CN112531832A - 充电路径管理电路及装置 - Google Patents

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CN112531832A CN202011354218.9A CN202011354218A CN112531832A CN 112531832 A CN112531832 A CN 112531832A CN 202011354218 A CN202011354218 A CN 202011354218A CN 112531832 A CN112531832 A CN 112531832A
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Abstract

本发明公开了一种充电路径管理电路及装置，所述电路包括充电芯片、系统模块、高功率模块、第二开关以及设置于充电芯片内的第一开关；充电适配器通过充电芯片与系统模块的供电端连接，电池模块的输出端通过相互并联的第一开关和第二开关与系统模块连接，电池模块的输出端还与高功率模块连接，系统模块的控制端还与第二开关的受控端连接；充电芯片用于在充电适配器接入时，将输入电压转换为系统模块的供电电压；系统模块用于在充电适配器未接入或接入时，控制第二开关闭合或断开。本发明中无论适配器是否接入，均能够在高功率模块的瞬态功率增大时保障系统模块的正常供电，使得系统能够正常运行，避免发生系统死机或关机现象。

Description

充电路径管理电路及装置
技术领域
本发明涉及电路电子领域，尤其涉及充电路径管理电路及装置。
背景技术
目前，随着快充技术的不断发展，电子产品的充电适配器的电压不再仅是统一的5V电压输出，而是支持3.3V～20V范围内的电压。对于电子产品而言，为了适应不同的充电适配器输入的多种不同电压，需要采用路径管理方式，在接收到不同的输入电压后，将输入电压进行升压或降压处理，以生成电子产品系统运行时的供电电压。并且在输入电压的功率高于系统运行所需功率时，剩余功率还可以通过路径管理方式提供给电子产品的电池进行充电。
然而，在现有的充电路径管理方案中，在电子产品的瞬时功率超出充电适配器所提供的输出功率时，需要通过电池提供额外的输出功率进行补充，以使得系统能够正常运行。然而，在电池进行功率补充的过程中，充电管理路径上的瞬态电流将会超出过流保护的电流阈值，从而触发过流保护将电池与系统断开，导致系统发生死机或关机。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种充电路径管理电路及装置，旨在解决现有的充电路径管理方式中系统功率过大时容易发生死机或关机的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种充电路径管理电路，包括充电芯片、系统模块、高功率模块、第一开关以及第二开关，所述第一开关设置于所述充电芯片内；
所述充电芯片的输入端与充电适配器连接，所述充电芯片的输出端与所述系统模块的供电端连接，电池模块的输出端分别与所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端以及所述高功率模块连接，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第二端分别与所述系统模块的供电端连接，所述系统模块的控制端还与所述第二开关的受控端连接；
所述充电芯片，用于在充电适配器接入时，将充电适配器的输入电压转换为系统模块的供电电压；
所述系统模块，用于在充电适配器未接入时，控制所述第二开关闭合；在充电适配器接入时，控制所述第二开关断开。
可选地，所述充电芯片包括升降压电路，所述升降压电路的输入端与充电适配器连接，所述升降压电路的输出端与所述系统模块的供电端连接；
所述升降压电路，用于接收充电适配器的输入电压，在充电电压高于系统模块的供电电压时对充电电压进行降压处理；在充电电压低于系统模块的供电电压时对充电电压进行升压处理。
可选地，所述充电芯片还包括过压保护电路，所述过压保护电路的输入端与充电适配器连接，所述过压保护电路的输出端与所述升降压电路的输入端连接。
可选地，所述充电芯片还包括漏电保护模块，所述漏电保护模块的第一端与所述过压保护电路的输出端连接，所述漏电保护模块的第二端与所述升降压电路的输入端连接，所述漏电保护模块的控制端与所述充电芯片的漏电检测端连接；
所述漏电保护模块，用于在检测到所述充电芯片发生漏电时断开。
