CN202474937U - 后备电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种后备电源系统，包括后备电池、输入接口、输出接口以及按键开关。还包括：充电电路，分别与输入接口和后备电池相连接用于给后备电池充电；电量检测电路，与后备电池相连接用于检测后备电池电量；升压控制电路，分别与后备电池和输出接口相连接用于给外部负载充电；按键检测电路，分别与其他电路相连接用于根据按键开关的按键信号控制其他电路；充电电路、电量检测电路、升压控制电路以及按键检测电路集成在主控芯片中。本实用新型实施例的后备电源系统具有高度集成性、极低的待机功耗，其外部电路结构简单，容易实现且成本较低。

Description

后备电源系统

技术领域

本实用新型涉及开关电源和线性电源技术领域，尤其涉及一种后备电源系统。

背景技术

随着数码时代的到来，各种便携式电子设备如手机、数码相机、MP3等得到了普及。越来越多的功能被集成到手机等电子设备中，因此这些便携式电子设备的耗电量也急剧增加，对电池容量有了更高的要求。但是为了美观与方便携带，电子设备的体积却越来越小，电池的容量受到限制。为了满足人们对电池容量的需求，特别是差旅时对电源的需求，便携式电子设备的后备电源应运而生。

后备电源自身的电池拥有普通手机电池电量的3~5倍以上，可多次单独对手机等电子设备充电，能够满足人们在较长一段时间内的电量需求。但是目前市场上的后备电源系统主要是通过分立器件和单片机的控制来实现，其充电系统、放电系统以及按钮控制系统都是单独设置的，因此体积很大，不方便携带。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种后备电源装置，其具有高度的集成性、外部电路结构简单、体积较小。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提出了一种后备电源系统，包括后备电池、输入接口、输出接口以及按键开关，所述系统还包括：

分别与输入接口和后备电池相连接用于给所述后备电池充电的充电电路；

与所述后备电池相连接用于检测后备电池的电量的电量检测电路；

分别与所述后备电池和所述输出接口相连接用于给外部负载充电的升压控制电路；

分别与所述充电电路、电量检测电路以及升压控制电路相连接用于根据按键开关的按键信号控制所述电量检测电路和升压控制电路的按键检测电路；

所述充电电路、电量检测电路、升压控制电路以及按键检测电路集成在主控芯片中。

进一步地，所述按键检测电路包括：

分别与按键开关和主控芯片的充电使能端相连接的检测模块，所述充电使能端与所述输入接口的正极相连接；

与所述检测模块相连接、当所述检测模块检测到充电使能信号时控制所述升压控制电路关断且当未检测到充电使能信号时根据按键开关的按键信号控制所述升压控制电路的第一子控制模块

与所述检测模块相连接、当所述检测模块检测到充电使能信号时控制所述电量检测电路启动且当未检测到充电使能信号时根据按键开关的按键信号控制所述电量检测电路的第二子控制模块。

进一步地，所述系统还包括与所述电量检测电路相连接的电量显示模块。

进一步地，所述电量显示模块包括多个指示灯。

进一步地，所述系统还包括照明模块，所述照明模块包括与所述按键检测电路相连接的、根据按键信号开启或关闭的照明驱动电路和与所述照明驱动电路相连接的高亮度LED灯，所述照明驱动电路集成于所述主控芯片中。

进一步地，所述系统还包括分别与所述输入接口、充电电路以及后备电池相连接的充电扩展模块。

进一步地，所述系统还包括分别与所述后备电池、升压控制电路以及输出接口的正极相连接的升压扩展模块。

进一步地，所述系统还包括分别与所述升压控制电路和输出接口的负极相连接的升压电路待机模块。

进一步地，所述输入接口和输出接口分别与外部直流源和外部负载电连接以实现给外部负载充电。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型实施例后备电源系统将充电电路、电量检测电路、升压控制电路以及按键检测电路集成在主控芯片中。具有高度集成性、极低的待机功耗，其外部电路结构简单、容易实现且成本较低。

