一种负载驱动芯片

1.一种负载驱动芯片，其特征在于，所述负载驱动芯片的电源端用于与外接电源的正极连接；所述负载驱动芯片的第一外接端用于分别与负载的正极、电池的正极连接，第二外接端用于与所述负载的负极连接，第三外接端用于与接地电阻连接；所述负载驱动芯片包括：
充电开关电路，耦合在所述电源端与所述第一外接端之间，用于提供所述外接电源对所述电池的充电通路；
与所述充电开关电路连接的充电管理电路，用于向所述充电开关电路发送充电控制信号，以控制所述充电通路的通断；
负载驱动电路，耦合在所述第二外接端与所述第三外接端之间，用于提供所述电池对所述负载的放电通路；
与所述负载驱动电路连接的放电管理电路，用于向所述负载驱动电路发送放电控制信号，以控制所述放电通路的通断。
2.根据权利要求1所述的负载驱动芯片，其特征在于，还包括：
基准电路，分别与所述充电管理电路和所述放电管理电路连接，用于提供基准电压和偏置电流。
3.根据权利要求1所述的负载驱动芯片，其特征在于，所述充电开关电路包括第一开关管；所述第一开关管连接在所述电源端与所述第一外接端之间，所述第一开关管的控制端与所述充电管理电路连接；
所述充电管理电路用于：基于所述外接电源的电源电压、所述电池的电池电压进行充电条件判断，并在各充电条件均满足时控制所述第一开关管闭合，并在任一充电条件不满足时控制所述第一开关管关断。
4.根据权利要求3所述的负载驱动芯片，其特征在于，所述充电条件包括：
电源电压大于预设的电源接入电压阈值、电源电压大于电池电压、电池电压小于预设的过充保护电压阈值。
5.根据权利要求2所述的负载驱动芯片，其特征在于，所述负载驱动电路包括第二开关管和运算放大器；所述第二开关管连接在所述第二外接端与所述第三外接端之间；
所述运算放大器的输出端与所述第二开关管的控制端连接，使能端与所述放电管理电路连接，正输入端与所述基准电路的基准电压输出端连接，负输入端与所述第三外接端连接，用于控制所述第二开关管的通断并实现恒流驱动；
所述放电管理电路用于：基于所述外接电源的电源电压、所述电池的电池电压进行放电条件判断，在各放电条件均满足时发送使能开启信号至所述运算放大器，并在任一放电条件不满足时发送使能关闭信号至所述运算放大器。
6.根据权利要求5所述的负载驱动芯片，其特征在于，所述放电条件包括：
电源电压小于预设的电源接入电压阈值、电池电压大于预设的过放保护电压阈值。
7.根据权利要求6所述的负载驱动芯片，其特征在于，所述放电管理电路包括相连的放电管理模块和锁定解锁模块；所述锁定解锁模块的输出端与所述运算放大器的使能端连接；
所述放电管理模块用于：将电源电压与所述电源接入电压阈值的第一比较结果信号、电池电压与所述过放保护电压阈值的第二比较结果信号发送至所述锁定解锁模块；
所述锁定解锁模块用于：在各放电条件均满足时发送所述使能开启信号至所述运算放大器，在任一放电条件不满足时发送所述使能关闭信号至所述运算放大器；并且，所述锁定解锁模块在电池电压不大于所述过放保护电压阈值时而输出使能关闭信号后，还用于锁定当前的输出状态，直至在电源电压大于所述电源接入电压阈值或者再次为所述电池充电后解除锁定。
8.根据权利要求2以及5至7中任一项所述的负载驱动芯片，其特征在于，所述充电管理电路通过防电源反接模块与所述电源端耦合，以使所述充电管理电路在所述外接电源反接时停止工作。
9.根据权利要求8所述的负载驱动芯片，其特征在于，
所述充电管理电路和所述放电管理电路通过防电池反接模块与所述第一外接端耦合，以使所述充电管理电路和所述放电管理电路在所述外接电源反接时停止工作。
10.根据权利要求9所述的负载驱动芯片，其特征在于，所述基准电路还包括：
复位模块，用于在所述电池上电后生成并输出持续时长为预设值的复位清零信号。

