CN109193925A - 电源管理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源管理电路，包括：系统电源、储能电容、开关电路和备用电池，系统电源和储能电容并联后通过第一二极管输入到被供电目标；开关电路位于储能电容和备用电池之间，备用电池通过开关电路连接到被供电目标和第一二极管的阴极；开关电路用于当系统电源断电或储能电容达到一预设电压时切换到备用电池进行供电。通过本发明的技术方案可以实现在系统断电后的被供电目标芯片两种备用电源的续航供电，通过对储能电容和备用电池的使用进行特定条件下的合理切换，这样不仅可以克服两种备用电源各自的缺点，还可以提高两种备用电源的效率等。

Description

电源管理电路

技术领域

本发明涉及电源设计技术领域，尤其涉及一种电源管理电路。

背景技术

日常生活中，一些如实时时钟芯片等产品往往需要在系统断电后仍维持正常工作，从而保证在系统恢复上电后能提供需要的信息等。在现有的技术方案中，针对系统断电后的供电方案有两种：一是选择纽扣电池等作为备用电源；二是使用系统电源对储能电容进行快速充电，储能电容充满电量的电压基本为系统电源电压，当系统断电后由储能电容作为该实时时钟芯片的供电电源进行供电。

对于如纽扣电池等的备用电源，其寿命通常在一年以上，当纽扣电池低于一定电压时将停止供电，此时必须及时更换新的电池才可使芯片继续工作；而当利用储能电容进行供电时，其具有充电速度快，循环使用寿命长等特点，但其续航时间与电容容量有关，其容量大小又会受到法拉电容的耐压、体积和成本等限制。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种电源管理电路，通过将两种供电电路综合并切换管理，可用于克服现有的两种供电方案各自的缺点。

本发明实施例提出一种电源管理电路，包括：系统电源、储能电容、开关电路和备用电池，

所述系统电源和所述储能电容并联后通过第一二极管输入到被供电目标；

所述开关电路位于所述储能电容和所述备用电池之间，所述备用电池通过所述开关电路连接到所述被供电目标和所述第一二极管的阴极；

所述开关电路用于当所述系统电源断电或所述储能电容达到一预设电压时切换到所述备用电池进行供电。

在上述的电源管理电路中，可选地，所述开关电路包括第一开关管和第二电阻，所述第一开关管为PNP管，

所述PNP管的基极通过所述第二电阻连接所述储能电容，其发射极连接所述备用电池，其集电极连接所述被供电目标。

在上述的电源管理电路中，可选地，所述开关电路还包括第二开关管，所述第二开关管连接所述储能电容并通过所述电阻连接所述第一开关管。

在上述的电源管理电路中，可选地，所述第二开关管为二极管、PNP管或NPN管。

在上述的电源管理电路中，可选地，若所述第二开关管为PNP管，所述第二开关管的基极与其集电极连接后连接至所述储能电容，其发射极连接到所述第二开关管。

在上述的电源管理电路中，可选地，还包括：滤波电容，所述系统电源、所述储能电容或所述备用电池经过所述滤波电容后接入所述被供电目标。

在上述的电源管理电路中，可选地，所述系统电源经过第二二极管与所述储能电容并联后连接到所述被供电目标。

在上述的电源管理电路中，可选地，所述备用电池经过与所述PNP管的集电极连接的第三二极管后连接到所述被供电目标。

在上述的电源管理电路中，可选地，所述储能电容为双电层电容或法拉电容。

在上述的电源管理电路中，可选地，所述备用电池为蓄电池或纽扣电池。

通过本发明的技术方案可以实现在系统断电后的被供电目标芯片两种备用电源的续航供电，通过对储能电容和备用电池的使用进行特定条件下的合理切换，这样不仅可以克服两种备用电源各自的缺点，还可以提高两种备用电源的使用效率等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。

图1为本发明实施例的电源管理电路的第一结构示意图；

图2为本发明实施例的电源管理电路的第二结构示意图；

图3为本发明实施例的电源管理电路的第三结构示意图。

主要元件符号说明：

1-电源管理电路；2-被供电目标；10-系统电源；20-储能电容；30-备用电池；40-开关电路；D1-第一二极管；D2-第二二极管；D3-第三二极管；Q1-第一开关管；Q2-第二开关管；R-电阻；C1-滤波电容。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

