CN114614546A - 一种多系统电源管理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多系统电源管理装置，包括:反馈电阻序列；充电管理电路，与所述反馈电阻序列相连，用于充电目标电压、充电输入限制电流的反馈，从而动态限制充电输入电流，以及设定充电管理电路的最终充电目标电压；电池组充、放电管理电路，与所述充电管理电路相连，用于实现在如下充电方式间切换：A:电池组并联组合充电方式；B:电池组独立组合充电方式；C：电池组独立‑并联混合充电方式；D:电池组串联组合充电方式；微控制电路，与电池组充、放电管理电路相连；用于电池组充、放电管理电路上的串、并联组合状态的控制。本发明所述的装置能够大大缩短系统给电池组充电的时间；提升了多系统电源管理装置供电方式的灵活性，安全性和稳定性。

Description

一种多系统电源管理装置及方法

技术领域

本发明涉及电源管理系统技术领域，具体为一种多系统电源管理装置及方法。

背景技术

在实际的产品设计中，存在很多应市场需求，将多个不同领域的产品功能组合在一起，形成一个多系统融合产品的实例。举例说明如：对讲机+执法记录仪；酒检仪+执法记录仪；交通灯+监控摄像头；充电桩+监控摄像头；交通测速器+监控摄像头等等。从这些实例可以发现，将两个或多个不同功能的系统融合为一个产品，其功能不仅更加强大，结构更紧凑，且产品之间关联性很强，在移动执法和交通执法领域的大范围运用必然是一大趋势。

然而这些多系统融合的产品，由于包含多种不同产品的功能电路，产品不同功能模块之间的使用环境和工作原理各不相同，直接融合在一起设计时，会存在很多兼容性冲突，尤其是电源管理系统方面，更需要综合考虑各种不同功能模块之间的用电兼容性、稳定性问题。

同时在多系统融合产品的设计中，由于融合的功能模块组合多种多样，原不同产品的功能模块之间存在不同的控制核心，不同的控制核心开启时，对电源管理系统的供电电压、电流和上电时序有不同要求，如何协调这些用电需求差异，设计一个兼容性好、性能稳定、能效利用率高的电源管理系统，成为一个不小的挑战；

传统多系统融合产品的电源管理方案的设计思路是：为融合产品的不同功能模块，提供不同的电源管理方案。但是这种设计会导致新产品的不同功能模块之间的用电需求无法相互协调，统一管理，造成了不小的能量损耗浪费，尤其是对于移动式的多系统融合类产品来说，电能浪费更是不可承受之重。

另外一种多系统融合产品的传统电源管理方案的设计思路是：对产品的供电系统进行简单整合，但是整合结果缺乏统一的智能协调方案，稳定性不好；并且无法针对不同的产品功能组合方式进行深度的定制设计，只能一个方案对应一个新产品，缺少可继承性和拓展性，不是一套完美的解决方案。

对于上述传统的电源管理系统的设计方案，还存在如下问题：其充电方式单一；产品的充电时间过长；甚至需要针对不同的子电源系统分别充电；更无法根据使用环境，动态调整电源管理系统的充电方式；并且新产品的充电过程也无法因地制宜，方便、高效地适用多种不同规格的适配器来搭配使用。

发明内容

为了解决现有技术中存在如下问题：其充电方式单一；产品的充电时间过长；需要针对不同的子电源系统分别充电；无法根据使用环境，动态调整电源管理系统的充电方式；新产品的充电过程也无法因地制宜，方便、高效地适用多种不同规格的适配器来搭配使用的技术问题，本发明的目的在于提供一种多系统电源管理装置及方法。

本发明提供了一种多系统电源管理装置，包括:

反馈电阻序列；

充电管理电路，与所述反馈电阻序列相连，用于设置最终的充电目标电压和充电输入限制电流，从而动态限制充电输入电流，以及设定充电管理电路的最终充电目标电压；

电池组充、放电管理电路，与所述充电管理电路相连，用于实现在如下充电方式之间的切换：A:电池组并联组合充电方式；B:电池组独立组合充电方式；C：电池组独立-并联混合充电方式；D:电池组串联组合充电方式；

微控制电路，与电池组充、放电管理电路相连；用于电池组充、放电管理电路上的多种电池组组合状态的控制。

在一些实施例中，还包括系统保护电路：包括过压保护电路、过流保护电路、静电保护电路中的至少一者。

在一些实施例中，还包括端口拓展电路，所述微控制电路是单片机；所述端口拓展电路用于拓展系统单片机的GPIO端口；还包括外部编程接口，用于单片机的软件下载、编程调试和状态设置。

在一些实施例中，所述充电管理电路与一配置充电输入限制电流的电阻序列相连，电源管理装置通过更改单片机控制相应的IO端口，配置电阻序列中并联到地的电阻参数和数量，值可以设定充电管理电路的不同充电输入限制电流在一些实施例中，所述充电管理电路与一变压储能电感相连，所述充电管理电路通过对比预设充电目标电压和输入电压的大小，决定选用连接电感两端的两组内部开关的其中一组工作，来实现升压或降压功能。

在一些实施例中，所述充电管理电路连接到一设定充电目标电压的反馈电阻序列网络，充电管理电路通过控制相应IO端口，调整反馈电阻序列网络中对地串联的电阻的阻值和数量，以形成最终的串联阻值，实现对IC充电目标电压的设置。

本发明还提供一种多系统电源充电管理方法，包括如下步骤：

S1、通过对电池组串联控制网络和并联控制网络的控制，改变电池组中单节电池之间并联或串联的的连接关系，实现电池组组合状态设置；

S2、通过对电池组充电通道网络的控制，打开电池组的并联、串联或独立组合充电通道，开始与电池组组合状态设置相适应的并联、串联或独立组合方式充电；

S3、根据电池组当前组合状态选择合适的充电目标电压和充电输入限制电流；

所述电池组组合状态包括：A:电池组并联组合充电方式；B:电池组独立组合充电方式；C：电池组独立-并联混合充电方式；D:电池组串联组合充电方式。

在一些实施例中，还包括步骤S4、根据检测到的电池组电量差异、系统环境温度水平，以及当前接入到系统的适配器是否能够与充电管理电路成功握手的状态，决定是否选取前端升压充电方式来给电池组充电。

在一些实施例中，步骤S2中，开始与电池组组合状态设置相适应的并联、串联或独立组合方式充电，需要考虑不同组合充电方式与当前电池组规格、容量状态的适配，包括：

a:在并联组合充电模式下，确保两节电池的规格参数一致，并且确保两节电池的电池电量基本一致，充电过程中使用相同的充电参数对电池组进行充电；

b:在独立组合充电模式下，电池组的两节电池的规格，电量等参数都可以不一样，同步的两节电池也可以使用不同的快速充电方式进行充电；

c:在独立-并联混合充电模式下，确保两节电池的规格一致；

d:在串联组合充电的模式下，确保两节电池的容量和规格一致。

在一些实施例中，步骤S3中，对于充电时的充电输入限制电流的设置方法采用如下二者之一：

第一、根据电池组的组合方式设置，在电池规格相同的情况下，并联组合的充电输入限制电流＝2*独立组合充电输入限制电流＝2*串联组合充电输入限制电流；

第二、根据当前所选用的快速充电方式进行设置。

本发明通过对系统充电管理电路IC的充电目标电压和充电输入限制电流的反馈电阻序列的控制，可以实现对不同规格的电池组的充电适配；同时可以通过充电目标电压和充电输入限制电流的调整，实现对不同充电方式的充电阶段控制，从而大大缩短了系统给电池组充电的时间；另外通过对电池组组合充电方式和组合放电方式的控制，系统能够根据自身使用场景的变化对电池组组合方式进行动态组合切换，发挥电池组协同供电的优势，科学地管控后级电路的各种用电风险，提升了多系统电源管理装置供电方式的灵活性，安全性和稳定性，甚至能够适配多种不同规格的电池组成电池组形式给后级功能电路供电，符合市场上对电源供电管理方面的多样性要求。

同时，本发明进一步的优选方案还能很好地解决诸如：多系统融合产品的电源续航变短；多系统融合产品缺少系统间电源协调管理；多系统融合产品的电源供电方式不够灵活易用；多系统融合产品的电源输入、输出电压和功率无法调整；多系统融合产品的电源系统用电效率低；多系统融合产品的电源系统充电方式单一，充电时间长；多系统融合产品的电源兼容性差；多系统融合产品的电源无法深度定制等技术问题。

在进一步的优选方案中还能获得更多的优点：包括：

1、本发明公开的多系统电源管理装置，公开了一个电池组切换管理单元电路，软件可通过定制的电池组组合控制算法，实现对系统电池组进行灵活多样的组合状态调整。

电池组组合控制算法：即软件通过对电池组切换管理单元电路的控制，同步参考电池组电量和温度信息，可以切换电池组组合方式的种类，设置电池组各种组合方式的切换控制流程，管理触发电池组组合状态切换的判断条件等参数。从而可以根据实际的使用环境需要，灵活地控制电池组处于对地串联组合状态，对地并联组合状态，对地独立组合状态等组合方式，以实现为系统提供多样性的电池组充、放电组合模式创造条件。

2、本发明公开的多系统电源管理装置，软件可通过定制的充电模式设置算法，创造出多种新颖的快速充电方法。

充电模式设置算法：即软件通过对系统充电控制单元电路和电池组切换管理单元电路的控制，可以动态设置充电输入限制电流，充电目标输出电压，开启或关闭充电通道等参数；结合系统拥有的动态检测电池组电量和温度状态的功能，可设置充电过程中的充电阶段转换判断条件和系统充电安全的温度范围等条件。本算法就是通过合理地对上述参数的控制、设置、检测和条件判定，深度地定制出适合多种不同应用场景需求的快速充电方法。

3、本发明公开的多系统电源管理装置，软件可通过定制的放电策略算法，根据后级不同功能电路的用电需求，制定出灵活多变的供电策略，提升多系统融合产品用电方式的灵活性，安全性和可靠性。

放电策略算法：即软件通过对电池组切换管理单元电路、电池组旁路切换电路等多个电路单元的控制，以及对电池组电量、温度参数的检测结果，制定出系统选用内部电源或外部电源给后级功能电路供电的切换控制流程和判断条件，系统选择不同的电池组组合方式给后级功能电路放电的控制流程和选择判断条件的一系列过程。通过放电策略算法的制定，可以实现为后级功能电路提供多种供电方式选择，并且各种供电方式之间，还可以根据使用场景的变化动态切换，科学地管控后级电路的各种用电风险，确保后级用电电路的供电安全、稳定。

