CN201266996Y - 一种手机电池及具有该手机电池的手机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种手机电池，该手机电池包括铁电池以及电源转换装置，该电源转换装置包括第一对接线端、第二对接线端、串接在所述第一对接线端和所述第二对接线端之间的开关控制电路和直流电源电压转换控制器，以及保护装置，所述保护装置包括三个端口，第一端口与所述第一对接线端的正极连接端连接，第二端口与所述第二对接线端的正极连接端连接，第三端口与所述直流电源电压转换控制器连接，铁电池与连接开关控制电路的所述第一对接线端连接。通过电源转换装置对手机铁电池输出电压的控制，将用于手机铁电池的升压和降压电路集成在一个电源转换装置中，这样用户在不更换充电器或负载的情况下就可以方便使用铁电池了。
Description
一种手机电池及具有该手机电池的手机
技术领域
本实用新型涉及一种手机电池及具有该手机电池的手机。 背景技术
目前整个手机行业均采用锂电池给手机供电，但是锂电池具有易爆炸、 成本高、寿命短的缺点。相对而言，铁电池电芯活性小，没有安全隐患，并 且铁电池成本低寿命长。由于铁电池的成本优势以及安全性能等方面的优 点，若将其应用于手机将产生很好的市场前景。
但是，现有铁电池在手机上使用的利用率很低只有20%以下，使采用铁 电池的手机的待机时间很短，容易自动关机，甚至有时都无法开机。
实用新型内容
本实用新型针对现有使用铁电池作为手机电池存在的待机时间短不足， 提供一种待机时间长的使用铁电池作为手机电池的手机电池及具有该手机 电池的手机。
本实用新型的发明人发现，铁电池在手机上使用的利用率很低的原因是 由于铁电池和锂电池内部使用的正极材料不同，两者的输出电压不同。锂电 池放电时，其电压在3.3V-4.2V范围内，电量主要集中在3.6V-3.8V之间， 而铁电池放电时的输出电压为2.8V-3.8V，电量主要集中在3.2V-3.3V。现有 手机平台以及外围电路都是针对锂电池设计的，在手机使用过程中，当电池 电压降到3.3V时，手机会因电量不足而关机。因此，如果用铁电池直接给 现有手机供电，铁电池的电压会很快从3.8V降到3.3V，而对于现有手机来 说，3.3V是关机电压，所以用铁电池直接供电，它的利用率很低，达不到20%。
因此，发明人想到，为了直接替换用户使用的现有锂电池，并使铁电?也
能被充分利用，有必要提高铁电池放电时的电压；此外，当给手机充电时， 充电电压是按照锂电池设计的，高于铁电池的充电电压，因此还有必要降低 用于铁电池的充电电压。因此需要一种用于铁电池的DC-DC升压/降压转换 电路。
现有的电源转换集成电路产品都分别使用独立的电量释放转换装置和 充电转换装置，并各自使用独立的外围器件，结构复杂，成本较高，并且较 多的外围器件也不利于进一步縮小电路的体积。这样，就需要有集成在同一 个集成电路中或独立封装的两套电源转换电路。
本实用新型提供一种手机电池，，该手机电池包括铁电池以及电源转换 装置，该电源转换装置包括第一对接线端、第二对接线端、串接在所述第一 对接线端和所述第二对接线端之间的开关控制电路和直流电源电压转换控 制器，以及保护装置，所述保护装置包括三个端口，第一端口与所述第一对 接线端的正极连接端连接，第二端口与所述第二对接线端的正极连接端连 接，第三端口与所述直流电源电压转换控制器连接，铁电池与连接开关控制 电路的所述第一对接线端连接。
本实用新型还提供一种手机，该手机包括本实用新型提供的手机电池。
本实用新型的有益效果是：
1. 本实用新型采用用于铁电池的电源转换装置，对铁电池的放电电压进 行了升压，提高到3.3V-4.2V的输出电压，从而保证铁电池放电时能使手机 正常工作，从而使手机的待机时间增长，确保用户的正常使用。
