CN103427821B - 实现零待机电流的电源管理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种实现零待机电流的电源管理装置，包括USB输入接口、USB输出接口、电池、按键单元以及控制单元。控制单元包括工作状态检测模块、按键信号检测模块以及按键检测使能信号产生模块。工作状态检测模块通过对USB输入接口的检测判断外接电源未连接，电源管理装置处于待机状态并关闭控制单元。按键检测使能信号产生模块根据控制信号及按键单元的触发信号产生相应的使能信号，触发该按键信号检测模块的启动并在一预设时间段内保持该按键信号检测模块处于工作状态。按键信号检测模块响应使能信号并根据按键触发信号控制电源管理装置执行相应功能。利用本发明，实现了在待机时保持零电流，从而延长电池待机时间。

Description

实现零待机电流的电源管理装置
技术领域
本发明涉及电源控制电路技术领域，尤其是涉及一种实现零待机电流的电源管理装置。
背景技术
现有的便携式充电电源通常集充电和供电于一体，可以给手机等数码设备随时随地充电，且该充电电源一般由锂电池或干电池作为储电单元，其内置的电池具有普通电池电量的3~5倍以上，同时本身也可以通过外部电源为自身的储电单元进行充电。
由于充电电源的操作一般是通过按键控制，因此即使再待机时，控制芯片也需要实时检测按键的操作，这就需要消耗一定的电量；另外，在充电电源的系统本身有一些从电源到地之间的电阻通路，这也需要消耗一定的电量。因此，由于上述原因，充电电源在待机状态消耗电量而缩短了使用时间。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种实现零待机电流的电源管理装置，从而解决了充电电源在待机状态下实现零电量消耗而延长使用时间的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种实现零待机电流的电源管理装置，包括USB输入接口、USB输出接口、电池、按键单元以及控制单元，该USB输入接口和USB输出接口分别用于连接外接电源及待充电设备，该控制单元包括工作状态检测模块、按键信号检测模块以及按键检测使能信号产生模块。
该工作状态检测模块用于通过对该USB输入接口的检测判断外接电源未与该USB输入接口连接时确定该电源管理装置处于待机状态以及产生相应的控制信号，触发该控制模块关闭。 
该按键检测使能信号产生模块连接在该按键单元与该按键信号检测模块之间，用于根据该控制信号以及检测到的该按键单元产生的触发信号产生相应的使能信号，触发该按键信号检测模块的启动并在一预设时间段内保持该按键信号检测模块处于工作状态。以及
该按键信号检测模块，用于响应该按键检测使能信号产生模块的控制并根据该按键单元产生的触发信号控制该电源管理装置执行相应功能。
进一步地，所述按键检测使能信号产生模块包括施密特触发器、反相器、延迟电路、Rs触发器以及或门电路，其中，所述施密特触发器的输入端与一电阻连接，输出端与所述反相器的输入端以及延迟电路的输入端连接，所述或门电路的第一输入端与所述延迟电路的输出端连接，第二输入端与所述工作状态检测模块的输出端连接，所述RS触发器的S端与所述反相器的输出端连接，R端与所述或门电路的输出端连接，Q端用于输出所述使能信号。
进一步地，所述控制单元还包括电量检测模块，通过第一、二、三、四开关管分别与一发光元件连接，并根据检测到的所述电池电量分别控制第一、二、三、四开关管的状态，从而控制对应的发光元件点亮或闪烁以对应显示相应的电池电量。
进一步地，所述控制单元还包括充电控制模块，通过第五开关管与所述电量检测模块连接，其中，所述第五开关管的第一端与所述升压环路控制模块连接，第二端通过一电阻与所述升压环路控制模块连接，所述电阻接地。
进一步地，所述控制单元还包括照明控制模块，通过一开关单元与一发光元件连接，用于响应所述按键信号检测模块的控制开启所述开关单元以点亮所述发光元件。
进一步地，第六开关管连接在所述USB输出接口与所述工作状态检测模块之间。
