CN202004484U - 电源管理电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出一种电源管理电路，包含：第一电压调节电路，接收输入电压并产生输出电压；第二电压调节电路，耦接于该输出电压与一电池之间；以及压差控制电路，接收该输出电压与该电池的电压，并输出该压差控制讯号，控制该第一电压调节电路。其中，该压差控制电路包括：一电池参考电压决定电路，根据该电池电压，产生与电池电压相关的电池参考电压；以及一误差放大器，接收该输出电压与该电池参考电压，以产生该压差控制讯号。

Description

电源管理电路
技术领域
本实用新型涉及一种电源管理电路，特别是指一种在供电给负载电路时又能对电池充电的电源管理电路。
背景技术
图1显示现有技术电源管理电路的示意图。如图1所示，切换调节电路11接收与输出电压Vout相关的回授讯号，以将输入电压Vin转为输出电压Vout供应给负载电路12，且输出电压Vout通过线性调节电路13对电池14充电。其中，切换调节电路11可为同步或异步的降压型功率转换电路，如图2A-2B所示；或是同步或异步的升压型功率转换电路，如图2C-2D所示。线性调节电路13例如为图2E所示的电路。为使输出电压Vout保持在最小输出电压Vmin以上，以供应负载电路12的需要，因此需要输出电压侦测电路15，来接收输出电压Vout，并转换为回授讯号输入切换调节电路11；切换调节电路11根据回授讯号，切换功率开关以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，并将输出电压Vout控制在最小输出电压Vmin之上。
此种现有技术中，输出电压Vout经由线性调节电路13来对电池14充电时，若输出电压Vout与电池电压Vbat的电压差较大，会造成耗能与散热的问题。对此，美国专利第7,710,079号公开一种电源管理电路，通过控制输出电压Vout与电池电压Vbat的电压差，来改善上述问题。不过，在美国专利第7,710,079号所设计的电路中，必须使用三输入误差放大器，根据输出电压Vout、电池电压Vbat、及一固定参考电压三者间的比较，来控制输出电压Vout与电池电压Vbat的电压差，并提供适当的输出电压Vout给负载电路12。
本实用新型采用不同的方式，仅需使用一般双输入误差放大器，根据输出电压Vout和电池电压Vbat，即可达成同样的作用，改善电路耗能与散热的问题，提高电源管理的效率。
发明内容
本实用新型目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种电源管理电路。
为达上述目的，本实用新型提供了一种电源管理电路，包含：第一电压调节电路，根据一压差控制讯号，将一输入电压转换为一输出电压；第二电压调节电路，耦接于该输出电压与一电池之间；以及压差控制电路，接收该输出电压与该电池的电压，并输出该压差控制讯号，控制该第一电压调节电路，使得当该电池电压未超过一最小输出电压时，该输出电压大于该最小输出电压，而当该电池电压超过该最小输出电压时，该输出电压大于该电池电压一差值；其中，该压差控制电路包括：一电池参考电压决定电路，根据该电池电压，产生与电池电压相关的电池参考电压；以及一误差放大器，接收该输出电压与该电池参考电压，以产生该压差控制讯号。
在其中一种实施型态中，当该电池电压未超过一最小输出电压时，电池参考电压＝a-(b·电池电压)，其中a为正实数电压，b为介于0和1之间的正实数；当该电池电压超过该最小输出电压时，电池参考电压＝电池电压+ΔV，其中ΔV为预设的最低差值。
该电池参考电压决定电路有各种实施方式，在其中一种实施型态中，该电池参考电压决定电路包括一电压对照表电路，接收该电池电压，并对照该电池电压产生该电池参考电压。
在另一种实施型态中，该电池参考电压决定电路包括一选择电路、第一线性转换电路、以及第二线性转换电路，该选择电路根据该电池电压选择将该电池电压输入该第一线性转换电路作第一线性转换，或将该电池电压输入该第二线性转换电路作第二线性转换，以产生该电池参考电压。
在又另一种实施型态中，当其中该电池参考电压决定电路包括：一分压电路，接收该电池电压，并根据该电池电压，产生第一电池分压讯号与第二电池分压讯号；一第一加法电路，将该第一电池分压讯号与第一偏压相加后输出；一第二加法电路，将第二偏压减去该第二电池分压讯号后输出；以及一选择电路，根据该电池电压，选择根据该第一加法电路的输出产生该电池参考电压，或是根据该第二加法电路的输出做为该电池参考电压。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示具有电池的现有技术电源管理电路示意图；
图2A-2D显示同步或异步的升压型功率转换电路；
图2E显示线性调节电路；
图3A-3B显示本实用新型的第一个实施例；
图4举例显示本实用新型所欲达成的输出电压Vout、最小输出电压Vmin、与电池电压Vbat的关系；
