CN101478171B

CN101478171B - 电源管理系统

Info

Publication number: CN101478171B
Application number: CN2009100369176A
Authority: CN
Inventors: 丁然; 邓琴; 吴建舟
Original assignee: Allwinner Technology Co Ltd
Current assignee: Allwinner Technology Co Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: CN101478171A

Abstract

本发明公开了一种电源管理系统，在包含输入电源端、电池端、系统电源端和接地端的普通电源管理系统基础上，增加了参考电源端、第一电压维持模块、第一切换模块、充电控制模块、强制拉低模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块和逻辑控制模块。本发明提出的电源管理系统，在输入电源驱动能力不足引起系统不能正常工作的情况下，会自动减小充电电流信号，直至完全没有电流信号；如果这样输入电源仍然不足以供应系统消耗，本发明将同时启用电池，使电池与输入电源同时供应系统消耗，保证系统正常工作。

Description

电源管理系统

技术领域

本发明涉及电源管理领域，特别是具体涉及一种电源管理系统。

背景技术

便携式电子设备的电源构成大都是：可以安装电池，直接从该电池汲取电能工作，也可以安装可供电的接口连接器如交流适配器或USB接口连接器以汲取电能工作。

由于经济、环保等因素，时尚的便携式电子设备所使用的电池大都采用可充电电池。其中，由于能提供更大的放电电流，并且几乎没有记忆效应，因此，比起传统的镍镉电池和镍氢电池等充电电池来，锂离子或锂聚合物充电电池使用得越来越普遍。

为了将电池的电力尽量保留在最后，上述电子设备的电源管理系统经常对电源利用设置优先级。例如交流适配器或USB接口连接器，这些通过接口连接器供电的输入电源的优先级被设置为高于安装的电池，而且在使用输入电源期间，除了满足电源管理系统提供给电子设备的电力消耗，还要把安装的电池充满电。

但是，在实际应用中输入电源的情况很复杂，主要是各种不同输入电源的驱动能力差别极大。比如，同为5V的交流适配器，为了满足不同的成本要求，驱动能力可以从50mA到2A以上；而USB接口连接器的驱动能力也有100mA或500mA等多种规格，如果是OTG端口，其驱动能力甚至还可能只有8mA。由于输入电源需要满足电源管理系统提供给电子设备的电力消耗，同时还需要给安装的电池充电。如果系统消耗电流、充电电流以及二者之和，这其中任意一种超出了输入电源的驱动能力，输入电源的电压信号将不能维持，导致系统不能正常工作。

实际应用中，越来越多的交流适配器插头也做成USB插头，由于电子设备自身并不判断输入电源究竟有多大的驱动能力，所以，如果电子设备使用到驱动能力小于电子设备最大功耗的适配器，也将可能拖低输入电源的电压信号，从而导致系统不能正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电源管理系统，在输入电源电流信号小于系统消耗电流信号和充电电流信号的总和的情况下，保证系统正常工作。

一般电源管理系统都包含输入电源端、电池端、系统电源端和接地端，本发明对此做了改进，提出的电源管理系统还包含参考电源端、第一电压维持模块、第一切换模块、充电控制模块、强制拉低模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块和逻辑控制模块；

所述系统电源端分别与所述第一电压维持模块和所述第一切换模块相连接；所述参考电源端、所述第一电压维持模块、所述第一切换模块和所述电池端顺序连接；所述电池端、所述充电控制模块、所述强制拉低模块和所述接地端顺序连接；所述第一电压维持模块和所述第一切换模块之间的接点与所述充电控制模块和所述强制拉低模块之间的接点连接在一起；

所述第一电压比较模块接收并比较所述输入电源端的电压信号与所述电池端的电压信号，输出电源连接信号；所述第二电压比较模块接收并比较系统电源端的电压信号以及所述电池端的电压信号，输出电池连接信号；所述逻辑控制模块接收所述电源连接信号以及所述电池连接信号，并输出充电信号以及电池选择信号；所述充电控制模块接收所述充电信号，控制所述电池端的充电过程并向所述第一切换模块发送第二控制信号，所述强制拉低模块接收所述电池选择信号并向所述第一切换模块发送第三控制信号，当所述输入电源端电流信号小于所述系统电源端电流信号和所述电池端电流信号的总和时，所述第一电压维持模块对所述系统电源端电压信号和所述参考电源端电压信号进行差分放大后的第一控制信号发送至所述第一切换模块，所述第一切换模块接收所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号，使所述电池端与所述系统电源端连接导通。

