TWI508410B - 電源管理電路 - Google Patents

Description

電源管理電路

本發明涉及一種電源管理電路，尤其涉及一種外部直流電源與電池切換的電源管理電路。

隨著科學技術的發展，電子產品特別是移動電子產品已經應用於人們工作、生活的各個方面，移動電子產品一般采用外部電源與充電電池雙重供電的設置，在外部電源與充電電池的切換管理中采用電源管理單元(PMU)管理外部電源與充電電池間的切換，但電源管理單元芯片造價較高，進而導致移動電子產品成本升高。

為解决先前技術中電源管理單元造價成本較高的問題，有必要提供一種造價成本低的電源管理電路。

本發明提供一種電源管理電路，其包括一電壓轉換單元、一切換單元、一第一控制單元及一第二控制單元；該電壓轉換單元連接於直流電源輸入端及電池之間，該切換單元連接於電池與負載之間，該第一控制單元連接於該直流電源輸入端與該切換單元之間，該第二控制單元連接於該電壓轉換單元與電池之間；該切換單元經導通與截止控制電池是否為負載供電，該第一控制單元用於控制該切換單元的導通與截止，該第二控制單元用於控制該電壓 轉換單元是否為該電池充電。

相較於先前技術，利用本發明提供的電源管理電路可通過簡單的元件組合來管理外部電源與充電電池之間的切換，從而可降低電子產品的成本。

10‧‧‧電源管理電路

20‧‧‧負載

30‧‧‧電池

40‧‧‧直流電源輸入端

110‧‧‧電壓轉換單元

130‧‧‧切換單元

150‧‧‧第一控制單元

170‧‧‧第二控制單元

1101‧‧‧第一二極體

1103‧‧‧電感

1105‧‧‧第二二極體

1107‧‧‧第一開關電晶體

1109‧‧‧第一電容

112‧‧‧電池正極

131‧‧‧第二開關電晶體

1311‧‧‧控制端

1313‧‧‧第一導通端

1315‧‧‧第二導通端

1501‧‧‧第三開關電晶體

1503‧‧‧第四開關電晶體

1505‧‧‧第一運算放大器

1507‧‧‧第一電阻

1509‧‧‧第二電阻

1511‧‧‧第三電阻

1513‧‧‧第四電阻

1515、1709、1719、1725‧‧‧第一輸入端

1517、1711、1721、1727‧‧‧第二輸入端

1519、1717、1723、1729‧‧‧輸出端

1701‧‧‧第二運算放大器

1703‧‧‧第三運算放大器

1705‧‧‧第四運算放大器

1707‧‧‧第五開關電晶體

圖1是本發明之一優選實施方式電源管理電路結構示意圖。

圖2是圖1電源管理電路具體電路圖。

下面將結合附圖對本發明作具體介紹。

請參閱圖1，其為本發明之一優選實施方式電源管理電路結構示意圖。該電源管理電路10包括一電壓轉換單元110、一切換單元130、一第一控制單元150及一第二控制單元170。該電壓轉換單元110連接於直流電源輸入端40及電池30之間，該切換單元130連接於電池30與負載20之間，該第一控制單元150連接於該直流電源輸入端40與該切換單元130之間，該第二控制單元170連接於該電壓轉換單元110與該電壓轉換單元110之間。該切換單元130經導通與截止控制電池30是否為負載20供電，該第一控制單元150用於控制該切換單元130的導通與截止，該第二控制單元170用於控制該電壓轉換單元110是否為該電池30充電。

在本實施例中，當直流電源輸入端40無直流電輸入時，該第一控制單元150發出一第一控制信號使該切換單元130導通，此時，電池30為負載供電；當電池30電壓低於一第一預定值時，該第一控制單元150發出一第二控制信號使該切換單元130截止。當直流電 源輸入端40有直流電輸入時，負載20由外部直流電源供電，電池30處於充電狀態，該電壓轉換單元110用於將外部直流電壓升壓後向電池30充電，該第二控制單元170用於發出一脈寬調製信號控制該電壓轉換單元110將外部直流電壓升壓後為電池30充電。當電池30充電電壓大於或等於一第二預定值時，該第二控制單元發出一第三控制信號使該電壓轉換單元110停止為該電池30充電。

