CN111614143B - 一种单口可调的充放电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单口可调的充放电路，包括一枚电源管理单元U1、场效应管Q1～Q2、电容C1～C5、电阻R1～R8、二极管D1和电感L1。本产品填补了市场上没有同口可调的自动切换充放电路的空白，能让同一接口(VCC/GND)实现放电和充电功能，本发明的电路简单，使用范围广阔。本发明产品采用5V～30V电源给产品充电，可以使用手机适配器，充电宝及其他5V电源做为充电器使用。不受传统5V电源的限制，充电输入电压范围宽。

Description

一种单口可调的充放电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种单口可调的充放电路，尤其可用在锂电或铅酸的充电管理中。
背景技术
现有的电控控制电路绝大多数都是双口的：一个负责输入、另一个负责输出。且存在电路的升压输出电压的精度低、持续输出电流小且不稳定、缺少内置锂电欠压保护功能等不足。
此外，由于是双口，其输入或输出均需要人工操作，一则繁琐不方便，另外还容易在长期的插拔操作中，导致接口损坏而导致设备无法正常使用或报废，进而导致大量的电源(或电池)的报废和环境污染。
以常用的移动电源为例，市面上的基本都是双口的，一个标准USB结构负责电源输入，另一个mini USB、type-C或苹果接口负责电源输出，其它单入双出或多出的，均是前述结构的变形。当接口损坏时，消费者往往会购买新的移动电源，而直接报废老的，造成大量的资源浪费和环境污染。
此外，现有的移动电源的充电效率不高、且不稳定。尤其是在3A以上输出时，无法稳定持续的输出，容易导致用电设备/充电设备的电气故障乃至损坏。
基于上述原因，有必要研发并推出一种新颖的充放电管理电路，满足市场对大功率持续、稳定充电的需求，同时，开发单口的充放电设备的市场。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种单口可调的充放电路，具体如下：一种单口可调的充放电路，其特征在于，包括一枚电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1、场效应管Q1～Q2、电容C1～C5、电阻R1～R8、二极管D1、电感L1；其中，
所述电源管理单元U1包括LED(充电指示灯)、LVD(放电指示灯)、EN(使能控制升压)端口、VDD(内部***电源)端口、GND(***地)端口、VSET/NTC(电池电压选择)端口、CS(充电电流检测)端口、BATT(电池连接)端口、GN(低端MOS栅极驱动)端口、SW(连接电感)端口、GP(高端MOS栅极驱动)端口、VHS(高端MOS自举)端口、VCC(DC-DC输出)端口、FBH(反馈高)端口、FBL(反馈低)端口、DCIN(低压充电输入检测)端口、EPAD(底部散热片)端口；
电阻R1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的阳极共连，为本电路的DCIN端口；电阻R1的另一端接地；电阻R2的另一端与电源管理单元U1的DCIN端口相连接；
二极管D1的阴极与电阻R5的一端、电源管理单元U1的VCC端口、电容C1的一端、电容C2的一端、场效应管Q1的源极相连接，为本电路的VCC端口；电容C1的另一端与电源管理单元U1的VHS端口相连接；电容C2的另一端接地；
电阻R5的另一端与电源管理单元U1的FBH端口、电阻R4的一端相连接；
电阻R4的另一端与电源管理单元U1的FBL端口、电阻R3的一端相连接；电阻R3的另一端接地；
场效应管Q1的栅极与电源管理单元U1的GP端口相连接；场效应管Q1的漏极与电源管理单元U1的SW端口、场效应管Q1的漏极、电感L1的一端相连接；
场效应管Q2的栅极与电源管理单元U1的GN端口相连接；场效应管Q2的源极接地；
电感L1的另一端与电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端相连接；电阻R7的一端与电阻R8的一端相连接；
电感L1的另一端、电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端的共节点为本电路的电源正极；电阻R7的一端与电阻R8的一端的共节点为本电路的电源负极；