当输入电源端电流信号小于系统电源端电流信号和电池端电流信号的总和时，会引起系统电源端电压信号下降，从而导致系统不能正常工作，本发明提出的电源管理系统里，系统电源端和参考电源端分别与第一电压维持模块连接，系统电源端电压信号下降后，导致系统电源端电压信号与参考电源端电压信号之间的差值减小，第一电压维持模块对系统电源端电压信号和参考电源端电压信号进行差分放大，并输出第一控制信号至第一切换模块，增强第一切换模块的阻抗作用，使得从系统电源端经过第一切换模块流向电池端的充电电流信号随着系统电源端电压信号的下降而减小，直至系统电源端电压信号降至与电池端电压信号相同，此时充电电流信号为零；如果这样系统仍然因为系统电源端电压信号不足而不能正常工作，本发明将同时启用电池，而启用电池的过程具体为：步骤一，由于输入电源一般需要给电池充电，所以输入电源端电压信号大于电池端电压信号，进而第一电压信号比较模块根据此输出高电平的电源连接信号至逻辑控制模块；步骤二，充电电流信号为零之后系统电源端电压信号再下降，则会降得比电池端电压信号还低，此时第二电压比较模块据此输出高电平的电池连接信号至逻辑控制模块；步骤三，逻辑控制模块根据接收的高电平的电源连接信号和高电平的电池连接信号，输出低电平的充电信号至充电控制模块关闭充电过程，充电控制模块输出第二控制信号至第一切换模块；同时逻辑控制模块输出高电平的电池选择信号至强制拉低模块使接地端与第一切换模块之间的连接导通，强制拉低模块输出第三控制信号至第一切换模块。第一切换模块分别第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，使系统电源端与电池端之间连接导通，进而电池给系统电源端供电，这样，本发明实现了电池与输入电源同时供应系统消耗，保证系统正常工作。

附图说明

图1为实施例1的电源管理系统模块示意图；

图2为包含第二切换模块的电源管理系统；

图3为包含第二电压维持模块和第二切换模块的电源管理系统模块示意图；

图4为包含第二电压维持模块和第二切换模块的电源管理系统部分器件连接示意图；

图5为一种第一电压信号维持模块的示意图；

图6为一种第二电压信号维持模块的示意图；

图7为一种包含第一电压信号维持模块最后一级电路、充电控制模块最后一级电路、第一切换模块和强制拉低模块的整合电路的一种具体实施方式示意图；

图8为包含第二切换模块的电源管理系统中的逻辑控制模块实施方式示意图；

图9为包含第二电压维持模块和第二切换模块的电源管理系统中的逻辑控制模块实施方式示意图。

具体实施方式

本发明提出的电源管理系统，在输入电源电流信号小于系统消耗电流信号和充电电流信号的总和的情况下，通过减小充电电流信号和启用电池充电，保证系统正常工作。

实施例1：

本实施例提出的电源管理系统，包含：输入电源端、电池端、系统电源端、接地端、参考电源端、第一电压维持模块、第一切换模块、充电控制模块、强制拉低模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块和逻辑控制模块。

其中，为了描述的方便，将输入电源端称为DCIN，电池端称为BAT，系统电源端称为SYS，参考电源端称为REF。相应地，输入电源端电压信号称为V_DCIN，电池端电压信号称为V_BAT，系统电源端电压信号称为V_SYS，参考电源端电压信号称为V_REF。

