CN110829585A - 双路供电装置及供电系统 - Google Patents

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CN110829585A CN201911209938.3A CN201911209938A CN110829585A CN 110829585 A CN110829585 A CN 110829585A CN 201911209938 A CN201911209938 A CN 201911209938A CN 110829585 A CN110829585 A CN 110829585A
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Abstract

本发明提供了一种双路供电装置及供电系统，涉及供电电路的技术领域，该双路供电装置包括：电池供电通路和外部供电通路，其中，电池供电通路和外部供电通路并联；外部供电通路的一端与外部接口连接，另一端与负载接口连接；电池供电通路包括串联连接的电池供电模块和第一隔离二极管，其中，第一隔离二极管的阳极与电池供电模块连接，第一隔离二极管的阴极与负载接口连接；电池供电模块用于在第一隔离二极管导通时通过负载接口给负载供电。本发明提供的双路供电装置及供电系统不仅有助于延长了电池的使用寿命，同时，也在一定程度上避免了由于电池的损坏出现的安全隐患。

Description

双路供电装置及供电系统
技术领域
本发明涉及供电电路的技术领域，尤其是涉及一种双路供电装置及供电系统。
背景技术
随着电子技术的飞速发展锂电池的应用也做的越来越多，一般像手机这样的手持设备使用也越来越频繁，但锂电池的容量还是有着不小的限制，这就会导致经常的充电，然而人们经常忘记充满电后拔掉充电器，再加上锂电池充放电没有任何的保护，往往导致电池会出现各种严重的问题，进而影响了电池的使用寿命，同时，也有一定的安全隐患。
针对上述由于电池出现问题而影响电池的使用寿命，以及存在安全隐患的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双路供电装置及供电系统，对电池进行充放电保护，以避免电池出现问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种双路供电装置，包括：电池供电通路和外部供电通路，其中，电池供电通路和外部供电通路并联；外部供电通路的一端与外部接口连接，另一端与负载接口连接，用于当外部接口有电源输入时通过负载接口给负载供电；电池供电通路包括串联连接的电池供电模块和第一隔离二极管，其中，第一隔离二极管的阳极与电池供电模块连接，第一隔离二极管的阴极与负载接口连接，用于对电池供电模块和电池供电通路进行隔离；电池供电模块用于在第一隔离二极管导通时通过负载接口给负载供电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述外部供电通路包括第二隔离二极管，其中，第二隔离二极管的阳极与外部接口连接，阴极与负载接口连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述电池供电模块包括串联连接的蓄电池和升压单元，升压单元的输出端与第一隔离二极管的阳极连接；升压单元用于对蓄电池输出的电信号进行升压处理，并将升压处理后的电信号输送至负载。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述蓄电池和升压单元的串联通路上还设置有拨动开关，用于控制蓄电池的输出状态。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述蓄电池的输出端还设置有自恢复保险丝。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述电池供电模块还包括与蓄电池的输出端连接的电池监测单元，用于对蓄电池输出的电信号进行监测；其中，电池监测单元包括分压支路，分压支路的一端与蓄电池的输出端连接，分压支路的另一端接地；分压支路包括串联连接的电阻，电阻的串联通路上设置有监测点，监测点与外部设备连接，用于将蓄电池输出的电信号传输至外部设备进行监测。