CN102570529A - 电源管理电路、电源管理模块与其电源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种电源管理电路、电源管理模块与其电源管理方法，包括一第一开关、一第二开关与一输出控制单元。第一开关耦接于一第一电池输出端与一负载端之间，第二开关耦接于一第二电池输出端与该负载端之间。输出控制单元耦接于第一开关与第二开关，根据第一电池输出端的电压与负载端的电压决定是否开启第一开关以及根据第二电池输出端的电压与负载端的电压决定是否开启第二开关。

Description

电源管理电路、电源管理模块与其电源管理方法

技术领域

本发明是有关于一种电源管理电路，且特别是有关于一种根据电池的电量选择性对负载进行供电的电源管理电路、模块与电源管理方法。

背景技术

随着石化石油能源的日渐紧缺，人类对环境和节约能源的意识不断提高，电池的应用愈来愈广泛。例如电动汽车、手机、可携式电子产品等，都会使用到电池。电池的电源管理一直都是可携式电子产品的重要发展技术之一。

在一次电池并联设计中，电池与电池间的相互充电一直是影响电池寿命的最大问题。原本电池并联设计可以有效增加产品的寿命，但是由于每颗电池的内阻都不相同，造成放电能力有所差异，在电力无法相等的情况下。将多个一次电池并联时就会出现电池相互充电的问题，一次电池间的相互充电会缩短一次电池的寿命，甚至发生安全性的问题。同理，二次电池的设计也会有相同的问题。

发明内容

本发明提供一种电源管理电路、模块与方法，会比较负载端的电压与各个电池的电压，让具有较高电压的电池对负载充电并同时避免高电压的电池对低电压的电池充电。

本发明提出一种电源管理电路与具有其之电源管理模块，电源管理模块包括一第一电池、一第二电池与一电源管理电路。第一电池耦接于一第一电池输出端；第二电池耦接于一第二电池输出端。电源管理电路至少包括一第一开关、一第二开关、一输出控制单元。第一开关耦接于第一电池输出端与一负载端之间；第二开关耦接于该第二电池输出端与该负载端之间。输出控制单元耦接于该第一开关与该第二开关，根据该第一电池输出端的电压与该负载端的电压决定是否开启该第一开关以及根据第二电池输出端的电压与该负载端的电压决定是否开启该第二开关。

在本发明一实施例中，当该第一电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该输出控制单元导通该第一开关；当该第二电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该输出控制单元导通该第二开关。

在本发明一实施例中，其中上述第一电池输出端耦接至一第一电池；第二电池输出端耦接至一第二电池；负载端耦接至一负载。其中第一电池与第二电池为一次电池或二次电池。

在本发明一实施例中，其中控制单元包括一第一电压侦测单元、一第二电压侦测单元与一控制单元。第一电压侦测单元耦接于第一电池输出端与第二电池输出端，用以侦测第一电池输出端的电压与第二电池输出端的电压。第二电压侦测单元耦接于负载端，用以侦测负载端的电压。控制单元耦接于第一电压侦测单元、第二电压侦测单元、第一开关与第二开关。其中，当第一电池输出端的电压大于负载端的电压时，控制单元导通第一开关；当该二电池输出端的电压大于负载端的电压时，控制单元导通第二开关。

在本发明一实施例中，其中第一开关为一NMOS晶体管，上述NMOS晶体管的漏极耦接于电池输出端，NMOS晶体管的源极耦接于负载端；输出控制单元包括一第一电阻与一第二电阻，其中第一电阻耦接于第一电池输出端与NMOS晶体管的栅极，第二电阻耦接于NMOS晶体管的栅极与负载端。

在本发明另一实施例中，其中第一开关为一PMOS晶体管，PMOS晶体管的源极耦接于电池输出端，PMOS晶体管的漏极耦接于负载端。输出控制单元包括一第一电阻与一第二电阻，其中第一电阻耦接于第一电池输出端与PMOS晶体管的栅极，该二电阻耦接于PMOS晶体管的栅极与负载端。

在本发明一实施例中，其中上述输出控制单元包括一第一比较器与一第二比较器。第一比较器具有耦接于第一电池输出端的一第一输入端与耦接于负载端的一第二输入端，第一比较器的一输出端耦接于第一开关。第二比较器具有耦接于第二电池输出端与一第一输入端与耦接于负载端的一第二输入端，第二比较器的一输出端耦接于该第二开关。

