CN114336938A - 一种电池供电系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电池供电系统及电子设备，所述电池供电系统包括：电压检测器，与所述电子设备的电源接入端相连，用于检测输入电压，并基于检测值控制输出第一信号或第二信号；切换电路，与所述电池、电压检测器及所述电子设备中的系统供电电路相连，用于根据所述第一信号导通所述电池及系统供电电路，断开所述电源接入端与系统供电电路，以及根据所述第二信号断开所述电池及系统供电电路，导通所述电源接入端与系统供电电路。本发明的电池供电系统结构简单，能够在外部电源加入或移除时，使电池平稳切换状态，不会引起电源波动。

Description

一种电池供电系统及电子设备

技术领域

本发明实施例涉及电子设备的供电技术领域，特别涉及一种电池供电系统及电子设备。

背景技术

锂电池供电设备的供电接口插入外部电源时，系统将由外部电源供电，电池处于充电状态，当移除外部电源时，系统将切回到锂电池供电模式。该种类型的供电电路的实现方式有多种，但是在USB供电便携式设备中，一般采用PMOS开关管结合二极管形式的电路实现供电模式的切换，但是这种电路在重负载情况下切换PMOS开关管的时机如果控制不好，则会带来负载电源的明显波动。

现有的技术方案中，会采用在PMOS开关管的后端加入大体积铝电解或者钽电容进行能量存储，以平缓由于PMOS管的开关动作而导致的电源波动。虽然该种方案是较为成熟的方案，但是其仍会为电子设备带来体积增大和成本增加两个突出问题，且不利于在便携式小型设备中的使用。

发明内容

本发明提供了一种结构简单，能够在外部电源加入或移除时，使电池平稳切换状态，不会引起电源波动的电池供电系统及具有该电池供电系统的电子设备。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电池供电系统，应用于带有电池的电子设备中，所述电池供电系统包括：

电压检测器，与所述电子设备的电源接入端相连，用于检测输入电压，并基于检测值控制输出第一信号或第二信号；

切换电路，与所述电池、电压检测器及所述电子设备中的系统供电电路相连，用于根据所述第一信号导通所述电池及系统供电电路，断开所述电源接入端与系统供电电路，以及根据所述第二信号断开所述电池及系统供电电路，导通所述电源接入端与系统供电电路。

作为一可选实施例，所述第一信号与第二信号均为电平信号。

作为一可选实施例，所述切换电路包括相互并联的第一电路和第二电路，所述第一电路分别与所述系统供电电路及电池相连，且所述第一电路上设有第一开关管，所述第二电路分别与所述系统供电电路及电源接入端相连，且所述第二电路上设有第二开关管；

当所述电压检测器输出第一信号时，所述第一开关管被导通，所述第二开关管断开，当所述电压检测器输出第二信号时，所述第一开关管断开，所述第二开关管被导通。

作为一可选实施例，所述第一信号为高电平，所述第二信号为低电平，所述第一开关管为PMOS管；

所述电池供电系统还包括与所述第一开关管相连的反相器，所述反相器用于使所述第一开关管中的栅极电压反向，进而在所述第一信号下，所述第一开关管被导通，在所述第二信号下，所述第一开关管断开。

作为一可选实施例，所述反相器为NMOS管，所述反相器的漏级与所述第一开关管的栅极相连，用于使所述漏级与所述栅极间的电压反向，进而在所述第一信号下，所述第一开关管被导通，在所述第二信号下，所述第一开关管断开。

作为一可选实施例，所述第二开关管为二极管。

作为一可选实施例，所述电压检测器在所述输入电压低于阈值时，输出所述第一信号，在所述输入电压高于所述阈值时，输出所述第二信号。

作为一可选实施例，所述阈值高于所述电子设备的系统所需电压值。

本发明另一实施例同时提供一种电子设备，包括电池，及如上述任一实施例所述的电池供电系统。

基于上述实施例的公开可以获知，本发明实施例具备的有益效果包括整体结构简单，无需设置大容量电容等器件，仅通过设置电压检测器及切换电路即可至少在外部电源加入或移除时，切换电路通过检测识别电压检测器输出的信号便可及时自动切换适配于当前设备系统状态的供电模式，且不会影响电源波动。另外由于本实施例中的电池供电系统成本低廉，同时支持小体积设计，故可应用于小型设备中使用，适用范围广泛。

