CN105680513B - 一种具有供电电路的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有供电电路的电子装置，其供电电路包括：外部电源接口、第一开关电路、第二开关电路、电池、充电电路和输出接口，该供电电路在有外部电源接入时，第一开关电路导通，外部电源经第一开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电，同时外部电源经充电电路给电池充电；在无外部电源接入时，第二开关电路导通，电池经第二开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电。本发明的一种具有供电电路的电子装置，其供电电路结构简单，功耗低，充电速度快且发热较小。

Description

一种具有供电电路的电子装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种具有供电电路的电子装置。

背景技术

随着电子技术的发展，电子设备的应用范围越来越广泛，尤其是手持式便捷电子设备，例如：手机、ipad等，成为人们生活中必不可少的要素。而目前的便捷式电子设备的主要供电方式为通过设备自带的锂电池供电，其供电电路在电池有电时，电池直接给系统CPU放电；电池无电时，外部电源通过USB口或其他接口连接设备，经过充电芯片给电池充电，电池再给系统CPU放电以使设备正常使用，此种供电电路设计方式的缺点是：在电池耗电完全时，充电的初始阶段无法开机；在设备充电的时候使用设备，充电的速度很慢；由于目前充电芯片多采用线性充电芯片，芯片本身发热较大，电流越大，设备发热较明显。因此为避免上述供电电路存在的诸多问题，提出了一种改进的供电电路设计，如图1所示，一路外部电源通过单向导通二极管D2与设备系统CPU连接，另一路外部电源连接充电芯片，经过充电芯片给电池充电，电池再连接单向导通二极D3管与设备系统CPU连接，利用两个二极管D2和D3单向导通的特性充当电子开关，无论是外部电源或者电池，哪一路电压高，哪一路的二极管导通给系统CPU放电，此种改进的供电电路设计方式的缺点是由于二极管存在压降，导通时耗电，因此不适合低功耗设备，另外，电池电量低时，一部分电量无法被利用，减小了电池容量，例如：若系统CPU的最小工作电压是3.3V，那么加上二极管0.6-0.7V压降，需要电池电压达到3.9-4.0V，即使使用锗二极管，压降也有0.2-0.4V，需要电池电压达到3.5-3.7V，当电池电压小于3.9-4.0V(或3.5-3.7V)时，电池无法给系统CPU供电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有供电电路的电子装置，其供电电路能够在接入外部电源时，外部电源给系统用电电路供电，同时外部电源经充电电路给电池充电，电路结构简单，功耗低，充电速度快且发热较小。

本发明提供技术方案如下：

一种具有供电电路的电子装置，所述供电电路包括：外部电源接口、第一开关电路、第二开关电路、电池、充电电路和输出接口，所述外部电源接口用于接入外部电源，所述第一开关电路包括第一MOS管和第二MOS管，设置于外部电源接口和输出接口之间，所述第二开关电路包括第三MOS管，设置于电池正极和输出接口之间，所述充电电路设置于外部电源接口和电池正极之间，所述输出接口用于连接系统用电电路；

在有外部电源接入时，所述第一开关电路导通，外部电源经第一开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电，同时外部电源经充电电路给电池充电；

在无外部电源接入时，所述第二开关电路导通，电池经第二开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电。

本发明的一种具有供电电路的电子装置，其供电电路结构简单，包括外部电源接口、第一开关电路、第二开关电路、电池、充电电路和输出接口，通过第一开关电路和第二开关电路来切换外部电源和电池供电，在有外部电源接入时，第一开关电路导通，外部电源给系统用电电路供电，同时外部电源给电池充电；在无外部电源接入时，第二开关电路导通，电池给系统用电电路供电。

本发明的一种具有供电电路的电子装置，其供电电路功耗低，采用第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管构成的开关电路，减少了导通时的耗电，适合低功耗的电子设备。

本发明的一种具有供电电路的电子装置，其供电电路充电速度快且发热较小，在有外部电源接入时，外部电源给系统用电电路供电，同时外部电源给电池充电，避免了外部电源先给电池充电而后电池再给系统用电电路放电带来的充电速度慢、发热大的问题。

