CN115622212B

CN115622212B - 充放电管理电路和具有其的芯片、设备和控制方法

Info

Publication number: CN115622212B
Application number: CN202211629087.XA
Authority: CN
Inventors: 何平
Original assignee: Shenzhen Siyuan Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shenzhen Siyuan Semiconductor Co ltd
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2042-12-19
Also published as: CN115622212A

Abstract

本发明公开了一种充放电管理电路和具有其的芯片、设备和控制方法，其中，所述电路包括异常检测模块，用于检测向后级系统供电的系统供电端的系统电压是否存在异常信号；系统供电端连接至电池端；系统供电端还连接至至少一个外部电源端；充电控制模块，用于在异常检测模块检测到异常信号时关闭充电使能信号；交替控制模块，响应于异常检测模块检测到异常信号后到异常信号消除前期间，先关闭至少一个外部电源端到系统供电端的第一通路和电池端到系统供电端的第二通路，后交替导通第一通路及第二通路。由此，在后级系统供电端的系统电压存在异常时，一方面可以对电池进行保护，另一方面，可以减小系统产生的热量。保证后级系统的及时再次启动。

Description

充放电管理电路和具有其的芯片、设备和控制方法

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，具体涉及一种充放电管理电路和具有其的芯片、设备和控制方法。

背景技术

当前的便携式电子产品，诸如智能手机、充电宝、充电盒、蓝牙耳机等，都采用可充/放电的充放电管理电路。电池充电及供电系统中，为了系统的可靠性，充放电管理电路要实时对异常进行可靠的保护，包括过流，过压，欠压以及短路。一旦退出异常，系统要正常重启。

现有技术中的一种电池供电系统结构中，各电学参数通常定义为：SoC为后级片上系统，VBUS为总线电压，VSYS为后级系统SoC电压，VBAT为电池电压。其中，系统电压VSYS作为后级系统SoC的供电端，其电压稳定性、可靠性是保障后级系统SoC稳定运行的基石。系统电压VSYS来源于两条路径：第一通路，其流向为VBUS→VSYS；第二通路，流向为VBAT与VSYS之间的双向通路，即充电时是由第二通路将电能从VSYS传向VBAT，即，流向为VSYS →VBAT，放电时电能从VBAT传向VSYS，即，流向为VBAT→VSYS。当VSYS出现短路时，第一通路和第二通路（也就是VBUS→VSYS和VBAT→VSYS）都需要做出及时可靠的保护，当短路撤销时，也要可靠及时的恢复建立VSYS，保证后级SoC的再次启动。

VSYS作为后级SoC的唯一供电端，现有技术中，一旦出现欠压或短路，电池通路一般会进行关闭锁死状态，通过第一通路（VBUS→VSYS）保持工作来建立VSYS，同时依赖于SOC的数字通信来解锁，这么做的好处是，能够在建立VSYS成功时，快速响应SoC的清除锁定打开VSYS与VBAT之间的这条双向通路。事实上，经申请人研究发现，现有技术中的这一机制，一方面会导致系统产生较大的热量，另一方面也会使得电池通路恢复不够及时。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种充放电管理电路和具有其的芯片、设备和控制方法，以在恢复后级系统通路的过程中，减小系统产生的热量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例公开了一种充放电管理电路，包括：

异常检测模块，用于检测向后级系统供电的系统供电端的系统电压是否存在异常信号；系统供电端连接至电池端，用于向连接至电池端的电池充电，或接收电池的放电电压；系统供电端还连接至至少一个外部电源端，以接收外部电源；充电控制模块，用于在异常检测模块检测到异常信号时关闭充电使能信号，电池仅在充电使能信号下才可进行充电；交替控制模块，响应于异常检测模块检测到异常信号后到异常信号消除前期间，先关闭至少一个外部电源端到系统供电端的第一通路和电池端到系统供电端的第二通路，后交替导通第一通路及第二通路，以使系统供电端交替接收电池端提供的电源和至少一个外部电源端提供的至少一个外部电源中的一个。

第二方面，本发明实施例公开了一种充放电管理控制方法，用于充放电管理电路，充电管理电路独立于后级片上系统，包括：

步骤S100，检测用于向后级系统供电的系统供电端的系统电压是否存在异常信号；步骤S200，当检测到后级系统电压存在异常信号时，关闭充电使能信号，电池仅在充电使能信号下才可进行充电；步骤S300，响应于异常信号，在异常信号消除前期间，先全关闭后保持交替导通多个电源到系统供电端的通路，以使多个电源交替向系统供电端提供电源，以使系统供电端交替接收多个电源中的一个电源，其中，多个电源包括电池和至少一个外部电源。