电阻R7的另一端与电源管理单元U1的CS端口、电容C5的一端相连接；电阻R8的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端、电源管理单元U1的GND端口均接地；
电源管理单元U1的VSET/NTC端口经电阻R6接地；进一步说，VSET/NTC(电池电压选择)端口为电池电压的选择和温度检测口，可用来VSET/NTC(电池电压选择，也可用来NTC温度检测；
电源管理单元U1的EN端口、电源管理单元U1的VDD端口与电容C3的一端相连接；电容C3的另一端接地。
此外，所述电源管理单元U1包括LVD(电池低电压提醒信号)端口和LED(充电指示灯)端口，其中，LVD端口为本电路的LVD端口，在电源(或电池)放电时，进行电池低电压检测之用；LED端口为本电路的LED端口，负责电池或电源充电时充电指示LED。
此外，本电路为同口单电感充放自动切换的外置功率管的100WMAX同步升压和1-3节锂电或铅酸的充电管理电路，支持5-24V输入对锂电或铅酸电池充电，最大充电电流达4A。
在本电路中，由D1、C1、C2、Q1、Q2、L1、C4、C5、R7和R8构成内置带限流功能的充电开关控制电路；本电路具备温度调节控制的恒流恒压充电，本电路支持锂电0V充电，本电路的可高精度调节电池充满预置电压的：VFULL＝4.2V/8.4V/12.6V/14.1V(±1.0％)；其机理为：
电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1集成一个有待机功能的Boost同步升压充电控制器，开关频率350KHz，
当管脚EN(，即EN(使能控制升压)端口，本文中端口、管脚、引脚同义，)接高时升压工作，VCC引脚输出电压通过起反馈电阻设置；所述反馈电阻，是指本电路中的电阻R5、R4和R3。应用图1为RH(R5)、RM(R4)、RL(R3)。
Figure BDA0002533292390000031
VREF,为基准电压；VOUT为Vout
此外，在本电路的电源正极与本电路的电源负极之间接有电源(或电池)；即电源(或电池)的一端与由电感L1的另一端、电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端构成的共节点相连接，该点为正极；电源(或电池)的另一端与由电阻R7的一端与电阻R8的一端构成的共节点相连接，该点为负极。
在升压放电模式下，电池电压将限制在不低于最低电压(VMIN)：
当电池电压低于低电压阈值(VLVD)时，LVD引脚将从高阻抗切换到低阻抗,电压由高平转换成低电平；
当电池电压低于锁定阈值(VUVLO)时，芯片将被锁定。
Battery Type V<sub>UVLO</sub> V<sub>MIN</sub> V<sub>LVD-</sub> V<sub>LVD+</sub>
Lithium 1cell 2.83V 2.97V 3.40V 3.57V
Lithium 2cell 5.66V 5.95V 6.80V 7.14V
Lithium 3cell 8.50V 8.92V 10.2V 10.71V
Lead-acid 9.16V 9.62V 11.0V 11.55V
在上表中，Lithium 1cell为单节锂电、Lithium 2cell为串联锂电、Lithium3cell为串联锂电、Lead-acid为铅酸电池。
VCC引脚处的充电临界点(VIN)被调节到反馈电阻(R3、R4和R5)定义的最低水平。
Figure BDA0002533292390000041
在放电模式下，转换器将检测VCC引脚VOUT电压和VIN电压：
如果VCC的电压高于充电临界点(VIN)，电路会进入充电模式；
如果VCC的电压低于充电临界点(VIN)，电路会进入电池升压模式；
外界适配器电源接入VCC进行供电时，适配器电源功率不够，电压低于临界点(VIN)时，转换器会自动升到VOUT的电压补充供电，将弥补适配器电源功率不够影响带载能力下降的问题，从而降低适配器电源成本。
如果没有外界适配器电源接入VCC进行供电或者VCC的电压低于充电临界点(VIN)，电路会进入电池升压模式。
此外，本电路的升压输出电压的精度高：VOUT＝5～24V(±2.5％)；
本电路的持续输出电流大：IOP＝6A(总功率120W时)；
本电路内置锂电欠压保护：VUVLO＝2.83V*N。
本电路的LVD端口外接LED，LED指示充电时闪烁、充满后常亮；本电路封装形式为eLQFN16，3×3mm。
