CN109256752B

CN109256752B - 电池保护电路和供电***

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Publication number: CN109256752B
Application number: CN201811385950.5A
Authority: CN
Inventors: 姜东帅
Original assignee: BEIJING QIANDING INTERNET TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING QIANDING INTERNET TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: CN109256752A

Abstract

本发明公开了一种电池保护电路和供电***，该电池保护电路包括：供电电池、外接电源接口、第一PMOS管、第一电阻和外接电源开关电路；供电电源的正极连接第一PMOS管的漏极，其负极接地并连接第一电阻的一端；外接电源接口和第一电阻的另一端均连接至第一PMOS管的栅极，其源极用于连接目标设备以提供***电源；外接电源开关电路的输入端连接外接电源接口，其输出端连接第一PMOS管的源极，外接电源接口用于当供电电池不工作时接入外部供电电源。通过本发明的技术方案可以实现在设备的***供电电池耗完电时可通过预留接口接入外部电源进行安全供电，可提高设备电源***的安全性，还增加了对供电电池的反接保护等等。

Description

电池保护电路和供电***

技术领域

本发明涉及电源设计技术领域，尤其涉及一种电池保护电路和供电***。

背景技术

近年来，对于一些如智能门锁等智能硬件单品，大部分产品都是采用低功耗设计，因此基于可拆装的AA电池(即干电池)进行供电。但是，考虑到采用这类电池供电时会存在一种情况，就是当设备在关闭状态，电池耗电完毕，而用户又无法从外部更换电池时，则无法通过正常方式使用该设备。此时，现有的解决方案是通过外部预留的USB供电接口进行外部供电，从而可重新正常使用该设备。

以智能门锁为例，当智能门锁设备的干电池用完后，则用户在门外无法使用密码、指纹、蓝牙、wifi、APP等方式进行开锁，由于门锁电池是安装在室内门锁装置里，在外部也无法更换电池，此时必须通过外部预留的USB 5V供电端口给智能锁设备进行供电，从而打开门锁，然后通过打开室内门锁电池装置更换新的电池。

然而，对于这类既存在供电电池又可通过外部预留的USB供电的设备，尤其是当通过供电接口接入外部电源时，需考虑两种供电电源的相互影响和安全性等问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种电池保护电路和供电***，通过对现有的两种供电电路的改进，可解决现有的供电方案各自存在的问题等。

本发明实施例提出一种电池保护电路，包括：供电电池、外接电源接口、第一PMOS管、第一电阻和外接电源开关电路；

所述供电电池的正极连接所述第一PMOS管的漏极，其负极接地并连接所述第一电阻的一端；

所述外接电源接口和所述第一电阻的另一端均连接至所述第一PMOS管的栅极，所述第一PMOS管的源极用于连接目标设备以为所述目标设备提供***电源；

所述外接电源开关电路的输入端连接所述外接电源接口，其输出端连接所述第一PMOS管的源极，所述外接电源接口用于当所述供电电池不工作时接入外部供电电源。

进一步地，本发明实施例的电池保护电路，还包括：第一二极管，所述外接电源开关电路的输出端通过所述第一二极管连接到所述第一PMOS管的源极。

进一步地，所述外接电源开关电路包括第二PMOS管、第二电阻、第三电阻和第一电容，

所述外接电源接口连接所述第二电阻的一端、所述第一电容的一端和所述第二PMOS管的源极，所述第二电阻的另一端接地并连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述第一电容的另一端和所述第二PMOS管的栅极，所述第二PMOS管的漏极连接所述第一PMOS管的源极。

进一步地，本发明实施例的电池保护电路，还包括：第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述第二电阻的所述另一端，其负极连接所述第三电阻的所述另一端。

进一步地，本发明实施例的电池保护电路，还包括：电压匹配电路，所述第一PMOS管的源极通过所述电压匹配电路连接至所述目标设备。

进一步地，所述电压匹配电路为DC-DC电路或线性调整电路。

进一步地，所述外接电源接口为USB接口、Type-C接口或Lightning接口。

基于上述的电池保护电路，本发明实施例还提出一种供电***，包括：目标设备和电池保护电路，所述电池保护电路包括供电电池、外接电源接口、第一PMOS管、第一电阻和外接电源开关电路；