4、本发明公开的多系统电源管理装置，软件可根据需要，定制适合后级功能电路用电需求的电池组电量管理算法，以提高电池组的用电续航能力，并提高电池组充电的效率。

电池组电量管理算法：即软件通过对电池组电压的实时监控，了解电池组的电量状态，并根据不同的电量状态，在充电时选择不同的充电方式，不同的电池组充电组合状态，不同的的充电参数设置，不同的充电阶段转换判断条件等方案，来提高系统电池组充电效率的一系列控制流程的设定过程；以及在放电的时候，根据后级电路用电量的需求，提供不同的供电方案(如：电池组通过并联方式提供更多电流；通过串联方式提供更高电压；通过独立供电方式提供电源备份；通过组合方式的动态切换，发挥电池组协同供电的优势，提升供电稳定性；在USB供电时，自动切断电池组供电通道，同步给电池组充电以补充电池组电量等策略)，以及对不同供电方案的切换控制判断条件进行设置等一系列控制流程的设定过程。为了完成这一算法的制定，工程开发人员需要根据实际使用条件，先制定系统在不同应用场景下的放电控制流程子算法方案和触发相应子算法方案运行的判断条件，然后把所有的放电控制子算法方案进行整合、测试、验证，才能形成有自身特色、性能可靠、安全性好的电量管理算法方案。

5、本发明公开的多系统电源管理装置，软件可为系统定制动态的用电安全管理算法，以降低用电风险，提升系统工作的稳定性和可靠性。

用电安全管理算法：即软件通过单片机检测电池的温度，为电池组在不同的工作状态下划分安全的工作温度范围区间，并制定合理的过温保护策略的过程。通过合理的用电安全管理算法可以实现系统的稳定运行，具体应用实例如：在充电过程中，时刻检测电池温度，发现温度超标时停止充电，静待电池温度下降到安全门槛，再重新充电。又如：在用电的过程中，发现电池温度过高时，调整电池组组合方式，减少单节或者双节电池的电流输出，而通过增大电池组电压，替换备用电池，由单节电池变为多节电池供电等方式，实现输出功率不变但是又能减少电池发热风险的目的。

6、本发明公开的多系统电源管理装置，具有十分灵活的输入输出特性，表现出很强的环境适应性和兼容性。

系统具有多个输入电压、电流范围区间和动态的输出电压、电流范围调整区间，并且无论是对于输入还是输出而言，其范围区间调整都可被系统感知和控制，足以应对移动类型产品多种多样的使用环境要求。另外系统给后级功能电路的供电过程中，其上电时序是可控的，后级电路的用电需求也是可以通过单片机编程，进行调节定制的，所以对后级多系统应用电路有很好的兼容性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种融合对讲记录仪的多系统电源管理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种电源输入接口(USB接口)电路、过压、过流保护电路与电池组旁路切换电路原理图；

图3为本发明实施例提供的另一种电源输入接口(USB接口)电路、过压、过流保护电路与电池组旁路切换电路原理图；

图4为本发明实施例提供的一种单片机开、关机电路原理图；

图5为本发明实施例提供的另一种单片机开、关机电路原理图；

图6为本发明实施例提供的充电管理电路原理图；

图7为本发明实施例提供的一种充电目标电压、充电输入限制电流的反馈电阻序列原理图；

图8为本发明实施例提供的另一种充电目标电压、充电输入限制电流的反馈电阻序列原理图；

图9为本发明实施例提供的电池组充、放电管理电路原理图；

图10为本发明实施例提供的电源管理系统的后级电压转换电路；

图11为本发明实施例提供的一种单片机电路+端口拓展电路的原理图；

图12为本发明实施例提供的另一种单片机电路+端口拓展电路的原理图；

图13为本发明实施例提供的一种电源管理系统的指示灯控制电路原理图；

图14为本发明实施例提供的另一种电源管理系统的指示灯控制电路原理图；

图15为本发明实施例提供的系统的开机控制流程图；

图16为本发明实施例提供的充电控制流程图；

图17为本发明实施例提供的恒流恒压充电方式的阶段划分和电压电流变化曲线图；

图18为本发明实施例提供的末段脉冲充电方式的阶段划分与充电电流曲线图；

图19为本发明实施例提供的电源管理系统的放电控制流程图；

图20为本发明实施例提供的电源管理系统的软件下载和调试流程图。

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。

一、融合对讲记录仪的多系统电源管理装置的原理框图和功能说明

如图1所示，本发明实施例提供的一种融合对讲记录仪的多系统电源管理装置的结构示意图，该多系统电源管理装置存在多个子功能模块，下面对每一个功能模块的主要功能描述如下(按照序号描述)：

0、反馈电阻序列，包括：

(1)系统充电目标电压的反馈电阻序列。

(2)系统充电输入限制电流的反馈电阻序列。

在本发明的电源管理系统的实际工作中，通过分别调整两个反馈电阻序列自身的组合方式，可以实现对充电限制电流和充电目标电压的动态变更，从而达到动态设置充电参数的目的。其中，反馈电阻如图7、图8所示的充电目标电压、充电输入限制电流的反馈电阻序列原理图，分为两个反馈电阻序列，分别连接到充电管理电路的第7管脚和第19管脚，用于设置充电目标电压和充电输入限制电流。其控制的过程是通过单片机来实现的，如图11、图12所示的单片机电路+端口拓展电路的原理图中有单片机的连接电路和端口拓展电路，单片机通过I2C接口连接到端口拓展电路，实现端口的拓展，而端口拓展电路的6个输出端口是分别连接到如图7、图8所示的两个反馈电阻序列电路上的，通过6个端口的输出，可以控制反馈电阻序列电路上相应的MOSE管的源级电平，实现对两个反馈电阻序列的控制。

1、电源输入接口：实现系统与外部电源适配器的连接，主要是USB接口

2、系统保护电路：包括过压保护电路、过流保护电路、静电保护电路中的至少一者。

3、充电管理电路：是实现系统充电功能和充电参数设置的关键电路之一，其与所述反馈电阻序列相连，通过单片机可以控制反馈电阻序列的输出，从而动态限制充电输入电流，以及设定充电管理电路的最终充电目标电压；此充电管理电路的核心IC，具有电压输入范围宽、可进行升压和降压充电、可设置充电输入限制电流、可设置充电目标电压、可支持前端升压的方式充电、可根据输入电压幅度自行调整输入充电电流等功能。本发明实施例中，我们采用的是SOUTHCHIP SEMICONDUCTOR公司的SC8906芯片。

4、电池组充、放电管理电路：与所述充电管理电路相连，此电路可动态管理电池组的充、放电组合方式，用于实现在如下充电方式之间的切换：A:电池组并联组合充电方式；B:电池组独立组合充电方式；C：电池组独立-并联混合充电方式；D:电池组串联组合充电方式。

同时对于电池组不同的组合方式，此电路都可控制电池采用多种不同的快速充电方式进行充电。如：恒压不限流充电方式，恒压恒流充电方式，末段脉冲充电方式，中段间歇降电压充电方式，中段渐升压变电流充电方式，前端升压+恒压不限流充电方式，前端升压+恒压恒流充电方式，前端升压+末段脉冲充电方式，前端升压+中段间歇降电压充电方式，前端升压+中段渐升压变电流充电方式等。

对于系统的放电部分，电路也可以控制电池组采用3种不同组合方式给系统后级功能模块供电，分别是：

(1)电池组并联组合供电。

(2)电池组串联组合供电。

(3)电池组独立组合供电。

5、端口拓展电路：用于拓展系统单片机的GPIO端口，以拓展电源管理系统的功能，并进一步提高系统的智能化管理水平。

6、电池组旁路切换电路：

当产品外接USB使用适配器供电时，电池组旁路切换电路可使系统直接切换到电池组旁路工作状态，硬件自动断开电池组与后级电路的供电通道，并使电池组自动进入充电状态(如果电池已满则进入休眠状态)，并让后级用电模块使用外部适配器电源直接供电；

当外部适配器供电断开时，系统可自动转换到电池组供电状态，实现给后级用电模块供电的无缝切换，为产品的供电稳定提供保障。

7、外部编程接口：主要用于电源管理系统的编程调试和状态设置。在图10中对单片机接口的说明中有提到，单片机的第13脚和第14脚可以用作I2C接口，控制端口拓展IC的工作，同时也可以用作下载串口来使用，在单片机上电前通过USB转串口连接到电脑，并通过软件下载工具选择好编译好的软件，然后等单片机开机上电时就会进入到下载模式，把编程调试好的软件参数和其他设置下载到单片机的存储器中。等下一次开机时系统就会以新的参数和设置进行工作，然后通过相应的功能检测验证过程，就可以确定新参数和新设置的效果。

通过此接口，工程开发人员可编程调整电源管理系统的相关充电参数和配置，实现对系统充电方式的深度定制，可进行调整设置的参数和配置如：

(1)调整充电输入限制电流。

(2)调整充电目标电压。

(3)调整电池组的充电组合方式。

(4)调整电池组的放电组合方式。

(5)设置电池组不同电池的容量，电压等规格参数。

(6)调整系统对不同快速充电方式的充电流程和充电阶段的判断条件。

(7)设置后级不同功能模块的上电时序。

(8)设置系统的指示灯工作状态参数。

(9)设置系统的工作温度范围，调整系统进行温度控制的条件。

8、微控制电路：所述微控制电路是单片机，与电池组充、放电管理电路、充电管理电路、指示灯电路、端口拓展电路、各种后级DC-DC电路相连；主要完成下面几个控制功能：

(1)对系统状态指示灯的驱动控制。

(2)对后级电压转换电路的使能控制；可以动态调节后级用电模块的上电时序。

(3)对充电管理电路的控制，可以调整其充电目标电压、充电输入限制电流等参数，并可监控其工作状态。

(4)对电池组的充、放电管理电路的控制，从而调整电池组的充、放电组合状态。结合其对充电管理电路的控制，可以实现系统对多种充电方式的适配；通过采集电池的电压和温度等相关数据，还可以科学地管理电池电量分配，并进一步规划电池的工作温度范围和进入节电模式的温度判断条件，以确保电池充、放电过程的安全。

(5)与后级不同功能模块的控制核心进行通信。后级电路的控制核心可以通过相应的接口与电源管理系统的单片机进行通信，传递其当前的用电状态，方便电源管理系统调整其自身的工作状态。

(6)提供电源管理系统的调试、编程接口，实现对电源管理系统相关充、放电参数的设置和修正，并保存相应的修改设置信息。9、系统状态指示：包括充电状态指示，电池组满电指示，电池在位指示，电池旁路状态指示，电池组组合方式指示等。

