CN110311429A - 低功耗电源管理系统及管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种低功耗电源管理系统，包括：供电终端，包括外接电源端口和可充电电池，外接电源端口用于连接外接电源；负载电路；开关电路，用于输出负载电路的开关信号；电路管理路径，外接电源供电路径、电池供电路径和电池充电路径；外接电源端口经外接电源供电路径向负载电路供电，可充电电池经电池供电路径向负载电路供电，外接电源端口经电池充电路径向可充电电池供电；MCU，与电路管理路径连接，用于接收开关信号和检测可充电电池内的存储电量，并控制外接电源供电路径、电池供电路径和充电路径的通断。本发明能够自动选择通电路径，在对负载电路供电的同时，保证可充电电池的有效充电，且降低电路中的静态功耗。

Description

低功耗电源管理系统及管理方法
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，具体涉及一种低功耗电源管理系统及管理方法。
背景技术
电路的通断通常是由开关控制，目前常用的开关主要有机械式开关和电子开关。对于连接一些设备和仪器的电路而言，采用机械式开关断开电路时，难以保存数据，从而容易导致信息丢失；而电子开关的使用则相对灵活，当电子开关识别到关机命令时，可由软件控制电路断开的时间，从而使得设备或仪器有足够时间保存数据。但电子开关的断开并不是完全断电，开关管中的漏电流会使得电路存在静态功耗，一些便携式移动设备中通常会配备电池，但若静态功耗过大，设备或仪器的内置电源使用时间或大大缩短，甚至导致无法开机。
发明内容
本发明提供了一种电源管理系统及管理方法，用于解决电源静态功耗过大，内置电源使用时间短的问题。
本发明的目的在于提供一种低功耗电源管理系统，包括：
供电终端，包括外接电源端口和可充电电池，所述外接电源端口用于连接外接电源；
负载电路；
开关电路，用于输出所述负载电路的开关信号；
电路管理路径，包括外接电源供电路径、电池供电路径和电池充电路径；所述外接电源端口经所述外接电源供电路径向所述负载电路供电，所述可充电电池经所述电池供电路径向所述负载电路供电，所述外接电源端口经所述电池充电路径向所述可充电电池供电；
MCU，与所述电路管理路径连接，用于接收所述开关信号和检测可充电电池内的存储电量，并控制所述外接电源供电路径、电池供电路径和充电路径的通断。
进一步地，还包括升压电路，所述升压电路的输入端与所述外接电源端口连接，用于升高外接电源的供电电压；所述MCU与所述升压电路连接，用于向升压电路输出PWM脉冲信号。
进一步地，还包括降压电路，所述降压电路的输出端与所述负载电路和MCU的VCC引脚连接，用于降低输入至所述负载电路和MCU的输入电压。
进一步地，所述降压电路包括依次连接的BUCK降压电路和LDO降压电路。
进一步地，所述外接电源供电电路包括第一供电路径和第二供电路径；所述第一供电路径包括二极管D1，所述二极管D1的阳极连接所述外接电源端口，阴极通过所述降压电路连接所述负载电路；所述第二供电电路包括PMOS管Q1，所述PMOS管Q1的源极连接所述升压电路的输出端，漏极通过所述降压电路连接所述负载电路；
所述开关电路包括共阴二极管D2、NMOS管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和按键开关SW1；所述共阴二极管D2的一个阳极依次通过按键开关SW1和电阻R1连接所述升压电路的输出端，且电阻R2接地和连接所述MCU的按键输入口，另一个阳极与MCU的I/O1引脚连接，阴极连接电阻R3后连接NMOS管Q2的栅极和电阻R4的一端；所述NMOS管Q2的源极与所述电阻R4的另一端连接后接地，其漏极连接电阻R5后，连接所述PMOS管Q1的栅极，且通过R6与连接所述PMOS管Q1的源极和升压电路的输出端。
进一步地，所述低功耗电源管理系统中还包括PMOS管Q4，所述降压电路和负载电路分别连接所述PMOS管Q4的源极和漏极，所述PMOS管Q4的栅极连接MCU的I/O2口。
