CN109787346B - 电源管理*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源管理***，包括：旁路装置，耦接于节点，用以当主输入电压大于阈值电压时，将该主输入电压输出至该节点，而当该主输入电压小于该阈值电压时不进行工作；主升压变换器，耦接于该节点，用以当该主输入电压小于该阈值电压时，对该主输入电压升压至该阈值电压且将该阈值电压输出至该节点，而当该主输入电压大于该阈值电压时不进行工作；及第一线性稳压器，耦接于该节点，用以对该节点的电压进行降压，以生成第一电压并提供该第一电压至微处理器。本发明能够为车载单元提供稳定的电压输出，以此有效延长车载单元内置备用电池的电池寿命。

Description

电源管理***
技术领域
本发明涉及一种电源管理***，特别是一种具有旁路装置的电源管理***。
背景技术
在行车资讯收费***中，每辆车都会配备一个车载单元(On-Board Unit,OBU)用来获得收费扣款资讯。车载单元具备多种无线通信装置，其可包括第三代/***行动通讯装置、Wi-Fi协定/蓝牙装置、专用短距离通讯-5.9G装置(dedicated short distancecommunication-5.9G,DSRC-5.9G)、专用短距离通讯-2.4G装置、全球定位***(globalpositioning system)装置、调频-无线电资料广播(frequency modulation-radio datasystem,RM-RDS)装置和近距离无线通讯(near field communication,NFC)装置。
在机动车没有电源供给的情况下，倘若车载单元被移除，车载单元必须能主动透过无线装置通知管理单位其已被移除，因此车载单元设有内置备用电池，然而此电池并没有充电功能。车载单元必须要有严谨的电源管理，才能达到以『年』为基准的待机功能。
发明内容
本发明目的在于提供一种电源管理***，其能够对车载单元进行电源管理，延长车载单元内置备用电池的电池寿命。
为了达到上述目的，本发明提供了一种电源管理***，包括：旁路装置，耦接于节点，用以当主输入电压大于阈值电压时将该主输入电压输出至该节点，而当该主输入电压小于该阈值电压时不进行工作；主升压变换器，耦接于该节点，用以当该主输入电压小于该阈值电压时，对该主输入电压升压至该阈值电压且将该阈值电压输出至该节点，而当该主输入电压大于该阈值电压时不进行工作；及第一线性稳压器，耦接于该节点，用以对该节点的电压进行降压，以生成第一电压并提供该第一电压至微处理器。
较佳的，该电源管理***还包括：降压变换器，耦接于该节点，用以对该节点的该电压进行降压，以生成第二电压并提供该第二电压至控制器。
较佳的，该电源管理***还包括：第一二极管，该第一二极管包括：第一阳极，耦接于该第一线性稳压器；及第一阴极；及第二线性稳压器，耦接于该第一阴极及该微处理器之间。
较佳的，该电源管理***还包括：备用电池，用以提供备用电压；备用电源开关，耦接于该备用电池；第二升压变换器，耦接于该备用电源开关，用以当该节点的该电压小于第一预设电压时，将该备用电压升压；及第二二极管，该第二二极管包括：第二阳极，耦接于该第二升压变换器；及第二阴极，耦接于该第一二极管的该第一阴极。
较佳的，该第一预设电压小于该阈值电压。
较佳的，该电源管理***还包括：周边开关，该周边开关耦接于车用蓄电池。
较佳的，该电源管理***还包括：电压侦测器，耦接于该节点、该周边开关及该第二升压变换器，用以根据该节点的该电压切换该周边开关及该第二升压变换器。
较佳的，该电源管理***还包括：第一升压变换器，耦接于该节点及该备用电源开关之间，用以当该电压侦测器侦测到该节点的该电压小于第二预设电压且在控制器储存资料时，该第一升压变换器将该备用电压升压至该第二预设电压，以将该第二预设电压输出至该节点。
较佳的，该第二预设电压小于该第一预设电压。
较佳的，当该控制器完成储存资料后，该第一升压变换器停止工作，而该第二升压变换器会持续工作。
与现有技术相对比，本发明通过旁路装置、主升压变换器及第一线性稳压器的之间的配合，使得经由电源管理***所提供的电压始终为第一电压。因此，当本发明所提供的电源管理***应用于车载单元时，其能够为车载单元提供稳定的电压输出，以此有效延长车载单元内置备用电池的电池寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的电源管理***的电路示意图；
