CN116191593A - 一种电池管理电路及芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池管理电路及芯片，电池管理电路包括：第一开关模块，连接在供电端与电池正极之间，在供电端与外部的供电电源连接时，供电电源、第一开关模块、电池形成充电电路；第二开关模块，与负载端连接，在负载端与外部的负载连接时，电池、第二开关模块、负载形成放电电路；控制模块，与第一开关模块、第二开关模块分别连接，控制模块根据电池的充放电状态生成充放电控制信号和电池充放电保护信号以控制第一开关模块和第二开关模块。本发明中，第一开关模块和第二开关模块在电池管理电路上存在功能复用，充电控制和充电保护共用第一开关模块，放电控制和放电保护共用第二开关模块，从而可减少所需要的开关的数量，简化电路结构。

Description

一种电池管理电路及芯片
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其是一种电池管理电路及芯片。
背景技术
电池保护功能通常放置在靠近电池端，其目的是使得电池能够对不同的输入和输出条件具有统一的保护功能。比如当充电器的输入电压偏高，切断电池输入回路防止损坏。电池保护使得电池对不同的充电设备和负载具有较强的适应性。
在一般的应用场合，电池保护与输入设备和输出设备是分开的，所以电池保护和充电控制以及放电控制需要单独设计，中间以保护参数进行协调工作。而在剃须刀这类产品，充电设备为充电控制器，放电设备为电机，都是集成在一个产品内部，但是在现有产品内部通常是使用多个分立器件、芯片实现充电、保护、放电等功能，导致能效低、发热多、系统复杂度高，且物料较多。
具体而言，现有技术方案通常如图1所示，当对电池BAT充电时，充电输入端VIN经过功率管S2给电池BAT充电，充电输入端VIN、功率管S2、电池BAT、功率管S3、功率管S4、GND形成充电电路，充电控制模块会检测相关信号，控制功率管S2的状态，电池保护模块会检测相关信号，控制充电保护功率管S4的状态；当电池BAT放电时，驱动电机M工作，电池BAT、功率管S1、电机M、充电保护功率管S4、放电保护功率管S3形成电池BAT的放电电路，放电控制模块会检测相关信号，控制功率管S1的状态，电池保护模块会检测相关信号，控制放电保护开关S3的状态基于此控制功率管S1、放电保护功率管S4的状态。可以发现，该方案需要至少四个功率管，同时，充电保护功率管S4、放电保护功率管S3均为功率管，在晶圆中需要占据较大面积，且功耗大，发热多。
另外，在图1所示的技术方案基础上，还有一些厂商，是将充电控制模块和放电控制模块组合为一个芯片，通过两个芯片实现对电池、电机的控制，该种方式也会导致分立器件和功率管较多。
进一步地，在图1所示的技术方案基础上，可以将作为功率管的充电保护功率管S4、放电保护功率管S3变换为一个主功率管和两个小的衬底切换开关管，这样也可以减少用于电池保护的功率管在晶圆中所占用的面积，但是，该种方式也存在分立器件较多，功耗大的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种电池管理电路及芯片，可实现功能复用，可减少所需要的开关的数量。
第一方面：
本发明提供了一种电池管理电路，包括：第一开关模块、第二开关模块和控制模块。其中，第一开关模块连接在供电端与电池正极之间，在供电端与外部的供电电源连接时，供电电源、第一开关模块、电池形成充电电路；第二开关模块与负载端连接，在负载端与外部的负载连接时，电池、第二开关模块、负载形成放电电路；控制模块与第一开关模块、第二开关模块分别连接，控制模块根据电池的充放电状态生成充放电控制信号和电池充放电保护信号以控制第一开关模块和第二开关模块。
优选地，控制模块包括：
第一控制单元，与第一开关模块连接，第一控制单元根据电池的充电状态生成充电控制信号和电池充电保护信号以控制第一开关模块；
第二控制单元，与第二开关模块连接，第二控制单元根据电池的放电状态生成放电控制信号和电池放电保护信号以控制第二开关模块。
优选地，在第一控制单元获取到表征电池处于异常充电状态时，控制第一开关模块断开；在第二控制单元获取到表征电池处于异常放电状态时，控制第二开关模块断开。
优选地，第二开关模块连接在负载端与参考地端之间。
优选地，第二开关模块连接在电池正极与负载端之间。
优选地，第二开关模块包括多个开关，多个开关构成全桥驱动电路或半桥驱动电路。
优选地，控制模块接收检测信号，并根据检测信号生成充放电控制信号和电池充放电保护信号；其中，检测信号包括用于表征放电电流、放电电压、充电电流、充电电压、电池电压、电池温度的电信号。
优选地，充电电路包括升压电路、降压电路、直充电路。
优选地，负载包括电机、灯珠。
第二方面：
本发明提供了一种电池管理芯片，包括如第一方面所述的电池管理电路。
本发明的有益效果为：
本发明中，第一开关模块和第二开关模块在电池管理电路上存在功能复用，充电控制和充电保护共用第一开关模块，放电控制和放电共用第二开关模块，从而可减少所需要的开关的数量。同时，相较于现有技术，无需专门为充电电路、放电电路、充电保护、放电保护分别设置开关，也无需重复检测电路中的电力参数，减小芯片面积，简化电路结构，降低成本。另外，本发明提供的电池管理电路尤其适用于负载、电池位于同一电子设备的情形。此时，针对该电子设备，无须设置电池保护芯片，降低该电子设备中电路板的复杂程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为现有技术的电路示意图；
