一种零功耗线性充电电路的制作方法

1.本发明涉及电池充电电路领域，尤其涉及一种零功耗线性充电电路。


背景技术：

2.目前，随着智能穿戴的快速兴起，要求充电适配器不存在时，线性充电电路的待机功耗越来越低。为了降低充电适配器不存在时的待机功耗，线性充电电路的普遍做法是对充电适配器是否存在进行检测。当检测到适配器不存在时，失能大部分耗电模块，进入低功耗模式。
3.图1是现有的一种低功耗线性充电电路结构图，该低功耗线性充电电路包括：充电适配器检测模块、电压基准和线性充电模块，当充电适配器不存在时，需要时刻检测适配器是否插入，以退出低功耗模式。这就需要电压基准模块和充电适配器检测模块一直工作，这两个模块均需要消耗一定的电流，产生较大的待机功耗。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种零功耗线性充电电路，以解决充电适配器不存在时，需要时刻检测适配器是否插入，导致充电电路待机功耗偏大的问题。
5.基于上述目的，一种零功耗线性充电电路，包括：电压检测模拟电路、偏置电流产生电路、电平转移电路、内部电源选择电路和线性充电模块；所述电压检测模拟电路的输入端用于输入适配器的输出电压，所述电压检测模拟电路的输出端连接所述电平转移电路的输入端，用于向所述电平转移电路输出电压检测信号；所述电平转移电路输出端连接所述线性充电模块输入端，所述电平转移电路用于对所述电压检测信号进行电平转移，生成使能控制信号，以控制所述线性充电模块的开通与关断；所述偏置电流产生电路的输入端用于输入所述适配器的输出电压，所述偏置电流产生电路的输出端连接所述内部电源选择电路的输入端，所述偏置电流产生电路用于根据所述适配器的输出电压向所述内部电源选择电路提供偏置电流；所述内部电源选择电路的输入端还连接所述电压检测模拟电路的输出端和所述电平转移电路的输出端，所述内部电源选择电路的输出端连接所述电平转移电路的供电端和所述线性充电模块的供电端，用于在接收所述电压检测信号和所述使能控制信号均为低电平时，将所述电平转移电路和所述线性充电模块的供电电压从所述适配器的输出电压切换为电池电压。
6.上述方案具有以下有益效果：本发明的零功耗线性充电电路，包括电压检测模拟电路、偏置电流产生电路、电平转移电路、内部电源选择电路和线性充电模块，采用电压检测模拟电路检测适配器是否插入，当适配器没有插入时，所述的电压检测模拟电路、电平转移电路和偏置电流产生电路不耗电，所述内部电源选择电路消耗较少的电池电能，相较于采用芯片实时检测适配器是否
插入的方案，本方案不必时刻检测适配器是否接入，整体功耗较低。本发明解决了当充电适配器不存在时，需要时刻检测适配器是否插入，导致充电电路待机功耗偏大的问题。
7.可选的，所述电压检测模拟电路包括：第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的阳极用于输入所述适配器的输出电压，所述第一开关管的阴极连接所述第二开关的管阳极，并输出为电压检测信号，所述第一开关管和所述第二开关管的控制端接地。
8.可选的，所述的电平转移电路包括：电阻、第三开关管和第一反相器，所述电阻的一端连接所述内部电源选择电路的输出端，所述电阻的另一端分别连接所述第三开关管的阳极和所述第一反相器的输入端，所述第三开关管的控制端输入电压检测信号，所述第三开关管的阴极接地，所述第一反相器的输出端输出为使能控制信号。
9.可选的，所述的内部电源选择电路包括电压比较电路，所述电压比较电路包括第一分支电路、第二分支电路和第三分支电路，所述第一分支电路输入端用于输入电池电压，所述第一分支电路控制端用于输入电压检测信号，所述第一分支电路的输出端连接所述第二分支电路的控制端，所述第二分支电路的输入端用于输入所述适配器的输出电压，所述第二分支电路的输出端连接所述第三分支电路的输出端，所述第三分支电路的输入端用于输入使能控制信号，所述第三分支电路的输出端用于输出所述比较信号。