在本电源管理系统中，第一电压维持模块有对输入电压信号差分放大的作用，在本实施例中使用差分放大器来实现这样的效果，为描述的方便，将该差分放大器称为第一差分放大器。第一差分放大器的正输入端与参考电源端相连接，接收参考电源端电压信号；第一差分放大器的负输入端与系统电源端相连接，接收系统电源端电压信号。第一切换模块既有切换的作用，又有电阻的作用，按照电路设计的需要，第一切换模块设计成为低电平导通，可以采用PMOS管或PNP型三极管；强制拉低模块可以采用NMOS管或NPN型三极管。在本实施例中，第一切换模块包含第一PMOS管，强制拉低模块包含NMOS管。则第一切换模块的连接关系具体为：第一PMOS管的栅极与第一差分放大器输出端相连接，第一PMOS管的源极与系统电源端连接，第一PMOS管的漏极与电池端相连接。同样，强制拉低模块相应连接关系具体为：NMOS管栅极接收电池选择信号SELBAT作为控制信号，当SELBAT＝1，NMOS管导通，否则NMOS管不导通；NMOS管的源极与接地端相连接，NMOS管的漏极分别与充电控制模块、第一PMOS管的栅极、第一差分放大器的输出端连接在一起，第一PMOS管的栅极受第一差分放大器、NMOS管和充电控制模块共同控制。如图1所示，为本实施例提出的电源管理系统示意图。

充电控制模块的特征是：受充电信号CHGEN控制，经过涓流充电、恒流充电、恒压充电等过程，将电池充满，然后停止充电，等待系统满足再次充电的条件。当接收的充电信号CHGEN＝0，充电控制模块关闭充电过程；当接收的充电信号CHGEN＝1，充电控制模块开始充电过程。

第一电压信号比较模块特征是：当输入电源端电压信号V_DCIN和电池端电压信号V_BAT满足关系V_DCIN≥V_BAT+□V1，其中□V1代表一个直流电压信号的差值，此处对直流电压信号的差值不做特别的限定，仅表示输入电源端电压信号和电池端电压信号存在一个差值，直流电压信号的差值可以取值例如0.2V。当V_DCIN≥V_BAT+□V1关系满足时第一电压比较模块输出信号DCINVALID＝1，否则输出信号DCINVALID＝0。

第二电压信号比较模块特征是：当电池端电压信号V_BAT和系统电源端电压信号V_SYS满足关系V_BAT≥V_SYS+□V2，其中□V2代表一个直流电压信号的差值，此处对直流电压信号的差值不做特别的限定，仅表示电池端电压信号和系统电源端电压信号存在一个差值，直流电压信号的差值可以取值例如0.04V。当V_BAT≥V_SYS+□V2关系满足时第二电压比较模块输出信号USEBAT＝1，否则输出信号USEBAT＝0。

逻辑控制模块的特征是：这里以DCINVALID表示电源连接信号，以USEBAT表示电池连接信号，以CHGEN表示充电信号，以SELBAT表示电池选择信号。按照接收的电源连接信号和电池连接信号状态不同，分为三种情况：1.当DCINVALID＝0时，不管USEBAT为何状态，输出都是SELBAT＝1，CHGEN＝0；2.当DCINVALID＝1，USEBAT＝0时，输出为SELBAT＝0，CHGEN＝1；3.当DCINVALID＝1，USEBAT＝1时，输出为SELBAT＝1，CHGEN＝0。

在本电源管理系统中，第一差分放大器和第一PMOS管组成一个闭环反馈环路。当第一差分放大器负输入端接收的电压信号下降时，引起差分放大器的输出端的电压信号上升，从而使PMOS管的导通电阻变大，引起PMOS管漏极的电流下降，从而阻碍负输入端的电压信号下降。当负输入端的电压信号下降至与正输入端电压信号相等时，输入电压信号维持模块和PMOS形成的闭环反馈环路达到动态平衡，此时负输入端的电压信号称为动态平衡电压信号，此动态平衡电压信号可以通过预先设置实现。

当外加输入电源，而且电池端连上电池时。由于一般输入电源要具备给电池充电的能力，所以输入电源的电压信号比电池的电压信号要大。所以第一电压比较模块按照输入电源端电压信号V_DCIN大于电池端电压信号V_BAT的关系，输出信号DCINVALID＝1。

系统电源端和电池端接收输入电源端的电压信号使电源管理系统开始工作，如果输入电源的电流信号I_DRIVE小于系统消耗电流信号I_SYS和对电池的充电电流信号I_CHG之和，即：I_DRIVE＜I_SYS+I_CHG，会导致系统电源端电压信号V_SYS下降。第一差分放大器和第一PMOS管是一个闭环反馈电路，其动态平衡电压信号为预先设置的值V₁。由于V₁和电池端电压信号V_BAT之间大小关系未知，下面分别就两种情况进行讨论。

