CN201576955U

CN201576955U - 一种电源管理装置

Info

Publication number: CN201576955U
Application number: CN2009201953470U
Authority: CN
Inventors: 罗先能
Original assignee: Taipingyang Computer Sci & Tech Co Ltd Dongguan City
Current assignee: Taipingyang Computer Sci & Tech Co Ltd Dongguan City
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-24

Abstract

一种电源管理装置，包括电源自动切换电路、充电电路和供电电路，电源自动切换电路的输入端分别与外部电源及电池连接，电源自动切换电路设有电源输出端和控制输出端，电源输出端与供电电路的供电控制端连接，电源自动切换电路的控制输出端与充电电路的输入端连接，充电电路的输出端与电池连接，供电电路设置有一套或者一套以上的供电单元电路，供电单元电路设置有供电控制端及输出端；还包括温度控制电路，电源自动切换电路包括侦测电路和控制电路，侦测电路包括外部电源侦测单元、电池侦测单元和处理单元。本方案能够减小电源损耗、延长电池工作时间。

Description

一种电源管理装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，特别是涉及一种电源管理装置。

背景技术

随着社会的发展，各种便携式设备逐渐进入人们的生活。由于便携式设备体积轻小、携带方便，因而具有逐步成为市场主体的趋势。随着RFID电子标签行业标准的不断完善，相关技术不断研究和发展，各种符合标准的新型RFID便携式阅读器不断上市，其给人们的生活带来很大方便。然而，现有技术中，RFTD便携式阅读器一般是以电池来供电的，几乎都存在功耗过大，电源使用效率不高，电池工作时间不长等问题，无法满足要求。因此，有必要对现有的电源进行管理优化，以提高电源的损耗，延长电池的工作时间。

因此，针对现有技术不足，提供一种电源管理装置以减小电源损耗，延长电池工作时间甚为必要。

发明内容

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种能够减小电源损耗、延长电池工作时间的电源管理装置。

本实用新型的目的通过以下技术措施实现：

一种电源管理装置，所述电源管理装置的输入端与外部电源、电池连接，所述电源管理装置包括电源自动切换电路、充电电路和供电电路，

所述电源自动切换电路设置有对所述供电电路供电的电源输出端和用于对所述充电电路进行工作或者停止控制的控制输出端，所述充电电路设置有用于对所述充电电路进行工作或者停止控制的充电控制端，所述供电电路包括一套或者一套以上的供电单元电路，所述供电单元电路设置有用于对所述供电单元电路进行工作或者停止控制的供电控制端，

所述电源自动切换电路的电源输出端与所述供电电路的输入端连接，所述电源自动切换电路的控制输出端与所述充电电路的充电控制端连接，所述充电电路的输入端与所述电源自动切换电路的电源输出端连接，所述充电电路的输出端与所述电池连接。

优选的，上述一种电源管理装置还包括温度控制电路，所述温度控制电路设置有对所述温度控制电路进行工作或者停止控制的温度控制端，所述充电电路设置有温度反馈输入端，

所述电源自动切换电路的控制输出端还与所述温度控制电路的温度控制端连接，所述温度控制电路的输入端与所述电池连接，所述温度控制电路的输出端与所述充电电路的温度反馈输入端连接，所述控制电路包括所述电源输出端和控制输出端。

更有选的，上述电源自动切换电路包括侦测电路和控制电路，所述侦测电路的输入端分别与所述外部电源、所述电池连接，所述侦测电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述处理电路的输出端与所述控制电路的输入端连接。

进一步的，上述侦测电路包括外部电源侦测电路、电池侦测电路和处理电路，所述外部电源侦测电路的输入端与所述外部电源连接，所述外部电源侦测电路的输出端与所述处理电路的输入端连接，所述电池侦测电路的输入端与所述电池连接，所述电池侦测单元的输出端与所述处理电路的输入端连接。

