CN110768236B - 双电源管理装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种双电源管理装置，属于电源管理技术领域。本申请实施例提供的装置，可以通过充电管理模块对其中一个电源模块进行充电管理，可以通过直流转直流电源模块和控制模块实现对另一个电源模块的输出电压的调整，通过双电流控制模块来根据两个电源模块提供的电压之间的关系来确定该装置的输出电压，实现了对两个电源模块提供的电压的切换管理，且直流转直流电源模块、控制模块、充电管理模块等，均与双电源控制模块分离设置，而并未集成在一个芯片内，该装置在工作时的散热效果则会比较好，各个模块也容易更换，成本较低，且控制模块和双电源控制模块可以调整输出电压，实现了功率等级的可调整性，设计灵活，适用性好。

Description

双电源管理装置
技术领域
本申请涉及电源管理技术领域，特别涉及一种双电源管理装置。
背景技术
在电力系统中，为了保证系统中的设备能够稳定运行，都配有两种电源给设备供电，分别是外接电源和电池，经常出现边充电边工作的情况。
目前，如图1所示，双电流管理装置通常是包括两个电源以及带有旁路功能的充电集成电路芯片(Integrated Circuit Chip，IC)，其中，两个电源并联，两个电源分别与该充电IC的两个输入端连接。
需要说明的是，该充电IC中电源管理单元包含了直流转直流DCDC电源以及切换开关金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管，二者均集成在充电IC芯片内部，在工作时该芯片的散热效果差，且该芯片一旦选定，功率等级即固定，设计不灵活，且不易更换，成本高，适用性差。
发明内容
本申请实施例提供了一种双电源管理装置，可以解决相关技术中散热效果差、设计不灵活、不易更换、成本高和适用性差的问题。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种双电源管理装置，所述双电源管理装置包括第一电源模块、第二电源模块、充电管理模块、控制模块、直流转直流电源模块以及双电源控制模块：
所述第一电源模块和所述第二电源模块并联；
所述充电管理模块的两端分别连接有所述第一电源模块和所述第二电源模块，用于对所述第二电源模块进行充电管理；
所述第一电源模块与所述直流转直流电源模块的输入端连接；
所述控制模块的输出端、所述直流转直流电源模块的输出电压反馈脚以及所述直流转直流电源模块的输出端并联，所述控制模块用于根据所述控制模块的输出电压控制所述直流转直流电源模块的输出电压；
所述双电源控制模块的两个输入端分别连接有所述直流转直流电源的输出端以及所述第二电源模块，用于根据所述两个输入端的输入电压之间的关系，确定所述双电源管理装置的输出电压。
本申请实施例提供的装置，可以通过充电管理模块对其中一个电源模块进行充电管理，可以通过直流转直流电源模块和控制模块实现对另一个电源模块的输出电压的调整，通过双电流控制模块来根据两个电源模块提供的电压之间的关系来确定该装置的输出电压，实现了对两个电源模块提供的电压的切换管理，且直流转直流电源模块、控制模块、充电管理模块等，均与双电源控制模块分离设置，而并未集成在一个芯片内，该装置在工作时的散热效果则会比较好，各个模块也容易更换，成本较低，且控制模块和双电源控制模块可以调整输出电压，实现了功率等级的可调整性，设计灵活，适用性好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是相关技术提供的一种双电流管理装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种双电源管理装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种双电源管理装置的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种双电源管理模块的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种双电源管理装置的测试结果示意图；
图6是本申请实施例提供的一种双电源管理装置的供电测试结果示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图2是本申请实施例提供的一种双电源管理装置的结构示意图，参见图2，该双电源管理装置包括第一电源模块、第二电源模块、充电管理模块、控制模块、直流转直流电源模块以及双电源控制模块；
该第一电源模块和该第二电源模块并联；
该充电管理模块的两端分别连接有该第一电源模块和该第二电源模块，用于对该第二电源模块进行充电管理；