图2为本发明实施例提供的电池管理电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电池管理电路的另一结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电池管理电路的另一结构示意图；
图5为本发明实施例提供的电池管理电路的另一结构示意图；
图6为本发明实施例提供的电池管理电路的另一结构示意图；
图7为本发明实施例提供的电池管理电路的另一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例一：
如图2所示，本发明实施例提供了一种电池管理电路100，包括第一开关模块11、第二开关模块12和控制模块13。其中，第一开关模块11连接在供电端200与电池300正极之间，在供电端200与外部的供电电源400连接时，供电电源400、第一开关模块11、电池300形成充电电路。第二开关模块12与负载端500连接，在负载端500与外部的负载600连接时，电池300、第二开关模块12、负载600形成放电电路。控制模块13与第一开关模块11、第二开关模块12分别连接，控制模块13根据电池300的充放电状态生成充放电控制信号和电池充放电保护信号以控制第一开关模块11和第二开关模块12。
本发明实施例中，第一开关模块11同时作为充电控制开关和充电保护开关，控制模块13可通过第一开关模块11控制充电电流和/或充电电压。当控制模块13检测到电池300处于充电异常状态时，控制模块13还可控制第一开关模块11断开，从而使充电电路断开，电池300停止充电。第一开关模块11可以包括MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属－氧化物半导体场效应晶体管)、三极管、BJT管(BipolarJunction Transistor，双极结型晶体管)等。
在一些实施例中，第一开关模块11可以与供电端200、电池300正极直接或间接连接，第一开关模块11可以与电容、电感、电阻中的一者或多者构成充电电路。
第二开关模块12同时作为放电控制开关和放电保护开关，控制模块13可通过第二开关模块12控制放电电流和/或放电电压。当控制模块13检测到电池300处于放电异常状态时，控制模块13还可控制第二开关模块12断开，从而使放电电路断开，电池300停止放电。其中，放电电路的具体结构可基于实际的负载600的类型、第二开关模块12的类型具体配置。第二开关模块12可以包括MOS管、三极管、BJT管等。
在一些实施例中，第二开关模块12可以与负载端500、电池300正极直接或间接连接，第二开关模块12可以与电容、电感、电阻中的一者或多者构成放电电路。
在一些实施例中，第一开关模块11和第二开关模块12可以为功率管，该功率管可以为P型管，也可以为N型管。需要注意的是，本领域技术人员应当可以基于第一开关模块11和第二开关模块12中开关的数量、类型选择相应的连接及控制方式，能够正常形成充电电路和放电电路，同时在充电异常时断开充电电路，在放电异常时断开放电电路。
在一些实施例中，控制模块13可以基于当前电池300的电量，通过控制第一开关模块11实现对电池300的涓流、恒流、恒压充电。若在该充电过程中，出现充电异常，则控制第一开关模块11使充电电路完全断开。当负载600工作时，可以基于负载600的工作需要，通过控制第二开关模块12使负载600能够以恒定功率工作。若在该放电过程中，出现放电异常，则控制第二开关模块12使放电电路完全断开。
需要注意的是，如现有技术的图1所示，开关S1、开关S2、开关S3、开关S4均为功率管，由于功率管需要走大电流，因此，在芯片版图中，功率管需要占据较大的面积。本发明实施例提供的电池管理电路100中，减去两个功率管，从而能够大大降低芯片版图面积，提升晶圆利用率。
本发明实施例中，第一开关模块11和第二开关模块12在电池管理电路100上存在功能复用，充电控制和充电保护共用第一开关模块11，放电控制和放电共用第二开关模块12，从而可减少所需要的开关的数量。同时，相较于现有技术，无需专门为充电电路、放电电路、充电保护、放电保护分别设置开关，也无需重复检测电路中的电力参数，简化电路结构，降低成本。另外，本发明实施例提供的电池管理电路100尤其适用于负载600、电池300位于同一电子设备的情形。此时，针对该电子设备，无须设置电池保护芯片，降低该电子设备中电路板的复杂程度。
进一步地，如图3所示，控制模块13可以包括第一控制单元131、第二控制单元132。其中，第一控制单元131与第一开关模块11连接，第一控制单元131根据电池300的充电状态生成充电控制信号和电池充电保护信号以控制第一开关模块11。第二控制单元132与第二开关模块12连接，第二控制单元132根据电池300的放电状态生成放电控制信号和电池放电保护信号以控制第二开关模块12。
进一步地，在第一控制单元131获取到表征电池300处于异常充电状态时，控制第一开关模块11断开；在第二控制单元132获取到表征电池300处于异常放电状态时，控制第二开关模块12断开。
在本实施例中，可以配置检测电路，该检测电路可以将检测到的信号传递至控制模块13，控制模块13基于检测到的信号控制第一开关模块12和第二开关模块13。
进一步地，第二开关模块12可以连接在负载端500与参考地端之间。
如图4所示，第一开关模块111的第一端与第一控制单元131的输出端连接，第一开关模块111的第二端与供电端200连接，第一开关模块111的第三端与电池300的正极连接。第二开关模块121的第一端与第二控制单元132的输出端连接，第二开关模块121的第二端与负载600的第一端连接，负载600的第二端与电池300的正极连接，第二开关模块121的第三端与参考地端连接。