图2至图5分别为本发明实施例的电源管理***在四种工作状态下的电路示意图；
图6为本发明实施例的电源管理***的主输入电压Vm与节点BATT电压的关系曲线图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。
图1为本发明实施例中电源管理***10的电路示意图，电源管理***10设置在车辆上且适用于车载单元。如图1所示，电源管理***10包括：旁路装置102、主升压变换器104以及第一线性稳压器106。旁路装置102耦接于节点BATT，用以在主输入电压Vm大于阈值电压Vth时，将主输入电压Vm传输至节点BATT，而当主输入电压Vm小于阈值电压Vth时，旁路装置102不进行工作；主升压变换器104也耦接于节点BATT，用以在主输入电压Vm小于阈值电压Vth时，将主输入电压Vm升压至阈值电压Vth传输至节点BATT，而当主输入电压Vm小于阈值电压Vth时，主升压变换器104不进行工作；第一线性稳压器106同样耦接于节点BATT，用以对节点BATT所接收到电压进行降压，以生成第一电压V1并将第一电压V1提供至微处理器12。于具体实施中，电源管理***10还可以包括：第一二极管108、第二线性稳压器110、降压变换器112、周边开关100、电源芯片113、备用电池114、备用电源开关116、第一升压变换器118、电压侦测器120、第二升压变换器122及第二二极管124。周边开关100耦接于车用蓄电池16。车用蓄电池16耦接于旁路装置102及主升压变换器104，备用电源开关116耦接于备用电池114、第一升压变换器118及第二升压变换器122。旁路装置102、主升压变换器104、第一线性稳压器106、降压变换器112、第一升压变换器118、电压侦测器120耦接于节点BATT。电压侦测器120还耦接于周边开关及第二升压变换器122，用以根据节点BATT的电压切换周边开关100及第二升压变换器122。降压变换器112还耦接于周边开关100及电源芯片113，需要说明的是，周边开关100及电源芯片113依序耦接于降压变换器112。第一二极管108包括第一阳极及第一阴极，第一二极管108的第一阳极耦接于第一线性稳压器106，第一二极管108的第一阴极耦接于第二二极管124的第二阴极及第二线性稳压器110。第二二极管124包括第二阳极和第二阴极，第二二极管124的第二阳极耦接第二升压变换器122，第二线性稳压器110耦接于第一二极管108的第二阴极和微处理器12之间，降压变换器112耦接于控制器14。电源芯片113耦接于周边芯片18。
图2至图5分别为本发明实施例的电源管理***10在四种工作状态下的电路示意图。具体地，图2为电源管理***10在由车用蓄电池16向旁路装置102供电的工作状态下的电路示意图，第3图为电源管理***10在由车用蓄电池16向主升压变换器104供电的工作状态下的电路示意图，第4图为电源管理***10在由备用电池114向第一升压变换器118供电的工作状态下的电路示意图，第5图为电源管理***10在由备用电池114向第二升压变换器122供电的工作状态下的电路示意图。电压侦测器120用以侦测节点BATT的电压，以使电源管理***10能够获取车用蓄电池16的供电状况，进而根据车用蓄电池16的供电状况和控制器14的资料处理状况调整备用电池114对第一升压变换器118及第二升压变换器122的供电电压，以此达到延长备用电池114的电池寿命的目的。当电源管理***10在正常工作时，备用电源开关116导通接入电路，然而当经由车用蓄电池16对电源管理***10供电时，第一升压变换器118及第二升压变换器122从电路断开且停止工作，以避免备用电池114经由备用电源开关116对电源管理***10供电。
如图2所示，当旁路装置102及/或主升压变换器104侦测到主输入电压Vm大于阈值电压Vth(如8.5V)时，旁路装置102自动接入电路以进行工作且主升压变换器104会自动断开且不进行工作，以使旁路装置102将车用蓄电池16传来的主输入电压Vm(如10V到36V)经由节点BATT传送至第一线性稳压器106及降压变换器112，第一线性稳压器106可将主输入电压Vm降压至第一中间电压(如3.5V)，第一中间电压再经由第一二极管108降压至第二中间电压(如3.3V)，第二中间电压再经由第二线性稳压器110降压至第一电压V1(如1.8V)，以输出第一电压V1至微处理器12。而降压变换器112将主输入电压Vm降压至第二电压V2(如3.3V或5V)，以输出第二电压V2至控制器14及周边开关100。当电压侦测器120侦测到节点BATT的电压大于第一预设电压Vthb1(如7.7V)时，周边开关100导通，以使周边开关100将第二电压V2传送到电源芯片113以经由电源芯片113输出供电电压给周边芯片18。需要说明的是，本发明所提及的各电压的具体数值还可以是其他数值，本发明并不以此为限。