电源管理单元U1可采用深圳市金惠电子有限公司的JH5700，优选型号为JH5700-ELQFN16。
进一步说，电源管理单元U1包括升压转换模块、开关充电模块、LDO调节器模块。
电源管理单元U1包括：PMU CHARGE模块、Synchronous BOOST模块、PUMP模块、第一Vref模块、ICHARGE SET模块、EN模块、第二VREF模块、场效应管、电阻RKEY、放大器；其中，
PMU CHARGE模块内含LDO；LDO的2个输出端分别为芯片的LCD端口和VDD端口；
PMU CHARGE模块的两个直接输出端分别为芯片的LED端口和BATT端口；
PMU CHARGE模块经第二VREF模块(第二VREF模块)的输出端口为芯片的BSET端口；
PMU CHARGE模块经场效应管的输出端口为芯片的DCIN端口；
Synchronous BOOST模块与PMU CHARGE模块相连接；
Synchronous BOOST模块的5个直接输出端分别为芯片的GND端口、GN端口、SW端口、GP端口和VCC端口；
Synchronous BOOST模块与GP端口之间的节点经PUMP的输出端口为芯片的VHS端口；
Synchronous BOOST模块与放大器相连接；放大器的一个端口为芯片的FBH端口，放大器的另一个端口与第一Vref模块相连接；所述第一Vref模块的一个输出端口为芯片的FBL端口，另一个输出端口经ICHARGE SET模块输出，为CS端口；
Synchronous BOOST模块与EN模块的一端相连接；EN模块的另一端为芯片的EN端口；在EN模块与芯片的EN端口的节点处与电阻RKEY的一端相连接。
有益的技术效果
针对背景技术中所述的种种不足，本公司(深圳市金惠电子有限公司)推出了JH5700芯片(目前迭代优化的型号为JH5700-ELQFN16)及充放电电路。本产品填补了市场上没有同口可调的自动切换充放电路的空白，能让同一接口(VCC/GND)实现放电和充电功能，本发明的电路简单，使用范围广阔。本发明产品采用5V～30V电源给产品充电，可以使用手机适配器，充电宝及其他5V电源做为充电器使用。不受传统5V电源的限制，充电输入电压范围宽。
本发明产品传统充电专用充电器，充电功率自动适用和自动限制最大充电功率。真正意义上做到了随身携带，无需考虑充电不方便的问题。
本发明产品采用并联电池升压供电，代替传统的串联12V～24V,解决了传统串联电池不平衡，充电不安全问题，极大的减小了电池组尺寸，使整体产品小型轻便，产品使用寿命长等优点。
附图说明
图1是本发明的电路的结构示意图。
图2是图1中电源管理单元U1的结构示意图。
图3是图1的简化原理图。
具体实施方式
现结合附图说明本发明的结构特点。
参见图1，一种单口可调的充放电路，其特征在于，包括一枚电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)U1、场效应管Q1～Q2、电容C1～C5、电阻R1～R8、二极管D1、电感L1；其中，
所述电源管理单元U1包括LED(充电指示灯)端口(引脚2)、LVD(放电指示灯)端口(引脚1)、EN(使能控制升压)端口(引脚3)、VDD(内部***电源)端口(引脚4)、GND(***地)端口(引脚5)、VSET/NTC(电池电压选择，也可标为VSET)端口(引脚6)、CS(充电电流检测)端口(引脚7)、BATT(电池连接)端口(引脚8)、GN(低端MOS栅极驱动)端口(引脚9)、SW(连接电感)端口(引脚10)、GP(高端MOS栅极驱动)端口(引脚11)、VHS(高端MOS自举)端口(引脚12)、VCC(DC-DC输出)端口(引脚13)、FBH(反馈高)端口(引脚14)、FBL(反馈低)端口(引脚15)、DCIN(低压充电输入检测)端口(引脚16)，电源管理单元U1还包括包括EPAD(底部散热片)；
电阻R1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的阳极共连，为本电路的DCIN端口；电阻R1的另一端接地；电阻R2的另一端与电源管理单元U1的DCIN端口相连接；
二极管D1的阴极与电阻R5的一端、电源管理单元U1的VCC端口、电容C1的一端、电容C2的一端、场效应管Q1的源极相连接，为本电路的VCC端口；电容C1的另一端与电源管理单元U1的VHS端口相连接；电容C2的另一端接地；
电阻R5的另一端与电源管理单元U1的FBH端口、电阻R4的一端相连接；
电阻R4的另一端与电源管理单元U1的FBL端口、电阻R3的一端相连接；电阻R3的另一端接地；