所述外接电源接口和所述第一电阻的另一端均连接至所述第一PMOS管的栅极，所述第一PMOS管的源极连接所述目标设备以用于提供***电源；

进一步地，本发明实施例的供电***，还包括：第一二极管，所述外接电源开关电路的输出端通过所述第一二极管连接到所述第一PMOS管的源极。

进一步地，本发明实施例的供电***，还包括：电压匹配电路，所述第一PMOS管的源极通过所述电压匹配电路连接至所述目标设备。

通过本发明的技术方案可以实现在目标设备的***供电电池耗完电时可通过预留接口接入外部电源进行安全供电，可提高设备电源***的安全性，还增加了对供电电池的反接保护等等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。

图1为现有技术的一种供电电路；

图2为现有技术的另一种供电电路；

图3为本发明实施例的电池保护电路的第一结构示意图；

图4为本发明实施例的电池保护电路的第二结构示意图；

图5为本发明实施例的供电***的第一结构示意图；

图6为本发明实施例的供电***的第二结构示意图。

主要元件符号说明：

100-供电***；1-电池保护电路；2-目标设备；10-供电电池；20-外接电源接口；30-外接电源开关电路；40-电压匹配电路；Q1-第一PMOS管；Q2-第二PMOS管；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；D1-第一二极管；D2-第二二极管；C1-第一电容。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

对于现有的既包含供电电池部分又可包含预留外部接口的供电电路的供电***，考虑到两种供电电路之间的相互影响，现有技术主要采用两种解决方案，分别如图1和图2所示。如图1所示，针对方案一，供电电池作为***电源，外部供电电路通过预留的接口接入外部电源。随着供电电池的电量消耗，为确保***电源的安全性，通过在供电电池的支路上串联一个二极管。于是，当供电电池不能工作时，需要接入外部电源，于是通过该二极管可反向截止外部电源到供电电池的通路，从而保证整个电源***的安全性及正常工作。

如图2所示，针对方案二，供电电池和外部供电电路分别通过各自的电压匹配电路以形成两种通路，然后并行连接至目标设备，以解决两个电路之间的相互干扰。于是，当供电电池处于低电量而不能正常工作时，可通过外部供电电路的通路来进行供电，从而众保证整个***的正常运行。

可知，在现有的两种方案中，方案一使用的二极管将产生一定的功率损耗，这将对对功耗敏感的电子设备，在供电电池正常工作下，二极管消耗的无用功率将非常明显。而方案二单独增加一种电压匹配电路，这样不仅增加了较大的成本，还明显增加了PCB电路板的复杂程度和占用面积等。

基于上述两个方案的问题，本发明提出一种电池保护电路，通过利用一些基础的元器件来实现两种供电电路的相互影响，在保证整个电源***正常工作的前提下，不仅可以解决方案一的无用功耗的产生，还解决了方案二的增加成本及设计复杂度的难题等。

下面结合具体的实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

请参照图3，本实施例提出一种电池保护电路1，可用于一些如智能门锁等电子设备，即通过供电电池进行主要供电又需要预留有外部接口用于紧急情况下的外部供电。该电池保护电路1包括供电电池10、外接电源接口20、第一PMOS管Q1、第一电阻R1和外接电源开关电路30。

具体地，如图3所示，该供电电池10的正极连接所述第一PMOS管Q1的漏极，其负极接地并连接所述第一电阻R1的一端。所述外接电源接口20和所述第一电阻R1的另一端均连接至所述第一PMOS管Q1的栅极，所述第一PMOS管Q1的源极用于连接目标设备2以给所述目标设备2提供***电源。

所述外接电源开关电路30的输入端连接所述外接电源接口20，其输出端连接所述第一PMOS管Q1的源极，所述外接电源接口20用于当所述供电电池10不工作时接入外部供电电源。

本实施例中，该第一PMOS管Q1可用于当电池反接时进行反接保护。示范性地，当供电电池10正常工作时，外部电源接口将不会接入外部电源。此时，该第一PMOS管Q1为导通状态，供电电池10从第一PMOS管Q1的源极输出到目标设备2。若供电电池10接反时，由于第一PMOS管Q1的栅极电压高于其源极电压，此时，该第一PMOS管Q1将截止。因此，可以防止反向电流对目标设备2等损坏。