该第一电源模块与该直流转直流电源模块的输入端连接；
该控制模块的输出端、该直流转直流电源模块的输出电压反馈脚以及该直流转直流电源模块的输出端并联，该控制模块用于根据该控制模块的输出电压控制该直流转直流电源模块的输出电压；
该双电源控制模块的两个输入端分别连接有该直流转直流电源的输出端以及该第二电源模块，用于根据该两个输入端的输入电压之间的关系，确定该双电源管理装置的输出电压。
本申请实施例提供的装置，可以通过充电管理模块对其中一个电源模块进行充电管理，可以通过直流转直流电源模块和控制模块实现对另一个电源模块的输出电压的调整，通过双电流控制模块来根据两个电源模块提供的电压之间的关系来确定该装置的输出电压，实现了对两个电源模块提供的电压的切换管理，且直流转直流电源模块、控制模块、充电管理模块等，均与双电源控制模块分离设置，而并未集成在一个芯片内，该装置在工作时的散热效果则会比较好，各个模块也容易更换，成本较低，且控制模块和双电源控制模块可以调整输出电压，实现了功率等级的可调整性，设计灵活，适用性好。
其中，两个电源模块并联，可以使用两个电源模块中任一个电源模块为设备供电，也可以同时使用两个电源模块为设备进行供电。在一种可能实现方式中，该第一电源模块可以为外接电源，第二电源模块可以为内置的电池，当然，该电源模块还可以为其他形式的电源，例如，振荡电路，该振荡电路可以产生电流，以供给设备电量，本申请实施例对此不作限定。
该充电管理模块连接了两个电源模块，其中，第二电源模块的输入电流或输出电流、第一电源模块的输出电流以及第一电源模块流向双电源控制模块的电流之间可以具有一定的关系，该充电管理模块可以根据第一电源模块的输出电流、输出电压、该第二电源模块的电压、电流、电量或温度等任一项或多项信息，分析需要如何对第一电源模块的电压或电流等进行调整，实现对该第一电源模块的充电管理。
该控制模块的输出端、该直流转直流电源模块的输出电压反馈脚以及该直流转直流电源模块的输出端三者并联，直流转直流电源模块的输出电压反馈脚的电压稳定，该关联点可以通过一个电阻接地，则此处各端的电流则可以具有一定的换算关系，在一种可能实现方式中，流经该电阻的电流可以为该控制模块的输出端的电流1与直流转直流电源模块的输出端的电流2之和。通过此处的电流关系，该控制模块的输出电压不同时，该直流转直流电源模块的输出电压则可以不同，从而输入到双电源控制模块的电压也即不同，也就实现了该控制模块用于根据该控制模块的输出电压控制该直流转直流电源模块的输出电压的过程。
在一种可能实现方式中，该控制模块的输出端通过第一电阻、该直流转直流电源模块的输出端通过第二电阻与该直流转直流电源模块的输出电压反馈脚连接在一起，连接的位置通过第三电阻接地。该第一电阻、第二电阻以及第三电阻的电阻值可以由相关技术人员根据需求进行设置或调整，例如，设置时也可根据第一电源模块的输出电压以及控制模块的输出电压确定，本申请实施例对此不作限定。
例如，在一个具体示例中，以该第一电源模块为外接电源，第二电源模块为电池为例，该双电源管理装置的结构可以如图3所示，其中，U1芯片即为直流转直流(DirectCurrent/Direct Current,DCDC)电源模块，U2芯片为微控制单元(Micro controllerUnit，MCU)，也即是控制模块，U1的反馈(Feed Back，FB)脚、U2的输出端通过电阻R3以及U1的输出端通过电阻R2连接在一起，连接点通过电阻R1接地。
在一种可能实现方式中，该控制模块的输出电压在目标电压范围内可调。其中，该目标电压范围可以由相关技术人员根据需求进行设置，也即是，该控制模块可以由相关技术人员根据需求进行选定，本申请实施例对此不作限定。例如，该目标电压范围可以为0～3.3伏特(V)。
例如，下面提供一个具体示例，本申请中的数值均为一种示例性说明，不对本申请造成限定。如图3所示，该双电源管理装置可以为一个电路，该电路中有两路电源可给系统供电，第一路是USB_VBUS，这是外部输入电源，也即是上述第一电源模块，通过U1芯片DCDC转换成USB_IN给系统供电，VBUS线是主机(HOST/HUB)向通用串行总线(Universal SerialBus，USB)设备供电的电源线。另外一路电源是电池，也即是上述第二电源模块，其输出为BAT_IN，BAT为电池(Battery)，IN为输入。以目标电压范围可以为0～3.3V为例，芯片U1的FB引脚电压VFB最终会稳定在1.25V。
根据电路原理，可以得到下述公式一：
公式一：I1＝I2+I3
该三个电流又可以分别由以下三个公式表示：
公式二：
公式三：
公式四：
通过上面公式一至公式四，可以推出下述公式五：
公式五：
从公式五中，可以得知，USB_IN电压值与VDAC成反比，也即是，VDAC越小，USB_IN越大；VDAC越大，USB_IN越小。