一种负载驱动芯片\n技术领域\n[0001] 本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种负载驱动芯片。\n背景技术\n[0002] 随着新能源技术和电池技术的发展，许多户外负载如照明设备等，可以采用电池供电，并利用新能源发电为电池重复充电，不仅不需要铺设供电网由市电供电，而且还节能环保，更便于安装，极大地有利于发展绿色节约型经济。\n[0003] 但是，在目前的实际应用中，一些负载驱动电路的结构并不完善，无法对电池的充电和放电进行有效管理，又或者，需要同时使用多颗芯片来分别实现电池充放电管理和LED驱动等，不仅设备成本较高，而且体积大、可靠性差。\n[0004] 鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。\n实用新型内容\n[0005] 本申请的目的在于提供一种高可靠性、高安全性的负载驱动芯片。\n[0006] 为解决上述技术问题，本申请公开了一种负载驱动芯片，所述负载驱动芯片的电源端用于与外接电源的正极连接；所述负载驱动芯片的第一外接端用于分别与负载的正极、电池的正极连接，第二外接端用于与所述负载的负极连接，第三外接端用于与接地电阻连接；所述负载驱动芯片包括：\n[0007] 充电开关电路，耦合在所述电源端与所述第一外接端之间，用于提供所述外接电源对所述电池的充电通路；\n[0008] 与所述充电开关电路连接的充电管理电路，用于向所述充电开关电路发送充电控制信号，以控制所述充电通路的通断；\n[0009] 负载驱动电路，耦合在所述第二外接端与所述第三外接端之间，用于提供所述电池对所述负载的放电通路；\n[0010] 与所述负载驱动电路连接的放电管理电路，用于向所述负载驱动电路发送放电控制信号，以控制所述放电通路的通断。\n[0011] 可选地，还包括：\n[0012] 基准电路，分别与所述充电管理电路和所述放电管理电路连接，用于提供基准电压和偏置电流。\n[0013] 可选地，所述充电开关电路包括第一开关管；所述第一开关管连接在所述电源端与所述第一外接端之间，所述第一开关管的控制端与所述充电管理电路连接；\n[0014] 所述充电管理电路用于：基于所述外接电源的电源电压、所述电池的电池电压进行充电条件判断，并在各充电条件均满足时控制所述第一开关管闭合，并在任一充电条件不满足时控制所述第一开关管关断。\n[0015] 可选地，所述充电条件包括：\n[0016] 电源电压大于预设的电源接入电压阈值、电源电压大于电池电压、电池电压小于预设的过充保护电压阈值。\n[0017] 可选地，所述负载驱动电路包括第二开关管和运算放大器；所述第二开关管连接在所述第二外接端与所述第三外接端之间；\n[0018] 所述运算放大器的输出端与所述第二开关管的控制端连接，使能端与所述放电管理电路连接，正输入端与所述基准电路的基准电压输出端连接，负输入端与所述第三外接端连接，用于控制所述第二开关管的通断并实现恒流驱动；\n[0019] 所述放电管理电路用于：基于所述外接电源的电源电压、所述电池的电池电压进行放电条件判断，在各放电条件均满足时发送使能开启信号至所述运算放大器，并在任一放电条件不满足时发送使能关闭信号至所述运算放大器。\n[0020] 可选地，所述放电条件包括：\n[0021] 电源电压小于预设的电源接入电压阈值、电池电压大于预设的过放保护电压阈值。\n[0022] 可选地，所述放电管理电路包括相连的放电管理模块和锁定解锁模块；所述锁定解锁模块的输出端与所述运算放大器的使能端连接；\n[0023] 所述放电管理模块用于：将电源电压与所述电源接入电压阈值的第一比较结果信号、电池电压与所述过放保护电压阈值的第二比较结果信号发送至所述锁定解锁模块；\n[0024] 所述锁定解锁模块用于：在各放电条件均满足时发送所述使能开启信号至所述运算放大器，在任一放电条件不满足时发送所述使能关闭信号至所述运算放大器；并且，所述锁定解锁模块在电池电压不大于所述过放保护电压阈值时而输出使能关闭信号后，还用于锁定当前的输出状态，直至在电源电压大于所述电源接入电压阈值或者再次为所述电池充电后解除锁定。\n[0025] 可选地，所述充电管理电路通过防电源反接模块与所述电源端耦合，以使所述充电管理电路在所述外接电源反接时停止工作。\n[0026] 可选地，所述充电管理电路和所述放电管理电路通过防电池反接模块与所述第一外接端耦合，以使所述充电管理电路和所述放电管理电路在所述外接电源反接时停止工作。\n[0027] 可选地，所述基准电路还包括：\n[0028] 复位模块，用于在所述电池上电后生成并输出持续时长为预设值的复位清零信号。\n[0029] 本申请所提供的负载驱动芯片所具有的有益效果是：本申请以合理有效的电路结构集成了多种功能的电路，同时具备了电池充放电管理和负载驱动管理的能力，不仅安全性高、可靠性高，而且具有较高的集成度，降低了设备体积和成本，极大提高了产品经济效益。