一种同步升压的电源控制电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种同步升压的电源控制电路，尤其可用在锂电充电管理领域。

背景技术

电源控制电路是电源充放系统的一个重要模块，已经历了近百年的发展，技术相对成熟。但随着社会发展的节奏加快，消费者对用电设备的小型化、便携化、高效化、稳定化的需求日益提升，导致人们对电源控制电路性能的要求与日俱增。

在一些场合下，客户需要我们开发一种能够对双电池进行充放电，且需要满足大功率快充的要求，且电源口要能匹配市面上最常见的5V电源头，即最大程度上满足类似工业手机、对讲机、小型无人机等应用场合下，仅采用随手可得的充电头就能对充电电池，尤其是充电锂电池进行充放电的设备。

发明内容

针对背景技术中提及的上述不足，本发明提供一种同步升压的电源控制电路，具体结构如下：

一种同步升压的电源控制电路，包括一枚电源管理单元(Power ManagementUnit，PMU)U1、场效应管Q1～Q2、电容C1～C7、电阻R1～R 7、二极管D1～D4、电感L1～L2。其中，

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1包括：IN(5V USB输入)端口、RED/V(充电指示和电压调整)端口、BLU/F(充满指示和频率调整)端口、ISET(充电电流调整)端口、EN(升压使能(高工作)端口、VDD(内部电源滤波)端口、FB(升压反馈输入)端口、OUT(升压输出端)端口、GH(上MOS管栅极驱动)端口、SWD(连接升压电感)端口、BST(连接自举电容)端口、GL(下MOS管栅极驱动)端口、BATT(连接双节串联电池组)端口、NTC(热敏电阻检测)端口、VCC(充电系统电压)端口、SWC(连接充电电感)端口、SWC(连接充电电感)端口。其中

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的IN(5V USB输入)端口与电容C4的一端、电阻R1的一端、电感L1的一端连接在一起。电容C4的另一端、电阻R1的另一端分别接地。

IN(5V USB输入)端口与电容C4的一端、电阻R1的一端、电感L1的一端的共节点为本控制电路的IN端。

电感L1的另一端与二极管D1的正极、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的SWC(连接充电电感)端口、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的SWC(连接充电电感)端口连接在一起。

二极管D1的负极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的VCC(充电系统电压)端口、二极管D4的负极、电容C2的一端连接在一起。

二极管D4的正极与电容C2的另一端、电容C1的一端、电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1的BATT(连接双节串联电池组)端口、电感L2的一端连接在一起。

二极管D4的正极、电容C2的另一端、电容C1的一端、电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1的BATT(连接双节串联电池组)端口、电感L2的一端的共节点为本控制电路的BATT端。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的NTC(热敏电阻检测)端口经电阻R2后接地。

电感L2的另一端、场效应管Q1的漏极、电容C3的一端、电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1的SWD(连接升压电感)端口、场效应管Q1的源极连接在一起。

场效应管Q1的栅极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的GL(下MOS管栅极驱动)端口连接在一起。场效应管Q1的源极接地。

电容C3的另一端与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的BST(连接自举电容)端口连接在一起。

场效应管Q2的栅极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的GH(上MOS管栅极驱动)端口连接在一起。

场效应管Q2的源极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的OUT(升压输出端)端口、电阻R5的一端、电容C5的一端、电容C6的一端连接在一起。

场效应管Q2的源极、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的OUT(升压输出端)端口、电阻R5的一端、电容C5的一端、电容C6的一端的共节点为本电路的OUT端口。

电容C5的另一端、电容C6的另一端均接地。

电阻R5的另一端与电阻R7的一端、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的FB(升压反馈输入)端口连接在一起。电阻R7的另一端均接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的VDD(内部电源滤波)端口经电容C7后接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的EN(升压使能(高工作)端口为本电路的EN端口。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的ISET(充电电流调整)端口经电阻R6后接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的BLU/F(充满指示和频率调整)端口分别与二极管D3的正极、电阻R4的一端相连接。二极管D3的负极、电阻R4的另一端接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的RED/V(充电指示和电压调整)端口分别与二极管D2的正极、电阻R3的一端相连接。二极管D2的负极、电阻R3的另一端接地。

进一步说，电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1优选深圳市金惠电子科技有限公司的5500芯片。

有益的技术效果

本发明提供一种同步升压的电源控制电路：包括一枚电源管理单元U1、场效应管Q1～Q2、电容C1～C7、电阻R1～R 7、二极管D1～D4、电感L1～L2。该发明本发明主要目的是提供一款外置功率管的100W同步升压和双节锂电充电管理电路，支持5V USB输入对双节锂电充电，且电池端最大充电电流达1.2A。

