一种电源管理芯片及其负载接入检测方法与流程 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及电源管理技术领域，特别涉及一种电源管理芯片及其负载接入检测方法。背景技术：2.在多输出口移动电源和蓝牙耳机日益普及的情况下，对多负载接入检测并充电的需求很大，这里以蓝牙耳机充电仓为例对多负载检测进行说明，在蓝牙耳机充电仓应用中，充电仓会给耳机充电，由于充电仓电池容量有限，为了增加待机时间，充电仓就需要在耳机被充满电后关机进入待机状态，以降低系统功耗，充电仓芯片如果使用现有的单通道输出芯片，两个耳机的充电输入顶针物理上是连接到一起的，即都接到充电仓芯片的同一输出out脚，这对于耳机充电仓来说就会存在一个问题，即如果只有一个耳机在充电仓内且充电仓已处于待机状态，也即是在待机状态时out脚已经连接有负载，这时候再把另外一只耳机放进去的时候是无法唤醒充电仓的，因而充电仓无法激活给另外一只耳机充电，需要手动把两只耳机都取出来再放进去，才能激活充电仓，这就使得客户的体验感很差，所以现有方案为了解决这个问题，采用双通道独立输出的充电仓电源控制芯片，如附图3所示，开关电源的总输出口是vbus，与每个usb分支输出口之间增加一个功率开关管，且每一usb输出支路配备一个负载接入检测电路，各输出通路相互独立，待机时即使一路输出已经与耳机负载连接，也不影响另一路耳机放入时的检测，但是此方法的弊端是多个输出口就需要多个输出控制功率开关管，不仅极大的增加开关电源的成本，也会增加芯片封装的引脚数量。技术实现要素：3.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种电源管理芯片及其负载接入检测方法。4.为了实现上述目的，本发明提供一种电源管理芯片，包括：负载接入检测单元、输出轻载检测单元、输出供电单元；5.所述负载接入检测单元和输出轻载检测单元的输入信号接输出供电单元的输出out端，负载接入检测单元的输出信号on端接输出供电单元的输入端，输出轻载检测单元的输出信号reset端接负载接入检测单元的输入端；所述输出供电单元的输出out端还与若干负载连接。6.优选的，所述负载接入检测单元包括：参考电压vref、输出电压钳位nmos晶体管mn0、多个pmos晶体管、多个电源流、多个脉冲产生模块、逻辑控制模块；7.所述参考电压vref接nmos晶体管mn0的栅极，所述nmos晶体管mn0的源极接输出供电单元的输出out端和若干负载，nmos晶体管mn0的漏极与多个pmos晶体管的对应端电性连接；8.所述多个pmos晶体管的漏极还分别与多个电源流的正极、多个脉冲产生模块输入端电性连接；所述多个电源流的负极接地；所述多个脉冲产生模块的输出端均与逻辑控制模块的输入端连接，逻辑控制模块的输出端接输出供电单元；所述输出轻载检测单元的输出信号reset端还与逻辑控制模块对应端电性连接。9.优选的，所述输出供电单元停止输出时，out脚待机电压等于参考电压vref减去nmos晶体管mn0的栅源电压vgs。10.优选的，所述多个pmos晶体管包括pmos晶体管mpo、mp1、mp2、至mpn，其中n为大于等于2的整数；11.所述nmos晶体管mn0的漏极接pmos晶体管mp0的栅极和漏极，pmos晶体管mp0的栅极均与pmos晶体管mp1、mp2、mpn的栅极连接，所述pmos晶体管mp0、mp1、mp2、mpn的源极均接电源vdd端。12.优选的，所述多个电源流包括电源流i1、i2、至ix，其中x为大于等于2的整数；13.所述pmos晶体管mp1、mp2、mpn的漏极对应与电流源i1、i2、ix的正极连接，所述i1、i2、ix的负极均接地。14.优选的，所述多个脉冲产生模块包括脉冲产生模块1、脉冲产生模块2、至脉冲产生模块t，其中t为大于等于2的整数；15.所述电流源i1、i2、ix的正极还对应与脉冲产生模块1、脉冲产生模块2、脉冲产生模块t的输入端连接，所述脉冲产生模块1、脉冲产生模块2、至脉冲产生模块t的输出端还分别与逻辑控制模块的输入端连接。16.优选的，所述mp1、mp2、mpn的尺寸相同时，对应的电流源i1、i2、ix的电流逐级增大；17.所述pmos晶体管mp1、mp2、mpn的尺寸不同时，对应的电流源i1、i2、ix的电流相同。18.