\n附图说明\n[0030] 为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。\n[0031] 图1为本申请实施例公开的一种负载驱动芯片的电路结构示意图；\n[0032] 图2为本申请实施例公开的又一种负载驱动芯片的电路结构示意图。\n具体实施方式\n[0033] 本申请的核心在于提供一种高可靠性、高安全性的负载驱动芯片。\n[0034] 为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。\n[0035] 随着新能源技术和电池技术的发展，许多户外负载如照明设备等，可以采用电池供电，并利用新能源发电为电池重复充电，不仅不需要铺设供电网由市电供电，而且还节能环保，更便于安装，极大地有利于发展绿色节约型经济。\n[0036] 但是，在目前的实际应用中，一些负载驱动电路的结构并不完善，无法对电池的充电和放电进行有效管理，又或者，需要同时使用多颗芯片来分别实现电池充放电管理和LED驱动等，不仅设备成本较高，而且体积大、可靠性差。鉴于此，本申请提供了一种负载驱动芯片，可有效解决上述问题。\n[0037] 参见图1所示，本申请实施例公开了一种负载驱动芯片100，该负载驱动芯片100的电源端用于与外接电源E的正极连接；负载驱动芯片100的第一外接端用于分别与负载的正极、电池(Battery)的正极连接，第二外接端用于与负载的负极连接，第三外接端用于与接地电阻Rs连接；该负载驱动芯片包括：\n[0038] 充电开关电路101，耦合在电源端与第一外接端之间，用于提供外接电源E对电池的充电通路；\n[0039] 与充电开关电路101连接的充电管理电路102，用于向充电开关电路101发送充电控制信号，以控制充电通路的通断；\n[0040] 负载驱动电路103，耦合在第二外接端与第三外接端之间，用于提供电池对负载的放电通路；\n[0041] 与负载驱动电路103连接的放电管理电路104，用于向负载驱动电路103发送放电控制信号，以控制放电通路的通断。\n[0042] 其中，外接电源E可采用各种新能源电源，例如太阳能电池板等；电池是能够为负载供电的可充电电池；负载则可以由用户根据实际应用的需求而自行设置。例如，在非常常见的户外照明的应用场景中，图1所示的负载具体为发光二极管(LED)。与白炽灯泡相比，LED的工作电压低、工作电流小、抗冲击和抗震性能好、寿命长、可靠性高，因此正逐渐取代白炽灯泡用于照明设备中。\n[0043] 在本申请所提供的负载驱动芯片设置有五个引脚，如图1所示，引脚4是其电源端，用于与外接电源E的正极输出端连接；引脚3是第一外接端，用于与电池的正极和负载的正极连接；引脚5是第二外接端，用于与负载的负极连接；引脚1是第三外接端，用于与接地电阻连接。\n[0044] 容易理解的是，一个集成电路需要与其外接电路共地，因此，本申请设置的引脚2是接地端GND，并与外接电源的负极、电池的负极、接地电阻的接地端连接而共地。此外，容易理解的是，为保障电池电压稳定、负载工作可靠性高，还可以在外接电路中增设与电池并联的电容Co。\n[0045] 需要指出的是，本申请所提供的负载驱动芯片内部，集成了充电开关电路、充电管理电路、负载驱动电路、放电管理电路。充电开关电路连通了外接电源对电池的充电通路，当需要对电池充电时，充电管理电路可以自行控制充电开关电路接通，实现对电池的充电。\n而当充电条件不满足时，充电管理电路便可断开充电开关电路，停止对电池的充电，防止故障发生。\n[0046] 负载驱动电路连通了负载和接地电阻，当需要驱动负载工作时，放电管理电路可以自行控制负载驱动电路接通，令串联了电池、负载、接地电阻的放电通路闭合，实现对负载的驱动，亦即电池的放电。而当放电条件不满足时，放电管理电路可以令负载驱动电路不工作，停止对负载的驱动，防止故障发生，对电池、负载乃至负载驱动芯片造成损坏。\n[0047] 可见，本申请所提供的负载驱动芯片，以合理有效的电路结构集成了多种功能的电路，同时具备了电池充放电管理和负载驱动管理的能力，不仅安全性高、可靠性高，而且具有较高的集成度，降低了设备体积和成本，极大提高了产品经济效益。\n[0048] 参见图2，图2为本申请实施例提供的又一种负载驱动芯片的电路结构示意图。