一种供电电路及电子设备
技术领域
本发明涉及电路技术领域,尤其涉及一种供电电路及电子设备。
背景技术
电池在我们生活中的使用量己经普及到每一个角落。干电池只能使用一次,不能充电多次利用,以及废弃的干电池会对环境造成污染。相对于干电池,锂电池由于具有良好的可充放电性能,可以循环使用相对较长的时间,环保性、经济性更佳。
从环保和经济上考虑,人们需要一种更环保、可再利用的新型锂电池来替代干电池。但是锂电池在放电时的输出电压与干电池在放电时的输出电压存在较大差异,使得无法将锂电池直接替代原来电子设备中的干电池。
发明内容
本发明实施例提供一种供电电路及电子设备,以使供电电池经线性降压转换电路和限幅电路后得到的电压与供电电池的剩余电量的对应关系,与被替代电池的电压与剩余电量的对应关系相同,从而方便将锂电池替代原来电子设备中的干电池。
第一方面,本发明实施例提供了一种供电电路,包括:
供电电池;
线性降压转换电路,供电电池与线性降压转换电路的输入端电连接,线性降压转换电路的输出端与供电电路的输出端电连接,线性降压转换电路用于在供电电池的电压小于或等于预设电压时,输出随供电电池的电压的减小而线性减小的电压;且在供电电池的电压等于预设电压时,输出电压为起始下降电压;
限幅电路,用于在供电电池的电压大于预设电压时,限制线性降压转换电路的输出端的电压等于起始下降电压。
进一步地,线性降压转换电路包括:
第一分压电路,第一分压电路的高压端与线性降压转换电路的输入端电连接,第一分压电路的低压端接地;
第二分压电路,第二分压电路的第一端与线性降压转换电路的第一电压输入端电连接;
第一运算放大器,第一运算放大器的同相输入端与第一分压电路的中压端电连接;第一运算放大器的反相输入端与第二分压电路的中压端电连接;第一运算放大器的输出端,以及第二分压电路的第二端,均与线性降压转换电路的输出端电连接。
进一步地,限幅电路包括第一恒压源,第一运算放大器的正极供电端与第一恒压源电连接,第一恒压源的电压等于起始下降电压。
进一步地,限幅电路包括第二运算放大器和开关管,
第二运算放大器的第一输入端,以及开关管的第一端,均与线性降压转换电路的输出端电连接;第二运算放大器的第二输入端与第一恒压源电连接;第二运算放大器的输出端与开关管的控制端电连接;开关管的第二端接地;
第二运算放大器用于在其第一输入端的电压大于第二输入端的电压时,输出导通信号至开关管,其中,第一恒压源的电压等于起始下降电压。
进一步地,第二运算放大器的第一输入端为同相输入端,第二运算放大器的第二输入端为反相输入端,开关管为NMOS管,开关管的第一端为漏极,开关管的第二端为源极,开关管的控制端为栅极;
或者,第二运算放大器的第一输入端为反相输入端,第二运算放大器的第二输入端为同相输入端,开关管为PMOS管,开关管的第一端为源极,开关管的第二端为漏极,开关管的控制端为栅极。
进一步地,线性降压转换电路的第一电压输入端与第一恒压源电连接。
进一步地,限幅电路包括稳压二极管,稳压二极管的阴极与线性降压转换电路的输出端电连接;稳压二极管的阳极接地。
进一步地,第一分压电路包括第一电阻和第二电阻,第一分压电路的高压端经第一电阻与第一分压电路的中压端电连接;第一分压电路的中压端经第二电阻与第一分压电路的低压端电连接。
进一步地,第二分压电路包括第三电阻和第四电阻,第二分压电路的第一端经第三电阻与第二分压电路的中压端电连接;第二分压电路的中压端经第四电阻与第二分压电路的第二端电连接。
第二方面,本发明实施例还提供了一种电子设备,包括:监测与控制模块和本发明任意实施例提供的供电电路,监测与控制模块与线性降压转换电路的输出端电连接,
监测与控制模块用于在线性降压转换电路的输出端的电压低于阈值电压时,关闭电子设备。