如图3所示，当旁路装置102及/或主升压变换器104侦测到主输入电压Vm小于阈值电压Vth(如8.5V)时，旁路装置102自动断开且不进行工作，而主升压变换器104自动接入电路以进行工作，主升压变换器104则将车用蓄电池16传来的主输入电压Vm(如1.5V到8.5V)升压至阈值电压Vth，第一线性稳压器106及降压变换器112则经由节点BATT接收主升压变换器104输出的阈值电压Vth，之后第一线性稳压器106将阈值电压Vth降压至第一中间电压(如3.5V)，第一中间电压再经由第一二极管108降压至第二中间电压(如3.3V)，第二中间电压再经由第二线性稳压器110降压至第一电压V1(如1.8V)，以输出第一电压V1至微处理器12。而降压变换器112则将阈值电压Vth降压至第二电压V2(如3.3V或5V)，以输出第二电压V2至控制器14及周边开关100。当电压侦测器120侦测到节点BATT的电压大于第一预设电压Vthb1(如7.7V)时，周边开关100导通，以使周边开关100将第二电压V2传送到电源芯片113以经由电源芯片113输出供电电压给周边芯片18。当主输入电压Vm降低至最低供电电压Vmin(如1.5V)，主升压变换器104仍可将其提升至阈值电压Vth，以避免启动引擎或启动马达时造成车用蓄电池16瞬间压降而导致改由备用电池114供电的情况。
如图4所示，当电压侦测器120侦测到节点BATT的电压降至低于第一预设电压Vthb1(如7.7V)时，则电压侦测器120判断车用蓄电池16的电量已经耗尽或是车用蓄电池16被拔除，电压侦测器120进而导通第二升压变换器122及打开周边开关100，不需进行资料储存的周边芯片18(如卫星导航***等芯片)则断开且不进行工作。当电压侦测器120侦测到节点BATT的电压降至低于第二预设电压Vthb2(如6.8V)时，第一升压变换器118也被导通以进行工作，而第二升压变换器122则持续导通以保持工作状态，以使备用电池114输出的备用电压Vb(如3V)经由备用电源开关116输出至第一升压变换器118及第二升压变换器122，再由第一升压变换器118升压至第二预设电压Vthb2，第一线性稳压器106则将第二预设电压Vthb2降压至第一中间电压(如3.5V)，第一中间电压再经由第一二极管108降压至第二中间电压(如3.3V)，第二中间电压再经由第二线性稳压器110降压至第一电压V1(如1.8V)，以输出第一电压V1至微处理器12。在备用电压Vb输出至第二升压变换器122时，第二升压变换器122将备用电压Vb升压至第二中间电压(如3.3V)，由于第一二极管108输出的第二中间电压与第二升压变换器122输出的第二中间电压相同，因此第二线性稳压器110将第二中间电压降压至第一电压V1。而降压变换器112将第二预设电压Vthb2降压至第二电压V2(如3.3V或5V)，以输出第二电压V2至控制器14，使控制器14得以储存资料。
如图5所示，当车用蓄电池16的电量耗尽或是已被拔除，且控制器14完成储存资料时，微处理器12传送第一讯号(即MCUControl1)用以控制第一升压变换器118断开并停止工作，及传送第二讯号(即MCUControl2)用以控制降压变换器112断开并停止工作，并持续导通第二升压变换器122以使其保持工作状态，此时备用电压Vb经由备用电源开关116输出至第二升压变换器122，第二升压变换器122将备用电压Vb升压至第二中间电压(如3.3V)，第二中间电压经由第二二极管124降压至第三中间电压(如3.1V)，第二线性稳压器110再将第三中间电压降压至第一电压V1，以供应微处理器12，使电源管理***10得以在最低电压的供电环境下，让微处理器12在车用蓄电池16重新供电时唤醒其他装置。当电源管理***10在最低电压的供电环境下，除了微处理器12，仍有其他装置可持续透过第二升压变换器122供电，如陀螺仪、加速度计、霍尔效应传感器、保密芯片及/或蓝牙芯片。