10.可选的，所述的第一分支电路包括：第四开关管、第五开关管和第一电流源，所述第四开关管的阳极用于输入电池电压，所述第四开关管的阴极与所述第五开关管的阳极相连，所述第五开关管的阴极与所述第一电流源的输入端相连，所述第五开关管的控制端用于输入电压检测信号，所述第一电流源的输出端接地。
11.可选的，所述的第二分支电路包括：第六开关管和第二电流源，所述第六开关管阳极用于输入适配器输出电压，所述第六开关管阴极连接所述第二电流源的输入端，所述第六开关管的控制端连接所述第一分支电路的输出端，所述第二电流源输出端接地。
12.可选的，所述的第三分支电路包括：第二反相器和第七开关管，所述第二反相器输入端输入使能控制信号，所述第二反相器输出端连接所述第七开关管的控制端，所述第七开关管的阳极连接所述第二分支电路的输出端，所述第七开关管阴极接地。
13.可选的，所述的内部电源选择电路还包括电源选择电路，所述电源选择电路包括第三反相器、第四反相器、第八开关管和第九开关管，所述第三反相器输入端连接所述第二分支电路的输出端，所述第三反向器输出端分别连接第四反相器输入端和第八开关管的控制端，所述第四反相器输出端连接第九开关管的控制端，所述第八开关管的阳极用于输入适配器的输出电压，所述第九开关管的阳极用于输入电池电压，所述第八开关管的阴极和所述第九开关管的阴极相连，用于输出为内部选择电压。
14.可选的，所述的偏置电流产生电路包括第十开关管和第十一开关管，所述第十开关管的阳极用于输入适配器输出电压，所述第十开关管的阴极与所述第十一开关管的阳极相连，用于输出为偏置电压信号，以控制所述第一电流源或第二电流源的开通与关断。
15.可选的，所述第二电流源包括第十二开关管，所述第十二开关管的阳极连接所述第六开关管的阴极，所述第十二开关管的阴极接地。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所
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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明一实施例中提供的一种低耗充电电路的结构图；图2是本发明一实施例中提供的一种零功耗线性充电电路的结构图；图3是本发明一实施例中提供的一种电压检测模拟电路和电平转移电路电路图；图4是本发明一实施例中提供的一种内部电源选择电路电路图；图5是本发明一实施例中提供的一种偏置电流产生电路电路图；图6是本发明一实施例中提供的一种电流源电路图；符号说明如下：1、电压检测模拟电路；2、电平转移电路；3、线性充电模块；4、偏置电流产生电路；5、内部电源选择电路；51、电压比较电路；52、电源选择电路；511、第一分支电路；512、第二分支电路；513、第三分支电路；vin、适配器的输出电压；vbat、电池电压；vdd、内部选择电压；pm1、第一开关管；dn1、第二开关管；nm1、第三开关管；pm2、第四开关管；nm2、第五开关管；pm3、第六开关管；nm3、第七开关管；pm4、第八开关管；pm5、第九开关管；m1、第十开关管；m2、第十一开关管；m3、第十二开关管；inv1、第一反相器；inv2、第二反相器；inv3、第三反相器；inv4、第四反相器；vin_rem、电压检测信号；en_chg、使能控制信号；in_bat、比较信号；vbath、第一控制信号；vinh、第二控制信号；vref、偏置电压信号；r1、电阻；i1、第一电流源；i2、第二电流源；gnd、接地。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.在一实施例中，提供一种如图2所示的零功耗线性充电电路结构，该零功耗线性充电电路包括：电压检测模拟电路1、偏置电流产生电路4、电平转移电路2、内部电源选择电路5和线性充电模块3。
20.所述电压检测模拟电路1的输入端用于输入适配器的输出电压vin，所述电压检测模拟电路1的输出端连接所述电平转移电路2的输入端，用于向所述电平转移电路2输出电压检测信号vin_rem；所述电平转移电路2的输出端连接所述线性充电模块3的输入端，所述电平转移电路2用于对所述电压检测信号vin_rem进行电平转移，生成使能控制信号en_chg，以控制所述线性充电模块3的开通与关断。