本发明实施例的技术方案中的供电电路包括:供电电池、线性降压转换电路和限幅电路,供电电池与线性降压转换电路的输入端电连接,线性降压转换电路的输出端与供电电路的输出端电连接,线性降压转换电路用于在供电电池的电压小于或等于预设电压时,输出随供电电池的电压的减小而线性减小的电压;且在供电电池的电压等于预设电压时,输出电压为起始下降电压;限幅电路,用于在供电电池的电压大于预设电压时,限制线性降压转换电路的输出端的电压等于起始下降电压,使供电电池经线性降压转换电路和限幅电路后得到的电压与供电电池的剩余电量的对应关系,与被替代电池的电压与剩余电量的对应关系相同,以使锂电池的输出特性与被替代的干电池的输出特性相同,从而无需改变电子设备中的其他器件的参数等,以使更换锂电池后的电子设备的性能保持不变,从而方便将锂电池替代原来电子设备中的干电池。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种供电电路的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种供电电池放电时的电压变化示意图;
图3为本发明实施例提供的一种被替代电池放电时的电压变化示意图;
图4为本发明实施例提供的一种供电电路的输出电压与供电电池的电压的对应关系曲线图;
图5为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图;
图8为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图;
图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供一种供电电路。图1为本发明实施例提供的一种供电电路的结构示意图。该供电电路可设置于电子设备中,例如电子设备可以是用于电视、空调等的遥控器、电动玩具、可穿戴设备等消费类产品。该供电电路包括:供电电池10、线性降压转换电路20和限幅电路30。
其中,供电电池10与线性降压转换电路20的输入端In1电连接,线性降压转换电路20的输出端Out1与供电电路的输出端Vo电连接。线性降压转换电路20用于在供电电池10的电压小于或等于预设电压时,输出随供电电池10的电压的减小而线性减小的电压;且在供电电池10的电压等于预设电压时,输出电压为起始下降电压。限幅电路30用于在供电电池10的电压大于预设电压时,限制线性降压转换电路20的输出端Out1的电压等于起始下降电压。
其中,供电电池10可以是锂电池等。线性降压转换电路20可包括运算放大器和电阻等。预设电压可以小于供电电池10满电量时的电压,大于供电电池10零电量时的电压。限幅电路30可与线性降压转换电路20的输入端In1电连接,或者,限幅电路30可与线性降压转换电路20的输出端Out1电连接。限幅电路30在供电电池10的电压小于预设电压时不起限幅作用,即将限制线性降压转换电路20的输出端Out1的电压直接输出至供电电路的输出端Vo。
图2为本发明实施例提供的一种供电电池放电时的电压变化示意图。其中,横轴t表示放电时间,纵轴V1表示供电电池10的电压,供电电池10可以是锂电池。图3为本发明实施例提供的一种被替代电池放电时的电压变化示意图。其中,横轴t表示放电时间,纵轴V2表示被替代电池的电压,被替代电池可以是干电池。其中,供电电池10的电压随剩余电量的减小而线性减小。被替代电池的电压在放电初期不随剩余电量的减小而减小,而是基本保持不变;在放电后期被替代电池的电压随剩余电量的减小而线性减小。其中,B点为电压下降的起始点。供电电池10在A点处的剩余电量等于被替代电池在B点处的剩余电量。电压V11可为供电电池10满电量时的电压。电压V12可为供电电池10在A点处的电压。电压V13可为供电电池10零电量时的电压。电压V21可为被替代电池满电量至转折点B时的电压。电压V22可为被替代电池零电量时的电压。示例性的,V11可为4.5V,V12可为3.5V,V13可为2.5V,V21可为1.5V,V22可为1.0V。A点和B点对应的剩余电量可以是50%。需要说明的是,锂电池型号复杂,性能各异,满电与电量为0的电压点都不相同,可通过放电试验,获取所需型号的锂电池的不同剩余电量下的电压,以与干电池的对应的剩余电量下的电压,以获取被替代电池的电压与供电电池的电压的对应关系,从而获取供电电路的输出电压与供电电池的电压的对应关系。