可以理解，该第一电阻R1可用于当接入外部电源进行供电时，可为该外部电源提供一个有效地对地电阻，防止外部电源在接入时直接短路。

进一步地，如图3所示，该电池保护电路1还包括第一二极管D1，所述外接电源开关电路30的输出端通过所述第一二极管D1连接到所述第一PMOS管Q1的源极。可以理解，当外部电源接入工作时，该第一二极管D1可用于当更换好新的供电电池10后，防止出现供电电池10向外部电源倒灌现象，从而可保证用于提供外部电源的设备安全以及该电源***的安全性等。

本实施例中，如图4所示，该外接电源开关电路30包括第二PMOS管Q2、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1。具体地，该外接电源接口20连接所述第二电阻R2的一端、所述第一电容C1的一端和所述第二PMOS管Q2的源极，所述第二电阻R2的另一端接地并连接所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端连接所述第一电容C1的另一端和所述第二PMOS管Q2的栅极，所述第二PMOS管Q2的漏极连接所述第一PMOS管Q1的源极。

进一步地，如图4所示，该外接电源开关电路30还包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极连接所述第二电阻R2的所述另一端，其负极连接所述第三电阻R3的所述另一端。可以理解，该第二二极管D2可用于为第一电容C1提供快速放电路径，从而加快该外接电源开关电路30中的第二PMOS管Q2的关断。

可以理解，该外接电源开关电路30主要用于实现外部电源切换到供电电池10的延迟开通以及加快关闭等。其中，所述延迟开通是指当接入外部电源时，若第一PMOS管Q1未及时关断，则可能出现该外部电源通过第一PMOS管Q1向供电电池10倒灌，从而造成对供电电池10及第一PMOS管Q1的损坏。通过由第一电容C1和第三电阻R3构成的延时电路可调整该第二PMOS管Q2的导通时间，于是，当外部电源接入后不会立即使其导通，这样可以给第一PMOS管Q1的关断预留足够的关断时间，即达到延迟导通的目的。

而所述加快关闭是指当外部电源出现多次快速插拔时使该第二PMOS管Q2保持延迟开通的效果。其中，可通过第二电阻R2和第一电容C1共同调整该第二PMOS管Q2的关断时间。示范性地，当快速***外部电源时，在延迟导通电路作用下，可防止外部电源过快地将导通第二PMOS管Q2；而当快速拔出外部电源时，可通过由第二电阻R2、第二二极管D2等组成的放电回路可进行快速放电，以加快第二PMOS管Q2的关断时间。

进一步地，该外接电源开关电路30还可包括电压匹配电路40，所述第一PMOS管Q1的源极通过所述电压匹配电路40连接至所述目标设备2。示范性地，该电压匹配电路40可采用直流转直流电路(即DC-DC电路)或线性调整电路(即LDO电路)等。例如，当该电压匹配电路用于降压时，该DC-DC电路可采用如BUCK降压电路或者电压转换电路等。而当需要升压时，可采用BOOST升压电路等等。通过该电压匹配电路40可对接入到目标设备2进行电压匹配，不仅可以增大该电池保护电路1的适用范围，还可以使目标设备2的电压匹配以提高***的利用率等。

本实施例中，所述外接电源接口20可包括但不限于为USB接口、Type-C接口或Lightning接口等等。所述目标设备2主要为一些使用电池供电又具有外部电源接入接口的电子设备，例如，可包括但不限于为智能门锁、蓝牙音箱、MP3、MP4、蓝牙/有线双模键盘等等。

示范性地，以智能门锁这一目标设备2为例，其工作电压通常在4.5V-5.5V左右。若供电电池10在满电量的状态时，其满电电压约为6.4V，当其电压下降到4V以下时，将会影响目标设备2的正常运行。此时，需要接入5.0V的外部电源来进行供电，才可以使该智能门锁进行开关门等操作。下面对该电池保护电路1的工作原理进行说明。