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述电池供电模块还包括充电单元；充电单元的输入端与外部接口连接，充电单元的输出端与蓄电池连接；充电单元用于当外部接口有电源输入时对蓄电池进行充电。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述电池供电模块还包括与蓄电池连接的充放电保护单元，用于对蓄电池的充放电过程进行保护。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述双路供电装置还包括与外部接口连接的滤波电路，用于当外部接口有电源输入时，对输入的电源进行滤波处理；其中，滤波电路包括并联连接的RC滤波电路和电容滤波电路，电容滤波电路包括多个滤波分支，用于吸收低频干扰信号和高频干扰信号。
第二方面，本发明实施例还提供一种供电系统，该供电系统配置有上述第一方面所述的双路供电装置。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种双路供电装置及供电系统，可以通过并联的电池供电通路和外部供电通路给负载进行供电，由于电池供电通路包括串联连接的电池供电模块和第一隔离二极管，且第一隔离二极管的阳极与电池供电模块连接，第一隔离二极管的阴极与负载接口连接，可以对电池供电模块和电池供电通路进行隔离，进而在外部接口有电源输入时仅通过外部供电通路给负载供电，以及在外部接口没有电源输入时仅通过电池供电通路给负载供电，实现对电池供电模块中的电池进行保护，不仅有助于延长了电池的使用寿命，同时，也在一定程度上避免了由于电池的损坏出现的安全隐患。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种双路供电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种双路供电装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电池供电通路的电路示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种双路供电装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。
目前，在大多数手持电子产品中都会装有锂电池，然而，在使用中电池的寿命会因为各种原因导致大幅度缩减，比如过充、过放、过热等等，这些会导致电池容量大幅度缩减，甚至电池鼓包、冒烟、漏液、爆炸等等，主要体现在以下方面：
(1)电池处于长时间的充电与放电，容易造成电池寿命的极度缩减。
(2)由于长时间的充电造成电池鼓包、冒烟、漏液、甚至爆炸等等，都有经常发生，严重威胁了用户的生命财产安全。
(3)长时间的充电放电造成不必要的电子元器件的运行损耗影响电池的使用寿命。
(4)一旦电池由于各种原因损坏或者电池的保护器件失效等等手持，带电设备将不能使用，造成了很大的资源浪费。
基于此，本发明实施例提供的一种双路供电装置及供电系统，可以有效缓解上述技术问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种双路供电装置进行详细介绍。
实施例一：
本发明实施例提供了一种双路供电装置，如图1所示的一种双路供电装置的结构示意图，包括：电池供电通路10和外部供电通路20，其中，电池供电通路和外部供电通路并联；外部供电通路的一端与外部接口30连接，另一端与负载接口40连接，用于当外部接口有电源输入时通过负载接口给负载供电；
进一步，电池供电通路10包括串联连接的电池供电模块102和第一隔离二极管D1，其中，第一隔离二极管D1的阳极与电池供电模块连接，第一隔离二极管D1的阴极与负载接口连接，用于对电池供电模块和电池供电通路进行隔离。
具体实现时，电池供电模块用于在第一隔离二极管导通时通过负载接口给负载供电。
在实际使用时，上述外部接口可以是电源适配器的接口，还可以是USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)接口等，可以连接电源适配器，还可以连接移动电源、电脑主机等外部设备，进而接通外部电源。如图1所示，由于外部供电通路20的接入点连接在第一隔离二极管D1的阴极，因此，当外部接口有电源输入时，会使第一隔离二极管D1的阴极电压升高，进而使第一隔离二极管D1截止，进而将电池供电模块102和电池供电通路进行隔离。当外部接口连接的外部电源断开时，第一隔离二极管D1的阴极电压下降，使得第一隔离二极管D1导通后，电池供电模块102的输出端与负载接口导通，此时，就可以通过电池供电模块102继续给负载供电，使得接入和去除外部电源时，对负载的供电没有任何影响。