从另一个角度来看，本发明另提出一种电源管理方法，适用于控制多个电池是否对一负载进行供电，该这些电池分别经由个别的供电路径连接至一负载端，此负载端可耦接于至负载。本方法包括下列步骤：侦测该负载端的电压与各该电池的电池电压；以及根据该负载所连接的该负载端的电压与各该电池的电池电压，分别决定是否导通该这些电池与该负载端之间的供电路径；其中，当该这些电池中的一第一电池的电池电压大于该负载端的电压时，导通对应于该第一电池的供电路径。

综合上述，本发明所提出的电源管理电路、模块与其电源管理方法，电源管理电路会侦测电池电压与负载端的电压，然后选择具有较高电池电压的电池对负载供电。负载愈大，其负载端的电压会被拉低，电源管理电路会开启愈多的电池对负载供电。同时，电源管理电路藉由选择性的开启开关，可以避免电池相互充电的问题。

附图式说

图1为根据本发明第一实施例的电源管理模块示意图。

图2为根据本发明第一实施例的电源管理模块的电路示意图。

图3为根据本发明第二实施例的电源管理模块的电路示意图。

图4为根据本发明第三实施例的电源管理模块的电路示意图。

图5为根据本发明第四实施的电源管理方法流程图。

主要元件符号说明

100：电源管理模块            T5：负载端

101：电源管理电路            V1～V5：电压

110：输出控制单元            210～240：比较器

112：第一电压侦测单元        SW1～SW4：开关

114：控制单元                R1～R8：电阻

116：第二电压侦测单元        P1～P4：PMOS晶体管

122～128：第一至第四开关     N1～N4：NMOS晶体管

132～138：第一至第四电池     S510～S530：步骤

140：负载

T1～T4：第一至第四电池输出

端

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

(第一实施例)

图1为根据本发明第一实施例的电源管理模块示意图。电源管理模块100包括电源管理电路101、多个电池(第一电池132、第二电池134、第三电池136与第四电池138)。电源管理电路101耦接于第一至第四电池132～138与负载140之间，根据第一至第四电池输出端T1～T4与负载端T5的电压，选择性的导通第一至第四开关122～128，让第一至第四电池132～138对负载140供电。

电源管理电路101包括输出控制单元110与第一至第四开关122～128，其中输出控制单元110尚包括第一电压侦测单元112、控制单元114与第二电压侦测单元116。第一至第四电池132～138分别耦接至第一至第四电池输出端T1～T4以输出电压，而第一至第四开关122～128则分别耦接于第一至第四电池输出端T1～T4与负载端T5之间。负载140耦接于负载端T5，并经由负载端T5取得所需的电源。换言之，第一至第四开关122～128分别耦接于第一至第四电池132～138与负载140之间。控制单元114耦接于第一电压侦测单元112、第二电压侦测单元116与第一至第四开关122～128，用来控制第一至第四开关122～128的导通与否。第一电压侦测单元112耦接第一至第四电池输出端T1～T4以侦测第一至第四电池输出端T1～T4的电压V1～V4，第二电压侦测单元116耦接负载端T5以侦测负载端T5的电压V5。

由于第一至第四电池132～138分别耦接于第一至第四电池输出端T1～T4，所以第一至第四电池输出端T1～T4的电压V1～V4可用来表示第一至第四电池132～138的电池电压。同理，负载端T5的电压V5可用来表示负载140的电压。第一至第四电池132～138的电池电压会依照电池电量而改变，而负载140的电压则会随负载140所需的电量(或电流)而变。负载140所需的电量愈大，会使得负载端T5的电压愈低。当然，随着供电电池的电量下降，负载端T5的电压也会下降。

控制单元114会分别比较所侦测到的电压V1～V4与电压V5。当第一至第四电池132～138的电池电压大于负载端T5的电压V5时，控制单元114会导通对应的第一至第四开关122～128，让电压较高的电池对负载140供电。当负载140所需的电量较高时，其负载端T5的电压V5会被拉低，控制单元114便会导通更多的开关，使更多的电池对负载140供电。反之，当负载140所需的电量较低时，控制单元114所导通的开关数目便会减少。举例来说，假如第一至第四电池132～138的电池电压分别为3.3V、3.2V、3.1V与3V，而负载端T5的电压V5为3.15V。此时，控制单元114会导通第一开关122与第二开关124。当负载端T5的电压V5为3.05V时，控制单元114会导通第一开关122、第二开关124与第三开关126，依此类推。当负载140所需的电量愈大或供电的电池电力不足时，控制单元114会随着负载端T5的电压变化增加或减少供电的电池数量。