附图说明

图1为现有电子装置的供电电路的原理示意图；

图2为本发明的电子装置的供电电路的实施例一的原理示意图；

图3为本发明的电子装置的供电电路的实施例二的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明实施例提供一种具有供电电路的电子装置，其供电电路如图2所示，包括：外部电源接口10、第一开关电路20、第二开关电路30、电池40、充电电路50和输出接口60，其中：外部电源接口用于接入外部电源，第一开关电路包括第一MOS管和第二MOS管，设置于外部电源接口和输出接口之间，第二开关电路包括第三MOS管，设置于电池正极和输出接口之间，充电电路设置于外部电源接口和电池正极之间，用于给电池充电，输出接口用于连接系统用电电路。本实施例的供电电路在有外部电源接入时，第一开关电路导通，外部电源经第一开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电，同时外部电源经充电电路给电池充电；在无外部电源接入时，第二开关电路导通，电池经第二开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电。

本发明实施例的一种具有供电电路的电子装置，其供电电路结构简单，通过第一开关电路和第二开关电路来切换外部电源和电池供电，其供电电路功耗低，采用第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管构成的开关电路，减少了导通时的耗电，适合低功耗的电子设备，并且充电速度快、发热较小。

优选的，本实施例的第一MOS管和第三MOS管均为P型场效应管，第二MOS管为N型场效应管。第一开关电路由一个P型场效应管和一个N型场效应管构成，第二开关电路由一个P型场效应管构成，使得第一开关电路和第二开关电路的电路结构更优化，更高效。

进一步的，本实施例的第一开关电路的第一MOS管的栅极连接第二MOS管的漏极和第一电阻的一端，第一MOS管的源极连接第一电阻的另一端和输出接口电压端，第一MOS管的漏极连接外部电源接口电压端，第二MOS管的栅极经第二电阻连接外部电源接口电压端，第二MOS管的源极接地。第二开关电路的第三MOS管的栅极连接外部电源接口电压端，第三MOS管的源极连接输出接口电压端，第三MOS管的漏极连接电池的正极。

更进一步的，本实施例的充电电路包括一充电芯片，充电芯片的输入端连接外部电源接口电压端，充电芯片的输出端连接电池正极，充电芯片的接地端接地。

再进一步的，为了稳定外部电源接口、输出接口、电池和充电芯片的电压，本实施例的供电电路还包括第一至第五去耦电容，第一和第二去耦电容的正极均连接外部电源接口电压端，负极均接地，第三去耦电容的正极连接输出接口电压端，负极接地，第四去耦电容的正极与电池正极连接，负极接地，第五去耦电容的正极与充电芯片的输入端连接，负极接地。

进一步的，为了防止外部电源插拔产生的静电干扰，本实施例的供电电路还包括一ESD静电二极管，ESD静电二极管的正极连接外部电源接口电压端，负极接地。

作为上述实施例的一种改进，如图3所示，第二开关电路的第三MOS的栅极经第三电阻接地，第三MOS的源极连接输出接口电压端，第三MOS的漏极连接电池正极，供电电路还包括一比较电路70，比较电路包括电压比较器、二极管和第四电阻，电压比较器的输出端连接第三MOS管的栅极，电压比较器的负输入端连接电池正极，电压比较器的正输入端经第四电阻接地，二极管的正极连接外部电源接口电压端，负极连接电压比较器的正输入端。通过增加一个电压比较器，在充电过程中突然拔出外部电源时，比较电压比较器的正输入端和负输入端的电压，使电压比较器的输出端连接的第三MOS管导通，利用电池继续给系统供电，解决充电时外部电源突然拔出造成设备关机的问题，使得供电电路功能更加优化。

作为上述实施例的另一种改进，如图3所示，供电电路还包括一检测电路80，检测电路包括第五电阻、第六电阻和第四MOS管，第四MOS管的栅极经第五电阻与外部电源接口电压端连接，第四MOS管的源极接地，第四MOS管的漏极经第六电阻与系统用电电路的IO电压端连接。通过检测电路可以检测外部电源是否插入，使得供电电路功能更加优化。

为了清晰的示意本发明供电电路的原理，下面举两个具体的实施例：

实施例一：

如图2所示，供电电路包括：外部电源接口10、第一开关电路20、第二开关电路30、电池40、充电电路50和输出接口60，其中：外部电源接口J1为micro-USB接口，其1脚为电压端VBUS，5脚为接地端GND；第一开关电路包括第一MOS管Q1和第二MOS管Q4，第一MOS管Q1为P型场效应管，第二MOS管Q4为N型场效应管，第二开关电路包括第三MOS管Q2，其为P型场效应管，其中MOS管的1脚为栅极，2脚为源极，3脚为漏极；电池J2的1脚为正极，2脚为负极接地；充电电路包括一充电芯片U1，其1脚为输入端，2脚为输出端，3脚接地；输出接口电压端为VSYS。