更进一步的，上述外部电源侦测电路由电阻R1、R2和电容C1构成，所述电池侦测电路由电阻R3、R4和电容C2构成，所述处理电路设置为比较器A1；

所述电阻R1的一端与外部电源连接，电阻R1的另一端与电阻R2、电容C1的一端以及比较器A1的正端连接，所述电阻R2、电容C1的另一端接地；

所述电阻R3的一端与电池正极连接，电阻R3的另一端与电阻R4、电容C2的一端以及比较器A1的负端连接，所述电阻R4、电容C2的另一端接地，

所述比较器A1的输出端与所述控制电路的输入端连接。

优选的，上述控制电路包括控制器CON1、二极管D1、场效应晶体管FET1和场效应晶体管FET2；

所述二极管D1的正极与外部电源连接，所述二极管D1的负极与场效应晶体管FET1的漏极连接，所述场效应晶体管FET1的栅极与所述控制器CON1的输出端105连接，

所述场效应晶体管FET2的漏极与电池的正极连接，所述场效应晶体管FET2的栅极与所述控制器CON1的输出端106连接，

所述场效应晶体管FET1的源极、所述场效应晶体管FET2的源极与所述供电电路的输入端连接，

所述控制器CON1设置有控制输出端102，所述控制输出端102与所述充电电路的充电控制端、所述温度控制电路的温度控制端连接。

更佳的，上述控制器CON1的型号为TPS2813。

另一优选的，上述供电电路由控制器U10、场效应晶体管Q1、场效应晶体管Q2、电感L3、二极管D5、电阻R20、电阻R21及电容C10、C11、C12构成，

所述电容C10、C11的一端接地，所述电容C10、C11的另一端、所述场效应晶体管Q1的源极与所述控制器U10的输入端连接，所述场效应晶体管Q1的漏极与所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端与所述二极管D5的正极、所述场效应晶体管Q2的漏极连接，所述场效应晶体管Q2的源极接地，所述场效应晶体管Q2的栅极与控制器U10的端口SW2连接，所述场效应晶体管Q1的栅极与控制器U10的端口SW1连接，所述二极管D5的负极与所述电阻R20一端、电容C12一端连接，所述电容C12的另一端与所述电阻R20的另一端、所述电阻R21的一端以及控制器U10的端口FB连接，所述电阻R21的另一端接地。

更佳的，上述控制器U10的型号为TPS40159。

以上的，上述电池设置为两节锂电池串联连接。

本实用新型的一种电源管理装置，所述电源管理装置的输入端与外部电源、电池连接，所述电源管理装置包括电源自动切换电路、充电电路和供电电路，所述电源自动切换电路设置有对所述供电电路供电的电源输出端和用于对所述充电电路进行工作或者停止控制的控制输出端，所述充电电路设置有用于对所述充电电路进行工作或者停止控制的充电控制端，所述供电电路包括一套或者一套以上的供电单元电路，所述供电单元电路设置有用于对所述供电单元电路进行工作或者停止控制的供电控制端，所述电源自动切换电路的电源输出端与所述供电电路的输入端连接，所述电源自动切换电路的控制输出端与所述充电电路的充电控制端连接，所述充电电路的输入端与所述电源自动切换电路的电源输出端连接，所述充电电路的输出端与所述电池连接。因此，可通过电源自动切换电路侦测供电电源为外部电源或者为电池，并根据供电电源的情况，选择提供相应的供电电源给供电电路供电。另外，电源自动切换电路的控制输出端输出控制信号至所述充电电路的充电控制端，通过充电控制端控制使所述充电电路工作或者使所述充电电路断开。因此，当有外部电源供电时，电源自动切换电路的电源输出端将使外部电源对所述供电电路供电，电源自动切换电路的电源输出端将使电池停止对所述供电电路供电，同时，电源自动切换电路的控制输出端输出信号至所述充电电路的充电控制端将使所述充电电路开始工作。当仅有电池供电时，电源自动切换电路的电源输出端使电池对所述供电电路供电，同时电源自动切换电路的控制输出端输出信号至所述充电电路的充电控制端而关闭该充电电路，故，能够降低由于充电电路不必要的工作而造成的损耗，达到节省功耗，延长电池正常工作时间的目的。由于所述供电电路设置有一套或者一套以上的供电单元电路，所述供电单元电路设置有用于对所述供电单元电路进行工作或者停止控制的供电控制端，因此，用户可通过选择需要的供电控制端以打开相应的供电单元电路而关闭不需要工作的供电单元电路，从而能够避免现有技术中，由于对不必要的供电单元电路供电而引起的损耗，达到节省功耗，延长电池正常工作时间的目的。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的一种电源管理装置的电路结构图；