本发明的其它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可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中的电池供电系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中的电压检测器的应用电路图。

图3为本发明实施例中的电压检测器的真值表。

图4为本发明实施例中的电压检测器的结构框图。

图5为本发明实施例中的切换电路的结构示意图。

附图标记：

1-电压检测器；2-电池；3-系统供电电路；4-电源接入端；5-外接电源；6-第一电路；7-第二电路；8-第一开关管；9-第二开关管；10-反相器

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

下面，结合附图详细的说明本发明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供一种电池供电系统，应用于带有电池2的电子设备中，电池供电系统包括：

电压检测器1，与电子设备的电源接入端4相连，用于检测输入电压，并基于检测值控制输出第一信号或第二信号；

切换电路，与电池2、电压检测器1及电子设备中的系统供电电路3相连，用于根据第一信号导通电池2及系统供电电路3，断开电源接入端4与系统供电电路3，以及根据第二信号断开电池2及系统供电电路3，导通电源接入端4与系统供电电路3。

例如，本实施例中的电池2供电系统可应用于带有电池2的电子设备中，例如带有锂电池2的电子设备，包括平板电脑、笔记本电脑、电子监控器、消毒剂等等，当然也可以为带有其他种类电池2的电子设备中。同时该电子设备还支持外接电源5，即可以加入外部电源来为设备供电，具体可以设置有电源接口等等。结合图所示，本实施例中的电池2供电系统包括电压检测器1和切换电路，电压检测器1与电子设备的电源接入端4相连，用于检测外接电源5的输入电压，并基于检测值而控制输出第一信号或第二信号，也即该第一信号，第二信号分别表征不同范围的输入电压，基于该信号便可知输入电压的电压范围；或者是当外接电源5接入时，电压检测器1则输出第二信号，而当外接电源5被移除时，电压检测器1则输出第一信号等，具体不唯一。切换电路与电池2，电压检测器1及电子设备中的系统供电电路3相连，该切换电路可以识别出电压检测器1输出的信号，当为第一信号时，该切换电路会导通电池2及系统供电电路3，断开电源接入端4与系统供电电路3，也即当前是外接电源5为系统供电电路3供电，当电压检测器1输出第一信号时，切换电路会切换供电模式，断开电源接入端4与系统供电电路3，而导通电池2与系统供电电路3，由电池2进行供电。而当电压检测器1输出的是第二信号时，该切换电路则断开电池2及系统供电电路3，转而导通电源接入端4与系统供电电路3，使外接电源5进行供电。

基于上述实施例的公开可以获知，本实施例具备的有益效果包括整体结构简单，无需设置大容量电容等器件，仅通过设置电压检测器1及切换电路即可至少在外部电源加入或移除时，切换电路通过检测识别电压检测器1输出的信号便可及时自动切换适配于当前设备系统状态的供电模式，且不会影响电源波动。另外由于本实施例中的电池2供电系统成本低廉，同时支持小体积设计，故可应用于小型设备中使用，适用范围广泛。

具体地，本实施例中的第一信号与第二信号均为电平信号。其中，第一信号为高电平信号，第二信号为低电平信号。电压检测器1在检测时，是通过检测输入电压值，然后将其与预设阈值做比较来确定最终输出的信号的。例如若输入电压值低于阈值时，则输出第一信号，而若输入电压高于阈值时，则输出第二信号。

可选地，本实施例中的阈值高于电子设备的系统所需电压值。例如预设阈值为3.4v，而系统所需电压值为3.3v，如此可使得阈值比系统工作时所需电压值略高，具有一定裕量，可以防止实际的外接电压不稳等外部因素而导致的电压误差，给系统所需电压留有一定变化空间，进而确保电压检测器1能够准确判断阈值和实际电压值间的关系，保证输出的信号更为及时，也更为准确。