场效应管Q1的栅极与电源管理单元U1的GP端口相连接；场效应管Q1的漏极与电源管理单元U1的SW端口、场效应管Q1的漏极、电感L1的一端相连接；
场效应管Q2的栅极与电源管理单元U1的GN端口相连接；场效应管Q2的源极接地；
电感L1的另一端与电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端相连接；电阻R7的一端与电阻R8的一端相连接；
电感L1的另一端、电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端的共节点为本电路的电源正极；电阻R7的一端与电阻R8的一端的共节点为本电路的电源负极；
电阻R7的另一端与电源管理单元U1的CS端口、电容C5的一端相连接；电阻R8的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端、电源管理单元U1的GND端口均接地；
电源管理单元U1的VSET/NTC端口经电阻R6接地；进一步说，VSET/NTC(电池电压选择)端口为电池电压的选择和温度检测口，可用来VSET(电池电压选择)，也可用来NTC(温度检测)；
电源管理单元U1的EN端口、电源管理单元U1的VDD端口与电容C3的一端相连接；电容C3的另一端接地。
进一步说，所述电源管理单元U1包括LVD(电池低电压提醒信号)端口和LED(充电指示灯)端口，其中，LVD端口为本电路的LVD端口，在电源(或电池)放电时，进行电池低电压检测之用；LED端口为本电路的LED端口，负责电池或电源充电时充电指示LED。
进一步说，本电路为同口单电感充放自动切换的外置功率管的100WMAX同步升压和1-3节锂电或铅酸的充电管理电路，支持5-24V输入对锂电或铅酸电池充电，最大充电电流达4A。
进一步说，在本电路中，由D1、C1、C2、Q1、Q2、L1、C4、C5、R7和R8构成内置带限流功能的充电开关控制电路；本电路具备温度调节控制的恒流恒压充电，本电路支持锂电0V充电，本电路的可高精度调节电池充满预置电压的：VFULL＝4.2V/8.4V/12.6V/14.1V(±1.0％)；其机理为：
电源管理单元(Power Management Unit，PMU)U1集成一个有待机功能的Boost同步升压充电控制器，开关频率350KHz，
当管脚EN(，即EN(使能控制升压)端口，本文中端口、管脚、引脚同义，)接高时升压工作，VCC引脚输出电压通过起反馈电阻设置；所述反馈电阻，是指本电路中的电阻R5、R4和R3。应用图为RH(R5)、RM(R4)、RL(R3)。
Figure BDA0002533292390000071
VREF,为基准电压；VOUT就是VCC电压。
进一步说，在本电路的电源正极与本电路的电源负极之间接有电源(或电池)；即电源(或电池)的一端与由电感L1的另一端、电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端构成的共节点相连接，该点为正极；
电源(或电池)的另一端与由电阻R7的一端与电阻R8的一端构成的共节点相连接，该点为负极。
进一步说，在升压放电模式下，电池电压将限制在不低于最低电压(VMIN)；当电池电压低于低电压阈值(VLVD)时，LVD引脚将从高阻抗切换到低阻抗,电压由高平转换成低电平；
当电池电压低于锁定阈值(VUVLO)时，芯片将被锁定。详见电池放电低电保护参数表(下表)：
电池放电低电保护参数表
Battery Type V<sub>UVLO</sub> V<sub>MIN</sub> V<sub>LVD-</sub> V<sub>LVD+</sub>
Lithium 1cell 2.83V 2.97V 3.40V 3.57V
Lithium 2cell 5.66V 5.95V 6.80V 7.14V
Lithium 3cell 8.50V 8.92V 10.2V 10.71V
Lead-acid 9.16V 9.62V 11.0V 11.55V
在上表中，Lithium 1cell是单节锂电、Lithium 2cell是串联锂电、Lithium3cell是串联锂电、Lead-acid是铅酸电池，VUVLO、VMIN、VLVD-、VLVD+含义分别为电池放电时电池最低电锁死电压、电池最高电锁死电压、电池最低电提醒充电电压、电池最高提醒充电电压。
VCC引脚处的充电临界点(VIN)被调节到反馈电阻(R3、R4和R5)定义的最低水平。
