CN203434664U - 高度集成的后备电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高度集成的后备电源系统，包括交流转直流的充电器系统、后备电池充电管理系统、升压系统和按钮控制系统，所述交流转直流的充电器系统的电流输出端分别与所述后备电池充电管理系统的电流输入端和所述升压系统的电流输入端连接，所述升压系统的电流输出端与所述按钮控制系统的电流输入端连接。本实用新型具有很高的集成度和极低的待机功耗，很大程度上缩小了后备电源的体积，降低了成本。

Description

高度集成的后备电源系统

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源和线性电源技术领域，尤其是指一种高度集成的后备电源系统。

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，其体积却越来越小，留给电池的空间并没有增大。为了解决以上矛盾，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。但是由于目前后备电源出现的时间还很短，目前市场上的后备电源系统主要通过分立器件和单片机控制来实现，其充电系统、放电系统和按钮控制系统都是单独的，因此体积很大，不方便携带；待机功耗较大，影响了后备电池的利用效率；且成本很高，抑制了需求的增长。

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，提供一种高度集成的后备电源系统，其能解决现有技术中存在的体积很大，不方便携带，待机功耗较大，影响了后备电池的利用效率的缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种高度集成的后备电源系统，包括交流转直流的充电器系统、后备电池充电管理系统、升压系统和按钮控制系统，所述交流转直流的充电器系统的电流输出端分别与所述后备电池充电管理系统的电流输入端和所述升压系统的电流输入端连接，所述升压系统的电流输出端与所述按钮控制系统的电流输入端连接。

进一步地，所述交流转直流的充电器系统包括交流电源、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第一电容器，所述交流电源的火线分别与所述第一二极管的正极和所述第三二极管的负极连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二二极管的负极和所述第一电容器的第一端连接，所述交流电源的零线分别与所述第二二极管的正极和所述第四二极管的负极连接，所述第三二极管的正极分别与所述第四二极管的正极和所述第一电容器的第二端连接后接地，所述第一电容器的第一端为交流转直流的充电器系统的电流输出端。

进一步地，所述后备电池充电管理系统包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第二电容器、第三电容器、第五二极管、第六二极管和原边反馈型交流转直流控制芯片，所述第一电阻器的第一端分别与所述第一电容器的第一端、所述第二电阻器的第一端和所述第二电容器的第一端连接，所述第一电阻器的第二端分别与所述原边反馈型交流转直流控制芯片的电流输入端、所述第六二极管的负极和所述第三电容器的第一端连接，所述第二电阻器的第二端分别与所述第二电容器的第二端和所述第五二极管的负极连接，所述第五二极管的正极与所述原边反馈型交流转直流控制芯片的反馈信号端连接，所述原边反馈型交流转直流控制芯片的电流侦测端与所述第三电阻器的第一端连接，所述第三电容器的第二端、所述第三电阻器的第二端和所述原边反馈型交流转直流控制芯片的电流输出端均接地。

进一步地，所述升压系统包括变压器、第七二极管和第四电容器，所述变压器一次绕组的初级绕组的第一端与所述第二电容器的第一端连接，所述变压器一次绕组的初级绕组的第二端与所述第五二极管的正极连接，所述变压器的一次绕组的次级绕组的第一端与所述第六二极管的正极连接，所述变压器的二次绕组的第一端与所述第七二极管的正极连接，所述第七二极管的负极与所述第四电容器的第一端连接，所述第四电容器的第二端与所述变压器二次绕组的第二端连接，所述变压器一次绕组的次级绕组的第二端和所述第四电容器的第二端均接地，所述第四电容器的第一端为升压系统的电流输出端。