可选地，所述漏电保护模块为第一MOS管，所述第一MOS管的源极与所述过压保护电路的输出端连接，所述第一MOS管的漏极与所述升降压电路的输入端连接，所述第一MOS管的栅极与所述充电芯片的漏电检测端连接。
可选地，所述第一MOS管为P沟道MOS管，所述第一MOS管上还设置有体二极管。
可选地，所述充电路径管理电路还包括第一电容、第二电容及第三电容，所述第一电容的第一端与所述过压保护电路的输入端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第二电容的第一端与所述升降压电路的输入端连接，所述第二电容的第二端接地，所述第三电容的第一端与所述升降压电路的输出端连接，所述第三电容的第二端接地。
可选地，所述充电路径管理电路还包括第四电容，所述第四电容的第一端与电池模块的输出端连接，所述第四电容的第二端接地。
可选地，所述第一开关为MOS管，所述第二开关为MOS管。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种充电路径管理装置，所述充电路径管理装置包括充电适配器、电池模块以及分别与充电适配器和电池模块连接的充电路径管理电路，所述充电路径管理电路被配置为如上所述的充电路径管理电路。
本发明通过将产品的各个功耗模块划分为系统模块和高功率模块并分别进行供电，能够保障各个模块正常运行。在充电适配器接入并且高功率模块正常运行时，能够为系统模块、高功率模块进行供电并为电池充电；而高功率模块的瞬态功率增大时，则由充电适配器为系统模块供电，由电池模块为高功率模块供电。在充电适配器未接入时，若高功率模块正常运行，则电池模块可以为系统模块和高功率模块进行供电；若高功率模块的瞬态功率增大导致第一开关断开，则电池模块可以通过电池模式下常闭的第二开关为系统模块进行供电。无论是适配器模式还是电池模式下，在高功率模块的瞬态功率大增时，均能够保障系统模块的正常供电，使得系统能够正常运行，避免发生系统死机或关机现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明充电路径管理电路一实施例的模块示意图；
图2为图1实施例的电路结构示意图；
图3为图1实施例中系统模块的供电电压示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
附图标号说明：
Figure BDA0002800712710000031
Figure BDA0002800712710000041
具体实施方式
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。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种充电路径管理电路，应用于充电路径管理装置中，该充电路径管理装置可以分别与充电适配器和电池模块连接，保障大功率系统的稳定运行。
参见图1，在一实施例中，充电路径管理电路包括充电芯片10、系统模块20、高功率模块30、第一开关K1以及第二开关K2，其中，第一开关K1设置于充电芯片10内。充电芯片10的输入端与充电适配器40连接，充电芯片10的输出端与系统模块20的供电端连接，电池模块50的输出端分别与第一开关K1的第一端、第二开关K2的第一端以及高功率模块30连接，第一开关K1的第二端和第二开关K2的第二端分别与系统模块20的供电端连接，系统模块20的控制端还与第二开关K2的受控端连接。
需要说明的是，电子产品的各个模块中，一部分模块为系统正常运行所必须的模块，例如主控芯片、BT蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在这些模块未能正常供电时，容易导致系统发生死机或关机。而另一部分模块则为大功率模块，例如音响产品的功放模块。这些大功率模块的瞬态功率通常远远超过稳定功率。在充电适配器40所能够提供的输出功率低于大功率模块的瞬态功率时，同样容易导致系统发生死机或关机。
上述充电路径管理电路中，可以将系统运行时需要进行耗电的模块划分为系统模块20和高功率模块30，其中，运行功率较低且为系统正常运行时所必须的模块划分为系统模块20，而非系统正常运行所必须并且运行时的瞬态功率较大的模块则划分为高功率模块30，并通过不同的充电路径为系统模块20和高功率模块30进行供电。如图3所示，系统模块20具有一个最小电压VSYS_REG_MIN，在输出至系统模块20的供电电压高于VSYS_REG_MIN时，系统模块20不会发生关机或死机。该VSYS_REG_MIN可以为1.2V。
