CN109474040A - 电源管理系统及电源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电源管理系统及电源管理方法，用于为用电终端提供电源。所述电源管理系统包括电源输入模块、与所述电源输入模块相连的开关模块以及与所述开关模块相连的MCU控制模块，所述开关模块包括驱动电路和由驱动电路驱动的MOS管，所述MCU控制模块用于输出驱动信号给所述驱动电路，所述驱动电路根据接收到的驱动信号控制所述MOS管开通或关断。相较于现有技术，本发明利用电子开关来代替物理开关，具备体积小、响应速度快、能驱动大电流等优点，从而提高了使用寿命，可广泛应用于小信号驱动大电流的场合。

Description

电源管理系统及电源管理方法

技术领域

本发明涉及一种电源管理系统及电源管理方法。

背景技术

目前，市场上的充电器及相关的电源产品都会采用一些控制电路作用于充电器及电池组的相关开关控制，继而实现电源的自动控制和管理。

但，传统硬件控制开关的控制电路具有单一性，从而使得应用场合受限；且硬件控制开关的控制电路大多采用继电器控制来实现，但因继电器体积较大、容易磨损、无法应用于较大电流等因素，从而使用寿命较短，响应速度较慢，继而在使用过程中会存在诸多限制与不足。

有鉴于此，确有必要提出一种电源管理系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电源管理系统及电源管理方法，不仅具备体积小、响应速度快、能驱动大电流等优点，而且提高了使用寿命，可广泛应用于小信号驱动大电流的场合。

为实现上述目的，本发明提供了一种电源管理系统，用于为用电终端提供电源，所述电源管理系统包括电源输入模块、与所述电源输入模块相连的开关模块以及与所述开关模块相连的MCU控制模块，所述开关模块包括驱动电路和由驱动电路驱动的MOS管，所述MCU控制模块用于输出驱动信号给所述驱动电路，所述驱动电路根据接收到的驱动信号控制所述MOS管开通或关断。

作为本发明的进一步改进，所述驱动电路包括直流驱动和方波驱动两种模式。

作为本发明的进一步改进，所述电源输入模块包括电源输入端和与电源输入端相连的电源选取单元，所述电源选取单元用于从电源输入端选取出最大的电压值，所述开关模块与所述电源选取单元相连，以接收所述电源选取单元选取出的最大电压值。

作为本发明的进一步改进，所述电源输入端包括相互并联设置的多个电池组，所述电源选取单元用于选择出电压值最大的一个或多个电池组。

作为本发明的进一步改进，所述MCU控制模块根据嵌入式远程控制唤醒模块、温度检测模块、感应模块、延时/定时控制模块、过流/过压保护模块、负载电流检测模块中的至少一种的信号控制驱动信号的输出。

作为本发明的进一步改进，所述电源管理系统还包括连接开关模块与用电终端的DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块用于将开关模块输出的电压转换成适用于用电终端的电压。

为实现上述目的，本发明还提供了一种电源管理方法，其适用于前述电源管理系统，所述电源管理方法主要包括以下步骤：

用电终端插入；

通过远程控制激活MCU控制模块，使MCU控制模块发出驱动信号给所述开关模块，同时所述电源输入模块为所述开关模块提供充电电压；

所述开关模块的驱动电路根据MCU控制模块发出的驱动信号控制所述MOS管开通或关断；

当MOS管开通时，充电电压经开关模块进入用电终端，为用电终端充电。

作为本发明的进一步改进，所述开关模块与用电终端之间还连接有DC/DC转换模块，充电电压经所述开关模块进入所述DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块用于将开关模块输出的电压转换成适用于用电终端的电压。

作为本发明的进一步改进，所述驱动电路包括直流驱动和方波驱动两种模式。

作为本发明的进一步改进，所述驱动电路为PMOS驱动电路，所述MOS管为PMOS管。

本发明的有益效果是：本发明的电源管理系统，将开关模块设置成由驱动电路和MOS管组成，从而驱动电路可根据MCU控制模块发出的驱动信号来控制MOS管开通或关断；相较于现有技术，利用电子开关来代替物理开关，具备体积小、响应速度快、能驱动大电流等优点，从而提高了使用寿命，可广泛应用于小信号驱动大电流的场合。

