TW201337525A - 電源管理電路及電子設備 - Google Patents

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Abstract

一種電源管理電路包括第一開關單元、具有電源端及輸出端的脈寬調變單元、第一取樣單元及儲能單元。第一開關單元用於響應外部控制訊號導通或斷開電源單元與電源端之間的電性連接；儲能單元連接於電源端與輸出端之間，電源端用於在第一開關單元導通時接收電源單元的供電電壓，使輸出端產生脈衝電壓。儲能單元用於在脈衝電壓處於第一電平時接收供電電壓以儲存能量，並在脈衝電壓處於第二電平時釋放能量以使輸出端輸出工作電壓給負載。第一取樣單元用於對工作電壓進行取樣以產生取樣電壓，脈寬調變單元根據取樣電壓調節脈衝電壓的佔空比。

Description

電源管理電路及電子設備
本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種電源管理電路及電子設備。
電源管理晶片被廣泛地應用於電子設備，其用於響應外部控制訊號（例如開機訊號或關機訊號）控制電源單元是否給負載供電。習知電源管理晶片通常具有反饋端，該反饋端藉由取樣電路對電源管理晶片輸出的工作電壓進行取樣以獲得取樣電壓，電源管理晶片根據該取樣電壓來調節工作電壓的大小，使得工作電壓保持相對穩定。然而，電源管理晶片調節工作電壓大小的程度是有限的，當電源單元所提供的供電電壓下降幅度較大時，相對應地，工作電壓的下降幅度也會較大；因而不能滿足特定負載對穩定工作電壓的需求。
有鑒於此，有必要提供一種使輸出電壓穩定的電源管理電路。
還有必要提供一種應用上述電源管理電路的電子設備。
一種電源管理電路，其包括第一開關單元、脈寬調變單元、第一取樣單元及儲能單元，該脈寬調變單元包括電源端及輸出端。該第一開關單元用於響應外部控制訊號導通或斷開電源單元與電源端之間的電性連接；儲能單元連接於電源端與輸出端之間，該電源端用於在第一開關單元導通時接收電源單元的供電電壓，使輸出端產生脈衝電壓。該儲能單元還用於在脈衝電壓處於第一電平時接收上述供電電壓以儲存能量，並在脈衝電壓處於第二電平時釋放能量以使得輸出端輸出工作電壓給負載；該第一取樣單元用於對上述工作電壓進行取樣以產生取樣電壓，該脈寬調變單元根據上述取樣電壓調節脈衝電壓的佔空比。
一種電子設備，其包括電源單元、電源管理電路及負載。該電源管理電路包括第一開關單元、脈寬調變單元、第一取樣單元及儲能單元，該脈寬調變單元包括電源端及輸出端。該第一開關單元用於響應外部控制訊號導通或斷開電源單元與電源端之間的電性連接；儲能單元連接於電源端與輸出端之間，該電源端用於在第一開關單元導通時接收電源單元的供電電壓，使輸出端產生脈衝電壓。該儲能單元還用於在脈衝電壓處於第一電平時接收上述供電電壓以儲存能量，並在脈衝電壓處於第二電平時釋放能量以使得輸出端輸出工作電壓給負載。該第一取樣單元用於對上述工作電壓進行取樣以產生取樣電壓，該脈寬調變單元根據上述取樣電壓調節脈衝電壓的佔空比。
上述電源管理電路及電子設備，當電源單元由電池提供供電電壓時，由於電池在使用過程中其供電電壓在不斷下降，脈寬調變單元及儲能單元構成的升壓電路會對上述供電電壓進行升壓，能實現對輸出端所輸出的工作電壓的補償。另外，藉由脈寬調變單元的反饋調節功能，也能使上述工作電壓保持穩定，從而滿足特定負載對穩定工作電壓的需要。
如圖1所示，一較佳實施方式的電子設備900包括電源單元100、電源管理電路200及負載300。電源管理電路200用於響應外部控制訊號導通或斷開電源單元100與負載300之間的電源供應。
電源單元100用於提供供電電壓。在本實施方式中，電源單元100包括電池10及電源適配器12（參圖2）。電源適配器12連接外部電源（圖未示，例如200V交流電），因此也可以提供直流供電電壓。
電源管理電路200包括第一開關單元22、脈寬調變單元24、儲能單元25、第一取樣單元26、第二開關單元28、降壓單元30及第二取樣單元32。脈寬調變單元24包括電源端240、輸出端242及反饋端244，輸出端242連接負載300。
