CN103094939A - 电池管理电路 - Google Patents
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Abstract
一种电池管理电路，用来提供复数工作电压。上述电池管理电路包括一第一电池模块、一第二电池模块、一升压转换器及一降压转换器。上述第一电池模块提供一第一电池电压。上述第二电池模块提供一第二电池电压，其中上述第一电池电压大于上述第二电池电压。上述升压转换器对上述第一电池电压进行转换，以产生大于上述第一电池电压的一第一工作电压。上述降压转换器对上述第二电池电压进行转换，以产生小于上述第二电池电压的一第二工作电压。本发明的电池管理电路可以提升电池的使用效率，以延长便携式电子装置的使用时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池管理电路，且特别涉及一种便携式电子装置的电池管理电路。
背景技术
随着科技进步，便携式电子装置的功能与性能不断增进，以致于增加了电力的消耗。便携式电子装置的发展趋势朝向轻薄短小来设计，以移动装置为例，移动装置包括显示器、硬件线路板、电池、天线等。为了延长便携式电子装置的使用时间，在硬件上会选用更节能的零组件、使用大容量的电池或是提高电源的转换效率以及电池的使用效率。
因此，需要一种电池管理电路来提升电池的使用效率，以延长便携式电子装置的使用时间。
发明内容
本发明提供一种电池管理电路，用来提供复数工作电压。上述电池管理电路包括：一第一电池模块，用来提供一第一电池电压；一第二电池模块，用来提供一第二电池电压，其中上述第一电池电压大于上述第二电池电压；一升压转换器，耦接于上述第一电池模块，用来对上述第一电池电压进行转换，以产生大于上述第一电池电压的一第一工作电压；以及一降压转换器，耦接于上述第二电池模块，用来对上述第二电池电压进行转换，以产生小于上述第二电池电压的一第二工作电压。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例所述的便携式电子装置的***框图。
图2为根据本发明第二实施例所述的便携式电子装置的***框图。
图3为根据本发明第三实施例所述的便携式电子装置的***框图。
其中：
10A、10B、10C-便携式电子装置； 110-控制器；
120、130-电池模块； 122、124、132、134-电池；
140-升压转换器； 150-降压转换器；
160、170-充电模块； 20A、20B、20C-电池管理电路；
30-背光模块； 40-显示装置；
50-中央处理器； 60-内存模块；
70-输入/输出模块；
Ctrl1、Ctrl2、Ctrl3、Info1、Info2-控制信号；
PWR-电源； SW1、SW2、SW3-开关；
VBAT1、VBAT2-电压；
VH1、VH2、VL1、VL2、VL3～工作电压。
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
便携式电子装置以电池作为电源。电池的种类很多，例如碱性电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂电池等，其中锂电池的单位重量或是单位体积的能量比其它种类的电池高。此外，锂电池也具有放电电压稳定、工作温度范围较宽、自放电率低、存储寿命较长以及无记忆效应等优点。因此，锂电池被广泛使用于各种便携式电子装置中，例如手机、笔记本电脑、平板计算机等。根据不同电子产品的需求，锂电池可以做成扁平长方形或是圆柱形等，并可由多个电池组合成一电池模块。一般而言，锂电池的额定电压为3.6V至3.7V，而锂电池充满电时的电压约为4.1V至4.2V，其与不同阳极材料有关。
在便携式电子装置内，由于各集成电路及模块可能具有不同的工作电压，因此需要不同种类的电压转换器来完成电源供应。集成电路的工作电压大多为3.3V、1.8V或是1.2V，其低于一般锂电池的额定电压。因此，可使用降压转换器来得到集成电路的工作电压。一般来说，电压转换器的工作电压越接近输入电压，则转换效率越高。另一方面，便携式电子装置的液晶显示器(LCD)使用具有发光二极管(LED)的背光模块，其中液晶显示器的尺寸与发光二极管的个数相关。举例来说，10英寸液晶显示器的背光模块需要并联的复数组二极管串，其中每一组二极管串包括7个串联的发光二极管。由于每一个发光二极管通常需要3V的顺向偏压，所以需要21V的电源才能够驱动7个串联的发光二极管。因此，需要使用升压转换器来提供电源给液晶显示器的背光模块。此外，大尺寸的显示装置若需要较高的工作电压，也可由升压转换器来提供。不论是降压转换器或是升压转换器，当输入电压愈接近工作电压时，转换效率愈高。
