CN102957191A - 移动电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移动电源，其包括电池、电感L1、电容C2、第一开关、第二开关、第三开关和充电-供电控制电路，第一开关连接于供电节点和中间节点之间，电感L1连接于中间节点和电池节点之间，电容C2连接于电池节点和地之间，第二开关连接于中间节点和地之间，第三开关连接于中间节点和充电节点之间；当充电电源与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路控制第一开关关断，而控制第二开关和第三开关交替导通；当充电电源未与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路控制第三开关关断，而控制第一开关和第二开关交替导通。本发明的移动电源中的充电电路和供电电路复用部分外围器件，不仅可以提供高效率的充电方式，并且维持较少的外围器件，实现低成本。

Description

移动电源

【技术领域】

本发明涉及电源领域，特别涉及一种移动电源。

【背景技术】

移动电源是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，其可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电。一般由锂电芯或者干电池作为储电单元。区别于产品内部配置的电池，也叫外挂电池。一般配备多种电源转接头，通常具有大容量、多用途、体积小、寿命长和安全可靠等特点，是可随时随地为手机、MP3、MP4、PDA、掌上电脑、掌上游戏机等多种数码产品供电或待机充电的功能产品。

请参考图1所示，其为现有技术中移动电源的电路示意图。该移动电源包括电池BAT、充电电路110和供电电路120。与充电节点VCHG连接的充电电源经由所述充电电路110对电池BAT进行充电；所述电池BAT经由所述供电电路120对被供电系统进行供电，所述供电电路120的输出端为供电节点VSYS。电池BAT连接于电池节点VBAT和地之间，根据系统需要，电池BAT可以包括电芯和电池保护电路。所述充电电路110包括充电管理电路112、电容C3和C4。其中，电容C3连接于电池节点VBAT和地之间；电容C4连接于充电节点VCHG和地之间；所述充电管理电路112的输入端与充电节点VCHG相连，其输出端与电池节点VBAT相连，当充电电源与所述充电节点VCHG相连时，由所述充电电路110对电池BAT的充电过程进行管理。所述供电电路120包括升压控制电路122，开关K1和K2，电感L1，电容C1和C2。其中，开关K1、电感L1和电容C2依次串联的连接于供电节点VSYS（也可称为所述供电电路120的输出端）和地之间；电容C1连接于供电节点VSYS和地之间；开关K2连接于开关K1与电感L1之间的连接节点和地之间；所述升压控制电路122的接地端GND与地相连，第一驱动端DRV1与开关K2的控制端相连，第二驱动端DRV2与开关K1的控制端相连，当被供电系统接入所述供电电路120（即被供电系统与供电节点VSYS相连）时，所述升压控制电路122根据供电节点VSYS的电压（也可称为所述供电电路120的供电电压）输出第一驱动信号DRV1和第二驱动信号DRV2，以控制开关K1和K2交替导通，从而使所述电池BAT经由所述供电电路120对被供电系统进行供电。

现有技术中，充电电路110和供电电路120相对独立，充电管理电路112多采用线性充电结构，其充电效率低，发热严重，导致常规封装下充电电流太小，充电时间太长。若简单的采用开关型充电电路，则需要额外的电感和过多的开关器件，这样成本就会增加很多。

因此，有必要提供一种改进的移动电源来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种移动电源，其充电效率高，发热低，同时维持较少的外围器件，实现低成本。

为了解决上述问题，本发明提供一种移动电源，其包括电池、电感L1、电容C2、第一开关、第二开关、第三开关和充电-供电控制电路，电池连接于电池节点和地之间，第一开关连接于供电节点和中间节点之间，电感L1连接于中间节点和电池节点之间，电容C2连接于电池节点和地之间，第二开关连接于中间节点和地之间，第三开关连接于中间节点和充电节点之间；当充电电源与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路控制第一开关关断，而控制第二开关和第三开关交替导通；当充电电源未与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路控制第三开关关断，而控制第一开关和第二开关交替导通。

进一步的，所述充电-供电控制电路包括充电电源判断电路、开关型充电控制电路和开关型供电控制电路，所述充电电源判断电路根据充电节点的电压判定充电电源是否与所述充电节点相连，并输出模式控制信号；当充电电源与充电节点相连时，所述模式控制信号控制第一开关关断，非使能所述开关型供电控制电路，使能所述开关型充电控制电路，由所述开关型充电控制电路控制第二开关和第三开关交替导通；当充电电源未与充电节点相连时，所述模式控制信号控制第三开关关断，非使能所述开关型充电控制电路，使能所述开关型供电控制电路，由所述开关型供电控制电路控制第一开关和第二开关交替导通。