如上述实施例所提到的，当控制器完成资料的储存后，第二升压变换器122持续工作，而第一升压变换器118停止工作，如此设置可有效地简省电源管理***10的电源供应。具体而言，由于第一升压变换器118会将备用电压Vb先升压至如第二预设电压Vthb2(如6.8V)的高电压，而第二升压变换器122仅会将备用电压Vb升压至第二中间电压(如3.3V)，因此，如此设置能够使得备用电池114的供电时间更为持久，延长了备用电池114的电池寿命，进一步提高了电源管理***10的可靠性。
图6为本发明实施例的电源管理***10的主输入电压Vm与节点BATT电压的关系曲线图。如图6所示，其中水平轴(即X轴)表示主输入电压Vm的电压值，垂直轴(即Y轴)表示节点BATT的电压值。在阶段64，主输入电压Vm大于阈值电压Vth(如8.5V)，旁路装置102直接将主输入电压Vm输出至节点BATT，所以节点BATT的电压和主输入电压Vm相同。在阶段62，主输入电压Vm小于阈值电压Vth且大于最低供电电压(如1.5V)，主升压变换器104对主输入电压Vm升压，使得节点BATT的电压与阈值电压Vth保持一致。在阶段60，当车用蓄电池16的电量耗尽或是已被拔除，第一升压变换器118则将备用电压Vb升压至第二预设电压Vthb2(如6.8V)。
综上所述，如图2至图5所示，本发明提供的电源管理***10可根据车用蓄电池16的供电状况自动选择由车用蓄电池16或是备用电池114供电。当车用蓄电池16降压时，只要车用蓄电池16提供的电压在最低供电电压Vmin之上，电源管理***10仍控制车用蓄电池16进行供电，避免因为车用蓄电池16的瞬间压降而使得备用电池114进行供电。在车用蓄电池16的电量完全耗尽或是被拔除并且控制器14完成储存资料后，则电源管理***10控制备用电池114经由第二升压变换器122供电，以使备用电池114提供较低输出电压，进而实现延长备用电池114的电池寿命的目的。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种电源管理***，其特征在于，包括：
旁路装置，耦接于节点，用以当主输入电压大于阈值电压时将该主输入电压输出至该节点，而当该主输入电压小于该阈值电压时不进行工作；
主升压变换器，耦接于该节点，用以当该主输入电压小于该阈值电压时，对该主输入电压升压至该阈值电压且将该阈值电压输出至该节点，而当该主输入电压大于该阈值电压时不进行工作；
第一线性稳压器，耦接于该节点，用以对该节点的电压进行降压，以生成第一电压并提供该第一电压至微处理器；
第一二极管，该第一二极管包括：
第一阳极，耦接于该第一线性稳压器；
第一阴极；
第二线性稳压器，耦接于该第一阴极及该微处理器之间；
备用电池，用以提供备用电压；
备用电源开关，耦接于该备用电池；
第二升压变换器，耦接于该备用电源开关，用以当该节点的该电压小于第一预设电压时，将该备用电压升压；及
第二二极管，该第二二极管包括：
第二阳极，耦接于该第二升压变换器；
第二阴极，耦接于该第一二极管的该第一阴极。
2.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，该电源管理***还包括：
降压变换器，耦接于该节点，用以对该节点的该电压进行降压，以生成第二电压并提供该第二电压至控制器。
3.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，该第一预设电压小于该阈值电压。
4.如权利要求3所述的电源管理***，其特征在于，该电源管理***还包括：
周边开关，该周边开关耦接于车用蓄电池。
5.如权利要求4所述的电源管理***，其特征在于，该电源管理***还包括：
电压侦测器，耦接于该节点、该周边开关及该第二升压变换器，用以根据该节点的该电压切换该周边开关及该第二升压变换器。
6.如权利要求5所述的电源管理***，其特征在于，该电源管理***还包括：
第一升压变换器，耦接于该节点及该备用电源开关之间，用以当该电压侦测器侦测到该节点的该电压小于第二预设电压且在控制器储存资料时，该第一升压变换器将该备用电压升压至该第二预设电压，以将该第二预设电压输出至该节点。
7.如权利要求6所述的电源管理***，其特征在于，该第二预设电压小于该第一预设电压。
8.如权利要求6或7所述的电源管理***，其特征在于，当该控制器完成储存资料后，该第一升压变换器停止工作，而该第二升压变换器会持续工作。
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