21.所述偏置电流产生电路4的输入端用于输入所述适配器的输出电压vin，所述偏置电流产生电路4的输出端连接所述内部电源选择电路5的输入端，所述偏置电流产生电路4用于根据所述适配器的输出电压vin向所述内部电源选择电路5提供偏置电流；所述内部电源选择电路5的输入端还连接所述电压检测模拟电路1的输出端和所述电平转移电路2的输出端，所述内部电源选择电路5的输出端连接所述电平转移电路2的供电端和所述线性充电模块3的供电端，用于在接收所述电压检测信号vin_rem和所述使能控制信号en_chg均为低电平时，将所述电平转移电路2和所述线性充电模块3的供电电压从所述适配器的输出电压vin切换为电池电压vbat。
22.具体工作流程如下：当所述适配器的输出电压vin小于第二设定值v2时，判定为适配器不存在，所述电压检测模拟电路1输出电压检测信号vin_rem为低电平，且所述的电压检测模拟电路1功耗为0，优选的，所述第一设定值v1小于所述第二设定值v2，能够保证当所述电压检测模拟电路1被使能时，其需要的偏置电流是存在的。
23.所述电压检测信号vin_rem输入到所述内部电源选择电路5，当所述内部电源选择电路5接收到的所述电压检测信号vin_rem为低电平信号时，识别到适配器的输出电压vin不存在，将内部选择电压vdd切换至电池电压vbat，所述电压检测模拟电路1仅从所述适配器输出电压vin下拉na（纳安）级别的电流。若适配器确实移除，则整个电路功耗为0。
24.若所述内部电源选择电路5接收到的所述电压检测信号vin_rem为高电平信号时，则识别到适配器的输出电压vin存在，所述内部电源选择电路5会将所述适配器的输出电压vin和所述电池电压vbat做比较，根据比较结果，所述内部选择电压vdd切换至所述适配器的输出电压vin和所述电池电压vbat中的高电平，所述内部电源选择电路5输出所述内部选择电压vdd，为所述电平转移电路2和所述线性充电模块3供电。
25.所述电压检测信号vin_rem同时也会输入到所述电平转移电路2，所述电平转移电路2对所述电压检测信号vin_rem的高电平进行转移，由所述适配器的输出电压vin电压域转移到所述内部选择电压vdd电压域。当适配器移除时，也就是所述电压检测信号vin_rem为低电平时，所述电平转移电路2功耗为0，所述电平转移电路2输出的所述使能控制信号en_chg也为低电平，所述的使能控制信号en_chg为低电平时失能所述线性充电模块3，使所述线性充电模块3功耗为0，综上，即当适配器移除时，本发明的零功耗线性充电电路功耗为0。
26.当适配器的输出电压vin大于所述第二设定值v2时，识别到适配器的输出电压vin存在，即适配器存在，所述电压检测模拟电路1输出的电压检测信号vin_rem为高电平信号。所述的电压检测信号vin_rem，经过所述电平转移电路2，由所述适配器的输出电压vin转化为所述内部选择电压vdd，所述电平转移电路2输出使能控制信号en_chg为高电平，使能所述线性充电模块3，为电池充电。
27.如图3所示，是本发明一实施例中提供的一种电压检测模拟电路1和电平转移电路2电路图，所述电压检测模拟电路1包括第一开关管pm1、第二开关管dn1，所述第一开关管pm1为增强型pmos管，所述第二开关管dn1为耗尽型nmos管，所述第三开关管nm1为耗尽型nmos管，所述第一开关管pm1和所述第二开关管dn1构成电压检测模拟电路1，所述第一开关管pm1源极连接适配器输出电压适配器的输出电压vin，所述第一开关管pm1的漏极与所述第二开关管dn1的漏极相连，并输出为电压检测信号vin_rem，所述第一开关管pm1栅极接地，所述第二开关管dn1的源极和栅极共同接地。
28.所述电平转移电路2包括电阻r1、第三开关管nm1和第一反相器inv1，所述第三开关管nm1为增强型nmos管，所述电阻r1的一端接所述内部选择电压vdd，另一端连接所述第一反相器inv1的输入端和所述第三开关管nm1的漏极，所述第三开关管nm1的栅极连接所述电压检测信号vin_rem，由电压检测信号vin_rem控制所述第三开关管nm1的开通与关断，所述第一反相器inv1输出端为使能控制信号en_chg，所述第三开关管nm1源极接地。