进一步的，在充电节点与地之间连接有电容C3，在供电节点和地之间连接有C1，当充电电源与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路、第二开关、第三开关、电感L1、电容C2和电容C3形成开关型充电电路，此时充电电源通过该开关型充电电路对电池进行充电，当充电电源与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路、第一开关、第二开关、电感L1、电容C1和电容C2形成开关型供电电路，此时电池通过该开关型供电电路对与供电节点相连的被供电系统进行供电。

进一步的，所述开关型充电控制电路被使能后，所述开关型充电控制电路根据充电节点的电压和电池节点的电压输出第一充电驱动信号和第二充电驱动信号，以控制第二开关和第三开关交替导通；所述开关型供电控制电路被使能后，所述开关型供电控制电路根据供电节点的电压和电池节点的电压输出第一供电驱动信号和第二供电驱动信号，以控制第一开关和第二开关交替导通。

进一步的，所述充电电源判断电路将所述充电节点的电压与一参考电压进行比较，当充电节点的电压大于参考电压时，其输出的模式控制信号为第一逻辑电平；当充电节点的电压小于参考电压时，其输出的模式控制信号为第二逻辑电平。

进一步的，所述充电电源判断电路为一个迟滞比较器，该迟滞比较器的正向输入端与所述充电节点相连，其负相输入端与所述参考电压相连，其输出端输出所述模式控制信号，当充电节点的电压大于参考电压时，迟滞比较器延迟模式控制信号跳变为第一逻辑电平的时间。

更进一步的，所述参考电压为电池节点的电压。

更进一步的，当充电电源与充电节点相连时，电感L1的电流方向由中间节点流向电池节点；当充电电源未与充电节点相连时，电感电流方向由电池节点流向中间节点。

与现有技术相比，本发明的移动电源中的充电电路和供电电路复用部分外围器件，不仅可以提供高效率的充电方式，并且维持较少的外围器件，实现低成本。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中移动电源的电路示意图；

图2为本发明中的移动电源在一个实施例中的电路示意图；

图3为图2中的充电-供电控制电路在一个实施例中的电路示意图；和

图4为图3中的充电电源判断电路在一个实施例中的示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

本发明中移动电源包括开关型充电电路和开关型供电电路，且充电电路和供电电路复用部分外围器件，从而不仅可以提供高效率的充电方式，并且维持较少的外围器件，实现低成本。

请参考图2所示，其为本发明中的移动电源在一个实施例中的电路示意图。所述移动电源包括电池BAT、电感L1、电容C2、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和充电-供电控制电路。电池BAT连接于电池节点VBAT和地之间，根据系统需要，电池BAT可以包括电芯和电池保护电路；第一开关K1连接于供电节点VSYS和中间节点LX之间，电感L1连接于中间节点LX和电池节点VBAT之间，电容C2连接于电池节点VBAT和地之间，第二开关K2连接于中间节点LX和地之间，第三开关K3连接于中间节点LX和充电节点VCHG之间；所述充电-供电控制电路用于对第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的开关状态进行控制，当充电电源与充电节点VCHG相连（即有充电电源插入）时，所述充电-供电控制电路控制第一开关K1关断，而控制第二开关K2和第三开关K3交替导通；当充电电源未与充电节点VCHG相连（即充电电源未插入或者充电电源被移除）时，所述充电-供电控制电路控制第三开关K3关断，而控制第一开关K1和第二开关K2交替导通。

在本实施例中，所述移动电源还包括电容C1和C3。电容C1连接于供电节点VSYS和地之间，电容C3连接于充电节点VCHG和地之间。所述充电-供电控制电路包括与第一开关K1的控制端连接的第一开关控制端K1G、与第二开关K2的控制端连接的第二开关控制端K2G、与第三开关K3的控制端连接的第三开关控制端K3G、与充电节点VCHG连接的充电连接VCHG端、与电池节点VBAT连接的电池连接VBAT端、与供电节点VSYS连接的供电连接VSYS端，与地连接的接地端GND，通过电阻R1与地连接的Rset端。