本发明实施例提供的一种双路供电装置，可以通过并联的电池供电通路和外部供电通路给负载进行供电，由于电池供电通路包括串联连接的电池供电模块和第一隔离二极管，且第一隔离二极管的阳极与电池供电模块连接，第一隔离二极管的阴极与负载接口连接，可以对电池供电模块和电池供电通路进行隔离，进而在外部接口有电源输入时仅通过外部供电通路给负载供电，以及在外部接口没有电源输入时仅通过电池供电通路给负载供电，实现对电池供电模块中的电池进行保护，不仅有助于延长了电池的使用寿命，同时，也在一定程度上避免了由于电池的损坏出现的安全隐患。
具体实现时，为了避免在电池供电模块供电过程中，外部供电通路出现电流逆流的现象，上述外部供电通路还可以包括第二隔离二极管D2。具体地，如图2所示的另一种双路供电装置的结构示意图，其中，该第二隔离二极管D2的阳极与外部接口30连接，阴极与负载接口40连接。
进一步，如图2所示，本发明实施例中的电池供电模块102包括串联连接的蓄电池103和升压单元104，该升压单元104的输出端与上述第一隔离二极管D1的阳极连接，该升压单元104用于对蓄电池输出的电信号进行升压处理，并将升压处理后的电信号输送至负载。
具体实现时，该升压单元104包括电源芯片，如AP2008芯片等电源芯片，可以将蓄电池输出的电信号进行升压处理，并给负载进行供电。具体地，图3示出了一种电池供电通路的电路示意图，如图3所示，芯片U1为电源芯片，例如AP2008，升压单元通过该AP2008芯片对蓄电池输出的电信号进行升压，给后面连接的负载(例如，功能电路)电路供电，除该电源芯片外，该升压单元还包括电阻R1和电阻R2，其连接方式如图3所示，电阻R1和电阻R2用来调节AP2008芯片输出的电压，通常，其输出的电压可以表示为V＝0.6V*(R1/R2)，因此，可以通过调节电阻R1和R2的阻值来选择输出的电压。
此外，考虑到负载电路或者功能电路会存在长时间不运行的情况，因此，为了避免出现蓄电池过度放电的情况，还可以在蓄电池和升压单元的串联通路上设置拨动开关，以切断蓄电池的输出通路，进而控制蓄电池的输出状态。具体地，如图3所示的拨动开关S1。通过该拨动开关S1，可以在蓄电池长期不使用情况下，由用户手动断开蓄电池的输出。
进一步，该电池供电通路在蓄电池的输出端还设置有自恢复保险丝，如图3所示的自恢复保险丝F1，通过该自恢复保险丝F1，可以进一步对蓄电池进行二级保护，同时，也可以保证在前面电路包括电池等出现损坏情况下，对后面连接的负载电路(或功能电路)也不会造成任何损坏。
在实际使用时，为了便于及时了解蓄电池的蓄电状态，本发明实施例中的电池供电模块还包括与蓄电池的输出端连接的电池监测单元，用于对蓄电池输出的电信号进行监测。
具体地，如图3所示，该电池监测单元包括分压支路，即电阻R3和电阻R4组成的支路，该分压支路的一端与蓄电池的输出端连接，分压支路的另一端接地；该分压支路包括串联连接的电阻，即电阻R3和电阻R4，电阻的串联通路上设置有监测点，即电阻R3和电阻R4之间的监测点J1，该监测点与外部设备连接，用于将蓄电池输出的电信号传输至外部设备进行监测。具体地，电阻R3和电阻R4也可以称为采样电阻，通过电阻R3和电阻R4的分压，并连接至外部设备的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的AD检测口，其中，该外部设备的MCU在图3中未示出，可以实时监视蓄电池的电压，以保证蓄电池的安全和整个双路供电装置的稳定工作。
考虑到蓄电池通常可以进行充电，以保证其持续供电的能力，因此，可以在外部接口有电源输入时，可以对蓄电池进行充电，以延长蓄电池的供电时间，因此，在本发明提供的双路供电装置中，还可以设置给蓄电池供电的充电单元，以便于在外部接口有电源输入时给蓄电池充电。