图1为根据本发明第一实施例所述的便携式电子装置的***框图10A。便携式电子装置10A包括电池管理电路20A、背光模块30、显示装置40、中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。在便携式电子装置10A中，电池管理电路20A可提供较高的工作电压VH1与VH2给背光模块30以及显示装置40，并同时提供较低的工作电压VL1、VL2与VL3给中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。电池管理电路20A包括电池模块120、电池模块130、升压转换器140及降压转换器150。电池模块120包括以串联方式连接的两电池122与124，而电池模块130包括以并联方式连接的两电池132与134，其中电池122、124、132与134具有相同的额定电压。因此，电池模块120所提供的电压VBAT1会大于电池模块130所提供的电压VBAT2。在一实施例中，电池模块120包括以并联方式连接的复数电池单元，其中每一电池单元包括以串联方式连接的两电池122与124。升压转换器140用来对电池模块120所提供的电压VBAT1进行转换，以产生工作电压VH1与VH2，其中工作电压VH1与VH2大于电压VBAT1。而降压转换器150用来对电池模块130所提供的电压VBAT2进行转换，以产生工作电压VL1、VL2与VL3，其中工作电压VL1、VL2与VL3小于电压VBAT1。对升压转换器140以及降压转换器150而言，由于输入电压会接近工作电压，因此可提高转换效率，从而增加便携式电子装置10A的使用时间。
图2为根据本发明第二实施例所述的便携式电子装置的***框图10B。便携式电子装置10B包括电池管理电路20B、背光模块30、显示装置40、中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。在便携式电子装置10B中，电池管理电路20B可提供较高的工作电压VH1与VH2给背光模块30以及显示装置40，并同时提供较低的工作电压VL1、VL2与VL3给中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。电池管理电路20B包括控制器110、电池模块120、电池模块130、升压转换器140、降压转换器150以及三开关SW1-SW3。电池模块120包括以串联方式连接的两电池122与124，而电池模块130包括以并联方式连接的两电池132与134，其中电池122、124、132与134具有相同的额定电压。因此，电池模块120所提供的电压VBAT1会大于电池模块130所提供的电压VBAT2。在一实施例中，电池模块120包括以并联方式连接的复数电池单元，其中每一电池单元包括以串联方式连接的两电池122与124。升压转换器140用来对电池模块120所提供的电压VBAT1进行转换，以产生工作电压VH1与VH2，其中工作电压VH1与VH2大于电压VBAT1。而降压转换器150用来对电池模块130所提供的电压VBAT2进行转换，以产生工作电压VL1、VL2与VL3，其中工作电压VL1、VL2与VL3小于电压VBAT1。对升压转换器140以及降压转换器150而言，由于输入电压会接近工作电压，因此可提高转换效率，从而增加便携式电子装置10B的使用时间。
在电池管理电路20B中，根据电池模块120的电压VBAT1以及电池模块130的电压VBAT2，控制器110会提供控制信号Ctrl1、Ctrl2与Ctrl3来控制开关SW1、SW2与SW3的切换。当控制器110检测到电池模块120以及电池模块130的电量正常时，即电压VBAT1大于或等于临界电压Vth1且电压VBAT2大于或等于临界电压Vth2，控制器110会控制开关SW3为不导通而开关SW1与SW2为导通。于是，升压转换器140会根据电池模块120的电压VBAT1产生工作电压VH1与VH2，而降压转换器150会根据电池模块130的电压VBAT2产生工作电压VL1、VL2与VL3。当控制器110检测到两电池模块中的一个的电量用尽时，控制器110会控制所对应的开关为不导通，改由另一电池模块提供电力。举例来说，当电池模块120的电量用尽(电压VBAT1小于临界电压Vth1)时，控制器110会控制开关SW1为不导通而开关SW2与SW3为导通。于是，电池模块130会同时提供电压VBAT2至升压转换器140以及降压转换器150。