进一步地，所述低功耗电源管理系统还包括PMOS管Q3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11；
所述PMOS管Q3的源极连接所述可充电电池，栅极连接所述MCU的DAC1引脚；其漏极通过电阻R7连接所述PMOS管Q1的源极，再从所述PMOS管Q1的漏极通过所述降压电路后连接负载电路，形成电池供电电路；其漏极通过所述电阻R7连接所述升压电路的输出端，形成电池充电电路；
所述电阻R7的两端分别连接MCU的ADC1、ADC2引脚；电阻R8和电阻R9组成分压电路，电阻R8一端连接升压电路的输出端，另一端连接所述MCU的ADC3引脚，且通过电阻R9接地；所述电阻R9和电阻R10组成分压电路，电阻R9一端连接可充电电池，另一端连接所述MCU的ADC4引脚，且通过电阻R11接地。
本发明的低功耗电源管理系统，能够根据外接电源连接情况和电池电量自动选择通电路径，在对负载电路供电的同时，能够保证可充电电池的有效充电，且降低电路中的静态功耗。
附图说明
图1是本发明第一实施例中低功耗电源管理系统的结构框图。
图2是本发明第一实施例中低功耗电源管理系统的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。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。
如图1所示，本发明第一实施例提供了一种低功耗电源管理系统，包括：
供电终端，包括外接电源端口和可充电电池，所述外接电源端口用于连接外接电源；
负载电路；
开关电路，用于输出所述负载电路的开关信号；
电路管理路径，包括外接电源供电路径、电池供电路径和电池充电路径；所述外接电源端口经所述外接电源供电路径向所述负载电路供电，所述可充电电池经所述电池供电路径向所述负载电路供电，所述外接电源端口经所述电池充电路径向所述可充电电池供电；
MCU，与所述电路管理路径连接，用于接收所述开关信号和检测可充电电池内的存储电量，并控制所述外接电源供电路径、电池供电路径和充电路径的通断。
本实施例能够根据外接电源连接情况和电池电量自动选择通电路径，在对负载电路供电的同时，能够保证可充电电池的有效充电，同时能够降低电路中的静态功耗。
进一步地，如图2所示，所述低功耗电源管理系统还包括升压电路，所述升压电路的输入端与所述外接电源端口连接，用于升高外接电源的供电电压；所述MCU与升压电路连接，向所述升压电路输出PWM脉冲信号。本方案通过调节电源输出电压，从而简单地实现通电路径的选择。
进一步地，所述低功耗电源管理系统还包括降压电路，所述降压电路的电压输出端分别与所述负载电路和MCU的VCC引脚连接，用于降低输入至所述负载电路的输入电压以及为所述MCU供电。本方案能够有效减小系统的功率损耗。
进一步地，所述降压电路包括从电流流入方向依次连接的BUCK降压电路和LDO降压电路。本方案中从降压电路输出的电压波纹小，系统功率损耗小。
进一步地，所述外接电源供电电路包括第一供电路径和第二供电路径；所述第一供电路径包括二极管D1，所述二极管D1的阳极连接所述外接电源端口，阴极通过所述降压电路连接所述负载电路；所述第二供电电路包括PMOS管Q1，所述PMOS管Q1的源极连接所述升压电路的输出端，漏极通过所述降压电路连接所述负载电路。
所述开关电路包括共阴二极管D2、NMOS管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和按键开关SW1；所述共阴二极管D2的一个阳极依次通过按键开关SW1和电阻R1连接所述升压电路的输出端，且通过电阻R2接地和连接所述MCU的按键输入口，另一个阳极与MCU的I/O1引脚连接，阴极连接电阻R3后连接NMOS管Q2的栅极和电阻R4的一端；所述NMOS管Q2的源极与所述电阻R4的另一端连接后接地，其漏极连接电阻R5后，连接所述PMOS管Q1的栅极，且通过R6连接所述PMOS管Q1的源极和升压电路的输出端。