本发明实施例通过提供一种实现零待机电流的电源管理装置，通过按键检测使能信号产生模块在电源管理装置处于待机状态时根据按键触发信号启动按键信号检测模块并在一预设时间段内保持该按键信号检测模块处于工作状态，从而根据按键触发信号控制该电源管理装置执行相应功能，实现了在待机时保持零电流，从而延长电池待机时间。
附图说明
附图1为本发明实施例中的实现零待机电流的电源管理装置的电路图；
附图2为图1所示的实现零待机电流的电源管理装置的控制单元的功能模块连接示意图；
图3为图1所示的实现零待机电流的电源管理装置的按键检测使能信号产生模块的电路连接示意图；
图4为图3所示的按键信号检测模块产生信号的波形示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请同时参考图1和图2，本发明的实现零待机电流的电源管理装置的电路图，该电源管理装置10包括USB输入接口101、USB输出接口102、电池103、按键单元104以及控制单元20。该控制单元20包括管脚VCC、L1~L4、LED、KEY、GND、STB、VFB、EXT、LX、BTP、CH_EXT以及CE，其中，VCC为电源管脚及电池103充电输入管脚。L1~L4为电池电量显示管脚，每个管脚对应外接一LED灯105~108。LED为照明管脚，用于外接高亮度LED灯109。KEY为按键控制管脚，与按键单元104连接，GND为接地管脚。LX用于连接电流采样电阻111，BTP用于连接电池103的正极，内置开关管112通过该BTP管脚给电池103充电。CH_EXT为电池103充电的驱动扩展管脚，用户可通过外置PNP三级管113来提高电池103的充电电流。CE为外接设备插入识别管脚，控制单元20通过该管脚检测外接设备是否插入而与该电源管理装置10连接。
如图2所示，STB为升压环路控制模块21的待机管脚，当输出短路或者外接电子设备充电完成后STB用于输出低电平，以切断外接电子设备与该电源管理装置10的电连接，以获得极低的待机功耗。VFB为升压环路控制模块21的反馈管脚，用于调节该升压环路控制模块21的输出电压。EXT为该升压环路控制单元21的驱动管脚，用于驱动外置NMOS管110的打开与关闭。 
USB输入端口101的正极与二极管114、115的正极相连接，负极接地。二极管114的负极与电容116的正极、LED灯105~108的正极以及控制单元20的VCC管脚连接，同时与PNP管113的发射极连接，电容116的负极接地。LED灯105~108的负极分别与控制单元20的L1~L4管脚连接。PNP三极管113的基极接电阻117的一端，集电极接电池103的正极以及电感118的一端，并与控制单元20的BTP管脚相连接，电阻117的另一端与控制单元20的CH_EXT管脚连接，电池103的负极接地。电感118的另一端接二极管112的正极和开关管110的漏极，二极管112的负极分别与二极管115的负极、电容119的正极、分压电阻120的一端以及USB输出电阻121和122的一端，还与USB输出接口102的管脚1相连接。电容119的负极接地，电阻120的另一端接电阻123的一端和控制单元20的VFB管脚。开关管124的漏极与电阻123的另一端接，栅极与控制单元20的STB管脚连接，源极接地。扩展NMOS驱动管110的栅极与控制单元20的EXT管脚连接，源极接与电阻111的一端以及控制单元20的LX管脚连接，电阻111的另一端地。电阻122的另一端与电阻125的一端以及和USB输出接口102的管脚2连接，电阻121的另一端与电阻126的一端USB输出接口102的管脚3连接。开关管127的漏极与电阻126的另一端连接，栅极与控制单元20的STB管脚连接，源极接地。USB输出接口102的管脚4与NMOS开关管128的漏极及控制单元20的CE管脚连接，NMOS开关管128的栅极与控制单元20的STB管脚连接，源极接地。
