CN100486076C - 一种供电电源切换及电池保护的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供电电源切换及电池保护的方法及其装置，适用于移动或手持设备***，其中该方法包括：在电池电源供电支路上增加一电池开关，通过控制电池开关的通/断实现在外接电源与电池电源之间的切换及控制所述电池电源的充放电状态。本发明提出的供电电源切换及电池保护的方法及装置，能够通过控制电池开关实现在外接电源和电池之间切换，以适应***不同的工作状态。同时对电池的充放电进行保护，一方面防止了在电池充满后继续充电以损坏电池，另一方面防止了在外接电源供电期间电池也对***供电，影响电池独立工作的时间。此外，延长了电池使用寿命及电池供电工作时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用外接电源和电池供电设备中，两种供电电源的互相切换，特别是涉及在外接电源供电时，防止对电池的过放及过充保护的方法及装置。
背景技术
随着移动设备向小型化、多功能化的发展，电池技术也得到了长足的进步，目前，大容量小体积电池作为手持和移动设备的辅助电力供应已经普及应用。即便如此，许多情况下，电池成本仍然占据整个设备较大比例，对电池严格管理以延长电池寿命，因而延长电池供电时间成为电源管理中的一个必备环节。
在很多车载、手持等移动设备以及有不间断供电要求的设备中，要求电源电路能够提供自动切换功能，即在有外接电源供电条件时，切换到外接电源供电，并能在检测到电池电量不足时启动充电，以保证电池具备充足的电能，避免在需要使用电池时电池未处于饱和状态。在外接电源供电停止时，能自动切换至电池供电，而这一切换过程不应造成设备的断电或复位、丢失数据等异常现象。
目前，有很多厂家提供高效率的电源管理电路，其主要管理功能专注于对电池充电的控制，对于外接电源供电条件下电池的防过充及防过放未给出完善解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种供电电源切换及电池保护的方法及装置，用于解决在有外接电源的情况下保护电池电量并防止过充，失去外接电源时能够不间断切换至电池供电的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种供电电源切换及电池保护的方法，适用于移动或手持设备***，其中，在电池电源供电支路上增加一电池开关，通过控制电池开关的通/断实现在外接电源与电池电源之间的切换及控制所述电池电源的充放电状态。
所述的供电电源切换及电池保护的方法，其中，当采用场效应管作为电池开关时，具体包括：
步骤21，所述场效应管的栅极通过一用于检测所述外接电源工作正常性的电阻与所述外接电源或其控制信号连接，并由一开关三极管控制，该开关三极管又由负责管理电源的微处理器控制；
步骤22，在无外接电源接入时，开启所述场效应管，由所述电池电源供应***工作；在有外接电源接入时，由所述外接电源供应***工作，并通过检测所述电池电源的电压决定是否对所述电池电源进行充电，若所述电池电源电量不足，则开启所述场效应管对所述电池电源充电，并在所述电池电源充电完毕后，关闭所述场效应管。
所述的供电电源切换及电池保护的方法，其中，通过比较器或模拟/数字转换器检测所述电池电源的电压。
所述的供电电源切换及电池保护的方法，其中，当所述外接电源工作正常时，所述电阻将所述场效应管的栅极上拉至高电平，所述场效应管关闭；当所述外接电源断开时，所述电阻将所述场效应管的栅极下拉至低电平，所述场效应管开启。
所述的供电电源切换及电池保护的方法，其中，所述场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应管。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种供电电源切换及电池保护的装置，适用于移动或手持设备***，包括外接电源、电池电源、电源管理芯片及与其连接的稳压稳流电路，所述电源管理芯片用于向***提供电源及监控***工作状态，所述稳压稳流电路用于向***提供基本电源及对所述电池电源在电量不足时进行充电，其中，该装置还包括：
一电池开关，其通过一用于检测所述外接电源工作正常性的电阻连接至所述外接电源，用于在外接电源与电池电源之间切换；
一处理控制电路，连接所述电源管理芯片，用于根据***工作状态控制所述电池开关的开启或关闭。
所述的供电电源切换及电池保护的装置，其中，当采用场效应管作为电池开关时，在无外接电源接入时，所述处理控制电路开启所述场效应管，由所述电池电源供应***工作；在有外接电源接入时，由所述外接电源供应***工作，并通过检测所述电池电源的电压决定是否对所述电池电源进行充电，若所述电池电源电量不足，则所述处理控制电路开启所述场效应管，所述稳压稳流电路对所述电池电源充电，并在所述电池电源充电完毕后，所述处理控制电路关闭所述场效应管。
所述的供电电源切换及电池保护的装置，其中，通过比较器或模拟/数字转换器检测所述电池电源的电压。
所述的供电电源切换及电池保护的装置，其中，当所述外接电源工作正常时，所述电阻将所述场效应管的栅极上拉至高电平，所述处理控制电路关闭所述场效应管；当所述外接电源断开时，所述电阻将所述场效应管的栅极下拉至低电平，所述处理控制电路开启所述场效应管。
所述的供电电源切换及电池保护的装置，其中，所述场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应管。