以下具体介绍所述移动电源的工作过程。

当充电电源与充电节点VCHG相连时，所述充电-供电控制电路工作在充电模式，即所述充电-供电控制电路控制第一开关K1关断，而控制第二开关K2和第三开关K3交替导通，此时所述充电-供电控制电路、所述第二开关K2、第三开关K3、电感L1、电容C2和电容C3形成开关型降压充电电路，使充电电源通过该降压充电电路对电池BAT进行充电，即移动电源工作在充电模式。在移动电源设计中，由于充电节点VCHG的电压比电池电压VBAT高（一般充电电压VCHG为4.5V~6V，锂电池电压充满为4.2V），因此，所述移动电源中形成的开关型充电电路采用降压电路较为合适。当充电节点VCHG未与充电电源相连时，所述充电-供电控制电路工作在供电状态，即所述充电-供电控制电路控制第三开关K3关断，而控制第一开关K1和第二开关K2交替导通，此时所述充电-供电控制电路、所述第一开关K1、第二开关K2、电感L1、电容C1和电容C2形成开关型升压供电电路，使电池BAT通过该升压供电电路对与供电节点VSYS相连的被供电系统进行供电，即移动电源工作在供电模式。在移动电源设计中，由于供电节点VSYS上的供电电压比电池电压VBAT高（一般供电电压VSYS为5V，锂电池的放电电压区间范围为3V~4.2V），因此，所述移动电源中形成的开关型供电电路采用升压电路较为合适。

本发明中的移动电源在充电模式和供电模式时都是依靠电感L1来高效率的搬移能量，电感L1是关键的储能元件。但两种模式下电感电流的方向不同，充电模式下，电感电流方向由中间节点LX流向电池节点VBAT；供电模式下，电感电流方向由电池节点VBAT流向中间节点LX。

综上所述，本发明中的移动电源工作在充电模式时，由充电-供电控制电路、第二开关K2、第三开关K3、电感L1、电容C2和电容C3形成开关型充电电路，以对电池BAT的充电过程进行控制。当移动电源工作在供电模式时，由充电-供电控制电路、第一开关K1、第二开关K2、电感L1、电容C1和电容C2形成开关型供电电路，以对电池BAT的供电过程进行控制。所述移动电源形成的充电电路和供电电路复用第二开关K2、电感L1和电容C2，因此，相对于现有的方案，本发明中的移动电源节省了外围器件，其成本降低。同时，由于其中充电电路为开关型充电电路，因此，本发明中的移动电源具有高效的充电模式。

请参考图3所示，其为图2中的充电-供电控制电路在一个实施例中的电路示意图。所述充电-供电控制电路包括充电电源判断电路310、开关型充电控制电路320和开关型供电控制电路330。

所述充电电源判断电路310根据充电节点VCHG的电压判定充电电源是否与所述充电节点VCHG相连，并输出模式控制信号mod。在一个实施例中，当充电节点VCHG的电压大于参考电压REF时，其输出的模式控制信号mod为第一逻辑电平，表示充电电源连接到所述充电节点VCHG；当充电节点VCHG的电压小于参考电压REF时，其输出的模式控制信号mod为第二逻辑电平，表示充电电源未连接到所述充电节点VCHG。

请参考图4所示，其为图3中的充电电源判断电路在一个实施例中的示意图。所述充电电源判断电路为一个迟滞比较器ComHY，该迟滞比较器ComHY的正向输入端与所述充电节点VCHG相连，其负相输入端与所述参考电压REF相连，参考电压REF可以设为3V~4.5V，其输出端输出所述模式控制信号mod，当充电节点VCHG的电压高于参考电压REF时，迟滞比较器ComHY延迟模式控制信号mod跳变为高电平（即第一逻辑电平）的时间，延迟时间可以为0~100uS。当充电节点VCHG的电压低于参考电压REF时，模式控制信号mod跳变为低电平（即第二逻辑电平），该方向上一般无需延时。迟滞效应使得阈值电压比参考电压REF低，例如VREF-Vhy。其中VREF为参考电压REF的电压值，Vhy为迟滞电压，例如Vhy为0~200mV。所述参考电压REF可以为固定电压，也可以为电池节点VBAT的电压。在所述参考电压REF为电池节点VBAT的电压时，所述充电电源判断电路310比较充电节点VCHG的电压与电池节点VBAT的电压，当充电节点VCHG的电压高于电池节点VBAT的电压时，模式控制信号mod变为高电平，表示充电电源已经连接充电节点；当充电节点VCHG的电压低于电池节点VBAT的电压时，模式控制信号mod变为低电平，表示充电电源未连接至充电节点。