对于一些需要在系统断电后仍保证正常工作的芯片或电路，如实时时钟芯片(RTC，Real-time clock)、电脑主板的BIOS芯片或一些主控系统等，通常需要备用电源进行继续供电，其中可包括系统暂时断电或长时间停电的情况。现有的供电方案通常有两种，以实时时钟芯片为例，两种备用电源的供电方案分别采用纽扣电池供电和利用可充放电的储能电容进行供电。

考虑到纽扣电池的寿命通常在1年以上，对于系统断电时间而言，利用纽扣电池作为备用电源，可提供较长时间的续航时间。而对于法拉电容这类供电方案，由于其具有充电速度快，循环使用寿命长，大电流放电能力强，超低温特性好等优点，但其续航时间与电容电量有关，如果选择容量过大的法拉电容，其耐压、体积、成本等均会受到一定的限制。因此，该种供电方案通常适用于较短时间的电源切换。

考虑到两种供电方案均有其各自的优点，本发明提供一种电源管理电路可兼容这两种供电方案，通过在特定条件下对这两种备用供电电源进行合理切换，使得被供电目标芯片可在系统电源断电后仍正常工作，并可提高储能电容供电电路的利用效率，进而使作为备用电源的纽扣电池的使用时间更长等。

下面结合具体的实施例对本发明进行详细说明。

实施例

请参照图1，本实施例提出一种电源管理电路1，可用于为一些需要在系统断电后仍保证正常工作的芯片或电路等，通过在不同的情况下使用不同的备用电源，可以结合两种不同备用电源的优点，使得被供电芯片或电路等的备用电源的利用率最大化。

如图1所示，该电源管理电路1包括系统电源10、储能电容20、备用电池30和开关电路40。具体地，系统电源10和储能电容20并联后通过第一二极管D1输入到被供电目标2。该开关电路40位于该储能电容20和备用电池30之间，该备用电池30通过开关电路40连接到所述被供电目标2和所述第一二极管D1的阴极。所述开关电路40用于当所述系统电源10断电或所述储能电容20达到一预设电压时切换到所述备用电池30进行供电。

应当理解，所述系统电源10中的系统是指包含该被供电目标2芯片的电路系统，而该系统电源10作为主要的电源，用于为其他各芯片以及该被供电目标2供电。当系统断电后，将立即启用该储能电容20，从而保证为该被供电目标2芯片继续供电。进一步地，当储能电容20由满电量放电到一预设电压时，此时储能电容20与备用电池30之间的电压差值满足开关电路40中的开关管的导通条件，于是将启动备用电池30进行继续供电。可以理解，该预设电压的大小与该该开关电路40中的开关管的管压降有关，具体可通过设置该开关电路40中的开关管的数量进行调整。

进一步地，该电源管理电路还可包括滤波电容C1，所述系统电源、所述储能电容或所述备用电池经过所述滤波电容C1后接入所述被供电目标。可以理解，通过该并联的滤波电容C1进行滤波后再接入被供电目标，可以提高电源稳定性等等。

本实施例中，该系统电源10和储能电容20并联后通过第一二极管D1输入到被供电目标2。该第一二极管D1可防止电流通过系统电源10的接入通路出现电流倒灌现象，还可以用于防止当备用电池30供电时为储能电容20进行充电。

示范性地，如图2所示，该开关电路40包括第一开关管Q1，该第一开关管Q1可采用不同型号的PNP管。具体地，该PNP管的基极通过一电阻R连接储能电容20，其发射极连接该备用电池30，其集电极连接该被供电目标2。于是，当储能电容20与备用电池30两者的电压差值小于该PNP管的导通电压时，该PNP管将截止，故有备用电池30的供电通路处于断开状态；反之，若该电压差值达到该导通电压时，该PNP管将导通，此时备用电池30的供电通路将立即接通。