如果电池端电压信号V_BAT大于动态平衡电压信号V₁，则随着V_SYS的下降，V_SYS会先下降至接近V_BAT，由于第一PMOS管存在导通电阻，所以经第一PMOS管流向电池端的充电电流信号会随着系统电源端电压信号V_SYS的下降而自动减小，当V_SYS下降至等于V_BAT，充电电流信号减小为零。如果此时仍然存在关系I_DRIVE＜I_SYS+I_CHG，则V_SYS还会继续下降至比V_BAT还低。此时第二电压比较模块则输出信号USEBAT＝1；逻辑控制模块根据DCINVALID＝1，USEBAT＝1输出信号CHGEN＝0，SELBAT＝1。充电控制模块接收的信号为CHGEN＝0而关闭充电过程，同时将第二控制信号发送至第一PMOS管的栅极；NMOS管因栅极接收的信号为SELBAT＝1而表现出导通的状态，同时将第三控制信号发送至第一PMOS管的栅极；第一PMOS管分别接收第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，使得第一PMOS管因栅极电压信号为零而表现为导通状态，系统电源端SYS与电池端BAT间的连接导通。所以此时系统电源端电压信号V_SYS的来源既是输入电源端电压信号V_DCIN，又是电池端电压信号V_BAT。输入电源端和电池端一起供电确保了系统不会因为系统电源端电压信号不足而不能正常工作。

如果电池端电压信号V_BAT小于动态平衡电压信号V₁，则随着系统电源端电压信号V_SYS的下降，V_SYS会先下降至接近V₁。此时第一差分放大器对系统电源端电压信号和参考电源端电压信号进行差分放大后，输出第一控制信号至第一PMOS管，此处第一控制信号即为第一差分放大器的输出电压信号，由于第一差分放大器输出端的电压信号会上升，从而导致第一PMOS管的导通电阻变大，所以经第一PMOS管流向电池端的充电电流会随着系统电源端电压信号V_SYS的下降而自动减小，当V_SYS下降至V₁，充电电流减小为零。如果此时仍然存在关系I_DRIVE＜I_SYS+I_CHG，则V_SYS还会继续下降。虽然第一差分放大器和第一PMOS管构成了闭环反馈环路，但V_SYS下降至V₁时，不会因构成动态平衡状态而停止下降。这是由于系统电源端电流除了流向电池端外，还需要向给电子设备的电力消耗提供电流，所以V_SYS还会继续下降，直到比电池端电压信号V_BAT还低。此时第二电压比较模块则输出信号USEBAT＝1；逻辑控制模块根据DCINVALID＝1，USEBAT＝1输出信号CHGEN＝0，SELBAT＝1。充电控制模块接收的信号为CHGEN＝0而关闭充电过程，相应输出第二控制信号至第一PMOS管；NMOS管因栅极接收的信号为SELBAT＝1而表现出导通的状态，同时输出第三控制信号至第一PMOS管，第一PMOS管根据接收的第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，使得第一PMOS管因栅极电压信号为零而表现为导通状态，系统电源端SYS与电池端BAT间的连接导通。所以此时系统电源端电压信号V_SYS的来源既是输入电源端电压信号V_DCIN，又是电池端电压信号V_BAT。输入电源端和电池端一起供电确保了系统不会因为系统电源端电压信号不足而不能正常工作。

实施例2：

现有技术中，当系统消耗电流信号、充电电流信号以及二者之和，这些其中之任一种大于输入电源提供的电流信号，输入电源端电压信号将不能维持，而这种输入电源如果来自USB端口，则将违反USB规范，从而出现USB连接中断。