图5显示电池参考电压决定电路231的第一个实施例；
图6显示电池参考电压决定电路231的第二个实施例；
图7电池参考电压决定电路231的第三个实施例；
图8与9显示本实用新型第二个实施例。
图中符号说明
11切换调节电路
12负载电路
13线性调节电路
14电池
20电源管理电路
21第一电压调节电路
22第二电压调节电路
23压差控制电路
231电池参考电压决定电路
2311电压对照表电路
2312选择电路
2313第一线性转换电路
2314第二线性转换电路
2315分压电路
2316第一加法电路
2317第二加法电路
2318选择电路
232误差放大器
24电流判断电路
241比较电路
具体实施方式
请参阅图3A-3B，显示本实用新型的第一个实施例。如图3A所示，电源管理电路20包含第一电压调节电路21、第二电压调节电路22、与压差控制电路23。其中，第一电压调节电路21根据压差控制讯号，将输入电压Vin转换为输出电压Vout，以供应电源予电池14及负载电路12。第一电压调节电路21可包括但不限于如图2A-2D所示的降压型切换调节电路或升压型切换调节电路。第二电压调节电路22可以为但不限于为图2A-2D所示的降压型切换调节电路或升压型切换调节电路，或图2E所示的线性调节电路。
压差控制电路23接收输出电压Vout与电池电压Vbat，并输出压差控制讯号至第一电压调节电路21，以控制输出电压Vout，产生如图4所示输出电压Vout与电池电压Vbat及最小输出电压Vmin间的关系。其中，当电池电压Vbat未超过和高于最小输出电压Vmin时，输出电压Vout变换为不同的曲线：(1)当电池电压Vbat高于最小输出电压Vmin时，输出电压Vout稍高于电池电压Vbat一差值(两者间的差值可为常数或非常数，但宜维持于一个预设的最低值，以减低第二电压调节电路22的耗能)；(2)当电池电压Vbat未超过最小输出电压Vmin时，输出电压Vout与电池电压Vbat无关，而可为稍高于最小输出电压Vmin的任何值，此时输出电压Vout可以为任何形式的曲线，图标仅是举例，可不必如图所示为负斜率的直线。
压差控制电路23的实施例请参阅图3B，其包括：电池参考电压决定电路231与误差放大器232。误差放大器232根据输出电压Vout与电池参考电压来产生压差控制讯号，以输入第一电压调节电路21。根据回路反馈平衡机制，当整体电路达到平衡时，误差放大器232的两输入端将位于相同的电位，因此通过适当控制电池参考电压，即可达成图4所示的关系。电池参考电压为电池参考电压决定电路231根据电池电压Vbat来产生，电池参考电压决定电路的第一个实施例请参阅图5，本实施例中，电池参考电压决定电路231例如可包含一个电压对照表电路2311(Voltage Mapping Table Circuit)，其根据电池电压Vbat的高低，决定电池参考电压，例如当电池电压Vbat高于最小输出电压Vmin时，其输出的电池参考电压为Vbat+ΔV，其中ΔV为前述预设的最低值；当电池电压Vbat未超过最小输出电压Vmin时，其输出的电池参考电压为高于最小输出电压Vmin的任何适当值。
图6显示电池参考电压决定电路231的第二个实施例，本实施例中电池参考电压决定电路231包含选择电路2312、第一线性转换电路2313、与第二线性转换电路2314。选择电路2312根据该电池电压Vbat选择将电池电压Vbat输入第一线性转换电路2313作第一线性转换，或将电池电压Vbat输入第二线性转换电路2314作第二线性转换，以产生该电池参考电压。举例而言，例如当电池电压Vbat未超过最小输出电压Vmin时，选择电路2312选择将电池电压Vbat输入第一线性转换电路2313作第一线性转换，例如但不限于为，将电池参考电压与电池电压的线性关系设定为：
电池参考电压＝a-b·Vbat   ......公式(1)
其中a为正实数电压，b为介于0和1之间的正实数。而当电池电压Vbat超过最小输出电压Vmin时，选择电路2312选择将电池电压Vbat输入第二线性转换电路2314作第二线性转换，例如但不限于为，将电池参考电压与电池电压的线性关系设定为：
电池参考电压＝Vbat+ΔV
其中ΔV为前述预设的最低值。
根据以上电池参考电压所产生的压差控制讯号，输入第一电压调节电路21后，即可控制输出电压Vout，使得当电池电压Vbat未超过最小输出电压Vmin时，输出电压Vout稍大于最小输出电压Vmin，其差值为ΔV；而当电池电压Vbat超过最小输出电压Vmin时，输出电压Vout呈现类似图4左方的负斜率直线。当然，公式(1)也可改为任何其它形式，不限为所举例的形式。