本发明的技术效果在于：
本发明提出了的电池保护及外接电源与电池供电切换的方法及装置，通过控制电池开关实现在外接电源和电池之间切换，以适应***不同的工作状态。同时对电池的充放电进行保护，一方面防止了在电池充满后继续充电以损坏电池，另一方面防止了在外接电源供电期间电池也对***供电，影响电池独立工作的时间。此外，延长了电池使用寿命及电池供电工作时间。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是本发明的电源切换及电池保护装置图；
图2是本发明的电源切换及电池保护控制逻辑图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是提供一种在外接电源供电和电池供电之间切换，并且对电池进行防过放及过充的方法及装置，解决在有外接电源的情况下保护电池电量并防止过充，失去外接电源时能够不间断切换至电池供电的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种电池开关的方法，包括如下步骤：
步骤一，在电池供电支路上增加一个FET(Field Effect Transistor，场效应管)管。FET管的栅极通过电阻与外接电源(或该电源控制的信号)连接并通过开关三极管进行控制，开关三极管基极由***负责电源管理的MCU(Microcontroller Uint，微处理器)控制(若***电源管理完全由硬件实现，则可由硬件逻辑产生该控制信号)。
步骤二，在无外接电源供电时，FET管的栅极控制FET管打开，由电池供应***工作；
步骤三，外接电源接入时，***检测电池电压，若电量不足，打开FET管，此时由充电管理对电池进行充电。电池充满后，关闭FET管，以防止电池过充。关闭FET管的另一个作用是为了防止在外接电源工作期间电池也向***放电，保证电池总是处于充满状态。
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
在本发明中，不讨论电源管理芯片的具体工作原理，甚至可以不需要电源管理芯片，完全由分立元件搭建电路实现电源管理的功能，只是假定电源管理部分完成了对外接电源的稳压稳流功能，输出***中使用的各路供电，对于电池开关的控制也不一定由处理器完成，只要电池充满后电路能产生一个信号，即可用来控制电池开关。
如图1所示是本发明的电源切换及电池保护的装置图，本发明的电源管理芯片101连接在稳压稳流电路102和处理器或监控电路104之间，电池开关103串接在电池与充放电回路中。以下将对各模块进行详细说明。
1、电源管理芯片101
11)，由于现代设备，尤其是智能设备、手持设备等供电要求复杂，处理器核心电压、IO电压、显示部分供电各不相同。有些设计还要求关机后提供仍需要工作部分的电压，因此采用电源管理芯片101可以简化设计，以提高可靠性。
12)，电源管理芯片101负责向整个设备提供电源，并对各路电源进行监控，根据设计要求处理开、关机流程及开机上电顺序等。
13)，对于功能较为完善的电源管理芯片101，可以与104处理器部分通讯，104处理器部分可获知当前工作状态，并向电源管理芯片101发送命令。
14)，如果***供电非常简单，也可不使用专用的电源管理芯片101，而由简单的分立元件实现控制逻辑关系。
2、稳压稳流电路102
其提供***工作的基本电源，其他各路电源均由此基本电源获得，因为该基本电源用于电池充电，同时在外接电源断开后，电池供电也进入这一路，所以一般设计应选取与电池电压相近的输出范围。
3、电池开关103
31)，图1中使用P沟道MOSFET(Fetal-oxide semiconductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应管)管作为电池开关103，这样控制信号的极性与器件特性相同，可简化电路；同时由于MOSFET管103内的寄生二极管的作用，可以加快在外接电源断开时电池切入供电的速度，提高***可靠性及可用性。
MOSFET管103的栅极通过电阻105与外接电源(或外接电源所控制的信号)连接，并通过开关三极管106进行控制，开关三极管106的基极由***负责电源管理的MCU(Microcontroller Uint，微处理器)，即处理器或监控电路104控制，若***电源管理完全由硬件实现，则可由硬件逻辑产生该控制信号。其中，电阻107为开关三极管106正常工作时的基极限流电阻，当开关三极管106为场效应管时，电阻107可以省略。
32)，若有特别要求，也可采用其他类型功率管或继电器等开关电路作为电池开关103，对电池开关103的选择要求其开关速度必须足够快，以保证在外接电源电压跌落至不能满足***工作条件时能够及时打开电池供电。同时因为该电池开关103在电池供电期间一直串接在供电回路中，须注意使电池开关103闭合时导通电阻尽可能的小，关断时漏电流尽可能的少，为保证电池供电的工作时间，保持电池开关103打开的电路部分应消耗很少的电流。
如图2所示是本发明的电源切换及电池保护控制逻辑图，并参阅图1：
步骤201，通过MOSFET管103接到外接电源上的电阻105检测外接电源是否正常，若外接电源正常时，电阻105将MOSFET管103的栅极上拉至高电平，MOSFET管103默认处于关闭状态，由外接电源供电，并执行步骤202；若外接电源不正常时，则执行步骤205；