整个供电电路原理图的连接关系为：第一MOS管Q1的1脚连接第二MOS管Q4的3脚和第一电阻R2的一端，第一MOS管Q1的2脚连接第一电阻R2的另一端和输出接口电压端VSYS，第一MOS管Q1的3脚连接外部电源接口的1脚，第二MOS管的1脚经第二电阻R4连接外部电源接口的1脚，第二MOS管的2脚接地。第三MOS管Q2的1脚连接外部电源接口的1脚，第三MOS管的2脚连接输出接口电压端VSYS，第三MOS管Q2的3脚连接电池J2的1脚。充电芯片U1的1脚连接外部电源接口的1脚，2脚连接电池J2的1脚，3脚接地。第一去耦电容C1和第二去耦电容C2的正极均连接外部电源接口的1脚，负极均接地，第三去耦电容C3的正极连接输出接口电压端VSYS，负极接地，第四去耦电容C4的正极与电池J2的1脚连接，负极接地，第五去耦电容C5的正极与充电芯片U1的1脚连接，负极接地。ESD静电二极管ESD1的1脚连接外部电源接口的1脚，2脚接地。

本实施例的一种具有供电电路的电子装置，其供电电路结构简单，通过第一开关电路和第二开关电路来切换外部电源和电池供电，其供电电路功耗低，采用第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管构成的开关电路，减少了导通时的耗电，适合低功耗的电子设备，并且充电速度快、发热较小。

实施例二：

如图3所示，供电电路包括：外部电源接口10’、第一开关电路20’、第二开关电路30’、电池40’、充电电路50’、输出接口60’、比较电路70和检测电路80，其中：外部电源接口J1为micro-USB接口，其1脚为电压端VBUS，5脚为接地端GND；第一开关电路包括第一MOS管Q1和第二MOS管Q4，第一MOS管Q1为P型场效应管，第二MOS管Q4为N型场效应管，第二开关电路包括第三MOS管Q2，其为P型场效应管，其中MOS管的1脚为栅极，2脚为源极，3脚为漏极；电池J2的1脚为正极，2脚为负极接地；充电电路包括一充电芯片U1，其1脚为输入端，2脚为输出端，3脚接地；输出接口电压端为VSYS；比较电路包括电压比较器U2A、二极管D2和第四电阻R7，电压比较器U2A的1脚为输出端，2脚为负输入端，3脚为正输入端；检测电路包括第五电阻R5、第六电阻R1和第四MOS管Q3，其中第四MOS管Q3为N型场效应管。

整个供电电路原理图的连接关系为：第一MOS管Q1的1脚连接第二MOS管Q4的3脚和第一电阻R2的一端，第一MOS管Q1的2脚连接第一电阻R2的另一端和输出接口电压端VSYS，第一MOS管Q1的3脚连接外部电源接口的1脚，第二MOS管Q4的1脚经第二电阻R4连接外部电源接口的1脚，第二MOS管Q4的2脚接地。第三MOS管Q2的1脚经第三电阻R6接地，第三MOS管Q2的2脚连接输出接口电压端VSYS，第三MOS管Q2的3脚连接电池J2的1脚。电压比较器U2A的1脚连接第三MOS管Q2的1脚，电压比较器的2脚连接电池J2的1脚，电压比较器的3脚经第四电阻R7接地，二极管D2的正极连接外部电源接口的1脚，负极连接电压比较器的3脚。充电芯片U1的1脚连接外部电源接口的1脚，2脚连接电池J2的1脚，3脚接地。检测电路第四MOS管Q3的1脚经第五电阻R5与外部电源接口的1脚连接，第四MOS管Q3的2脚接地，第四MOS管Q3的3脚经第六电阻R1与系统用电电路的IO电压端CPU_VDDIO连接。第一去耦电容C1和第二去耦电容C2的正极均连接外部电源接口的1脚，负极均接地，第三去耦电容C3的正极连接输出接口电压端VSYS，负极接地，第四去耦电容C4的正极与电池的1脚连接，负极接地，第五去耦电容C5的正极与充电芯片U1的1脚连接，负极接地。ESD静电二极管ESD1的1脚连接外部电源接口的1脚，2脚接地。