\n[0049] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，还包括：\n[0050] 基准电路105，分别与充电管理电路102和放电管理电路104连接，用于提供基准电压和偏置电流。\n[0051] 本领域技术人员容易理解的是，在实际应用中，各种功能电路的实现经常需要使用到基准电压、偏置电流。本申请中的充电管理电路、放电管理电路，需要对外接电源和电池的电压等进行监测和大小判断，这些电路中需要使用到的一些基本元器件便需要由基准电路提供基准电压和偏置电流。\n[0052] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，充电开关电路包括第一开关管Q1；第一开关管连接在电源端与第一外接端之间，第一开关管的控制端与充电管理电路连接；\n[0053] 充电管理电路用于：基于外接电源的电源电压、电池的电池电压进行充电条件判断，并在各充电条件均满足时控制第一开关管闭合，并在任一充电条件不满足时控制第一开关管关断。具体地，该第一开关管可以是MOS管(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。\n[0054] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，充电条件包括：\n[0055] 电源电压大于预设的电源接入电压阈值、电源电压大于电池电压、电池电压小于预设的过充保护电压阈值。\n[0056] 具体地，电源电压大于预设的电源接入电压阈值，是判定外接电源已经正常接入该负载驱动芯片的依据。而在电源电压小于电池电压时停止充电，可以防止电池返灌电流向外接电源充电，提高LED驱动芯片的安全性和使用寿命。因此，只有当外接电源正常接入、且外接电源的电源电压大于电池电压时，才能对电池充电。\n[0057] 在此基础上，本申请实施例还设置了过充保护，即，为了防止电池电压被充到过高而超出电池的安全工作范围、危害电路安全，当电池电压大于过充保护电压阈值时，便停止充电。\n[0058] 容易理解的是，当电源电压大于预设的电源接入电压阈值、电源电压大于电池电压、电池电压小于预设的过充保护电压阈值这三个充电条件均满足时，充电管理电路才会闭合充电开关电路，为电池充电。当任意一个充电条件不满足时，充电管理电路便会断开充电开关电路，停止为电池充电。\n[0059] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，负载驱动电路包括第二开关管Q2和运算放大器A；第二开关管连接在第二外接端与第三外接端之间；\n[0060] 运算放大器的输出端与第二开关管的控制端连接，使能端与放电管理电路连接，正输入端与基准电路的基准电压输出端连接，负输入端与第三外接端连接，用于控制第二开关管的通断并实现恒流驱动；\n[0061] 放电管理电路用于：基于外接电源的电源电压、电池的电池电压进行放电条件判断，在各放电条件均满足时发送使能开启信号至运算放大器，并在任一放电条件不满足时发送使能关闭信号至运算放大器。\n[0062] 具体地，第二开关管也可以采用MOS管。其中，根据运算放大器的虚短原理可知，其负输入端与其正输入端的电压相等，均为基准电路输出的基准电压。亦即，本申请所提供的负载驱动芯片的第三外接端的电压是不受外围电路(或者说是负载大小)变化的。当接地电阻也固定时，负载与电池所在的放电通路的电流就是固定的，为该基准电压与接地电阻阻值的比值。如此，便可实现了对负载的恒流驱动。\n[0063] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，放电条件包括：\n[0064] 电源电压小于预设的电源接入电压阈值、电池电压大于预设的过放保护电压阈值。\n[0065] 具体地，当使用电池放电驱动负载时，是无法用外接电源为电池充电的。因此，需要在电源电压小于预设的电源接入电压阈值时才能进行放电。此外，本申请实施例还为电池设置了过放保护，即，为了防止电池放电过多导致电池电压过低，本实施例在电池电压小于过放保护电压阈值时，便停止负载驱动电路工作，即停止电池对负载的驱动。\n[0066] 容易理解的是，当电源电压小于预设的电源接入电压阈值、电池电压大于预设的过放保护电压阈值这两个放电条件均满足时，放电管理电路才会控制负载驱动电路工作，令电池放电驱动负载。