2. 本实用新型将用于手机铁电池的升压和降压电路集成在一个电源转换 装置中，实现了对铁电池输出电压进行升压和降压两个方向的电能转化，可 以使用户在不需要改变原锂电池充电器和负载的情况下更方便的使用。3.同时，本实用新型增加保护装置后，使得该电源转换装置具有小电流 充电及自动保护电源转换装置的功能。当铁电池电压低于正常充电电压时， 如采用该电源转换装置所提供的正常充电模式，电流过大会损坏铁电池，所
以最好采用小电流充电的模式。增加保护装置后，其中的Pmos2管内部寄生 的二极管可以使其源极与漏极自动导通，对铁电池进行小电流充电。而当铁 电池电芯正极电压高于2V时，保护装置中的Pmos2管又自动断开，进入正 常充电模式。另外，当外部充电器产生异常使输出电压较高时，会超过电压 直流电源电压转换控制器所能承受的电压，保护装置中的Pmos2管内寄生的 二极管使其自动导通，这样电流避开电源转换装置，流过由电源正极连接端 P+、电芯正极B+、电芯负极B — 、电源负极连接端P+构成回路，从而保 护了该手机电池的元件。
3.通过该手机电池的电源转换装置中的直流电源电压转换控制器的控 制，使手机电池有预充电、短路保护和过充过放保护功能。
附图说明
图1是本实用新型实施例的包括铁电池以及电源转换装置的手机电池的 原理框图；
图2是本实用新型实施例提供的包括铁电池以及电源转换装置的手机电 池的电路示意图；
图3是本实用新型实施例电路保护装置中使用的P型MOS管中寄生二 极管结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的特征及优点将通过实施方式结合附图进行详细说明。 如图1所示，该手机电池包括铁电池2以及电源转换装置1，该电源转换装置1包括第一对接线端、第二对接线端、串接在所述第一对接线端和所
述第二对接线端之间的开关控制电路11和直流电源电压转换控制器12，以 及保护装置，所述保护装置包括三个端口，第一端口与所述第一对接线端的 正极连接端连接，第二端口与所述第二对接线端的正极连接端连接，第三端 口与所述直流电源电压转换控制器12连接，铁电池2与连接开关控制电路 11的所述第一对接线端连接。该保护装置可以对铁电池预充电并且可以保护 所述电源转换装置l。
如图2所示，所述第一接线端包括铁电池2的电芯正极B+、铁电池2 的电芯负极B — ，所述第二对接线端包括电源正极连接端P+、电源负极连接 端P—，所述保护装置的一个端口与铁电池2的电芯正极B+连接，另一个端 口与电源正极连接端P+连接。
其中，所述保护装置包括第二P型MOS管Pmos2，第二P型MOS管 Pmos2的漏极与所述电芯正极B+连接，源极与所述电源正极连接端P+连接， 栅极与直流电压转换控制器12的电压保护控制脚OV连接。
其中，用于手机电池的电源转换装置1主要包括开关控制电路11和直 流电源电压转换控制器12。开关控制电路11包括第一 P型MOS管Pmosl、 第一N型MOS管Nmosl、第一电阻Rs和续流电感L;第一 P型MOS管 Pmosl的源极与第一 N型MOS管Nmosl的漏极连接，第一 P型MOS管 Pmosl和第一N型MOS管Nmosl的栅极分别与所述直流电源电压转换控制 器12的控制脚P—drv和N—drv连接，第一 P型MOS管Pmosl的漏极与所 述电源正极连接端P+连接，第一 N型MOS管Nmosl的源极与所述电芯负 极B — 、电源负极连接端P—连接；续流电感L的一端与第一P型MOS管 Pmosl的源极和第一 N型MOS管Nmosl的漏极连接，另一端与所述第一电 阻Rs的一端连接，第一电阻Rs的另一端与电芯正极B+连接，并且第一电 阻Rs与续流电感L相接的一端与所述直流电源电压转换控制器12的电流检
8测脚Isense连接。
其中，该手机电池还包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端与所述直流 电源电压转换控制器12的电压检测脚VB和所述电芯正极B+连接，另一端 与电压检测脚VT连接。第二电阻R2用来检测该电源转换装置的工作电压。
