还包括上述的电源管理芯片。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：从上述本实用新型可知，由于与移动电源接口模块、负载模块、电源接口模块、储能元件以及电池连接，所述电源管理芯片包括第三场效应管,所述储能元件在所述第三场效应管导通时存储电能，并停止输出所述电能；所述储能元件在所述第三场效应管关断时释放电能，所述电源管理芯片包括驱动模块、控制模块、充电模块、反馈模块、电压转换模块以及第四场效应管；；当电源接口模块接入充电直流电时，电源接口模块将充电直流电转接至充电模块和第四场效应管的源极，充电模块根据充电直流电生成充电电压以对电池进行充电，控制模块控制驱动模块驱动第四场效应管的导通，第四场效应管根据充电直流电生成负载电压以对负载模块进行供电；当电源接口模块未接入充电直流电时，控制模块控制驱动模块驱动第三场效应管按照预设开关占空比实现通断，并且控制模块驱动驱动模块控制电压转换模块的导通，电压转换模块根据电能生成负载电压以对负载模块进行供电，并根据电能生成移动电源电压以对与移动电源接口模块连接的外接负载进行供电；控制模块生成第一开关控制信号或第二开关控制信号，反馈模块根据负载电压和第一开关控制信号驱动驱动模块控制电压转换模块和第四场效应管按第二预设占空比实现通断；或者反馈模块根据移动电源电压和第二开关控制信号驱动驱动模块控制电压转换模块和第四场效应管按第三预设占空比实现通断；移动电源和负载模块共用一个电感，移动电源和负载功能可以同时工作，因此，降低了系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术便携式设备的一种模块结构图；

图2为现有技术便携式设备的另一种模块结构图；

图3为本实用新型实施例提供的电源管理芯片的一种模块结构图；

图4为本实用新型实施例提供的电源管理芯片中的反馈模块的一种模块结构图；

图5为本实用新型实施例提供的电源管理芯片中的驱动模块和电压转换模块的一种示例电路结构图。

图6为本实用新型实施例提供的电源管理芯片的另一种模块结构图；

图7为本实用新型实施例提供的便携式设备的一种模块结构图；

图8为本实用新型实施例提供的便携式设备的另一种模块结构图；

图9为本实用新型实施例提供的便携式设备的另一种模块结构图；

图10为本实用新型实施例提供的便携式设备的另一种模块结构图；

图11为本实用新型实施例提供的便携式设备的一种示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图3示出了本实用新型实施例提供的便携式设备的电源管理芯片的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

一种电源管理芯片01，其与移动电源接口模块02、负载模块03、电源接口模块04、储能元件05以及电池BAT连接，电源管理芯片包括第三场效应管M3,储能元件05在第三场效应管M3导通时存储电能，并停止输出电能；储能元件05在第三场效应管M3关断时释放电能，电源管理芯片包括驱动模块011、控制模块012、充电模块013、反馈模块014、电压转换模块015以及第四场效应管M4。

其中，控制模块012与反馈模块014的第一控制端以及反馈模块014的第二控制端连接，驱动模块011的第一输出端和第二输出端分别与电压转换模块015的第一控制端和电压转换模块015的第二控制端连接，驱动模块011的第三输出端与第三场效应管M3的栅极连接，、驱动模块011与第四场效应管M4的栅极连接，驱动模块011的第三输入端与反馈模块014的输出端模块连接，驱动模块011的第一输入端和驱动模块011的第二输入端分别与控制模块012连接，电压转换模块015的第二输出端、第四场效应管M4的漏极、反馈模块014的第一输入端共同构成电源管理芯片的负载电压输出端OUTFAN；电压转换模块015的输入端和第三场效应管M3的漏极共同构成电源管理芯片的功率管漏极端SW，电压转换模块015的第一输出端和反馈模块014的第一输入端共同构成电源管理芯片的电源电压输出端VOUT，第三场效应管M3的源极构成电源管理芯片的接地端PGND，第四场效应管M4的源极和充电模块013的输入端共同构成电源管理芯片的电源端VCC；充电模块013的输出端构成电源管理芯片的电池BAT电压端VBAT。

在上述电源管理芯片01中，当电源接口模块04接入充电直流电时，电源接口模块04将充电直流电转接至充电模块013和第四场效应管M4的源极，充电模块013根据充电直流电生成充电电压以对电池BAT进行充电，控制模块012控制驱动模块011驱动第四场效应管M4的导通，第四场效应管M4根据充电直流电生成负载电压以对负载模块03进行供电；

当电源接口模块04未接入充电直流电时，控制模块012控制驱动模块011驱动第三场效应管M3按照预设开关占空比实现通断，并且控制模块012驱动驱动模块011控制电压转换模块015的导通，电压转换模块015根据电能生成负载电压以对负载模块03进行供电，并根据电能生成移动电源电压以对与移动电源接口模块02连接的外接负载进行供电；