充电路径管理电路具有两种运行模式，在充电适配器40接入时，为适配器模式；而在充电适配器40未接入时，为电池模式。
在适配器模式下，充电芯片10可以将充电适配器40输入的电压转换为系统模块20所需的供电电压，以为系统模块20进行供电。由于系统模块20在运行时所消耗的功率较低，充电适配器40提供的输出功率高于系统模块20所消耗的总功率。因此，在充电适配器40接入时，系统模块20能够正常运行，从而避免系统模块20因输入的功率不足而发生死机或关机现象。
在电池模块50、第一开关K1与充电芯片10形成的充电路径中，第一开关K1的闭合条件为电池模块50的电池电压达到电池电压阈值。其中，电池电压阈值通常设置为2.5V。在第一开关K1检测到电池电压低于该阈值时，则会判定电池模块50发生异常，并且由闭合状态变为断开，从而将电池模块50与系统端断开。
电池模块50与高功率模块30连接，即电池模块50能够为高功率模块30进行供电。在高功率模块30的瞬态功率升高时，电池模块50输出的电池电压将会瞬间拉低至低于电池电压阈值，此时充电芯片10可以控制第一开关K1由闭合状态变为断开状态。
在适配器模式下，第一开关K1断开时，第二开关K2为常开状态，电池模块50无法为系统模块20进行供电。但由于系统模块20所消耗的功率较低，充电适配器40的输出功率足以保障系统模块20正常运行。即，在高功率模块30的瞬态功率升高并使得第一开关K1断开时，系统模块20由充电适配器40进行供电，而高功率模块30则由电池模块50进行供电。系统模块20和高功率模块30均能正常运行。
在高功率模块30的功耗由瞬态大功率降低时，电池模块50的电池电压重新回升到高于电池电压阈值，此时第一开关K1重新闭合，充电适配器40输出的电压还能够通过第一开关K1为电池模块50进行充电。
可以理解的是，在高功率模块30正常运行时所需的最低输入电压有效值通常远低于电池电压阈值，即使电池模块50的电池电压降低至电池电压阈值以下，仍能够为高功率模块30进行正常供电。其中，电池电压阈值通常为2.5V，高功率模块30最低输入电压有效值通常为0.8V，即电池电压降低至2.5V以下时，第一开关K1断开，但电池电压在高于0.8V时还能够正常为高功率模块30进行供电。
在电池模式下，由于充电适配器40未接入，系统模块20可以控制第二开关K2保持常闭状态。此时第一开关K1与第二开关K2为并联状态。电池模块50可以同时为系统模块20和高功率模块30进行供电。在高功率模块30的瞬态功率增大并使得第一开关K1断开时，电池模块50还可以通过第二开关K2为系统模块20供电，从而使得系统模块20能够继续正常运行。
在本实施例中，通过将产品的各个功耗模块划分为系统模块20和高功率模块30并分别进行供电，能够保障各个模块正常运行。在充电适配器40接入并且高功率模块30正常运行时，能够为系统模块20、高功率模块30进行供电并为电池充电；而高功率模块30的瞬态功率增大时，则由充电适配器40为系统模块20供电，由电池模块50为高功率模块30供电。在充电适配器40未接入时，若高功率模块30正常运行，则电池模块50可以为系统模块20和高功率模块30进行供电；若高功率模块30的瞬态功率增大导致第一开关K1断开，则电池模块50可以通过电池模式下常闭的第二开关K2为系统模块20进行供电。无论是适配器模式还是电池模式下，在高功率模块30的瞬态功率大增时，均能够保障系统模块20的正常供电，使得系统能够正常运行，避免发生系统死机或关机现象。
可以理解的是，上述第一开关K1和第二开关K2可以选用MOS管。
需要说明的是，现有的电子产品中高功率模块30并非直接与电池模块50连接，而是与系统模块20一样通过第一开关K1与电池模块50连接。在一实施例中，适配器模式下，系统模块20与高功率模块30的瞬态功率之和最大达到30W，充电适配器40的输入为5V/2A，即输入功率不超过10W，通常在电压转换过程中还会产生一定功率消耗，即充电适配器40所能够提供的最大瞬时功率约为8W。在剩余的22W功率需要电池模块50进行补充时，由于第一开关K1在电池电压低于电池电压阈值2.5V时断开，则电池模块50的电池电压也需要高于2.5V，因此要求电池模块50与第一开关K1上流过的瞬时电流达到22W/2.5V＝8.8A。可以理解的是，通常第一开关K1上还设置有过流保护阈值，该过流保护阈值通常为5A，在瞬时电流达到8.8A时，触发过流保护同样会使得第一开关K1断开。
