CN109510278A - 一种移动电源的充放电控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种移动电源的充放电控制方法，其特征在于，其中涉及的移动电源至少包含一个输出端口、一个控制芯片和锂电池，该输出端口是一个充电和放电兼容的输出端口，控制芯片实时检测输出端口电源和芯片的输出电流，以判断是否有外部充电器的插入，并控制移动电源在充电/放电模式中切换；本发明所涉及的移动电源充放电控制方法，在同一端口进行充放电也无需改变输出电压，也可以有效判断端口是否有充电器接入，并控制移动电源在充电和放电之间切换，并通过判断优先满足负载的充电需求，本方案可以改善原有技术间歇性调整输出电压的缺陷，使得移动电源系统工作过程电源更稳定。
Description
【技术领域】
本发明涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及锂电池管理或者移动电源管理控制方法。
【背景技术】
一般来说移动电源是为移动通讯工具或者小型随身智能处理器等提供供电的电源设备，现有的移动电源都是同口进行充电和放电的管理方式，将移动电源的充电和放电端口集成在一个端口上（如附图1）。为了有效识别是否有充电器接入并控制移动电源系统处于充电或者放电模式，就需要在集成电路的输出端口输出脉冲方波（如附图2），该脉冲方波有周期性联系的低电平区域（Vlow）和高电平区域（Vhigh）构成。在低电平区域时，实时检测输出端口的电压值，此时若输出端口维持低电平区域的低电压不变，则判断为输出端口外部无充电器，若输出端口在低电平区域全部或者某个时刻变高，则判断为输出端口有充电器接入。
现有技术方案虽然能够通过实时检测输出端口的电压值来判断是否有充电器接入，但是由于低电平区域的输出电压会变低，且是周期性循环出现，这种方式会对手机负载造成兼容性问题，例如，有些手机用移动电源充电时，如果输出电压较低，手机可能会停止充电，而且电平区域输出电压的变化，也会导致移动电源的电池输出电流峰值也会变化，导致更多的系统干扰和过大的电流峰值。
【发明内容】
本发明针对以上情况提出了一种针对同口充放电的移动电源控制方法，该控制方法能够避免通过检测输出电压来判断是否有充电器接入，而发生误判终止充电，能够有效而正确地识别需要进行的状态，准确完成充放电过程。
本发明所涉及的一种移动电源的充放电控制方法，其特征在于，其中涉及的移动电源至少包含一个输出端口、一个控制芯片和锂电池，该输出端口是一个充电和放电兼容的输出端口，控制芯片实时检测输出端口电源和芯片的输出电流，以判断是否有外部充电器的插入，并控制移动电源在充电/放电模式中切换；
移动电源控制芯片包含端口电压采样单元、移动电源控制单元、电池电流采样单元、衬底切换单元、P型金属氧化物半导体场效应管开关（简称PMOS开关）、N型金属氧化物半导体场效应管开关（简称NMOS开关）。其中移动电源控制单元控制PMOS和NMOS开关组成同步整流电路，通过不同的控制模式，在对移动电源充电时，芯片工作在降压模式，外部充电器对移动电源充电；在移动电源对手机等负载放电时，芯片工作在升压模式，移动电源将锂电池的电压转换成USB端口的标准5v电压；在不充电也不放电的状态下，移动电源进入待机模式。
其中端口电压采样单元采样输出端口OUT的电压，端口电压采样单元与移动电源控制单元相连，移动电源控制单元与功率PMOS开关和功率NMOS开关的栅极相连，并配合外部电感组成DC/DC升压或降压电路。功率PMOS的源漏端分别连接OUT端口和SW端口，功率NMOS的漏源两端分别连接SW和地。衬底切换单元连接功率PMOS的衬底和源漏端，根据不同的工作状态自动选择将衬底电压接到PMOS的源端或漏端。电池电流采样单元连接功率NMOS的源漏两端来采样NMOS电流，并且电池电流采样单元还与移动电源控制单元相连。
输出端口OUT既是移动电源的输出端口，也是移动电源的充电输入端口。当有充电器接入时，端口电压采样单元采样到的充电端口电压并将信号传送到移动电源控制单元，衬底切换电路将PMOS的沉底电压切换成OUT端口电压。移动电源控制单元控制PMOS打开、NMOS关闭，此时电流从充电器通过OUT端口经过PMOS管流入电感储能，然后PMOS关闭、NMOS打开，NMOS为电感提供续流通路，此时移动电源控制芯片控制两个功率管组成DC/DC降压电路。
当有负载接入输出端口OUT时，端口电压采样单元判断负载接入，并将采样到的充电端口电压并将信号传送到移动电源控制单元，移动电源控制单元控制NMOS打开、PMOS关闭，此时电流从锂电池通过电感储能，电流流入SW端口并经过NMOS管形成放电回路，然后NMOS关闭、PMOS打开，PMOS为电感提供续流通路并向OUT端口放电，此时移动电源控制芯片控制两个功率管组成DC/DC升压电路。衬底切换电路将根据OUT和SW的电压高低来控制PMOS的衬底电压在OUT和SW端口电压之间转换