需要说明的是，所述MCU可控制负载电路的通断。具体地，本实施例中，所述低功耗电源管理系统中还包括PMOS管Q4，所述降压电路和负载电路分别连接所述PMOS管Q4的源极和漏极，所述PMOS管Q4的栅极连接MCU的I/O2口。通过控制I/O2口的输出电压即可控制降压电路与负载电路之间的通断。
本方案提供的低功耗电源管理系统连接外接电源后，当开关电路未接通时，外接电源通过第一供电电路向MCU供电，MCU控制负载电路断开；当开关电路接通时，外接电源通过第二供电电路向MCU供电，MCU控制负载电路接通；由于PMOS管Q1的导通内阻通常为毫欧级，其导通压降远远小于二极管D1的导通压降，因此当开关电路接通时，采用第二供电电路供电能够较大程度地降低功率损耗。
进一步地，所述低功耗电源管理系统还包括PMOS管Q3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11；
所述PMOS管Q3的源极连接所述可充电电池，栅极连接所述MCU的DAC1引脚；其漏极通过电阻R7连接所述PMOS管Q1的源极，再从所述PMOS管Q1的漏极通过所述降压电路后连接负载电路，形成电池供电电路；其漏极通过所述电阻R7连接所述升压电路的输出端，形成电池充电电路；
所述电阻R7的两端分别连接MCU的ADC1、ADC2引脚；电阻R8和电阻R9组成分压电路，电阻R8一端连接升压电路的输出端，另一端连接所述MCU的ADC3引脚，且通过电阻R9接地；所述电阻R9和电阻R10组成分压电路，电阻R9一端连接可充电电池，另一端连接所述MCU的ADC4引脚，且通过电阻R11接地。
本方案提供的低功耗电源管理系统未连接外接电源、且开关电路未接通时，PMOS管Q1截止，二极管D1也截止，第一供电电路和第二供电电路不能向MCU和负载电路供电。此时PMOS管Q3内的寄生二极管导通，可充电电池内的电流到达PMOS管Q1的栅极，从而为MCU供电，MCU控制负载电路断开；当开关电路接通时，PMOS管Q1导通，二极管D1截止，电源通过PMOS管Q3内的寄生二极管、PMOS管Q1为MCU供电，进而通过MCU的DAC1引脚调节栅极电压，从而使PMOS管Q3接通，通过电池供电电路实现对负载电路供电。
当低功耗电源管理系统连接外接电源时，MCU通过ADC4引脚检测R10和R11的分压UADC4，即可获得可充电电池的电压Ubat= UADC4×（R10+R11）/R11。当电池电量不足时，控制PMOS管Q3导通，经电池充电电路对可充电电池充电；当电池电量充足时，控制PMOS管Q3截止，不对可充电电池充电。此外，通过MCU控制升压电路的PWM脉冲信号，增加升压电路的输出电压使其大于电池满充电压，即可使得PMOS管Q3内的寄生二极管反向截止，从而停止对可充电电池的充电。
通过在电阻R7的两端连接MCU的ADC1和ADC2引脚，可实时采样监测电阻R7两端的电压，获得电阻R7两端的实时压差，从而可以确定实时充电电流。根据该实时充电电流，可以通过调整PMOS管Q3的栅极电压大小选择恒流充电或恒压充电方式。
需要说明的是，本发明中，所述开关电路可以实现按键开关控制SW1和MCU软件控制通断。接通开关SW1后，升压电路的输出电压通过电阻R1、共阴二极管D2、电阻R3后到达NMOS管Q2的栅极，通过MCU控制NMOS管Q2的栅源电压，使NMOS管Q2和P MOS管Q1导通，从而向负载电路供电。MCU的按键接入口Key引脚检测到有效高电平，通过I/O1口输出高电平信号到共阴极二级管D2的阳极，硬件开关SW1松开后，NMOS管Q2仍保持接通状态，由软件信号来保持开关电路接通。当再次按下按键开关SW1时，MCU的按键接入口Key检测到有效高电平，MCU的I/O1口输出低电平，按键开关SW1松开后，共阴二极管D2的阴极为低电平，NMOS管Q2和PMOS管Q1截止，负载电路断开。