第三方面，本发明实施例公开了一种充放电管理芯片，其上具有集成电路，其特征在于，集成电路被设计成上述第一方面公开的电路；或者集成电路被设计成实现上述第二方面公开的充放电管理方法。

第四方面，本发明实施例公开了一种可被充电电子设备，包括：电池和后级系统，电池和后级系统通过后级系统供电端连接至至少一个外部电源，还包括：上述第一方面公开的电路。

依据本发明实施例公开的一种充放电管理电路和具有其的芯片、设备和控制方法，通过异常检测模块检测向后级系统供电的系统供电端的系统电压是否存在异常信号，在异常检测模块检测到异常信号时，利用充电控制模块关闭充电使能信号，电池仅在充电使能信号下才可进行充电，并且，交替控制模块响应于异常检测模块检测到异常信号后到异常信号消除前期间，先关闭至少一个外部电源端到系统供电端的第一通路和电池端到系统供电端的第二通路，后交替导通第一通路及第二通路，以使系统供电端交替接收电池端提供的电源和至少一个外部电源端提供的至少一个外部电源中的一个；也就是，相对于现有技术中锁死电池端到系统供电端通路的方式，本申请的方案中，在恢复后级系统通路之前，并没有锁死电池端到系统供电端的通路，而是使电池端和外部电源分时向系统供电端提供电源，由此，在后级系统供电端的系统电压存在异常时，一方面可以对电池进行保护，另一方面，由于交替控制模块交替导通外部电源端和电池端到系统供电端的通路，从而可以避免一直由外部电源端到系统供电端的通路来供电，进而可以减小系统产生的热量。

此外，在异常检测模块检测到异常信号消除时，直接由充电控制模块开启电池的充电使能，交替控制模块退出交替导通的控制状态，使后级系统按既定的规则进行正常的充放电，由于无需等待后级系统发出的host清除指令来解锁，本申请的方案中，在恢复正常充放电过程中，不依赖于后级系统，而是可由充电控制模块、交替控制模块直接控制，从控制恢复充电的角度看，响应速度更快，即可靠及时的恢复建立充放电通路，由此保证后级系统的及时再次启动。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对本发明实施例进行描述。图中：

图1为本实施例公开的一种充放电管理电路结构示意图；

图2为本实施例公开的一种计时交替控制时序示例图；

图3为本实施例公开的一种充放电管理控制方法流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为了在恢复后级系统通路的过程中，减小系统产生的热量，进一步地，为了在恢复后级系统通路的过程中，减小系统产生的热量的同时，进一步提高电池通路恢复的及时性，本实施例公开了一种充放电管理电路，请参考图1，为本实施例公开的一种充放电管理电路结构示意图，该充放电管理电路包括：异常检测模块1、充电控制模块2和交替控制模块3，其中：

异常检测模块1用于检测向后级系统供电的系统供电端Q的系统电压VSYS是否存在异常信号，本实施例中，所称后级系统为用电的后级系统，例如SoC，在具体实施例中，当异常检测模块1检测到异常信号时，表明系统供电端Q出现了包括过流、过压、欠压或短路等异常情形，此时，后级系统会进入异常处理状态的工作模式，直至异常情形消除后才会重新进入正常的工作模式。在具体实施例中，系统供电端Q连接至电池端，用于向连接至电池端的电池充电，或接收电池的放电电压VBAT；系统供电端Q还连接至至少一个外部电源端，以接收外部电源。本实施例中，所称外部电源端可以是一个，也可以是两个或多个，也就是，例如外部电源可以是一个，也可以是两个或多个，每个外部电源通过各自的外部电源端连接至系统供电端Q。

充电控制模块2用于在异常检测模块1检测到异常信号时关闭充电使能信号，电池仅在充电使能信号下才可进行充电。在具体实施例中，电池的充放电由充电控制模块2来控制，具体地，可以采用现有的控制方式来实现。本实施例中，当异常检测模块1检测到异常信号时，触发充电控制模块2关闭充电使能信号，从而阻止系统供电端Q向电池充电。