具体判断逻辑包括以下步骤：
一、在待机模式下，升压模式关闭，输出端口输出电压接近锂电池电压，当有充电器接入时，输出端口电压升高，移动电源进入充电状态；
二、在移动电源的充电状态下，如果有负载接入，充电器在给移动电源充电的同时向负载放电；如果充电器提供的电流无法满足负载的供电需求，充电器的输出电压会下降，移动电源可根据输出端口电压下降到充电器欠压门限以下时，判断充电器的负载能力不足，从而退出充电状态，并进入放电状态启动升压输出，此时充电器和移动电源同时向负载放电；
三、在充电器接入且移动电源处在放电状态下时，升压输出功能打开，同时检测电池的输出电流；当充电器电压高于输出端口升压输出电压时，移动电源输出电流会减小，表示充电器提供的电流可以满足负载的供电需求；
四、当移动电源的输出电流减小到放电截止电流时，移动电源停止放电关闭升压输出并进入待机模式，在待机模式下检测到输出端口电压Vout仍然高于输出端口充电器检测门限时，则判断充电器已接入，系统进入充电模式，在待机模式下检测到Vout低于负载检测电压时，则判断负载没有被移除，系统维持待机模式；
五、在充电器接入且移动电源处在放电状态下时，升压输出功能打开，如果此时充电器的实际输出电压设置低于移动电源的输出电压，则移动电源无法有效监测到充电器电压，此时移动电源仍处于放电模式，移动电源通过判断放电电流判断是否完成放电。
其中，当充电器接入时，但充电器的带载能力不满足负载的需求时，移动电源处于放电模式，优先向负载放电，当负载电流小于充电器的带载能力时，移动电源处于充电模式，充电器同时向负载放电并给移动电源充电。
本发明所涉及的移动电源充放电控制方法，在同一端口进行充放电也无需改变输出电压，也可以有效判断端口是否有充电器接入，并控制移动电源在充电和放电之间切换，并通过判断优先满足负载的充电需求，本方案可以改善原有技术间歇性调整输出电压的缺陷，使得移动电源系统工作过程电源更稳定。
【附图说明】
图1是本发明背景技术中所提到的传统的移动电源同口控制方式的示意图；
图2是本发明背景技术中所提到的传统方法的信号检测示意图；
图3是本发明所涉及的一种移动电源充放电控制方法的方案图；
【具体实施方式】
下面将结合本发明附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明。
本发明所涉及的一种移动电源的充放电控制方法，其特征在于，其中涉及的移动电源至少包含一个输出端口、一个移动电源控制芯片和锂电池，该输出端口是一个充电和放电兼容的输出端口，控制芯片实时检测输出端口电源和芯片的输出电流，以判断是否有外部充电器的插入，并控制移动电源在充电/放电模式中切换；
移动电源控制芯片包含端口电压采样单元、移动电源控制单元、电池电流采样单元、衬底切换单元、PMOS开关、NMOS开关。其中移动电源控制单元控制PMOS和NMOS开关组成同步整流电路，通过不同的控制模式，在对移动电源充电时，芯片工作在降压模式，外部充电器对移动电源充电；在移动电源对手机等负载放电时，芯片工作在升压模式，移动电源将锂电池的电压转换成USB端口的标准5v电压；在不充电也不放电的状态下，移动电源进入待机模式。
其中端口电压采样单元采样输出端口OUT的电压，端口电压采样单元与移动电源控制单元相连，移动电源控制单元与功率PMOS开关和功率NMOS开关的栅极相连，并配合外部电感组成DC/DC升压或降压电路。功率PMOS的源漏端分别连接OUT端口和SW端口，功率NMOS的漏源两端分别连接SW和地。衬底切换单元连接功率PMOS的衬底和源漏端，根据不同的工作状态自动选择将衬底电压接到PMOS的源端或漏端。电池电流采样单元连接功率NMOS的源漏两端来采样NMOS电流，并且电池电流采样单元还与移动电源控制单元相连。
输出端口OUT既是移动电源的输出端口，也是移动电源的充电输入端口。当有充电器接入时，端口电压采样单元采样到的充电端口电压并将信号传送到移动电源控制单元，衬底切换电路将PMOS的沉底电压切换成OUT端口电压。移动电源控制单元控制PMOS打开、NMOS关闭，此时电流从充电器通过OUT端口经过PMOS管流入电感储能，然后PMOS关闭、NMOS打开，NMOS为电感提供续流通路，此时移动电源控制芯片控制两个功率管组成DC/DC降压电路。
当有负载接入输出端口OUT时，端口电压采样单元判断负载接入，并将采样到的充电端口电压并将信号传送到移动电源控制单元，移动电源控制单元控制NMOS打开、PMOS关闭，此时电流从锂电池通过电感储能，电流流入SW端口并经过NMOS管形成放电回路，然后NMOS关闭、PMOS打开，PMOS为电感提供续流通路并向OUT端口放电，此时移动电源控制芯片控制两个功率管组成DC/DC升压电路。衬底切换电路将根据OUT和SW的电压高低来控制PMOS的衬底电压在OUT和SW端口电压之间转换
