一種可控升壓電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源，特別涉及利用工作電壓直接控制的非隔離式升壓開(kāi)關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，升壓電路應(yīng)用很廣，如目前極為流行的充電寶，就是把鋰電池的3.0V至4.2V電壓升至5V的兼容USB的標(biāo)準(zhǔn)電壓，對(duì)手機(jī)及其它移動(dòng)設(shè)備充電。USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文為通用串行總線。
[0003]電路都采用Boost變換器電路，當(dāng)輸出的5V沒(méi)有負(fù)載時(shí)，電路的靜態(tài)工作電流可以低至IuA以下，接近或小于電池的自放電電流，故早期的充電寶都不設(shè)電源開(kāi)關(guān)，后期的充電寶有部分產(chǎn)品設(shè)置電源開(kāi)關(guān)，可以人為關(guān)斷5V輸出。
[0004]以下以常見(jiàn)的手機(jī)鋰電池為例，充電時(shí)，過(guò)充到電壓高于4.2V后，副作用很大。過(guò)充時(shí)電池的端電壓越高，危險(xiǎn)性也越高。鋰電芯電壓高于4.2V后，正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時(shí)儲(chǔ)存格會(huì)被破壞，導(dǎo)致電池容量永久性下降。若繼續(xù)充電，由于負(fù)極的儲(chǔ)存格已經(jīng)裝滿鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會(huì)堆積于負(fù)極材料表面，負(fù)極表面往鋰離子來(lái)的方向長(zhǎng)出樹(shù)枝狀結(jié)晶。這些結(jié)晶會(huì)穿過(guò)隔膜紙，使正負(fù)極短路。有時(shí)在短路發(fā)生前電池已先爆炸，這是因?yàn)樵谶^(guò)充過(guò)程，電解液等材料會(huì)分解產(chǎn)生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進(jìn)去與堆積在負(fù)極表面的鋰原子反應(yīng)，進(jìn)而爆炸。因此，鋰電池充電時(shí)，一定要設(shè)定電壓上限，才可以同時(shí)兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為4.2V。
[0005]鋰電芯放電時(shí)也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時(shí)，部分材料會(huì)開(kāi)始被破壞。又由于電池會(huì)自放電，放愈久電壓會(huì)愈低，因此，放電時(shí)最好不要放到2.4V才停止。鋰電池從3.0V放電到2.4V這段期間，所釋放出的能量只占電池容量的3%左右。因此，3.0V是一個(gè)理想的放電截止電壓。充放電時(shí)，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過(guò)大時(shí)，鋰離子來(lái)不及進(jìn)入儲(chǔ)存格，會(huì)聚集于材料表面而引起損壞。
[0006]所以，無(wú)論是手機(jī)鋰電池，還是充電寶用鋰電池，或是其它領(lǐng)域的鋰電池，單節(jié)使用時(shí)，都會(huì)加有保護(hù)板，作用是:當(dāng)鋰電池的端電壓低于3.0V時(shí)，切斷電池對(duì)外回路；當(dāng)端電壓超過(guò)4.20V時(shí)，切斷電池對(duì)外回路，確保電池和使用者的安全。電池或超級(jí)電容的品種不同，充電限制電壓是各不相同的，這一點(diǎn)，望注意。
[0007]很多如新能源的純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力型汽車場(chǎng)合，這種保護(hù)板并不能安裝，像特斯拉的電動(dòng)車，其電池組等效為99節(jié)鋰電池串聯(lián)，若其中一個(gè)“電池對(duì)外回路”斷開(kāi)，那么系統(tǒng)將不能工作。