交替控制模块3响应于异常检测模块1检测到异常信号后到异常信号消除前期间，先关闭至少一个外部电源端到系统供电端Q的第一通路和电池端到系统供电端Q的第二通路，后交替导通第一通路及第二通路，以使系统供电端Q交替接收电池端提供的电源和至少一个外部电源端提供的至少一个外部电源中的一个。具体地，当异常检测模块1检测到异常信号时，表明系统供电端Q出现了包括过流、过压、欠压或短路等异常情形，此时交替控制模块3先关闭第一通路和第二通路，也就是，关闭外部电源和电池流向系统供电端Q的供电通路，使得后级系统进入异常处理状态的工作模式；在后级系统工作在异常处理状态的工作模式的过程中，交替控制模块3交替导通第一通路及第二通路，也就是，至少一个外部电源、电池交替向系统供电端Q提供电源，以使当异常消除时，能够快速启动并进入正常工作模式。通常来说，后级系统进入异常处理状态的工作模式后，其工作所需电源功耗小于正常工作模式下后级系统所需的功耗，因此，交替向系统供电端Q提供的电源可以是限流处理后的电流。本实施例中，至少一个外部电源的数量为两个或两个以上时，这些外部电源也是分时启动，也就是，交替提供电源的对象是这些外部电源和电池，也就是说，在后级系统进入异常处理状态的工作模式后，在一时刻只需一路电源（电池或至少一个外部电源中的一个）向系统供电端Q提供电源即可。

为了实现后级系统在正常工作模式下对电源的控制，在具体实施例中，充电控制模块2还用于在异常检测模块1检测到异常信号消除时发出充电使能信号，以使电池处于能够被充电的状态；交替控制模块3还用于响应异常信号消除的信息时退出交替导通的控制状态，以使至少一个外部电源、电池和后级系统按既定的规则进行充放电。具体地，当异常信号消除时，通过异常检测模块1可以对系统供电端Q的检测，来确定异常信号消除，此时，交替控制模块3退出控制状态，外部电源和电池进入正常的充放电工作状态，本实施例中，所称既定的规则可以是现有的充放电规则：例如，当电池电量不足时，导通外部电源到电池的通路，由外部电源向电池充电；再如，当没有外部电源时，可以导通电池到后级系统的通路，通过电池放电来向后级系统提供电源。

为了实现至少一个外部电源端、系统供电端Q和电池端三者之间的连通控制，在具体实施例中，请参考图1，该充放电管理电路还包括：电池开关K0和至少一个电源开关K1，其中，系统供电端Q通过电池开关K0连接至电池端；至少一个电源开关K1与至少一个外部电源端一一对应，系统供电端Q通过至少一个电源开关K1分别连接至至少一个外部电源端；交替控制模块3响应于异常信号后到异常信号消除前期间，交替导通电池开关K0和至少一个电源开关K1，以使系统供电端Q交替接收电池端提供的电源和至少一个外部电源端提供的至少一个外部电源中的一个。

具体地，每个外部电源都各自分别配外部电源开关K1，各个外部电源的外部电源端通过各自的外部电源开关K1可断开连接至系统供电端Q，电池通过独立的电池开关K0可断开连接电池端和系统供电端Q，由此，当需要交替导通时，交替控制模块3交替导通电池开关K0和至少一个电源开关K1，使得同一时刻，仅有一个电源（或电池）向系统供电端Q提供电源。从而使得在交替控制时，能够提高交替控制的可靠性。

为了实现均匀散热，在可选的实施例中，各个开关按等时长的方式交替导通，具体地，请参考图1，电池开关K0和至少一个电源开关K1的总数量为N个，其中N≥2；交替控制模块3包括：计时单元31和逻辑控制单元32，其中，计时单元31响应于异常检测模块1检测到异常信号后到异常信号消除前期间，按T/N进行计时，其中，T为一个交替控制周期；逻辑控制单元32按T/N的时长交替导通电池开关K0和至少一个电源开关K1，当其中一个开关被导通时，其它开关被关断，以使N个开关交替导通向系统供电端Q交替提供电源。以N=2，也就是一个电源开关K1和一个电池开关K0为例进行说明：

请参考图1和图2，其中，图2为本实施例公开的一种计时交替控制时序示例图，异常检测模块1检测到系统供电端Q的异常信号（见图2中VSYS信号变为下降沿）后，交替控制模块3关闭第一通路和第二通路及电池的充电使能（见图2“充电使能”变为低电平）；之后，通过计时单元31进行计时，通过逻辑控制单元32先开启第一通路（见图2“第一通路使能”的首个虚箭头）保持第二通路关闭；再通过异常检测模块1检测VSYS是否建立（即检测是否还有异常信号），如果异常检测模块1依然检测到系统供电端Q的异常信号则使逻辑控制单元32关闭第一通路；计时单元31计时达到T/N（例如T/2）时打开第二通路（见图2“第二通路使能”的首个实箭头），保持第一通路关闭，依次反复，一旦异常检测模块1检测到VSYS建立的信号（即检测到异常信号消除）后，计时单元31就不再计时，并通过充电控制模块2发出充电使能信号（见图2“充电使能”变为高电平）。