其中，该手机电池还包括第二 N型MOS管Nmos2和第三N型MOS管 Nmos3;第二N型MOS管Nmos2的源极与所述电芯负极B —连接，栅极与 所述直流电源电压转换控制器12的过放控制脚DO连接，漏极与第三N型 MOS管Nmos3的漏极连接；第三N型MOS管Nmos3的源极与所述电源负 极连接端P —连接，栅极与所述直流电源电压转换控制器12的过充控制脚 CO连接。
其中，该手机电池还包括输入电容CIN和输出电容COUT;输入电容 CIN连接在所述电芯正极B+、电芯负极B —之间；输出电容COUT连接在 所述电源正极连接端P+、电芯负极B —之间。其中，所述直流电源电压转换 控制器12的控制脚VP_P与所述电源正极连接端P+连接，直流电路控制脚 VSSA和保护电路控制脚VSSB与所述电芯正极B —连接。
本实用新型还提供包括上面所述手机电池的手机。
该手机电池中的直流电源电压转换控制器12可以采用比亚迪公司生产 的能防止各节电池过充、过放、过流保护和升压降压控制的型号为BF1261 的芯片。第一电阻Rs选用阻值为0.027〜0.033欧姆的电阻，否则续流电感 L上的电流不准确；第二电阻R2的阻值为800欧姆〜1200欧姆之间的电阻， 第三电阻R3的阻值为1000欧姆〜47(J0欧姆之间的电阻，保护装置中的 Pmos2可以选用普通的P型MOS管，其它MOS管选用源漏导通电阻小的 器件，同时必须保证Pmosl、Nmos2和Nmos3管的持续导通电流在2A以上， Nmosl管的峰值导通电流在4A以上；根据直流电路的最大峰值电流，要求 续流电感L的额定电流在2.5A以上，其电感值在l;/H〜2.5/iH的范围内选取，通常选用2.2pH;输入电容CIN值的选取需要根据铁电池的内阻来确
定，可以选择能够满足其稳定、滤波要求的、电容值大小在以上的X5R、 X7R等低的陶瓷电容；输出电容COUT可以选取47/zF以上的低电容。
上述的手机电池，其工作原理如下：
通过直流电源电压转换控制器12的电压检测脚VB和VP来判断铁电池 2的电芯正极B+的电压和电源正极连接端P+的电压，当VP的电压值大于 VB电压值的1.12倍时，电源正极连接端P+和电源负极连接端P —接充电器， 手机通过该电源转换装置降压对铁电池进行充电。
若处于正常状态（正常状态指12的电压检测脚VB的电压处于过放保 护电压与过充保护电压之间的值），直流电源电压转换控制器12的控制脚 P一drv和N一drv输出低电平，使Pmos l(指上面所述的第一P型MOS管Pmos 1 ) 导通，Nmosl (指上面所述的第一N型MOS管Nmosl)断开，这样电源正 极连接端P+、 Pmosl、续流电感L、第一电阻Rs、电芯正极B+、电芯负极 B—以及电源负极连接端P—构成回路，使电感L存储能量。续流电感L上 的电流通过电流检测脚Isense传送到直流电源电压转换控制器12中，当 Isense的电流值达到直流电源电压转换控制器12中设置的峰值电流时，直流 电源电压转换控制器12的控制脚P—drv和N一drv输出高电平，使Pmosl断 开，Nmosl导通，这样电芯正极B+、第一电阻Rs、续流电感L、 Nmosl以 及电芯负极B —构成回路，使续流电感L向铁电池电芯放电，输出电流。如 此循环，实现降压充电的过程。
处于正常状态时，直流电源电压转换控制器12的过充控制脚CO —直 处于高电平，使Nmos3 (指上面所述的第三N型MOS管Nmos3)导通。而 当VB检测到所述电芯正极B+处电压超过3.85V时，直流电源电压转换控 制器12的过充控制脚CO输出低电平，使Nmos3断开，从而实现充电过压 保护。当VB检测到所述电芯正极B+处电压低于3.65V时，直流电源电压 转换控制器12的过充控制脚CO又输出高电平，使Nmos3导通，外部电路
10又可以对铁电池2充电了。