进一步地，所述按钮控制系统包括控制芯片、第八二极管、第九二极管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、控制按钮、后备电池、USB接口、第五电容器、第四电阻器、第五电阻器、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管、第五发光二极管和电感，所述控制芯片的正极输入端分别与所述第四电容器的第一端、所述第一发光二极管的正极、所述第二发光二极管的正极、所述第三发光二极管的正极、所述第四发光二极管的正极、所述第一MOS管的发射极、所述控制芯片的复位端、所述第八二极管的正极连接，所述第一发光二极管的负极与所述控制芯片的第一显示端连接，所述第二发光二极管的负极与所述控制芯片的第二显示端连接，所述第三发光二极管的负极与所述控制芯片的第三显示端连接，所述第四发光二极管的负极与所述控制芯片的第四显示端连接，所述第一MOS管的基极与所述控制芯片的第一扩展端连接，所述第一MOS管的集电极分别与所述后备电池的第一端、所述电感的第一端和所述控制芯片的char端连接，所述后备电池的第二端接地，所述电感的第二端分别与所述控制芯片的SW端、所述第二MOS管的集电极和所述第九二极管的正极连接，所述第九二极管的负极分别与所述第四电阻器的第一端、所述第五电容器的第一端、所述第八二极管的负极和所述USB接口的第一端连接，所述第五电容器的第二端接地，所述第二MOS管的基极与所述控制芯片的第二扩展端连接，所述第二MOS管的发射极分别与所述第三MOS管的发射极、所述控制芯片的负极输入端、所述控制按钮的第一端和所述第五发光二极管的负极连接，所述第五发光二极管的正极与所述控制芯片的LED端连接，所述控制按钮的第二端与所述控制芯片的KEY端连接，所述第四电阻器的第二端分别与所述控制芯片的VFB端和所述第五电阻器的第一端连接，所述第五电阻器的第二端接地，所述第三MOS管的集电极分别与所述BUS接口的第二端和第三端连接，所述第三MOS管的基极与所述控制芯片的STB端连接。

进一步地，所述原边反馈型交流转直流控制芯片包括第六电阻器、第七电阻器、运算放大器、恒压控制电路、振荡器、恒流控制电路、第一触发器、第二触发器、逻辑电路、过流比较器、滤波器、驱动电路、开关和内建电源，所述内建电源的正极输入端分别与所述第一电阻器的第二端和所述第六电阻器的第一端连接，所述第六电阻器的第二端分别与所述第七电阻器的第一端、所述运算放大器的反相输入端和振荡器的第一端连接，所述运算放大器的信号输出端与所述恒压控制电路的第一端连接，所述恒压控制电路的第二端与所述第一触发器正向输入端连接，所述振荡器的第二端串联所述恒流控制电路后与所述第二触发器的正向输入端连接，所述第一触发器的反相输入端分别与所述第二触发器的反相输入端和过流比较器的信号输入端连接，所述第一触发器的信号输出端与所述逻辑电路的正向输入端连接，所述第二触发器的信号输出端与所述逻辑电路的反相输入端连接，所述逻辑电路的信号输出端串联所述驱动电路后与开关的第一端连接，所述开关的第二端与所述变压器一次绕组的初级绕组的第二端连接，所述开关的第三端分别与所述第三电阻器的第一端和所述滤波器的第一端连接，所述滤波器的第二端与所述过流比较器的正向输入端连接。