10、后级电压转换电路：给电源管理系统的单片机供电，同时给多系统电源管理装置的后级功能模块供电。

二、融合对讲记录仪的多系统电源管理装置的关键电路连接关系和工作原理解析

下面针对本发明公开的电源管理装置中的几个关键电路的工作原理做相应的解析说明，这些电路分别是：

1)USB接口电路、过压/过流保护电路与电池组旁路切换电路的工作原理解析：(对应图1中的模块1、模块2和模块6)

如图2、图3所示为USB接口电路、过压、过流保护电路与电池组旁路切换电路原理图，其中J12是TYPE-C座子，D23、D24、D31是ESD保护器件，U21是过压保护IC，Q32是NMOSE，Q10、Q6、Q7、Q36是PMOSE，D1是稳压二极管，Q17、Q18是NPN型三极管。该电路的具体工作过程如下：

A:当USB接口接入适配器供电后，TYPE_USB网络为高电平，其电压通过U21的检测后，如果输入电压没有超出硬件设置的输入电压范围，则会传导到USB+网络，形成高电平，否则输入电压超标，U21截止，外部的输入电压无法传递到后级电路，保护了后级系统的安全。需要注意的是图中R19和R20对TYPE_USB网络进行分压，其分压信号会接入到U21内部的比较器中，一旦U21检测到其分压电平大于U21内部比较器的设定值时，就会导致U21截止.这就是过压保护电路的原理。

B:进一步当USB+网络变为高电平时，其会通过R25和R146两个电阻，把Q32的栅极被拉高，并使其对地导通，进一步使Q10和Q36的栅极被拉低进而导通，则VIN网络通电，为高电平。需要注意的是电路中R25的阻值很小，是一个电流检测电阻，对小电流表现为很低的阻抗，当大电流通过时，其两端则会产生较大的电压；而R146则是一个十K级以上的大电阻，主要起到上拉Q32栅极的作用。

当USB被拔出后，USB+网络为低电平，此时如果系统没有关机，则VIN网络由电池供电，依然为高电平，但是由于Q32的栅极没有供电，Q32不导通，进一步导致Q10和Q36截止，且Q36的体二极管对VIN网络是反向的，所以VIN的电压不会反窜回USB+网络，从而实现防止系统电压反窜到USB接口中，避免不必要的外围环境影响系统的稳定工作。C:当VIN网络之后的各种用电功能模块电路，发生运行故障或者是出现短路现象，则必然导致从USB接口进来的电流急速增加，那么电流在流过U21和R25时必然会产生较大的压降(具体的压降大小，由通过的电流，U21的内阻以及R25的阻值共同决定)，一旦U21和R25的压降之和大于稳压二极管D1的稳压范围，则D1会击穿，进而有电流通过R60产生压降(R60是一个大电阻)，从而导致PMOSE Q6的栅极电压被拉低，进而导致Q6导通；然后TYPEC_USB网络的电压会通过Q6和R61给C48充电，进而使Q17的基极电压升高，从而使Q17对地导通，进而把Q32的栅极拉低，导致Q36和Q10被关闭，防止大电流继续冲击后级用电网络，造成破坏。当Q36和Q10关闭后，U21和R25将没有电流通过，则D1不再被击穿，Q6的栅极电压也会上升到TYPEC_USB网络的水平，则Q6截止。但是后级的故障没有排除，依然要关闭Q36和Q10的电流传输通道，锁定Q32的栅极电平为低电平。

因此电路设计中，在Q6导通后，其实Q18的基极和Q17的基极是同步被拉高的，Q17和Q18也是同时对地导通的。进一步地，Q18对地导通就打开了Q7的电压输送通道，维持Q17和Q18的基极一直处于高电平。这样的话，即使Q6因为Q36和Q10断开电流传输通道后关闭，也不会影响过流保护电路的正常运行。

而要取消过流保护电路的作用，则取决于两个条件，一个是排除掉后级功能电路的运行故障或者短路故障；另一个是要重新拔掉USB接口，断开外部供电。这样的话过流保护电路就回归到系统正常使用的状态中。

在过流保护电路的设计中，还有两个器件的作用需要说明一下，第一个是C13，它是一个大电容。在系统没有开机的前提下，如果接入USB进行开机，则由于后级系统会有众多的电容需要充电，必然有一个瞬间的大电流，这个情况下，瞬间的大电流波动在U21和R25两端产生的瞬间大电压会通过C13滤除，不会触发D1的击穿，导致过流保护电路误判，进而开启Q6的电压通道。第二个是R61和C48组成的RC延时电路，它的作用是:如果C13的滤波效果不明显，导致Q6导通，那么要就一步关闭Q36和Q10，并打开Q7，前提是必须通过R61给C48充电，以满足Q17和Q18的导通条件，这样的话过压保护电路才能正式开始工作，关闭Q10和Q36，否则系统还会维持在正常的状态运行。通过C13和R61、C48这些滤波和延时措施，可以防止平常的电路瞬时波动触发过流保护电路，进而对系统的稳定性造成影响，但是又可以确保系统出现故障时过流保护电路可以正常工作。

需要注意的是，过流保护电路仅对后级用电功能电路的运行故障和短路保护起作用，对充电管理IC要求的大电流是没有保护效果的，因为充电管理IC的输入电流并不经过R25，同时充电管理IC自身也有充电输入限制电流的设置，不会因为过流问题导致IC损坏，并影响到过流保护电路的运行。

2)单片机开、关机电路工作原理解析：对应于图1的模块10和模块8；

如图4、图5所示是电源管理系统装置的单片机开、关机电路原理图，该电路主要包含开机和关机两部分流程控制过程，相应的原理解析如下：

(1)开机电路解析：如图4、图5所示，U5是一个可升、降压变换的DC-DC芯片，D15是一个双路二极管，Q8是PMOSE,Q12是NMOSE。此电路的单片机有两种开机方式，分别是：

A:插USB上电开机：如图2、图3中的原理说明可知，当USB插入供电后，VIN网络由适配器供电，为高电平；此时D15中的一路二极管导通，给U5供电并拉高其使能管脚，让其开始工作，U5工作后会输出一个合适的电压给系统的单片机供电(如图11、图12所示)，单片机上电后，整个多系统融合电路的电源管理系统就能够正常工作控制了。

B:不插USB，电池供电开机：当电池B4在位时，VBAT4网络是高电平，此时其通过R32把PMOSE Q8的栅极上拉，此时Q8的GS电压为零，Q8不导通，后级的U5和单片机都没有供电，单片机不能工作。当手动按下轻触开关S11后，Q8的栅极被短暂拉低，Q8因此导通，VBAT_CPU网络为高电平，此网络进一步通过R48拉高NMOSE Q12的栅极，则Q12导通，进而让Q8的栅极保持拉低状态，把Q8锁定为导通状态，然后VBAT_CPU网络的电压进一步通过D15的另一路二极管给U5供电，U5工作后开始给单片机供电，进而促使单片机正常开机工作。

(2)电路关机过程说明：

在没有接入USB供电的状态下，当系统需要断电关机时，只需手动按下图4、图5中S1这个轻触开关，则会导致Q12的栅极接地而截止，进而使Q8截止，然后U5和单片机都被停止供电，则电源管理系统掉电，进入关机状态。

注意:如果系统处于接入USB供电的状态下，则单片机是一直保持开机状态的，且无法通过按下S1开关进行关闭电源管理系统。

3)充电管理电路的工作原理解析：(对应图1中的模块3和模块0；其中图7、图8就是模块0的电路连接图)

如图6和图7、图8所示是多系统电源管理装置的充电管理单元电路原理图和充电目标电压、充电输入限制电流的反馈电阻序列原理图，这两个电路的关键器件说明如下：

(1)图6中U2是充电管理IC，其是一款宽电压输入范围，具有降压和升压充电功能的充电管理芯片(具体是降压还是升压模式，取决于充电目标电压和输入电压的对比)。同时此电路还具备配置充电输入限制电流和充电目标电压的功能。

(2)图6中R28是充电输入限制电流检测电阻，一般为定值。电路通过其两端的电压来检测当前输入到电路中的电流值，当检测到输入电流大于预设的输入限制电流时，IC会通过降低自身内部开关的占空比来降低其后级输出电流，同步从USB端输入到充电管理IC的电流也会相应减少，从而起到动态限制充电输入电流的作用。

(3)图6中R34和图8中的R33/R110/R111都是充电输入限制电流的配置电阻，它们连接到充电管理IC的19脚，更改R34的数值或者配置图8中Q44/Q39/Q23的基极电平都可以设定IC的充电输入限制电流。

如图7、图8中所示，由于R34存在多个受控的并联电阻(R33/R110/R111)，因此电源管理系统可以通过控制与R34形成并联关系的电阻阻值和数量，实现设置多种输入充电限制电流的目的。单片机可以通过控制Q23、Q39、Q44的基极电平，分别控制R111,R110,R33中的一个或者多个电阻与R34并联，形成最终的并联阻值，以设定充电管理IC的最终充电目标输出电压。

(4)图6中L1是充电管理IC进行DC-DC变换工作的变压储能电感，IC通过对比预设充电目标电压和输入电压的大小，决定选用连接电感两端的两组内部开关的其中一组工作，来实现升压或降压功能；

图6中C73和C92的作用是为IC的11和14脚提供合适的偏置电压，IC的11脚和14脚内部是跟其输入和输出端连接的，IC通过两个偏置电压的比较，就可以确定输入输出电压的大小，从而让IC工作在升压模式或者降压模式。而图中R17和R35的作用是为电感L1两端的产生的尖峰毛刺提供合适的到地电阻，起到消减尖峰幅度的作用。实际使用中这两个电阻阻值越小，对尖峰的消减作用越大，同时也会导致充电效率变低。(5)图6中R89是充电管理IC的上拉使能电阻，其与R156通过对输入电压的分压给IC提供合适的使能电压(使能管脚的输入电压范围小于充电输入电压范围)，防止输入电压过高，损坏IC。

(6)图6中R31和C28组成IC的回路控制补偿网络，系统通过调整其数值可以调节IC的响应速度(RC乘积保持不变前提下，提高阻值可提高响应速度)，而IC响应速度的不同，会影响IC的输出电压反馈的波动允许范围，进而会DC-DC的输出纹波状态。(7)图6中充电管理IC的5、6脚是USB通信接口，当接入USB时，其可与我司定制的适配器进行握手通信，如果握手通信成功，则适配器会提高输出电压，而电源管理系统会启动前端升压输入的功能进行充电，以提高充电IC的输出功率。如果用户使用非我司标适配器进行充电，则充电管理IC不会启用前端升压输入的功能进行充电，则电池组的充电时间会适当延长。