当VB检测到所述电芯正极B+处电压低于2V时，该电源转换装置不能 正常工作，此时保护装置中的Pmos2管（指上面所述的第二 P型MOS管 Pmos2)内部寄生二极管使其源极与漏极自动导通，P型MOS管内部寄生二 极管的结构示意图如图3所示，使电流经过其内部寄生二极管流动，对铁电 池2进行预充电，其充电电流控制在100mA以下，以避免对铁电池电芯的 损坏。当电芯正极B+处电压高于2V时，由于管内寄生二极管的作用使自动 保护装置中的Pmos2管断开，进入正常充电模式。
该电路还要另外一个功能：当外部充电器产生异常，也就是输出电压高 于5V时，使得电源正极连接端P+处电压高于电芯正极B+电压2.5V，这样 直流电源电压转换控制器12的电压检测脚VP的电压高于直流电源电压控制 器12所能承受的电压，会损坏控制器。这时，由于保护装置中的Pmos2管 内寄生二极管的作用使Pmos2管自动导通，这样电流流过由电源正极连接端 P+、电芯正极B+、电芯负极B — 、电源负极连接端P +构成回路，从而保 护了该手机电池的元件，其中的输入电容CIN起到了分压的作用，避免电流 过大损坏铁电池2。同时，输入电容CIN、输出电容COUT在整个电路中还 起到整流去干扰的作用。
通过直流电源电压转换控制器12的电压检测脚VB和VP来判断所述电 芯正极B+的电压和所述电源正极连接端P+的电压，当VP的电压值小于VB 电压值的1.12倍时，电源正极连接端P+和电源负极连接端P —接负载，手 机通过直流电源电压转换控制器12升压对负载进行放电。
此时，直流电源电压转换控制器12的控制脚P一drv和N—drv输出高电 平，使Nmosl导通，Pmosl断开，这样电芯正极B+、第一电阻Rs、续流电 感L、 Nmosl以及电芯负极B —构成回路，对续流电感L充电使其存储能量。 电感上的电流通过电流检测脚Isense传送到直流电源电压转换控制器12中， 当Isense的电流值达到直流电源电压转换控制器12中设置的峰值电流时，直流电源电压转换控制器12的控制脚P—drv和N—drv输出高电平，使Pmosl 导通，Nmosl断开，这样电芯正极B+、电阻Rs、续流电感L、 Pmosl、电 源正极连接端P+、电源负极连接端P—以及电芯负极B —构成回路，使续流 电感L向负载放电，输出电流。如此循环，实现升压放电的过程。
在放电过程中，当VB检测到电芯正极B+处电压低于2.4V时，直流电 源电压转换控制器12的过放控制脚DO输出低电平，Nmos2断开，则对负 载放电的回路被断开，实现了放电过放保护功能。当VB检测到电芯正极 B+处电压高于2.7V时，直流电源电压转换控制器12的过放控制脚DO输出 高电平，Nmos2又导通，铁电池2又可以对负载放电。
此外，该电源转换装置对铁电池有短路保护功能，当VP的电压值小于 VB电压值的0.9倍时，直流电源电压转换控制器12的过放控制脚DO输出 低电平，Nmos2断开，以防止铁电池2的电芯正负极短路，损坏电路。
采用本实用新型所述的手机电池，充电时通过开关控制电路11、直流电 源电压转换控制器12、以及保护装置中Pmos2管内部寄生二极管的配合， 实现对铁电池电芯的充电；放电时通过开关控制电路ll、直流电源电压转换 控制器12以及Nmos2管的配合，实现对负载的放电。因而实现了在升压降 压过程中，采用不同的回路，使充放电的端口数量保持不变；同时使用该手 机电池，用户可以在不改变原有充电器和负载的情况下使用。
Claims (10)
1、一种手机电池，其特征在于，该手机电池包括铁电池(2)以及电源转换装置(1)，该电源转换装置(1)包括第一对接线端、第二对接线端、串接在所述第一对接线端和所述第二对接线端之间的开关控制电路(11)和直流电源电压转换控制器(12)，以及保护装置，所述保护装置包括三个端口，第一端口与所述第一对接线端的正极连接端连接，第二端口与所述第二对接线端的正极连接端连接，第三端口与所述直流电源电压转换控制器(12)连接，铁电池(2)与连接开关控制电路(11)的所述第一对接线端连接。
2、 根据权利要求1所述的手机电池，其特征在于：所述直流电源电压 转换控制器（12)为将2.8V-3.8V电压转换成3.3V-4.2V电压并将3.3V-4.2V 转换成2V-3.8V电压的电压转换控制器。