附图说明

图1是本实用新型实施例的后备电源系统的电路图。

图2是本实用新型实施例的后备电源系统的主控芯片的内部框图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的后备电源系统的电路图。本实用新型的后备电源系统包括：后备电池101、输入接口102、输出接口103以及按键开关104。本系统还包括：充电电路201、电量检测电路202、升压控制电路203以及按键检测电路204。其中，充电电路201分别与输入接口102和后备电池101相连接用于通过外部直流源给后备电池101充电。电量检测电路202与后备电池101相连接用于检测后备电池101的电量。升压控制电路203分别与后备电池101和输出接口103相连接以实现通过后备电池101给外部负载充电。按键检测电路204分别与充电电路201、电量检测电路202、升压控制电路203以及按键开关104相连接，按键检测电路204用于根据按键开关104的按键信号对电量检测电路202以及升压控制电路203进行控制。其中，充电电路201、电量检测电路202、升压控制电路203以及按键检测电路204集成在如图2所示的主控芯片200中。本实用新型的后备电源系统集成度高，体积较小。

参照图1和图2，后备电源系统的主控芯片200有15个管脚。VCC管脚为主控芯片200的电源脚，char管脚是给后备电池101充电的充电脚，EN管脚为主控芯片200的充电使能端。EN管脚与输入接口102的正极相连接，当输入接口102与外部直流源电连接时，EN管脚为高电平，主控芯片200正常工作，充电电路201通过外部直流源给后备电池101充电；当输入接口102与外部直流源断开时，EN管脚为低电平，主控芯片200进入待机，以降低功耗。VCC管脚通过第一二极管111与输入接口102的正极相连接，char管脚与后备电池101的正极相连接。如图2所示，充电电路201包括：充电控制模块2011和第一充电开关管2012。充电控制模块2011与按键检测电路204相连接，充电控制模块2011和按键检测电路204均与EN管脚相连接，第一充电开关管2012的栅极与充电控制模块2011相连接，源极与VCC管脚相连接，漏极与char管脚相连接。当输入接口102与外部直流源电连接时，EN管脚为高电平，此时充电控制模块2011驱动第一充电开关管2012可获得恒定的电流给后备电池101充电。

后备电源系统还包括分别与输入接口102、充电电路201以及后备电池101相连接的充电扩展模块。充电扩展模块采用如图1所示的第二充电开关管107。EXT1管脚为后备电池101的充电驱动扩展引脚，EXT1管脚通过第一驱动缓冲器211与充电控制模块2011相连接，EXT1管脚与主控芯片200外部的第二充电开关管107的栅极相连接，第二充电开关管107的源极通过第一二极管111与输入接口102的正极相连接，漏极与后备电池101的正极相连接。充电控制模块2011通过第一驱动缓冲器211来驱动第二充电开关管107，进而实现根据需要来增加后备电池101的充电电流。

如图2所示，升压控制电路203分别与后备电池101、输出接口103以及按键检测电路204相连接。升压控制电路203根据按键检测电路204输出的升压控制信号开始工作。后备电池101输出的电能经升压后通过输出接口103给外部负载充电。如图所示，SW管脚为升压控制电路203输出管脚，VFB管脚为升压控制电路203的反馈管脚，STB管脚为升压控制电路203待机管脚，EXT管脚为升压控制电路203的驱动扩展管脚。升压控制电路203包括误差比较放大器，误差比较放大器的输出端与第一升压驱动开关管214的栅极相连接，第一升压驱动开关管214的漏极与SW管脚相连接，SW管脚通过第二二极管112与输出接口103的正极相连接，进而将后备电池101输出的电能经升压后通过输出接口103给外部负载充电。第一升压驱动开关管214的源极通过电流侦测电阻215接地。电流侦测电阻215用于侦测第一升压驱动开关管214的峰值电流，以便进行逐周期的过流保护和电流环路的采样，保证系统的稳定性。误差比较放大器的负输入端与VFB管脚相连接，VFB管脚与输出接口103的正极相连接用于将升压控制电路203的输出电压反馈到误差比较放大器，反馈电压经过内部误差放大比较及控制逻辑处理后来控制输出驱动信号的占空比，即控制第一升压驱动开关管214的导通占空比，从而调节输出电压使输出电压稳定在设定的值。 

后备电源系统还包括分别与后备电池101、升压控制电路203以及输出接口103的正极相连接的升压扩展模块。升压扩展模块采用如图1所示的第二升压驱动开关管108。EXT管脚为升压驱动扩展引脚，EXT管脚通过第三驱动缓冲器213与升压控制电路203的误差比较放大器的输出端相连接，EXT管脚与主控芯片200外部的第二升压驱动开关管108的栅极相连接，第二升压驱动开关管108的源极接地，漏极通过第二二极管与输出接口103的正极相连接。升压控制电路203通过第三驱动缓冲器213来驱动第二升压驱动开关管108，进而提高了电流输出能力，以更快的给外部负载充电。