控制模块012生成第一开关控制信号或第二开关控制信号，反馈模块014根据负载电压和第一开关控制信号驱动驱动模块011控制电压转换模块015和第四场效应管M4按第二预设占空比实现通断；或者反馈模块014根据移动电源电压和第二开关控制信号驱动驱动模块011控制电压转换模块015和第四场效应管M4按第三预设占空比实现通断。

如图4所示，反馈模块014包括第一采样模块0141、第二采样模块0142、第一开关模块0143、第二开关模块0144、运算放大器0145以及脉宽调制模块0146。第一采样模块0141的输入端为反馈模块014的第一输入端，第一采样模块0141的输出端与第一开关模块0143的输入端连接，第一开关模块0143的控制端为反馈模块014的第一控制端，第二采样模块0142的输入端为反馈模块014的第二输入端，第二采样模块0142的输出端与第二开关模块0144的输入端连接，第二开关模块0144的控制端为反馈模块014的第二控制端，运算放大器0145与第一开关模块0143的输出端、第二开关模块0144的输出端以及脉宽调制模块0146的输入端连接，脉宽调制模块0146的输出端为反馈模块014的输出端。当控制模块012生成第一开关控制信号CTRL1时，第一采样模块0141对负载电压OUTFAN进行采样以生成第一采样电压并经第一开关模块0143发送至运算放大器0145，运算放大器0145对第一采样电压进行放大，脉宽调制模块0146根据放大后的第一采样电压驱动驱动模块011控制电压转换模块015和第四场效应管M4按第二预设占空比实现通断；当控制模块012生成第二开关控制信号CTRL2时，第二采样模块0142对移动电源电压VOUT进行采样以生成第二采样电压并经第二开关模块0144发送至运算放大器0145，运算放大器0145对第二采样电压进行放大，脉宽调制模块0146根据放大后的第二采样电压驱动驱动模块011控制电压转换模块015和第四场效应管M4按第三预设占空比实现通断，其中脉宽调制模块0146输入脉宽调制信号PWM。

图5示出了本实用新型实施例提供的电源管理芯片中的驱动模块011和电压转换模块015的一种示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

驱动模块011包括第一与非门U1、第二与非门U2、第三与非门U3、第四与非门U4、第五与非门U5、第六与非门U6、第七与非门U7、第八与非门U8、第九与非门U9、第十与非门U10、第一或非门X1、第二或非门X2、第三或非门X3、第一反相器I1、第二反相器I2、第三反相器I3、第四反相器I4、第五场效应管M05、第六场效应管M06、第七场效应管M07、第八场效应管M08、第九场效应管M09以及第十场效应管M10。

第一反相器I1的输入端、第二与非门U2的第一输入端、第五与非门U5的第一输入端以及第六与非门U6的第一输入端为驱动模块011的第一输入端，第一与非门U1的第一输入端、第五场效应管M05的源极以及第六场效应管M06的漏极为驱动模块011的第一输出端，第一反相器I1的输出端与第一与非门U1的第二输入端连接，第二与非门U2的第二端、第九场效应管M09的源极以及第十场效应管M10的漏极为驱动模块011的第二输出端，第一与非门U1的输出端与第三与非门U3的第一输入端连接，第二与非门U2的输出端与第三与非门U3的第二输入端连接，第三与非门U3的输出端与第四与非门U4的第一输入端和第一或非门X1的第一输入端连接，第二反相器I2的输入端、第三或非门X3的第一输入端、第一或非门X1的第二输入端以及第二或非门X2的第一输入端为驱动模块011的第三输入端，第二反相器I2的输出端与第四反相器I4的输入端、第四与非门U4的第二输入端以及第三反相器I3的输入端连接，第四与非门U4的输出端与第七场效应管M07的栅极连接，第一或非门X1的输出端与第八场效应管M08的栅极连接，第九与非门U9的第一输入端、第六与非门U6的第二输入端、第七场效应管M07的源极以及第八场效应管M08的漏极为驱动模块011的第三输出端，第四反相器I4的输出端与第八与非门U8的第一输入端连接，第八与非门U8的第二输入端和第九与非门U9的第二输入端为驱动模块011的第二输入端，第八与非门U8的输出端与第十与非门U10的第一输入端连接，第九与非门U9的输出端与第十与非门U10的第二输入端和第三或非门X3的第二输入端连接，第十与非门U10的输出端与第五场效应管M05的栅极连接，第三或非门X3的输出端与第六场效应管M06的栅极，第三反相器I3的输出端与第五与非门U5的第二输入端连接，第五与非门U5的输出端与第七与非门U7的第一输入端连接，第六与非门U6的输出端与第七与非门U7的第二输入端和第二或非门X2的第二输入端连接，第七与非门U7的输出端与第九场效应管M09的栅极连接，第二或非门X2的输出端与第十场效应管M10的栅极连接，第五场效应管M05的漏极与第一电源连接，第七场效应管M07的漏极与第二电源连接，第九场效应管M09的漏极与第三电源连接，第六场效应管M06的源极、第八场效应管M08的源极以及第十场效应管M10的源极共接于电源地。

