CN104167778A - 一种供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供电电路。该供电电路包括低压电池、电源管理芯片和主控模块，主控模块与电源管理芯片连接，用以控制低压电池从电源管理芯片的电源输入引脚输入后工作于电源管理芯片的第一工作模式或从开关引脚输入后工作于电源管理芯片的第二工作模式，进而通过电源管理芯片的电源输出引脚向移动终端供电。通过上述方式，本发明能够实现当低压电池的电压满足移动终端的应用需求时，直接给移动终端供电，从而减少供电电路的能量损耗；当低压电池的电压不能满足移动终端的应用需求时，通过电源管理芯片提升低压电池的电压后给再移动终端供电，从而充分释放低压电池的能量以提高移动终端续航的能力。

Description

一种供电电路

技术领域

本发明涉及移动终端领域，特别是涉及一种供电电路。

背景技术

低压电池是有效利用容量区间为2.5～4.2V的电池。低压电池相比有效利用容量区间为3.4～4.2V的常规电池来说，其单位体积容量可以提高10％左右。具体来说，当低压电池从4.2V放电至3.4V时，其容量约为620Wh/L，当低压电池从4.2V放电至2.5V时，其容量提高至670Wh/L。

当前移动终端的工作电压一般在3.4～4.2V之间，当使用低压电池直接给移动终端供电时，则低压电池的放电区间也需要维护在3.4～4.2V之间，将导致低压电池的2.5～3.4V之间10％左右的容量无法释放出来。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种供电电路，能够充分释放低压电池的能量，以提高移动终端续航的能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种供电电路，该电路包括低压电池、电源管理芯片和主控模块，其中：低压电池分别连接于电源管理芯片的电源输入引脚和开关引脚连接，主控模块与电源管理芯片，用以控制低压电池从电源输入引脚输入后工作于电源管理芯片的第一工作模式或从开关引脚输入后工作于电源管理芯片的第二工作模式，进而通过电源管理芯片的电源输出引脚向移动终端供电；其中，当电源管理芯片工作于第一工作模式时电源输入引脚和电源输出引脚的电压相同，当电源管理芯片工作于第二工作模式时，电源输出引脚的电压大于开关引脚的电压。

其中，供电电路进一步包括功率电感，功率电感的一端连接低压电池，功率电感的另一端连接开关引脚。

其中，主控模块包括I²C通讯接口，I²C通讯接口分别与电源管理芯片的数据引脚和时钟引脚连接，主控模块通过I²C通讯接口设定电源管理芯片的第一工作模式和第二工作模式的门限电压以及工作电流。

其中，门限电压包括第一电压和第二电压，当低压电池的电压大于第一电压时，电源管理芯片工作于第一工作模式，当低压电池的电压小于第一电压并且大于第二电压时，电源管理芯片工作于第二工作模式。

其中，第一电压为3.4V，第二电压为2.5V。

其中，电源管理芯片包括第一NMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管和内部控制器；第一NMOS管的漏极与电源管理芯片的电源输入引脚连接，第一NMOS管的源级与电源管理芯片的电源输出引脚连接，第二PMOS管的漏极和第三NMOS管的漏极分别与电源管理芯片的开关引脚连接，第二PMOS管的源极与电源管理芯片的电源输出引脚连接，第三NMOS管的源级接地，第一NMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管的栅极分别与内部控制器连接，内部控制器与电源管理芯片的数据引脚和时钟引脚连接；其中，当电源管理芯片工作于第一工作模式时，内部控制器控制第一NMOS管导通以使低压电池直接给移动终端供电，当电源管理芯片工作于第二工作模式时，内部控制器控制第二PMOS管周期性关断和导通以提升低压电池的电压至预定输出电压后给移动终端供电。

其中，当电源管理芯片工作于第二工作模式时，预定输出电压根据如下公式进行计算：

$U_0=\frac{U_d}{1-D};$

其中，U₀为预定输出电压，U_d为低压电池的电压，D为第二PMOS管的占空比。

其中，主控模块进一步包括GPIO接口，GPIO接口分别与电源管理芯片的芯片使能引脚、第一工作模式使能引脚和输出电压设定引脚连接，主控模块通过GPIO接口控制电源管理芯片的芯片使能引脚以启动电源管理芯片开始工作，控制电源管理芯片的第一工作模式使能引脚以强制电源管理芯片工作在第一工作模式下，控制电源管理芯片的输出电压设定引脚以设定电源管理芯片提供给移动终端的输出电压。