图2是本实用新型的一种电源管理装置的电路结构图；

图3是本实用新型的一种电源管理装置的电路图。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

一种电源管理装置，如图1、图2所示，该电源管理装置的输入端103与外部电源3连接，电源管理装置的输入端104与电池4连接，通过输出端2011、2022、2033及2044为用户供应一定规格电流、电压的电源。输出端2011、2022、2033及2044的电流电压特性可根据客户需要和具体使用场合灵活设置，此外，输出端的个数也可以根据需要灵活设置。

该电源管理装置设置有电源自动切换电路1、充电电路5和供电电路2，还可以设置温度控制电路6，以实现充电过程中对电池4的温度进行监控，确保使用安全。电源自动切换电路1的输入端103、104分别与外部电源3及电池4连接，由此来侦测外部电源3是否供电，如果外部电源3供电，则该电源自动切换电路1将控制使外部电源3供电，而断开电池4。电源自动切换电路1设置有电源输出端101和控制输出端102，通过电源输出端101对供电电路2供电，通过控制输出端102输出控制信号。充电电路5设置有充电控制端107、温度反馈输入端108，通过充电控制端107的电信号可以控制充电电路5工作或者停止工作，通过温度反馈输入端108的电信号可将温度控制电路6所获得的电池4的温度信息反馈给充电电路5，以便对充电过程进行调节。温度控制电路6设置有温度控制端109，通过温度控制端109可以控制使温度控制电路6工作或者停止。电源自动切换电路1的电源输出端101与供电电路2的输入端连接，电源自动切换电路1的控制输出端102与充电电路5的充电控制端107连接，充电电路5的输出端与电源4连接。电源自动切换电路1的控制输出端102与温度控制电路6的温度控制端109连接，温度控制电路6的输出端与充电电路5的温度反馈输入端108连接。

当外部电源3供电时，电源自动控制电路1将通过电源输出端101控制使外部电源3对供电电路2供电，停止电池4对供电电路2供电，同时电源自动切换电路1的控制输出端102输出控制信号至充电电路5的充电控制端107，使充电电路5对电池4进行充电，及时补充电池4电量，延长电池4的供电时间，同时，与电源自动切换电路1的控制输出端102相连的温度控制端109使温度控制电路6进行工作，以确保充电过程中，电池4的发热量控制在合理的范围内。如果没有外部电源3供电，仅有电池4供电时，电源自动切换电路1将通过电源输出控制端101控制使电池4对供电电路2供电，同时电源自动切换电路1的控制输出端102输出控制信号至充电电路5的充电控制端107，使充电电路5停止对电池4进行充电，同时，控制输出端102还输出控制信号断开温度控制电路6，使其停止工作，这样，在电池4供电时，充电电路5和温度控制电路6都处于停止工作状态，没有电源对其供电，因此，能够降低由于充电电路5、温度控制电路6的不必要工作而造成的损耗，达到节省功耗，延长电池4正常工作时间的目的。供电电路2设置有一套或者一套以上的供电单元电路21，每套供电单元电路21设置有一个供电控制端和一个输出端。该实施例中设有四套供电单元电路，对应设置有供电控制端201、202、203、204及输出端2011、2022、2033、2044。用户可通过选择需要的供电控制端打开相应的供电单元电路而关闭不需要工作的供电单元电路，从而能够避免由于不必要的供电单元电路工作而造成的损耗，达到节省功耗，延长电池正常工作时间的目的。如客户可将供电控制端203与204分别接地，则只有输出端2011和输出端2022对外供电，从而可以避免与输出端2033和输出端2044所对应的供电单元电路21耗电，故，能够实现降低损耗，延长电池正常工作时间的目的。