(8)图6中充电管理IC的8脚连接网络LED_NUM2，充电管理IC的8脚是IC的充电状态输出管脚，当IC正常充电时，此管脚会输出低电平，当IC内部检测R28两端的电压值变小，并且通过变换检测到流过R28的电流值时小于设定的充电截止电流时(充电截止电流与充电输入限制电流存在相关性，充电截止电流大约等于充电输入限制电流的十分之一)，IC认为电池已充满，会自行停止充电，并使8管脚输出高电平，以传递充电状态的变化信息。网络LED_NUM2有2个功能，具体解析如下：

A:此网络与系统单片机的7脚相连，(单片机的7脚是输入端口，用于检测LED_NUM2网络的电平状态)，传达电池充电状态信息；当单片机的7脚检测到LED_NUM2网络为高电平时，代表电池已经充满，单片机将关闭电池组充、放电管理电路中的充电通道(后简称充电通道)，停止给电池组充电；当单片机的7脚检测到LED_NUM2网络为低电平时，代表电池未充满，单片机会按照既定的充电程序给电池组充电。

B:LED_NUM2网络还可同步控制充电状态指示灯(具体控制的状态指示灯的连接关系在图13、图14中有展示，可以通过后文对图13、图14的讲解中了解详细的控制过程)，当其为低电平时，充电指示灯LED1点亮，满电指示灯LED2熄灭；当其为高电平时，LED1熄灭，LED2点亮。

(9)图6中充电管理IC的7脚连接设定IC充电目标电压的反馈电阻序列网络，系统单片机通过控制相应IO端口输出，可以调整序列中对地串联的电阻的阻值和数量，以形成最终的串联阻值，实现对IC充电目标电压的设置。如图7、图8所示，短路/R109/R108这几个电阻受到Q38/Q34/Q29这几个三极管节制，系统单片机通过控制Q38/Q34/Q29的通断，可以控制IC的7脚连接到地的串联阻值，从而达到设置多种不同的充电目标电压的目的。

4)电池组充、放电管理电路的工作原理解析：(对应图1中的模块4)

表1、电池组充、放电管理电路的IO控制端口说明表

如图9所示是电池组充、放电管理电路的电路原理图，如表1则是此电路的IO控制端口说明表。下面结合图9和表1的说明，对此电路的工作原理说明如下：(1)电池组充、放电管理电路的充电过程管理：

此过程的管理是通过CHAR_CTL1、CHAR_CTL2、VBAT4_CHARGE、

VBAT6_CHARGE这4个网络(此4个网络的简单说明信息可以参考表1的描述)来控制的，具体分为4种充电组合方式，分别为：

A:电池组并联组合充电方式

B:电池组独立组合充电方式

C：电池组独立-并联混合充电方式

D:电池组串联组合充电方式

其中A：电池组并联组合充电方式的控制过程为：

当电池B4和B6接入电源管理系统并开机后，单片机开始正常工作，参照表3中的单片机初始化状态表所示，此时两节电池是处于并联状态的，具体工作原理分析如下：

<1>初始化状态下，单片机首先给CHAR_CTL2网络一个低电平，则NMOSE Q48不导通，使PMOSE Q45处于截止状态，进而让电池组的两节电池断开连接；同步地单片机给CHAR_CTL1网络一个高电平，使NMOSE Q40栅极拉高导致其对地导通，进而使电池B6的负极端接地；这样电池组的两节电池就处于对地并联状态。

<2>电池组合状态设置完毕后，单片机给VBAT4_CHARGE和VBAT6_CHARGE两个网络一个高电平，使NMOSE Q5和Q9对地导通，从而使PMOSE Q41和Q13都处于导通状态，则充电管理IC的输出(V_CHARGE网络)与两节电池正极接通，打开了电池组的并联充电通道，开始并联给两节电池充电。

<3>在确定电池组合状态并打开相应的充电通道后，单片机会根据电池当前组合状态选择合适的充电目标电压和充电输入限制电流；然后通过图11、图12中单片机相应的IO端口，控制充电输入限制电流的电阻反馈序列电路中，接地电阻的数量和阻值，以设定充电管理IC的实际充电输入限制电流；同步的通过控制充电目标电压的电阻反馈序列中串联到地的所有电阻的总电阻值，来设定充电管理电路实际的充电目标电压参数，以确保充电过程稳定进行。

<4>在完成好上述步骤后，电源管理系统会根据检测到的电池组电量差异、系统环境温度水平，以及当前接入到系统的适配器是否能够与充电管理IC成功握手等状态，决定选取合适的快速充电方式来给电池组充电。当然每一种快速充电方式都会有不同的充电阶段，不同的充电流程控制算法以及相应的充电阶段转换判断依据，这些在后边都会做相应的介绍。

其中B：电池组独立组合的充电方式控制过程说明如下：

电池组独立组合充电方式的控制过程与并联组合充电方式类似，不同之处在于并联组合充电过程是同时打开两节电池的充电通道一起给两节充电，而独立组合充电方式中，虽然电池组的组合方式是对地并联的，但是充电过程中，是先打开其中一节电池的充电通道进行充电，充电完毕后再给另外一节电池充电，并且两节电池之间的规格参数可以是不同的，采用的快速充电方式也可以是不同的，这些在工程应用中都需要提前根据实际情况设置核对。其中C:电池组独立-并联混合充电方式控制过程说明如下：

电池组独立-并联混合充电方式与并联组合充电方式、独立组合充电方式的不同之处是，其适用于两节相同规格的电池，但是电池组的初始电量不同的场景。在此充电模式下，可以先给电池组电量不足的单节电池独立充电，等单片机检测到两节电池的电压基本一致时，再转换为并联组合充电方式给两节电池一起同步充电。当然在整个充电过程中，单片机的ADC管脚都是随时监控电池组的充电状态的，并根据检测到的数据与充电阶段转换判断条件进行对比的结果，重新设定相应的充电电流电压参数、切换电池组的充电通道以及电池组合状态等参数，以确保充电控制算法的实现，并同步缩短电池组的充电时间。

其中D：电池组串联组合的充电方式控制过程说明如下：

<1>先设定电池的充电组合方式，首先单片机让CHAR_CTL1网络输出为低电平，使Q40处于截止状态，从而截断B6电池的负极接地通道；然后单片机让CHAR_CTL2网络输出为高电平，使Q48对地导通，进而使Q45导通，从而让B4电池正极和B6电池负极相接，这样两节电池就处于串联组合方式的状态。

<2>在确定电池组的组合状态后，单片机让VBAT6_CHARGE网络输出为高电平，VBAT4_CHARGE网络输出为低，以便单独打开B6电池的充电通道，进而使充电管理电路的输出与B6电池正极端接通，让处于串联组合状态的电池组进行串联充电。

注意：在实际使用中，上述四种电池组组合充电方式的充电目标电压和充电输入限制电流的设置是不尽相同的，同样的他们适用的快速充电方式也是不同的，软件在进行调试和设置时，需要考虑以下几点，再进行设置和选择：

a:在并联组合充电模式下，需确保两节电池的规格参数一致，并且确保两节电池的电池电量基本一致，则充电过程中可以使用相同的充电参数对电池组进行充电，否则需要使用其他充电方式给电池组进行充电。

b:在独立组合充电模式下，电池组的两节电池的规格，初始电量等等参数都可以不一样，同步的两节电池也可以使用不同的快速充电方式进行充电。

c:在独立-并联混合充电模式下，一定要确保两节电池的规格一致，并联组合充电方式仅仅是本充电方式的一种特例。

d:在串联组合充电的模式下，需确保两节电池的规格一致，同时若电池电量有差异，请优先把电量不足的电池放在B6位置，可以减少充电时的总体内阻和电池组充电极化的幅度。

e:对于充电时的输入限制电流的设置，需要综合考虑两种情况进行设置。

第一、根据电池组的组合方式设置，一般在电池规格相同的情况下，并联组合的充电输入限制电流＝2*独立组合充电输入限制电流＝2*串联组合充电输入限制电流；

第二、根据当前所选用的快速充电方式进行设置。有一些充电方式，要求充电电流特别大，需要放开对充电输入限制电流的限制，才能取得良好的快充效果，这些在定制相应的快速充电算法的过程中需要注意。

总之对于充电时对电流限制的优先考虑原则是：先满足快速充电方式对电流的需要，然后在考虑电池组的组合方式对电流的要求。

f:在电池规格相同的情况下，串联组合的充电目标电压是并联组合和独立组合状态下的充电目标电压的两倍。

g:为确保电池组的电池都充满电，相对来说并联组合充电方式是充电时间最短的，独立组合其次，串联组合的充电时间最长。

h：在为系统进行定制各种快速充电方式算法时，需要注意不同的电池组充电组合方式适用于不同的快速充电方式，软件在充电过程中一定要注意判断适配。

(2)电池组充、放电管理电路放电过程管理：

此电路支持多种电池组放电组合方式，并且这些放电组合方式都是通过BAT_OUT0_CTL、BAT_OUT1_CTL、CHAR_CTL1、CHAR_CTL2、TYPE_USB这5个网络(此5个网络的名称，功能等信息，可以参考表1的描述来增进了解)来控制的，具体的工作流程介绍如下：

<1>、当接入外部适配器时，TYPE_USB网络电平为高，则图11中Q4和Q22两个三极管都处于对地导通状态，从而NMOSE Q56和NMOSE Q49这两个MOSE管的栅极输入被拉低到地，进而使其处于截止状态；进一步地，PMOSE Q57+Q58与Q50+Q51的栅极,由于Q50和Q57内部寄生二极管的原因，分别被电池B6和B4通过电阻R153、R113拉高，变为高电平，导致PMOSE Q57+Q58与Q50+Q51都不导通，则两节电池的输出都处于截止状态，则电源管理系统处于旁路供电状态，后级电路由电池组旁路切换电路供电。

<2>、当未接入外部适配器时，TYPE_USB网络为低电平。此时通过单片机的控制，可以使电池组处于4种不同的放电状态，分别是：

A:电池组并联组合方式放电；

B:电池组独立组合方式放电；

C:电池组串联组合方式放电；

D:电池组串联组合+高低搭配方式放电。

下面针对4种不同放电组合方式的工作原理和控制流程做相应说明。

A.电池组并联组合方式放电：此时CHAR_CTL1网络处于高电平，而网络CHAR_CTL2处于低电平，让电池组两节电池处于对地并联状态；然后单片机同时给BAT_OUT0_CTL、BAT_OUT1_CTL两个网络输出高电平，由于TYPE_USB网络此时是低电平，所以Q4和Q22不导通，则Q49和Q56会同时对地导通，进一步使Q50+Q51以及Q57+Q58的栅极都接地，并同时导通，则两节电池同时接通到VIN网络，并联给后级电路供电。

