CN113386573A - 一种锂电池保护板低功耗唤醒电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池领域，具体为一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，包括软件保护板，保护板电源、单片机系统以及单片机RTC备用电源，本发明从系统层面考虑，将低功耗和唤醒设计为两级，以针对不同的电池包状态和应用需求，其中第一级状态为休眠状态，第二级状态为断电状态，当电池系统电量较高，持续一段时间未使用的情况下，系统可进入休眠状态，此时单片机控制关断外部工作模块，进入低功耗模式，在接收到I/O中断信号后单片机可唤醒，使能外部工作模块，进入正常工作状态，当电池电低于30％，且超过1周未使用，则系统进入断电状态，此时只有DCDC及唤醒电路耗电，系统功耗降至最低。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，具体为一种锂电池保护板低功耗唤醒电路。
背景技术
由于锂电池在能量密度和循环寿命上都大大超过铅酸电池，所以在两轮三轮等低速领域的应用越来越广泛，逐渐替代铅酸电池。又由于锂电池本身的安全性问题，为了避免过充过放及锂电池智能应用，则必须配备软件保护板，通常称为BMS(Battery ManagementSystem)。BMS作为电子设备，工作时需要从电池包取电，所以电池包在静置状态下(未充放电)，除了电芯本身自耗电，BMS也是耗电源之一。虽然BMS耗电在几mA到十几mA范围之内，但一旦静置时间过长，特别是电池包本身电量耗尽的情况下也可能导致电池包发生过放，导致电芯受损失效。在两轮三轮锂电池应用中由于必须要设置软件保护板的低功耗模式，降低软件保护板在不同条件下的功耗，通过各种方式唤醒，恢复正常工作状态。
现有技术通常只考虑了软件保护板在某单一状态下的低功耗及唤醒，没有统筹设计整个低功耗电源系统和唤醒电路，导致低功耗及唤醒电路功能不完整。比如有的设计只考虑到保护板上单片机关断外围模块实现低功耗，并通过外部通信或充电唤醒电路来唤醒。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低功耗，适用范围广的锂电池保护板低功耗唤醒电路。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，包括软件保护板，保护板电源、单片机系统以及单片机RTC备用电源，所述软件保护板上设有DCDC、PMOS开关以及5V系统，所述单片机系统上设有LDO，所述保护板电源输出电流经过DCDC变换后输出5V，5V经过 LDO变为3.3V给单片机系统供电，5V经过PMOS开关给软件保护板上的5V系统供电，5V经过LDO变换成3.3V常电作为使能信号电路及唤醒电路供电和单片机RTC备用电源。
为了提高保护板电源的使用效果，所述保护板电源输出电压为48V、64V 或72V。
为了降低系统功耗，所述软件保护板分为两级，其中第一级状态为休眠状态，第二级状态为断电状态，保护板电源电量大于30％时，持续一段时间未使用的情况下，单片机系统进入休眠状态，此时单片机系统控制关断外部工作模块，进入低功耗模式，在接收到I/O中断信号后单片机系统唤醒使能外部工作模块，进入正常工作状态，当电池电量低于30％，且长时间未使用，则系统进入断电状态。
为了提高唤醒方式，所述唤醒电路由三路唤醒源构成，分别为负载唤醒，充电唤醒以及通信唤醒。
为了提高唤醒电路的使用效果，所述负载唤醒通过输出信号电平从高到低变化从而触发单片机I/O中断，使单片机从第一级的休眠状态中唤醒，充电唤醒和通信唤醒则是通过输出信号电平从低到高变化触发单片机I/O中断，使其唤醒，所述软件保护板进入第二级断电状态时，通过充电唤醒和通信唤醒使能单片机系统LDO。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，具备以下有益效果：
本发明从系统层面考虑，将低功耗和唤醒设计为两级，以针对不同的电池包状态和应用需求，其中第一级状态为休眠状态，第二级状态为断电状态，当电池系统电量较高，持续一段时间未使用的情况下，系统可进入休眠状态，此时单片机控制关断外部工作模块，进入低功耗模式，在接收到I/O中断信号后单片机可唤醒，使能外部工作模块，进入正常工作状态，当电池电低于 30％，且超过1周未使用，则系统进入断电状态，此时只有DCDC及唤醒电路耗电，系统功耗降至最低。
附图说明
图1为本发明电路结构示意图；
图2为本发明单片机系统电路示意图；
图3为本发明唤醒电路示意图；
图4为本发明断电状态唤醒电路示意图；
具体实施方式
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。
请参阅图1-4，本发明为一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，包括软件保护板，保护板电源、单片机系统以及单片机RTC备用电源，所述软件保护板上设有DCDC、PMOS开关以及5V系统，所述单片机系统上设有LDO，所述保护板电源输出电流经过DCDC变换后输出5V，5V经过LDO变为3.3V给单片机系统供电，5V经过PMOS开关给软件保护板上的5V系统供电，5V经过LDO变换成3.3V常电作为使能信号电路及唤醒电路供电和单片机RTC备用电源。