后备电源系统还包括分别与升压控制电路203和输出接口103相连接的升压电路待机模块。升压电路待机模块采用如图1所示的待机控制开关管109。STB管脚为升压控制电路203待机管脚，STB管脚通过第二驱动缓冲器212与升压控制电路203相连接，STB管脚与主控芯片200外部的待机控制开关管109的栅极相连接，待机控制开关管109的源极接地，待机控制开关管109的漏极与输出接口103的负极相连接。当外部负载充电完成后，升压控制电路203通过第二驱动缓冲器212使STB管脚输出低电平信号，关闭待机控制开关管109，切断外部负载与后备电源系统的连接，从而进入待机状态以获得极低的待机功耗同时保护后备电源系统；当发生过载甚至短路时STB管脚也会自动输出低电平信号以关闭待机控制开关管109，并且每隔5s打开一次，开启时间持续约1ms用于侦测过载或者短路状态是否消除，如果已消除，则恢复正常工作，如果未消除，则自动进入下个循环，以保护整个后备电源系统。

本实用新型的后备电源系统还包括照明模块和电量显示模块105。其中，照明模块包括照明驱动电路205和高亮度LED灯106。照明驱动电路205与按键检测电路204相连接，高亮度LED灯106与照明驱动电路205相连接，照明驱动电路205集成于主控芯片200中。照明驱动电路205包括：与按键检测电路204相连的照明控制模块2051、照明开关管2053以及压控电阻2052。照明控制模块2051与照明开关管2053栅极相连接，照明开关管2053的源极与压控电阻2052相连接，照明开关管2053的漏极与主控芯片200的LED管脚相连接，LED管脚与主控芯片200外部的高亮度LED灯106相连接。当照明控制模块2051接收到按键检测电路204发出的照明开启信号时，照明控制模块2051控制照明开关管2053驱动高亮度LED灯106发光，并通过调节压控电阻2052的阻值使得高亮度LED灯106的电流固定为50mA，当照明控制模块2051接收到按键检测电路204发出的照明关闭信号时，照明控制模块2051关闭照明开关管2053。

电量显示模块105与电量检测电路202相连接，电量显示模块105包括多个指示灯，本实施例中采用第一指示灯1051、第二指示灯1052、第三指示灯1053以及第四指示灯1054。电量显示模块105根据检测到的后备电池101的电量，通过控制第一开关管2021、第二开关管2022、第三开关管2023以及第四开关管2024的状态来分别控制相应的指示灯的发光状态，进而通过4个指示灯的发光状态来显示后备电池101的电量。L1~L4管脚为后备电池电量显示管脚，分别与对应的第一开关管2021、第二开关管2022、第三开关管2023以及第四开关管2024相连接。具体设置如下：当后备电池101的电量<25%满电量时4个指示灯都闪烁；当25%满电量<后备电池101的电量<50%满电量时第一指示灯1051常亮，其余3个指示灯闪烁，当50%满电量<后备电池101的电量<75%满电量时，第一指示灯1051和第二指示灯1052常亮，第三指示灯1053和第四指示灯1054闪烁，当75%满电量<后备电池101的电量<100%满电量时一指示灯1051、第二指示灯1052以及第三指示灯1053常亮，第四指示灯1054闪烁；当后备电池101完全充满时，4个指示灯常亮。

KEY管脚为按键控制管脚，与按键检测电路204相接，外接按键开关104。按键检测电路204包括：检测模块、第一子控制模块和第二子控制模块。其中，检测模块与主控芯片200的充电使能端EN管脚相连接，同时检测模块通过KEY管脚与按键开关104相连接，EN管脚与输入接口102的正极相连接。第一子控制模块与检测模块相连接，当检测模块检测到充电使能信号时，即当输入接口102与外部直流源接通，EN管脚为高电平时，第一子控制模块用于控制电量检测电路202持续工作，当未检测到充电使能信号时第一子控制模块根据按键开关104的按键信号控制电量检测电路202。第二子控制模块与检测模块相连接，当检测模块检测到充电使能信号时，即当输入接口102与外部直流源接通，EN管脚为高电平时，第二子控制模块用于控制升压控制电路203禁止其工作，当未检测到充电使能信号时第二子控制模块根据按键开关104的按键信号控制升压控制电路203工作。