本实施例的一种具有供电电路的电子装置，其供电电路结构简单，通过第一开关电路和第二开关电路来切换外部电源和电池供电，在接入外部电源时，外部电源给系统用电电路供电且同时给电池充电，没有外部电源时，通过电池供电，解决了充电速度慢，发热大，保证电池在完全没电的时系统也能够正常运行，避免了充电过程中插拔外部电源导致装置突然关机，整个供电电路功耗低，采用第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管构成的开关电路，减少了导通时的耗电，适合低功耗的电子设备。

以下通过三种具体的工作情况详细描述实施例二供电电路的工作原理：

工作情况1：

当没有接入外部电源，电池有电的情况下，如图3，第四MOS管Q3断开，USB检测端USB_DETE接到系统用电电路，例如，CPU的IO电压端上，此时为高电平，告知系统CPU当前未接入外部电源或拔出外部电源。外部电源接口J1的电压端1脚VBUS电压为零，通过电阻R6接地，由于该电路网络为0电平，因此第三MOS管Q2的1脚电压为0，由于此时电池J2有电，第三MOS管Q2的3脚电压等于电池J2电压VBAY，此时第三MOS管Q2的3脚和2脚(漏极和源极)导通，第三MOS管Q2导通，即第二开关电路导通，电流由第三MOS管Q2的3脚流向2脚，而第三MOS管Q2的2脚连接输出接口电压端VSYS，从而实现了电池对系统的供电。

工作情况2：

外部电源接口J1的电压端1脚VBUS电压为+5V，第一MOS管Q1的3脚电压为+5V，1脚通过上拉电阻R2将第一MOS管Q1的1脚和第二MOS管Q4的3脚电平拉至输出接口电压VSYS，而第二MOS管Q4的1脚通过上拉电阻R4也上拉至+5V，2脚直接接地，因此第二MOS管Q4导通，此时输出接口电压端VSYS通过电阻R2和第二MOS管Q4形成回路，但是由于第二MOS管Q4的内阻非常小，只有零点几欧姆甚至更小，而电阻R2为10K欧姆，根据欧姆定律，此时电阻R2和第二MOS管Q4之接的电路网络电压很小，几乎为零，第一MOS管Q1的1脚电压等于0，所以第一MOS管Q1导通，即第二开关电路导通，电流由第一MOS管Q1的3脚流向1脚，从而实现了外部电源直接给系统供电。

由于外部电源接口J1的电压端1脚VBUS电压为+5V，所以电压比较器U2A上电开始工作，当电压比较器U2A的正输入端3脚电压比负输入端2脚电压高时，电压比较器U2A的输出端1脚输出高电平，输出电压等于VBUS电压+5V，当电压比较器U2A的3脚电压比2脚电压低时，电压比较器U2A的1脚输出低电平0V，外部接口电压端VBUS通过二极管D2和电阻R7形成回路，由于二极管D2有0.6-0.7V压降，所以电压比较器U2A的3脚电压只有4.3-4.4V左右。当电压比较器U2A连接电池，单节锂电池最高电压只有4.2V左右，所以，当插入外部电源的时候，会出现电压比较器U2A的3脚电压高于2脚电压。

接入外部电源时，第三MOS管Q2的1脚电压为+5V(电压比较器U2A输出的高电平)，而此时第三MOS管Q2的3脚电压为电池电压VBAY，而单节锂电池的最高电压一般为4.2V，所以第三MOS管Q2不导通，相当于电池J2与输出接口电压端VSYS直接断开，不能实现电池给系统用电电路供电。而充电芯片U1的1脚直接连接外部电源接口的1脚电压端上，所以通过外部电源直接给电池充电，此时能保证充电芯片只给电池充电，而电池不向外部放电，保证了充电芯片以最快的速度充满电池。

当接入外部电源，电池没电的情况下，如图3所示，第四MOS管Q3导通，USB检测端USB_DETE接到系统用电电路的IO电压端上，此时电平为低电平，告知系统CPU接入了外部电源。