本实施例中，所述保护板电源输出电流为48V、64V或72V，通过设置多种电流输出，而匹配不同的软件保护板。
本实施例中，所述软件保护板分为两级，其中第一级状态为休眠状态，第二级状态为断电状态，保护板电源电量大于30％时，持续一段时间未使用的情况下，单片机系统进入休眠状态，此时单片机系统控制关断外部工作模块，进入低功耗模式，在接收到I/O中断信号后单片机系统唤醒使能外部工作模块，进入正常工作状态，当电池电量低于30％，且长时间未使用，则系统进入断电状态，此时只有DCDC及唤醒电路耗电，系统功耗降至最低，从而降低系统功耗。
本实施例中，所述唤醒电路由三路唤醒源构成，分别为负载唤醒，充电唤醒以及通信唤醒，从而通过多种唤醒方式配合唤醒防止电芯受损。
本实施例中，所述负载唤醒通过输出信号电平从高到低变化从而触发单片机I/O中断，使单片机从第一级的休眠状态中唤醒，充电唤醒和通信唤醒则是通过输出信号电平从低到高变化触发单片机I/O中断，使其唤醒，所述软件保护板进入第二级断电状态时，通过充电唤醒和通信唤醒使能单片机系统LDO，从而使单片机上电进入正常工作状态，并保持使能LDO，既而提高唤醒电路的使用效果。
综上所述，本发明在使用时，保护板电源输出电流经过DCDC变换后输出 5V，5V经过LDO变为3.3V给单片机系统供电，5V经过PMOS开关给软件保护板上的5V系统供电，5V经过LDO变换成3.3V常电作为使能信号电路及唤醒电路供电和单片机RTC备用电源，单片机系统供电LDO的使能信号受唤醒电路输出及单片机输出共同控制，确保单片机实现上电保持和系统下电。
本发明从系统层面考虑，将低功耗和唤醒设计为两级，以针对不同的电池包状态和应用需求，其中第一级状态为休眠状态，第二级状态为断电状态，当电池系统电量较高，持续一段时间未使用的情况下，系统可进入休眠状态，此时单片机控制关断外部工作模块，进入低功耗模式，在接收到I/O中断信号后单片机可唤醒，使能外部工作模块，进入正常工作状态，当电池电低于 30％，且超过1周未使用，则系统进入断电状态，此时只有DCDC及唤醒电路耗电，系统功耗降至最低。
本发明从系统层面考虑锂电池软件保护板多种低功耗应用场景，并设计了不同的唤醒方式，确保系统功耗最低要求，比现有技术功能更全面，且电路设计简单可靠，同时可以根据实际需求可以对唤醒方式和电路进行裁剪以满足实际中的成本需求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，其特征在于，包括软件保护板，保护板电源、单片机系统以及单片机RTC备用电源，所述软件保护板上设有DCDC、PMOS开关以及5V系统，所述单片机系统上设有LDO，所述保护板电源输出电压经过DCDC变换后输出5V，5V经过LDO变为3.3V给单片机系统供电，5V经过PMOS开关给软件保护板上的5V系统供电，5V经过LDO变换成3.3V常电作为使能信号电路及唤醒电路供电和单片机RTC备用电源。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，其特征在于，所述保护板电源输出电流为48V、64V或72V。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，其特征在于，所述软件保护板分为两级，其中第一级状态为休眠状态，第二级状态为断电状态，保护板电源电量大于30％时，持续一段时间未使用的情况下，单片机系统进入休眠状态，此时单片机系统控制关断外部工作模块，进入低功耗模式，在接收到I/O中断信号后单片机系统唤醒使能外部工作模块，进入正常工作状态，当电池电量低于30％，且长时间未使用，则系统进入断电状态，此时只有DCDC及唤醒电路耗电，系统功耗降至最低。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，其特征在于，所述唤醒电路由三路唤醒源构成，分别为负载唤醒，充电唤醒以及通信唤醒。
5.根据权利要求4或3所述的一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，其特征在于，所述负载唤醒通过输出信号电平从高到低变化从而触发单片机I/O中断，使单片机从第一级的休眠状态中唤醒，充电唤醒和通信唤醒则是通过输出信号电平从低到高变化触发单片机I/O中断，使其唤醒。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池保护板低功耗唤醒电路，其特征在于，所述软件保护板进入第二级断电状态时，通过充电唤醒和通信唤醒使能单片机系统LDO。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114035670A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-02-11 | 深圳全志在线有限公司 | 嵌入式设备的低功耗实现方法及装置 |
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