CN102904329A - 电源管理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源管理电路，其包括一电压转换单元、一切换单元、一第一控制单元及一第二控制单元；该电压转换单元连接于直流电源输入端及电池之间，该切换单元连接于电池与负载载之间，该第一控制单元连接于该直流电源输入端与该切换单元之间，该第二控制单元连接于该电压转换单元与电池之间；该切换单元经导通与截止控制电池是否为负载供电，该第一控制单元用于控制该切换单元的导通与截止，该第二控制单元用于控制该电压转换单元是否为该电池充电。

Description

电源管理电路
技术领域
本发明涉及一种电源管理电路，尤其涉及一种外部直流电源与电池切换的电源管理电路。
背景技术
随着科学技术的发展，电子产品特别是移动电子产品已经应用于人们工作、生活的各个方面，移动电子产品一般采用外部电源与充电电池双重供电的设置，在外部电源与充电电池的切换管理中采用电源管理单元（PMU）管理外部电源与充电电池间的切换，但电源管理单元芯片造价较高，进而导致移动电子产品成本升高。
发明内容
为解决现有技术中电源管理单元造价成本较高的问题，有必要提供一种造价成本低的电源管理电路。
本发明提供一种电源管理电路，其包括一电压转换单元、一切换单元、一第一控制单元及一第二控制单元；该电压转换单元连接于直流电源输入端及电池之间，该切换单元连接于电池与负载载之间，该第一控制单元连接于该直流电源输入端与该切换单元之间，该第二控制单元连接于该电压转换单元与电池之间；该切换单元经导通与截止控制电池是否为负载供电，该第一控制单元用于控制该切换单元的导通与截止，该第二控制单元用于控制该电压转换单元是否为该电池充电。
相较于现有技术，利用本发明提供的电源管理电路可通过简单的元件组合来管理外部电源与充电电池之间的切换，从而可降低电子产品的成本。
附图说明
图1是本发明之一优选实施方式电源管理电路结构示意图。
图2是图1电源管理电路具体电路图。
主要元件符号说明
电源管理电路 10
负载 20
电池 30
直流电源输入端 40
电压转换单元 110
切换单元 130
第一控制单元 150
第二控制单元 170
第一二极管 1101
电感 1103
第二二极管 1105
第一开关晶体管 1107
第一电容 1109
电池正极 112
第二开关晶体管 131
控制端 1311
第一导通端 1313
第二导通端 1315
第三开关晶体管 1501
第四开关晶体管 1503
第一运算放大器 1505
第一电阻 1507
第二电阻 1509
第三电阻 1511
第四电阻 1513
第一输入端 1515、1709、1719、1725
第二输入端 1517、1711、1721、1727
输出端 1519、1717、1723、1729
第二运算放大器 1701
第三运算放大器 1703
第四运算放大器 1705
第五开关晶体管 1707
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作具体介绍。
请参阅图1，其为本发明之一优选实施方式电源管理电路结构示意图。该电源管理电路10包括一电压转换单元110、一切换单元130、一第一控制单元150及一第二控制单元170。该电压转换单元110连接于直流电源输入端40及电池30之间，该切换单元130连接于电池30与负载20之间，该第一控制单元150连接于该直流电源输入端40与该切换单元130之间，该第二控制单元170连接于该电压转换单元110与该电压转换单元110之间。该切换单元130经导通与截止控制电池30是否为负载20供电，该第一控制单元150用于控制该切换单元130的导通与截止，该第二控制单元170用于控制该电压转换单元110是否为该电池30充电。
在本实施例中，当直流电源输入端40无直流电输入时，该第一控制单元150发出一第一控制信号使该切换单元130导通，此时，电池30为负载供电；当电池30电压低于一第一预定值时，该第一控制单元150发出一第二控制信号使该切换单元130截止。当直流电源输入端40有直流电输入时，负载20由外部直流电源供电，电池30处于充电状态，该电压转换单元110用于将外部直流电压升压后向电池30充电，该第二控制单元170用于发出一脉宽调制信号控制该电压转换单元110将外部直流电压升压后为电池30充电。当电池30充电电压大于或等于一第二预定值时，该第二控制单元发出一第三控制信号使该电压转换单元110停止为该电池30充电。