电压转换模块015包括第一场效应管M1和第二场效应管M2；第一场效应管M1的漏极和第二场效应管M2的源极为电压转换模块015的输入端，第二场效应管M2的漏极为电压转换模块015的第一输出端，第一场效应管M1的源极为电压转换模块015的第二输出端，第一场效应管M1的栅极为电压转换模块015的第一控制端，第二场效应管M2的栅极为电压转换模块015的第二控制端。

以下结合工作原理对图5所示的电源管理芯片中的驱动模块011和电压转换模块015作进一步说明：

驱动模块011的第一输入端输入外接负载选择信号OUTSEL，驱动模块011的第一输入端输入负载选择信号FANSEL，驱动模块011的第一输入端输入脉宽调制信号PWM；第三反相器I3、第五与非门U5、第六与非门U6、第七与非门U7、第二或非门X2、第九场效应管M09以及第十场效应管M10根据外接负载选择信号OUTSEL和脉宽调制信号PWM生成移动电源控制信号，第二场效应管M2根据移动电源控制信号生成移动电源电压VOUT；第四反相器I4、第八与非门U8、第九与非门U9、第十与非门U10、第三或非门X3、第五场效应管M05以及第六场效应管M6根据负载选择信号FANSEL和脉宽调制信号PWM生成负载控制信号，第一场效应管M1根据负载控制信号生成负载电压OUTFAN。第一或非门X1、第七场效应管M07以及第八场效应管M8根据脉宽调制信号生成脉宽控制信号，以驱动第三场效应管M3按照预设开关占空比实现通断，第三场效应管M3生成功率管漏极信号SW。

具体实施中，如图6所示，电源管理芯片01还可以包括外接负载检测模块016；外接负载检测模块016与电源管理芯片的电源电压输出端和控制模块012连接；外接负载检测模块016获取移动电源电压，并根据移动电源电压判断外接负载的连接状态，且将连接状态信息发送至控制模块012；当连接状态信息为外接负载连接移动电源接口模块02时，控制模块012驱动驱动模块011控制第二场效应管M2的导通；当连接状态信息为外接负载拔出移动电源接口模块02时，控制模块012驱动驱动模块011控制第二场效应管M2的截止。

基于上述的电源管理芯片01，本实用新型实施例还提供一种便携式设备，如图7所示，便携式设备包括移动电源接口模块02、负载模块03、电源接口模块04、储能元件05以及电池BAT，便携式设备还包括上述的电源管理芯片01、。便携式设备可以为便携式风扇。

具体实施中，如图8所示，便携式设备还可以包括按键模块06；按键模块06的输出端与控制模块012连接；按键模块06根据用户发出的操作输出按键指令，控制模块012根据按键指令驱动驱动模块011控制电压转换模块关闭或按第四预设占空比实现通断。

具体实施中，如图9所示，便携式设备还可以包括第一指示模块07和第二指示模块08；第一指示模块07的第一输入端与电源接口模块04的输入输出端连接，第一指示模块07的第二输入端与控制模块012连接，第二指示模块08的输入端与控制模块012连接；当电源接口模块04未接入充电直流电时，第一指示模块07根据充电直流电进行指示；控制模块012根据按键指令生成指示信号，第二指示模块根据指示信号进行指示。

具体实施中，如图10所示，便携式设备还可以包括第一滤波模块09和第二滤波模块10；第一滤波模块09的滤波端与储能元件05的第一端和电源管理芯片01的功率管漏极端连接，第二滤波模块10的滤波端与储能元件05的第二端、电池BAT的正极以及电源管理芯片01的电池BAT电压端连接。

图11示出了本实用新型实施例提供的便携式设备的一种示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

第一指示模块07包括第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第一电阻R1以及第二电阻R2；

第一电阻R1的第一端为第一指示模块07的第一输入端，第一电阻R1的第二端与第一发光二极管LED1的正极连接，第一发光二极管LED1的负极和第二电阻R2的第一端为第一指示模块07的第二输入端，第二电阻R2的第二端与第二发光二极管LED2的正极连接，第二发光二极管LED2的负极与电源地连接；