进一步地，所述控制芯片包括电量检测电路、按钮信号检测电路、手电控制电路、升压环路控制电路、充电控制电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一驱动管、第二驱动管、第三驱动管、第一驱动缓冲器、第二驱动缓冲器、第三驱动缓冲器、第四驱动缓冲器、第五驱动缓冲器、第一电流侦测电阻、第二电流侦测电阻、第三电流侦测电阻和压控电阻，所述第二电流侦测电阻的第一端与所述第四电容器的第一端连接，所述第二电流侦测电阻的第二端分别与所述第二驱动缓冲器的第一端和控制按钮的第二端连接，所述第二驱动缓冲器的第二端与所述按钮信号检测电路的第一信号输入端连接，所述按钮信号检测电路的第一信号输出端与所述电量检测电路的信号输入端连接，所述按钮信号检测电路的第二信号输出端与所述手电控制电路的信号输入端连接，所述电量检测电路的信号输出端分别与所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端、所述第三开关管的第一端和所述第四开关管的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一发光二极管的负极连接，所述第二开关管的第二端与所述第二发光二极管的负极连接，所述第三开关管的第二端与所述第三发光二极管的负极连接，所述第四开关管的第二端与所述第四发光二极管的负极连接，所述手电控制电路的信号输出端与所述压控电阻的滑动端连接，所述压控电阻的第一端与所述后备电池的第一端连接，所述压控电阻的第二端与所述第一驱动管集电极连接，所述第一驱动管的基极与所述手电控制电路连接，所述第一驱动管的集电极与所述第五发光二极管的正极连接，所述第一驱动缓冲器的第一端分别与所述第一电流侦测电阻和所述第四电容器的第一端连接，所述第一驱动缓冲器的第二端分别与所述按钮信号检测电路的第二信号输入端和所述充电控制电路的信号输入端连接，所述充电控制电路的信号输出端分别与所述第三驱动缓冲器的第一端和所述第二驱动管的基极连接，所述第二驱动管的集电极与所述第四电容器的第一端连接，所述第二驱动管的集电极与所述后备电池的第一端连接，所述按钮信号检测电路的第三信号输出端与所述升压环路控制电路的信号输入端连接，所述升压环路控制电路的反相输出端与所述第五电阻器的第一端连接，所述升压环路控制电路的第一输出端串联所述第四驱动缓冲器后与所述第三MOS管的基极连接，所述升压控制电路的第二输出端分别与所述第五驱动缓冲器的第一端和所述第三驱动管的基极连接，所述第五驱动缓冲器的第二端与所述第二MOS管的基极连接，所述第三驱动管的集电极与所述电感的第二端连接，所述第三驱动管的发射极分别与所述第三电流侦测电阻的第一端和所述升压环路控制电路的第三输出端连接，所述第三电流侦测电阻的第二端接地。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型具有很高的集成度和极低的待机功耗，很大程度上缩小了后备电源的体积，降低了成本。

附图说明

图1是本实用新型所述高度集成的后备电源系统的电路图；

图2是本实用新型所述原边反馈型交流转直流控制芯片的内部框图；

图3本实用新型所述控制芯片的内部框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

请参考图1所示，本实用新型提供一种高度集成的后备电源系统，包括包括交流转直流的充电器系统、后备电池充电管理系统、升压系统和按钮控制系统，所述交流转直流的充电器系统的电流输出端分别与所述后备电池充电管理系统的电流输入端和所述升压系统的电流输入端连接，所述升压系统的电流输出端与所述按钮控制系统的电流输入端连接，所述交流转直流的充电器系统包括交流电源、第一二极管121、第二二极管122、第三二极管123、第四二极管123和第一电容器125，交流电源的火线分别与第一二极管121的正极和第三二极管123的负极连接，第一二极管121的负极分别与第二二极管122的负极和第一电容器125的第一端连接，交流电源的零线分别与第二二极管122的正极和第四二极管124的负极连接，第三二极管123的正极分别与第四二极管124的正极和第一电容器125的第二端连接后接地，后备电池充电管理系统包括第一电阻器126、第二电阻器128、第三电阻器132、第二电容器129、第三电容器127、第五二极管130、第六二极管131和原边反馈型交流转直流控制芯片300，第一电阻器126的第一端分别与第一电容器125的第一端、第二电阻器128的第一端和第二电容器129的第一端连接，第一电阻器126的第二端分别与原边反馈型交流转直流控制芯片300的电流输入端、第六二极管131的负极和第三电容器127的第一端连接，第二电阻器128的第二端分别与第二电容器129的第二端和第五二极管130的负极连接，第五二极管130的正极与原边反馈型交流转直流控制芯片300的反馈信号端连接，原边反馈型交流转直流控制芯片300的电流侦测端与第三电阻器132的第一端连接，第三电容器127的第二端、第三电阻器132的第二端和原边反馈型交流转直流控制芯片300的电流输出端均接地，升压系统包括变压器133、第七二极管102和第四电容器103，变压器133一次绕组的初级绕组的第一端与第二电容器129的第一端连接，变压器133一次绕组的初级绕组的第二端与第五二极管130的正极连接，变压器133的一次绕组的次级绕组的第一端与第六二极管131的正极连接，变压器133的二次绕组的第一端与第七二极管102的正极连接，第七二极管102的负极与第四电容器103的第一端连接，第四电容器103的第二端与变压器133二次绕组的第二端连接，变压器133一次绕组的次级绕组的第二端和第四电容器103的第二端均接地，按钮控制系统包括控制芯片200、第八二极管119、第九二极管112、第一MOS管110、第二MOS管116、第三MOS管117、控制按钮109、后备电池111、USB接口118、第五电容器115、第四电阻器113、第五电阻器114、第一发光二极管104、第二发光二极管105、第三发光二极管106、第四发光二极管107、第五发光二极管108和电感120，控制芯片200的正极输入端分别与第四电容器103的第一端、第一发光二极管104的正极、第二发光二极管105的正极、第三发光二极管106的正极、第四发光二极管107的正极、第一MOS管110的发射极、控制芯片200的复位端、第八二极管119的正极连接，第一发光二极管104的负极与控制芯片200的第一显示端连接，第二发光二极管105的负极与控制芯片200的第二显示端连接，第三发光二极管106的负极与控制芯片200的第三显示端连接，第四发光二极管107的负极与控制芯片200的第四显示端连接，第一MOS管110的基极与控制芯片200的第一扩展端连接，第一MOS管110的集电极分别与后备电池111的第一端、电感120的第一端和控制芯片200的char端连接，后备电池111的第二端接地，电感120的第二端分别与控制芯片200的SW端、第二MOS管116的集电极和第九二极管112的正极连接，第九二极管112的负极分别与第四电阻器113的第一端、第五电容器115的第一端、第八二极管119的负极和USB接口118的第一端连接，第五电容器115的第二端接地，第二MOS管116的基极与控制芯片200的第二扩展端连接，第二MOS管116的发射极分别与第三MOS管117的发射极、控制芯片200的负极输入端、控制按钮109的第一端和第五发光二极管108的负极连接，第五发光二极管108的正极与控制芯片200的LED端连接，控制按钮109的第二端与控制芯片200的KEY端连接，第四电阻器113的第二端分别与控制芯片200的VFB端和第五电阻器114的第一端连接，第五电阻器114的第二端接地，第三MOS管117的集电极分别与BUS接口118的第二端和第三端连接，第三MOS管117的基极与控制芯片200的STB端连接。