图4为本发明实施例提供的一种供电电路的输出电压与供电电池的电压的对应关系曲线图。其中,横轴V1表示供电电池10的电压,纵轴V0为供电电路的输出端Vo的电压。C点与图2中A点和图3中B点对应。预设电压可为供电电池10在A点处的电压,即V12。供电电池10的电压V1小于或等于V12时,供电电路的输出电压V0=k•V1+b,其中,k=(V21-V22)/(V12-V13),b=V22-[(V21-V22)•V13/(V12-V13)]。可预先获取两坐标点(V12,V21)和(V13,V22),通过两坐标点(V12,V21)和(V13,V22),确定供电电池10的电压V1小于或等于V12时供电电路的输出电压V0与供电电池10的电压V1的关系,该关系可通过线性降压转换电路20实现。线性降压转换电路20用于在供电电池10的电压等于V12时,输出电压等于V21,即为起始下降电压;在供电电池10的电压等于V13时,输出电压等于V22。由于仅设置线性降压转换电路20,不能保证供电电池10的电压大于V12时,供电电路的输出电压V0与供电电池10的电压的对应关系,故设置限幅电路30用于在供电电池10的电压大于V12时,限制线性降压转换电路20的输出端Out1的电压等于V21。
供电电池经线性降压转换电路和限幅电路后得到的电压与供电电池的剩余电量的对应关系,与被替代电池的电压与剩余电量的对应关系相同,以使锂电池的输出特性与被替代的干电池的输出特性相同,从而无需改变电子设备中的其他器件的参数等,以使更换锂电池后的电子设备的性能保持不变,从而方便将锂电池替代原来电子设备中的干电池。
本实施例的技术方案中的供电电路包括:供电电池、线性降压转换电路和限幅电路,供电电池与线性降压转换电路的输入端电连接,线性降压转换电路的输出端与供电电路的输出端电连接,线性降压转换电路用于在供电电池的电压小于或等于预设电压时,输出随供电电池的电压的减小而线性减小的电压;且在供电电池的电压等于预设电压时,输出电压为起始下降电压;限幅电路,用于在供电电池的电压大于预设电压时,限制线性降压转换电路的输出端的电压等于起始下降电压,使供电电池经线性降压转换电路和限幅电路后得到的电压与供电电池的剩余电量的对应关系,与被替代电池的电压与剩余电量的对应关系相同,以使锂电池的输出特性与被替代的干电池的输出特性相同,从而无需改变电子设备中的其他器件的参数等,以使更换锂电池后的电子设备的性能保持不变,从而方便将锂电池替代原来电子设备中的干电池。
可选的,在上述实施例的基础上,图5为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图,线性降压转换电路20包括:第一分压电路21、第二分压电路22和第一运算放大器23。
其中,第一分压电路21的高压端N1与线性降压转换电路20的输入端In1电连接,第一分压电路21的低压端N2接地;第二分压电路22的第一端N4与线性降压转换电路20的第一电压输入端In2电连接;第一运算放大器23的同相输入端与第一分压电路21的中压端N3电连接;第一运算放大器23的反相输入端与第二分压电路22的中压端N6电连接;第一运算放大器23的输出端,以及第二分压电路22的第二端N5,均与线性降压转换电路20的输出端Out1电连接。
其中,第一电压输入端In2可与一恒电源电连接。可选的,如图5所示,第一分压电路21包括第一电阻R1和第二电阻R2,第一分压电路21的高压端N1经第一电阻R1与第一分压电路21的中压端N3电连接;第一分压电路21的中压端N3经第二电阻R2与第一分压电路21的低压端N2电连接。可选的,如图5所示,第二分压电路22包括第三电阻R3和第四电阻R4,第二分压电路22的第一端N4经第三电阻R3与第二分压电路22的中压端N6电连接;第二分压电路22的中压端N6经第四电阻R4与第二分压电路22的第二端N5电连接。
如图5所示,供电电路的输出电压,其中,V10为第一电压输入端In2的电压。由于供电电路的输出电压V0=k•V1+b,其中,k=(V21-V22)/(V12-V13),b=V22-[(V21-V22)•V13/(V12-V13)],故可根据需要设置第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压输入端In2的电压V10,以使,,从而使得供电电池10的电压V1小于或等于V12时,供电电路的输出电压V0与供电电池10的电压V1的关系为V0=k•V1+b。
可选的,在上述实施例的基础上,继续参见图5,限幅电路30包括第一恒压源31,第一运算放大器23的正极供电端V+与第一恒压源31电连接,第一恒压源31的电压等于起始下降电压。