第二指示模块08包括第三发光二极管LED3、第四发光二极管LED4、第五发光二极管LED5以及第六发光二极管LED6；

第三发光二极管LED3的正极、第四发光二极管LED4的正极、第五发光二极管LED5的正极以及第六发光二极管LED6的正极共同构成第二指示模块08的输入端，第三发光二极管LED3的负极、第四发光二极管LED4的负极、第五发光二极管LED5的负极以及第六发光二极管LED6的负极共接于电源地。

第一滤波模块09包括第一电容C1；第一电容C1的第一端为述第一滤波模块09的滤波端，第一电容C1的第二端与电源地连接；

第二滤波模块10包括第二电容C2和第三电容C3；第二电容C2的第一端和第三电容C3的第一端为述第二滤波模块10的滤波端，第二电容C2的第二端和第三电容C3的第二端与电源地连接。

移动电源接口模块02包括第一USB接口J1和第四电容C4；

第一USB接口J1的电源端VCC和第四电容C4的第一端为移动电源接口模块02的输入输出端，第一USB接口J1的接地端GND和第四电容C4的第二端共接于电源地。

负载模块03包括负载F1、第五电容C5以及第六电容C6；

负载F1的第一端、第五电容C5的第一端以及第六电容C6的第一端为负载模块03的输入端，负载F1的第二端、第五电容C5的第二端以及第六电容C6的第二端共接于电源地。

电源接口模块04包括第二USB接口J2和第七电容C7；

第二USB接口J2的电源端VCC和第七电容C7的第一端为电源接口模块04的输入输出端，第二USB接口J2的接地端GND和第七电容C7的第二端共接于电源地。

储能元件05为电感L1。

按键模块06包括按键K1，按键K1的第一端为按键模块06的输出端，按键K1的第二端与电源地连接。

以下结合工作原理对图4所示的便携式设备的内部驱动装置作进一步说明：

在具体实施过程中，储能元件05在第三场效应管M3导通时存储电能，并停止输出电能；储能元件05在第三场效应管M3关断时释放电能。

在上述电源管理芯片01中，当第二USB接口J2的电源端VCC接入充电直流电时，第二USB接口J2将充电直流电转接至充电模块013和第四场效应管M4的源极，充电模块013根据充电直流电生成充电电压以对电池BAT进行充电，控制模块012控制驱动模块011驱动第四场效应管M4的导通，第四场效应管M4根据充电直流电生成负载电压以对负载F1进行供电。

当第二USB接口J2的电源端VCC未接入充电直流电时，控制模块012控制驱动模块011驱动第三场效应管M3按照预设开关占空比实现通断，并且控制模块012驱动驱动模块011控制电压转换模块015的导通，电压转换模块015根据电能生成负载电压以对负载F1进行供电，并根据电能生成移动电源电压以对与第一USB接口J1连接的外接负载进行供电。

控制模块012生成第一开关控制信号或第二开关控制信号，反馈模块014根据负载电压和第一开关控制信号驱动驱动模块011控制电压转换模块015和第四场效应管M4按第二预设占空比实现通断；或者反馈模块014根据移动电源电压和第二开关控制信号驱动驱动模块011控制电压转换模块015和第四场效应管M4按第三预设占空比实现通断。

综上所述，本实用新型实施例通过与移动电源接口模块、负载模块、电源接口模块、储能元件以及电池连接，所述电源管理芯片包括第三场效应管,所述储能元件在所述第三场效应管导通时存储电能，并停止输出所述电能；所述储能元件在所述第三场效应管关断时释放电能，所述电源管理芯片包括驱动模块、控制模块、充电模块、反馈模块、电压转换模块以及第四场效应管；；当电源接口模块接入充电直流电时，电源接口模块将充电直流电转接至充电模块和第四场效应管的源极，充电模块根据充电直流电生成充电电压以对电池进行充电，控制模块控制驱动模块驱动第四场效应管的导通，第四场效应管根据充电直流电生成负载电压以对负载模块进行供电；当电源接口模块未接入充电直流电时，控制模块控制驱动模块驱动第三场效应管按照预设开关占空比实现通断，并且控制模块驱动驱动模块控制电压转换模块的导通，电压转换模块根据电能生成负载电压以对负载模块进行供电，并根据电能生成移动电源电压以对与移动电源接口模块连接的外接负载进行供电；控制模块生成第一开关控制信号或第二开关控制信号，反馈模块根据负载电压和第一开关控制信号驱动驱动模块控制电压转换模块和第四场效应管按第二预设占空比实现通断；或者反馈模块根据移动电源电压和第二开关控制信号驱动驱动模块控制电压转换模块和第四场效应管按第三预设占空比实现通断；移动电源和负载模块共用一个电感，移动电源和负载功能可以同时工作，因此，降低了系统成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。