当VDAC＝0时，USB_IN取最大值
当VDAC＝3.3V时，USB_IN取得最小值
上述公式中，I用于表示电流，R用于表示电阻，V用于表示电压，1、2、3均为下标，以区分多个物理量。
在一种可能实现方式中，该控制模块与该充电管理模块通过集成电路总线连接，该集成电路总线用于传输该第二电源模块的运行状态情况，该控制模块具有数字模拟转换(Digital to Analog Converter，DAC)功能，用于根据该第二电源模块的运行状态情况调整该控制模块的输出电压。
其中，该第二电源模块的运行状态情况包括该第二电源模块的输出电压、电量或温度中的至少一种。
例如，如图3所示，该U2芯片MCU可以通过集成电路总线(Inter-IntegratedCircuit，IIC)与充电管理模块(Charge IC)连接，读取该充电管理模块中电池(第二电源管理模块)的电压、电量或温度等信息。当该第二电源模块的温度大于温度阈值时，控制模块可以控制降低输出电压，从而增大直流转直流电源模块的输出电压，这样在后续双电源控制模块根据两个电源模块的输出电压进行切换控制时，更偏向于输出第一电源模块，而不输出或降低第二电源模块的输出电压的占比，从而降低第二电源模块的负荷，从而对第二电源模块实现保护管理。
对于双电源控制模块，该双电源控制模块的两个输入端分别连接有该直流转直流电源的输出端以及该第二电源模块，用于根据该两个输入端的输入电压之间的关系，确定该双电源管理装置的输出电压。通过该双电源控制模块，可以控制仅通过第一电源模块供电、或仅通过第二电源模块供电、或同时通过两个电源模块供电等多种情况。另外，在二者同时供电时，还可以控制二者提供电量的占比。
在一种可能实现方式中，该双电源控制模块中包括并联的两个电源控制子模块，该两个电源控制子模块分别用于控制是否输出该双电源控制模块的一个输入端的输入电压。例如，该双电源控制模块中包括第一电源控制子模块和第二电源控制子模块，第一电源控制子模块用于控制第一电源模块对应的输入端的输入电压是否需要输出。第二电源控制子模块用于控制第二电源模块对应的输入端的输入电压是否需要输出。
在一个具体的可能实施例中，每个电源控制子模块的两个输入端分别连接有该双电源控制模块的两个输入端，每个电源控制子模块用于根据该双电源控制模块的两个输入端的输入电压之间的关系，确定是否输出该电源控制子模块所对应的该双电源控制模块的一个输入端的输入电压。
例如，第一电源控制子模块用于控制第一电源模块对应的输入端的输入电压是否需要输出。当两个输入端的输入电压的大小关系符合条件，则输出该输入电压，如果不符合，则不输出。在此仅为一种示例性说明，本申请实施例对此不作限定。
在一种可能实现方式中，该两个电源控制子模块的结构相同，两个电源控制子模块的两个输入端分别与该双电源控制模块的两个输入端的连接关系相反。
例如，该电源控制模块的结构可以如图4所示，图4为一个具体示例，在该具体示例中，第一电源模块为外接电源，第二电源模块为电池，该双电源管理装置可以为一个电路，该电路中有两路电源可给系统供电，第一路是USB_VBUS，这是外部输入电源，通过U1芯片DCDC转换成USB_IN给系统供电，另外一路电源是电池，其输出为BAT_IN。两路电源USB_IN和BAT_IN同时接入MI模块(双电源控制模块)，在本具体示例中，也可以称之为双电源切换逻辑电路。在该双电源切换逻辑电路中包括两个电源通路，第一电源通路包括如下器件：R1,D1,R2,Q1,R3,Q2,C1。第二电源通路包括如下器件：R4,D2,R5,Q3,R6,Q4,C2。其中，R用于表示电阻，D用于表示二极管，Q用于表示三极管或金属氧化物半导体(Metal OxideSemiconductor，MOS)管，C用于表示电容。两路电源经过Q2和Q4两个功率正信道金属氧化物半导体(Positive Channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)管后并联在一起。该两个电源通路即为上述两个电源控制子模块。两个电源通路的结构相同，但第一电源通路和第二电源通路的输入端的输入电压不同，正好相反。第一电源通路用于控制是否输出USB_IN，第二电源通路用于控制是否输出BAT_IN。
对于电源控制子模块的结构，在一种可能实现方式中，该每个电源控制子模块包括第一开关单元、第一输入端和第二输入端，该第一输入端与该电源控制子模块所对应的该双电源控制模块的一个输入端连接，该第二输入端用于与该双电源控制模块的另一个输入端。该第一开关单元的两端分别与该第一输入端和该双电源控制模块的输出端连接，用于控制是否输出该第一输入端的输入电压。