29.上述电压检测模拟电路1和电平转移电路2具体工作原理如下：
当所述适配器的输出电压vin小于所述第一开关管pm1的阈值电压时，所述第一开关管pm1关断，所述电压检测模拟电路1功耗为0，所述电压检测信号vin_rem为低电平。
30.当所述电压检测信号vin_rem为低电平时，所述第三开关管nm1关断，所述第一反相器inv1的输入为内部选择电压vdd，输出en_chg为低电平。电平转移电路2功耗为0。
31.当所述适配器的输出电压vin大于所述第一开关管pm1的阈值电压时，所述第一开关管pm1导通，所述电压检测模拟电路1消耗电流，所述电压检测信号vin_rem为高电平，即为所述适配器的输出电压vin，此时认为适配器存在。
32.进一步的，通过调节所述第二开关管dn1的尺寸，可以调节适配器存在时，所述电压检测模拟电路1消耗的电流。
33.当所述电压检测信号vin_rem为高电平时，所述第三开关管nm1导通，所述第一反相器inv1的输入为低电平，所述使能控制信号en_chg为高电平，也就是所述内部选择电压vdd，高电平使能控制信号en_chg，将使能所述线性充电模块3，从适配器的输出电压vin向所述电池电压vbat进行充电。
34.进一步的，通过调节所述电阻r1的大小，可以调节所述电平转移电路2消耗的电流。
35.如图4所示，是本发明一实施例中提供的一种内部电源选择电路5电路图，所述内部电源选择电路5包括电压比较电路51和电源选择电路52，所述电压比较电路包括第一分支电路511、第二分支电路512和第三分支电路513，所述第一分支电路511输入端用于输入电池电压vbat，所述第一分支电路511控制端用于输入电压检测信号vin_rem，所述第一分支电路511的输出端连接所述第二分支电路512的控制端，所述第二分支电路512的输入端用于输入所述适配器的输出电压vin，所述第二分支电路512的输出端连接所述第三分支电路513的输出端，所述第三分支电路513的输入端用于输入使能控制信号en_chg，所述第三分支电路513的输出端用于输出所述比较信号in_bat。
36.其中，所述第一分支电路511包括第四开关管pm2、第五开关管nm2和第一电流源i1，所述第四开关管pm2为增强型pmos管，所述第五开关管nm2为nmos管，所述第四开关管pm2源极连接电池电压vbat，所述第四开关管pm2的漏极与所述第五开关管nm2的漏极相连，所述第五开关管nm2的源极连接所述第一电流源i1的输入端，所述第一电流源i1的输出端接地，所述第五开关管nm2的栅极连接所述电压检测信号vin_rem，所述电压检测信号vin_rem用于控制第五开关管nm2的开通与关断，从而控制第一分支电路511的开通与关断。
37.所述第二分支电路512包括第六开关管pm3和第二电流源i2，所述第六开关管pm3的源极连接适配器的输出电压vin，所述第六开关管pm3的漏极连接所述第二电流源i2的输入端，所述第二电流源i2的输出端接地。
38.所述第三分支电路513包括第二反相器inv2和第七开关管nm3，所述第七开关管nm3为nmos管，所述第二反相器inv2输入端输入所述使能控制信号en_chg，输出端连接所述第七开关管nm3的栅极，所述第七开关管nm3的漏极连接所述第六开关管pm3的漏极，并作为所述电压比较电路51的比较信号in_bat，所述第七开关管nm3的源极接地。
39.所述电源选择电路52包括第三反相器inv3、第四反相器inv4、第八开关管pm4和第九开关管pm5，所述第八开关管pm4和所述第九开关管pm5为pmos管，所述第三反相器inv3的输入端用以输入比较信号in_bat，所述第三反相器inv3的输出端分别连接第四反相器inv4