本方案通过连接电池供电电路，使得在不连接外接电源的情况下也能对负载电路进行供电，从而扩大了低功耗电源管理系统的应用范围；通过设置电池充电电路，能够及时为可充电电池补充电量，有效延长低功耗电源管理系统的工作和待机时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低功耗电源管理系统，其特征在于，包括：
供电终端，包括外接电源端口和可充电电池，所述外接电源端口用于连接外接电源；
负载电路；
开关电路，用于输出所述负载电路的开关信号；
电路管理路径，包括外接电源供电路径、电池供电路径和电池充电路径；所述外接电源端口经所述外接电源供电路径向所述负载电路供电，所述可充电电池经所述电池供电路径向所述负载电路供电，所述外接电源端口经所述电池充电路径向所述可充电电池供电；
MCU，与所述电路管理路径连接，用于接收所述开关信号和检测可充电电池内的存储电量，并控制所述外接电源供电路径、电池供电路径和充电路径的通断。
2.根据权利要求1所述的低功耗电源管理系统，其特征在于，还包括升压电路，所述升压电路的输入端与所述外接电源端口连接，用于升高外接电源的供电电压；所述MCU与所述升压电路连接，用于向升压电路输出PWM脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的低功耗电源管理系统，其特征在于，还包括降压电路，所述降压电路的输出端与所述负载电路和MCU的VCC引脚连接，用于降低输入至所述负载电路和MCU的输入电压。
4.根据权利要求3所述的低功耗电源管理系统，其特征在于，所述降压电路包括依次连接的BUCK降压电路和LDO降压电路。
5.根据权利要求3所述的低功耗电源管理系统，其特征在于，所述外接电源供电电路包括第一供电路径和第二供电路径；所述第一供电路径包括二极管D1，所述二极管D1的阳极连接所述外接电源端口，阴极通过所述降压电路连接所述负载电路；所述第二供电电路包括PMOS管Q1，所述PMOS管Q1的源极连接所述升压电路的输出端，漏极通过所述降压电路连接所述负载电路；
所述开关电路包括共阴二极管D2、NMOS管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和按键开关SW1；所述共阴二极管D2的一个阳极依次通过按键开关SW1和电阻R1连接所述升压电路的输出端，且电阻R2接地和连接所述MCU的按键输入口，另一个阳极与MCU的I/O1引脚连接，阴极连接电阻R3后连接NMOS管Q2的栅极和电阻R4的一端；所述NMOS管Q2的源极与所述电阻R4的另一端连接后接地，其漏极连接电阻R5后，连接所述PMOS管Q1的栅极，且通过R6与连接所述PMOS管Q1的源极和升压电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的低功耗电源管理系统，其特征在于，所述低功耗电源管理系统中还包括PMOS管Q4，所述降压电路和负载电路分别连接所述PMOS管Q4的源极和漏极，所述PMOS管Q4的栅极连接MCU的I/O2口。
7.根据权利要求6所述的低功耗电源管理系统，其特征在于，所述低功耗电源管理系统还包括PMOS管Q3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11；
所述PMOS管Q3的源极连接所述可充电电池，栅极连接所述MCU的DAC1引脚；其漏极通过电阻R7连接所述PMOS管Q1的源极，再从所述PMOS管Q1的漏极通过所述降压电路后连接负载电路，形成电池供电电路；其漏极通过所述电阻R7连接所述升压电路的输出端，形成电池充电电路；
所述电阻R7的两端分别连接MCU的ADC1、ADC2引脚；电阻R8和电阻R9组成分压电路，电阻R8一端连接升压电路的输出端，另一端连接所述MCU的ADC3引脚，且通过电阻R9接地；所述电阻R9和电阻R10组成分压电路，电阻R9一端连接可充电电池，另一端连接所述MCU的ADC4引脚，且通过电阻R11接地。
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