具体地，电源自动切换电路1包括侦测电路11和控制电路12，侦测电路11包括外部电源侦测单元电路111、电池侦测单元电路112和处理单元电路113。外部电源侦测单元电路111与外部电源3连接，电池侦测单元电路112与电池4连接，外部电源侦测单元电路111及电池侦测单元电路112输出侦测信号至处理单元电路113，处理单元电路113的输出端与控制电路12的输入端连接。控制电路12对处理单元电路113的信号进行处理，控制电路12的处理结果通过电源输出端101及控制输出端102传输。

图3是一种电源控制装置的电路结构图，该电源控制装置的电源自动控制电路1的电源侦测电路111由电阻R1、R2和电容C1构成，电池侦测电路112由电阻R3、R4和电容C2构成，所述处理电路113设置为比较器A1；电阻R1的一端与外部电源3连接，电阻R1的另一端与电阻R2、电容C1的一端以及比较器A1的正端连接，电阻R2、电容C1的另一端接地；电阻R3的一端与电池4正极连接，电阻R3的另一端与电阻R4、电容C2的一端以及比较器A1的负端连接，电阻R4、电容C2的另一端接地，比较器A1的输出端与控制电路12的输入端连接。

该电源控制装置的电源自动控制电路1的控制电路12包括型号为TPS2813的控制器CON1、二极管D1、场效应晶体管FET1和场效应晶体管FET2；二极管D1的正极与外部电源3连接，二极管D1的负极与场效应晶体管FET1的漏极连接，场效应晶体管FET1的栅极与控制器CON1的输出端105连接，场效应晶体管FET2的漏极与电池4正极连接，场效应晶体管FET2的栅极与控制器CON1的输出端106连接，场效应晶体管FET1的源极、所效应晶体管FET2的源极连接在一起构成控制电路12的输出端101与供电电路2的输入端连接，控制器CON1设置有控制输出端102，控制输出端102与充电电路5的充电控制端107、温度控制电路6的温度控制端109连接。

具体工作原理为，电阻R1、R2及电容C1构成外部电源侦测电路111，对外部电源3侦测采样，并将侦测结果送到比较器A1的正端；电阻R3、R4及电容C2构成电池侦测电路112，对电池4的电压采样，并将结果输送到比较器A1的负端。当有外部电源3输入并且比电池4的电压高时，比较器A1输出高电平，控制器CON1开启场效应晶体管FET1，关闭场效应晶体管FET2，将供电电源自动切换到外部电源3，并通过控制输出端口102，开启充电电路5，给电池4充电，同时开启温度控制电路6工作。当无外部电源3输入或者外部电源3比电池4的电压低，比较器A1输出低电平，控制器CON1关闭场效应晶体管FET1，开启场效应晶体管FET2，将供电电源自动切换到电池4供电，并通过控制输出端口102，关闭充电电路5及温度控制电路6。为了使具有更长的工作时间，该装置中的电池4采用两节锂电池串联而成，具有容量大，工作时间长的特点。