例如，如图4所示，对于第一电源通路，第一开关单元即为Q2,Q2的开关状态用于控制USB_IN的输出。对于第二电源通路，第一开关单元即为Q4，Q4的开关状态用于控制BAT_IN的输出。
在一种可能实现方式中，上述输入电压是否输出可以由两个输入电压之间的关系确定，则该每个电源控制子模块还包括第二开关单元，其中，该第二开关单元的三个端口分别与该第二输入端、该第一输入端以及该第一开关单元连接。该第二开关单元用于根据该第一输入端以及该第二输入端的输入电压之间的关系，控制该第一开关单元的开关状态。
在一个具体的可能示例中，该第一开关单元为三极管，该第二开关单元为PMOS管，该三极管的基极与该第一输入端连接，发射极与该第二输入端连接，集电极与该PMOS管的栅极连接。当然，两种开关单元还可以采用其他器件实现，本申请实施例对此不作限定。
在一个具体的可能示例中，当该第一输入端的输入电压与该第二输入端的输入电压的差值大于或等于目标数值时，该第一开关单元处于开启状态；或，当该差值小于该目标数值时，该第一开关单元处于闭合状态。
该目标数值可以由相关技术人员根据需求进行设置，设置方式可以通过配置上述第一开关单元和第二开关单元的相关器件的规格或参数实现，本申请实施例对此不作限定。
在一个具体的可能示例中，该每个电源控制子模块还包括二极管，该二极管的阳极与该第一输入端连接，阴极通过该第二开关单元与该第二输入端连接，用于防止该第一输入端的输入电压为零时该第二输入端的输入电压倒灌的情况。
例如，如图4所示，对第一路电源通路可以分析如下：Q2为功率PMOS管，是电源通路的切换开关；Q1为PNP三极管，用于控制Q2的打开和关闭。D1为二极管，为了防止BAT_IN通过Q1的发射级--基级PN结倒灌给USB_IN(当外部电源没有输入时，此时USB_IN没有输出)。USB_IN经过二极管后，Q1的基级电压大概为USB_IN-0.56,Q1的发射级为BAT_IN，如果Q1的发射级电压-Q1的基级电压大于0.6～0.7V左右时，Q1便会导通，即(BAT_IN-USB_IN)大于(0.04～0.14)时，Q1便会导通，从而BAT_IN通过Q1将电压加到Q2的G级，从而关闭Q2。该过程经过实际测试，发现：当BAT_IN-USB_IN大于0.06V时便会关闭Q2，当BAT_IN-USB_IN小于0.06V时，Q1截至，Q2的G级电压被R3下拉到电线接地端(Ground，GND)，Q2打开。当然，第二路电源通路的分析过程同理，在此不多做赘述。也即是，USB_IN-BAT_IN大于0.06V时关闭Q4，USB_IN-BAT_IN小于0.06V，开启Q4。另外，在图4中还有标志各个物理量的具体取值，在此仅为一种示例，并不对本申请的实际应用造成限定，实验数据可以如图5和图6所示。通过上述分析可以得到如下结论：
(1)双电源同时在位时，且二者电压相差小于0.06V时，两路电源同时供电。
(2)双电源同时在位时，如果其中一路电源比另外一路电源大0.06V以上，那么此时电压低的电源停止对系统供电，系统完全由电压高的电源供电。
(3)当只有一个电源在位时，系统由该电源单独供电，且不在位的电源电压低于10毫伏(mv)(另外一个电源漏电灌过来的电压)。
在上述示例中，可以通过选择不同功率等级的PMOS管、DCDC芯片，相对相关技术中CHARGE IC最大输出功率确定，不同功率等级的充电IC类型少，不方便选型，设计不灵活进行管理的方式，有很多不同功率等级的芯片可选择，来实现不同功率等级的输出，因而，可灵活设计，适用性好。在大功率输出时，由于采用了分离器件，相对芯片集成来说，容易实现散热处理，因此可以实现比芯片集成方案更大的功率输出。
需要说明的是，上述控制模块(例如MCU)可以根据获取的电池电压、电量、温度信息来决定自身的输出电压，通过改变输出电压，就可以调整第一电源模块通过直流转直流电源模块后输出的输出电压，从而改变两个电源模块的供电分配关系。且该控制模块与双电流管理模块分离设置，并未集成在一起，因而，如果应用场景不同，还可以根据不同的应用场景，可以对MCU进行编程，实现不同的控制策略，以满足该应用场景下的需求，上述装置的适用性强。
本申请实施例提供的装置，可以通过充电管理模块对其中一个电源模块进行充电管理，可以通过直流转直流电源模块和控制模块实现对另一个电源模块的输出电压的调整，通过双电流控制模块来根据两个电源模块提供的电压之间的关系来确定该装置的输出电压，实现了对两个电源模块提供的电压的切换管理，且直流转直流电源模块、控制模块、充电管理模块等，均与双电源控制模块分离设置，而并未集成在一个芯片内，该装置在工作时的散热效果则会比较好，各个模块也容易更换，成本较低，且控制模块和双电源控制模块可以调整输出电压，实现了功率等级的可调整性，设计灵活，适用性好。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。