(1)当供电电池10正常工作(即正接)时，外部电源不接入，此时，第一PMOS管Q1处于导通状态，供电电池10给智能门锁进行正常供电。

(2)当供电电池10反接时，外部电源不接入，此时，第一PMOS管Q1将截止，供电电池10的供电通路关断，故不供电。

(3)当供电电池10不能正常工作时，通过外部电源接口接入该外部电源，此时，第一PMOS管Q1为截止状态，由于第二PMOS管Q2的源极-栅极电压大于0，此时大于第二PMOS管Q2的导通电压，故该第二PMOS管Q2将导通，切换到外部电源进行供电。

(4)当供电电池10恢复满电正常工作时，第二二极管D2可防止该供电电池10通过外部电源供电通路出现倒灌现象。并且，通过第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1及第二二极管D2等组成的延迟电路及快速放电回路可保证即使外部电源未及时拔出时也不会对***造成安全隐患，从而提高了整个***的安全性能等。

通过本实施例的电池保护电路可以实现在目标设备的***供电电池耗完电时，可通过预留接口接入外部电源进行安全供电，不仅增加了对供电电池的反接保护功能，还使得两个供电电路不相互影响，提高了整个电源***的安全性等。相比于现有技术的方案一，可省去产生无用功率的二极管，从而减小***功耗；而相比于现有技术的方案二，不必增加一路电压匹配电路，而是通过采用低成本的基础器件来搭建开关电路等，不仅可以减小PCB板的使用面积，还可以降低设计复杂度和硬件成本等，实用性较好。

实施例2

请参照图5，基于上述实施例1的电池保护电路，本实施例提出一种供电***100，以用于为具有供电电池电路和可接入外部电源的外部供电电路的设备进行供电。该供电***100包括目标设备2和电池保护电路1，所述电池保护电路包括供电电池10、外接电源接口20、第一PMOS管Q1、第一电阻R1和外接电源开关电路30。

具体地，所述供电电池10的正极连接所述第一PMOS管Q1的漏极，其负极接地并连接所述第一电阻R1的一端。所述外接电源接口20和所述第一电阻R1的另一端均连接至所述第一PMOS管Q1的栅极，所述第一PMOS管Q1的源极连接所述目标设备2以用于提供***电源。

进一步地，如图6所示，该供电***100还包括电压匹配电路40，所述第一PMOS管Q1的源极通过所述电压匹配电路40连接至所述目标设备2。

进一步地，该供电***100还包括第一二极管D1，所述外接电源开关电路30的输出端通过所述第一二极管D1连接到所述第一PMOS管Q1的源极。

本实施例的电池保护电路1对应于上述实施例1的电池保护电路，而上述实施例1的电池保护电路的可选项同样适用于本实施例的电池保护电路1的，故在此不再详述。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种电池保护电路，其特征在于，包括：供电电池、外接电源接口、第一PMOS管、第一电阻、外接电源开关电路、第一二极管和第二二极管；

所述外接电源开关电路的输入端连接所述外接电源接口，其输出端通过所述第一二极管连接所述第一PMOS管的源极，所述外接电源接口用于当所述供电电池不工作时接入外部供电电源；

其中，所述外接电源开关电路包括第二PMOS管、第二电阻、第三电阻和第一电容；所述外接电源接口分别连接所述第二电阻的一端、所述第一电容的一端和所述第二PMOS管的源极，所述第二电阻的另一端接地并连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端分别连接所述第一电容的另一端和所述第二PMOS管的栅极，所述第二PMOS管的漏极连接所述第一PMOS管的源极；所述第二二极管的正极连接所述第二电阻的所述另一端，其负极连接所述第三电阻的所述另一端。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，还包括：电压匹配电路，所述第一PMOS管的源极通过所述电压匹配电路连接至所述目标设备。

3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述电压匹配电路为DC-DC电路或线性调整电路。

4.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述外接电源接口为USB接口、Type-C接口或Lightning接口。

5.一种供电***，其特征在于，包括：目标设备和电池保护电路，所述电池保护电路包括供电电池、外接电源接口、第一PMOS管、第一电阻、外接电源开关电路、第一二极管和第二二极管；

6.根据权利要求5所述的供电***，其特征在于，还包括：电压匹配电路，所述第一PMOS管的源极通过所述电压匹配电路连接至所述目标设备。