供电电路2包括四套供电单元电路21，每套供电单元电路21独立工作，对外提供特定的电压和电流输出。每个供电单元电路21由一个型号为TPS40159的DC/DC控制器U10、场效应晶体管Q2、场效应晶体管Q1、功率电感L3、滤波电容C10、C11、C12和电阻反馈网络组成。电容C10、C11的一端接地，电容C10、C11的另一端、场效应晶体管Q1的源极与控制器U10的输入端连接，场效应晶体管Q1的漏极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端与二极管D5的正极、场效应晶体管Q2的漏极连接，场效应晶体管Q2的源极接地，场效应晶体管Q2的栅极与控制器U10的端口SW2连接，场效应晶体管Q1的栅极与控制器U10的端口SW1连接，二极管D5的负极与电阻R20一端、电容C12一端连接，电容C12的另一端与电阻R20的另一端、电阻R21的一端以及控制器U10的端口FB连接，电阻R21的另一端接地。DC/DC控制器U10根据控制信号和电阻反馈网络的信号，调整场效应晶体管Q2，控制输出电压和功率。DC/DC控制器U10设置有供电控制端，当供电控制端接地时，将控制该供电单元电路21断开工作，当供电控制端为高电平时，控制使该供电单元电路对外供电。当供电控制端例如其中的一个供电控制端201为低电平时，DC/DC控制器U10关闭场效应晶体管Q1，与供电控制端201对应的供电单元电路21停止供电；当供电控制端201为高电平时，DC/DC控制器U10开启场效应晶体管Q1，对应的供电单元电路21开始工作，并产生PWM波形周期控制场效应晶体管工作，步骤如下：控制器U10输出高电平，打开场效应晶体管Q2给功率电感L3充电，当电流达到最大编程电流时，关断场效应晶体管M Q2；控制器U10输出低电平，关断场效应晶体管Q2，功率电感L3通过肖特基二极管D5对外供电；当电感电流减小到0时，重新打开场效应晶体管Q2，给电感L3充电；回到步骤1的过程，如此循环重复。

电阻反馈网络由R20、R21构成，其对输出电压采样，并输入DC/DC控制器U10。DC/DC控制器U10根据反馈电压，调整PWM的占空比，控制场效应晶体管Q2的导通/关断时间和功率电感L3的冲电/放电时间。最终达到输出电压稳定。输出电压的大小，由R20和R21的比值决定：输出电压Vo＝(R20+R21)*1.2V/R21，因此：四路供电单元21，只需要改变R20、R21的值，即可成为分别输出不同电压(如5V，3.3V，6V，12V)的多路电源。

充电电路5由型号ISL6251的充电控制器CON2、电流采样电路、电压采样电路构成，为了保证充电过程中，电池4的温度在合理的范围，还设置有温度控制电路6。受电源自动切换电路1控制，当使用外部电源时，自动切换电路1的控制输出端102输出信号开启充电控制器CON2。充电控制器CON2，打开场效应晶体管FET3，并开启各个电路A2、A3、A4、A5、A6、A7和A8的电源，使其正常工作。充电控制器CON2控制场效应晶体管FET4的导通/关闭的占空比，并同功率电感L3、肖特基二极管D2、滤波电容C4一起构成开关电源，给锂电池4充电。A2为正反馈采样电路，对开关FET4两端导通/截止电压采样，通过A6放大整形输入控制器CON2，加速FET4的导通/截止，减小开关FET4的功率损耗。

电流采样电路，由比较器A3、采样电阻Rsns、恒流源组成。电阻R8、运算放大器A4、三极管FET5和电压基准构成恒流源，并通过电阻R5将采样点a的电压平移，并同b点电压一起输入放大器A3，比较结果通过A7放大整形输入控制器CON2，控制器CON2根据结果调整充电电路的输出电流，使其到达设计要求。

当充电电流过大时，采样电阻Rsns两端电压差增大。放大器A3负端电压小于正端电压，A3输出“+”信号，通过A7放大整形成高电平，输入控制器CON2；控制器调整充电电路，减小充电电流。

当充电电流过小时，采样电阻Rsns两端电压差降低。放大器A3负端电压大于正端电压，A3输出“-”信号，通过A7放大整形成低电平，输入控制器CON2；控制器调整充电电路，加大充电电流。