Figure BDA0002533292390000081
进一步说，在放电模式下，转换器将检测VCC引脚VOUT电压和VIN电压：
如果VCC的电压高于充电临界点(VIN)，电路会进入充电模式；
如果VCC的电压低于充电临界点(VIN)，电路会进入电池升压模式；
外界适配器电源接入VCC进行供电时，适配器电源功率不够，电压低于临界点(VIN)时，转换器会自动升到VOUT的电压补充供电，将弥补适配器电源功率不够影响带载能力下降的问题，从而降低适配器电源成本。
进一步说，本电路的升压输出电压的精度高：VOUT＝5～24V(±2.5％)；
本电路的持续输出电流大：IOP＝6A(总功率120W时)；
本电路内置锂电欠压保护：VUVLO＝2.83V*N。
进一步说，本电路的LVD端口外接LED，LED指示充电时闪烁、充满后常亮；本电路封装形式为eLQFN16，3×3mm。
进一步说，电源管理单元U1可采用深圳市金惠电子有限公司的JH5700，优选型号为JH5700-ELQFN16。
进一步说，电源管理单元U1包括升压转换模块、开关充电模块、LDO调节器模块。
参见图2，更进一步说，电源管理单元U1包括：PMU CHARGE模块、SynchronousBOOST模块、PUMP模块、第一Vref模块、ICHARGE SET模块、EN模块、第二VREF模块、场效应管、电阻RKEY、放大器；其中，PMU CHARGE模块内含LDO；LDO的2个输出端分别为芯片的LCD端口和VDD端口；PMU CHARGE模块的两个直接输出端分别为芯片的LED端口和BATT端口；PMUCHARGE模块经第二VREF模块(第二VREF模块)的输出端口为芯片的BSET端口；PMU CHARGE模块经场效应管的输出端口为芯片的DCIN端口；Synchronous BOOST模块与PMU CHARGE模块相连接；Synchronous BOOST模块的5个直接输出端分别为芯片的GND端口、GN端口、SW端口、GP端口和VCC端口；Synchronous BOOST模块与GP端口之间的节点经PUMP的输出端口为芯片的VHS端口；Synchronous BOOST模块与放大器相连接；放大器的一个端口为芯片的FBH端口，放大器的另一个端口与第一Vref模块相连接；所述第一Vref模块的一个输出端口为芯片的FBL端口，另一个输出端口经ICHARGE SET模块输出，为CS端口；Synchronous BOOST模块与EN模块的一端相连接；EN模块的另一端为芯片的EN端口；在EN模块与芯片的EN端口的节点处与电阻RKEY的一端相连接。
本发明中电源管理单元U1的性能详见下表(JH5700电特性)
Figure BDA0002533292390000091
Figure BDA0002533292390000101
本发明的最大功耗取决于三个因素：TJMCSC、TA和θJA，计算公式为PDMCSC＝(TJMCSC-TA)/θJA。JH5700电路的TJMCSC＝125℃，TA为外部环境的温度，θJA取决于不同的封装形式(QFN封装形式的θJA为130℃/W),外接散热面积越大则热阻越低。
本发明中电源管理单元U1(JH5700电特性)的电特性如下表所示(除非特别说明，TA＝25℃,VIN＝5V，VDD＝3.6V)：
Figure BDA0002533292390000102
Figure BDA0002533292390000111
本发明还具有如下技术特点：
1.预置充电电压：针对锂电池的不同要求可以通过VSET脚下地电阻RSET阻值设置锂电预充满电压。典型电压推荐电阻：
R<sub>SET</sub> Battery Type V<sub>PRESET</sub>
330kΩ Lithium 1cell 4.20V
100kΩ Lithium 2cell 8.40V
33kΩ Lithium 3cell 12.6V
10kΩ Lead-acid 14.1V
预置充电电流：针对不同的要求可以通过RSET电阻设置充电电流。
正常充电电流值为：
Figure BDA0002533292390000112
其中VCS＝50mV。如果RSET＝50mΩ则充电电流为1000mA。
涓流充电电流：当锂电池电压低于VTRK(2.8V*N-cell)时，充电器将使用较低的电流ITRK给电池充电。
Figure BDA0002533292390000121
Battery Type V<sub>TRK</sub>