当任意一个放电条件不满足时，放电管理电路便会令负载驱动电路停止工作，停止电池放电。\n[0067] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，放电管理电路包括相连的放电管理模块和锁定解锁模块；锁定解锁模块的输出端与运算放大器的使能端连接；\n[0068] 放电管理模块用于：将电源电压与电源接入电压阈值的第一比较结果信号、电池电压与过放保护电压阈值的第二比较结果信号发送至锁定解锁模块；\n[0069] 锁定解锁模块用于：在各放电条件均满足时发送使能开启信号至运算放大器，在任一放电条件不满足时发送使能关闭信号至运算放大器；并且，锁定解锁模块在电池电压不大于过放保护电压阈值时而输出使能关闭信号后，还用于锁定当前的输出状态，直至在电源电压大于电源接入电压阈值或者再次为电池充电后解除锁定。\n[0070] 具体地，电池的电压存在有“虚低”的问题，即，当电池在低电压状态下驱动负载时，此时测量的电池电压是一个低于过放保护电压阈值的数值一，此时将放电回路断开不再驱动负载，则电池电压很可能会立刻又稍微升高到一个高于过放保护电压阈值的数值二。\n[0071] 为了防止因电池电压虚低问题而令负载驱动电路反复停止工作、开启工作，本申请实施例还设置了过放保护后的停止状态锁定机制。即，当因电池电压低于过放保护电压阈值而停止电池放电后，锁定解锁模块将锁定输出状态，不再因电池电压又高于过放保护电压阈值而更改输出状态。只有当检测外接电源再次接入，或者外接电源再次为电池充电后，锁定解锁模块的输出锁定状态才会解除，才会正常地依据各放电条件是否均满足的标准来使能运算放大器。\n[0072] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，充电管理电路通过防电源反接模块与电源端耦合，以使充电管理电路在外接电源反接时停止工作。\n[0073] 具体地，由于负载驱动芯片内部集成的各功能电路包括了诸多基本元器件，为了防止外接电源的正负极接反时造成器件损坏，本申请实施例中设置了防电源反接电路。防电源反接电路可起到类似二极管的单向导通作用，在外接电源反接时便停止了相关电路的工作，有效提供了保护。\n[0074] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，充电管理电路和放电管理电路通过防电池反接模块与第一外接端耦合，以使充电管理电路和放电管理电路在外接电源反接时停止工作。\n[0075] 类似地，为了防止电池的正负极接反时造成负载或者芯片中的器件损坏，本申请实施例中还设置了防电池反接电路。防电池反接电路同样可起到类似二极管的单向导通作用，在电池反接时可有效地保护芯片。\n[0076] 作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的负载驱动芯片在上述内容的基础上，基准电路还包括：\n[0077] 复位模块，用于在电池上电后生成并输出持续时长为预设值的复位清零信号。\n[0078] 具体地，当电池初次上电时，复位模块将产生复位信号，用于清零及复位各功能电路中寄存器的状态，使负载驱动芯片恢复为某一设定的默认状态。复位信号可以是低电平复位，也可以是高电平复位；并且，复位信号可以仅持续某一预设时长。当预设时长结束后，复位信号便可消失，负载驱动芯片进可进入默认的电池放电管理状态。\n[0079] 复位信号持续时长的预设值具体可以为80毫秒。复位信号消失即该为复位信号发生高低电平反转：如果复位信号是低电平复位，复位信号消失即原本的低电平变成了高电平；如果复位信号是高电平复位，复位信号消失即原本的高电平变成了低电平。\n[0080] 本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。\n[0081] 还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。\n[0082] 以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

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