[0008]鋰電池和超級(jí)電容在串聯(lián)使用時(shí)，出現(xiàn)多種均衡充電技術(shù)，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01410459391.3的《一種均衡充電電路及電池組》中，以下簡(jiǎn)稱為:所述專利A。在所述專利A中，給出了一種均衡充電電路，包括檢測(cè)電路和由檢測(cè)電路控制的反激式DC-DC變換器，特別強(qiáng)調(diào)了:檢測(cè)電路檢測(cè)到輸入端與輸入端之間的電壓大于設(shè)定值時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出占空比信號(hào)，控制N-MOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)電路檢測(cè)到輸入端與輸入端之間的電壓在設(shè)定值以下時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出低電平，讓N-MOS管截止。為了方便，所述的設(shè)定值，稱為第一預(yù)設(shè)值。
[0009]所述專利A的權(quán)利要求明確了所述的均衡充電電路是開(kāi)環(huán)工作的一種反激開(kāi)關(guān)電源，通過(guò)電路的識(shí)別，當(dāng)單體電池的端電壓在4.20V及以上時(shí)，電路啟動(dòng)反激開(kāi)關(guān)電源，把充電電流抽走，來(lái)防止電池過(guò)充，顯然，4.20V就是第一預(yù)設(shè)值。由于工作電壓低，且與鋰電池或超級(jí)電容直接并聯(lián)使用，這就對(duì)所述專利A的電路靜態(tài)功耗提出要求，當(dāng)電池電壓小于4.20V時(shí)，或動(dòng)態(tài)均衡處于某個(gè)電壓值時(shí)，如3.60V，和低于該電壓的電池并聯(lián)的采用上述專利的單元電路，希望其靜態(tài)功耗越低越好，最好其靜態(tài)電流能小于10uA，降低對(duì)電池的影響。特別是汽車短期或較長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，這時(shí)更希望采用上述專利的單元電路的靜態(tài)電流能在1uA以下，甚至在IuA以下，
[0010]到目前為止，還沒(méi)有一款現(xiàn)有技術(shù)的電路能夠?qū)崿F(xiàn)上述的幾個(gè)功能，概括如下:
[0011]I)利用輸入電壓直接關(guān)斷或開(kāi)啟，開(kāi)啟后升壓至7.5V至15V之間；
[0012]所述專利A的單元電路的開(kāi)環(huán)的反激開(kāi)關(guān)電源，目前，反激的電路的控制芯片，SP脈寬調(diào)制控制器，其工作電壓都在7.5V以上，直接利用鋰電池或超級(jí)電容供電是不能工作的，需要把鋰電池或超級(jí)電容的電壓升至7.5V至15V之間；另一方面，反激開(kāi)關(guān)電源中，需要用到MOS管，其柵極至源極的開(kāi)啟電壓一般也在5V以上，這也決定了脈寬調(diào)制控制器的輸出PWM信號(hào)的高電平要超過(guò)5V，那么，脈寬調(diào)制控制器的工作電壓一定超過(guò)5V。
[0013]2)利用輸入電壓直接關(guān)斷后，靜態(tài)電流能在1uA以下，甚至在IuA以下；
[0014]3)開(kāi)啟的設(shè)定值可以固定在某個(gè)值上，進(jìn)一步地，可以通過(guò)數(shù)據(jù)端口連續(xù)可調(diào)。
[0015]充電寶里的電路也可以視為一種可控升壓電路，但不能實(shí)現(xiàn)上述的三點(diǎn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]有鑒于此，本發(fā)明要解決現(xiàn)有可控升壓電路的不足，本發(fā)明提供可控升壓電路，能實(shí)現(xiàn)上述的三點(diǎn)要求，且成本低。
[0017]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種可控升壓器電路，包括:輸入端1，輸出端3，接地端2，以及電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4，電壓檢測(cè)芯片ICl、BOOST控制芯片IC2、電感L1、二極管Dl、電容Cl和N型開(kāi)關(guān)管TRl、N型開(kāi)關(guān)管TR2 ;電壓檢測(cè)芯片ICl至少包括四個(gè)引腳:接地腳1、輸出腳2、輸入腳3，電源腳4 ;B00ST控制芯片IC2至少包括五個(gè)引腳:0N/0FF、EXT、VDD, Vss, Vout ;其連接關(guān)系為:輸入端I依次經(jīng)電阻Rl和電阻R2后至接地端2 ；電壓檢測(cè)芯片ICl的接地腳I連接接地端2，電壓檢測(cè)芯片ICl的輸出腳2連接BOOST控制芯片IC2的0N/0FF腳，電壓檢測(cè)芯片ICl輸入腳3連接在電阻Rl和電阻R2的連接點(diǎn)上，電壓檢測(cè)芯片ICl電源腳4接輸入端I ;輸入端I還經(jīng)電感LI后連接至開(kāi)關(guān)管TRl的集電極，開(kāi)關(guān)管TRl的發(fā)射極連接至開(kāi)關(guān)管TR2的漏極，開(kāi)關(guān)管TRl的基級(jí)連接至BOOST控制芯片IC2的EXT腳；二極管Dl的陽(yáng)極連接至開(kāi)關(guān)管TRl的集電極、二極管Dl的陰極依此經(jīng)電阻R3和電阻R4后至接地端2 ；B00ST控制芯片IC2的VDD腳連接至輸入端1、Vss腳連接至開(kāi)關(guān)管TR2的漏極、Vout腳連接至電阻R3和電阻R4的連接點(diǎn)上；輸出端3串接電容Cl至開(kāi)關(guān)管TR2的漏極，開(kāi)關(guān)管TR2的柵極連接至電壓檢測(cè)芯片ICl的輸出腳2，開(kāi)關(guān)管TR2的源極連接至接地端2。
[0018]優(yōu)選地，開(kāi)關(guān)管TR2為N溝道MOS管。
[0019]優(yōu)選地，電壓檢測(cè)芯片ICl還包括一個(gè)參考電壓腳，對(duì)外提供高精度的電壓基準(zhǔn)。
[0020]優(yōu)選地，電壓檢測(cè)芯片ICl還包括一個(gè)信號(hào)輸入腳，其特征是:信號(hào)輸入腳收到約定的信號(hào)，其內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)和對(duì)外提供高精度的電壓基準(zhǔn)按約定改變。
[0021]更優(yōu)地，可控升壓器電路還包括啟動(dòng)延時(shí)電路，使得電壓檢測(cè)芯片ICl先工作，然后再讓BOOST控制芯片IC2工作。
[0022]優(yōu)選地，啟動(dòng)延時(shí)電路包括電阻R5和電容C2，電阻R5的一端連接于開(kāi)關(guān)管TR2的柵極，電阻R5的另一端連接于開(kāi)關(guān)管TR2的柵極和BOOST控制芯片IC2的0N/0FF腳的連接點(diǎn)，電容C2連接于BOOST控制芯片IC2的0N/0FF腳和Vss腳之間。
[0023]電壓檢測(cè)芯片ICl的輸出腳2若為低電平有效，那么，本發(fā)明提供另一套等效的技術(shù)方案:
[0024]一種可控升壓器電路，包括:輸入端1，輸出端3，接地端2，以及電阻R1、R2、R3、R4，電壓檢測(cè)芯片ICl、B00ST控制芯片IC2、電感L1、二極管Dl、電容Cl和N型開(kāi)關(guān)管TRl，P型開(kāi)關(guān)管TR2 ;電壓檢測(cè)芯片ICl至少包括四個(gè)引腳:接地腳1、輸出腳2、輸入腳3，電源腳4 ;BOOST控制芯片IC2至少包括五個(gè)引腳:0N/0FF、EXT、Vdd、Vss、Vout ;其連接關(guān)系為:輸入端I依次經(jīng)電阻Rl和電阻R2后至接地端2 ；電壓檢測(cè)芯片ICl的接地腳I連接接地端2，電壓檢測(cè)芯片ICl的輸出腳2連接BOOST控制芯片IC2的0N/0FF腳，電壓檢測(cè)芯片ICl輸入腳3連接在電阻Rl和電阻R2的連接點(diǎn)上，電壓檢測(cè)芯片ICl電源腳4接輸入端I ;輸入端I連接開(kāi)關(guān)管TR2的源極，開(kāi)關(guān)管TR2的漏極連接電感LI，電感LI另一端連接至開(kāi)關(guān)管TRl的集電極，開(kāi)關(guān)管TRl的發(fā)射極連接至接地端2，開(kāi)關(guān)管TRl的基級(jí)連接至BOOST控制芯片IC2的EXT腳；二極管Dl的陽(yáng)極連接至開(kāi)關(guān)管TRl的集電極、二極管Dl的陰極依此經(jīng)電阻R3和電阻R4后至接地端2 ；B00ST控制芯片IC2的VDD腳連接至開(kāi)關(guān)管TR2的漏極、Vss腳連接至接地端2、Vout腳連接至電阻R3和電阻R4的連接點(diǎn)上；輸出端3串接電容Cl至接地端2。
[0025]優(yōu)選地，開(kāi)關(guān)管TR2為P溝道MOS管。
[0026]優(yōu)選地，電壓檢測(cè)芯片ICl還包括一個(gè)參考電壓腳，對(duì)外提供高精度的電壓基準(zhǔn)。
[0027]優(yōu)選地，電壓檢測(cè)芯片ICl還包括一個(gè)信號(hào)輸入腳，其特征是:信號(hào)輸入腳收到約定的信號(hào)，其內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)和