附图说明

图1是本发明电源管理系统的结构框图。

图2是图1中省略负载电流检测模块后的电路原理图。

图3是图2中开关模块与MCU控制模块的电路原理图。

图4是图1中省略驱动电路后的电路原理图。

图5是图4中负载电流检测模块的电路原理图。

图6是本发明电源管理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明揭示了一种电源管理系统及电源管理方法，该电源管理系统主要用于为用电终端提供电源。本发明中，用电终端为充电器、USB、逆变器、马达、电动工具以及照明灯中的任意一种。

请参阅图1所示，所述电源管理系统包括电源输入模块1、与电源输入模块1相连的开关模块2、与开关模块2相连的MCU控制模块3、连接在开关模块2与用电终端之间的DC/DC转换模块4以及分别与MCU控制模块3和用电终端相连的负载电流检测模块5。正常使用时，电源输入模块1输出充电电压，充电电压经过开关模块2和DC/DC转换模块4进入用电终端，继而为用电终端供电。

请参阅图2与图3并结合图1所示，所述电源输入模块1包括电源输入端11和与电源输入端11相连的电源选取单元12，电源输入端11用于输出充电电压，电源选取单元12用于从电源输入端11输出的充电电压中选取出最大的电压值以向用电终端供电，开关模块2与电源选取单元12相连，以便电源选取单元12将选取出的最大电压值发送给开关模块2。

所述电源输入端11可以传输单电池单元、多电池单元提供的直流电，也可以传输交流电。当电源输入端11传输交流电时，可传输30-80V的交流电。当电源输入端11传输多电池单元提供的直流电时，该多电池单元包括相互并联设置的多个电池组，所述电源选取单元12用于从多个电池组中选择出电压值最大的一个或多个电池组，优先为用电终端的负载提供电能，且供电顺序为由高电压到低电压。较佳地，该多个电池组可以由多个相同或不同电压、相同或不同容量的电池组组成，此处不作限制。

所述开关模块2包括驱动电路和由驱动电路驱动的MOS管，且驱动电路的一端与MCU控制模块3相连、另一端与MOS管相连，MOS管的一端与驱动电路相连、另一端与DC/DC转换模块4相连。所述驱动电路用于驱动MOS管开通或关断。本实施例中，所述驱动电路包括直流驱动和方波驱动两种模式，且所述驱动电路为PMOS驱动电路，所述MOS管为PMOS管Q21，当驱动电路采用直流驱动模式时，可选用电阻R191，当驱动电路采用方波驱动模式时，可选用电容C180。

所述MCU控制模块3用于输出驱动信号给所述驱动电路，以便所述驱动电路根据接收到的驱动信号控制PMOS管Q21开通或关断。具体来讲，MCU控制模块3输出的驱动信号进入驱动电路后，先经过驱动电路的处理，再提供给PMOS管Q21，以控制PMOS管Q21开通或关断，继而实现对用电终端负载的供电或断电。

MCU控制模块3输出的驱动信号受软件控制，可通过软件改变驱动信号的频率、时间、控制逻辑等。当然，MCU控制模块3还可以扩展更多的嵌入式模块实现多重控制，如实现远程控制、遥控控制、温度感应、定时控制等多种功能，使用上灵活多变，通用性强；此时MCU控制模块3根据嵌入式远程控制唤醒模块、温度检测模块、感应模块、延时/定时控制模块、过流/过压保护模块、负载电流检测模块中的至少一种的信号控制驱动信号的输出。