值得注意的是，上述电源管理模块100可以应用于可携式电子装置中，但本发明并不限制于此。当可携式电子装置处于关机的状态下时，第一至第四开关132～138会关闭，因此第一至第四电池132～138不会相互充电。当可携式电子装置开机时，电源管理模块100可以先导通第一至第四开关132～138其中之一，例如第一开关132，让第一至第四电池132～138其中之一对负载140供电。然后，比较负载端T5的电压V5与其它电池的电池电压以导通相对应的开关，使具有较高电压的电池对负载140供电。由于控制单元114是依照电池电压与电压V5来选择供电的电池，因此下一个被选择到的电池的电池电压会与目前正在供电的电池的电池电压相近。因此，用来供电的电池并不会因为开关的导通而有严重的相互充电的问题产生。而电量较低(电池电压较低)的电池则会在负载端T5的电压V5下降到其电池电压之下时才会被选择到。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可推知其实施方式，在此不加累述。

在本实施例中，上述第一至第四电池132～138可为一次电池或二次电池，本发明并不受限。第一至第四开关132～138可利用各种开关元件实现，例如BJT晶体管、MOS晶体管或多任务器等。电源管理电路101中虽然依照功能区分为第一电压侦测单元112、控制单元114与第二电压侦测单元116，但在实际的电路设计中，可以使用单一或少数的元件或电路架构来实现其所有的功能。举例来说，电源管理电路101可以利用比较器与开关实现，请参照图1与图2，图2为根据本发明第一实施例的电源管理模块的电路示意图。

输出控制单元110可利用比较器210～240实现，而第一至第四开关122～128以开关SW1～SW4实现。比较器210的正输入端耦接于第一电池输出端T1以接收电压V1，负输入端耦接于负载端T5以接收电压V5。比较器210的输出端耦接于开关SW1。比较器210用以比较电压V1与电压V5以控制开关SW1。当电压V5大于电压V1时，比较器210会输出高电位以导通开关SW1，由此导通第一电池132与负载端T5之间的供电路径。第一电池130经由导通的开关SW1便可对负载140供电。同理，比较器220～240的正输入端分别耦接于第二至第四电池输出端T2～T4以接收电压V2～V4，负输入端则耦接于负载端T5以接收电压V5，输出端则分别耦接于开关SW2～SW4。比较器210～240可以分别比较第一至第四电池132～138的电压与电压V5以分别控制开关SW1～SW4的导通与否。

值得注意的是，在图2中，开关SW2～SW4是以高电压作为导通电压，但本发明并不限制于此。开关SW2～SW4也可以用负电压(或者零电压位准作为导通电压，只是比较器210～240的正、负输入端所耦接的电压需要调换以产生负电压或零电压位准。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可推知其实施方式，在此不加累述。

(第二实施例)

请参照图1与图3，图3为根据本发明第二实施例的电源管理模块的电路示意图。在本发明第二实施例中，上述输出控制单元110可以利用两两串联的电阻R1～R8实现，而第一至第四开关122～128以PMOS晶体管P1～P4实现。PMOS晶体管P1～P4的源极分别耦接于第一至第四电池输出端T1～T4，PMOS晶体管P1～P4的漏极耦接于负载140。电阻R1、R2串联耦接于负载端T5与第一电池输出端T1之间，其共享接点耦接于PMOS晶体管P1的栅极；电阻R3、R4串联耦接于负载端T5与第二电池输出端T2之间，其共享接点耦接于PMOS晶体管P2的栅极；电阻R5、R6串联耦接于负载端T5与第三电池输出端T3之间，其共享接点耦接于PMOS晶体管P3的栅极；电阻R7、R8串联耦接于负载端T5与第四电池输出端T4之间，其共享接点耦接于PMOS晶体管P4的栅极。

以电阻R1、R2与PMOS晶体管P1为例说明，当第一电池132的电压(第一电池输出端T1的电压V1)大于负载端T5的电压时，由于分压的关系，PMOS晶体管P1的栅极会产生低于电压V1的电压位准。只要PMOS晶体管P1的源-栅极电压超过门坎电压(threshold voltage)时，PMOS晶体管P1便会导通，使得第一电池132可以对负载140供电。其它的电路(电阻R3～R8与PMOS晶体管P2～P4)的作动原理相似，在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可推知其实施方式，在此不加累述。

(第三实施例)