B.电池组独立组合方式放电：此时CHAR_CTL1网络依然为高电平，网络CHAR_CTL2处于低电平，两节电池处于并联状态。然后单片机单独给网络BAT_OUT0_CTL输出高电平，使B4给VIN网络供电。另外让BAT_OUT1_CTL网络处于低电平状态，关闭B6电池的放电通道，让其处于备用状态。此时单片机同步通过ADC监控B4的电压电量。当B4电池的电压低于一定水平时，单片机把网络BAT_OUT1_CTL设为高电平，网络BAT_OUT0_CTL设为低电平，这时电池B6开始导通输出，而电池B4关闭输出，从而完成两个电池的输出切换工作，同理单片机也可以控制电池组输出由B6电池独立输出转化为B4电池独立输出，两节电池互为备用状态。当然如果两节电池目前都处于低电状态，那么为了让系统供电更加稳定可靠，可以把两节电池切换为并联方式输出，有利于减少单节电池的电流输出负担，提高系统运行的稳定性。

C.电池组串联方式放电：此时CHAR_CTL1网络设为低电平，CHAR_CTL2网络设为高电平，则B4和B6两节电池处于串联状态，同步的单片机控制BAT_OUT0_CTL网络为低电平，BAT_OUT1_CTL网络为高电平，则此时只有B6的正极端可以往VIN网络输电，VIN网络的电压为两节电池电压之和，输出电压抬高一倍。可以给后级网络提供更高的电压输入。

D.电池组串联组合+高低搭配方式放电：此时电路中的R19需要去掉，使两节电池的输出断开；同步地CHAR_CTL1网络设为低电平，CHAR_CTL2设为高电平，确保两个电池处于串联状态；同步地单片机把BAT_OUT0_CTL和BAT_OUT1_CTL这两个网络设为高电平，确保两节电池的放电通道同时打开，并分别连接到后级的VIN和VIN_NC网络上，给后级电路供电。此种工作形态能够实现后级不同应用模块供电的高低搭配；但是工作过程中，流过B4电池的电流将是两个不同供电输出网络的电流之和，电流过大容易造成B4发热，内阻变大，效率变低；并且高档、低档两个不同电平输出的供电网络都受到B4电池的牵制，工作过程中VIN和VIN_NC网络可能相互影响，造成干扰。

因此，这种组合供电模式要求高、低搭配的两个用电网络，其用电必须满足VIN网络端用电电流大于VIN_NC网络端的用电电流，从而可以减小两个用电网络的电流之和，进而减少流过B4电池和B6电池之间的电流差异，如此能较好地平衡两节电池的输出差异，提高电池组运行时的效率和可靠性。

(3)电池组充放电管理电路的充、放电组合状态控制表

根据前面对电池组充、放电控制流程的介绍，如下表2中整理了电池组在不同充、放电组合状态下的状态控制表，方便大家理解此电路的控制流程。

表2、电池组充、放电组合状态表

(4)USB接入、拔出时，双电池充放电管理电路的供电切换过程说明

<1>、由上面对放电过程管理的第一种情况的描述中，我们知道当电源管理系统接入USB时，电池组充、放电管理电路将通过硬件切换的方式，通过TYPEC_USB网络电平控制Q4和Q22的导通，进而拉低Q49和Q56的栅极电压，以达到自动关闭B4和B6电池放电通道的目的，转而采用USB电源通过电池组旁路转换电路给后级电路供电。

<2>、当USB拔出后，电源管理系统要把电源供电状态由USB供电自动切换到合适的电池组组合供电方式给后级供电，其切换过程主要分为三种情况，分别为：

A:硬件自动切换为串联组合放电状态；

B:硬件自动切换为并联组合放电状态；

C:软、硬件结合切换为独立组合放电状态：

对于A类型，其切换过程解析如下：

如图9所示，在USB拔出前，如果两节电池是处于串联组合状态，则此时CHAR_CTL1网络处于低电平，所以Q40是截止的，同时Q14也是截止的，此时Q16由于Q14截止的缘故，其GS电压等于0,并且不导通。同步地单片机对BAT_OUT0_CTL和BAT_OUT1_CTL这两个网络的输出是高阻态的；而Q56和Q49分别受Q4和Q22控制的，且此时TYPEC_USB网络为高电平，所以Q4、Q22对地导通，所以Q56和Q49是关闭的，进而导致两节电池的放电通道也都是关闭的，后级电路由USB通过电池组旁路转换电路供电。

在USB拔出瞬间，TYPEC_USB网络变为低电平，Q4和Q22截止，此时网络BAT_OUT0_CTL由于单片机输出为高阻状态，且Q16不导通，维持原来低电平不变，所以Q49不导通，进而导致B4电池的放电通道维持关闭状态；而网络BAT_OUT1_CTL由于R11和R57对VBAT6网络的分压作用变为高电平(Q4截止，单片机高阻输出)，从而使Q56导通，进而打开B6电池的放电通道，给后级网络供电。由于此时B4和B6两节电池是串联组合状态的，因此电池组是串联组合输出状态，到此完成A类型的供电切换功能。

如图11和图12所示，单片机通过I2C接口与端口拓展IC通信，而端口拓展IC的6脚是作为中断输入的，在USB插入和拔出时，端口拓展IC都会有信号通知单片机，所以此时单片机是可以判断出USB处于拔出状态的，然后其可以根据后级电路的用电需要，调整电池组的输出组合状态，同时关闭两节电池的充电通道，停止充电。

对于B类型，其切换过程解析如下：

如果在USB没有拔出前，电池组是并联组合状态的话，则此时CHAR_CTL1网络处于高电平，Q14对地导通，且由于VBAT4网络是高电平(接B4电池正极)，所以Q16导通，且此时Q16的输出是通过电阻R12与BAT_OUT0_CTL网络连通的。由于此时BAT_OUT0_CTL网络因为Q22对地导通的缘故，是处于对地短路的状态，为了防止VBAT4网络对地短路，所以要求R12是一个百K级别的电阻。

当USB拔出时，TYPEC_USB网络变为低电平，由前文对A类型的描述可知，此时B6电池的输出网络会自动打开给后级供电。同步地由于Q22此时是截止的，且Q16是导通的，所以BAT_OUT0_CTL网络会被VBAT4网络通过电阻R12拉高，进而使Q49对地导通，进而打开B4电池对后级电路的放电通道，从而给后级电路供电。由于此时B4和B6电池是并联组合状态，因此电源管理系统的供电方式切换为电池组并联组合放电方式给后级电路供电。

同理，此时单片机可以判断出USB已拔出，可以重新根据后级电路的用电情况，更改电池组的放电组合方式，并关闭B6和B4电池的充电通道，停止给电池组充电。

对于C类型，其切换过程解析如下：

如果在USB拔出前，电池组是独立组合状态充电的话，由于此时电池组跟B类型的电池组状态其实都是对地并联的，只是充电通道的差异而已。那么在USB拔出的瞬间想完成C类型的切换过程，则其切换流程是要先完成B类型的切换过程，然后等单片机判断出USB拔出后，通过单片机把BAT_OUT0_CTL或者BAT_OUT1_CTL网络中的其中一个网络设置为低电平，关闭其中一路的输出，则可以变为电池组独立组合放电状态，完成对C类型的切换功能。同步地，单片机也需要同步把充电通道关闭，结束对电池组的充电。

5)后级电压转换电路工作原理解析：(对应图1中模块10)

如图10所示，是电源管理系统的后级电压转换电路，由于本发明的电源管理系统装置中包含有多个类似的功能子级电压转换电路，因此仅举一个例子做相应说明：

(1)U4是一个具有宽电压输入范围，并同时具有升压、降压两种工作模式的DC-DC电压转换芯片。

(2)R6和C4组成的RC电路，主要用于芯片工作在降压模式下的尖峰电压消除功能；而R7和C7组成的RC电路，用于芯片工作在升压模式下的尖峰电压消除功能，以防是干扰DC-DC工作时，电感两端的尖峰电压传导到供电网络，影响后级电路的工作稳定。

(3)R8、R9、R10组成的输出电压反馈网络有一个特殊的地方，就是增加了R9这个热敏电阻，它的阻值会随着温度的上升而下降，所以此电路在工作时，如果周边出现温度过高，则电路的输出电压会相应下降，从而动态降低输出功耗。当然此热敏电阻会选择一些温升系数较小的型号并且阻值变动范围小的型号。(4)芯片的6脚是使能管脚，电源管理系统可以通过单片机的IO管脚进行使能控制的，达到开启或者关闭给后方功能电路供电的目的。

至于其他元器件的功能，与普通的DC-DC电路类似。

6)单片机电路+端口拓展电路工作原理解析：(对应图1中模块8+模块5+模块7)

如图11、图12所示，是单片机控制电路+端口拓展电路的原理图，在此简单说一下他们相应IO端口在系统中的功能。

对于U62的单片机机而言，相关的IO功能说明如下：

(1)1/2脚和19/20脚，用作ADC检测功能，分别检测B4和B6电池的NTC温度值和电压值。

(2)3/4脚用作I2C通信接口，用于与后级不同功能系统的主控芯片通信。

(3)5/6脚分别用于电池组的充电通道控制，同时可以控制两节电池的充电状态指示灯的亮灭。

(4)9/15脚用于电池组充、放电管理电路上的串、并联组合状态的控制。

其中9脚控制B6电池的负极是否接地，同步控制相应的指示灯指示当前电池组的组合状态；15脚用于控制B4电池的正极与B6电池负极是否连通，以形成串联组合状态。

(5)11/12脚用于电池组充、放电管理电路上的放电通道控制；其中11脚控制B4电池的放电通道。12脚控制B6电池的放电通道。

(6)13/14脚用作I2C接口，主要有3个作用：

A:负责与IO扩展芯片U1进行通信.单片机通过I2C接口与端口拓展电路通信，进一步设置端口拓展电路的IO端口输出状态，从而可以控制充电管理电路的充电输入限制电流的反馈电阻序列的阻值和充电目标电压的反馈电阻序列的阻值，达到设置充电管理电路的充电参数的目的。

B:检测USB的接入状态。单片机通过I2C接口与端口拓展电路通信，还可以获取端口拓展电路的IO端口的输入输出状态。如图11、图12所示，TYPEC_USB网络通过R50、R51进行分压(通过调整R50\R51两个电阻的阻值可以获得合适中间分压值)，分压后的电平接入到端口拓展IC的第4管脚中，此管脚是一个中断输入管脚，单片机可以通过软件把它配置为普通的IO口输入，然后以轮询的方式来检测这个IO口的输入状态。当单片机查询到此管脚为高电平时，代表USB接口已经接入；当单片机查询到此管脚为低电平时，代表USB已拔出。

单片机检测USB接入状态的目的，是为了在USB接口接入和拔出的时候，可以及时评估当前状态下，系统给后级功能模块的供电方式是否合适，并做出相应的供电策略调整；或者评估当前的充电组合状态是否最优，以调整充电策略缩短充电时间。