請參閱圖2，其為圖1電源管理電路具體電路示意圖。該電壓轉換單元110包括一第一二極體1101、一電感1103、一第二二極體1105、一第一開關電晶體1107及一第一電容1109。該直流電源輸入端40與該第一二極體1101的陽極電連接，該第一二極體1101的陰極經該電感1103與該第二二極體1105的陽極電連接，同時該第一二極體1101的陰極與該第一開關電晶體1107的第一導通端電連接，該第二二極體1105的陰極與電池正極112電連接，同時該第二二極體1105的陰極經該第一電容1109接地，該第一開關電晶體1107的第二導通端接地，該第一開關電晶體1107的控制端與該第二控制單元170電連接。優選地，該第一開關電晶體1107為N型場效應電晶體，其中該第一開關電晶體1107的控制端、第一導通端及第二導通端分別對應於N型場效應電晶體的閘極、汲極以及源極。

在本實施例中，該直流電源輸入端40輸入直流電壓經第一二極體1101、電感1103、第二二極體1105至該電池正極112為電池30充電，該第一開關電晶體1107、電感1103、第二二極體1105及該第一電容1109組成由脈寬調製信號控制的開關電源升壓電路，將外 部直流電壓升壓後為電池30充電。當第二控制單元170控制該第一開關電晶體1107導通時，該開關電源升壓電路可將外部直流電壓轉換為高於電池標準電壓的直流電壓，可充分為電池30充電，從而可避免電池30發生虛電現象。當電池30充電完成時，該第二控制單元170控制該第一開關電晶體1107截止，此時，外部直流電壓低於電池電壓無法為電池30充電。優選地，當電池30標準電壓為24V時，可設置為該開關電源升壓電路將外部直流電壓升至25V。

該切換單元130包括一第二開關電晶體131，該第二開關電晶體131的控制端1311與該第一控制單元150電連接，該第二開關電晶體131的第一導通端1313與負載20電連接，該第二開關電晶體131的第二導通端1315與電池正極112電連接。當該第二開關電晶體131導通時，該電池30經該切換單元130為負載20供電；當該第二開關電晶體131截止時，該電池30停止為負載20供電。

該第一控制單元150包括一第三開關電晶體1501、一第四開關電晶體1503、一第一運算放大器1505、一第一電阻1507、一第二電阻1509、一第三電阻1511及一第四電阻1513。該電池正極112經該第一電阻1507與該第一運算放大器1505的第一輸入端1515電連接，該第一輸入端1515同時經該第二電阻1509接地，該第一運算放大器1505的第二輸入端1517輸入一參考電壓，該第一運算放大器1505的輸出端1519與該第三開關電晶體1501的控制端及該第四開關電晶體1503的第一導通端電連接，該第三開關電晶體1501的第一導通端與該切換單元130的第二開關電晶體131的控制端電連接，該第三開關電晶體1501的第二導通端及該第四開關電晶體 1503的第二導通端接地，該第四開關電晶體1503的控制端經該第三電阻1511與該直流電源輸入端40電連接，同時該第四開關電晶體1503的控制端經該第四電阻1513接地。優選地，該第三開關電晶體1501、第四開關電晶體1503為P型三極管，該第三、第四開關電晶體的控制端、第一導通端及第二導通端分別對應於P型三極管的基極、集極及射極。

當直流電源輸入端40有直流電源信號輸入時，該第四電阻1513偵測電壓使該第四開關電晶體1503導通，從而控制該第三開關電晶體1501導通，此時該切換單元130中該第二開關電晶體131截止，電池30停止為負載20供電，負載20由外部直流電源供電，並且外部直流電源開始為電池30充電。

當直流電源輸入端40無直流電源信號輸入時，該第四電阻1513偵測電壓為0V，此時該第四開關電晶體1503截止。並且，當電池正極112的電壓大於第一預定值時，該第二電阻1509偵測電壓值大於該第二輸入端1517輸入的參考電壓，從而使該輸出端1519輸出一高電平信號至該第三開關電晶體1501的控制端使該第三開關電晶體1501導通，此時該第一控制單元150發出一第一控制信號使該切換單元130中該第二開關電晶體131導通，電池30經該第二開關電晶體131為負載20供電。該第一控制信號為一低電平信號。

當電池正極112的電壓小於第一預定值時，該第二電阻1509偵測電壓值小於該第二輸入端1517輸入的參考電壓，從而使該輸出端1519輸出一低電平信號至該第三開關電晶體1501的控制端使該第三開關電晶體1501截止，此時，該第一控制單元150發出一第二控制信號使該切換單元130中該第二開關電晶體131截止，電池30 停止為負載20供電。該第二控制信號為一高電平信號。

在本實施例中，該第一預定值可根據電池30的標準電壓設置，該參考電壓根據該第二電阻1509與該第一電阻1507的阻值之比及第一預定值設置，例如電池30標準電壓為24V時，該第一預定值可優選地設置為15V，該第二電阻1509與該第一電阻1507阻值之比為5：1時，該參考電壓可設置為2.5V。該參考電壓可由一穩壓器提供。

