CN110867912A - 优化静态电流的电源管理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优化静态电流的电源管理***，包括电池、电源管理模块、微控制器和负载，电池连接电源管理模块；微控制器和负载集成在一起，或者微控制器和负载分体设置；电源管理模块包括开关电路、LDO稳压供电电路和电池供电电路；微控制器包括电压采集单元和开关控制单元；电压采集单元用于采集电池的电压值；开关控制单元用于接收电压采集单元采集的电池电压值，并与预先设定的阈值电压相比较，根据比较结果生成控制信号；开关电路根据开关控制单元输出的控制信号控制LDO稳压供电电路给负载供电、或者电池供电电路给负载供电。本发明的优化静态电流的电源管理***，能够在全压范围内保持较小的静态电流，延长低功耗产品的续航寿命。

Description

优化静态电流的电源管理***及方法
技术领域
本发明涉及一种优化静态电流的电源管理***，还涉及一种优化静态电流的电源管理方法。
背景技术
微控制器的静态电流是电池供电的低功耗产品续航寿命的重要参数，微控制器的静态电流越小，使用该微控制器的产品续航寿命越长；反之，则越短。对于工作电流只有一两百uA的低功耗产品，使用LDO稳压供电电路是一个理想的选择方案，效率高，噪音低，占用空间小，静态电流小。
LDO稳压供电电路主要包括串联调整管、取样电阻和比较放大器，取样电压加在比较放大器的反相输入端，与加在同相输入端的基准电压相比较，两者的差值经比较放大器放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。反之，若输出电压超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低，供电过程中，输出电压校正连续进行。LDO稳压供电电路的这一调整特性决定其具有以下使用局限性：LDO的输入电压大于其输出电压时，LDO的静态电流非常小，维持在uA级别；LDO的输入电压小于或者等于其输出电压时，其静态电流是第一种情况下的5～10倍，原因在于：输入电压小于或者等于其输出电压时，比较放大器会快速将输出反馈电压和基准电压之间的误差信号进行放大，再经过串联调整管放大到输出，试图将输出电压提高。
具有以上使用局限性的LDO稳压供电电路，应用在电池供电的低功耗产品上，不能在全压范围内保持较小的静态电流。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种优化静态电流的充电***，能够在全压范围内保持较小的静态电流，延长低功耗产品的续航寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种优化静态电流的电源管理***，包括电池、电源管理模块、微控制器和负载，所述电池连接电源管理模块；所述微控制器和负载集成在一起，或者所述微控制器和负载分体设置；
所述电源管理模块包括开关电路、LDO稳压供电电路和电池供电电路；
所述微控制器包括电压采集单元和开关控制单元；所述电压采集单元用于采集所述电池的电压值；所述开关控制单元用于接收电压采集单元采集的电池电压值，并与预先设定的阈值电压相比较，根据比较结果生成控制信号；
所述开关电路根据所述开关控制单元输出的控制信号控制所述LDO稳压供电电路给负载供电、或者控制所述电池供电电路给负载供电。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述电池的电压值大于阈值电压时，所述开关电路控制LDO稳压供电电路给负载供电；所述电池的电压值小于等于阈值电压时，所述开关电路控制电池供电电路给负载供电。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述开关电路包括开关一K1和开关二K2，所述开关一和开关二相互独立的导通或者关断；所述开关一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关二串联在电池的正极和负载之间。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述开关电路包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有工作状态相关联的开关触头一和开关触头二，所述开关触头一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关触头二串联在电池的正极和负载之间。