如图2所示，该控制单元20还包括电量检测模块22、照明控制模块23、按键信号检测模块24、充电控制模块25、按键检测使能信号产生模块26以及工作状态检测模块27。其中，该电量检测模块22通过BTP管脚获取电池103的电量并根据检测到的电池103电量分别控制开关管201~204的状态，从而使得外部连接的四个LED灯105~108处于常亮或者闪烁状态，以对应显示相应的电池电量。该照明控制模块23用于在接收到按键信号检测模块24发送的照明信号后打开照明开关205，并通过调节压控电阻206的阻值使得照明LED灯109的电流为固定值(如50mA)。该照明控制模块23还用于在接收到按键信号检测模块24发送的关闭照明信号时关闭照明开关205，使得照明LED灯109熄灭。
该充电控制模块25用于驱动充电功率管112以获得恒定的电流给电池103充电，同时还通过驱动缓冲器207以驱动外部的PNP三极管113，使得用户可以根据需要来增加电池103的充电电流。该升压环路控制模块21通过将从管脚VFB获取的反馈电压经过内部误差放大器和比较器及控制逻辑来控制输出驱动信号的占空比，即开关管110的导通占空比，从而使输出电压稳定在设定的值。该升压环路控制模块21通过LX管脚侦测开关管110的峰值电流，以便进行逐周期的过流保护和电流环路的采样，保证系统的稳定性。当外设充电完成或者发生过载、短路等情况时，该升压环路控制模块21自动关闭，使得进入待机状态。
该按键信号检测模块24用于根据用户输入的按键信号对该电源管理装置10执行照明、电量检测、以及充电的控制，具体过程叙述如下。
当外接电源与USB输入接口101连接时，该电源管理装置10进入充电阶段，此时充电控制模块25以及电量检测模块22启动处于工作状态，升压环路控制模块21被禁用，按键单元104只用于控制照明，通过对按键单元104的按压操作实现对LED灯109的点亮和熄灭的控制。外接电源通过内置开关管112和外置开关管113为电池103充电，并且开关管112与113并联用于提高充电电流。在充电过程中，电量检测模块22根据当前电池103的电量相应地控制开关管201~204的导通与截止从而显示当前电池电量。例如，当电池电量<25%时四颗指示灯都闪烁；当25%<电量<50%是L1常亮，其余三颗闪烁；当50%<电量<75%时，L1、L2常亮，L3、L4闪烁；当75%<电量<100%时L1、L2、L3常亮，L4闪烁；当电池完全充满时，四颗灯常亮。按钮109用于控制照明LED108的开关，以及在非充电阶段显示电量的开关，同时可用于控制升压环路控制单元21的开关。
当外接电源与USB输入接口101断开连接时，该电源管理装置10处于待机状态，该控制单元20的内部模块均处于关闭状态，待机电流为零。此时，STB管脚输出低电平信号从而使开关管124、127和128截止。当需要单独给外接的电子设备充电时，通过按下按键单元104以唤醒该按键信号检测模块24，并当电池103的电量大于一预设值时（如10%）升压环路控制模块21启动而开始工作，电池103能够通过USB输出接口102为外接的电子设备充电。当电子设备充电完成后升压环路控制模块21停止工作而自动进入待机状态。此时，STB管脚再次输出低电平信号，关闭开关管124、127和128，从而将按键信号检测模块24关闭，获得零待机功耗。当外接的电子设备发生过载甚至短路时STB自动输出低电平以关闭开关124、127和128，以保护该电源管理装置10。 
请同时参阅图3和图4，管脚KEY与上拉电阻300的一端以及施密特触发器301的输入端连接，该上拉电阻300的另一端接电源VCC，该施密特触发器301的输出接反相器302的输入端以及延迟电路304的输入端，该反相器302的输出端接RS触发器303的S端，并且该RS触发器303的Q端（输出端）用于输出按键检测的使能信号。该延迟电路304的输出端与或门电路305的输入端连接，工作状态检测模块27的输出端与该或门电路305的另一个输入端连接，其中，该工作状态检测模块27用于侦测USB输入接口101以判断该电源管理装置10是否处于待机状态。该或门电路305的输出端与该RS触发器303的R端连接。