请参照图1与图4，图4为根据本发明第三实施例的电源管理模块的电路示意图。在本发明第二实施例中，上述电源管理电路101可以利用两两串联的电阻R1～R8实现，而第一至第四开关122～128以NMOS晶体管N1～N4实现。图4与图3主要差异在于NMOS晶体管N1～N4，由于NMOS晶体管N1～N4是利用正的闸-源极电压驱动。所以，NMOS晶体管N1～N4的源极分别耦接于负载端T5，而其漏极则分别耦接于第一至第四电池输出端T1～T4，其栅极分别耦接电阻R1～R8的共享接点。举例来说，当电压V1大于电压V5且其差值大于NMOS晶体管N1的门坎电压时，NMOS晶体管N1便会因其栅极电压上升而导通。由此，对应已导通的NMOS晶体管N1的第一电池132便可对负载140供电。其它的NMOS晶体管N2～N4与其对应的第二电池134～138的作动原理相似。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可推知其实施方式，在此不加累述。

值得注意的是，上述第一至第三实施例虽然是以四组电池为例说明，但本发明并不限制于此。利用相似的电路架构，上述电源管理模块与电源管理电路也可以应用于2组、3组或多组的电池管理上面。以图1为例，若电池管理模块中仅具有第一电池122与第二电池124，则不需要设置第三开关126与第四开关128。。以图2为例，若电池管理模块中仅具有第一电池132与第二电池134，则不需要设置比较器230、240与开关SW3、SW4。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可推知其它实施方式，在此不加累述。

(第四实施例)

经由上述实施例，本发明可归纳出一种电源管理方法，请同时参照图1与图5，图5为根据本发明第四实施的电源管理方法流程图。如上述实施例，此电源管理方法适用于控制多个电池是否对一负载进行供电，该这些电池分别经由个别的供电路径连接至一负载端，该负载端耦接于该负载。首先，侦测负载端的电压与各该电池的电池电压(步骤S510)，然后比较负载端的电压与各该电池的电池电压(步骤S520)。接下来，当侦测到有电池的电池电压大于负载端时，导通对应的供电路径(即图1中开关122～128)，使对应的电池对负载端进行供电(步骤S530)。换言之，本实施例会依照负载端的电压选选具有较高电压的电池来供电，当负载愈大，其负载端的电压会愈低，这样就会开启愈多的电池来进行供电。本发明的电源管理方法的其余细节，本技术领域具有通常知识者应可由上述第一至第三实施例的说明中推知，在此不加累述。

在上述实施例中，由于电池的供电是与其电池电压有关，每次开启的电池，其电压会与目前供电的电池相近，因此可以降低电池互相充电的问题。另外，通过第一至第四开关122～128，电池在未使用时也不会有相互充电的问题。上述实施例中的电池可为一次电池或二次电池。

此外，值得注意的是，上述元件之间的耦接关系包括直接或间接的电性连接，只要可以达到所需的电信号传递功能即可，本发明并不受限。上述实施例中的技术手段可以合并或单独使用，其元件可依照其功能与设计需求增加、去除、调整或替换，本发明并不受限。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可推知其实施方式，在此不加累述。

综上所述，本发明会根据负载的电压与电池电压导通具有较高电池电压的电池来对负载供电，由此让电池可以并联使用并且避免电池相互充电的问题。

虽然本发明的较佳实施例已揭露如上，然本发明并不受限于上述实施例，任何所属技术领域中具有通常知识，在不脱离本发明所揭露的范围内，当可作些许的更动与调整，因此本发明的保护范围应当以权利要求范围所界定为准。

Claims (17)

1.一种电源管理电路，其特征在于，该电源管理电路包括：

一第一开关，耦接于一第一电池输出端与一负载端之间；

一第二开关，耦接于一第二电池输出端与该负载端之间；以及

一输出控制单元，耦接于该第一开关与该第二开关，根据该第一电池输出端的电压与该负载端的电压决定是否开启该第一开关以及根据该第二电池输出端的电压与该负载端的电压决定是否开启该第二开关。

2.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，当该第一电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该输出控制单元导通该第一开关；当该第二电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该输出控制单元导通该第二开关。

3.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该第一电池输出端耦接至一第一电池；该第二电池输出端耦接至一第二电池；该负载端耦接至一负载。

4.如权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于，该第一电池与该第二电池为二次电池。

5.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该控制单元包括：

一第一电压侦测单元，耦接于该第一电池输出端与该第二电池输出端，用以侦测该第一电池输出端的电压与该第二电池输出端的电压；

一第二电压侦测单元，耦接于该负载端，用以侦测该负载端的电压；以及

一控制单元，耦接于该第一电压侦测单元、该第二电压侦测单元、该第一开关与该第二开关；

其中，当该第一电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该控制单元导通该第一开关；当该第二电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该控制单元导通该第二开关。