即当输入接口102与外部直流源接通时， EN管脚为高电平，电量检测电路202连续工作，升压控制电路203被禁用，二者均不受按键开关104的控制，按键开关104只控制照明驱动电路205，此时连按两下按键开关104，按键检测电路204输出照明开启信号，照明控制模块2051控制照明开关管2053驱动高亮度LED灯106发光，再连按两下按键开关104，按键检测电路204发出的照明关闭信号，照明控制模块2051关闭照明开关管2053。

而在非充电阶段，即EN管脚为低电平时，电量检测电路202、升压控制电路203以及照明驱动电路205均受按键开关204控制。按一下按键开关104，则电量显示模块105显示电量5秒，同时升压控制电路203开始工作；连按两下按键开关104开启照明用的高亮度LED灯106，再连按两下按键开关104则关闭高亮度LED灯106；长按按键开关104持续3秒，则关闭升压控制电路203。

当后备电源系统的输入接口102与外部直流源连接时，系统通过主控芯片200内置的第一充电开关管2012和外置的第二充电开关管107开始给后备电池101充电，此时如果输出接口103与外部负载相连接，那么本系统还可以通过第三二极管113同时给外部负载充电。此时为了确保在外部直流源直接充电过程中，后备电池101不给外部负载充电，本实用新型的后备电源系统通过设置充电使能端EN管脚使升压控制电路203将被禁用。

本实用新型的后备电源系统可通过后备电池101单独为手机等外部负载充电，也可以通过直流源同时为自身的后备电池101和外部负载进行充电。该后备电源系统还具有后备电池101的电量显示功能，可通过4个指示灯来显示后备电池101电量；该后备电源系统还具有照明功能。该后备电源系统具有恒流充电功能，且通过增加充电扩展模块使充电电流分大、小两档，在后备电池101的电压过低时先用小电流充电，以延长后备电池101的寿命，当后备电池101的电压升高到一定值时，开始以大电流充电，以缩短充电时间。

以上所述是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种后备电源系统，包括后备电池、输入接口、输出接口以及按键开关，其特征在于，所述系统还包括：

分别与输入接口和后备电池相连接用于给所述后备电池充电的充电电路；

与所述后备电池相连接用于检测后备电池的电量的电量检测电路；

分别与所述后备电池和所述输出接口相连接用于给外部负载充电的升压控制电路；

分别与所述充电电路、电量检测电路以及升压控制电路相连接用于根据按键开关的按键信号控制所述电量检测电路和升压控制电路的按键检测电路；

所述充电电路、电量检测电路、升压控制电路以及按键检测电路集成在主控芯片中。

2.如权利要求1所述的后备电源系统，其特征在于，所述按键检测电路包括：

分别与按键开关和主控芯片的充电使能端相连接的检测模块，所述充电使能端与所述输入接口的正极相连接；

与所述检测模块相连接、当所述检测模块检测到充电使能信号时控制所述升压控制电路关断且当未检测到充电使能信号时根据按键开关的按键信号控制所述升压控制电路的第一子控制模块

与所述检测模块相连接、当所述检测模块检测到充电使能信号时控制所述电量检测电路启动且当未检测到充电使能信号时根据按键开关的按键信号控制所述电量检测电路的第二子控制模块。

3.如权利要求1所述的后备电源系统，其特征在于，所述系统还包括与所述电量检测电路相连接的电量显示模块。

4.如权利要求3所述的后备电源系统，其特征在于，所述电量显示模块包括多个指示灯。

5.如权利要求1所述的后备电源系统，其特征在于，所述系统还包括照明模块，所述照明模块包括与所述按键检测电路相连接的、根据按键信号开启或关闭的照明驱动电路和与所述照明驱动电路相连接的高亮度LED灯，所述照明驱动电路集成于所述主控芯片中。

6.如权利要求1所述的后备电源系统，其特征在于，所述系统还包括分别与所述输入接口、充电电路以及后备电池相连接的充电扩展模块。

7.如权利要求1所述的后备电源系统，其特征在于，所述系统还包括分别与所述后备电池、升压控制电路以及输出接口的正极相连接的升压扩展模块。

8.如权利要求1所述的后备电源系统，其特征在于，所述系统还包括分别与所述升压控制电路和输出接口的负极相连接的升压电路待机模块。

9.如权利要求1所述的后备电源系统，其特征在于，所述输入接口和输出接口分别与外部直流源和外部负载电连接以实现给外部负载充电。