C:13/14管脚还可以用作单片机的下载调试端口，在单片机刚开始供电，未进行初始化前，采用USB转串口线连接此端口与电脑，通过相应的软件工具，用户可以给单片机下载控制软件，以调整电源管理系统的所有参数设置和运行控制逻辑，同时通过相应的检测验证过程，可以达到根据实际产品需求进行深度定制的目的。

(7)16/17/18脚，用于后级电压转换电路的使能控制，以此实现对后级电压转换电路的上电时序控制。

(8)图11、图12中U1是端口拓展电路，其供电网络与单片机是一样的，并且是同时上电启动，单片机通过I2C端口控制其输出，从而达到拓展IO端口的目的。

(9)如下表3是单片机所有IO端口的功能列表以及初始化设置，通过它可以更方便地了解单片机的功能。

表3系统初始化IO状态表

7)系统指示灯电路工作原理解析(对应图1中模块9)

如图13、图14所示是电源管理系统的指示灯控制电路，相关的功能说明如下：

(1)CHAR_CTL1网络除了控制B6电池的负极接地外，还可以控制两个指示灯的显示。当其处于高电平时LED8点亮，指示两节电池处于并联工作状态。当其处于低电平时，LED7点亮，指示两节电池处于串联工作状态。

(2)USB+网络控制LED4的工作状态，当其处于高电平时LED4点亮，指示系统处于旁路供电状态；当其处于低电平时，LED4灭，指示系统处于电池组供电状态。

(3)VBAT4_CHARGE网络同步控制LED3的工作状态，当其处于高电平时LED3点亮，指示B4电池处于充电状态；当其处于低电平时，LED3灭，指示B4电池未进入充电状态。

(4)VBAT6_CHARGE网络同步控制LED5的工作状态，当其处于高电平时LED5点亮，指示B6电池处于充电状态；当其处于低电平时，LED5灭，指示B6电池未进入充电状态。

(5)LED_NUM2网络受充电管理IC控制，当其处于低电平时，LED2点亮，指示充电管理芯片正在充电；当其处于高电平时，LED1点亮，指示充电管理芯片完成充电，电池组已满。

三、多系统电源管理装置的开机控制流程说明

如图15所示是多功能融合电源管理系统装置的开机控制流程图，从图中可以看出，系统具有两种开机工作方式，分别为：

A:插入USB开机方式；

B:按开机按键开机方式。

(1)插入USB开机流程说明：当适配器通过USB接入到系统中时，电源会通过电池组旁路转换电路，直接传递到给单片机的供电的DC-DC电压转换电路的输入端，然后自动使能电压转换电路工作。然后电压转换电路输出稳定、合适的电压给单片机供电，单片机在上电后会迅速完成初始化，并进入工作状态，开始检测当前电源管理系统中电池组的电池状态(主要是电池电压和温度)，以决定给电池组的充电策略。电源管理系统对电池组的充电策略具体包括：

a:两个电池已满，不充电。关闭充电通道。

b:一个电池已满，另一个电池不满，采用独立组合方式给电池组充电。

c:两个电池均不满，且电压没有区别，采用并联组合方式给电池组充电。

d:两个电池均不满，且有电压差异(电池规格相同)，采用独立-并联混合充电方式给电池组充电。

e:由于环境因素需求，并且对充电时间时间不敏感的充电场景，可以采用串联组合的方式给电池组充电。

在确定组合方式后，同步地会控制指示灯指示相应的充电工作状态。如果充电中途USB被移除，电源管理系统还需根据后级功能电路的用电需求，调整电池组合放电方式并切换放电通道，给后级功能电路供电，同时也会做好相应的放电过程管理。

(2)开机按键开机流程：当没有外部电源触发时，用户只需按下开机按键，就可以打开电池B4给单片机的专用DC-DC电压转换电路的供电通道，进一步地DC-DC电压转换电路的输出可以使单片机开机并完成初始化。后续的控制工作与插入USB开机方式一致。

四、多系统电源管理装置的充电控制流程说明

如图16所示是本发明公开的多系统电源管理装置的充电控制流程图，详细的充电控制流程介绍如下：

(1)当系统装入电池并开机后，单片机启动并完成初始化。初始化后的IO状态如上表3所示。

(2)单片机完成初始化后，首先通过19/20脚检测两节电池的电压值，并通过1/2脚检测两节电池的温度值，然后判断电池组当前的电量和温度情况，重新根据当前状态制定电池组的充电组合方式，最后选择合适的充电组合方式对两节电池进行充电。

一般来说重新制定电池组的充电组合方式过程需要考虑下面几点；

A:两个电池规格是否相同，如果两节电池规格相同，则适用于所有4种充电组合方式，否则只适用于独立充电组合方式。(电池规格是否相同，需要人工分辨)。

B:在两节电池规格相同的前提下，则需判断两个电池的初始电压、电量是否相同。如果初始电压、电量相同，则可以采用并联组合充电方式进行充电，以达到最快充满两节电池的目的。

C:在两节电池规格相同的前提下，一般不选用串联组合的充电方式，因为此充电方式的充电时间最长，并且充电电流较小，充电内阻大，效率较低。但是如果配套的适配器输出电流较小，输出电压较高(大于两节电池电压之和)，且对充电时间没有要求，则可以采用串联组合充电的方式充电，此时充电管理电路的输入输出之间的压差较低，理论上充电管理电路的DC-DC充电变压效率较高。

D:在两节电池规格相同的前提下，当两节电池的初始电量、电压差别较大时，不建议采用串联和并联组合充电方式，而推荐采用独立-并联混合充电方式给电池组充电。

(3)完成电池充电组合方式设定后，则开始重新设定充电目标电压和充电输入限制电流，在这个步骤也需考虑下面几点情况：

A：当前电池组的组合状态，其额定电压是否与初始化组合状态的电压相同。

B：电池组的不同组合方式应该设定不同的输入限制电流，以达到既能快速充电，又能保护电池的目的。

C：实际充电中选用的快速充电方式和充电阶段会影响充电目标电压和充电输入限制电流的设定。不同的快速充电方式对目标充电压和充电输入限制电流有不同的要求，相同的快速充电方式下，不同的充电阶段对充电目标电压和充电输入限制电流也有不同要求，软件在进行设置时都需要考虑。

D：充电适配器的规格也会影响充电输入限制电流的设置，防止电流设置过大，导致适配器不正常工作。本发明公开的电源管理系统对这个问题的解决方式是：充电管理IC可以自动侦测输入电压的变化，一旦充电管理IC侦测到其输入电压低于某个阈值时，则自动调整内部充电控制开关占空比，以减小输出到电池组的电流。E：另外还需考虑电池当前的温度值，当电池温度过高时，需要减小充电输入限制电流，防止电池过热，在电池温度正常情况下可以适当调高充电输入限制电流，从而缩短充电时间。

(4)按照选定的电池组充电组合方式，单片机打开相应的充电通道，开始给电池组充电，同步需要适时检测电池组中各电池的电压和温度，以便在合适的时候进行电池组组合方式的调整或者转换快速充电方式的充电阶段。

(5)当电池充满电后，充电管理IC会发出电池满电的信息给单片机，其自身同步停止充电。而单片机在收到电池满电信息后，会同步关闭所有电池的充电通道完成充电。并更新相应的状态指示灯状态，提醒用户。

(6)最后，如果电源管理系统在充电过程中突然被断开外部电源输入时，系统中的电池组充、放电管理电路会自行根据当前电池组的组合方式切换到相应的放电组合状态，然后等单片机判断出外部电源切断后，会自行根据后级电路的用电需求情况和当前的电池组充电组合方式，调整到合适的放电组合状态，给后级电路供电。

五、本发明公开的电源管理系统装置适用的几种充电方式介绍

结合上面对各功能模块电路的说明与图16的充电控制流程图，总结出本电源管理方案可适用的几种充电方式，分别是：

A:恒压不限流充电方式；

B:恒流恒压充电方式；

C:末段脉冲充电方式；

D:中段间歇降电压充电方式；

E:中段渐升压变电流充电方式；

F:前端升压+恒压不限流充电方式；

G:前端升压+恒流恒压充电方式；

H:前端升压+末段脉冲充电方式；

I:前端升压+中段间歇降电压充电方式；

J:前端升压+中段渐升压变电流充电方式。

对于各种不同的充电方式，在本发明公开的电源管理系统装置中都有与之配套的单片机处理算法和控制流程，分别介绍如下：

(1)恒压不限流充电方式：参照图16的充电控制流程图，在开始充电之前，都需要先确认电池组组合方式，以便打开电池组的充电通道，并同步关闭电池组的放电通道，使电池组处于可充电状态中，然后检测电池组电池的电量和温度状态，选择合适的充电方式。

在选择使用此充电方式对电池组进行充电后，软件首先设定系统的充电目标电压，并把充电输入限制电流设置到最大值，并且此充电方式没有预充阶段，无需设定充电过程中的充电阶段判断条件，只需设定电池充电的过温保护条件，在检测温度过高后，暂停充电，直到重新检测电池温度下降到允许范围时，重新进行充电。在开始启动充电后，充电电流会随着电池电压升高而逐渐减小，直到单片机检测到电池两端电压等于充电目标电压，并且输入的充电电流小于软件设定的数值时，表示电池已满并停止充电。

使用此种充电方式，充电管理芯片的输出电压不变，但是随着充电过程进行，输入到电池的电流会随着电池两端电压的升高而逐渐变小。缺点是没有预充阶段，前期充电电流过大，可能导致充电管理电路的负载过大，充电效率较低，系统发热较大；同步的对电池的损害也较大，长期使用会减短电池的寿命。

(2)恒流恒压充电方式：同样的道理，在确定好电池组合方式，电池状态，并选择此充电方式后，单片机需要设定此充电方式的充电参数。由于此充电方式分为三个阶段，预充阶段，恒流阶段，恒压阶段，所以需要设定3个充电阶段的阶段判定条件、预充阶段输入电流和恒流阶段输入电流，以合理控制充电过程；同步地也需要设定电池的过温保护温度值，以防止充电过程中温度过高。具体的充电过程参考图17的充电阶段划分方式和下面的说明：

在开始充电之后，单片机首先检测电池两端的电压，若发现电池两端电压低于设定的预充阶段电压判断门限时，则会把充电输入电流限值设置为当前电池组组合方式下总体容量的C/10，以小电流的方式对电池组进行涓流充电，使电池电压缓慢上升，直到检测的电池电压大于预设的预充电压门限值为止。