如图2所示，原边反馈型交流转直流控制芯片包括第六电阻器201、第七电阻器302、运算放大器303、恒压控制电路304、振荡器308、恒流控制电路305、第一触发器306、第二触发器307、逻辑电路311、过流比较器310、滤波器309、驱动电路213、开关314和内建电源313，内建电源313的正极输入端分别与第一电阻器126的第二端和第六电阻器301的第一端连接，第六电阻器301的第二端分别与第七电阻器302的第一端、运算放大器303的反相输入端和振荡器308的第一端连接，运算放大器303的信号输出端与恒压控制电路304的第一端连接，恒压控制电路304的第二端与第一触发器306的正向输入端连接，振荡器308的第二端串联恒流控制电路305后与第二触发器307的正向输入端连接，第一触发器306的反相输入端分别与第二触发器307的反相输入端和过流比较器310的信号输入端连接，第一触发器306的信号输出端与逻辑电路311的正向输入端连接，第二触发器307的信号输出端与逻辑电路311的反相输入端连接，逻辑电路311的信号输出端串联驱动电路312后与开关314的第一端连接，开关314的第二端与变压器133一次绕组的初级绕组的第二端连接，开关314的第三端分别与第三电阻器132的第一端和滤波器309的第一端连接，滤波器309的第二端与过流比较器310的正向输入端连接。