基于此，在图3的基础上，图4还示出了另一种双路供电装置的电路示意图，除图3所示的电路部分外，还包括充电单元；该充电单元通常包括充电管理芯片，以对蓄电池的充电过程进行管理，如图3所示的芯片U2，该芯片U2为充电管理芯片，具体地，该芯片U2可以是IC-CE3320型号的充电管理IC，该IC-CE3320是2A开关式降压同步整流充电管理芯片，该芯片内部集成有充电电流感应电阻；且，充电电流、充电电压的精度高，同时，还具有坏电池判别功能，以及输入电压动态调节等功能。具体如图4所示，该充电单元(芯片U2)的输入端与外部接口连接，充电单元的输出端与蓄电池连接，用于当外部接口有电源输入时对蓄电池进行充电。
具体实现时，该充电管理IC的外围电路如图4所示，包括电阻R5和电容C1，其中，电阻R5相当于充电管理芯片IC-CE3320的控制电阻，IC-CE3320通过此控制电阻可以调节最大充电电流，其充电电流与电阻R5之间关系为I＝560/R5，因此，可以选取R5＝280Ω，此时最大充电电流I＝2A。而电容C1则用于保证充电过程中充电管理芯片IC-CE3320输出电流的稳定性。进一步，为了便于对蓄电池的充电状态进行监控，该充电管理芯片通常还具有工作状态指示输出脚，如图4所示的引脚J2，通过该引脚可以与外部终端通信，通过采集IC-CE3320的输出信号量来判断蓄电池的充电状态。
进一步，为了避免蓄电池的过充或者过放现象，上述电池供电模块还包括与蓄电池连接的充放电保护单元，用于对蓄电池的充放电过程进行保护。具体地，蓄电池可以采用锂电池，如图4所示的充放电保护单元400可以通过电池保护芯片实现，例如，通过电池保护芯片DW01与型号为8205A的MOS开关管配合使用，来实现对蓄电池的过充电保护、过放电保护、输出短路保护等功能。
此外，图4所示的双路供电装置，还包括与外部接口连接的滤波电路，用于当外部接口有电源输入时，对输入的电源进行滤波处理；其中，该滤波电路包括并联连接的RC滤波电路和电容滤波电路，电容滤波电路包括多个滤波分支，用于吸收低频干扰信号和高频干扰信号。
具体地，如图4所示，RC滤波电路包括电阻R6和电容C2，可以吸收外部接口的热插热拔出瞬间产生的高电压，同时为了电压从0V变成工作电压(如，5V)后不会出现电压抖动。电容C3和电容C4为电容滤波电路的两个滤波分支，在实际使用时，可以选择合适的电容值，使电容C3吸收低频干扰；以及使电容C4吸收高频干扰，具体的电容值可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。
进一步，图4中，靠近外部接口设置的L1为磁珠，该磁珠L1可以使输入电流平滑，进一步减少了电信号的抖动。
进一步，图4中所示的第一隔离二极管D1和第二隔离二极管D2都可以采用肖特基二极管，其中，第一隔离二极管D1可以防止外部接口的电源输入逆流至升压单元中造成升压单元的不稳定，第二隔离二极管D2也可以防止外部接口的电源产生的电流出现逆流的现象。
应当理解，图4所示的电路示意图，其采用的电子元器件的型号和参数，还可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。
基于图4所示的双路供电装置的电路示意图，本发明实施例提供的双路供电装置的电路工作过程如下，其中，以上述外部接口为USB接口，上述蓄电池为锂电池为例进行说明：
(1)USB接口电压(5V～6V)输入后，其中一路通过磁珠L2滤波，再由电阻R6串联电容C2组成的滤波电路进行滤波，去除由于热插热拔产生的干扰，电容C3和电容C4去除高频和低频的干扰。
(2)接着接入充电管理芯片U2构成的充电单元，该充电单元由电阻R5控制输入锂电池的电流，电容C1起到稳定充电电流作用，然后接入充放电保护单元给锂电池进行充电。
(3)锂电池通过充放电保护单元后通过自恢复保险丝F1进一步的保护蓄电池和装置电路，然后闭合开关接入到升压单元U1中，电阻R1和电阻R2用来控制输出的电压，输出电压通常控制为4.8V，然后经过肖特基二极管D1(第一隔离二极管)后输出电压为4.5V。
(4)此路4.5V电压与USB输入电压经过肖特基二极管D2(第二隔离二极管)后输出4.7V以上电压在负载接口40前汇合，由于电压差所以当有USB输入时，肖特基二极管D1截止，只使用USB中接入的电源给负载供电，由于存在肖特基二极管D1，有效防止了电流逆流至升压单元，造成电路的不稳定，同时当USB拔出时候，由于肖特基二极管D1也会在瞬间导通，进而使对负载的供电切换到锂电池所在的供电通路中，这样当USB外部电源供电时仅使用外部电源减少了锂电池的损耗，同时由于使用了专用充电模块(充电管理芯片U2构成的充电单元)与锂电池保护电路(充放电保护单元400)，这样锂电池在USB外部电源接入后在电量充满时，就可以断开锂电池的充电电压，避免长时间接入电源。这种方式，无需担心锂电池长期插入充电器引发的锂电池安全问题，同时，两个电路之间切换也不存在问题。