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述电压采集单元包括采样电阻一R1和采样电阻二R2，采样电阻一和采样电阻二串联后的整体连接在所述电池的正极和负极之间；采样电阻一和采样电阻二两者串联的节点A连接电压采集单元的输入端。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述电压采集单元周期性的采集电池电压，其采集周期为1～5min。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种优化静态电流的电源管理方法，用于给负载供电，包括以下步骤，
电压采集单元采集电池的电压值Vi；
开关控制单元接收电压采集单元采集的电池电压值Vi，并与预先设定的阈值电压Vr相比较，根据比较结果生成控制信号；
开关电路根据所述开关控制单元输出的控制信号控制LDO稳压供电电路给负载供电、或者电池供电电路给负载供电：所述电池的电压值Vi大于预先设定的阈值电压Vr时，开关电路控制LDO稳压供电电路给负载供电；所述电池的电压值Vi小于等于预先设定的阈值电压Vr时，开关电路控制电池供电电路给负载供电。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述开关电路包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有工作状态相关联的开关触头一和开关触头二，所述开关触头一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关触头二串联在电池的正极和负载之间。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述开关电路包括开关一K1和开关二K2，所述开关一和开关二相互独立的导通或者关断；所述开关一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关二串联在电池的正极和负载之间。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述电压采集单元周期性的采集电池电压，其采集周期为1～5min。
本发明优化静态电流的电源管理***，使用电池直接供电和LDO转换供电两种供电模式取代传统的由LDO转换供电的单一供电模式给负载供电，且根据电池的实际电压值来调整当前供电模式：电池的电压值大于预先设定的阈值电压时，电池经LDO稳压供电电路转换后给负载供电；电池的电压值小于等于预先设定的阈值电压时，电池直接给负载供电，使用后，电源管理***能够在全压范围内保持较小的静态电流，延长低功耗产品的续航寿命。
本发明优化静态电流的电源管理方法，确保充电产品能够在全压范围内保持较小的静态电流，延长低功耗产品的续航寿命。
附图说明
图1是本发明优选实施例中电源管理***的电路原理图；
图2是本发明第二实施例中电源管理***的电路原理图；
图3是本发明优选实施例中电池经LDO稳压供电电路转换后给负载供电的电源管理***的电路原理图；
图4是本发明优选实施例中电池供电电路给负载供电的电源管理***的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1-2所示，本实施例公开了一种优化静态电流的电源管理***，包括电池、电源管理模块、微控制器和负载，电池连接电源管理模块；根据实际使用的需要，上述微控制器和负载集成在一起，或者各自独立的分体设置。
上述电源管理模块包括开关电路、LDO稳压供电电路和电池供电电路。
具体的，上述LDO稳压供电电路的输入端连接电池的正极，其输出端连接负载；上述电池供电电路的输入端连接电池的正极，其输出端连接负载。以此设计，负载可以有两种供电模式：
供电模式一，电池经LDO稳压供电电路转换后给负载供电；
供电模式二：电池通过电池供电电路直接给负载供电。
另，当微控制器和负载集成在一起时，电池供电电路或LDO稳压供电电路给负载供电的同时，也给微控制器的运行供电；当微控制器和负载各自独立的分体设置时，电池供电电路或LDO稳压供电电路给负载供电。
上述微控制器包括电压采集单元和开关控制单元；具体的，上述电压采集单元用于采集上述电池的电压值Vi，并将采集获取的电池电压值Vi传输至开关控制单元，上述开关控制单元内存储有预先设定的阈值电压Vr。本实施例技术方案中，预先设定的阈值电压Vr为LDO稳压供电电路相关的电压值。本实施例技术方案中，上述LDO稳压供电电路包括低压差线性稳压器LDO，预先设定的阈值电压Vr＝V1+V2。