而在电池模式下，由于电池供电的电路上存在电芯内阻，保护板内阻，保护板输出导线电阻，电池端子接触电阻，通常分别为20mΩ、30mΩ、10mΩ、40mΩ，则回路上的总阻抗约为100mΩ。在要求电池模块50的电池电压高于电池电压阈值，即高于2.5V，且瞬态功率高达30W时，第一开关K1上的电流达到30W/2.5V＝12A，同样会使得第一开关K1触发过流保护而断开。并且此时电流回路上的压降为12A*100mΩ＝1.2V，则电池输出的电池电压需要高于1.2V+2.5V＝3.7V。即，在电池模块50输出的电池电压低于3.7V时，即使第一开关K1未设置过流保护，也会导致第一开关K1因电池电压低于阈值而关断，从而导致系统发生死机或关机现象。
而在上述实施例中，电池模块50在同时为高功率模块30和系统模块20进行供电时，电池电压阈值为2.5V，高功率模块30最低输入电压有效值为0.8V，则电池所允许的最低输出电压为1.7V，此时若瞬态功率为30W，则供电回路上的电池阻抗所产生的压降为30W/1.7V*100mΩ＝1.764V，则电池输出的电池电压要求不低于1.7V+1.764V＝3.464V。相比于系统模块20和高功率模块30合并供电的方式，本实施例中电池电压的最低有效值更低，可以理解的是，在电池电压达到3.464V时，电池电量已经低至10％以下。即，本实施例中在电池电量更低的情况下依然能够保障系统正常运行，不会发生系统死机或关机现象。
一并参照图1和图2，上述充电芯片10可以包括升降压电路11，升降压电路11的输入端与充电适配器40连接，升降压电路11的输出端与系统模块20的供电端连接。
在不同规格的充电适配器40接入时，充电芯片10将会接收到不同的输入电压。其中，输入电压的电压范围通常可以为3.3V～20V内每20mV一阶的可编程调节电压。在接收到的输入电压低于系统模块20所需的供电电压时，需要通过升降压电路11对输入电压进行升压处理，将输入电压转换为系统模块20的供电电压后为系统模块20进行供电。而在接收到的输入电压高于系统模块20所需的供电电压时，则需要通过升降压电路11对输入电压进行降压处理，将输入电压转换为系统模块20的供电电压后为系统模块20进行供电。
进一步地，上述充电芯片10还可以包括过压保护电路12，过压保护电路12的输入端与充电适配器40连接，过压保护电路12的输出端与升降压电路11的输入端连接。过压保护电路12可以在接收到充电适配器40的输入电压时，确定该输入电压是否超出过压保护阈值，在输入电压超出过压保护阈值时，过压保护电路12可以将充电适配器40与后端电路断开，从而避免高电压对后端电路造成损坏。
上述充电芯片10还可以包括漏电保护模块13，漏电保护模块13的第一端与过压保护电路12的输出端连接，漏电保护模块13的第二端与升降压电路11的输入端连接，漏电保护模块13的控制端与充电芯片10的漏电检测端连接。
充电芯片10上还设置有检测漏电电流的漏电检测端，在漏电保护模块13接收到的漏电电流达到预设的漏电阈值时，可以确定发生漏电，并将过压保护电路12与升降压电路11进行断开，从而保护后端电路。
上述漏电保护模块13可以为第一MOS管MOS1，第一MOS管MOS1的源极与过压保护电路12的输出端连接，第一MOS管MOS1的漏极与升降压电路11的输入端连接，第一MOS管MOS1的栅极与充电芯片10的漏电检测端连接。
其中，第一MOS管MOS1可以为P沟道MOS管，在栅极接收到低电平信号时导通，接收到高电平信号时断开。第一MOS管MOS1上还可以设置有体二极管，以在漏极接收到大电流时通过体二极管导出，避免大电流损坏MOS管。
可以理解的是，在充电芯片10的漏电检测端检测到漏电电流时，第一MOS管MOS1的栅极接收到高电平信号而截止，从而将第一MOS管MOS1的前后端电路断开。
进一步地，上述充电路径管理电路还可以包括第一电容C1、第二电容C2及第三电容C3，第一电容C1的第一端与过压保护电路12的输入端连接，第一电容C1的第二端接地，第二电容C2的第一端与升降压电路11的输入端连接，第二电容C2的第二端接地，第三电容C3的第一端与升降压电路11的输出端连接，第三电容C3的第二端接地。
上述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3均为滤波电路，能够对电流回路中所产生的交流噪声信号进行过滤，避免交流信号对电路造成影响。
上述充电路径管理电路还可以包括第四电容C4，第四电容C4的第一端与电池模块50的输出端连接，第四电容C4的第二端接地。
第四电容C4为滤波电容，能够对电池模块50输出的电池电压进行滤波，以过滤直流电池电压中的交流噪声信号。