Lithium 1cell 2.80V
Lithium 2cell 5.60V
Lithium 3cell 8.40V
Lead-acid 9.16V
充电终止：当电池充电至VPRESET且充电电流降至低于IEND时，电池已满，充电周期完成。
Figure BDA0002533292390000122
LED充电指示：
充电模式 LED指示
不充电 常灭
正常充电 1/4HZ闪烁
充满电 常亮
充电时间保护：涓流充电1小时或者正常充电12小时，如果还未充满则停止充电，默认为不良电池。
充电自适应电压：针对不同的适配器，充电输入电压低于VCC时，可以将DCIN拉高，强制切换为充电模式，此功能不会使适配器过载损坏。如果适配器电压高于设定输出电压0.5V，则自动将升压转换成降压充电。
LDO电压调节器：***电源是由OUT线性降压得到一个较高的电压，典型值VDD＝5.5V，***电压无负载能力，所以不能外接使用，以免损坏电路。最大支持8mA电流，如果VDD电压过低会关闭升压。
充电保护：JH5700具有完善的保护功能。内置软启动功能，防止在启动时的冲击电流过大引起故障，集成输出过流、短路、欠压、过温等保护功能，确保***稳定可靠的工作。
为了更好地说明本的结构特点，现结合图3对本发明进一步阐述如下：
图3中的R1、R2、R3对应下式中RH、RM、RL,图1中的Q1、Q2、L1和图3中Q1,Q2,L1是对应的，图1中的C2和图3中的C1是对应的，图1中的C4和图3中的C2是对应的
参考图3电路，BATT/GND是电池接口，VCC/GND充放电接口。图3中的Q1，Q2和L1受U1控制，一起形成升降压电路。R1，R2和R3是反馈电阻，用来设定放电电压和充电电压。
在放电时，升降压电路会从电池端(BATT/GND)取电，并升压供给输出端(VCC/GND)。输出电压(VOUT)由U1内部的参考电压(VREF)和外部的电阻(R1，R2和R3)来设定。
Figure BDA0002533292390000131
在放电时，如果VCC的电压高于充电临界点(VIN)，电路会进入充电模式。在充电时，升降压电路会从输入端(VCC/GND)取电，并降压供给电池端(BATT/GND)，对电池进行充电。
Figure BDA0002533292390000132
当VIN被设高于VOUT时，升降压电路会把VCC维持在一个设定电压(VOUT)。负载可以接到VCC取电。如果有高于VIN的外接电源接上VCC，升降压电路会对电池充电。这样我们就可以在同一接口(VCC/GND)实现放电和充电功能。

Claims (3)

1.一种单口可调的充放电路，其特征在于，包括一枚电源管理单元U1、场效应管Q1~Q2、电容C1~C5、电阻R1~R8、二极管D1、电感L1；其中，
所述电源管理单元U1包括LED端口、LVD端口、EN端口、VDD端口、GND端口、VSET/NTC端口、CS端口、BATT端口、GN端口、SW端口、GP端口、VHS端口、VCC端口、FBH端口、FBL端口、DCIN端口；
电阻R1的一端、电阻R2的一端、二极管D1的阳极共连，为充放电路的DCIN端口；电阻R1的另一端接地；电阻R2的另一端与电源管理单元U1的DCIN端口相连接；
二极管D1的阴极与电阻R5的一端、电源管理单元U1的VCC端口、电容C1的一端、电容C2的一端、场效应管Q1的源极相连接，为充放电路的VCC端口；电容C1的另一端与电源管理单元U1的VHS端口相连接；电容C2的另一端接地；
电阻R5的另一端与电源管理单元U1的FBH端口、电阻R4的一端相连接；
电阻R4的另一端与电源管理单元U1的FBL端口、电阻R3的一端相连接；电阻R3的另一端接地；
场效应管Q1的栅极与电源管理单元U1的GP端口相连接；场效应管Q1的漏极与电源管理单元U1的SW端口、场效应管Q2的漏极、电感L1的一端相连接；
场效应管Q2的栅极与电源管理单元U1的GN端口相连接；场效应管Q2的源极接地；
电感L1的另一端与电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端相连接；电阻R7的一端与电阻R8的一端相连接；
电感L1的另一端、电源管理单元U1的BATT端口、电容C4的一端的共节点为充放电路的电源正极；电阻R7的一端与电阻R8的一端的共节点为充放电路的电源负极；
电阻R7的另一端与电源管理单元U1的CS端口、电容C5的一端相连接；电阻R8的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端、电源管理单元U1的GND端口均接地；