其中，供电电路进一步包括电池保护板，电池保护板并联在低压电池的两端，用以保护低压电池的电压降低至第三电压时，停止通过电源管理芯片对移动终端供电。

其中，电源管理芯片为多个，多个电源管理芯片相互并联，用以提高提供给移动终端的工作电流。

本发明的有益效果是：本发明的供电电路通过主控模块控制低压电池从电源管理芯片的电源输入引脚输入后工作于电源管理芯片的第一工作模式或从开关引脚输入后工作于电源管理芯片的第二工作模式，进而通过电源输出引脚向移动终端供电，能够实现当低压电池的电压满足移动终端的应用需求时，直接给移动终端供电，从而减少供电电路的能量损耗；当低压电池的电压不能满足移动终端的应用需求时，通过电源管理芯片提升低压电池的电压后给再移动终端供电，从而充分释放低压电池的能量以提高移动终端续航的能力。

附图说明

图1是本发明第一实施例的供电电路的电路结构示意图；

图2是本发明第二实施例的供电电路的电路结构示意图；

图3是本发明第二实施例的供电电路中电源管理芯片的电路结构示意图。

具体实施方式

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件，所属领域中的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的基准。下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明第一实施例的供电电路的结构示意图。如图1所示，供电电路包括：低压电池11、电源管理芯片12和主控模块13。其中，供电电路用于给移动终端14供电。其中，电源管理芯片12包括电源输入引脚VIN、开关引脚SW和电源输出引脚VOUT。

低压电池11分别连接于电源管理芯片12的电源输入引脚VIN和开关引脚SW。移动终端14连接于电源管理芯12的电源输出管脚VOUT。主控模块13连接于电源管理芯片12，用以控制低压电池11从电源输入引脚VIN输入后工作于电源管理芯片12的第一工作模式或从开关引脚SW输入后工作于电源管理芯片12的第二工作模式，进而通过电源输出引脚VOUT向移动终端14供电。

其中，当电源管理芯片12工作于第一工作模式时，电源输入引脚VIN和电源输出引脚VOUT的电压相同，当电源管理芯片12工作于第二工作模式时，电源输出引脚VOUT的电压大于开关引脚SW的电压。

具体来说，当电源管理芯片12工作于第一工作模式时，电源管理芯片12的电源输入引脚VIN和电源输出引脚VOUT直通以使低压电池11直接给移动终端14供电，从而减少电路的损耗。当电源管理芯片12工作于第二工作模式时，电源管理芯片12提升从开关引脚SW输入的低压电池11的电压后，通过电源输出引脚VOUT给移动终端14供电，从而充分释放低压电池的能量以提高移动终端续航的能力。

图2是本发明第二实施例的供电电路的电路结构示意图。如图2所示，供电电路包括：低压电池21、电源管理芯片22、主控模块23和功率电感25。其中，供电电路用于给移动终端24供电。其中，电源管理芯片22包括电源输入引脚VIN、开关引脚SW、电源输出引脚VOUT、数据引脚SDA、时钟引脚SCL、芯片使能引脚EN、第一工作模式使能引脚BYP和输出电压设定引脚VSEL。主控模块23包括I²C通讯接口231和GPIO接口232。

低压电池21的负极接地，低压电池21的正极分别连接于电源管理芯片22的电源输入引脚VIN和功率电感25的一端，功率电感25的另一端连接于电源管理芯片22的开关引脚SW。移动终端24连接于电源管理芯22的电源输出管脚VOUT。

优选地，供电电路进一步包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的一端与电源输入引脚VIN和功率电感25的公共连接端连接，第一电容C1的另一端接地，第二电容C2的一端与电源输出引脚VOUT连接，第二电容C2的另一端接地。第一电容C1和第二电容C2用以滤除供电电路中的杂讯信号。

主控模块23连接于电源管理芯片22，用以控制低压电池21从电源输入引脚VIN输入后工作于电源管理芯片22的第一工作模式或从开关引脚SW输入后工作于电源管理芯片22的第二工作模式，进而通过电源输出引脚VOUT向移动终端24供电。

具体来说，主控模块23的I²C通讯接口231与电源管理芯片22的数据引脚SDA和时钟引脚SCL连接，主控模块23通过I²C通讯接口231设定电源管理芯片22的第一工作模式和第二工作模式的门限电压以及工作电流。其中，门限电压包括第一电压和第二电压，其中，第一电压大于第二电压，当低压电池21的电压大于第一电压时，电源管理芯片22工作于第一工作模式，当低压电池21的电压小于第一电压并且大于第二电压时，电源管理芯片22工作于第二工作模式。优选地，第一电压为3.4V，第二电压为2.5V。另外，主控模块23还可以通过I²C通讯接口231设定电源管理芯片22的输出电压等等。