优选的，所述pmos晶体管mp1、mp2、mpn的尺寸不同时，对应的电流源i1、i2、ix的电流相同。19.本发明还提供一种负载接入检测方法，包括如下方法：20.s1：当输出out端口有新的负载接入时，pmos晶体管电流增加；21.s2：若pmos晶体管电流增加到大于相应电源流的电流，则相应的检测信号detn会由低电平翻转为高电平给脉冲产生模块检测；22.s3：待脉冲产生模块检测到detn的上升沿后，产生相应的正脉冲输出信号setn到逻辑控制单元；23.s4：逻辑控制单元输出信号on被置位为高电平，激活输出供电单元，给out端所接入的负载进行充电；24.s5：待所接入的负载充满电后，输出轻载检测单元输出复位reset信号到逻辑控制模块；25.s6：逻辑控制模块输出信号on被复位输出低电平，关闭输出供电单元，此方法可以保证在待机状态下，即使已经有一个或者多个负载一直挂在out端，只要有其它新的负载接入，一样可以重新激活输出供电单元，而无须使用多个供电输出通道。26.优选的，所述pmos晶体管电流增包括：pmos晶体管mp0的电流增加和pmos晶体管mp1、mp2、mpn的镜像电流增加。27.采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明只需要一个输出通路就可以识别多个负载接入检测，芯片内部无需多个输出通路，极大的降低了多通路输出所需的成本，同时也减少了芯片脚位数量，可以采用更紧凑更便宜的封装。附图说明28.图1为本发明电源管理芯片模块示意图；29.图2为本发明电源管理芯片控制原理图；30.图3为现有技术的多通道检测方法示意图。具体实施方式31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之[0036]“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0037]参照图1至图2，本发明提供一种电源管理芯片1，包括：负载接入检测单元101、输出轻载检测单元102、输出供电单元103；[0038]所述负载接入检测单元101和输出轻载检测单元102的输入信号接输出供电单元的输出out端，负载接入检测单元101的输出信号on端接输出供电单元103的输入端，输出轻载检测单元102的输出信号reset端接负载接入检测单元101的输入端；所述输出供电单元103的输出out端还与若干负载2连接。[0039]进一步的，所述负载接入检测单元101包括：参考电压vref、输出电压钳位nmos晶体管mn0、多个pmos晶体管、多个电源流、多个脉冲产生模块、逻辑控制模块；所述参考电压vref接nmos晶体管mn0的栅极，所述nmos晶体管mn0的源极接输出供电单元的输出out端和若干负载，nmos晶体管mn0的漏极与多个pmos晶体管的对应端电性连接；所述多个pmos晶体管的漏极还分别与多个电源流的正极、多个脉冲产生模块输入端电性连接；所述多个电源流的负极接地；所述多个脉冲产生模块的输出端均与逻辑控制模块的输入端连接，逻辑控制模块的输出端接输出供电单元；所述输出轻载检测单元102的输出信号reset端还与逻辑控制模块对应端电性连接。所述输出供电单元103停止输出时，out脚待机电压等于参考电压vref减去nmos晶体管mn0的栅源电压vgs。[0040]进一步的，所述多个pmos晶体管包括pmos晶体管mpo、mp1、mp2、至mpn，其中n为大于等于2的整数；所述nmos晶体管mn0的漏极接pmos晶体管mp0的栅极和漏极，pmos晶体管mp0的栅极均与pmos晶体管mp1、mp2、mpn的栅极连接，所述pmos晶体管mp0、mp1、mp2、mpn的源极均接电源vdd端。所述多个电源流包括电源流i1、i2、至ix，其中x为大于等于2的整数；所述pmos晶体管mp1、mp2、mpn的漏极对应与电流源i1、i2、ix的正极连接，所述i1、i2、ix的负极均接地。所述多个脉冲产生模块包括脉冲产生模块1、脉冲产生模块2、至脉冲产生模块t，其中t为大于等于2的整数；所述电流源i1、i2、ix的正极还对应与脉冲产生模块1、脉冲产生模块2、脉冲产生模块t的输入端连接，所述脉冲产生模块1、脉冲产生模块2、至脉冲产生模块t的输出端还分别与逻辑控制模块的输入端连接。