而系统电源端接收输入电源端的电压信号，连接关系包含两种方式：

第一种方式：在实施例1提出的电源管理系统的基础上，还包含第二切换模块。输入电源端、第二切换模块和系统电源端顺序连接；逻辑控制模块根据接收的电源连接信号，输出第四控制信号至第二切换模块，如图2所示，图2为包含第二切换模块的电源管理系统，其中，以N_SELDCIN表示第四控制信号。该第二切换模块同样可以使用PMOS管或者PNP型三极管来实现，本改进方案使用PMOS管实现第二切换模块的功能，为了描述的方便，将其称为第二PMOS管。第二PMOS管的源极与输入电源端连接，第二PMOS管的漏极与系统电源端连接；第二PMOS管的栅极接收第四控制信号作为控制信号，来控制输入电源端与系统电源端之间是否导通。当电源连接信号为低电平，相应输出的第四控制信号为高电平，第二PMOS管的栅极因接收的是高电平的信号使第二PMOS管不导通，进而输入电源端与系统电源端之间的连接也不导通；当电源连接信号为高电平，相应输出的第四控制信号为低电平，第二PMOS管的栅极因接收的是低电平的信号使第二PMOS管导通，进而使输入电源端与系统电源端之间连接导通。

第二种方式：在实施例1提出的电源管理系统的基础上，还包含第二电压信号维持模块和第二切换模块。第二切换模块可以用PMOS管或PNP型三极管来实现，本实施例中，第二切换模块包含第二PMOS管。第二电压信号维持模块有对输入电压信号差分放大的作用，在本实施例中使用差分放大器来实现这样的效果，为描述的方便，将该差分放大器称为第二差分放大器。第二差分放大器正输入端与参考电源端连接，接收参考电源端电压信号；第二差分放大器负输入端与输入电源端连接，接收输入电源端电压信号；第二差分放大器的输出端与第二PMOS管的栅极连接，第二PMOS管的源极与输入电源端连接，第二PMOS管的漏极与系统电源端连接。第二差分放大器与第二PMOS管组成闭环反馈环路，其动态平衡电压信号也可预先设置。当第二差分放大器负输入端的电压信号大于预先设置的动态平衡电压信号，第二差分放大器的输出端将输出低电平的第四控制信号至第二PMOS管的栅极，第二PMOS管因此导通，进而使输入电源端与系统电源端之间连接也导通。

以上连接关系皆可实现系统电源端接收输入电源端的电压信号，但并不局限于此。

为了实现输入电源端电压信号维持，保证USB连接不会中断，如图3所示，图3为包含第二电压维持模块和第二切换模块的电源管理系统示意图，作为实施例1的进一步改进，本实施例2提出的电源管理系统采用上述第二种方式的连接关系，来实现系统电源端接收输入电源端的电压信号。其中，部分器件连接关系具体如图4所示。在本实施例中，第二差分放大器与第二PMOS管组成闭环反馈环路，预先设置其动态平衡电压信号为V₂。

在外加的输入电源电流驱动能力I_DRIVE小于系统消耗电流I_SYS和对电池的充电电流I_CHG之和，即：I_DRIVE＜I_SYS+I_CHG，则输入电源端电压信号V_DCIN会下降。而V_DCIN的下降，将使得第二差分放大器的输出端电压信号上升，此时第四控制信号即为第二差分放大器的输出端电压信号，第二PMOS管的栅极将接收这个电压信号，从而使第二PMOS管的导通电阻变大，从输入电源端DCIN流向系统电源端SYS的电流信号会下降，从而阻碍V_DCIN的下降。当V_DCIN下降到预先设置的动态平衡电压信号V₂时，第二差分放大器和第二PMOS管组成的闭环反馈环路达到动态平衡状态，V_DCIN不可能再下降，从而避免了USB连接的中断。

由于不同的闭环反馈环路的动态平衡电压信号也不相同，设置动态平衡电压信号有多种实施方式。

第一种方式，电源管理系统还包含若干个电阻，参考电源端通过若干个电阻分压产生第一参考电压信号和第二参考电压信号。第一差分放大器正输入端接收参考电源端电压信号的过程具体为：正输入端接收第一参考电压信号，以第一参考电压信号为动态平衡电压信号。第二差分放大器的正输入端接收参考电源端电压信号的过程具体为：正输入端接收第二参考电压信号，以第二参考电压信号为动态平衡电压信号。