具体来说，主控模块23的GPIO接口232分别与电源管理芯片22的芯片使能引脚EN、第一工作模式使能引脚BYP和输出电压设定引脚VSEL连接。主控模块23通过GPIO接口232控制电源管理芯片22的芯片使能引脚EN以启动电源管理芯片22开始工作，控制电源管理芯片22的第一工作模式使能引脚BYP以强制电源管理芯片22工作在第一工作模式下，控制电源管理芯片22的输出电压设定引脚VSEL以设定电源管理芯片22的输出电压。

其中，当主控模块23通过GPIO接口232控制电源管理芯片22的输出电压设定引脚VSEL以设定电源管理芯片22的输出电压和主控模块23通过I²C通讯接口231设定电源管理芯片22的输出电压同时存在时，通过GPIO接口232控制输出电压设定引脚VSEL具有较高的优先级，也就是说，此时电源管理芯片22的输出电压由电压设定引脚VSEL决定。当低压电池21的电压小于第一电压并且大于第二电压，使得电源管理芯片22工作于第二工作模式与主控模块23通过GPIO接口232控制电源管理芯片22的第一工作模式使能引脚BYP以强制电源管理芯片22工作在第一工作模式同时存在时，通过GPIO接口控制第一工作模式使能引脚BYP以强制电源管理芯片22工作在第一工作模式具有较高优先级，也就是说，此时电源管理芯片22工作在第一工作模式。

请一并参考图3，图3是本发明第二实施例的供电电路中电源管理芯片的电路结构示意图。如图3所示，电源管理芯片22包括第一NMOS管N1、第二PMOS管N2、第三NMOS管N3和内部控制器U1。

第一NMOS管N1的漏极与电源管理芯片22的电源输入引脚VIN连接，第一NMOS管N1的源级与电源管理芯片22的电源输出引脚VOUT连接，第二PMOS管N2的漏极和第三NMOS管N3的漏极分别与电源管理芯片22的开关引脚SW连接，第二PMOS管N2的源极与电源管理芯片22的电源输出引脚VOUT连接，第三NMOS管N3的源级接地，第一NMOS管N1、第二PMOS管N2、第三NMOS管N3的栅极分别与内部控制器U1连接，内部控制器U1与电源管理芯片22的数据引脚SDA、时钟引脚SCL、芯片使能引脚EN、第一工作模式使能引脚BYP和输出电压设定引脚VSEL连接。

其中，当电源管理芯片22工作于第一工作模式时，内部控制器U1控制第一NMOS管N1进入导通状态，以使电源输入引脚VIN和电源输出引脚VOUT的电压相同。当电源管理芯片22进入第二工作模式，内部控制器U1控制第二PMOS管N2周期性关断和导通，以使电源出引脚VOUT的电压大于电源输入引脚VIN的电压。

优选地，供电电路进一步包括电池保护板(未图示)，电池保护板并联在低压电池21的两端，用以保护低压电池21的电压降低至第三电压时，停止通过电源管理芯片22对移动终端24供电。优选地，第三电压为2.5V。

优选地，电源管理芯片22为多个，电源管理芯片22相互并联，也即电源管理芯片22的各引脚相互连接后，进一步与低压电池21、电源管理芯片22、主控模块23、移动终端24和功率电感25连接，用以提高提供给移动终端24的工作电流。举例来说，当移动终端24的最大工作电流为8A，而一个电源管理芯片22输出的工作电流仅为4A时，则将两个电源管理芯片22并联后分别给移动终端24的不同部分进行供电，即可实现移动终端24的正常工作。

本发明第二实施例的供电电路的工作原理如下：

主控模块23通过I²C协议设定电源管理芯片22的第一工作模式和第二工作模式的门限电压，也即第一电压和第二电压的电压值。其中，当低压电池21的电压大于第一电压时，电源管理芯片22工作于第一工作模式，当低压电池21的电压小于第一电压并且大于第二电压时，电源管理芯片22工作于第二工作模式。

当主控模块23通过GPIO口设置电源管理芯片22的芯片使能引脚EN为有效电平，例如高电平后，启动电源管理芯片22开始工作后，当低压电池21的电压大于第一电压时，电源管理芯片22进入第一工作模式，内部控制器U1控制第二PMOS管N2进入关断状态、控制第一NMOS管N1进入导通状态以使电源输入引脚VIN和电源输出引脚VOUT直通，低压电池21直接给移动终端24供电。此时，由于第一NMOS管N1的内阻仅为30毫欧，且供电电路中不需要使用功率电感25，从而大大减少了供电电路上的损耗。

低压电池21在供电的过程中，电压会不断下降，当低压电池21的电压下降至小于第一电压大于第二电压时，电源管理芯片22进入第二工作模式，内部控制器U1控制第一NMOS管N1进入关断状态、控制第二PMOS管N2周期性关断和导通，提升从开关引脚SW输入的低压电池21的电压至预定输出电压后，通过电源输出引脚VOUT给移动终端24供电。