当按键单元104被按下时，管脚KEY输入低电平信号，该施密特触发器301的输出为1，反相器302的输出为0，对RS触发器303进行置位，RS触发器303输出key_en信号为高，按键信号检测模块24开始工作，同时施密特触发器301的输出为1会使得延迟电路304产生高电平信号。若按键单元104释放后则KEY管脚输出的信号上拉，施密特触发器301的输出为0，则延迟电路304经过0.5S的延时后其输出才会变为0，因此按键单元104释放后，RS触发器303输出并不会立即复位，只有在等待0.5S后若enable信号仍为低才会对RS触发器303进行复位。由于控制电路在0.5S内会对按键做出响应，因此当检测到按键是按了一下后，则enable信号为高平信号，同时启动升压环路控制模块21使得或门电路305的输出为1。当外接的电子设备充电完成或者长按3s或者发生过载、短路等情况时，则升压环路控制单元21自动关闭，同时enable信号为低，则或门电路305的输出为低，对触发器进行复位，key_en信号为低，关闭按键信号检测模块24。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (4)

1.一种实现零待机电流的电源管理装置，包括USB输入接口、USB输出接口、电池、按键单元以及控制单元，所述USB输入接口用于连接外接电源，所述USB输出接口用于连接待充电设备，其特征在于，所述控制单元包括工作状态检测模块、按键信号检测模块以及按键检测使能信号产生模块；
所述工作状态检测模块用于通过对所述USB输入接口的检测判断外接电源未与所述USB输入接口连接时确定所述电源管理装置处于待机状态以及产生相应的控制信号，触发所述控制单元关闭；
所述按键检测使能信号产生模块连接在所述按键单元与所述按键信号检测模块之间，用于根据所述控制信号以及检测到的所述按键单元产生的触发信号产生相应的使能信号，触发所述按键信号检测模块的启动并在一预设时间段内保持所述按键信号检测模块处于工作状态；以及
所述按键信号检测模块，用于响应所述按键检测使能信号产生模块的控制并根据所述按键单元产生的触发信号控制所述电源管理装置执行相应功能；
所述按键检测使能信号产生模块包括施密特触发器、反相器、延迟电路、RS触发器以及或门电路，其中，所述施密特触发器的输入端与一电阻连接，输出端与所述反相器的输入端以及延迟电路的输入端连接，所述或门电路的第一输入端与所述延迟电路的输出端连接，第二输入端与所述工作状态检测模块的输出端连接，所述RS触发器的S端与所述反相器的输出端连接，R端与所述或门电路的输出端连接，Q端用于输出所述使能信号。
2.如权利要求1所述的实现零待机电流的电源管理装置，其特征在于，所述控制单元还包括电量检测模块，通过第一、二、三、四开关管分别与一发光元件连接，并根据检测到的所述电池电量分别控制第一、二、三、四开关管的状态，从而控制对应的发光元件点亮或闪烁以对应显示相应的电池电量。
3.如权利要求2所述的实现零待机电流的电源管理装置，其特征在于，所述控制单元还包括充电控制模块，通过第五开关管与所述电量检测模块连接。
4.如权利要求1所述的实现零待机电流的电源管理装置，其特征在于，所述控制单元还包括照明控制模块，通过一开关单元与一发光元件连接，用于响应所述按键信号检测模块的控制开启所述开关单元以点亮所述发光元件。
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Patentee before: Shanxi Huaxinbang Technology Co., Ltd.

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Patentee after: Jiangsu Huaxin Zhizao Semiconductor Co.,Ltd.

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Patentee before: Jiangsu Weiming Huaxin Semiconductor Co.,Ltd.