为了避免触发电池保护，在可选的实施例中，当电池开关K0被导通时，电池开关K0工作在可变电阻区，以限制第二通路的电流。本实施例中，通过电池开关K0工作在可变电阻区，由此可以使得当电池开关K0被导通向系统供电端Q提供电源时，限制第二通路的电流，继而可以避免触发电池保护。在具体实施过程中，可以依据实际需要或经验来设定电池开关K0的导通程度，由此来限制第二通路的电流大小。

本实施例还公开了一种充放电管理控制方法，用于充放电管理电路，其中，充电管理电路独立于后级片上系统，也就是，本实施例公开的充放电管理控制方法应用于独立于后级片上系统的充放电管理电路，请参考图3，为本实施例公开的一种充放电管理控制方法流程图，该充电方法包括：步骤S100、步骤S200和步骤S300，其中：

步骤S100，检测用于向后级系统供电的系统供电端Q的系统电压VSYS是否存在异常信号。具体地，当系统供电端Q出现了包括过流、过压、欠压或短路等异常情形时，通过检测系统供电端Q的系统电压VSYS可以确定该系统供电端Q是否有异常。

步骤S200，当检测到后级系统电压VSYS存在异常信号时，关闭充电使能信号，其中，电池仅在充电使能信号下才可进行充电，也就是，当充电使能信号被关闭时，电池不再被充电，具体地，可以采用现有的控制方式来实现充电使能信号的关闭和打开。

步骤S300，响应于异常信号，在异常信号消除前期间，先全关闭后保持交替导通多个电源到系统供电端Q的通路。本实施例中，多个电源包括电池和至少一个外部电源，在异常信号消除前期间，通过全关闭多个电源到系统供电端Q的通路，可以使得后级系统工作在异常工作的工作模式下，而后，交替导通多个电源到系统供电端Q的通路，以使多个电源交替向系统供电端Q提供电源，以使系统供电端Q交替接收多个电源中的一个电源。在具体实施过程中，可以通过开关电源和电池开关来实现交替向系统供电端Q提供电源，也就是，同一时刻，多个电源中只有一个电源向系统供电端Q提供工作电源，从而一方面可以避免锁死通路，另一方面交替提供电源可以减少热量的产生。

在可选的实施例中，在步骤S300中，电池和至少一个外部电源等时长交替向系统供电端Q提供电源，当其中一个开关被导通时，其它开关被关断。由此可以实现均匀散热。

在可选的实施例中，当检测到异常信号消除时，开启充电使能信号，以向电池充电，并退出交替导通的控制状态，以使至少一个外部电源、电池和后级系统按既定的规则进行充放电。当异常信号消除时，通过对系统供电端Q的检测，可以确定异常信号消除，此时，外部电源和电池进入正常的充放电工作状态，本实施例中，所称既定的规则可以是现有的充放电规则：例如，当电池电量不足时，导通外部电源到电池的通路，由外部电源向电池充电；再如，当没有外部电源时，可以导通电池到后级系统的通路，通过电池放电来向后级系统提供电源。

本实施例还公开了一种充放电管理芯片，其上具有集成电路，集成电路被设计成上述实施例公开的充放电管理电路；或者集成电路被设计成实现上述实施例公开的充放电管理方法。

本实施例还公开了一种可被充电电子设备，包括：电池和后级系统，电池和后级系统通过后级系统供电端Q连接至至少一个外部电源，还包括：上述实施例公开的充放电管理电路。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。其中，附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生，例如，两个接连表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本文中对于各步骤的编号仅为了方便说明和引用，并不用于限定前后顺序，具体的执行顺序是由技术本身确定的，本领域技术人员可以根据技术本身确定各种允许的、合理的顺序。

需要说明的是，本发明中采用步骤编号（字母或数字编号）来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制，本领域技术人员可以根据技术本身确定各种允许的、合理的步骤顺序。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种充放电管理电路，其特征在于，包括：