当控制器110控制开关SW1、SW2与SW3时，控制器110也会提供控制信号Info1至升压转换器140，以便控制升压转换器140对电池模块130所提供的电压VBAT2进行转换，以产生工作电压VH1与VH2给背光模块30以及显示装置40。反之，当电池模块130的电量用尽(电压VBAT2小于临界电压Vth2)时，控制器110会控制开关SW2为不导通而开关SW1与SW3为导通。于是，电池模块120会同时提供电压VBAT1至升压转换器140以及降压转换器150。同样地，当控制器110控制开关SW1、SW2与SW3时，控制器110也会提供控制信号Info2至降压转换器150，以便控制降压转换器150对电池模块120所提供的电压VBAT1进行转换，以产生工作电压VL1、VL2与VL3给中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。
图3为根据本发明第三实施例所述的便携式电子装置的***框图10C。便携式电子装置10C包括电池管理电路20C、背光模块30、显示装置40、中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。在便携式电子装置10C中，电池管理电路20C可提供较高的工作电压VH1与VH2给背光模块30以及显示装置40，并同时提供较低的工作电压VL1、VL2与VL3给中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。电池管理电路20C包括控制器110、电池模块120、电池模块130、升压转换器140、降压转换器150、三开关SW1-SW3以及充电模块160与170。控制器110会提供控制信号Ctrl1、Ctrl2与Ctrl3来分别控制开关SW1、SW2与SW3，其中开关SW1耦接于电池模块120以及升压转换器140之间、开关SW2耦接于电池模块130以及降压转换器150之间而开关SW3耦接于升压转换器140以及降压转换器150之间。电池模块120包括以串联方式连接的两电池122与124，而电池模块130包括以并联方式连接的两电池132与134，其中电池122、124、132与134具有相同的额定电压。因此，电池模块120所提供的电压VBAT1会大于电池模块130所提供的电压VBAT2。在一实施例中，电池模块120包括以并联方式连接的复数电池单元，其中每一电池单元包括以串联方式连接的两电池122与124。升压转换器140用来对电池模块120所提供的电压VBAT1进行转换，以产生工作电压VH1与VH2，其中工作电压VH1与VH2大于电压VBAT1。而降压转换器150用来对电池模块130所提供的电压VBAT2进行转换，以产生工作电压VL1、VL2与VL3，其中工作电压VL1、VL2与VL3小于电压VBAT1。对升压转换器140以及降压转换器150而言，由于输入电压会接近工作电压，因此可提高转换效率，从而增加便携式电子装置10C的使用时间。
在电池管理电路20C中，根据电池模块120的电压VBAT1以及电池模块130的电压VBAT2，控制器110会提供控制信号Ctrl1、Ctrl2与Ctrl3来控制开关SW1、SW2与SW3的切换。当控制器110检测到电池模块120以及电池模块130的电量正常时，即电压VBAT1大于或等于临界电压Vth1且电压VBAT2大于或等于临界电压Vth2，控制器110会控制开关SW3为不导通而开关SW1与SW2为导通。于是，升压转换器140会根据电池模块120的电压VBAT1产生工作电压VH1与VH2，而降压转换器150会根据电池模块130的电压VBAT2产生工作电压VL1、VL2与VL3。当控制器110检测到两电池模块中的一个的电量用尽时，控制器110会控制所对应的开关为不导通，改由另一电池模块提供电力。举例来说，当电池模块120的电量用尽(电压VBAT1小于临界电压Vth1)时，控制器110会控制开关SW1为不导通而开关SW2与SW3为导通。于是，电池模块130会同时提供电压VBAT2至升压转换器140以及降压转换器150。当控制器110控制开关SW1、SW2与SW3时，控制器110也会提供控制信号Info1至升压转换器140，以便控制升压转换器140对电池模块130所提供的电压VBAT2进行转换，以产生工作电压VH1与VH2给背光模块30以及显示装置40。反之，当电池模块130的电量用尽(电压VBAT2小于临界电压Vth2)时，控制器110会控制开关SW2为不导通而开关SW1与SW3为导通。于是，电池模块120会同时提供电压VBAT1至升压转换器140以及降压转换器150。同样地，当控制器110控制开关SW1、SW2与SW3时，控制器110也会提供控制信号Info2至降压转换器150，以便控制降压转换器150对电池模块120所提供的电压VBAT1进行转换，以产生工作电压VL1、VL2与VL3给中央处理器50、内存模块60以及输入/输出模块70。