其中，V1为低压差线性稳压器LDO的输入输出电压差值，低压差线性稳压器LDO的型号一旦选定，其输入输出电压差值V1就为定值。
另，低压差线性稳压器LDO的型号一旦选定，其稳定输出的电压值为定值Vo，也就是其稳定输出的电压值Vo为低压差线性稳压器LDO的一个已知参数，比如，一款低压差线性稳压器LDO的出厂参数中有静态电流5uA、输出电压3.6V，此处的3.6V即为该款LDO的稳定输出的电压值Vo。
公式Vr＝V1+V2，此处的V2为上述描述的Vo，是对应所选型号的低压差线性稳压器LDO的定值电压。
开关控制单元比较电池的电压值Vi和阈值电压Vr，并根据比较结果生成控制信号，上述开关电路根据上述开关控制单元输出的控制信号控制LDO稳压供电电路给负载供电、或者电池供电电路给负载供电。
具体的，当Vi＞Vr时，开关电路控制LDO稳压供电电路给负载供电，进入如图3所示的第一种供电模式：电池经LDO稳压供电电路转换后给负载供电。
当Vi≤Vr时，开关电路控制电池供电电路给负载供电，进入如图4所示的第二中供电模式：电池通过电池供电电路直接给负载供电。
第一种供电模式下，电源管理***的静态电流为：低压差线性稳压器LDO静态电流+开关电路静态电流+电压采集单元静态电流。
第二中供电模式下，电源管理***的静态电流为：开关电路静态电流+电压采集单元静态电流。
以上两种供电模式切换的供电模式相较于传统的单一供电模式，全压范围内的静态电流可以节省30～40uA，利于延长低功耗产品的续航寿命。
如表1所示，电池的电压范围为2.5V～4.2V，低压差线性稳压器LDO的V2为3.6V的本实施例技术方案中的电源管理***，其全压范围内的静态电流分布：
Figure BDA0001779868360000061
如表2所示，相同条件下传统供电模式的电源管理***，其全压范围内的静态电流分布：
Figure BDA0001779868360000062
比较表1和表2，本实施例技术方案中的电源管理***，能够在全压范围内保持较小的静态电流，使用后延长低功耗产品的续航寿命。
本发明的优选技术方案中，上述开关电路包括开关一K1和开关二K2；上述开关一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；上述开关二串联在电池的正极和负载之间。开关一K1导通、开关二K2断开时，微控制器的当前供电模式为第一种供电模式；开关二K2导通、开关一K1断开时，微控制器的当前供电模式为第二种供电模式。
另，实际使用过程中，开关一或者开关二的导通或者关断均有延时，当导通开关的导通延时比关断开关的关断延时长时，微控制器的供电不能连续，存在瞬间断电情况，微控制器的瞬间断电会给芯片带来致命影响，基于此，为了能够实现微控制器的连续供电，本发明的优选技术方案中，上述开关一K1和开关二K2为两个独立工作的开关，两者之间相互独立的导通或者关断。第一种供电模式下(经LDO稳压供电电路供电)：先打开开关二K2，后关断开关一K1；第二中供电模式下(经电池供电电路供电)：先打开开关一K1，后管段开关二K2，以此来实现微控制器的连续供电。
作为本发明的另一种技术方案，在不考虑微控制器连续供电的情况下，上述开关电路包括单刀双掷开关，上述单刀双掷开关具有工作状态相关联的开关触头一和开关触头二，上述开关触头一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和微控制器的电源输入端之间；上述开关触头二串联在电池的正极和微控制器的电源输入端之间。开关触头一导通、开关触头二断开时，微控制器的当前供电模式为第一种供电模式；开关触头二导通、开关触头一断开时，微控制器的当前供电模式为第二种供电模式。
上述电压采集单元用于采集上述电池的电压值，上述电压采集单元周期性的采集电池电压，其采集周期为1～5min。
上述电压采集单元包括采样电阻一R1和采样电阻二R2，采样电阻一和采样电阻二连着串联后的整体连接在上述电池的正极和负极之间；采样电阻一和采样电阻二两者的串联节点A连接电压采集单元的输入端。
另一方面，本实施例技术方案中，微控制器的两种供电模式动态可调，在不替换元器件的前提下，一套电源管理***可以匹配多种场景中使用。
实施例二
本实施例公开了一种优化静态电流的电源管理方法，使用实施例一中的电源管理***，用于给微控制器充电，电源管理***的组成部分见实施例一，此处不再赘述，使用电源管理***进行电源管理的方法，具体包括以下步骤，
采集电池的电压值Vi；