异常检测模块（1），用于检测向后级系统供电的系统供电端（Q）的系统电压（VSYS）是否存在异常信号；所述系统供电端（Q）连接至电池端，用于向连接至所述电池端的电池充电，或接收所述电池的放电电压（VBAT）；所述系统供电端（Q）还连接至至少一个外部电源端，以接收外部电源；

充电控制模块（2），用于在所述异常检测模块（1）检测到所述异常信号时关闭充电使能信号，所述电池仅在所述充电使能信号下才可进行充电；

交替控制模块（3），响应于所述异常检测模块（1）检测到所述异常信号后到所述异常信号消除前期间，先关闭所述至少一个外部电源端到所述系统供电端（Q）的第一通路和所述电池端到所述系统供电端（Q）的第二通路，后交替导通所述第一通路及第二通路，以使所述系统供电端（Q）交替接收所述电池端提供的电源和所述至少一个外部电源端提供的至少一个外部电源中的一个。

2.如权利要求1所述的充放电管理电路，其特征在于，

所述充电控制模块（2）还用于在异常检测模块（1）检测到异常信号消除时发出所述充电使能信号，以使所述电池处于能够被充电的状态；

所述交替控制模块（3）还用于响应所述异常信号消除的信息时退出交替导通的控制状态，以使至少一个外部电源、电池和后级系统按既定的规则进行充放电。

3.如权利要求1或2所述的充放电管理电路，其特征在于，还包括：

电池开关（K0），所述系统供电端（Q）通过所述电池开关（K0）连接至电池端；

至少一个电源开关（K1），与所述至少一个外部电源端一一对应，所述系统供电端（Q）通过至少一个电源开关（K1）分别连接至至少一个外部电源端；

所述交替控制模块（3）响应于所述异常信号后到所述异常信号消除前期间，交替导通所述电池开关（K0）和所述至少一个电源开关（K1），以使所述系统供电端（Q）交替接收所述电池端提供的电源和所述至少一个外部电源端提供的至少一个外部电源中的一个。

4.如权利要求3所述的充放电管理电路，其特征在于，所述电池开关（K0）和所述至少一个电源开关（K1）的总数量为N个，其中N≥2；

所述交替控制模块（3）包括：

计时单元（31），响应于所述异常检测模块（1）检测到异常信号后到所述异常信号消除前期间，按T/N进行计时，其中，T为一个交替控制周期；

逻辑控制单元（32），按T/N的时长交替导通所述电池开关（K0）和所述至少一个电源开关（K1），当其中一个开关被导通时，其它开关被关断，以使N个开关交替导通向所述系统供电端（Q）交替提供电源。

5.如权利要求3所述的充放电管理电路，其特征在于，当所述电池开关（K0）被导通时，所述电池开关（K0）工作在可变电阻区，以限制所述第二通路的电流。

6.一种充放电管理控制方法，用于充放电管理电路，所述充放电管理电路独立于后级片上系统，其特征在于，包括：

步骤S100，检测用于向后级系统供电的系统供电端（Q）的系统电压（VSYS）是否存在异常信号；

步骤S200，当检测到所述后级系统电压（VSYS）存在异常信号时，关闭充电使能信号，电池仅在所述充电使能信号下才可进行充电；

步骤S300，响应于所述异常信号，在所述异常信号消除前期间，先全关闭后保持交替导通多个电源到所述系统供电端（Q）的通路，以使多个电源交替向所述系统供电端（Q）提供电源，以使所述系统供电端（Q）交替接收所述多个电源中的一个电源，其中，所述多个电源包括所述电池和至少一个外部电源。

7.如权利要求6所述的充放电管理控制方法，其特征在于，还包括：

当检测到所述异常信号消除时，开启所述充电使能信号，以向所述电池充电，并退出交替导通的控制状态，以使至少一个外部电源、电池和后级系统按既定的规则进行充放电。

8.如权利要求6或7所述的充放电管理控制方法，其特征在于，在所述步骤S300中，所述电池和所述至少一个外部电源等时长交替向所述系统供电端（Q）提供电源，当其中一个开关被导通时，其它开关被关断。

9.一种充放电管理芯片，其上具有集成电路，其特征在于，所述集成电路被设计成如权利要求1-5任意一项所述的电路；或者所述集成电路被设计成实现如权利要求6-8任意一项所述的充放电管理控制方法。

10.一种可被充电电子设备，包括：电池和后级系统，所述电池和所述后级系统通过后级系统供电端（Q）连接至至少一个外部电源，其特征在于，还包括：

如权利要求1-5任意一项所述的电路。