其中,第一恒压源可包括稳压芯片等。稳压芯片用于输出稳定电压。稳压芯片的输入端可与供电电池10电连接。由于第一运算放大器23的正极供电端V+的电压等于起始下降电压,即V21,故限制了第一运算放大器23的输出端的最大电压为起始下降电压,进而限制了供电电路的输出电压V0的最大电压为起始下降电压。
可选的,在上述实施例的基础上,继续参见图5,线性降压转换电路20的第一电压输入端In2与第一恒压源31电连接。
其中,如图5所示,当供电电池10电量足够时,即供电电池10的电压V1大于预设电压时,即供电电池10的电压V1大于V12时,通过设置第一电阻R1和第二电阻R2,使得第一运算放大器23的同相输入端的电压大于V21,根据运放特性,第一运算放大器23的反相输入端的电压大于V21,第一运算放大器23的输出端的电压也大于V21。但是,第一运算放大器23的正极供电端V+的电压为V21,限制了第一运算放大器23的输出的最大电压为V21。因此当第一运算放大器23的同相输入端的电压大于V21时,第一运算放大器23的输出端一直输出V21。
当第一运算放大器23的同相输入端的电压小于V21,第一运算放大器23的反相输入端的电压Vnode2等于第一运算放大器23的同相输入端的电压Vnode1,此时第一运算放大器23的输出端的电压小于V21,并且第一运算放大器23的输出端的电压随着供电电池10的电压(或第一运算放大器23的同相输入端的电压)下降而减小。
因此第一运算放大器23的同相输入端的电压Vnode1=V21是第一运算放大器23的输出端的电压开始线性下降的起始点,即:,根据系统需求,只要将此时期望的供电电池的电压V12值代入,即可得到第一电阻R1与第二电阻R2的比值。例如,希望当V12=3.5V时,第一运算放大器23的输出端的电压开始下降,此时,V21=1.5V。代入上式可得:,故。
确定了线性下降的起始点(V12,V21),下一步需要确定结束点(V13,V22)。根据运放特性,供电电路的输出电压V0与供电电池10的电压V1的关系为:,V10为第一电压输入端In2的电压,假设期望当V1=V13时,V0=V22,示例性的,V13=2.5V,V22=1.0V,V10=1.5V,根据之前计算的R2/R1=3/4,代入上式可得:。
综上所述,只要选择不同的电阻比值,就能任意设置参考电压的下降起始点和截止点,从而满足各种型号的锂电池的需求。
可选的,在上述实施例的基础上,图6为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图,限幅电路30包括第二运算放大器32和开关管Q1。
其中,第二运算放大器32的第一输入端,以及开关管Q1的第一端,均与线性降压转换电路20的输出端Out1电连接;第二运算放大器32的第二输入端与第一恒压源31电连接;第二运算放大器32的输出端与开关管Q1的控制端电连接;开关管Q1的第二端接地;第二运算放大器32用于在其第一输入端的电压大于第二输入端的电压时,输出导通信号至开关管Q1。其中,第一恒压源31的电压等于起始下降电压。
其中,开关管Q1可以是MOS管或双极结型三极管。图6中的第一运算放大器23的正极供电端的电压可大于起始下降电压。图6中的线性降压转换电路20的第一电压输入端In2的电压可大于或等于下降起始电压。第二运算放大器32用于在其第一输入端的电压大于第二输入端的电压时,输出第一电平,在其第一输入端的电压小于第二输入端的电压时,输出与第一电平的电压极性相反的第二电平。
如图6所示,在线性降压转换电路20的输出端Out1的电压大于第一恒压源31的电压时,即第二运算放大器32的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时,第二运算放大器32输出导通信号,控制开关管Q1导通,将线性降压转换电路20的输出端Out1下拉至起始下降电压。在线性降压转换电路20的输出端Out1的电压小于第一恒压源31的电压时,即第二运算放大器32的第一输入端的电压小于第二输入端的电压时,第二运算放大器32输出关断信号,控制开关管Q1关断,将线性降压转换电路20的输出端Out1直接输出至供电电路的输出端Vo。
可选的,在上述实施例的基础上,继续参见图6,第二运算放大器32的第一输入端为同相输入端,第二运算放大器32的第二输入端为反相输入端,开关管Q1为NMOS管,开关管Q1的第一端为漏极,开关管Q1的第二端为源极,开关管Q1的控制端为栅极。