请继续参考图3所示，当所述模式控制信号mod为第一逻辑电平时，即充电电源与所述充电节点VCHG相连时，第一开关K1关断，第一逻辑电平非使能所述开关型供电控制电路330，使能所述开关型充电控制电路320，由所述开关型充电控制电路320控制第二开关K2和第三开关K3交替导通；当所述模式控制信号mod为第二逻辑电平时，第三开关K3关断，第二逻辑电平非使能所述开关型充电控制电路320，使能所述开关型供电控制电路330，由所述开关型供电控制电路330控制第一开关K1和第二开关K2交替导通。在如图3所示的实施例中，所述开关型充电控制电路320被使能后，所述开关型充电控制电路320根据充电节点VCHG的电压和电池节点VBAT的电压输出第一充电驱动信号和第二充电驱动信号，以控制第二开关K2和第三开关K3交替导通；所述开关型供电控制电路330被使能后，所述开关型供电控制电路330根据供电节点VSYS的电压和电池节点VBAT的电压输出第一供电驱动信号和第二供电驱动信号，以控制第一开关K1和第二开关K2交替导通。这里，开关型充电控制电路320可以采用现有技术中各种实现方式实现，例如峰值电流充电控制电路、固定频率的脉宽调制电路等，为了简化描述，此处省略。开关型供电控制电路330也可以采用现有技术中各种实现方式实现，例如固定频率的脉宽调制电路、频率调制电路等，为了简化描述，此处省略。

以下具体描述图3所示的充电-供电控制电路。所述充电-供电控制电路还包括第一与门AND1、第二与门AND2、第三与门AND3、第四与门AND4、一个或门OR1和一个反向器INV1。

所述开关型充电控制电路320的充电连接VCHG端与所述充电节点VCHG相连，电池连接VBAT端与所述电池节点VBAT相连，mod端（即使能端）与充电电源判断电路310的输出端相连，Rset端与电阻R1（如图1所示）的一端相连，电阻R1的另一端与地相连，KA2端输出所述第一充电驱动信号，KA3端输出所述第二充电驱动信号；所述开关型供电控制电路330的电池连接VBAT端与电池节点VBAT相连，mod端（即使能端）与充电电源判断电路310的输出端相连，供电连接VSYS端与所述供电节点VSYS相连，KB1端输出所述第一供电驱动信号，KB2端输出所述第二供电驱动信号；第一与门AND1的一个输入端与充电电源判断电路310的输出端相连，另一个输入端与所述开关型充电控制电路320的KA3端相连，其输出端(即第三开关控制端K3G)与第三开关K3的控制端相连(如图2所示)；第二与门AND2的一个输入端与充电电源判断电路310的输出端相连，另一个输入端与所述开关型充电控制电路320的KA2端相连；第三与门AND3的一个输入端与所述开关型供电控制电路330的KB1端相连，另一个输入端与反向器INV1的输出端相连，反向器INV1的输入端与所述充电电源判断电路310的输出端相连，第三与门AND3的输出端(即第一开关控制端K1G)与所述第一开关K1的控制端相连(如图2所示)；第四与门AND4的一个输入端与所述开关型供电控制电路330的KB2端相连，另一个输入端与反向器INV1的输出端相连；所述或门OR1的一个输入端与所述第二与门AND2的输出端相连，另一个输入端与所述第四与门AND4的输出端相连，所述或门OR1的输出端(即第二开关控制端K2G)与第二开关K2的控制端相连（如图2所示）。

以下具体介绍图3所示的充电-供电控制电路的工作过程。在本实施例中，当所述充电电源判断电路310判定充电电源接入所述移动电源时，其输出的模式控制信号mod输出高电平（第一逻辑电平），所述充电控制电路320被使能，由所述充电控制电路320根据充电节点VCHG的电压和电池节点VBAT的电压通过KA2端输出第一充电驱动信号，通过KA3端输出第二充电驱动信号。当所述充电电源判断电路310判定充电电源未接入所述移动电源时，其输出的模式控制信号mod输出低电平（第二逻辑电平），所述供电控制电路330被使能，由所述供电控制电路330根据供电节点VSYS的电压和电池节点VBAT的电压通过KB1端输出第一供电驱动信号，通过KB2端输出第二供电驱动信号。与门AND1~AND4、反相器INV1和或门OR1构成逻辑选择电路，其可以实现当模式控制信号mod为高电平时，第一开关控制端K1G输出低电平信号，使得第一开关K1一直处于关断状态，同时，第二开关控制端K2G选择输出第一充电驱动信号KA2，第三开关控制端K3G选择输出第二充电驱动信号KA3，以控制第二开关K2和第三开关K3交替导通。当模式控制信号mod为低电平时，第三开关控制端K3G输出低电平信号，使得第三开关K3一直处于关断状态，同时所述第一开关控制端K1G选择输出第一供电驱动信号KB1，第二开关控制端K2G选择输出第二供电驱动信号KB2，以控制第一开关K1和第二开关K2交替导通。