当电池电压达到门限电压后，充电过程开始进入恒流充电阶段，在此阶段单片机会重新设置充电输入限制电流的电流值，让充电芯片以较大的电流(电池组当前组合方式下总电量1C左右)强度对电池组进行充电，同时设置充电目标电压为电池组当前组合方式下的总额定电压，让电池组在没达到电池充电目标电压前，始终以恒定的电流进行充电，此时电池电压上升较快，当单片机的ADC检测到电池两端电压上升到充电目标电压后，则进入下一阶段的恒压充电模式。在恒压充电模式下，单片机放开对充电电流的限制，同步设置充电目标电压为电池组当前组合方式下的总额定电压，然后让电池组进行自由充电，此过程中充电电流会逐渐减小，充电速度变慢，这一阶段主要是保证电池充满，当充电管理电路检测到充电电流降到总电池容量规格的0.1C并且单片机检测到电池两端电压大于或等于充电目标电压时，即判定电池充满，停止充电，关闭充电通道，并更新指示灯状态。

这种充电方法能够避免恒压充电方式没有预充阶段，且在开始阶段充电电流过大问题，能够有效保护电池寿命。

末段脉冲充电方式：同上，在确定电池组组合方式，电池状态等指标后，若系统选择此充电方式进行充电，需注意此充电方式分为3个阶段过程，前两个过程的参数设置和控制过程与恒流恒压的充电方式一致，在第三个充电阶段使用末段脉冲充电方式来给电池组充电。具体的充电过程划分和电流曲线变化效果请参考图18和以下说明。

在单片机完成相关充电参数和阶段判断条件的设定后，开始进行充电，充电前期的预充阶段和恒流充电阶段，前文已经介绍。

在完成预充和恒流充电阶段的充电后，开始进入末段脉冲充电阶段。在此阶段下，软件保持恒流充电阶段的输入电流设置参数不变，同步提高充电目标电压为：充电目标电压＝当前电池组合状态下的电池组总额定电压*105％，然后通过单片机输出PWM波的方式，控制电池组充放电管理电路在当前组合下的充电通道开关，使电池组在开关打开的时候依然以恒定的电流给电池组充电，而在开关断开的时候，使电池组能有时间去消除自身的充电极化效应，以确保后续能以较大的电流给电池组充电。对于充电通道的开关时机的判断，其条件是当单片检测到电池两端电压大于等于充电目标电压时，关断充电通道，然后停留1S后重新打开充电通道开关……如此循环。

在此阶段下,软件需要时时检测电池组两端的电压值，适当调整单片机输出的PWM波的占空比。当单片机输出的PWM波的占空比小于10％时(这个百分比的设置主要取决于此阶段的目标电压大小和电池的容量大小)，则认为电池已经充满，停止充电，关断充电通道，并更新指示灯状态。

中段间歇降电压充电方式：同上，在确定电池组组合方式，电池状态等指标后，若系统选择此充电方式进行充电，则需注意此充电主要分三个阶段，预充阶段、中段间歇降电压充电阶段，恒压充电阶段。并且在预充阶段和恒压充电阶段的充电参数设置和转换阶段判断条件，与恒流恒压充电方式保持一致，并且充电控制流程也是一致的。在此介绍中段间歇降电压充电阶段的充电参数设置和控制过程。

在充电过程进入中段间歇降电压充电阶段后，单片机先给电池组设定一个较高的充电目标电压(此时的充电目标电压＞电池组当前组合状态下的总额定电压)，然后放开对充电输入限制电流的限制，进行大功率充电，此充电过程中电池会快速升压，当单片机检测到电池组两端电压达到电池组的总额定电压时，会断开充放电管理电路的充电通道，停留1-3S的间歇时间让电池消除自身的极化效应，确保下一轮充电能够以大电流继续给电池组充电；然后重新设置一个稍低一点的充电目标电压(依然大于电池组的总额定电压)，给电池组充电；直到单片机再次检测到电池两端的电压达到电池组总额定电压后，重新关闭充电通道，继续下一轮参数设置和充电……经历几个循环后，当单片机检测到：断开充电通道后，电池组两端电压达到电池组总额定电压的95％时，则开始进入恒压充电阶段。

对于在中段间歇降电压充电阶段需要经历几个循环，取决于每次更新设定的充电目标电压与电池组当前组合方式下的总额定电压之间的差值，当然这也与电池本身充电特性有关，工程人员在开发时可以根据实际情况制定相应参数。这种充电方式可以大大缩短电池组的总体充电时间，缺点是中段间歇降电压充电阶段充电电流会很大，电池会比较容易发热，所以在设置过温保护数值时也需要考虑以相应的影响，在充电时间和充电安全方面取得平衡。

采用中段间歇降电压充电方式进行充电，需要电池本身有较好的充电特性性能，一般适用于电池容量比较大，耐压能力比较好，内阻比较小的场合。

中段渐升压变电流充电方式：同上，在确定电池组组合方式，电池状态等指标后，若系统选择此充电方式进行充电，需注意这种充电方式与中段间歇降电压充电方式有些类似，但也有不同。在预充阶段和恒压充电阶段效果是一样的，在中间阶段时，中段间歇降电压充电方式的充电目标电压总是大于电池组当前组合状态下的总额定电压，并且需要有间歇时间来消除充电极化；而中段渐升压变电流充电方式的充电目标电压是小于等于电池组当前组合状态下的总额定电压的，并且每一次变电压都不需要间歇时间。下面介绍变电压变电流充电阶段的参数设置和控制流程。

在充电过程进入中段渐升压变电流充电阶段后：单片机首先放开充电管理电路对充电输入限制电流的限制，然后设置一个比电池组当前组合方式下电池两端电压稍高的电压(当前电压+0.5V到+0.1V)作为充电目标电压，开始给电池组充电。当单片机检测到电池组两端电压升高到设定的充电目标电压时，重新设置一个更高的充电目标电压(在重新设置目标电压过程中不需要关断充电通道)进行充电……如此经历几次充电循环后(建议在此过程中每次更新目标电压的幅度逐渐小)，最后一次设置充电目标电压为电池额定电压+0.1V；此后当单片机检测到电池端电压达到电池组总额定电压时，开始进入恒压充电阶段，单片机需要重新修正充电目标电压为电池组的总额定电压进行充电恒压充电。

这种充电方式既照顾了电量低时需要大电流快速充电的需求，又能有效防止实际充电过程中充电电压过高导致功率过高的危险。至于实际充电参数如何设定，需要工程人员根据实际电池的规格特性和测试结果来确定。

前端升压+其他充电方式：后续的这几种“前端升压+？”的充电方式，其充电参数设置、流程控制、充电阶段判断条件与没有前端升压功能时对应的充电方式是完全一致的，不同之处在于使用前端升压功能后，电源管理系统的充电管理芯片会通过USB接口与我司定制的适配器进行握手通信，在握手成功后，适配器会提升输入到充电管理电路的电压。在电源管理系统的其他充电设置参数和电池组组合状态都一样的情况下，充电管理电路能给电池组提供更大的功率输入，在电池端表现为更大的充电电流。当然本电源管理系统对所有充电方式的充电过程都设置了电池的过温保护温度，一旦检测电池温度超标，都会自行停止充电，等待降温后继续进行，可以有效保证充电过程的安全可靠。

六、电源管理系统装置的供电控制流程说明

如图19所示是电源管理系统装置的放电控制流程图，从图19中可以看出，系统主要涉及6种场景的放电控制，分别为：

A:USB边充电边给后级功能电路供电，控制顺序为1-2-10-3-4-5-6-5-6。

解析：当电源管理系统插入USB后->系统强制关闭电池组的放电通道转而使用电池组旁路供电方式给后级功能电路供电->另一方面系统按照既定的充电流程选取合适的充电方式给电池组充电->等电池组充电完毕后，同步更新指示灯状态->关闭系统充电通道。到此此方式的放电流程控制过程结束。

B:USB不充电，USB给后级功能电路供电，控制顺序为1-2-10-3-7。

解析：当系统插入USB后->系统强制关闭电池组的放电通道转而使用电池组旁路供电方式给后级功能模块电路供电->由于电池已经充满->系统保持现有电池组合状态继续工作。

C:只有电池给后级功能模块电路供电，顺序为8-9-3-6-4-10。

解析：当系统只有电池给后级供电时->系统要时刻检测中途是否有USB插入，同时检测电池组电量使用情况和电池温度->如果系统没有检测到USB插入，则继续监控电池电量变化和后级电路用电情况；同时关闭系统的充电通道->如果系统在工作的过程中发现电池电量不足或后级电路负载变化，则可以调整电池组的组合放电方式，打开相应组合的放电通道->给后级功能电路进行供电。

D:充电中拔出USB切换到电池组给后级功能电路供电，控制顺序为1-2-10-3-4-5-1-2-5-3-6-4-10。

解析：当系统插入USB后->系统强制关闭电池组的放电通道转而使用电池组旁路供电方式给后级功能模块电路供电，同时系统会检测电池组的电量和温度状态->当系统检测到电池没满后，会同步选取合适充电方式给电池组充电->如果在充电途中，系统检测到USB拔出->则系统的电池组充、放电管理电路，会通过硬件自动切换的方式，强制把系统切换为电池组供电模式，给后级功能电路供电；同步地系统会调整指示灯的指示状态->然后系统会根据后级功能电路的用电情况，适当调整电池组的组合放电方式，并关闭系统的充电通道->最后，系统会根据新的电池组组合放电方式调整其放电通道->给后级功能电路供电。

E:电池充电完毕后，拔出USB，切换到电池组给后级功能电路供电，控制顺序为：1-2-10-3-4-5-6-5-6-7-8-9-10。

解析：当系统插入USB后->系统强制关闭电池组的放电通道，转而使用电池组旁路供电方式给后级功能电路供电，同步地系统会检测电池的电量和温度状态->当系统检测发现电池没有充满，则其接下来会选取合适的充电方式给电池组充电->直到系统检测到电池充满后，会同步调整系统指示灯的指示状态->同步关闭系统的充电通道，停止充电->然后把电池的组合方式调整为充电前的电池组组合状态->同步地，系统会不断检测自身的工作状态，一旦发现USB中途拔出->则系统会采用硬件切换的方式，通过电池组充、放电管理电路，强制打开电池组的供电通道->给后级功能电路供电。

F:由电池组供电状态切换到USB给后级功能电路供电，控制顺序为：8-9-1-2-10-3-4-5-6-5-6-7。

解析：系统刚开始时为电池组给后级功能电路供电，在此过程中系统会检测自身的工作状态->一旦系统检测出USB突然插入->则系统会通过电池组充放电管理电路方式，强制关闭电池组的放电通道，转而使用电池组旁路供电方式给后级功能电路供电->同步地，系统会检测电池组电量和温度状态，当检测到电池组电量不满时，系统会根据充电控制流程需要选择合适的充电方式给电池组充电->直到系统检测到电池组已充满，则同步地，系统会调整指示灯的指示状态->然后关闭系统自身的充电通道，停止充电->同步把当前电池组的组合方式还原为充电前的电池组组合状态，然后继续保持目前的工作状态工作。