本实施例中，该电阻R主要用于限制第一开关管Q1的基极电流的作用。示范性地，当储能电容20在供电过程时其电压到下降满足第一开关管Q1的饱和导通条件时，第一开关管Q1将导通，此时备用电池30会有微弱的基极电流通过第二开关管Q2向储能电容20充电。而通过增大该电阻R的阻值可以尽量地减小该基极电流，当减小到一定程度时可忽略不计。其中，该电阻R并不限于为一个电阻，也可以是由多个电阻构成。可以理解，合理地选择该电阻R的阻值，可以避免备用电池30向被供电目标2供电的同时还要消耗一定的电量为储能电容20充电，进而影响备用电池30的寿命。

进一步地，如图3所示，该开关电路40还可以包括第二开关管Q2，该第二开关管Q2位于第一开关管Q1和储能电容20之间，可用于增加该开关电路40中的总的管压降。具体地，该第二开关管Q2连接储能电容20并通过电阻R连接第一开关管Q1。可知，通过增加该第二开关管Q2，可以使储能电容20切换到备用电池30时的切换电压点下降，使得储能电容20可以在充分放电后再切换到备用电池30，从而提高备用电源的使用效率，也可以延长备用电池30的使用时间等。可以理解，该开关电路40中的开关管的数量并不限于为第一开关管Q1和第二开关管Q2，若需要使储能电容20进一步地充分放电，还可在再串联三极管或二极管等以增大该开关电路40的总管压降。

示范性地，该第二开关管Q2可以采用二极管、PNP管或NPN管等等。优选地，该第二开关管Q2可采用与第一开关管Q1同型号的PNP管。示范性地，若该第二开关管Q2采用PNP管，该第二开关管Q2的基极与其集电极连接后再连接至所述储能电容20，其发射极通过所述电阻R连接到所述第二开关管Q2。

可以理解，该开关电路40的第二开关管Q2将三极管连成二极管的接法，可相当于一个二极管，而该通过三极管接成的二极管的正向压降值将接近于同类型三极管的发射极-基极电压Ueb(即发射极与基极的开启电压)。此外，该接成的二极管的温度系数也与Ueb的温度系数接近，故可较好地补偿三极管的发射结的温度特性，可以保证第一开关管Q1和第二开关管Q2的发射结的压降相同。

下面对该电源管理电路1的工作原理进行说明。

(1)当系统为上电状态时，该系统电源10与储能电容20并联后连接到被供电目标2芯片，该系统电源10将为目标芯片供电，同时还为该储能电容20进行充电，直到储能电容20的电量达到额定电量后停止充电。应当理解，该储能电容20的额定电量与选定的电容的型号有关，而具体型号可根据具体的目标芯片的工作电压来选取。

于是，当系统电源10正常工作时，储能电容20一直处于电量充满状态，并且其电压值通常接近于备用电池30的电压值。此时，储能电容20的电压值与备用电池30的电压差值将小于该第一开关管Q1的导通电压，因此该第一开关管Q1将处于截止状态，该备用电池30不供电。

(2)当系统突然断电后，该系统电源10将失效，此时由储能电容20为该目标芯片进行继续供电。随着储能电容20的持续放电，当储能电容20放电到其电压值与备用电池30的电压差值达到该第一开关管Q1的导通电压时，该第二开关管Q2将导通，此时将切换至备用电池30进行供电。

(3)当系统重新上电后，储能电容20由于系统电源10的接入而被快速充电，使得储能电容20的电压上升，故其与备用电池30的电压差值将减小到小于第一开关管Q1的导通电压，此时第一开关管Q1将截止，备用电池30失效，进而切换成系统电源10供电。

可以理解，若该开关电路40还包括第二开关管Q2，则还需要考虑第二开关管Q2的导通压降，当两个开关管都为导通状态时，备用电池30的供电通路才可以导通，从而才可以正常供电。

本实施例中，如图1所示，该系统电源10经过第二二极管D2与所述储能电容20并联后连接到所述被供电目标2。该备用电池30经过与第一开关管Q1的集电极连接的第三二极管D3后连接到所述被供电目标2。可以理解，利用二极管的单向导通特性，该第二二极管D2可用于当系统电源10失效后，防止储能电容20在供电时通过该系统电源10的通路形成电流倒灌。同理，该第三二极管D3可用于当系统电源10工作时，防止电流通过备用电池30的供电通路而损坏第一开关管Q1等。

