CN107221988A - 一种低电压保护的电源电路及其控制方法 - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • HELECTRICITY
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    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306Overdischarge protection

Abstract

本发明公开了一种低电压保护的电源电路及其控制方法,电源电路包括控制模块、电源模块、系统控制模块和充电管理模块;控制模块检测是否有充电电压输入;有则输出充电电压给电源模块,电源模块将充电电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态;没有则输出电池电压给电源模块,电源模块将电池电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块停止充电。利用充电电压为系统控制模块提供稳定可靠的工作电压,使系统控制模块能正常控制充电管理模块的充电状态。这样即可解决在电池电压低于阈值或过放时,电池电压不能提供可靠稳定的电压,导致整个电源电路不能正常工作和充电的问题。

Description

一种低电压保护的电源电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及背夹附件技术领域,尤其涉及的是一种低电压保护的电源电路及其控制方法。
背景技术
目前,智能穿戴及移动电源等产品普遍采用可循环充电的锂电池供电,对产品内的锂电池进行充电是常见的功能之一。这类产品普遍采用一颗电源芯片LDO(low dropoutregulator指低压差线性稳压器)、来将锂电池的电池电压转换为系统工作所需要的工作电压。在实际使用过程中,虽然系统会根据电池电压判断锂电池是否处于低电状态,处于时进入待机的低功耗状态。但长时间的不充电,会出现因电路系统低功耗损耗以及电池自放电电导致电池电压过低而无法正常工作的问题。
如图1所示,现有的电源电路中,电池为电源芯片提供电池电压VBAT,电源芯片进行电压转换后为系统控制芯片提供工作电压。当电池电压VBAT过低或电池过放时,电池内的保护板电路启动过放保护,电源芯片因输入的电池电压VBAT过低或无电压而无法为系统控制芯片提供可靠的工作电压,系统控制芯片无法正常工作,进而不能控制充电管理芯片将外部输入的电压(如USB接口输入的电压VBUS)给电池充电。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处,本发明的目的在于提供一种低电压保护的电源电路及其控制方法,旨在解决现有电池过放或电压过低导致系统无法正常充电的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种低电压保护的电源电路,与电池连接,其包括控制模块、电源模块、系统控制模块和充电管理模块;
所述控制模块检测是否有充电电压输入;有则输出充电电压给电源模块,电源模块将充电电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态;没有则输出电池电压给电源模块,电源模块将电池电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块停止充电。
所述的低电压保护的电源电路中,所述控制模块包括场效应管、二极管和电阻;
所述场效应管的漏极连接电源模块的输入端和二极管的负极,场效应管的栅极连接电阻的一端和二极管的正极,场效应管的源极连接电池的正极,电阻的另一端接地,二极管的正极连接充电管理模块和充电输入端。
所述的低电压保护的电源电路中,所述场效应管为压降小于0.3V的肖特基二极管。
所述的低电压保护的电源电路中,所述场效应管为PNP场效应管。
一种采用所述的低电压保护的电源电路的控制方法,其包括:
步骤A、控制模块检测是否有充电电压输入,有则输出充电电压给电源模块,执行步骤B;没有则输出电池电压给电源模块,执行步骤C;
步骤B、电源模块将充电电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态;
步骤C、电源模块将电池电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块停止充电。
所述的控制方法中,所述步骤A包括:
步骤A1、控制模块检测是否有充电电压输入;有则执行步骤A2,没有则执行步骤A3;
步骤A2、将所述充电电压传输给电源模块供电、并断开电池与电源模块之间的连接,执行步骤B;
步骤A3、导通电池与电源模块之间的连接,将电池电压传输给电源模块供电,执行步骤C。
所述的控制方法中,在所述步骤B中,所述系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态包括:
系统控制模块实时采集充电过程中电池电压的压值,根据压值控制充电管理模块切换至对应的充电模式。