6.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该第一开关为一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于该电池输出端，该NMOS晶体管的源极耦接于该负载端；该输出控制单元包括一第一电阻与一第二电阻，其中该第一电阻耦接于该第一电池输出端与该NMOS晶体管的栅极，该第二电阻耦接于该NMOS晶体管的栅极与该负载端。

7.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该第一开关为一PMOS晶体管，该PMOS晶体管的源极耦接于该电池输出端，该PMOS晶体管的漏极耦接于该负载端；该输出控制单元包括一第一电阻与一第二电阻，其中该第一电阻耦接于该第一电池输出端与该PMOS晶体管的栅极，该第二电阻耦接于该PMOS晶体管的栅极与该负载端。

8.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该输出控制单元包括：

一第一比较器，具有耦接于该第一电池输出端的一第一输入端与耦接于该负载端的一第二输入端，该第一比较器的一输出端耦接于该第一开关；以及

一第二比较器，具有耦接于该第二电池输出端与一第一输入端与耦接于该负载端的一第二输入端，该第二比较器的一输出端耦接于该第二开关。

9.一种电源管理模块，其特征在于，该电源管理模块包括：

一第一电池，耦接于一第一电池输出端；

一第二电池，耦接于一第二电池输出端；以及

一电源管理电路，包括：

一第一开关，耦接于该第一电池输出端与一负载端之间；

一第二开关，耦接于该第二电池输出端与该负载端之间；以及

一输出控制单元，耦接于该第一开关与该第二开关，根据该第一电池输出端的电压与该负载端的电压决定是否开启该第一开关以及根据该第二电池输出端的电压与该负载端的电压决定是否开启该第二开关。

10.如权利要求9所述的电源管理模块，其特征在于，当该第一电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该输出控制单元导通该第一开关；当该第二电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该输出控制单元导通该第二开关。

11.如权利要求9所述的电源管理模块，其特征在于，该第一电池输出端耦接至一第一电池；该第二电池输出端耦接至一第二电池；该负载端耦接至一负载。

12.如权利要求11所述的电源管理模块，其特征在于，该第一电池与该第二电池为二次电池。

13.如权利要求9所述的电源管理模块，其特征在于，该控制单元包括：

一第一电压侦测单元，耦接于该第一电池输出端与该第二电池输出端，用以侦测该第一电池输出端的电压与该第二电池输出端的电压；

一第二电压侦测单元，耦接于该负载端，用以侦测该负载端的电压；以及

一控制单元，耦接于该第一电压侦测单元、该第二电压侦测单元、该第一开关与该第二开关；

其中，当该第一电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该控制单元导通该第一开关；当该第二电池输出端的电压大于该负载端的电压时，该控制单元导通该第二开关。

14.如权利要求9所述的电源管理模块，其特征在于，该第一开关为一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于该电池输出端，该NMOS晶体管的源极耦接于该负载端；该输出控制单元包括一第一电阻与一第二电阻，其中该第一电阻耦接于该第一电池输出端与该NMOS晶体管的栅极，该第二电阻耦接于该NMOS晶体管的栅极与该负载端。

15.如权利要求9所述的电源管理模块，其特征在于，该第一开关为一PMOS晶体管，该PMOS晶体管的源极耦接于该电池输出端，该PMOS晶体管的漏极耦接于该负载端；该输出控制单元包括一第一电阻与一第二电阻，其中该第一电阻耦接于该第一电池输出端与该PMOS晶体管的栅极，该第二电阻耦接于该PMOS晶体管的栅极与该负载端。

16.如权利要求9所述的电源管理模块，其特征在于，该输出控制单元包括：

一第一比较器，具有耦接于该第一电池输出端的一第一输入端与耦接于该负载端的一第二输入端，该第一比较器的一输出端耦接于该第一开关；以及

一第二比较器，具有耦接于该第二电池输出端与一第一输入端与耦接于该负载端的一第二输入端，该第二比较器的一输出端耦接于该第二开关。

17.一种电源管理方法，适用于控制多个电池是否对一负载进行供电，该这些电池分别经由个别的供电路径连接至一负载端，该负载端耦接于该负载，其特征在于：

侦测该负载端的电压与各该电池的电池电压；以及

根据该负载所连接的该负载端的电压与各该电池的电池电压，分别决定是否导通该这些电池与该负载端之间的供电路径；

其中，当该这些电池中的一第一电池的电池电压大于该负载端的电压时，导通对应于该第一电池的供电路径。

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