请参阅图7，显示电池参考电压决定电路231的第三个实施例，电池参考电压决定电路231包括分压电路2315、第一加法电路2316、第二加法电路2317、以及选择电路2318。分压电路2315例如但不限于为包含串接于输出电压Vout与接地电位间的两串联电阻，如图7所示，分压电路2315可将电池电压分压为第一电池分压讯号与第二电池分压讯号，并分别输入第一加法电路2316与第二加法电路2317，其中，第一电池分压讯号例如但不限于为电池电压Vbat，而第二电池分压讯号为电池电压Vbat的分数，例如但不限于为(1/3)Vbat。第一加法电路2316将第一电池分压讯号Vbat与第一偏压，例如但不限于为0.2V相加后输出至选择电路2318；第二加法电路2317，将第二偏压，例如但不限于为4V减去第二电池分压讯号(1/3)Vbat后输出至选择电路2318。
选择电路2318，根据电池电压Vbat是否超过最小输出电压Vmin，选择将第一加法电路2316的输出为电池参考电压，或是将第二加法电路2317的输出为电池参考电压。对照公式(1)，本实施例也同样在电池电压Vbat未超过最小输出电压Vmin时，使电池参考电压＝a-b·Vbat，其中a为正实数电压(4V)，b为介于0和1之间的正实数(1/3)；而在电池电压Vbat超过最小输出电压Vmin时，使电池参考电压＝Vbat+ΔV，其中ΔV为0.2V。当然，以上数值皆为举例，可作各种变换。
图8与9显示本实用新型第二个实施例，与本实用新型的第一实施例相比，电源管理电路20可更包含电流判断电路24，其用以侦测流入第一电压调节电路21的输入电流Iin，以保持该输入电流Iin在正常操作时不超过一设定值；当输入电流Iin超过该设定值时，第一电压调节电路21限制输入电流Iin或暂停工作，以避免过量电流损坏电路。
请继续参阅图9，举例说明本实施例中的电流判断电路24如何侦测并判断输入电流Iin；电流判断电路24有各种实施方式，不限于本实施例。如图所示，电流判断电路24感应侦测输入电流Iin，并转换为一电压讯号，输入比较电路241，比较电路241比较与输入电流Iin相关的电压讯号与设定讯号OCP后，将结果输入第一调节电路21，以进行过量电流保护控制。
以上已针对较佳实施例来说明本实用新型，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本实用新型的内容，并非用来限定本实用新型的权利范围。在本实用新型的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；又如，误差放大器或比较电路的输入端正负号可以互换，只需在电路中做相应的修改等。本实用新型的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (8)

1.一种电源管理电路，其特征在于，包含：
第一电压调节电路，根据一压差控制讯号，将一输入电压转换为一输出电压；
第二电压调节电路，耦接于该输出电压与一电池之间；以及
压差控制电路，接收该输出电压与该电池的电压，并输出该压差控制讯号，控制该第一电压调节电路，使得当该电池电压未超过一最小输出电压时，该输出电压大于该最小输出电压，而当该电池电压超过该最小输出电压时，该输出电压大于该电池电压一差值；
其中，该压差控制电路包括：
一电池参考电压决定电路，根据该电池电压，产生与电池电压相关的电池参考电压；以及
一误差放大器，接收该输出电压与该电池参考电压，以产生该压差控制讯号。
2.如权利要求1所述的电源管理电路，其中，当该电池电压未超过一最小输出电压时，
电池参考电压＝a-(b·电池电压)，
其中a为正实数电压，b为介于0和1之间的正实数；
当该电池电压超过该最小输出电压时，
电池参考电压＝电池电压+ΔV，
其中ΔV为预设的最低差值。
3.如权利要求1所述的电源管理电路，其中，该第一电压调节电路为降压型切换调节电路或升压型切换调节电路。
4.如权利要求1所述的电源管理电路，其中，该第二电压调节电路为降压型切换调节电路、升压型切换调节电路、或线性调节电路。
5.如权利要求1所述的电源管理电路，其中，该电池参考电压决定电路包括一电压对照表电路，接收该电池电压，并对照该电池电压产生该电池参考电压。
6.如权利要求1所述的电源管理电路，其中，该电池参考电压决定电路包括一选择电路、第一线性转换电路、以及第二线性转换电路，该选择电路根据该电池电压选择将该电池电压输入该第一线性转换电路作第一线性转换，或将该电池电压输入该第二线性转换电路作第二线性转换，以产生该电池参考电压。
7.如权利要求1所述的电源管理电路，其中，该电池参考电压决定电路包括：
一分压电路，接收该电池电压，并根据该电池电压，产生第一电池分压讯号与第二电池分压讯号；
一第一加法电路，将该第一电池分压讯号与第一偏压相加后输出；
一第二加法电路，将第二偏压减去该第二电池分压讯号后输出；以及
一选择电路，根据该电池电压，选择根据该第一加法电路的输出产生该电池参考电压，或是根据该第二加法电路的输出做为该电池参考电压。
8.如权利要求1所述的电源管理电路，其中，还包含一电流判断电路，用以侦测流入该第一电压调节电路的输入电流，以保持该输入电流在正常操作时不超过一设定值。
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