工作情况3：

在工作情况2的基础上，已经给电池充了一部分电量，此时电池电压到达了3.7V甚至更高。若此时在充电过程中突然拔出外部电源，系统能够不断电继续工作，不会因电池充电不足，拔出外部电源后系统关机。实现办法为：电池J2电压到达了3.7V，此时电压比较器U2A的2脚电压为3.7V，拔出外部电源的瞬间，外部电源接口的1脚VBUS在去耦电容(C1和C2)的作用下，电压开始逐渐跌落，而电压比较器U2A的3脚电压以小于0.6-0.7V的速度与外部电源电压VBUS同步跌落，当电压比较器U2A的3脚电压为3.7V左右时候，VBUS电压仍在4.3-4.4V左右，系统仍能正常工作，此时外部电源接口电压继续跌落，电压比较器U2A的3脚电压低于3.7V，3脚电压小于2脚电压，所以电压比较器U2A的1脚输出低电平0V，第三MOS管Q2导通，系统通过电池继续供电。一直到外部电源接口电压VBUS跌落到0V，第一MOS管Q1和第二Q4断开，电压比较器U2A停止工作，不使系统向外部漏电，也不至于使电压比较器U2A在只有电池的情况下继续工作，降低了功耗。而第三MOS管Q2在下拉电阻R6的作用下，持续拉低，保持第导通状态。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有供电电路的电子装置，其特征在于，所述供电电路包括：外部电源接口、第一开关电路、第二开关电路、电池、充电电路和输出接口，所述外部电源接口用于接入外部电源，所述第一开关电路包括第一MOS管和第二MOS管，设置于外部电源接口和输出接口之间，所述第二开关电路包括第三MOS管，设置于电池正极和输出接口之间，所述充电电路设置于外部电源接口和电池正极之间，所述输出接口用于连接系统用电电路；

在有外部电源接入时，所述第一开关电路导通，外部电源经第一开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电，同时外部电源经充电电路给电池充电；

在无外部电源接入时，所述第二开关电路导通，电池经第二开关电路与输出接口形成通路，给系统用电电路供电；

所述第一MOS管和第三MOS管均为P型场效应管，第二MOS管为N型场效应管；

所述第一开关电路的第一MOS管的栅极连接所述第二MOS管的漏极和第一电阻的一端，所述第一MOS管的源极连接第一电阻的另一端和输出接口电压端，所述第一MOS管的漏极连接外部电源接口电压端，所述第二MOS管的栅极经第二电阻连接外部电源接口电压端，所述第二MOS管的源极接地。

2.根据权利要求1所述的具有供电电路的电子装置，其特征在于，所述充电电路包括一充电芯片，所述充电芯片的输入端连接外部电源接口电压端，所述充电芯片的输出端连接电池正极，所述充电芯片的接地端接地。

3.根据权利要求2所述的具有供电电路的电子装置，其特征在于，所述第二开关电路的第三MOS管的栅极连接外部电源接口电压端，所述第三MOS管的源极连接输出接口电压端，所述第三MOS管的漏极连接电池的正极。

4.根据权利要求2所述的具有供电电路的电子装置，其特征在于，所述第二开关电路的第三MOS的栅极经第三电阻接地，所述第三MOS的源极连接输出接口电压端，所述第三MOS的漏极连接电池正极；

还包括一比较电路，所述比较电路包括电压比较器、二极管和第四电阻，所述电压比较器的输出端连接第三MOS管的栅极，所述电压比较器的负输入端连接电池正极，所述电压比较器的正输入端经第四电阻接地，所述二极管的正极连接外部电源接口电压端，负极连接所述电压比较器的正输入端。

5.根据权利要求1-4任一所述的具有供电电路的电子装置，其特征在于，还包括第一至第五去耦电容，所述第一和第二去耦电容的正极均连接外部电源接口电压端，负极均接地，所述第三去耦电容的正极连接输出接口电压端，负极接地，所述第四去耦电容的正极与电池正极连接，负极接地，所述第五去耦电容的正极与充电芯片的输入端连接，负极接地。

6.根据权利要求1-4任一所述的具有供电电路的电子装置，其特征在于，还包括一ESD静电二极管，所述ESD静电二极管的正极连接外部电源接口电压端，负极接地。

7.根据权利要求1-4任一所述的具有供电电路的电子装置，其特征在于，还包括一检测电路，所述检测电路包括第五电阻、第六电阻和第四MOS管，所述第四MOS管的栅极经第五电阻与外部电源接口电压端连接，所述第四MOS管的源极接地，所述第四MOS管的漏极经第六电阻与系统用电电路的IO电压端连接。