具体判断逻辑包括以下步骤：
一、在待机模式下，升压模式关闭，输出端口输出电压接近锂电池电压，当有充电器接入时，输出端口电压升高，移动电源进入充电状态；
二、在移动电源的充电状态下，如果有负载接入，充电器在给移动电源充电的同时向负载放电；如果充电器提供的电流无法满足负载的供电需求，充电器的输出电压会下降，移动电源可根据输出端口电压下降到充电器欠压门限以下时，判断充电器的负载能力不足，从而退出充电状态，并进入放电状态启动升压输出，此时充电器和移动电源同时向负载放电；
三、在充电器接入且移动电源处在放电状态下时，升压输出功能打开，同时检测锂电池的输出电流；当充电器电压高于输出端口升压输出电压时，移动电源输出电流会减小，表示充电器提供的电流可以满足负载的供电需求；
四、当移动电源的输出电流减小到放电截止电流时，移动电源停止放电，关闭升压输出并进入待机模式，在待机模式下检测到输出端口电压Vout仍然高于输出端口充电器检测门限时，则判断充电器已接入，系统进入充电模式，在待机模式下检测到Vout低于负载检测电压时，则判断负载没有被移除，系统维持待机模式；
五、在充电器接入且移动电源处在放电状态下时，升压输出功能打开，如果此时充电器的实际输出电压设置低于移动电源的输出电压，则移动电源无法有效监测到充电器电压，此时移动电源仍处于放电模式，移动电源通过判断放电电流判断是否完成放电。
其中，当充电器接入时，但充电器的带载能力不满足负载的需求时，移动电源处于放电模式，优先向负载放电，当负载电流小于充电器的带载能力时，移动电源处于充电模式，充电器同时向负载放电并给移动电源充电。
本发明所涉及的移动电源充放电控制方法，在同一端口进行充放电也无需改变输出电压，也可以有效判断端口是否有充电器接入，并控制移动电源在充电和放电之间切换，并通过判断优先满足负载的充电需求，本方案可以改善原有技术间歇性调整输出电压的缺陷，使得移动电源系统工作过程电源更稳定。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种移动电源的充放电控制方法，其特征在于，其中涉及的移动电源至少包含一个输出端口、一个移动电源控制芯片和锂电池，该输出端口是一个充电和放电兼容的输出端口，控制芯片实时检测输出端口电源和芯片的输出电流，以判断是否有外部充电器的插入，并控制移动电源在充电/放电模式中切换；
移动电源控制芯片包含端口电压采样单元、移动电源控制单元、电池电流采样单元、衬底切换单元、P型金属氧化物半导体场效应管开关（简称PMOS开关）和N型金属氧化物半导体场效应管开关（简称NMOS开关）；其中移动电源控制单元控制PMOS和NMOS开关组成同步整流电路，通过不同的控制模式，在对移动电源充电时，移动电源控制芯片工作在降压模式，外部充电器对移动电源充电；在移动电源对手机等负载放电时，移动电源控制芯片工作在升压模式，移动电源将锂电池的电压转换成USB端口的标准5v电压；在不充电也不放电的状态下，移动电源进入待机模式；
具体判断逻辑包括以下步骤：
一、在待机模式下，升压模式关闭，输出端口输出电压接近锂电池电压，当有充电器接入时，输出端口电压升高，移动电源进入充电状态；
二、在移动电源的充电状态下，如果有负载接入，充电器在给移动电源充电的同时向负载放电；如果充电器提供的电流无法满足负载的供电需求，充电器的输出电压会下降，移动电源可根据输出端口电压下降到充电器欠压门限以下时，判断充电器的负载能力不足，从而退出充电状态，并进入放电状态启动升压输出，此时充电器和移动电源同时向负载放电；
三、在充电器接入且移动电源处在放电状态下时，升压输出功能打开，同时检测电池的输出电流；当充电器电压高于输出端口升压输出电压时，移动电源输出电流会减小，表示充电器提供的电流可以满足负载的供电需求；
四、当移动电源的输出电流减小到放电截止电流时，移动电源停止放电关闭升压输出并进入待机模式，在待机模式下检测到输出端口电压Vout仍然高于输出端口充电器检测门限时，则判断充电器已接入，系统进入充电模式，在待机模式下检测到Vout低于负载检测电压时，则判断负载没有被移除，系统维持待机模式；
五、在充电器接入且移动电源处在放电状态下时，升压输出功能打开，如果此时充电器的实际输出电压设置低于移动电源的输出电压，则移动电源无法有效监测到充电器电压，此时移动电源仍处于放电模式，移动电源通过判断放电电流判断是否完成放电。
2.根据权利要求1所述一种移动电源的充放电控制方法，其特征在于，其中，当充电器接入时，但充电器的带载能力不满足负载的需求时，移动电源处于放电模式，优先向负载放电，当负载电流小于充电器的带载能力时，移动电源处于充电模式，充电器同时向负载放电并给移动电源充电。
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