3、 根据权利要求1所述的手机电池，其特征在于：所述第一接线端包 括铁电池（2)的电芯正极B+、铁电池（2)的电芯负极B — ，所述第二对 接线端包括电源正极连接端P+、电源负极连接端P—，所述保护装置的一个 端口与铁电池（2)的电芯正极B+连接，另一个端口与电源正极连接端P+ 连接。
4、 根据权利要求3所述的手机电池，其特征在于：所述保护装置包括 第二 P型MOS管Pmos2，所述第二 P型MOS管Pmos2的漏极与所述电芯 正极B+连接，源极与所述电源正极连接端P+连接，栅极与直流电压转换控 制器（12)连接。
5、 根据权利要求3所述的手机电池，其特征在于：所述开关控制电路 (11)包括第一P型MOS管Pmosl、第一N型MOS管Nmosl、第一电阻Rs和续流电感L;第一 P型MOS管Pmosl的源极与第一N型MOS管Nmosl 的漏极连接，第一 P型MOS管Pmosl和第一 N型MOS管Nmosl的栅极分 别与所述直流电源电压转换控制器（12)的控制脚P一drv和N一drv连接，第一 P型MOS管Pmosl的漏极与所述电源正极连接端P+连接，第一 N型 MOS管Nmosl的源极与所述电芯负极B—、电源负极连接端P—连接；续 流电感L的一端与第一P型MOS管Pmosl的源极和第一N型MOS管Nmosl 的漏极连接，另一端与所述第一电阻Rs的一端连接，第一电阻Rs的另一端 与电芯正极B+连接，并且第一电阻Rs与续流电感L相接的一端与所述直流 电源电压转换控制器（12)的电流检测脚Isense连接。
6、 根据权利要求5所述的手机电池，其特征在于：该手机电池还包括 第二电阻R2，第二电阻R2的一端与所述直流电源电压转换控制器（12)的 电压检测脚VB和所述电芯正极B+连接，另一端与所述直流电源电压转换 控制器（12)的电压检测脚电压检测脚VT连接，该第二电阻R2用于检测 该电源转换装置的工作电压。
7、 根据权利要求5所述的手机电池，其特征在于：该手机电池还包括 第二 N型MOS管Nmos2和第三N型MOS管Nmos3;第二 N型MOS管 Nmos2的源极与所述电芯负极B —连接，栅极与所述直流电源电压转换控制 器（12)的过放控制脚DO连接，漏极与第三N型MOS管Nmos3的漏极连 接；第三N型MOS管Nmos3的源极与所述电源负极连接端P—连接，栅极 与所述直流电源电压转换控制器（12)的过充控制脚CO连接。
8、 根据权利要求5所述的手机电池，其特征在于：该手机电池还包括 输入电容CIN和输出电容COUT;输入电容CIN连接在所述电芯正极B+、 电芯负极B —之间；输出电容COUT连接在所述电源正极连接端P+、电芯 负极B —之间。
9、 根据权利要求5所述的手机电池，其特征在于：所述直流电源电压转换控制器（12)的控制脚VP—P与所述电源正极连接端P+连接，直流电路控制脚VSSA和保护电路控制脚VSSB与所述电芯正极B —连接。
10. —种手机，其特征在于，该手机具有根据权利要求1-9中任一项权 利要求所述的手机电池。
Priority Applications (1)
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| CNU2008201266214U CN201266996Y (zh) | 2008-06-25 | 2008-06-25 | 一种手机电池及具有该手机电池的手机 |
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| CN103825458A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-05-28 | 大陆汽车投资（上海）有限公司 | 直流-直流转换器及预充电方法 |
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