综上，本发明实施例提供的双路供电装置具有以下有益效果：
(1)在硬件设计时加入了蓄电池充放电保护单元，提供更大更安全的供电电流；同时加入了自恢复保险丝，多重保护装置与人身安全。
(2)通过一个隔离二极管，利用电压的单向导通性使蓄电池与外部供电电路分离开来，在不考虑蓄电池自身放电的情况下，可以根本的解决蓄电池处于长时间充电状态下产生的问题，大大提高电池的安全可靠性。
(3)在蓄电池充电的时蓄电池不对外供电，当蓄电池充满后不再充电，同时也不对外供电，即使没有蓄电池或者蓄电池损坏的情况下，依然正常运行。
实施例二：
基于上述实施例提供的双路供电装置，本发明实施例还提供了一种供电系统，具体地，该供电系统配置有上述实施例一所述的双路供电装置。
本发明实施例提供的供电系统，与上述实施例提供的双路供电装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的供电系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双路供电装置，其特征在于，包括：电池供电通路和外部供电通路，其中，所述电池供电通路和所述外部供电通路并联；
所述外部供电通路的一端与外部接口连接，另一端与负载接口连接，用于当所述外部接口有电源输入时通过所述负载接口给负载供电；
所述电池供电通路包括串联连接的电池供电模块和第一隔离二极管，其中，所述第一隔离二极管的阳极与所述电池供电模块连接，所述第一隔离二极管的阴极与负载接口连接，用于对所述电池供电模块和所述电池供电通路进行隔离；
所述电池供电模块用于在所述第一隔离二极管导通时通过所述负载接口给负载供电。
2.根据权利要求1所述的双路供电装置，其特征在于，所述外部供电通路包括第二隔离二极管，其中，所述第二隔离二极管的阳极与所述外部接口连接，阴极与所述负载接口连接。
3.根据权利要求1所述的双路供电装置，其特征在于，所述电池供电模块包括串联连接的蓄电池和升压单元，所述升压单元的输出端与所述第一隔离二极管的阳极连接；
所述升压单元用于对所述蓄电池输出的电信号进行升压处理，并将升压处理后的所述电信号输送至所述负载。
4.根据权利要求3所述的双路供电装置，其特征在于，所述蓄电池和所述升压单元的串联通路上还设置有拨动开关，用于控制所述蓄电池的输出状态。
5.根据权利要求3所述的双路供电装置，其特征在于，所述蓄电池的输出端还设置有自恢复保险丝。
6.根据权利要求3所述的双路供电装置，其特征在于，所述电池供电模块还包括与所述蓄电池的输出端连接的电池监测单元，用于对所述蓄电池输出的电信号进行监测；
其中，所述电池监测单元包括分压支路，所述分压支路的一端与所述蓄电池的输出端连接，所述分压支路的另一端接地；
所述分压支路包括串联连接的电阻，所述电阻的串联通路上设置有监测点，所述监测点与外部设备连接，用于将所述蓄电池输出的电信号传输至所述外部设备进行监测。
7.根据权利要求3所述的双路供电装置，其特征在于，所述电池供电模块还包括充电单元；
所述充电单元的输入端与所述外部接口连接，所述充电单元的输出端与所述蓄电池连接；
所述充电单元用于当所述外部接口有电源输入时对所述蓄电池进行充电。
8.根据权利要求7所述的双路供电装置，其特征在于，所述电池供电模块还包括与所述蓄电池连接的充放电保护单元，用于对所述蓄电池的充放电过程进行保护。
9.根据权利要求1所述的双路供电装置，其特征在于，所述双路供电装置还包括与所述外部接口连接的滤波电路，用于当所述外部接口有电源输入时，对输入的所述电源进行滤波处理；
其中，所述滤波电路包括并联连接的RC滤波电路和电容滤波电路，所述电容滤波电路包括多个滤波分支，用于吸收低频干扰信号和高频干扰信号。
10.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统配置有权利要求1～9任一项所述的双路供电装置。
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