第二种方式，第一电压维持模块包含若干个电阻，系统电源端电压信号V_SYS通过若干个电阻分压；第二电压维持模块包含若干个电阻，输入电源端电压信号V_DCIN通过若干个电阻分压。如图5所示，图5为一种第一电压维持模块的示意图，第一差分放大器正输入端接参考电源端REF，接收参考电源端电压信号V_REF，以电阻R1、R2为例，电阻R1、R2形成电阻串，其中R1一端接系统电源端电压信号V_SYS，另一端接A点，电阻R2一端接A点，另一端接地；第一差分放大器的负输入端接A点，通过电阻R1接收系统电源端电压信号V_SYS。则相应动态平衡电压信号按公式V＝V_REF×(1+R1/R2)设置。达到动态平衡时，第一差分放大器的负输入端电压信号等于参考电源端电压信号V_REF。在参考电源端电压信号V_REF一定的情况下，我们可以通过调整电阻R1和R2的阻值，来设定所需的动态平衡电压信号，比如动态平衡电压信号可以设为3.6V。如图6所示，图6为一种第二电压维持模块的示意图，具体地，第二差分放大器的正输入端接参考电源端REF，接收参考电源端电压信号V_REF，以电阻R3和电阻R4为例，电阻R3、R4形成电阻串，R3一端接输入电源端DCIN，另一端接B点，电阻R4一端接B点，另一端接地，第二差分放大器的负输入端接B点，通过电阻R3接收输入电源端电压信号V_DCIN。则相应动态平衡电压信号按公式V＝V_REF×(1+R3/R4)设置。达到动态平衡时，第二差分放大器的负输入端电压信号等于参考电源端电压信号V_REF。在参考电源端电压信号V_REF一定的情况下，我们可以通过调整电阻R3和R4的阻值，来设定所需的动态平衡电压信号，比如动态平衡电压信号可以设为4.5V。第二种方式只需参考电源端产生一个参考电压信号，但通过调节各个分压电阻的阻值，可以实现对两个闭环反馈环路进行动态平衡电压信号的设置，方式更灵活。

实施例3：

作为上述实施例1的进一步改进，其中，第一差分放大器还包含使能端，接收逻辑控制模块根据接收的电源连接信号和电池连接信号产生的使能信号。

图7为一种包含第一电压维持模块最后一级电路、充电控制模块最后一级电路、第一切换模块和强制拉低模块的整合电路的一种具体实施方式示意图，该整合电路包含电流源、第三PMOS管、第四PMOS管、第一PMOS管和NMOS管。其中，第三PMOS管表示第一电压维持模块的最后一级输出电路，第四PMOS管表示充电控制模块的最后一级输出电路。在本实施例中，第一电压维持模块和充电控制模块的电流供应能力分别通过第三PMOS管、第四PMOS管实现，但他们的电流汲取能力通过与接地端连接的电流源来实现。

由于第一PMOS管的栅极是由第一电压维持模块、充电控制模块和NMOS管共同控制的。但第一电压维持模块和充电控制模块的输出状态有可能出现和NMOS管的输出状态冲突，具体地，即第三PMOS管和第四PMOS管的导通会试图拉高第一PMOS管的栅极，但NMOS管的导通则会试图拉低第一PMOS管的栅极。为了避免这样的冲突，我们通过逻辑控制模块的控制逻辑来完成。即，在第一差分放大器增加接收使能信号的使能端，这样，逻辑控制模块根据接收的电源连接信号DCINVALID和电池连接信号USEBAT，输出充电信号CHGEN、使能信号HOLD2EN和电池选择信号SELBAT。

此时，逻辑控制模块的特征是：

当DCINVALID＝0时，不管USEBAT为何状态，输出都是SELBAT＝1，HOLD2EN＝0，CHGEN＝0；

当DCINVALID＝1，USEBAT＝0时，输出为SELBAT＝0，HOLD2EN＝1，CHGEN＝1；

当DCINVALID＝1，USEBAT＝1时，输出为SELBAT＝1，HOLD2EN＝0，CHGEN＝0。

当SELBAT＝1时，NMOS管导通，同时HOLD2EN＝0和CHGEN＝0使得第三PMOS管和第四PMOS管都不会导通；当SELBAT＝0时，NMOS管不导通，同时HOLD2EN＝1和CHGEN＝1使得第三PMOS管和第四PMOS管都导通。其中，图8为包含第二电压维持模块和第二切换模块的电源管理系统中逻辑控制模块一种具体实施方式的示意图，该逻辑控制模块由三个反相器和一个与非门组成，能够实现前述逻辑控制关系。图9为包含第二切换模块的电源管理系统中逻辑控制模块一种具体实施方式的示意图，该逻辑控制模块由四个反相器和一个与非门组成。