當電源適配器12未連接外部電源時，電源單元100由電池10來提供供電電壓。此時第一開關單元22連接於電池10與電源端240之間，儲能單元25連接於電源端240與輸出端242之間。第一取樣單元26連接於輸出端242與反饋端244之間。
第一開關單元22用於響應上述外部控制訊號導通或斷開電池10與電源端240之間的電性連接。當第一開關單元22導通時，電源端240接收電池10的供電電壓，使得輸出端242產生脈衝電壓。儲能單元25還用於在脈衝電壓處於第一電平時接收上述供電電壓以儲存能量，並在脈衝電壓處於第二電平時釋放能量以使得輸出端242輸出工作電壓給負載300。在本實施方式中，第一電平為低電平，第二電平為高電平。
第一取樣單元26用於對上述工作電壓進行取樣以產生取樣電壓並將取樣電壓傳送至反饋端244，脈寬調變單元24根據上述取樣電壓調節脈衝電壓的佔空比，使得上述工作電壓較為穩定。
當電源適配器12連接外部電源時，電源單元100由電源適配器12來提供供電電壓；此時電池10與第一開關單元22的電性連接斷開，並且第二開關單元28接收電源適配器12所提供的供電電壓。第二開關單元28用於響應上述外部控制訊號導通或斷開電源適配器12與降壓單元30之間的電性連接；第一開關單元22用於響應上述外部控制訊號導通或斷開降壓單元30與脈寬調變單元24的電源端240之間的電性連接；降壓單元30用於在第二開關單元28導通時對電源適配器12的供電電壓進行降壓，並將降壓後的供電電壓提供給第一開關單元22。第二取樣單元32用於對降壓後的供電電壓進行取樣以產生取樣訊號；從而降壓單元30根據取樣訊號調節降壓後的供電電壓的大小，使其保持穩定。
當第一開關單元22導通時，電源端240接收上述降壓後的供電電壓，使得輸出端242產生脈衝電壓。儲能單元25還用於在脈衝電壓處於第一電平時接收上述供電電壓以儲存能量，並在脈衝電壓處於第二電平時釋放能量以使得輸出端242輸出工作電壓給負載300。在本實施方式中，第一電平為低電平，第二電平為高電平。第一取樣單元26還用於對上述工作電壓進行取樣以產生取樣電壓並將取樣電壓傳送至反饋端244，從而脈寬調變單元24根據上述取樣電壓調節脈衝電壓的佔空比，使得上述工作電壓較為穩定。
當電源單元100由電池10提供供電電壓時，由於電池10在使用過程中其供電電壓在不斷下降，脈寬調變單元24及儲能單元25會對上述供電電壓進行升壓，能實現對輸出端242所輸出的工作電壓的補償。另外，藉由脈寬調變單元24的反饋調節功能，也能使上述工作電壓保持穩定，從而滿足特定負載對穩定工作電壓的需要。
當電源單元100由電源適配器12提供供電電壓時，降壓單元30首先對電源適配器12的供電電壓進行降壓；隨後，脈寬調變單元24及儲能單元25構成的升壓電路對上述降壓後的供電電壓進行升壓，正常情況下，由於電源適配器12提供的供電電壓較為穩定，因而能使脈寬調變單元24的輸出端242的工作電壓保持穩定。
當供電電壓由於外部因素導致過高時，由於降壓單元30可將電源適配器12的供電電壓降到安全電壓，因而可防止過高的供電電壓對電子設備900的元器件造成損壞。當供電電壓由於外部因素（例如啟動大功耗負載）導致過低時，由於脈寬調變單元24及儲能單元25可對上述降壓後的供電電壓進行升壓，能實現對過低的供電電壓的補償，使得輸出端242輸出的工作電壓保持相對穩定。
請一併參閱圖2，其為電子設備900的具體電路圖。電源單元100包括電池10、電源適配器12、第一二极體D1及第一MOS管Q1，電源適配器12用於連接外部電源以提供供電電壓給第二開關單元28，第一MOS管Q1的閘極連接電源適配器12，汲極連接電池10，源極連接第一開關單元22；第一MOS管Q1的汲極還連接第一二极體D1的陽極，源極還連接第一二极體D1的陰極。在本實施方式中，第一MOS管Q1為PMOS管。