请参阅图2，其为图1电源管理电路具体电路示意图。该电压转换单元110包括一第一二极管1101、一电感1103、一第二二极管1105、一第一开关晶体管1107及一第一电容1109。该直流电源输入端40与该第一二极管1101的阳极电连接，该第一二极管1101的阴极经该电感1103与该第二二极管1105的阳极电连接，同时该第一二极管1101的阴极与该第一开关晶体管1107的第一导通端电连接，该第二二极管1105的阴极与电池正极112电连接，同时该第二二极管1105的阴极经该第一电容1109接地，该第一开关晶体管1107的第二导通端接地，该第一开关晶体管1107的控制端与该第二控制单元170电连接。优选地，该第一开关晶体管1107为N型场效应晶体管，其中该第一开关晶体管1107的控制端、第一导通端及第二导通端分别对应于N型场效应晶体管的源极、栅极以及漏极。
在本实施例中，该直流电源输入端40输入直流电压经第一二极管1101、电感1103、第二二极管1105至该电池正极112为电池30充电，该第一开关晶体管1107、电感1103、第二二极管1105及该第一电容1109组成由脉宽调制信号控制的开关电源升压电路，将外部直流电压升压后为电池30充电。当第二控制单元170控制该第一开关晶体管1107导通时，该开关电源升压电路可将外部直流电压转换为高于电池标准电压的直流电压，可充分为电池30充电，从而可避免电池30发生虚电现象。当电池30充电完成时，该第二控制单元170控制该第一开关晶体管1107截止，此时，外部直流电压低于电池电压无法为电池30充电。优选地，当电池30标准电压为24V时，可设置为该开关电源升压电路将外部直流电压升至25V。
该切换单元130包括一第二开关晶体管131，该第二开关晶体管131的控制端1311与该第一控制单元150电连接，该第二开关晶体管131的第一导通端1313与负载20电连接，该第二开关晶体管131的第二导通端1315与电池正极112电连接。当该第二开关晶体管131导通时，该电池30经该切换单元130为负载20供电；当该第二开关晶体管131截止时，该电池30停止为负载20供电。
该第一控制单元150包括一第三开关晶体管1501、一第四开关晶体管1503、一第一运算放大器1505、一第一电阻1507、一第二电阻1509、一第三电阻1511及一第四电阻1513。该电池正极112经该第一电阻1507与该第一运算放大器1505的第一输入端1515电连接，该第一输入端1515同时经该第二电阻1509接地，该第一运算放大器1505的第二输入端1517输入一参考电压，该第一运算放大器1505的输出端1519与该第三开关晶体管1501的控制端及该第四开关晶体管1503的第一导通端电连接，该第三开关晶体管1501的第一导通端与该切换单元130的第二开关晶体管131的控制端电连接，该第三开关晶体管1501的第二导通端及该第四开关晶体管1503的第二导通端接地，该第四开关晶体管1503的控制端经该第三电阻1511与该直流电源输入端40电连接，同时该第四开关晶体管1503的控制端经该第四电阻1513接地。优选地，该第三开关晶体管1501、第四开关晶体管1503为P型三极管，该第三、第四开关晶体管的控制端、第一导通端及第二导通端分别对应于P型三极管的基极、集极及射极。
当直流电源输入端40有直流电源信号输入时，该第四电阻1513侦测电压使该第四开关晶体管1503导通，从而控制该第三开关晶体管1501导通，此时该切换单元130中该第二开关晶体管131截止，电池30停止为负载20供电，负载20由外部直流电源供电，并且外部直流电源开始为电池30充电。
当直流电源输入端40无直流电源信号输入时，该第四电阻1513侦测电压为0V，此时该第四开关晶体管1503截止。并且，当电池正极112的电压大于第一预定值时，该第二电阻1509侦测电压值大于该第二输入端1517输入的参考电压，从而使该输出端1519输出一高电平信号至该第三开关晶体管1501的控制端使该第三开关晶体管1501导通，此时该第一控制单元150发出一第一控制信号使该切换单元130中该第二开关晶体管131导通，电池30经该第二开关晶体管131为负载20供电。该第一控制信号为一低电平信号。
当电池正极112的电压小于第一预定值时，该第二电阻1509侦测电压值小于该第二输入端1517输入的参考电压，从而使该输出端1519输出一低电平信号至该第三开关晶体管1501的控制端使该第三开关晶体管1501截止，此时，该第一控制单元150发出一第二控制信号使该切换单元130中该第二开关晶体管131截止，电池30停止为负载20供电。该第二控制信号为一高电平信号。