相较于现有技术,本发明提供的低电压保护的电源电路及其控制方法,通过控制模块检测是否有充电电压输入;有则输出充电电压给电源模块,电源模块将充电电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态;没有则输出电池电压给电源模块,电源模块将电池电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块停止充电。利用充电电压对电源模块供电,从而为系统控制模块提供稳定可靠的工作电压,使系统控制模块能正常控制充电管理模块的充电状态。这样即可解决在电池电压VBAT低于阈值或过放时,电池电压不能给电源模块提供可靠稳定的电压,导致整个电源电路不能正常工作和充电的问题。
附图说明
图1是现有的电源电路的示意图。
图2是本发明提供的低电压保护的电源电路的示意图。
图3本发明提供的低电压保护的电源电路的控制方法流程图。
具体实施方式
本发明提供一种低电压保护的电源电路及其控制方法,适用于具有充电功能的产品,如智能穿戴设备、移动电源等。在电池处于过放状态或电池电压过低时,利用充电电压为电源电路供电,使整个供电系统能正常工作并充电。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图2,本发明提供的低电压保护的电源电路与电池50连接,包括控制模块10、电源模块20、系统控制模块30和充电管理模块40。所述控制模块10连接电源模块20和电池50;系统控制模块30连接电源模块20、充电管理模块40和电池50的保护板电路,充电管理模块40连接电池50。
通常在电池电压VBAT较低时、或电池过放导致供电中断时,用户会主动插入充电器或通过USB数据线连接其他电子设备(如充电宝、电脑)进行充电。则所述控制模块10检测有是否有充电电压输入;有则输出充电电压给电源模块20,电源模块20将充电电压转换为工作电压给系统控制模块30供电,系统控制模块30控制充电管理模块对电池的充电状态;没有则输出电池电压给电源模块20,电源模块20将电池电压转换为工作电压给系统控制模块30供电,系统控制模块30控制充电管理模块40停止充电。
通过利用充电电压VBUS来对电源模块20供电,从而为系统控制模块30提供稳定可靠的工作电压,使系统控制模块30能正常控制充电管理模块40的充电状态。这样即可避免在电池电压VBAT低于阈值或过放时,电池电压不能给电源模块20提供可靠稳定的电压,导致整个电源电路不能正常工作和充电的问题。
需要理解的是,电源模块20可采用电源芯片(如SGMICRO产商的型号为SGM2300-3.3的电源芯片)及其外围电路组成。系统控制模块30可采用系统控制芯片(如Ti产商的型号为MSP430G2232的系统控制芯片)及其外围电路组成。充电管理模块40可采用充电管理芯片(如Ti产商的型号为BQ24295的充电管理芯片)及其外围电路组成。此为现有技术,此处不作详述。
在具体实施时,控制模块10输出充电电压VBUS给电源模块20时,还断开电池50与电源模块20之间的连接,这样可避免电池电压VBAT影响电源模块20供电的稳定性。没有充电电压VBUS输入时,控制模块10导通电池50与电源模块20之间的连接,将电池电压VBAT传输给电源模块供电,以电池供电来确保整个电源电路能正常工作。
本实施例中,所述控制模块10包括场效应管Q1、二极管D1和电阻R1;所述场效应管Q1的漏极连接电源模块20的输入端VIN和二极管D1的负极;场效应管Q1的栅极连接电阻R1的一端和二极管D1的正极,场效应管Q1的源极连接电池50的正极,电阻R1的另一端接地,二极管D1的正极连接充电管理模块40和充电输入端(如USB接口的电源脚)。
其中,所述场效应管Q1为PNP型的场效应管。没有充电电压VBUS输入时,场效应管Q1的栅极被电阻R1(下拉电阻)下拉为低电平,场效应管Q1导通将电池与电源模块20连接,电池电压VBAT给电源模块20供电。当充电电压VBUS输入时,场效应管Q1的栅极被上拉为高电平,场效应管Q1截止使电池50与电源模块20之间断开连接,此时由充电电压VBUS对电源模块20供电。
本实施例中,所述二极管采用压降小于0.3V的肖特基二极管,这样对充电电压的损耗最小,还能是充电电压更加稳定。
请继续参阅图2,所述低电压保护的电源电路的工作原理如下:
当电池电压处于正常值(正常的工作电压),且没有插入充电器或通过USB接口连接其他电子设备输入充电电压VBUS时:场效应管Q1的栅极被下拉为低电平而导通,电池50为电源模块20供电,电源模块20将电池电压VBAT转换为工作电压给系统控制模块30。系统控制模块30得电工作。
当插入充电器充电或通过USB接口输入充电电压VBUS时,二极管D1导通,场效应管Q1的栅极处于高电平而截止不导通,电池50与电源模块20之间断开连接,此时由充电电压VBUS对电源模块20供电。由于此时场效应管Q1不导通,从而保证在充电过程中电源系统的电源来自充电电压VBUS,使电源系统的工作电压更加稳定准确。这样就不会出现电池电压VBAT过低导致电源模块无法为系统控制模块提供可靠的工作电压,使系统控制模块无法正常工作,进而不能控制充电管理模块的充电功能的问题。