以图3所示的具体实施例为例，MCU控制模块3主要通过U16提供驱动信号，且是通过U16的20脚输出驱动信号至开关模块2的驱动电路，驱动信号经过驱动电路处理后提供给PMOS管Q21的栅极(G极)，控制PMOS管Q21开通或关断。U16的20脚输出的驱动信号受软件控制，可通过软件改变驱动信号的频率、时间、控制逻辑等。U16预留的空脚，如16、17、18等脚位可以用于扩展更多的嵌入功能，如远程控制唤醒、遥控、感应、定时等多种功能。

请参阅图4与图5并结合图1所示，充电电压经所述开关模块2进入所述DC/DC转换模块4，所述DC/DC转换模块4用于将开关模块2输出的电压转换成适用于用电终端的电压。在一具体实施例中，此DC/DC转换模块4使用6个80V的电池搭配供电，输出5V电压用于手机充电(支持快充协议)。

所述负载电流检测模块5用于检测用电终端的负载电流并输出信号给MCU控制模块3，所述MCU控制模块3根据接收到的信号控制所述开关模块2的PMOS管Q21断开或闭合，以便停止或继续为用电终端供电。

所述负载电流检测模块5包括电压比较器U21A和与电压比较器U21A相连的光电耦合器U17，所述电压比较器U21A用于将检测到的负载电流转换成电压与基准电压进行比较，并根据比较结果控制光电耦合器U17导通或关断。具体来讲，负载电流检测模块5将检测到的负载电流转换成电压并送给电压比较器U21A的3脚，随后电压比较器U21A将3脚的电压与2脚的基准电压进行比较，并根据比较结果从1脚输出高/低电平，从而驱动光电耦合器U17导通或关断。

当负载电流为零时，电压比较器U21A输出低电平，光电耦合器U17关断并产生零负载关断信号，以传输至MCU控制模块3。若在预设时间内光电耦合器U17一直处于关断状态(即负载电流持续为零)，则MCU控制模块3输出驱动信号给所述开关模块2的驱动电路，驱动电路根据驱动信号控制PMOS管Q21断开，以此来切断母线电压。本实施例中，所述预设时间为10秒，但不应以此为限。

当PMOS管Q21关断后，后级电路全部停止工作(包括DC/DC转换模块4、负载电流检测模块5及MCU控制模块3本身)，实现零功耗，同时因母线被切断充电器无法工作，提高了用电终端的安全性能。

以一个具体的实施例来讲，本发明的电源管理系统可应用于80V、4A的六槽充电器平台，该充电器将DC/DC转换模块4作为一个USB电源模块，使用6个80V的电池搭配供电，输出5V电压用于手机充电、室外照明或其它5V用电场合。以用于手机充电为例，当不插手机或手机充满电后，在延时10秒没有电流变化时，MCU控制模块3控制开关模块2断开，以切断电池供电，此时整个USB电源模块停止工作，不需要待机，避免了电池的电量消耗，节省能源，提高了电池寿命，并且关断后USB端口无电压输出，避免了触电的可能，提高了安全性。

请参阅图6所示，本发明的电源管理方法主要包括以下步骤：

用电终端插入；

通过远程控制唤醒模块激活MCU控制模块3，使MCU控制模块3发出驱动信号给开关模块2，同时电源输入模块1为开关模块2提供充电电压；

开关模块2的驱动电路根据MCU控制模块3发出的驱动信号控制PMOS管Q21开通或关断；

当PMOS管Q21开通时，充电电压经开关模块2和DC/DC转换模块4进入用电终端，为用电终端充电；

负载电流检测模块5对用电终端的负载电流进行检测，并输出信号给MCU控制模块3；

当负载电流检测模块5检测到用电终端的负载电流为零时，产生零负载关断信号并传输至MCU控制模块3；

当负载电流在预设时间(一般为10秒)内一直为零时，MCU控制模块3输出驱动信号给开关模块2的驱动电路，控制PMOS管Q21断开，以切断充电电压。

综上所述，本发明的电源管理系统，一方面通过设置PMOS管Q21来代替传统的硬件控制开关，可以实现以下功能：

1、解决了传统硬件控制开关控制电路的单一特性，使用智能化驱动实现了驱动灵活应用，可根据需要设定不同的驱动模式，如方波驱动，直接驱动，定时驱动等，可广泛应用于小信号驱动大电流的应用场合。