在本实施例中，该第一预定值可根据电池30的标准电压设置，该参考电压根据该第二电阻1509与该第一电阻1507的阻值之比及第一预定值设置，例如电池30标准电压为24V时，该第一预定值可优选地设置为15V，该第二电阻1509与该第一电阻1507阻值之比为5：1时，该参考电压可设置为2.5V。该参考电压可由一稳压器提供。
该第二控制单元170包括一第二运算放大器1701、第三运算放大器1703、第四运算放大器1705、一第五开关晶体管1707及复数电阻。该第二运算放大器1701的第一输入端1709输入一参考电压，该第二运算放大器1701的第二输入端1711经一第五电阻1713接地，同时经一第六电阻1715与电池正极112电连接，该第二运算放大器1701的输出端1717与该第三运算放大器1703的第一输入端1719电连接，该第三运算放大器1703的第二输入端1721输入一参考电压,该第三运算放大器1703的输出端1723连接该第五开关晶体管1707的控制端，该第五开关晶体管1707的第一导通端与该电压转换单元110的第一开关晶体管1107的控制端电连接，该第五开关晶体管1707的第二导通端与该电池正极112电连接，该第四运算放大器1705的第一输入端1725输入一脉宽调制信号，该第四运算放大器1705的第二输入端1727输入一参考电压，该第四运算放大器1705的输出端1729的输出端与该电压转换单元110的第一开关晶体管1107的控制端电连。优选地，该第五开关晶体管1707为一N型三极管，该第五开关晶体管1707的控制端、第一导通端及第二导通端分别对应于N型三极管的基极、集极及射极。
在本实施例中，该第二控制单元170中该第三运算放大器1703、该第四运算放大器1705及该第五开关晶体管1707组成一脉宽调制模块，该脉宽调制模块用于控制该电压转换单元110中第一开关晶体管1107的导通与截止。当该脉宽调制模块控制该第一开关晶体管1107导通时外部直流电源为电池30充电；当电池30电压达到第二预定值时，该脉宽调制模块控制该第一开关晶体管1107截止，外部直流电源停止为电池30充电。该第四运算放大器1705的第一输入端输入的脉宽调制信号为一50KHz的占空比为50%的信号。
当该电池正极112充电电压达到第二预定值时，该第五电阻1713上的侦测电压大于该第二运算放大器1701的第一输入端1709输入的参考电压，从而使该第二运算放大器1701的输出端1717输出一低电平信号，从而使该第三运算放大器1703输出一高电平信号至该第五开关晶体管1707的控制端，使该第五开关晶体管截止，该第二控制单元170发出一第三控制信号使该电压转换单元110中该第一开关晶体管1107截止，外部直流电源停止为电池30充电。优选地，该第三控制信号为一高电平信号。
在本实施例中，由于该电压转换单元110将外部直流电压升高至高于电池标准电压，故该第二预定值根据该升高值设定；该参考电压根据该第五电阻1713及第六电阻1715的阻值之比及该第二预定值设置，例如，该第二预定值设置为25V，该第五电阻1713与该第六电阻1715阻值之比为1：9时，该参考电压设置为2.5V。该参考电压可由一稳压器输入。
上述的电源管理电路可通过简单的元件组合来管理外部电源与充电电池之间的切换，从而可降低电子产品的成本，同时可实现电池过压保护的功能。
虽然本发明以优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做各种的变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源管理电路，其包括一电压转换单元、一切换单元、一第一控制单元及一第二控制单元；其特征在于，该电压转换单元连接于直流电源输入端及电池之间，该切换单元连接于电池与负载载之间，该第一控制单元连接于该直流电源输入端与该切换单元之间，该第二控制单元连接于该电压转换单元与电池之间；该切换单元经导通与截止控制电池是否为负载供电，该第一控制单元用于控制该切换单元的导通与截止，该第二控制单元用于控制该电压转换单元是否为该电池充电。
2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该切换单元包括一P型场效应晶体管，该P型场效应晶体管的栅极与电池电连接，漏极与负载电连接，源极与该第一控制单元电连接。