本实施例中，该储能电容20可采用如可储能充电的法拉电容或者双电层电容等等，其具体电容容量可根据被供电目标2芯片的工作电压来具体实际选取。而该备用电池30为纽扣电池或蓄电池等，其中，该蓄电池包括干电池等。应当理解，该备用电池30的电池容量可根据具体的目标芯片的工作电压来选取。

本实施例中，该被供电目标2主要指一些需要在系统断电后仍保持正常运行的芯片或电路，示范性地，该被供电目标2可包括但不限于为实时时钟芯片、电脑主板的BIOS芯片或一些主控板系统等等。

结合实时时钟芯片(即RTC)这一目标芯片为例，通过该电源管理电路1对其进行供电。由于RTC芯片的工作电压范围为1～5V，系统电源10通常选取3.3V，若储能电容20选取法拉电容进行充放电，当系统电源10为其充满电量后，该法拉电容的电压为3～3.3V。此处备用电池30采用纽扣电池，其标称电压为3.0V。若第一开关管Q1和第二开关管Q2均为PNP管且发射结电压均为0.7V，于是有：

(1)当系统上电时，系统电源10通过第二二极管D2给RTC芯片供电，同时也向法拉电容进行充电，当法拉电容充满电量后其电压为3～3.3V。由于纽扣电池默认的电压为3.0V，而系统电源10为3.3V，所以纽扣电池不会对RTC芯片进行供电，且法拉电容充满电后，第一开关管Q1和第二开关管Q2均为截止状态，纽扣电池不供电。

(2)当系统电源10断电后，法拉电容开始为RTC芯片供电。由于开关电路40的两个开关管的导通电压之和为1.4V，故在法拉电容未放电至1.6V电压前，第一开关管Q1和第二开关管Q2不能都导通，此时纽扣电池不供电。

(3)随着法拉电容放电至其电压1.6V，第一开关管Q1和第二开关管Q2均导通，此时纽扣电池将进行供电。若系统电源10重新上电，那么又切换到系统电源10给RTC芯片供电，同时又会给法拉电容进行充电，如此反复。

本实施例的电源管理电路可以实现系统电源与两种备用电源之间在不同的情况下合理切换，以保证被供电目标芯片或电路等可以在系统断电后仍正常工作。此外，结合两种备用电源各自的优点，使得该电源管理电路在一定程度上解决了单方面使用纽扣电池时的使用时间短以及法拉电容续航时间短的难题，从而有效地延长了纽扣电池的使用时间等等。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电源管理电路，其特征在于，包括：系统电源、储能电容、开关电路和备用电池，

所述系统电源和所述储能电容并联后通过第一二极管输入到被供电目标；

所述开关电路位于所述储能电容和所述备用电池之间，所述备用电池通过所述开关电路连接到所述被供电目标和所述第一二极管的阴极；

所述开关电路用于当所述系统电源断电或所述储能电容达到一预设电压时切换到所述备用电池进行供电。

2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述开关电路包括第一开关管，所述第一开关管为PNP管，

所述PNP管的基极通过一电阻连接所述储能电容，其发射极连接所述备用电池，其集电极连接所述被供电目标。

3.根据权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述开关电路还包括第二开关管，所述第二开关管连接所述储能电容并通过所述电阻连接所述第一开关管。

4.根据权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于，所述第二开关管为二极管、PNP管或NPN管。

5.根据权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，若所述第二开关管为PNP管，所述第二开关管的基极与其集电极连接后连接至所述储能电容，其发射极连接到所述第二开关管。

6.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，还包括：滤波电容，所述系统电源、所述储能电容或所述备用电池经过所述滤波电容后接入所述被供电目标。

7.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述系统电源经过第二二极管与所述储能电容并联后连接到所述被供电目标。

8.根据权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述备用电池经过与所述PNP管的集电极连接的第三二极管后连接到所述被供电目标。

9.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述储能电容为双电层电容或法拉电容。

10.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述备用电池为蓄电池或纽扣电池。