2、MCU控制模块3可以扩展各种嵌入式模块实现多重控制，例如：实现远程唤醒，温度检测，红外、声、光、重力感应等控制，延时/定时控制，过流，过压等保护功能。

3、应用范围广泛，不仅可作用于充电器及电池组的相关开关控制，还可应用于各种保护电路，且可通过软件控制人为调整驱动信号。

4、PMOS管Q21具备体积小，响应速度快，使用寿命长，能驱动大电流等优点，而且可以作用于高频率状态。

另一方面，通过设置负载电流检测模块5来检测用电终端的负载电流，可以实现以下功能：

1、解决了传统电源模块在无负载情况下仍然工作在待机模式，造成能源浪费的缺陷。

2、实现了负载自动检测，使电源在没有负载的情况下自动切断母线电压，使整个系统不工作，达到真正的零功耗，彻底消除了待机损耗。例如：不充电时会自动延时约10秒时间，如果仍然没有检测到负载电流，将会切断母线电压，强行使充电器断电，在电池充满时也会延时10秒时间，然后切断母线电压，减少能耗。

3、可以通过软件人为设置关断逻辑以及延迟时间，实现了智能化控制，扩大了应用范围。例如：不仅可以应用于充电场合，而且可以应用于其他所有需要直流供电的任何终端产品(例如电动工具，照明灯具类，小家电，马达类，移动电源等)；此外关断延迟时间可以通过软件自由调整，因此还可以应用于定时充电，定时关闭等场合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电源管理系统，用于为用电终端提供电源，其特征在于：所述电源管理系统包括电源输入模块、与所述电源输入模块相连的开关模块以及与所述开关模块相连的MCU控制模块，所述开关模块包括驱动电路和由驱动电路驱动的MOS管，所述MCU控制模块用于输出驱动信号给所述驱动电路，所述驱动电路根据接收到的驱动信号控制所述MOS管开通或关断。

2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于：所述驱动电路包括直流驱动和方波驱动两种模式。

3.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于：所述电源输入模块包括电源输入端和与电源输入端相连的电源选取单元，所述电源选取单元用于从电源输入端选取出最大的电压值，所述开关模块与所述电源选取单元相连，以接收所述电源选取单元选取出的最大电压值。

4.根据权利要求3所述的电源管理系统，其特征在于：所述电源输入端包括相互并联设置的多个电池组，所述电源选取单元用于选择出电压值最大的一个或多个电池组。

5.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于：所述MCU控制模块根据嵌入式远程控制唤醒模块、温度检测模块、感应模块、延时/定时控制模块、过流/过压保护模块、负载电流检测模块中的至少一种的信号控制驱动信号的输出。

6.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于：所述电源管理系统还包括连接开关模块与用电终端的DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块用于将开关模块输出的电压转换成适用于用电终端的电压。

7.一种电源管理方法，适用于权利要求1-6中任一项所述的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理方法主要包括以下步骤：

用电终端插入；

通过远程控制激活MCU控制模块，使MCU控制模块发出驱动信号给所述开关模块，同时所述电源输入模块为所述开关模块提供充电电压；

所述开关模块的驱动电路根据MCU控制模块发出的驱动信号控制所述MOS管开通或关断；

当MOS管开通时，充电电压经开关模块进入用电终端，为用电终端充电。

8.根据权利要求7所述的电源管理方法，其特征在于：所述开关模块与用电终端之间还连接有DC/DC转换模块，充电电压经所述开关模块进入所述DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块用于将开关模块输出的电压转换成适用于用电终端的电压。

9.根据权利要求7所述的电源管理方法，其特征在于：所述驱动电路包括直流驱动和方波驱动两种模式。

10.根据权利要求7所述的电源管理方法，其特征在于：所述驱动电路为PMOS驱动电路，所述MOS管为PMOS管。