比较电池的电压值Vi和预先设定的阈值电压Vr；
上述电池的电压值Vi大于预先设定的阈值电压Vr时，开关电路控制LDO稳压供电电路给负载供电，上述电池经LDO稳压供电电路转换后给上述负载供电；
上述电池的电压值Vi小于等于预先设定的阈值电压Vr时，开关电路控制电池供电电路给负载供电，上述电池直接给负载供电。
电池经LDO稳压供电电路转换后给上述负载供电、电池直接给负载供电，这两种供电方式的实现和切换过程同实施例一中的描述，此处不再赘述。
本发明优化静态电流的电源管理方法，确保充电产品能够在全压范围内保持较小的静态电流，延长低功耗产品的续航寿命。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种优化静态电流的电源管理***，其特征在于：包括电池、电源管理模块、微控制器和负载，所述电池连接电源管理模块；所述微控制器和负载集成在一起，或者所述微控制器和负载分体设置；
所述电源管理模块包括开关电路、LDO稳压供电电路和电池供电电路；
所述微控制器包括电压采集单元和开关控制单元；所述电压采集单元用于采集所述电池的电压值；所述开关控制单元用于接收电压采集单元采集的电池电压值，并与预先设定的阈值电压相比较，根据比较结果生成控制信号；
所述开关电路根据所述开关控制单元输出的控制信号控制所述LDO稳压供电电路给负载供电、或者控制所述电池供电电路给负载供电。
2.如权利要求1所述的优化静态电流的电源管理***，其特征在于：所述电池的电压值大于阈值电压时，所述开关电路控制LDO稳压供电电路给负载供电；所述电池的电压值小于等于阈值电压时，所述开关电路控制电池供电电路给负载供电。
3.如权利要求1所述的优化静态电流的电源管理***，其特征在于：所述开关电路包括开关一(K1)和开关二(K2)，所述开关一和开关二相互独立的导通或者关断；所述开关一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关二串联在电池的正极和负载之间。
4.如权利要求1所述的优化静态电流的电源管理***，其特征在于：所述开关电路包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有工作状态相关联的开关触头一和开关触头二，所述开关触头一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关触头二串联在电池的正极和负载之间。
5.如权利要求1所述的优化静态电流的电源管理***，其特征在于：所述电压采集单元包括采样电阻一(R1)和采样电阻二(R2)，采样电阻一和采样电阻二串联后的整体连接在所述电池的正极和负极之间；采样电阻一和采样电阻二两者串联的节点A连接电压采集单元的输入端。
6.如权利要求1或5所述的优化静态电流的电源管理***，其特征在于：所述电压采集单元周期性的采集电池电压，其采集周期为1～5min。
7.一种优化静态电流的电源管理方法，用于给负载供电，其特征在于：包括以下步骤，
电压采集单元采集电池的电压值Vi；
开关控制单元接收电压采集单元采集的电池电压值Vi，并与预先设定的阈值电压Vr相比较，根据比较结果生成控制信号；
开关电路根据所述开关控制单元输出的控制信号控制LDO稳压供电电路给负载供电、或者控制电池供电电路给负载供电：所述电池的电压值Vi大于预先设定的阈值电压Vr时，开关电路控制LDO稳压供电电路给负载供电；所述电池的电压值Vi小于等于预先设定的阈值电压Vr时，开关电路控制电池供电电路给负载供电。
8.如权利要求7所述的优化静态电流的电源管理方法，其特征在于：所述开关电路包括开关一K1和开关二K2，所述开关一和开关二相互独立的导通或者关断；所述开关一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关二串联在电池的正极和负载之间。
9.如权利要求7所述的优化静态电流的电源管理方法，其特征在于：所述开关电路包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有工作状态相关联的开关触头一和开关触头二，所述开关触头一串联在电池的正极和LDO稳压供电电路的输入端之间、或者串联在LDO稳压供电电路的输出端和负载之间；所述开关触头二串联在电池的正极和负载之间。
10.如权利要求7所述的优化静态电流的电源管理方法，其特征在于：所述电压采集单元周期性的采集电池电压，其采集周期为1～5min。
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