可选地，实际应用时，以电池2为锂电池2为例，本实施例中的电压检测器1采用的是单节锂电池2电量指示芯片，基于该芯片不仅无需增设其他控制器件便可执行输入电压的监控，而且由于该芯片内部具有修调技术，故可以保证电压检测精度达到±1％，同时具有电压控制能力，能够通过输出匹配输入电压的信号而实现切换电路的动作。当然，电压检测部并不局限于此，还可以采用其他具有监控、检测电压值、配合输出第一信号及第二信号功能的器件，如嵌入式控制器等等。如上文所述，本实施例中的阈值为3.4v，故电压检测器1检测到外接电源5的输入电压低于3.4V时，控制VD1引脚输出高电平，即输出第一信号，而若检测到外界电源的输入电压高于3.4V时，则控制VD1引脚输出低电平，即输出第二信号。

可选地，本实施例中的电压检测器1可以参考图2和图3所示，该图中示出了电压检测器1具有多个引脚，且每个引脚处配置有电源指示灯，其中D1引脚即为VD1引脚，结合图4所示，当输入电压值超过3.4v时，该VD1引脚的指示灯被点亮，此时电压检测器1会控制VD1引脚输出第一信号，即高电平信号，而当输入电压低于3.4v时，该VD1引脚的指示灯熄灭，此时电压检测器1会控制VD1引脚输出第二信号，即低电平信号。通过设置该电压检测器1，可以及时、准确地检测到外接电源5的输入电压的变化，并基于该变化而相应输出信号，控制切换电路实现切换，“切换时机”易于把握，为电源始终保持稳定，不产生波动提供了保证。

进一步地，如图1和图5所示，本实施例中的切换电路包括相互并联的第一电路6和第二电路7。第一电路6分别与系统供电电路3及电池2相连，且第一电路6上设有第一开关管8。第二电路7分别与系统供电电路3及电源接入端4相连，且第二电路7上设有第二开关管9。当电压检测器1输出第一信号时，第一开关管8被导通，第二开关管9断开，当电压检测器1输出第二信号时，第一开关管8断开，第二开关管9被导通。也就是，切换电路主要由第一开关管8和第二开关管9及各开关管所在电路组成，如图5中所示，当电压检测器1输出第一信号时，Q1，即第一开关管8被导通，此时由电池2(VBAT)供电，电流通过Q1的节点3,2流入系统供电电路3的VIN端。而倘若电压检测器1输出第二信号时，第二开关管9D1的节点1,2被导通，而第一开关管8Q1断开，此时由外接电源5(VZENER_EXTA)输出的电能通过第二开关管9D1而流入系统供电电路3的VIN端。

具体地，继续结合图1所示，本实施例中的第一开关管8为PMOS管，包括源级、栅极和漏级，第二开关管9为二极管。PMOS的控制逻辑是Vgth<Vgs的时候，PMOS管导通，反之截止。也就是在外部有电源输入的情况下，要PMOS截止，此时电池2不放电，当外部电源撤掉的时候，PMOS需要及时导通，此时锂电池2自动放电。该过程不仅可以使得供电模式切换及时，而且由于PMOS管的特性，可以使得电压具有缓冲效果，进而防止电源波动的现象。

而为了使得PMOS管能够及时被导通与断开，本实施例中的电池2供电系统还包括与第一开关管8的栅极相连的反相器10。该反相器10用于使第一开关管8中的栅极电压反向，进而在第一信号下，第一开关管8被导通，在第二信号下，第一开关管8断开。

继续结合图1所示，本实施例中的反相器10为NMOS管，同样包括源级、栅极和漏级。第一开关管8的漏级与电池2相连，源级与系统供电电路3的VIN端相连，第二开关管9与外接电源5，如接入的适配器，以及系统供电电路3的VIN端相连。反相器10的源级接地，栅极与电压检检测器相连，如与电压检测器1的VD1引脚相连，该电压检测器1同时与外界电源相连。其中反相器10的漏级与第一开关管8的栅极相连，用于使漏级与栅极间的电压反向，进而在第一信号下，第一开关管8被导通，在第二信号下，第一开关管8断开。