上述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双电源管理装置，其特征在于，所述双电源管理装置包括第一电源模块、第二电源模块、充电管理模块、控制模块、直流转直流电源模块以及双电源控制模块；
所述第一电源模块和所述第二电源模块并联；
所述充电管理模块的两端分别连接有所述第一电源模块和所述第二电源模块，用于对所述第二电源模块进行充电管理；
所述第一电源模块与所述直流转直流电源模块的输入端连接；
所述控制模块的输出端、所述直流转直流电源模块的输出电压反馈脚以及所述直流转直流电源模块的输出端并联，所述控制模块用于根据所述控制模块的输出电压控制所述直流转直流电源模块的输出电压；所述控制模块与所述充电管理模块通过集成电路总线连接，所述集成电路总线用于传输所述第二电源模块的运行状态情况；所述控制模块具有数字模拟转换DAC功能，用于根据所述第二电源模块的运行状态情况调整所述控制模块的输出电压，所述控制模块的输出电压在目标电压范围内可调，所述运行状态情况包括所述第二电源模块的输出电压、电量或温度中至少一种；
所述双电源控制模块的两个输入端分别连接有所述直流转直流电源的输出端以及所述第二电源模块，用于根据所述两个输入端的输入电压之间的关系，确定所述双电源管理装置的输出电压；所述双电源控制模块用于控制通过所述第一电源模块供电、或通过所述第二电源模块供电、或同时通过两个电源模块供电，其中，在两个电源模块同时供电时，所述双电源控制模块还用于控制两个电源模块提供的电量的占比；所述双电源控制模块中包括并联的两个电源控制子模块，所述两个电源控制子模块分别用于控制是否输出所述双电源控制模块的一个输入端的输入电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块的输出端通过第一电阻、所述直流转直流电源模块的输出端通过第二电阻与所述直流转直流电源模块的输出电压反馈脚连接在一起，连接的位置通过第三电阻接地。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个电源控制子模块的两个输入端分别连接有所述双电源控制模块的两个输入端，每个电源控制子模块用于根据所述双电源控制模块的两个输入端的输入电压之间的关系，确定是否输出所述电源控制子模块所对应的所述双电源控制模块的一个输入端的输入电压。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述两个电源控制子模块的结构相同，两个电源控制子模块的两个输入端分别与所述双电源控制模块的两个输入端的连接关系相反。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述每个电源控制子模块包括第一开关单元、第一输入端和第二输入端；
所述第一输入端与所述电源控制子模块所对应的所述双电源控制模块的一个输入端连接；
所述第二输入端用于与所述双电源控制模块的另一个输入端；
所述第一开关单元的两端分别与所述第一输入端和所述双电源控制模块的输出端连接，用于控制是否输出所述第一输入端的输入电压。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述每个电源控制子模块还包括第二开关单元，所述第二开关单元的三个端口分别与所述第二输入端、所述第一输入端以及所述第一开关单元连接，所述第二开关单元用于根据所述第一输入端以及所述第二输入端的输入电压之间的关系，控制所述第一开关单元的开关状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一开关单元为三极管，所述第二开关单元为正信道金属氧化物半导体PMOS管，所述三极管的基极与所述第一输入端连接，发射极与所述第二输入端连接，集电极与所述PMOS管的栅极连接。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述第一输入端的输入电压与所述第二输入端的输入电压的差值大于或等于目标数值时，所述第一开关单元处于开启状态；或，当所述差值小于所述目标数值时，所述第一开关单元处于闭合状态。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述每个电源控制子模块还包括二极管，所述二极管的阳极与所述第一输入端连接，阴极通过所述第二开关单元与所述第二输入端连接，用于防止所述第一输入端的输入电压为零时所述第二输入端的输入电压倒灌的情况。
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