借助本产品，能够最大程度地利用客户手上的常规充电头，减少整体的制造、装备成本，并能同时对2快锂电池进行充电管理。

本产品具有同步升压的功能，输电电压最高能达到1.2A，能满足常规充电的需求。

本产品的输出功率稳定，结构简单，散热量小，工作稳定，适宜与用电设备共同集成在密闭环境(仪器盒、设备舱等环境)中工作。

本产品对外的电磁信号小，能够有效确保用电设备的电磁环境，避免因外部不稳定的电磁环境而对用电设备工作性能的干扰。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图。

图2是基于本发明的PCB版图。

图3是图2的beimian示意图。

图4是JH5500的功能框图

具体实施方式

现结合附图详细说明本发明的结构特点。

参见图1，一种同步升压的电源控制电路，包括一枚电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1、场效应管Q1～Q2、电容C1～C7、电阻R1～R 7、二极管D1～D4、电感L1～L2。其中，

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1包括：IN(5V USB输入)端口、RED/V(充电指示和电压调整)端口、BLU/F(充满指示和频率调整)端口、ISET(充电电流调整)端口、EN(升压使能(高工作)端口、VDD(内部电源滤波)端口、FB(升压反馈输入)端口、OUT(升压输出端)端口、GH(上MOS管栅极驱动)端口、SWD(连接升压电感)端口、BST(连接自举电容)端口、GL(下MOS管栅极驱动)端口、BATT(连接双节串联电池组)端口、NTC(热敏电阻检测)端口、VCC(充电系统电压)端口、SWC(连接充电电感)端口、SWC(连接充电电感)端口。其中

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的IN(5V USB输入)端口与电容C4的一端、电阻R1的一端、电感L1的一端连接在一起。电容C4的另一端、电阻R1的另一端分别接地。

IN(5V USB输入)端口与电容C4的一端、电阻R1的一端、电感L1的一端的共节点为本控制电路的IN端。

电感L1的另一端与二极管D1的正极、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的SWC(连接充电电感)端口、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的SWC(连接充电电感)端口连接在一起。

二极管D1的负极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的VCC(充电系统电压)端口、二极管D4的负极、电容C2的一端连接在一起。

二极管D4的正极与电容C2的另一端、电容C1的一端、电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1的BATT(连接双节串联电池组)端口、电感L2的一端连接在一起。

二极管D4的正极、电容C2的另一端、电容C1的一端、电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1的BATT(连接双节串联电池组)端口、电感L2的一端的共节点为本控制电路的BATT端。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的NTC(热敏电阻检测)端口经电阻R2后接地。

电感L2的另一端、场效应管Q1的漏极、电容C3的一端、电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1的SWD(连接升压电感)端口、场效应管Q1的源极连接在一起。

场效应管Q1的栅极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的GL(下MOS管栅极驱动)端口连接在一起。场效应管Q1的源极接地。

电容C3的另一端与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的BST(连接自举电容)端口连接在一起。

场效应管Q2的栅极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的GH(上MOS管栅极驱动)端口连接在一起。

场效应管Q2的源极与电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的OUT(升压输出端)端口、电阻R5的一端、电容C5的一端、电容C6的一端连接在一起。

场效应管Q2的源极、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的OUT(升压输出端)端口、电阻R5的一端、电容C5的一端、电容C6的一端的共节点为本电路的OUT端口。

电容C5的另一端、电容C6的另一端均接地。

电阻R5的另一端与电阻R7的一端、电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的FB(升压反馈输入)端口连接在一起。电阻R7的另一端均接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的VDD(内部电源滤波)端口经电容C7后接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的EN(升压使能(高工作)端口为本电路的EN端口。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的ISET(充电电流调整)端口经电阻R6后接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的BLU/F(充满指示和频率调整)端口分别与二极管D3的正极、电阻R4的一端相连接。二极管D3的负极、电阻R4的另一端接地。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1的RED/V(充电指示和电压调整)端口分别与二极管D2的正极、电阻R3的一端相连接。二极管D2的负极、电阻R3的另一端接地。

图2是基于本发明的PCB版图。

进一步说，电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1包括：第一PGC(充电PWM功率地)端口、第二PGC(充电PWM功率地)端口、GND(内部电源地)端口，前述三者均接地。

进一步说，电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R6均为10KΩ。电阻R5、电阻R7、电阻R2为可调电阻，调节范围是0.1至200KΩ。