电源管理单元U1的VSET/NTC端口经电阻R6接地；电源管理单元U1的EN端口、电源管理单元U1的VDD端口与电容C3的一端相连接；电容C3的另一端接地；在充放电路的电源正极与充放电路的电源负极之间接有电源；
在充放电路中，充放电路具备温度调节控制的恒流恒压充电，充放电路支持锂电0V充电；充放电路的可高精度调节电池充满预置电压：VFULL=4.2V/8.4V/12.6V/14.1V，±1.0%；其机理为：电源管理单元U1集成一个有待机功能的Boost同步升压充电控制器，开关频率350KHz，当管脚EN接高时升压工作，VCC引脚输出电压通过其 反馈电阻设置；所述反馈电阻，是指充放电路中的电阻R5、R4和R3；
在放电模式下，转换器将检测VCC引脚VOUT电压和VIN电压；如果VCC的电压高于充电临界点VIN，电路会进入充电模式；如果VCC的电压低于充电临界点VIN，电路会进入电池升压模式；外界适配器电源接入VCC进行供电时，适配器电源功率不够，电压低于临界点VIN时，转换器会自动升到VOUT的电压补充供电，将弥补适配器电源功率不够影响带载能力下降的问题，从而降低适配器电源成本。
2.根据权利要求1所述的一种单口可调的充放电路，其特征在于，所述电源管理单元U1包括LVD端口和LED端口，其中，LVD端口为充放电路的LVD端口，在电源放电时，进行电池低电压检测之用；LED端口为充放电路的LED端口，负责电池或电源充电时充电指示LED。
3.根据权利要求1所述的一种单口可调的充放电路，其特征在于，充放电路为同口单电感充放自动切换的外置功率管的100WMAX同步升压和1-3节锂电或铅酸的充电管理电路，支持5-24V输入对锂电或铅酸电池充电，最大充电电流达4A。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290643A (zh) * 2020-11-13 2021-01-29 深圳市猿人创新科技有限公司 一种同步升压的电源控制电路
CN116513082B (zh) * 2023-02-06 2023-10-13 江西新画卷科技有限公司 一种obd智能设备供电电源自动切换装置及方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5123585B2 (ja) * 2007-07-06 2013-01-23 セイコーインスツル株式会社 バッテリ保護ｉｃ及びバッテリ装置
US20150256013A1 (en) * 2014-03-04 2015-09-10 Shenzhen Hello Tech Energy Co., Ltd. Portable power supply
WO2016000141A1 (zh) * 2014-06-30 2016-01-07 吉瑞高新科技股份有限公司 一种控制电路、电子烟及电子烟的控制方法
US20170063112A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device with monitoring ic
CN205489616U (zh) * 2016-01-19 2016-08-17 上海盈丰广告有限公司 一种单口充放电共用usb超薄移动电源
CN205791700U (zh) * 2016-06-29 2016-12-07 东莞市钜大电子有限公司 一种Type‑c接口的移动电源
CN106655406B (zh) * 2017-01-19 2023-06-09 深圳市冠旭电子股份有限公司 一种单口充电装置
CN107994627B (zh) * 2017-09-28 2020-10-23 珠海智融科技有限公司 一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置
CN110176792B (zh) * 2019-03-22 2020-07-07 珠海智融科技有限公司 一种多口快充移动电源电路及其控制方法
US11159032B2 (en) * 2019-07-31 2021-10-26 Texas Instruments Incorporated Charge termination circuit

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