七、系统的软件下载和功能调试流程说明

如图20所示是本发明公开的电源管理系统的软件下载和调试流程图，由上文中对单片机电路的描述中可知，单片机的13和14管脚除了能作为I2C端口使用，用作控制端口拓展IC的输出以外，还可以用作软件下载的串口，用于下载系统的控制软件或者是调整相关的充放电控制参数。

在进行电源管理系统的下载和调试之前，首先要确保USB接口被拔出，这样做的原因有两个，第一：如果USB一直处于连接状态，则系统是不能关机的，因此单片机无法进入下载模式，无法完成后续相应的下载和调试过程；第二：由于单片机的下载管脚是复用的，如果USB一直处于连接状态，则充电管理电路会保持在工作状态中，这样的话在下载系统软件时，可能导致系统不稳定。

基于上面的判断，则进行系统软件下载或者是参数调整时，其大体流程是：

判断USB是否拔出，如没有拔出则需要拔出USB→然后确定系统是否处于关机状态，如果系统没有关机，则需要先通过按下关机按键，使系统进入关机状态→接下来是使用USB转串口线，连接电脑和系统的下载调试端口，并打开相应的软件下载工具，选取正确的下载软件→进一步地开始按下系统的开机按键，使系统上电开机，然后自动进入到软件下载模式开始下载软件→软件下载完成后需要关闭下载工具。重启系统，在系统完成初始化化后，进行相关参数和功能修改的验证测试。当然如果测试的结果不符合预期，则需要重新调整软件，进一步测试验证→到此整个下载调试和验证流程介绍完毕。

八、多系统电源管理装置的功能特点和效果说明

综合上面对各子功能电路的原理图解析和开机、充电、放电等多个系统控制流程的相关说明，我们可以看出本发明公开的融合对讲记录仪多系统电源管理装置的主要功能特征和应用效果有：

1)本发明公开的多系统电源管理装置可为多系统融合类产品的电源设计提供完善的解决方案；同时此方案还具有兼容性好；使用方式灵活；充、放电管理控制方式多样；应用功能和控制流程可深度定制；系统稳定性好，性能可靠等特点。

2)本发明公开的多系统电源管理装置具有宽泛的输入电压范围：当在使用低压输出的适配器进行供电时，系统可以通过升压的方式，为产品的电池组充电；在使用高压输出的适配器供电时，系统又可以通过降压的方式给产品的电池组充电。

3)本发明公开的多系统电源管理装置通过创新的电池组充、放电管理电路，可实现对电池组进行多种组合的充放电控制。系统可以采用多种不同的充电方式给电池组不同的组合方式充电，同时也可是采用不同的电池组组合方式给后级功能电路供电。

4)本发明公开的多系统电源管理装置的电压转换电路具有根据自身工作环境温度，动态调整输出电压的能力(适用于高温降耗的环境)。系统创造性的给电压转换电路的反馈电阻网络中添加了一个热敏电阻，以动态检测电压转换电路周围的实时环境温度变化，并动态地调整其输出电压，从而实现保障电源管理系统运行安全，稳定系统给后级功能电路供电的目的。

5)本发明公开的电源管理系统方案的电压转换电路具有独立的升压和降压功能，能给后级用电功能模块提供更宽输出电压范围，对纷繁复杂的后级多控制核心功能模块电路有强大的兼容性，可以满足其不同的电压输入要求。

6)本发明公开的电源管理系统方案能动态调整多控制核心功能模块电路的上电时序：用户可以根据实际需要，配置产品子系统控制核心的上电时序，并通过对电源管理系统的编程调试和对其单片机进行通信控制这两种方式，实现对后级多控制核心功能模块电路的上电时序的调整。

7)本发明公开的多系统电源管理装置具有良好的电池组电量管理能力。系统能动态检测电池组电量和温度，并根据检测数值，动态调整电池组的充电方式，充电组合，以及电池组给后级功能电路供电的策略，从而实现提高电源公里系统的充电安全性，同步提升电池组续航能力的目的。

8)本发明公开的多系统电源管理装置具有动态调整充电目标电压和充电输入限制电流的能力。通过对系统充电管理电路的充电目标电压和充电输入限制电流的反馈电阻序列的控制，可以实现对不同规格的电池组的充电适配；同时可以通过充电目标电压和充电输入限制电流的调整，实现不同充电方式的充电阶段控制。

9)本发明公开的多形同电源管理方案，通过对充电参数的设置能力和电池组充电通道的开关控制能力，创造性的开发出多种适合组合电池使用的高效快速充电方式，使用这些充电方式，可以大大缩短系统给电池组充电的时间。

10)本发明公开的多系统电源管理装置具有一个单片机作为控制核心，工程人员在开发时可通过对单片机的编程调试，修改电源管理系统的充电参数、电池组合方式，系统充电方式和系统控制流程算法等，结合单片机对后级不同功能模块电路通信协调能力等优势，展现了本电源管理方案具有深度的可定制的特性和应用广泛的兼容性。

本发明公开的融合对讲记录仪多系统电源管理装置具有强大的发展潜力，具体表现为：

1、本发明公开的融合对讲记录仪多系统电源管理装置具有很好的应用兼容性和深度可定制性，可应用于很多多系统融合类产品的电源管理系统设计中。

2、本发明公开的融合对讲记录仪多系统电源管理装置拥有多样的电池组组合充电方式和组合放电方式，且能适配多种不同规格的电池组成电池组形式给后级功能电路供电应用，符合市场上对电源供电管理方面的多样性要求，具有一定的技术前瞻性。

3、本发明公开的融合对讲记录仪多系统电源管理装置具有很强的可拓展性。通过采用功能更强的控制IC来进行协调控制，可把双电池组充、放电管理电路拓展为3节、4节或者更多节的电池组充、放电管理电路，利用这种设计思路可以应用到电动汽车的电池组的充、放电管理领域。

4、本发明公开的融合对讲记录仪多系统电源管理装置性能稳定可靠，安全性高，并且成本低廉，对于多系统融合类产品的电源设计而言，具有很高的成本优势，值得推广使用。

因此，本发明公开的一款融合对讲记录仪多系统电源管理装置，就为上述多系统融合类产品的开发提供了完善的电源管理解决方案，为类似于对讲机+记录仪这种多系统融合类的创新产品，实现电源管理系统的合理设计和快速迭代，并快速推上市场，奠定了坚实的基础。使用本发明的融合对讲记录仪多系统电源管理装置或者相关设计思路，来对多系统融合类产品的电源进行优化设计，其新产品在电源的可靠性、稳定性，兼容性、灵活易用性方面都会有良好的表现，并能大大减少新产品的开发时间、成本，是提高产品市场竞争力的法宝之一。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多系统电源管理装置，其特征在于，包括：

反馈电阻序列；

充电管理电路，与所述反馈电阻序列相连，用于设置最终的充电目标电压和充电输入限制电流，从而动态限制充电输入电流，以及设定充电管理电路的最终充电目标电压；

电池组充、放电管理电路，与所述充电管理电路相连，用于实现在如下充电方式之间的切换：A:电池组并联组合充电方式；B:电池组独立组合充电方式；C：电池组独立-并联混合充电方式；D:电池组串联组合充电方式；

微控制电路，与电池组充、放电管理电路相连；用于电池组充、放电管理电路上的多种电池组组合状态的控制。

2.如权利要求1所述的多系统电源管理装置，其特征在于，还包括端口拓展电路，所述微控制电路是单片机；所述端口拓展电路用于拓展系统单片机的GPIO端口；还包括外部编程接口，用于单片机的软件下载、编程调试和状态设置。

3.如权利要求1所述的多系统电源管理装置，其特征在于，所述充电管理电路与一配置充电输入限制电流的电阻序列相连，电源管理装置通过单片机控制相应的IO端口，配置电阻序列中并联到地的电阻参数和数量，设定充电管理电路的不同充电输入限制电流。

4.如权利要求1所述的多系统电源管理装置，其特征在于，所述充电管理电路与一变压储能电感相连，所述充电管理电路通过对比预设充电目标电压和输入电压的大小，决定选用连接电感两端的两组内部开关的其中一组工作，来实现升压或降压功能。

5.如权利要求1所述的多系统电源管理装置，其特征在于，所述充电管理电路连接到一设定充电目标电压的反馈电阻序列网络，电源管理装置通过控制单片机相应的IO端口，调整反馈电阻序列网络中对地串联的电阻的阻值和数量，以形成最终的串联阻值，实现对IC充电目标电压的设置。

6.一种多系统电源管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过对电池组串联控制网络和并联控制网络的控制，改变电池组中单节电池之间并联或串联的的连接关系，实现电池组组合状态设置；

S2、通过对电池组充电通道网络的控制，打开电池组的并联、串联或独立组合充电通道，开始与电池组组合状态设置相适应的并联、串联或者独立组合方式充电；

S3、根据电池组当前组合状态选择合适的充电目标电压和充电输入限制电流；

所述电池组组合状态包括：A:电池组并联组合充电方式；B:电池组独立组合充电方式；C：电池组独立、并联混合充电方式；D:电池组串联组合充电方式。

7.根据权利要求6所述的多系统电源管理方法，其特征在于，还包括步骤S4、根据检测到的电池组电量差异、系统环境温度水平，以及当前接入到系统的适配器是否能够与充电管理电路成功握手的状态，决定是否选取前端升压充电方式来给电池组充电。

8.根据权利要求6所述的多系统电源管理方法，其特征在于，步骤S2中，开始与电池组组合状态设置相适应的并联、串联或独立组合充电方式，需要考虑不同组合充电方式与当前电池组规格、容量状态的适配，包括：

a:在并联组合充电模式下，确保两节电池的规格参数一致，并且确保两节电池的电池电量基本一致，充电过程中使用相同的充电参数对电池组进行充电；

b:在独立组合充电模式下，电池组的两节电池的规格，电量等参数都可以不一样，同步的两节电池也可以使用不同的快速充电方式进行充电；

c:在独立-并联混合充电模式下，确保两节电池的规格一致；

d:在串联组合充电的模式下，确保两节电池的容量和规格一致。

9.根据权利要求8所述的多系统电源管理方法，其特征在于，步骤S3中，对于充电时的充电输入限制电流的设置方法采用如下二者之一：

第一、根据电池组的组合方式设置，在电池规格相同的情况下，并联组合的充电输入限制电流＝2*独立组合充电输入限制电流＝2*串联组合充电输入限制电流；

第二、根据当前所选用的快速充电方式进行设置。

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