本实施例3提出的电源管理系统，通过逻辑控制模块的逻辑控制，避免了状态的冲突。

实施例4：

在实际应用中，许多电子设备厂商在进行系统设计时，通过增加一些选项或者按键切换，要求消费者事前选择是要进行USB连接还是进行充电。对于消费者来说，使用起来很不方便。同时，电子设备厂商会依据电子设备的最大功耗，给电子设备配备专门的适配器。其结果是，普通消费者会有多个各种类型的大大小小的交流适配器或者为每个电子设备多准备块电池，使用起来极其不方便。如果某些电子设备被损坏、丢失或者淘汰，则专门配备的适配器只好废弃，造成极大的浪费。

本实施例4提出的电源管理系统与实施例2相同，不仅能够实现对输入电源的自适应管理，同时，还能够实现对供电电源的自动选择。下面就以实施例2的电源管理系统实现对供电电源的自动选择做详细阐述。供电电源包括输入电源和电池。系统供电时不外乎三种情况：一、没有输入电源仅由电池供电；二、没有电池仅由输入电源供电；三、同时有电池和输入电源供电。

一、没有输入电源仅由电池供电时：

由于输入电源端DCIN没有连接输入电源，即输入电源端电压信号为零，第一电压比较模块则输出DCINVALID＝0，相应逻辑控制模块则输出SELBAT＝1，CHGEN＝0。在第二差分放大器的负输入端的电压信号也等于零，低于参考电源端电压信号，第二差分放大器将输出高电平。因此，第二PMOS管不导通。充电控制模块因为充电信号CHGEN＝0停止工作，NMOS管因栅极接收的电池选择信号SELBAT＝1而导通，则第一PMOS管因为栅极电压信号为零而导通。系统电源端电压信号V_SYS的来源是电池端电压信号V_BAT，即系统在没有输入电源的时候自动选择电池端供电。

二、没有电池仅由输入电源供电时：

电池端BAT的电压信号等于或接近零伏特，只有输入电源端进行供电，因此第一电压比较模块根据电池端电压信号小于输入电源端的电压信号，输出DCINVALID＝1；第二电压比较模块则比较电池端电压信号和系统电源端的电压信号的大小，由于电池端BAT的电压信号等于零，此时输出则为USEBAT＝0；按照DCINVALID＝1，USEBAT＝0，逻辑控制模块输出SELBAT＝0，CHGEN＝1。

此时输入电源端电压信号V_DCIN若大于预设电压信号V₂，其中V₂为第二差分放大器和第二PMOS管组成的闭环反馈环路的动态平衡电压信号，第二差分放大器则输出为零，使第二PMOS管导通，系统电源端电压信号V_SYS约等于输入电源端电压信号V_DCIN，即系统在没有电池供电时自动选择由输入电源供电。

三、同时有电池和输入电源供电时：

此时输入电源端电压信号V_DCIN若大于预设电压信号V₂，其中V₂为第二差分放大器和第二PMOS管组成的闭环反馈环路的动态平衡电压信号，第二差分放大器则输出为零，使第二PMOS管导通，系统电源端电压信号V_SYS约等于输入电源端电压信号V_DCIN，即系统自动选择由输入电源供电。由于电子设备外加输入电源的电压信号V_DCIN一般大于电池的电压信号V_BAT，所以此时第一电压比较模块将输出DCINVALID＝1；而此时按照V_SYS≈V_DCIN＞V_BAT的关系，第二电压比较模块将输出USEBAT＝0；按照DCINVALID＝1，USEBAT＝0，逻辑控制模块将输出CHGEN＝1，SELBAT＝0。NMOS管的栅极接收电池选择信号SELBAT＝0，表现为不导通状态；而充电控制模块接收充电信号CHGEN＝1开始充电过程，而第一PMOS管的栅极也由充电控制模块控制，系统电源端SYS通过第一PMOS管向电池端充电。随着充电持续进行，电池电量逐渐增加，电池端电压信号也缓慢上升。此时，系统的消耗和对电池的充电电流都是输入电源由输入电源端DCIN经由第二PMOS管向系统电源端SYS提供。实现了系统在有电池和输入电源供电时，先自动选择使用输入电源对系统供电，再给电池充电。