3.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，当外部直流电源经该直流电源输入端为负载供电时，该切换单元截止，电池处于充电状态；当直流电源输入端无直流电输入时，该第一控制单元发出一第一控制信号使该切换单元导通，电池为负载供电，并且当电池电压低于一第一预定值时，该控制开关单元发出一第二控制信号使该切换单元截止。
4.根据权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于，该第一控制单元包括一运算放大器、复数开关晶体管及复数电阻，该电池正极经第一电阻与该第一运算放大器的第一输入端电连接，该第一输入端同时经第二电阻接地，该第一运算放大器的第二输入端输入一参考电压，该第一运算放大器的输出端与第一开关晶体管的控制端及第二开关晶体管的第一导通端电连接，该第二开关晶体管的第一导通端与该切换单元中该P型场效应晶体管的源极连接，该第二开关晶体管的第二导通端及该第三开关晶体管的第二导通端接地，该第三开关晶体管的控制端经第三电阻与直流电源输入端电连接，同时该第三开关晶体管的控制端经第四电阻接地。
5.根据权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，当直流电源输入端无电信号输入时，该第三开关晶体管截止；并且当电池正极的电压大于该第一预定值时，该第二电阻侦测电压值大于该第二输入端输入的参考电压，该第一开关晶体管导通，此时该第一控制单元发出一第一控制信号使该切换单元中该第二开关晶体管导通，电池经该第二开关晶体管为负载供电。
6.根据权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于，当电池的电压小于该第一预定值时，该第二电阻侦测电压值小于该第二输入端输入的参考电压，从而使该输出端输出一低电平信号至该第二开关晶体管的控制端使该第二开关晶体管截止，此时，该第一控制单元发出一第二控制信号使该切换单元截止，电池停止为负载供电。
7.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该电压转换单元用于将外部直流电源升压后向电池充电，该电压转换单元包括一第一二极管、一电感、一第二二极管、一开关晶体管及一电容；该直流电源输入端与该第一二极管的阳极电连接，该第一二极管的阴极经该电感与该第二二极管的阳极与该开关晶体管的第一导通端电连接，该第二二极管的阴极与电池的正极电连接，同时该第二二极管的阴极经该第一电容接地，该第一开关晶体管的第二导通端接地，该第一开关晶体管的控制端与该第二控制单元电连接；当该开关晶体管导通时，该电压转换单元将外部直流电压升压后向电池充电，当该开关晶体管截止时外部直流电源停止为电池充电。
8.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，该第二控制单元用于控制该电压转换单元是否为电池充电；当电池充电状态时该第二控制单元发出一控制信号使该电压转换单元将外部直流电压升压；当电池电压大于或等于一第二预定值时，该第二控制单元发出一第三控制信号使该电压转换单元停止为该电池充电。
9.根据权利要求8所述的电源管理电路，其特征在于，第二控制单元包括一开关晶体管、复数运算放大器及复数电阻，第一运算放大器的第一输入端输入一参考电压，该第一运算放大器的第二输入端经一第一电阻接地，同时经一第一电阻与电池正极电连接，该第一运算放大器的输出端与该第二运算放大器的第一输入端电连接，该第二运算放大器的第二输入端输入一参考电压,该第二运算放大器的输出端连接该开关晶体管的控制端，该开关晶体管的第一导通端与该电压转换单元连接，该开关晶体管的第二导通端与电池正极电连接，该第三运算放大器的第一输入端输入一脉宽调制信号，该第三运算放大器的第二输入端输入一参考电压，该第三运算放大器的输出端的输出端与该电压转换单元连接。
10.根据权利要求8所述的电源管理电路，其特征在于，当该电池充电电压达到第二预定值时，该第一电阻上的侦测电压大于该第一运算放大器的第一输入端输入的参考电压，从而使该第一运算放大器的输出端输出一低电平信号，使该第二运算放大器输出一高电平信号至该开关晶体管的控制端，使该开关晶体管截止，该第二控制单元发出一第三控制信号使外部直流电源停止为电池充电。
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