步骤202，通过比较器或A/D转换器检测电池电压来判断电池充电是否结束，若电池处于充满状态，则充电结束条件成立，电池充电结束，则执行步骤203；若电池处于尚未充满，则充电结束条件不成立，电池充电未结束，则执行步骤204；
步骤203，由处理器或监控电路104关闭电池开关103以保护电池；
步骤204，由处理器或监控电路104打开电池开关103，由稳压稳流电路102为电池充电。
在所述步骤203、204执行完毕后转步骤201，以进行下一轮判断。
步骤205，当外接电源断开不能正常工作时，MOSFET管103的栅极电阻相当于通过稳压稳流电路102的负载接地，将MOSFET管103的栅极下拉至低电平，打开电池开关103，完成外接电源向电池供电的切换。
在所述步骤205执行完毕后转步骤201，以便在外接电源正常时切换到外接电源供电。
本发明方法是一种有效的解决有多重方式供电要求的供电电源切换以及对电池的保护方法，该方法不依赖于特有的电源管理技术，而是以电池开关的方式，通过在不同状态下对电池开关的控制，实现供电电源的切换及电池保护。本方法可以结合基于电源管理芯片和微处理器控制的方法，使得在不增加较多成本和复杂的电路设计条件下，完成快速、准确地控制电池开关，以达到延长电池使用寿命的目的，可广泛应用于移动和手持设备。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1、一种供电电源切换及电池保护的方法，适用于移动或手持设备***，其特征在于，在电池电源供电支路上增加一电池开关，通过控制电池开关的通/断实现在外接电源与电池电源之间的切换及控制所述电池电源的充放电状态，包括如下步骤：
步骤1，所述电池开关通过一用于检测所述外接电源工作正常性的电阻与所述外接电源或所述外接电源的控制信号连接，并通过开关三极管对所述电池开关进行控制，所述开关三极管的基极由***负责电源管理的MCU控制；
步骤2，在无外接电源接入时，开启所述电池开关，由所述电池电源供应***工作；在有外接电源接入时，由所述外接电源供应***工作，并通过检测所述电池电源的电压决定是否对所述电池电源进行充电，若所述电池电源电量不足，则开启所述电池开关对所述电池电源充电，并在所述电池电源充电完毕后，关闭所述电池开关。
2、根据权利要求1所述的供电电源切换及电池保护的方法，其特征在于，当采用场效应管作为电池开关时，具体包括：
步骤21，所述场效应管的栅极通过一用于检测所述外接电源工作正常性的电阻与所述外接电源或所述外接电源的控制信号连接，并由一开关三极管控制，该开关三极管又由负责管理电源的微处理器控制；
步骤22，在无外接电源接入时，开启所述场效应管，由所述电池电源供应***工作；在有外接电源接入时，由所述外接电源供应***工作，并通过检测所述电池电源的电压决定是否对所述电池电源进行充电，若所述电池电源电量不足，则开启所述场效应管对所述电池电源充电，并在所述电池电源充电完毕后，关闭所述场效应管。
3、根据权利要求2所述的供电电源切换及电池保护的方法，其特征在于，通过比较器或模拟/数字转换器检测所述电池电源的电压。
4、根据权利要求2所述的供电电源切换及电池保护的方法，其特征在于，当所述外接电源工作正常时，所述电阻将所述场效应管的栅极上拉至高电平，所述场效应管关闭；当所述外接电源断开时，所述电阻将所述场效应管的栅极下拉至低电平，所述场效应管开启。
5、根据权利要求2、3或4所述的供电电源切换及电池保护的方法，其特征在于，所述场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应管。
6、一种供电电源切换及电池保护的装置，适用于移动或手持设备***，包括外接电源、电池电源、电源管理芯片，及与所述电源管理芯片连接的稳压稳流电路，所述电源管理芯片用于向***提供电源及监控***工作状态，所述稳压稳流电路用于向***提供基本电源及对所述电池电源在电量不足时进行充电，其特征在于，还包括：
一电池开关，其通过一用于检测所述外接电源工作正常性的电阻连接至所述外接电源，用于在外接电源与电池电源之间切换；
一处理控制电路，连接所述电源管理芯片，用于根据***工作状态控制所述电池开关的开启或关闭。
7、根据权利要求6所述的供电电源切换及电池保护的装置，其特征在于，当采用场效应管作为电池开关时，在无外接电源接入时，所述处理控制电路开启所述场效应管，由所述电池电源供应***工作；在有外接电源接入时，由所述外接电源供应***工作，并通过检测所述电池电源的电压决定是否对所述电池电源进行充电，若所述电池电源电量不足，则所述处理控制电路开启所述场效应管，所述稳压稳流电路对所述电池电源充电，并在所述电池电源充电完毕后，所述处理控制电路关闭所述场效应管。
8、根据权利要求7所述的供电电源切换及电池保护的装置，其特征在于，通过比较器或模拟/数字转换器检测所述电池电源的电压。
9、根据权利要求7所述的供电电源切换及电池保护的装置，其特征在于，当所述外接电源工作正常时，所述电阻将所述场效应管的栅极上拉至高电平，所述处理控制电路关闭所述场效应管；当所述外接电源断开时，所述电阻将所述场效应管的栅极下拉至低电平，所述处理控制电路开启所述场效应管。
10、根据权利要求7、8或9所述的供电电源切换及电池保护的装置，其特征在于，所述场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应管。
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