此外，当一充电器或变压器对便携式电子装置10C进行充电时，控制器110会根据电池模块120的电压VBAT1以及电池模块130的电压VBAT2来判断是否对电池模块120以及电池模块130进行充电。举例来说，当电池模块120的电压VBAT1小于饱和电压Vsat1时，控制器110会控制充电模块160来根据充电器或变压器所提供的电源PWR对电池模块120进行充电。另一方面，当电池模块130的电压VBAT2小于饱和电压Vsat2时，控制器110会控制充电模块170来根据电源PWR对电池模块130进行充电。具体而言，由于电池模块120以及电池模块130所提供的电压为不同，因此需使用充电模块160与170分别对电池模块120以及电池模块130内的电池进行充电。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用来限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种电池管理电路，用来提供复数工作电压，包括：
一第一电池模块，用来提供一第一电池电压；
一第二电池模块，用来提供一第二电池电压，其中上述第一电池电压大于上述第二电池电压；
一升压转换器，耦接于上述第一电池模块，用来对上述第一电池电压进行转换，以产生大于上述第一电池电压的一第一工作电压；以及
一降压转换器，耦接于上述第二电池模块，用来对上述第二电池电压进行转换，以产生小于上述第二电池电压的一第二工作电压。
2.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，上述第一电池模块包括以串联方式连接的至少两第一电池，以及上述第二电池模块包括以并联方式连接的至少两第二电池，其中上述第一电池与上述第二电池具有相同的额定电压。
3.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，上述第一电池模块包括以并联方式连接的复数电池单元，其中每一上述电池单元包括以串联方式连接的复数第一电池，以及上述第二电池模块包括以并联方式连接的复数第二电池，其中上述第一电池与上述第二电池具有相同的额定电压。
4.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，还包括：
一第一开关，耦接于上述第一电池模块以及上述升压转换器之间；
一第二开关，耦接于上述第二电池模块以及上述降压转换器之间；
一第三开关，耦接于上述升压转换器以及上述降压转换器之间；以及
一控制器，用来根据上述第一电池电压以及上述第二电池电压来控制上述第一、第二及第三开关。
5.如权利要求4所述的电池管理电路，其特征在于，当上述第一电池电压大于或等于一第一临界电压且上述第二电池电压大于或等于一第二临界电压时，上述控制器控制上述第三开关为不导通而上述第一及第二开关为导通。
6.如权利要求5所述的电池管理电路，其特征在于，当上述第一电池电压小于上述第一临界电压时，上述控制器控制上述第一开关为不导通而上述第二及第三开关为导通，以及上述升压转换器对上述第二电池电压进行转换，以产生上述第一工作电压。
7.如权利要求5所述的电池管理电路，其特征在于，当上述第二电池电压小于上述第二临界电压时，上述控制器控制上述第二开关为不导通而上述第一及第三开关为导通，以及上述降压转换器对上述第二电池电压进行转换，以产生上述第二工作电压。
8.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，还包括：
一第一充电模块，耦接于上述第一电池模块；
一第二充电模块，耦接于上述第二电池模块；以及
一控制器；
其中当上述第一电池电压小于一第一饱和电压时，上述控制器控制上述第一充电模块根据一电源对上述第一电池模块进行充电，以及当上述第二电池电压小于一第二饱和电压时，上述控制器控制上述第二充电模块根据上述电源对上述第二电池模块进行充电。
9.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，上述电池管理电路设置于一便携式电子装置中。
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