該第二控制單元170包括一第二運算放大器1701、第三運算放大器1703、第四運算放大器1705、一第五開關電晶體1707及複數電阻。該第二運算放大器1701的第一輸入端1709輸入一參考電壓，該第二運算放大器1701的第二輸入端1711經一第五電阻1713接地，同時經一第六電阻1715與電池正極112電連接，該第二運算放大器1701的輸出端1717與該第三運算放大器1703的第一輸入端1719電連接，該第三運算放大器1703的第二輸入端1721輸入一參考電壓，該第三運算放大器1703的輸出端1723連接該第五開關電晶體1707的控制端，該第五開關電晶體1707的第一導通端與該電壓轉換單元110的第一開關電晶體1107的控制端電連接，該第五開關電晶體1707的第二導通端與該電池正極112電連接，該第四運算放大器1705的第一輸入端1725輸入一脈寬調製信號，該第四運算放大器1705的第二輸入端1727輸入一參考電壓，該第四運算放大器1705的輸出端1729的輸出端與該電壓轉換單元110的第一開關電晶體1107的控制端電連。優選地，該第五開關電晶體1707為一N型三極管，該第五開關電晶體1707的控制端、第一導通端及第二導通端分別對應於N型三極管的基極、集極及射極。

在本實施例中，該第二控制單元170中該第三運算放大器1703、該第四運算放大器1705及該第五開關電晶體1707組成一脈寬調製模塊，該脈寬調製模塊用於控制該電壓轉換單元110中第一開關電晶體1107的導通與截止。當該脈寬調製模塊控制該第一開關電晶體1107導通時外部直流電源為電池30充電；當電池30電壓達到第二預定值時，該脈寬調製模塊控制該第一開關電晶體1107截止，外部直流電源停止為電池30充電。該第四運算放大器1705的第一輸入端輸入的脈寬調製信號為一50KHz的占空比為50%的信號。

當該電池正極112充電電壓達到第二預定值時，該第五電阻1713上的偵測電壓大於該第二運算放大器1701的第一輸入端1709輸入的參考電壓，從而使該第二運算放大器1701的輸出端1717輸出一低電平信號，從而使該第三運算放大器1703輸出一高電平信號至該第五開關電晶體1707的控制端，使該第五開關電晶體截止，該第二控制單元170發出一第三控制信號使該電壓轉換單元110中該第一開關電晶體1107截止，外部直流電源停止為電池30充電。優選地，該第三控制信號為一高電平信號。

在本實施例中，由於該電壓轉換單元110將外部直流電壓升高至高於電池標準電壓，故該第二預定值根據該升高值設定；該參考電壓根據該第五電阻1713及第六電阻1715的阻值之比及該第二預定值設置，例如，該第二預定值設置為25V，該第五電阻1713與該第六電阻1715阻值之比為1：9時，該參考電壓設置為2.5V。該參考電壓可由一穩壓器輸入。

上述的電源管理電路可通過簡單的元件組合來管理外部電源與充電電池之間的切換，從而可降低電子產品的成本，同時可實現電 池過壓保護的功能。

雖然本發明以優選實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做各種的變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求的保護範圍之內。

10‧‧‧電源管理電路

20‧‧‧負載

30‧‧‧電池

40‧‧‧直流電源輸入端

110‧‧‧電壓轉換單元

130‧‧‧切換單元

150‧‧‧第一控制單元

170‧‧‧第二控制單元

Claims (10)