其中,继续参见图6,在线性降压转换电路20的输出端Out1的电压大于第一恒压源31的电压时,即第二运算放大器32的同相输入端的电压大于反相输入端的电压,第二运算放大器32的输出端输出高电平,控制开关管Q1导通,将线性降压转换电路20的输出端Out1下拉至起始下降电压。在线性降压转换电路20的输出端Out1的电压小于第一恒压源31的电压时,即第二运算放大器32的同相输入端的电压小于反相输入端的电压,第二运算放大器32的输出端输出低电平,控制开关管Q1关断,将线性降压转换电路20的输出端Out1直接输出至供电电路的输出端Vo。
可选的,在上述实施例的基础上,图7为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图,第二运算放大器32的第一输入端为反相输入端,第二运算放大器32的第二输入端为同相输入端,开关管Q1为PMOS管,开关管Q1的第一端为源极,开关管Q1的第二端为漏极,开关管Q1的控制端为栅极。
其中,图7中的第一运算放大器23的正极供电端的电压可大于起始下降电压。图7中的线性降压转换电路20的第一电压输入端In2的电压可大于或等于下降起始电压。
在线性降压转换电路20的输出端Out1的电压大于第一恒压源31的电压时,即第二运算放大器32的同相输入端的电压小于反相输入端的电压,第二运算放大器32的输出端输出低电平,控制开关管Q1导通,将线性降压转换电路20的输出端Out1下拉至起始下降电压。在线性降压转换电路20的输出端Out1的电压小于第一恒压源31的电压时,即第二运算放大器32的同相输入端的电压大于反相输入端的电压,第二运算放大器32的输出端输出高电平,控制开关管Q1关断,将线性降压转换电路20的输出端Out1直接输出至供电电路的输出端Vo。
可选的,在上述实施例的基础上,继续参见图7,线性降压转换电路20的第一电压输入端In2可与第二恒压源40电连接。第二恒压源40的电压可大于或等于起始下降电压,即V21。第二恒压源40可包括稳压芯片等。
可选的,在上述实施例的基础上,图8为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图,限幅电路30包括稳压二极管Z1,稳压二极管Z1的阴极与线性降压转换电路20的输出端Out1电连接;稳压二极管Z1的阳极接地。
其中,图8中的第一运算放大器23的正极供电端的电压可大于起始下降电压。图8中的线性降压转换电路20的第一电压输入端In2的电压可大于或等于下降起始电压。
如图8所示,当线性降压转换电路20的输出端Out1的电压大于起始下降电压时,稳压二极管Z1导通,将线性降压转换电路20的输出端Out1的电压钳位为起始下降电压;当线性降压转换电路20的输出端Out1的电压小于起始下降电压时,稳压二极管Z1关断,线性降压转换电路20的输出端Out1的电压直接输出至供电电路的输出端Vo。
本发明实施例提供一种电子设备。图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。该电子设备100包括:监测与控制模块2和本发明任意实施例提供的供电电路1,监测与控制模块2与线性降压转换电路20的输出端Out1电连接,监测与控制模块2用于在线性降压转换电路20的输出端的电压低于阈值电压时,关闭电子设备。
其中,阈值电压可小于起始下降电压。阈值电压可以是被替代电池零电量时的电压,即V22。监测与控制模块2用于在线性降压转换电路20的输出端的电压低于阈值电压时,说明供电电池的电量用尽,则关闭电子设备100,从而使原来用于识别干电池电量耗尽的电路,无需修改即可继续正常使用。供电电路1的输出端Vo可与电子设备中的其他元器件电连接,以为电子设备中的其他元器件供电。该电子设备可以包括下述至少一种:用于电视、空调等的遥控器、电动玩具和可穿戴设备等。可穿戴设备可包括智能手环、智能头盔等。本发明实施例提供的电子设备包括上述实施例中的供电电路,因此本发明实施例提供的电子设备也具备上述实施例中所描述的有益效果,此处不再赘述。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。