上述示例中，各个开关K1、K2和K3在K1G、K2G、K3G为低电平时导通，高电平时截止。在其他实施例中，也可以在高电平导通、低电平截止，将各个部分的相应的逻辑更换即可。

综上所述，本发明中的移动电源工作在充电模式时，由充电-供电控制电路、第二开关K2、第三开关K3、电感L1、电容C2和电容C3形成开关型充电电路，以对电池BAT的充电过程进行控制。当移动电源工作在供电模式时，由充电-供电控制电路、第一开关K1、第二开关K2、电感L1、电容C1和电容C2形成供电电路，以对电池BAT的供电过程进行控制。所述移动电源形成的充电电路和供电电路复用第二开关K2、电感L1和电容C2，因此，本发明中的移动电源节省了外围器件，其成本降低。同时，由于其中充电电路为开关型充电电路，因此，本发明中的移动电源具有高效的充电模式。

在本发明中使能表示使其工作，非使能表示使其不工作。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (8)

1.一种移动电源，其特征在于，其包括电池、电感L1、电容C2、第一开关、第二开关、第三开关和充电-供电控制电路，

电池连接于电池节点和地之间，第一开关连接于供电节点和中间节点之间，电感L1连接于中间节点和电池节点之间，电容C2连接于电池节点和地之间，第二开关连接于中间节点和地之间，第三开关连接于中间节点和充电节点之间；

当充电电源与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路控制第一开关关断，而控制第二开关和第三开关交替导通；当充电电源未与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路控制第三开关关断，而控制第一开关和第二开关交替导通。

2.根据权利要求1所述的移动电源，其特征在于，所述充电-供电控制电路包括充电电源判断电路、开关型充电控制电路和开关型供电控制电路，

所述充电电源判断电路根据充电节点的电压判定充电电源是否与所述充电节点相连，并输出模式控制信号；

当充电电源与充电节点相连时，所述模式控制信号控制第一开关关断，非使能所述开关型供电控制电路，使能所述开关型充电控制电路，由所述开关型充电控制电路控制第二开关和第三开关交替导通；

当充电电源未与充电节点相连时，所述模式控制信号控制第三开关关断，非使能所述开关型充电控制电路，使能所述开关型供电控制电路，由所述开关型供电控制电路控制第一开关和第二开关交替导通。

3.根据权利要求2所述的移动电源，其特征在于，在充电节点与地之间连接有电容C3，在供电节点和地之间连接有C1，

当充电电源与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路、第二开关、第三开关、电感L1、电容C2和电容C3形成开关型充电电路，此时充电电源通过该开关型充电电路对电池进行充电，

当充电电源与充电节点相连时，所述充电-供电控制电路、第一开关、第二开关、电感L1、电容C1和电容C2形成开关型供电电路，此时电池通过该开关型供电电路对与供电节点相连的被供电系统进行供电。

4.根据权利要求3所述的移动电源，其特征在于，所述开关型充电控制电路被使能后，所述开关型充电控制电路根据充电节点的电压和电池节点的电压输出第一充电驱动信号和第二充电驱动信号，以控制第二开关和第三开关交替导通；

所述开关型供电控制电路被使能后，所述开关型供电控制电路根据供电节点的电压和电池节点的电压输出第一供电驱动信号和第二供电驱动信号，以控制第一开关和第二开关交替导通。

5.根据权利要求2所述的移动电源，其特征在于，所述充电电源判断电路将所述充电节点的电压与一参考电压进行比较，当充电节点的电压大于参考电压时，其输出的模式控制信号为第一逻辑电平；当充电节点的电压小于参考电压时，其输出的模式控制信号为第二逻辑电平。

6.根据权利要求5所述的移动电源，其特征在于，所述充电电源判断电路为一个迟滞比较器，该迟滞比较器的正向输入端与所述充电节点相连，其负相输入端与所述参考电压相连，其输出端输出所述模式控制信号，当充电节点的电压大于参考电压时，迟滞比较器延迟模式控制信号跳变为第一逻辑电平的时间。

7.根据权利要求5所述的移动电源，其特征在于，所述参考电压为电池节点的电压。

8.根据权利要求2-7任一所述的移动电源，其特征在于，

当充电电源与充电节点相连时，电感L1的电流方向由中间节点流向电池节点；当充电电源未与充电节点相连时，电感电流方向由电池节点流向中间节点。

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