例如，反相器10用于将VD1引脚输出的电平在PMOS管的栅极与NMOS管的漏极处形成电压反向，即当输入电源电压低于3.4V时，电压检测器1输出高电平给NMOS管，以通过NOMS管将高电平信号改为低电平信号，并通过漏极处电压引脚输出该低电平至PMOS管的栅极，进而导通PMOS管，使电池2与系统供电电路3连通，进而为系统供电。而当输入电源电压高于3.4V时，电压检测器1输出低电平给NMOS管，以通过NOMS管将低电平信号改为高电平信号，并通过漏极处电压引脚输出该高电平至PMOS管的栅极，进而断开PMOS管，使电池2与系统供电电路3断开。与此同时，第二开关管9被击穿呈导通状态外接电源5与系统供电电路3连通，以由外接电源5为系统供电。

也即，本实施例中的输入电压(VIN)>3.4V时，VD1＝0V，Pmos管的Vg＝Vbat,Vs＝Vbat，(Vgs＝Vg-Vs＝0V)>(Vgth(-1.4V左右))，也就是外部电源输入的电压达到3.4V的时候，PMOS截止，电池2通路被截止，此时由外部电源供电。而当VIN<3.4V，VD1＝Vbat，Pmos管的Vg＝0V,Vs＝Vbat，(Vgs＝Vg-Vs＝0-Vbat＝-3.5V)<(Vgth(-1.4V左右)),所以PMOS导通，也就是外部电源输入的电压低于3.4V的时候，电池2通路被导通，此时由电池2为系统供电，直至有外部电源接入，使输入电压超出3.4v时为止。

本实施例通过上述的电压检测器1，同时结合反相器10，可以有效检测电子设备的输入电压，并通过输入电压与预设阈值的大小关系来及时控制PMOS管的导通与断开，实现外接电源5供电模式与电池2供电模式的平稳切换，有效防止了在供电模式切换时产生的电源波动，影响设备使用。

本发明另一实施例同时提供一种电子设备，包括电池，及如上述任一实施例所述的电池供电系统。该电子设备例如可以是笔记本电脑，手机、平板电脑、消毒剂等任何具有锂电池，且支持外接电源的电子设备中，有效保护电子设备运行稳定，不易发生电源波动现象。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池供电系统，应用于带有电池的电子设备中，所述电池供电系统包括：

电压检测器，与所述电子设备的电源接入端相连，用于检测输入电压，并基于检测值控制输出第一信号或第二信号；

切换电路，与所述电池、电压检测器及所述电子设备中的系统供电电路相连，用于根据所述第一信号导通所述电池及系统供电电路，断开所述电源接入端与系统供电电路，以及根据所述第二信号断开所述电池及系统供电电路，导通所述电源接入端与系统供电电路。

2.根据权利要求1所述的电池供电系统，其中，所述第一信号与第二信号均为电平信号。

3.根据权利要求2所述的电池供电系统，其中，所述切换电路包括相互并联的第一电路和第二电路，所述第一电路分别与所述系统供电电路及电池相连，且所述第一电路上设有第一开关管，所述第二电路分别与所述系统供电电路及电源接入端相连，且所述第二电路上设有第二开关管；

当所述电压检测器输出第一信号时，所述第一开关管被导通，所述第二开关管断开，当所述电压检测器输出第二信号时，所述第一开关管断开，所述第二开关管被导通。

4.根据权利要求3所述的电池供电系统，其中，所述第一信号为高电平，所述第二信号为低电平，所述第一开关管为PMOS管；

所述电池供电系统还包括与所述第一开关管相连的反相器，所述反相器用于使所述第一开关管中的栅极电压反向，进而在所述第一信号下，所述第一开关管被导通，在所述第二信号下，所述第一开关管断开。

5.根据权利要求4所述的电池供电系统，其中，所述反相器为NMOS管，所述反相器的漏级与所述第一开关管的栅极相连，用于使所述漏级与所述栅极间的电压反向，进而在所述第一信号下，所述第一开关管被导通，在所述第二信号下，所述第一开关管断开。

6.根据权利要求3所述的电池供电系统，其中，所述第二开关管为二极管。

7.根据权利要求1所述的电池供电系统，其中，所述电压检测器在所述输入电压低于阈值时，输出所述第一信号，在所述输入电压高于所述阈值时，输出所述第二信号。

8.根据权利要求7所述的电池供电系统，其中，所述阈值高于所述电子设备的系统所需电压值。

9.一种电子设备，包括电池，及如权利要求1-8中任一项所述的电池供电系统。

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