[0041]进一步的，所述pmos晶体管mp1、mp2、mpn的尺寸相同时，对应的电流源i1、i2、ix的电流逐级增大；所述pmos晶体管mp1、mp2、mpn的尺寸不同时，对应的电流源i1、i2、ix的电流相同。所述pmos晶体管mp1、mp2、mpn的尺寸不同时，对应的电流源i1、i2、ix的电流相同。[0042]本发明工作原理为：在此以pmos晶体管mp1、mp2、mpn的尺寸相同，电流源i1、i2、ix的电流逐级增大为例进行说明，x为大于等于2的整数，参照图2，在待机状态下，升压输出关闭，此时out待机电压等于vref-vgs，其中vgs为mn0的栅源工作电压。[0043]1、当out脚没有外接负载时，pmos晶体管mp0电流为0，电流镜像mp1、mp2、mpn电流也全部为0，在电流源i1、i2、ix的下拉作用下，det1、det2、detn一直为低电平，脉冲产生模块输出一直为低电平，逻辑控制模块输出信号on为低电平，对输出供电单元103无效，当有负载2接入时，负载2在out待机电压作用下产生下拉电流，该下拉电流全部流过pmos晶体管mp0，mp0再将此电流镜像给pmos晶体管pmos晶体管mp1、mp2、mpn，只要pmos晶体管mp1、mp2、mpn中的任一路电流大于其对应支路的电流源电流，例如只要mp1的电流大于i1，则det1立即由低电平翻转为高电平，脉冲产生模块在检测到det1的上升沿后输出一个高电平脉冲信号set1，此高电平脉冲信号输出给逻辑控制模块，使逻辑控制模块输出信号on被置位输出为高电平，从而激活输出供电单元，对out所接入的负载进行充电，当所接入的负载充满电以后，负载所消耗的电流降到很低，此时输出轻载检测单元检测到负载电流非常小，输出复位reset信号到逻辑控制模块，使逻辑控制模块输出信号on被复位输出低电平，关闭输出供电单元，系统再次进入待机状态。[0044]2、待机状况下如果有负载2一直挂在电源芯片输出out端未移除时，则mp0一直有电流流过，在pmos晶体管mp0镜像作用下，pmos晶体管mp1、mp2、mpn也会一直有电流流过，这里假设在所接负载消耗电流作用下，使得mp1的电流大于i1，mp2的电流大于i2，mpn的电流小于ix，所以det1和det2一直为高电平，detn一直为低电平，因为脉冲产生模块只有在各级detn信号由低变高的上升沿作用下才能产生正脉冲信号setn，所以此时各级setn信号都是无效的。这时如果将另一个负载同时接入到out端口，则流过mp0的电流会增加，在mp0镜像作用下，pmos晶体管mp1、mp2、mpn的电流也会增加，det1和det2一直保护高电平，由于det1和det2没有由低变高的翻转过程，所以set1和set2还是一直保持低电平，但是只要任一mpn支路的电流超过相应的电流源ix，则detn立即由低变高翻转，使脉冲控制模块n的输出信号setn输出一个高电平脉冲，从而使得逻辑控制模块输出信号on被置位输出高电平，激活输出供电单元，对out所接入的负载进行充电。[0045]3、同样的道理，在待机状态下如果已经有多个负载连接在out端口未移除，只要再新接入其它的负载，则mp0的电流增大，在mp0镜像作用下，pmos晶体管mp1、mp2、mpn的电流增大，只要电流源i1、i2、ix的级数足够多以及相邻电流源之间的差值足够小，每次新接入负载所增加的电流都会触发到新的detn信号翻转，然后激活输出供电单元，对out所接入的负载进行充电。[0046]电流源i1、i2、ix所需级数以及相邻两级之间差值，根据不同情况以及不同要求可以任意调整，以保证实际最小的负载接入时都能够识别到，理论上x的数值越大以及相邻电流源之间的差值越小，则负载接入时检测灵敏度越高。[0047]综上所述，本发明可以在只有一个out输出端口的情况下，对多个负载接入进行检测，无需多个out输出口。本发明只需要一个输出通路就可以识别多个负载接入检测，芯片内部无需多个输出通路，极大的降低了多通路输出所需的成本，同时也减少了芯片脚位数量，可以采用更紧凑更便宜的封装。[0048]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。









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