本发明还提供一种充电路径管理装置，该充电路径管理装置包括充电适配器、电池模块以及分别与充电适配器和电池模块连接的充电路径管理电路，该充电路径管理电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的充电路径管理装置采用了上述充电路径管理电路的技术方案，因此该充电路径管理装置具有上述充电路径管理电路所有的有益效果。
以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电路径管理电路，其特征在于，包括充电芯片、系统模块、高功率模块、第一开关以及第二开关，所述第一开关设置于所述充电芯片内；
所述充电芯片的输入端与充电适配器连接，所述充电芯片的输出端与所述系统模块的供电端连接，电池模块的输出端分别与所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端以及所述高功率模块连接，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第二端分别与所述系统模块的供电端连接，所述系统模块的控制端还与所述第二开关的受控端连接；
所述充电芯片，用于在充电适配器接入时，将充电适配器的输入电压转换为系统模块的供电电压；
所述系统模块，用于在充电适配器未接入时，控制所述第二开关闭合；在充电适配器接入时，控制所述第二开关断开。
2.如权利要求1所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述充电芯片包括升降压电路，所述升降压电路的输入端与充电适配器连接，所述升降压电路的输出端与所述系统模块的供电端连接；
所述升降压电路，用于接收充电适配器的输入电压，在充电电压高于系统模块的供电电压时对充电电压进行降压处理；在充电电压低于系统模块的供电电压时对充电电压进行升压处理。
3.如权利要求2所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述充电芯片还包括过压保护电路，所述过压保护电路的输入端与充电适配器连接，所述过压保护电路的输出端与所述升降压电路的输入端连接。
4.如权利要求3所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述充电芯片还包括漏电保护模块，所述漏电保护模块的第一端与所述过压保护电路的输出端连接，所述漏电保护模块的第二端与所述升降压电路的输入端连接，所述漏电保护模块的控制端与所述充电芯片的漏电检测端连接；
所述漏电保护模块，用于在检测到所述充电芯片发生漏电时断开。
5.如权利要求4所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述漏电保护模块为第一MOS管，所述第一MOS管的源极与所述过压保护电路的输出端连接，所述第一MOS管的漏极与所述升降压电路的输入端连接，所述第一MOS管的栅极与所述充电芯片的漏电检测端连接。
6.如权利要求5所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述第一MOS管为P沟道MOS管，所述第一MOS管上还设置有体二极管。
7.如权利要求5所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述充电路径管理电路还包括第一电容、第二电容及第三电容，所述第一电容的第一端与所述过压保护电路的输入端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第二电容的第一端与所述升降压电路的输入端连接，所述第二电容的第二端接地，所述第三电容的第一端与所述升降压电路的输出端连接，所述第三电容的第二端接地。
8.如权利要求1～7中任一项所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述充电路径管理电路还包括第四电容，所述第四电容的第一端与电池模块的输出端连接，所述第四电容的第二端接地。
9.如权利要求1～7中任一项所述的充电路径管理电路，其特征在于，所述第一开关为MOS管，所述第二开关为MOS管。
10.一种充电路径管理装置，其特征在于，所述充电路径管理装置包括充电适配器、电池模块以及分别与充电适配器和电池模块连接的充电路径管理电路，所述充电路径管理电路被配置为如权利要求1-9任一项所述的充电路径管理电路。
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