当电池过放时,电池内部的保护板电路自动断开进行保护,此时电池停止给电源模块20供电。若插入充电器充电,场效应管Q1的栅极为高电平而截止,充电电压VBUS对电源模块20供电,系统控制模块30就能获得稳定的工作电压而工作。此时,系统控制模块30即可激活保护板电路导通,由于场效应管Q1已经截止,不再由电池对电源模块供电。系统控制模块30控制充电管理模块将充电电压VBUS给过放的电池进行充电。
本实施例中,所述系统控制模块还能实时30采集充电过程中电池电压的压值,根据压值控制充电管理模块40切换至对应的充电模式(如快速充电模式、涓流充电模式),以提高充电安全性和充电效率。
基于上述的低电压保护的电源电路,本发明还提供一种电源电路的控制方法,请参阅图3,所述控制方法包括:
S10、控制模块检测是否有充电电压输入,有则输出充电电压给电源模块,执行步骤S20;没有则输出电池电压给电源模块,执行步骤S30;
S20、电源模块将充电电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态;
S30、电源模块将电池电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块停止充电。
为了避免低压值的电池电压与充电电压一起对电源模块20供电,影响电源模块工作的稳定性,还需通过控制模块对电池与电源模块之间的连接进行通断切换。则本实施例中,所述步骤S10包括:
S110、控制模块检测是否有充电电压输入;有则执行步骤S120,没有则执行步骤S130;
S120、将所述充电电压传输给电源模块供电、并断开电池与电源模块之间的连接,执行步骤S20;
S130、导通电池与电源模块之间的连接,将电池电压传输给电源模块供电,执行步骤S30。
本实施例中,所述步骤S20中,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态的步骤包括:系统控制模块实时采集充电过程中电池电压的压值,根据压值控制充电管理模块切换至对应的充电模式。
综上所述,本发明为了解决因电池过放导致电源电路无法正常工作和充电的问题,通过在电源模块的输入端增加控制模块,以保证插入充电器时,将充电电压传输给电源模块供电,从而为系统控制模块提供稳定的工作电压来确保其正常工作,从而能正常控制充电管理模块的充电状态。这样即可解决在电池电压低于阈值或过放时,电池电压不能提供可靠稳定的电压,导致整个电源电路不能正常工作和充电的问题。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种低电压保护的电源电路,与电池连接,其特征在于,包括控制模块、电源模块、系统控制模块和充电管理模块;
所述控制模块检测是否有充电电压输入;有则输出充电电压给电源模块,电源模块将充电电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态;没有则输出电池电压给电源模块,电源模块将电池电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块停止充电。
2.根据权利要求1所述的低电压保护的电源电路,其特征在于,所述控制模块包括场效应管、二极管和电阻;
所述场效应管的漏极连接电源模块的输入端和二极管的负极,场效应管的栅极连接电阻的一端和二极管的正极,场效应管的源极连接电池的正极,电阻的另一端接地,二极管的正极连接充电管理模块和充电输入端。
3.根据权利要求2所述的低电压保护的电源电路,其特征在于,所述场效应管为压降小于0.3V的肖特基二极管。
4.根据权利要求2所述的低电压保护的电源电路,其特征在于,所述场效应管为PNP场效应管。
5.一种采用权利要求1所述的低电压保护的电源电路的控制方法,其特征在于,包括:
步骤A、控制模块检测是否有充电电压输入,有则输出充电电压给电源模块,执行步骤B;没有则输出电池电压给电源模块,执行步骤C;
步骤B、电源模块将充电电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态;
步骤C、电源模块将电池电压转换为工作电压给系统控制模块供电,系统控制模块控制充电管理模块停止充电。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述步骤A包括:
步骤A1、控制模块检测是否有充电电压输入;有则执行步骤A2,没有则执行步骤A3;
步骤A2、将所述充电电压传输给电源模块供电、并断开电池与电源模块之间的连接,执行步骤B;
步骤A3、导通电池与电源模块之间的连接,将电池电压传输给电源模块供电,执行步骤C。
7.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,在所述步骤B中,所述系统控制模块控制充电管理模块对电池的充电状态包括:
系统控制模块实时采集充电过程中电池电压的压值,根据压值控制充电管理模块切换至对应的充电模式。
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