其中，当电源管理芯片22工作于第二工作模式时，预定输出电压满足如下公式：

$U_0=\frac{U_d}{1-D};$

其中，U₀为电源输出引脚VOUT输出的预定输出电压，U_d为开关引脚SW输入的低压电池21的电压，D为第二PMOS管N2的占空比，D为小于1的正数。

本发明的有益效果是：本发明的供电电路通过主控模块控制低压电池从电源管理芯片的电源输入引脚输入后工作于电源管理芯片的第一工作模式或从开关引脚输入后工作于电源管理芯片的第二工作模式，进而通过电源输出引脚向移动终端供电，能够实现当低压电池的电压满足移动终端的应用需求时，直接给移动终端供电，从而减少供电电路的能量损耗；当低压电池的电压不能满足移动终端的应用需求时，通过电源管理芯片提升低压电池的电压后给再移动终端供电，从而充分释放低压电池的能量以提高移动终端续航的能力。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种供电电路，其特征在于，所述供电电路包括低压电池、电源管理芯片和主控模块，其中：

所述低压电池分别连接于所述电源管理芯片的电源输入引脚和开关引脚，所述主控模块与所述电源管理芯片连接，用以控制所述低压电池从所述电源输入引脚输入后工作于所述电源管理芯片的第一工作模式或从所述开关引脚输入后工作于所述电源管理芯片的第二工作模式，进而通过所述电源管理芯片的电源输出引脚向所述移动终端供电；其中，当所述电源管理芯片工作于所述第一工作模式时，所述电源输入引脚和电源输出引脚的电压相同，当所述电源管理芯片工作于所述第二工作模式时，所述电源输出引脚的电压大于所述开关引脚的电压。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路进一步包括功率电感，所述功率电感的一端连接所述低压电池，所述功率电感的另一端连接所述开关引脚。

3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述主控模块包括I²C通讯接口，所述I²C通讯接口分别与所述电源管理芯片的数据引脚和时钟引脚连接，所述主控模块通过I²C通讯接口设定所述电源管理芯片的所述第一工作模式和所述第二工作模式的门限电压以及工作电流。

4.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述门限电压包括第一电压和第二电压，当所述低压电池的电压大于所述第一电压时，所述电源管理芯片工作于所述第一工作模式，当所述低压电池的电压小于所述第一电压并且大于所述第二电压时，所述电源管理芯片工作于所述第二工作模式。

5.根据权利要求4所述的供电电路，其特征在于，所述第一电压为3.4V，所述第二电压为2.5V。

6.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述电源管理芯片包括第一NMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管和内部控制器；所述第一NMOS管的漏极与所述电源管理芯片的电源输入引脚连接，所述第一NMOS管的源级与所述电源管理芯片的电源输出引脚连接，所述第二PMOS管的漏极和所述第三NMOS管的漏极分别与所述电源管理芯片的开关引脚连接，所述第二PMOS管的源极与所述电源管理芯片的电源输出引脚连接，所述第三NMOS管的源级接地，所述第一NMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管的栅极分别与所述内部控制器连接，所述内部控制器与所述电源管理芯片的数据引脚和时钟引脚连接；其中，当所述电源管理芯片工作于所述第一工作模式时，所述内部控制器控制所述第一NMOS管导通以使所述低压电池直接给所述移动终端供电，当所述电源管理芯片工作于所述第二工作模式时，所述内部控制器控制所述第二PMOS管周期性关断和导通以提升所述低压电池的电压至预定输出电压后给所述移动终端供电。

7.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，当所述电源管理芯片工作于所述第二工作模式时，所述预定输出电压根据如下公式进行计算：

$U_0=\frac{U_d}{1-D};$

其中，U₀为所述预定输出电压，U_d为所述低压电池的电压，D为所述第二PMOS管的占空比。

8.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述主控模块进一步包括GPIO接口，所述GPIO接口分别与所述电源管理芯片的芯片使能引脚、第一工作模式使能引脚和输出电压设定引脚连接，所述主控模块通过GPIO接口控制所述电源管理芯片的所述芯片使能引脚以启动所述电源管理芯片开始工作，控制所述电源管理芯片的所述第一工作模式使能引脚以强制所述电源管理芯片工作在所述第一工作模式下，控制所述电源管理芯片的所述输出电压设定引脚以设定所述电源管理芯片提供给所述移动终端的输出电压。

9.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路进一步包括电池保护板，所述电池保护板并联在所述低压电池的两端，用以保护所述低压电池的电压降低至第三电压时，停止通过所述电源管理芯片对所述移动终端供电。

10.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述电源管理芯片为多个，多个所述电源管理芯片相互并联，用以提高提供给所述移动终端的工作电流。