进一步地，第二开关模块12连接在电池300正极与负载端500之间。
如图5所示，第二开关模块122的第一端与第二控制单元132的输出端连接，第二开关模块122的第二端与电池300的正极连接，第二开关模块122的第三端与负载600的第一端连接，负载600的第二端与参考地端连接。与图4相同的内容不再进行赘述。
进一步地，第二开关模块12可以包括多个开关，多个开关构成全桥驱动电路或半桥驱动电路。如图6所示，第二开关模块12包括开关1231、开关1232、开关1233和开关1234，开关1231、开关1232、开关1233和开关1234构成全桥驱动。
本发明实施例中，控制模块13接收检测信号，并根据检测信号生成充放电控制信号和电池充放电保护信号；其中，检测信号包括用于表征放电电流、放电电压、充电电流、充电电压、电池电压、电池温度的电信号。
本发明实施例中，检测信号的检测位置可以为电池300的正极、电池300的负极、第一开关模块11、第二开关模块12等。
第一控制单元131接收用于表征充电过程中的充电电流、充电电压、电池电压、电池电流等信号，进而可以通过控制第一开关模块11实现涓流、恒流、恒压等充电过程，稳定可靠地为电池300充电；同时还可通过检测信号确认充电过程是否发生异常，若处于异常(比如输入过压、输入过流等)，则通过控制第一开关模块11断开充电电路，保护电池300。
同样地，第二控制单元132接收表征放电过程中的放电电流、放电电压、电池电压、电池电流等信号，进而可以通过控制第二开关模块实现恒流、恒压、恒功率等放电过程，稳定可靠地驱动负载600；同时还可通过检测信号确认放电过程是否发生异常，若处于异常(比如欠压、输出过流等)，则通过控制第二开关模块12断开放电电路，保护电池300和负载600。
进一步地，充电电路包括升压电路、降压电路、直充电路。在充电电路中，第一开关模块11用于控制充电电流和/或充电电压，同时，第一开关模块11还用于控制充电电路的通断。
进一步地，负载600包括电机、灯珠。如图7所示，负载600包括电容611、灯珠612和电机613，电容611、灯珠612、电机613并联后连接于电池正极、第二开关模块1211之间。图7中，第一开关模块1111可以为P型管，第二开关模块1211可以为N型管。
进一步地，检测信号还可以包括电池温度。在电池300的温度异常时，控制模块13控制第一开关模块11断开充电电路或控制第二开关模块12断开放电电路，以停止充电或放电，实现过温保护。
实施例二：
本发明实施例提供了一种电池管理芯片1000，包括如实施例一所述的电池管理电路100。
本发明实施例所提供的产品，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种电池管理电路，其特征在于，包括：
第一开关模块，连接在供电端与电池正极之间，在所述供电端与外部的供电电源连接时，所述供电电源、所述第一开关模块、电池形成充电电路；
第二开关模块，与负载端连接，在所述负载端与外部的负载连接时，所述电池、所述第二开关模块、所述负载形成放电电路；
控制模块，与所述第一开关模块、第二开关模块分别连接，所述控制模块根据所述电池的充放电状态生成充放电控制信号和电池充放电保护信号以控制所述第一开关模块和所述第二开关模块。
2.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述控制模块包括：
第一控制单元，与所述第一开关模块连接，所述第一控制单元根据所述电池的充电状态生成充电控制信号和电池充电保护信号以控制所述第一开关模块；
第二控制单元，与所述第二开关模块连接，所述第二控制单元根据所述电池的放电状态生成放电控制信号和电池放电保护信号以控制所述第二开关模块。
3.根据权利要求2所述的电池管理电路，其特征在于，在所述第一控制单元获取到表征所述电池处于异常充电状态时，控制所述第一开关模块断开；在所述第二控制单元获取到表征所述电池处于异常放电状态时，控制所述第二开关模块断开。
4.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述第二开关模块连接在所述负载端与参考地端之间。
5.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述第二开关模块连接在所述电池正极与所述负载端之间。
6.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述第二开关模块包括多个开关，所述多个开关构成全桥驱动电路或半桥驱动电路。
7.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述控制模块接收检测信号，并根据所述检测信号生成所述充放电控制信号和所述电池充放电保护信号；其中，所述检测信号包括用于表征放电电流、放电电压、充电电流、充电电压、电池电压、电池温度的电信号。
8.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述充电电路包括升压电路、降压电路、直充电路。
9.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述负载包括电机、灯珠。
10.一种电池管理芯片，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电池管理电路。
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