采用适当Rsns电阻，并调整R8，可以调整充电电流。计算公式如下：

I＝(2.1V-0.7V)*R5/(R8*Rsns)

电压采样电路，由电阻R6、R7、运算放大器A5和放大整形电路A7组成。电阻R6、R7构成网络，并将采样结果输入运算放大器A5，经过大整形电路A7，输入充电控制器CON2，控制和稳定充电电压。

根据电池特性，通过调整电阻R7、R6的比值，可以给2节锂电池充电。计算方法如下：

Vbt1/(2.1V)＝(R6+R7)/R7；

Vbt1：为电池充电电压；当2节锂电池串联时，Vbt1＝8.4V。

温度控制电路6由采样网络、比较器和温度控制器组成。温度传感器RT1和电阻R12构成采样网络，电阻R9、R10、R11、R13和A9、A10、A11构成比较器。

温度升高时，温度传感器RT1的内阻减小，采样点c的电压下降；当温度升高到设定值时，比较器A11触发，温度控制器T1输出信号给充电控制器CON2的温度反馈输入端108，CON2将控制充电电路，减小充电电流，从而达到降低温度的目的。当温度进一步升高，比较器A9触发，温度控制器T1将输出信号给充电控制器CON2，控制器CON2将控制充电电路，进一步减小充电电流，达到降低温度的目的。当温度再进一步升高，达到极限温度时，比较器A10触发，温度控制器T1将输出信号给充电控制器CON2，暂时停止充电。直到温度下降到允许的范围，重新开启充电功能电路。通过以上三级温度控制，可以很好的将温度控制在安全的范围。保证系统的稳定，保证产品的设计质量。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种电源管理装置，所述电源管理装置的输入端与外部电源、电池连接，其特征在于：所述电源管理装置包括电源自动切换电路、充电电路和供电电路，

2.根据权利要求1所述的一种电源管理装置，其特征在于：还包括温度控制电路，所述温度控制电路设置有对所述温度控制电路进行工作或者停止控制的温度控制端，所述充电电路设置有温度反馈输入端，

所述电源自动切换电路的控制输出端还与所述温度控制电路的温度控制端连接，所述温度控制电路的输入端与所述电池连接，所述温度控制电路的输出端与所述充电电路的温度反馈输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种电源管理装置，其特征在于：所述电源自动切换电路包括侦测电路和控制电路，所述侦测电路的输入端分别与所述外部电源、所述电池连接，所述侦测电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路包括所述电源输出端和控制输出端。

4.根据权利要求3所述的一种电源管理装置，其特征在于：所述侦测电路包括外部电源侦测电路、电池侦测电路和处理电路，所述外部电源侦测电路的输入端与所述外部电源连接，所述外部电源侦测电路的输出端与所述处理电路的输入端连接，所述电池侦测电路的输入端与所述电池连接，所述电池侦测单元的输出端与所述处理电路的输入端连接，所述处理电路的输出端与所述控制电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种电源管理装置，其特征在于：

所述外部电源侦测电路由电阻R1、R2和电容C1构成，所述电池侦测电路由电阻R3、R4和电容C2构成，所述处理电路设置为比较器A1；

所述比较器A1的输出端与所述控制电路的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种电源管理装置，其特征在于：

所述控制电路包括控制器CON1、二极管D1、场效应晶体管FET1和场效应晶体管FET2；

7.根据权利要求6所述的一种电源管理装置，其特征在于：所述控制器CON1的型号为TPS2813。

8.根据权利要求7所述的一种电源管理装置，其特征在于：所述供电电路由控制器U10、场效应晶体管Q1、场效应晶体管Q2、电感L3、二极管D5、电阻R20、电阻R21及电容C10、C11、C12构成，

9.根据权利要求8所述的一种电源管理装置，其特征在于：所述控制器U10的型号为TPS40159。

10.根据权利要求1所述的一种电源管理装置，其特征在于：所述电池设置为两节锂电池串联连接。