现有技术中某些电子设备需要消费者事先选择是需要USB连接，还是进行充电工作，如果选择进行USB连接，则系统不会使用USB VBUS作为输入电源，自然不会把VBUS电压信号拖低导致连接中断。但这样会出现，虽然有输入电源存在，系统却在消耗电池的电能而不利用输入电源供电，从而降低电子设备的电池续航能力。

本实施例4提出的电源管理系统，不需要消费者事先选择或设定什么，将自动选择供电电源，使消费者使用电子设备变得很方便。更重要的，本实施例提出的电源管理系统，不需要判断输入电源的驱动能力，在输入电源能力充足时总是优先使用输入电源来让系统正常工作，而且尽量不使用电池，以增加电池的续航力；在驱动能力不足时可以通过减小充电电流信号和启用电池供电来保证系统正常工作，即从各种不同驱动能力的输入电源里本实施例提出的电源管理系统都能汲取电能，包括100mA/500mA等各种规格USB接口连接器，甚至是只有8mA驱动能力的OTG端口，并且还能够维持USB规范，不会中断USB连接。从而实现对输入电源的自适应管理，无论输入电源的驱动能力是否足够都能适应，而且保证系统正常工作。

现有技术中已存在能够实现输入电源自动选择功能的电源管理系统，但本实例提出的电源管理系统，无需额外增加模块，既可以实现电源自动选择又可以实现输入电源的自适应管理，功能更多。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种电源管理系统，包含输入电源端、电池端、系统电源端和接地端，其特征在于，还包含：参考电源端、第一电压维持模块、第一切换模块、充电控制模块、强制拉低模块、第一电压比较模块、第二电压比较模块和逻辑控制模块；

2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述第一电压维持模块包含第一差分放大器。

3.根据权利要求2所述的电源管理系统，其特征在于，所述第一差分放大器还包含使能端，所述逻辑控制模块根据接收的所述电源连接信号和所述电池连接信号，产生使能信号发送至所述使能端。

4.根据权利要求1或2或3所述的电源管理系统，其特征在于，所述第一切换模块包含第一PMOS管，所述强制拉低模块包含NMOS管。

5.根据权利要求1或2或3所述的电源管理系统，其特征在于，所述第一切换模块包含第一PNP型三极管，所述强制拉低模块包含NPN型三极管。

6.根据权利要求4所述的电源管理系统，其特征在于，还包含第二切换模块，所述第二切换模块分别与所述输入电源端和所述系统电源端相连接；所述逻辑控制模块根据接收的所述电源连接信号，输出第四控制信号至所述第二切换模块。

7.根据权利要求6所述的电源管理系统，其特征在于，所述第二切换模块包含第二PMOS管。

8.根据权利要求6所述的电源管理系统，其特征在于，所述第二切换模块包含第二PNP型三极管。

9.根据权利要求4所述的电源管理系统，其特征在于，还包含第二电压维持模块和第二切换模块；

所述第二切换模块分别与所述输入电源端、所述系统电源端和所述第二电压维持模块相连接，所述第二电压维持模块对所述输入电源端的电压信号和所述参考电源端电压信号进行差分放大后的第四控制信号发送至所述第二切换模块。

10.根据权利要求9所述的电源管理系统，其特征在于，所述第二电压维持模块包含第二差分放大器。

11.根据权利要求9所述的电源管理系统，其特征在于，所述第二切换模块包含第二PMOS管。

12.根据权利要求9所述的电源管理系统，其特征在于，所述第二切换模块包含第二PNP型三极管。

13.根据权利要求11所述的电源管理系统，其特征在于，还包含若干个电阻，所述参考电源端电压信号通过若干个电阻分压。

14.根据权利要求11所述的电源管理系统，其特征在于，所述第一电压维持模块还包含若干个电阻，用于对所述系统电源端电压信号分压；所述第二电压维持模块还包含若干个电阻，用于对所述输入电源端电压信号分压。