1. 一種電源管理電路，其包括一電壓轉換單元、一切換單元、一第一控制單元及一第二控制單元；其特徵在於，該電壓轉換單元連接於直流電源輸入端及電池之間，該切換單元連接於電池與負載之間，該第一控制單元連接於該直流電源輸入端與該切換單元之間，該第二控制單元連接於該電壓轉換單元與電池之間；該切換單元經導通與截止控制電池是否為負載供電，該第一控制單元用於控制該切換單元的導通與截止，該第二控制單元用於控制該電壓轉換單元是否為該電池充電。
2. 如申請專利範圍1所述之電源管理電路，該切換單元包括一P型場效應電晶體，該P型場效應電晶體的閘極與電池電連接，汲極與負載電連接，源極與該第一控制單元電連接。
3. 如申請專利範圍1所述之電源管理電路，當外部直流電源經該直流電源輸入端為負載供電時，該切換單元截止，電池處於充電狀態；當直流電源輸入端無直流電輸入時，該第一控制單元發出一第一控制信號使該切換單元導通，電池為負載供電，並且當電池電壓低於一第一預定值時，該控制開關單元發出一第二控制信號使該切換單元截止。
4. 如申請專利範圍3所述之電源管理電路，該第一控制單元包括一運算放大器、複數開關電晶體及複數電阻，該複數開關電晶體包括一第三開關電晶體、一第四開關電晶體，該複數電阻包括一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、一第四電阻，該電池正極經第一電阻與該第一運算放大器的第一輸入端電連接，該第一輸入端同時經第二電阻接地，該第一運算放大器的第二輸入端輸入一參考電壓，該第一運算放大器的輸出端與第三開關電晶體的控制端及第四開關電晶體的第一導通端電連接，該第三 開關電晶體的第一導通端與該切換單元中該P型場效應電晶體的源極連接，該第三開關電晶體的第二導通端及該第四開關電晶體的第二導通端接地，該第四開關電晶體的控制端經第三電阻與直流電源輸入端電連接，同時該第四開關電晶體的控制端經第四電阻接地。
5. 如申請專利範圍4所述之電源管理電路，當直流電源輸入端無電信號輸入時，該第三開關電晶體截止；並且當電池正極的電壓大於該第一預定值時，該第二電阻偵測電壓值大於該第二輸入端輸入的參考電壓，該第一開關電晶體導通，此時該第一控制單元發出一第一控制信號使該切換單元中該第二開關電晶體導通，電池經該第二開關電晶體為負載供電。
6. 如申請專利範圍3所述之電源管理電路，當電池的電壓小於該第一預定值時，該第二電阻偵測電壓值小於該第二輸入端輸入的參考電壓，從而使該輸出端輸出一低電平信號至該第二開關電晶體的控制端使該第二開關電晶體截止，此時，該第一控制單元發出一第二控制信號使該切換單元截止，電池停止為負載供電。
7. 如申請專利範圍1所述之電源管理電路，該電壓轉換單元用於將外部直流電源升壓後向電池充電，該電壓轉換單元包括一第一二極體、一電感、一第二二極體、一開關電晶體及一電容；該直流電源輸入端與該第一二極體的陽極電連接，該第一二極體的陰極經該電感與該第二二極體的陽極與該開關電晶體的第一導通端電連接，該第二二極體的陰極與電池的正極電連接，同時該第二二極體的陰極經該第一電容接地，該第一開關電晶體的第二導通端接地，該第一開關電晶體的控制端與該第二控制單元電連接；當該開關電晶體導通時，該電壓轉換單元將外部直流電壓升壓後向電池充電，當該開關電晶體截止時外部直流電源停止為電池充電。
8. 如申請專利範圍1所述之電源管理電路，該第二控制單元用於控制該電壓 轉換單元是否為電池充電；當電池充電狀態時該第二控制單元發出一控制信號使該電壓轉換單元將外部直流電壓升壓；當電池電壓大於或等於一第二預定值時，該第二控制單元發出一第三控制信號使該電壓轉換單元停止為該電池充電。
9. 如申請專利範圍8所述的電源管理電路，第二控制單元包括一第五開關電晶體、複數運算放大器及複數電阻，該複數運算放大器包括一第二運算放大器、一第三運算放大器、一第四運算放大器，該複數電阻包括一第五電阻、一第六電阻，第二運算放大器的第一輸入端輸入一參考電壓，該第二運算放大器的第二輸入端經一第五電阻接地，同時經一第六電阻與電池正極電連接，該第二運算放大器的輸出端與該第三運算放大器的第一輸入端電連接，該第三運算放大器的第二輸入端輸入一參考電壓，該第三運算放大器的輸出端連接該第五開關電晶體的控制端，該第五開關電晶體的第一導通端與該電壓轉換單元連接，該第五開關電晶體的第二導通端與電池正極電連接，該第四運算放大器的第一輸入端輸入一脈寬調製信號，該第四運算放大器的第二輸入端輸入一參考電壓，該第四運算放大器的輸出端的輸出端與該電壓轉換單元連接。
10. 如申請專利範圍9所述的電源管理電路，當該電池充電電壓達到第二預定值時，該第五電阻上的偵測電壓大於該第二運算放大器的第一輸入端輸入的參考電壓，從而使該第二運算放大器的輸出端輸出一低電平信號，使該第三運算放大器輸出一高電平信號至該第五開關電晶體的控制端，使該第五開關電晶體截止，該第二控制單元發出一第三控制信號使外部直流電源停止為電池充電。