第一開關單元22包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一三極體Q2、第二二极體D2、第三二极體D3及第二MOS管Q3。第一三極體Q2的基極用於接收外部控制訊號，集極藉由第一電阻R1及第二電阻R2連接第一MOS管Q1的源極，射極接地。第二MOS管Q3的閘極連接於第一電阻R1與第二電阻R2之間，第二MOS管Q3的源極連接於第二電阻R2與第一MOS管Q1的源極之間，第二MOS管Q3的汲極連接電源端240。第二MOS管Q3的源極還連接第三二极體D3的陰極，第三二极體D3的陽極連接降壓單元30。在本實施方式中，第一三極體Q2為NPN型三極體，第二MOS管Q3為PMOS管。
第二開關單元28的結構與第一開關單元22的結構相同，在此不再贅述。
儲能單元25包括電感L1，電感L1的一端連接脈寬調變單元24的電源端240，另一端連接輸出端242。較佳地，電源管理電路200還包括第四二极體D4，該第四二极體D4的陽極連接輸出端242，陰極連接第一取樣單元26。
當電源適配器12未連接外部電源時，PMOS管Q1的閘極處於低電平狀態，同時電池10輸出的供電電壓經過二极體D1被提供給PMOS管Q1的源極，使得PMOS管Q1的源極處於高電平狀態，因此PMOS管Q1處於導通狀態。此時，電源單元100由電池10向第一開關單元22提供供電電壓。
第一三極體Q2的基極接收外部控制訊號（開機高電平訊號）時，第一三極體Q2導通，導致第二MOS管Q3的閘極處於低電平狀態，因此第二MOS管Q3導通，因此電池10提供的供電電壓被傳送至脈寬調變單元24的電源端240，後續脈寬調變單元24及儲能單元25構成的升壓電路對電池10提供的供電電壓進行升壓，已在前面描述，在此不再贅述。
當電源適配器12連接外部電源時，電源適配器12輸出的供電電壓被提供給PMOS管Q1的閘極，同時電池10輸出的供電電壓經過二极體D1被提供給PMOS管Q1的源極。由於本實施方式中，電源適配器12輸出的供電電壓為12V，電池10輸出的供電電壓為8.2V，因此PMOS管Q1處於截止狀態。此時，電源單元100由電源適配器12向第二開關單元28提供供電電壓。
由於第二開關單元28的結構與第一開關單元22的結構相同，並且由降壓單元30及第二取樣單元32構成的降壓電路對電源適配器12提供的供電電壓進行降壓，已在前面描述，在此不再贅述。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在援依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。
100．．．電源單元
900．．．電子設備
200．．．電源管理電路
300．．．負載
10．．．電池
12．．．電源適配器
Q1．．．第一MOS管
D1．．．第一二极體
22．．．第一開關單元
24．．．脈寬調變單元
240．．．電源端
242．．．輸出端
244．．．反饋端
25．．．儲能單元
26．．．第一取樣單元
28．．．第二開關單元
30．．．降壓單元
32．．．第二取樣單元
L1．．．電感
R1．．．第一電阻
R2．．．第二電阻
Q2．．．第一三極體
D2．．．第二二极體
D3．．．第三二极體
Q3．．．第二MOS管
圖1為一較佳實施方式的電源管理電路之功能模組圖。
圖2為圖1中電源管理電路之具體電路圖。
900．．．電子設備
100．．．電源單元
200．．．電源管理電路
300．．．負載
10．．．電池
12．．．電源適配器
22．．．第一開關單元
24．．．脈寬調變單元
240．．．電源端
242．．．輸出端
244．．．反饋端
25．．．儲能單元
26．．．第一取樣單元
28．．．第二開關單元
30．．．降壓單元
32．．．第二取樣單元

Claims (10)