进一步说，二极管D1型号为SS24、二极管D4的型号为SS14、二极管D2和D3均为发光二极管。

进一步说，电容C1、电容C2、电容C4、电容C5均为10μF，电容C3为100μF、电容C7为4.7μF。

进一步说，电容C6为100μF。电容C6具有极性。电容C6的负极接地。

进一步说，电感L1和L2均为3.3μH。

进一步说，本电路的可调充满预置电压的精度高：可调充满预置电压VFULL＝8.4V/8.5V/8.55V/8.6V(±1.0％)。

本电路的输出电压精度高：输出电压VOUT＝9～24V(±2.5％)。

总功率100W时，本电路的持续输出电流大：IOP＝12A。

本电路的内置USB充电欠压保护：VINFL＝4.5V

充电时，本电路的LED指示长亮、充满后灭。

本电路的封装形式为eLQFN20，4×4mm。

电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1优选深圳市金惠电子科技有限公司的5500芯片。该芯片的引出端/引脚的功能如下表所示

最大额定值(T

外部环境的温度TA为25℃时，本发明工作参数如下表所示：

注：最大功耗取决于三个因素：T

当V

JH5500主要由三个模块构成：升压转换、开关充电、LDO调节器。升压模块可以输出9～24V，当有外接电源时开始对锂电充电，直到电池充满。EN可以控制升压输出工作或待机，悬空待机。JH5500的功能框图详见图3。该芯片是我司新推出的芯片，采用该芯片的电路具有如下的性能：

预置充电电压：针对锂电池的不同要求可以通过PIN4脚下地电阻R

预置充电电流：针对不同的要求可以通过RISET电阻设置充电电流。

正常充电电流值为：

其中V

实际测试效率见下表：

涓流充电电流：当电池电压低于5.85V时进入涓流充电，涓流电流为：

充电终止：当电池电压达到预置电压并且电池消耗电流小于IEND时，终止充电：

复充电电压：如果电池电压再降到V

充电时间保护：涓流充电3小时或者正常充电12小时，如果还未充满则停止充电，默认为不良电池。EN脚置高升压放电时充电不记时。

充电内部热调节保护：JH5500将在充电模式下监测内部温度。当芯片温度上升到TFB(120°c)时，充电电流会降低。

充电热保护NTC：NTC脚会输出一个10uA的电流I

输入自适应电压：针对不同的适配器，当USB输入电压低于4.5V(V

关于LED充电指示的工作参数如下：

LED Status-Type 1

LED Status-Type 2(需预定)

LDO电压调节器：系统电源是由OUT线性降压得到一个较高的电压，典型值V

升压转换器：JH5500集成一个有待机功能的Boost同步升压充电控制器，开关频率380～700KHz，7.4V锂电输入，输出9～24V。增加了过温和过电流保护，以防止变流器超载。因此，本电路具有前述功能。

低压检测：当电池降至低于vbatfl(5.8v)时，控制器会降低输出电流，以防止电池进一步放电导致电池电压过低保护。当电池降至低于Voff(5.55V)时,Boost同步升压充电控制器停止工作不升压，即使电池电压再次上升到超过Voff(5.55V)，锁也不会被释放。当适配器电压被施加到电路上时，它就会解锁被释放出来。

本产品的实际测试效率见下表：

开关频率可以通过PIN5外接电阻RFREQ进行选择：

充电保护：JH5500具有完善的保护功能。内置软启动功能，防止在启动时的冲击电流过大引起故障，集成输出过流、短路、欠压、过温等保护功能，确保系统稳定可靠的工作。

参见图2和图3，本产品的所有旁路电容应尽可能靠近电路管脚，8脚VDD的电容一定要靠近IC,VOUT用2个贴片22uF和1个220uF高频低阻电解。IC底部覆铜为锂电充电散热，IC底部多打几个过孔，MOS管覆铜为升压功耗散热。为了避免干扰收音，电感SW网络走线尽量短,，收音搜台时可以先关闭升压电路(PIN7置低)。PIN7内部1M下拉，悬空为待机，接高时为正常工作。输出功率可做80W(输出电压可调)，电路内部有电池过充过放保护线路。在成本允许前提下推荐不要省掉电池保护板。

综上所述，本发明是一款外置功率管的100W同步升压和双节锂电充电管理电路，支持5V USB输入对双节锂电充电，电池端最大充电电流达1.2A。本发明具有如下的技术特点：内置带限流功能的USB充电开关控制电路。内置充电电流可调的开关锂电池充电模式。带温度调节控制的恒流恒压充电方式。支持锂电0V充电、低功率时超低纹波。高精度的可调充满预置电压：VFULL＝8.4V/8.5V/8.55V/8.6V(±1.0％)。高精度输出电压：VOUT＝9～24V(±2.5％)。持续输出电流大：IOP＝12A(总功率100W)。内置USB充电欠压保护：VINFL＝4.5V。LED指示充电时长亮、充满后灭。封装形式：eLQFN204×4mm。