的输入端和第八开关管pm4的栅极，所述第四反相器inv4的输出端连接所述第九开关管pm5的栅极，所述第八开关管pm4的源极连接所述适配器的输出电压vin，所述第九开关管pm5的源极连接电池电压vbat，所述第八开关管pm4的漏极和所述第九开关管pm5的漏极相连，并输出为内部选择电压vdd。
40.所述内部电源选择电路5工作原理为：当所述电压检测信号vin_rem和所述使能控制信号en_chg均为高电平时，所述电压比较电路51正常工作，当所述电压检测信号vin_rem和所述使能控制信号en_chg均为低电平时，所述电压比较电路51不能正常工作，所述电压比较电路51输出的比较信号in_bat为低电平。
41.所述电压检测信号vin_rem和所述使能控制信号en_chg始终保持同相，区别在于二者高电平处于不同电压域。所述电压检测信号vin_rem的高电平是适配器的输出电压vin电压域，所述使能控制信号en_chg的高电平是内部选择电压vdd电压域。
42.当所述电压检测信号vin_rem和所述使能控制信号en_chg均为高电平时，所述电压比较电路51正常工作。其具体工作过程如下：当适配器的输出电压vin大于电池电压vbat时，所述第六开关管pm3的栅源电压大于所述第四开关管pm2的栅源电压。所述第六开关管pm3处于饱和区，流过的电流与所述第一电流源i1相等，所述第二电流源i2与所述第一电流源i1相等，所以第六开关管pm3流过的电流与所述第二电流源i2相等。
43.由于所述第六开关管pm3的栅源电压大于所述第四开关管pm2的栅源电压，所以流过所述第六开关管pm3的电流大于流过所述第四开关管pm2的电流，也就是流过所述第六开关管pm3的电流值大于所述第二电流源i2的电流值，因此，所述比较电路51输出的比较信号in_bat为高电平。
44.当适配器的输出电压vin小于电池电压vbat时，所述的第六开关管pm3的栅源电压小于所述第四开关管pm2的栅源电压，所以，流过所述第六开关管pm3的电流小于流过所述第四开关管pm2的电流，也就是流过所述第六开关管pm3的电流值小于所述第二电流源i2电流值，因此，所述比较电路51输出的比较信号in_bat为低电平。当所述比较信号in_bat为高电平时，所述第一控制信号vbath为低电平，所述第八开关管pm4导通，所述第九开关管pm5关断，所述内部选择电压vdd等于所述适配器的输出电压vin。当所述电压比较电路51的比较信号in_bat为低电平时，所述第二控制信号vinh为低电平，所述第九开关管pm5导通，所述第八开关管pm4关断，所述内部选择电压vdd等于电池电压vbat。
45.如图5所示，是本发明一实施例中提供的一种偏置电流产生电路4的电路图，所述偏置电流产生电路4包括第十开关管m1和第十一开关管m2，所述第十开关管m1为耗尽型mos管，所述第十一开关管m2为增强型mos管，所述第十开关管m1的漏极用以输入适配器的输出电压vin，所述第十开关管m1的源极与所述第十一开关管m2的漏极相连，并输出为偏置电压信号vref，所述第十一开关管m2源极接地。所述偏置电流产生电路4从适配器的输出电压vin拉电流，当适配器的输出电压vin小于设定值时，所述偏执电流产生电路的电流为0。
46.如图6所示，是本发明一实施例中提供的一种电流源电路图，第一电流源i1和第二电流源i2电路结构相同，在此以所述第一电流源i1为例进行说明，所述第一电流源i1电路包括第十二开关管m3，所述第十二开关管m3为增强型mos管，所述第十二开关管m3的漏极连接第五开关管nm2的源极，所述第十二开关管m3的栅极连接偏置电压信号vref，所述第十二
开关管m3的源极接地，所述偏置电压信号vref控制所述第十二开关管m3的开通与关断，当所述第十一开关管m2中存在电流时，所述第十二开关管m3中也存在电流。
47.综上，当适配器没有插入时，电压检测模拟电路1、电平转移电路2和偏置电流产生电路4的功耗为0，内部电源选择电路5消耗较少的电池电能，从而解决了当充电适配器不存在时，需要时刻检测适配器是否插入，导致充电电路待机功耗偏大的问题。
48.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。