  1. 一種電源管理電路，其包括第一開關單元、脈寬調變單元、第一取樣單元及儲能單元，該脈寬調變單元包括電源端及輸出端；該第一開關單元用於響應外部控制訊號導通或斷開電源單元與電源端之間的電性連接；儲能單元連接於電源端與輸出端之間，該電源端用於在第一開關單元導通時接收電源單元的供電電壓，使輸出端產生脈衝電壓；該儲能單元還用於在脈衝電壓處於第一電平時接收上述供電電壓以儲存能量，並在脈衝電壓處於第二電平時釋放能量以使得輸出端輸出工作電壓給負載；該第一取樣單元用於對上述工作電壓進行取樣以產生取樣電壓，該脈寬調變單元根據上述取樣電壓調節脈衝電壓的佔空比。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理電路，其中，該第一電平為低電平，第二電平為高電平。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理電路，其中，該儲能單元包括電感，該電感的一端連接電源端，另一端連接輸出端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理電路，其中，該電源管理電路還包括降壓單元及第二開關單元，該第二開關單元用於響應上述外部控制訊號導通或斷開電源單元與降壓單元之間的電性連接；該第一開關單元用於響應上述外部控制訊號導通或斷開降壓單元與脈寬調變單元的電源端之間的電性連接；該降壓單元用於在第二開關單元導通時對電源單元的供電電壓進行降壓，並在第一開關單元導通時將上述降壓後的供電電壓提供給電源端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源管理電路，其中，該電源管理電路還包括第二取樣單元，該第二取樣單元用於對降壓後的供電電壓進行取樣以產生取樣訊號，該降壓單元還用於根據取樣訊號調節降壓後的供電電壓的大小。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理電路，其中，第一開關單元包括第一電阻、第二電阻、第一三極體、第二二极體及第二MOS管；第一三極體的基極用於接收外部控制訊號，集極藉由第一電阻及第二電阻連接電源單元，射極接地；第二MOS管的閘極連接於第一電阻與第二電阻之間，第二MOS管的源極連接於第二電阻與電源單元之間，第二MOS管的汲極連接電源端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電源管理電路，其中，該第一三極體的基極根據外部控制訊號導通，使得第二MOS管導通，從而電源單元提供的供電電壓被傳送至電源端。
  8. 一種電子設備，其包括電源單元、電源管理電路及負載，其改良在於：該電源管理電路包括第一開關單元、脈寬調變單元、第一取樣單元及儲能單元，該脈寬調變單元包括電源端及輸出端；該第一開關單元用於響應外部控制訊號導通或斷開電源單元與電源端之間的電性連接；儲能單元連接於電源端與輸出端之間，該電源端用於在第一開關單元導通時接收電源單元的供電電壓，使輸出端產生脈衝電壓；該儲能單元還用於在脈衝電壓處於第一電平時接收上述供電電壓以儲存能量，並在脈衝電壓處於第二電平時釋放能量以使得輸出端輸出工作電壓給負載；該第一取樣單元用於對上述工作電壓進行取樣以產生取樣電壓，該脈寬調變單元根據上述取樣電壓調節脈衝電壓的佔空比。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電子設備，其中，該電源管理電路還包括降壓單元及第二開關單元，該第二開關單元用於響應上述外部控制訊號導通或斷開電源單元與降壓單元之間的電性連接；該第一開關單元用於響應上述外部控制訊號導通或斷開降壓單元與脈寬調變單元的電源端之間的電性連接；該降壓單元用於在第二開關單元導通時對電源單元的供電電壓進行降壓，並在第一開關單元導通時將上述降壓後的供電電壓提供給電源端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電子設備，其中，該電源單元包括電池、電源適配器、二极體及PMOS管，該電源適配器用於連接外部電源以提供供電電壓給第二開關單元，該PMOS管的閘極連接電源適配器，汲極連接電池，源極連接第一開關單元；PMOS管的汲極還連接二极體的陽極，源極還連接二极體的陰極。
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