如图3所示，控制芯片包括电量检测电路205、按钮信号检测电路211、手电控制电路206、升压环路控制电路216、充电控制电路214、第一开关管201、第二开关管202、第三开关管203、第四开关管204、第一驱动管208、第二驱动管215、第三驱动管219、第一驱动缓冲器210、第二驱动缓冲器212、第三驱动缓冲器227、第四驱动缓冲器217、第五驱动缓冲器218、第一电流侦测电阻209、第二电流侦测电阻213、第三电流侦测电阻220和压控电阻207，第二电流侦测电阻213的第一端与第四电容器103的第一端连接，第二电流侦测电阻213的第二端分别与第二驱动缓冲器212的第一端和控制按钮109的第二端连接，第二驱动缓冲器212的第二端与按钮信号检测电路211的第一信号输入端连接，按钮信号检测电路211的第一信号输出端与电量检测电路205的信号输入端连接，按钮信号检测电路211的第二信号输出端与手电控制电路206的信号输入端连接，电量检测电路205的信号输出端分别与第一开关管201的第一端、第二开关管202的第一端、第三开关管203的第一端和第四开关管204的第一端连接，第一开关管201的第二端与第一发光二极管104的负极连接，第二开关管202的第二端与第二发光二极管105的负极连接，第三开关管203的第二端与第三发光二极管106的负极连接，第四开关管204的第二端与第四发光二极管107的负极连接，手电控制电路206的信号输出端与压控电阻207的滑动端连接，压控电阻207的第一端与后备电池111的第一端连接，压控电阻207的第二端与第一驱动管208的集电极连接，第一驱动管208的基极与手电控制电路206连接，第一驱动管208集电极与第五发光二极管108的正极连接，第一驱动缓冲器210的第一端分别与第一电流侦测电阻209和第四电容器103的第一端连接，第一驱动缓冲器210的第二端分别与按钮信号检测电路211的第二信号输入端和充电控制电路214的信号输入端连接，充电控制电路214的信号输出端分别与第三驱动缓冲器227的第一端和第二驱动管215的基极连接，第二驱动管215的集电极与第四电容器103的第一端连接，第二驱动管215的集电极与后备电池111的第一端连接，按钮信号检测电路211的第三信号输出端与升压环路控制电路216的信号输入端连接，升压环路控制电路216的反相输出端与第五电阻器114的第一端连接，升压环路控制电路216的第一输出端串联第四驱动缓冲器217后与第三MOS管117的基极连接，升压控制电路216的第二输出端分别与第五驱动缓冲器218的第一端和第三驱动管219的基极连接，第五驱动缓冲器218的第二端与第二MOS管116的基极连接，第三驱动管219的集电极与电感120的第二端连接，第三驱动管219的发射极分别与第三电流侦测电阻227的第一端和升压环路控制电路216的第三输出端连接，第三电流侦测电阻227的第二端接地。

本实用新型的工作原理如下：

如图1所示：其中交流转直流的控制芯片300有4个管脚，VDD为芯片的供电脚，同时通过内部电阻分压作为原边反馈的反馈电压，用于控制副边直流输出电压的值；drain为内置功率开关管NMOS的漏端；CS为原边电流侦测引脚，连接内置功率开关管NMOS的源端；gnd为原边地。

控制芯片200有15个管脚，VCC为芯片的电源脚及给后备电池充电的输入脚；L1~L4为电池电量显示引脚，外接LED显示灯；LED为手电照明引脚，外接高亮度LED；KEY为按钮控制引脚；GND为地；STB  为升压系统待机引脚，当输出短路或者外部电子设备充电完成后STB输出低电平，切断外设与后备电源系统的连接，已获得极低的待机功耗；VFB为升压系统的反馈引脚，用于调节升压系统的输出电压；EXT为升压系统的驱动扩展引脚，用户可通过外置NMOS管来提高升压系统的电流输出能力，以更快的给外部设备充电；SW接内置开关管NMOS的漏极；char接后备电池正极，内置开关管通过该引脚给后备电池充电；EXT1为后备电池充电的驱动扩展引脚，用户可通过外置PMOS管来提高后备电池的充电电流；EN为芯片充电的使能端，当EN为高时，芯片正常工作，当后备电源没在充电，即USB_IN输入引脚没接电时，EN为低电平，芯片进入待机，以降低功耗。

由整流二极管121、122、123、124组成整流桥，整流桥的输入端为交流电输入(85-265V AC)，整流桥的正输出端接滤波电容125的上极板及电阻126、128的一端，同时连接电容129的上极板和变压器133原边绕组NP的同名端，整流桥的负输出端和电容125的下极板连接原边地；电阻126的另一端连接二极管131的阴极、电容127的上极板以及控制芯片300的VDD引脚；电容127的下极板接原边地，二极管131的阳极接变压器133的辅助绕组NA的异名端,133辅助绕组NA的同名端接原边地；电阻128的另一端接电容129的下极板，同时连接二极管130的阴极；二极管130的阳极连接变压器133的原边绕组NP的异名端和控制芯片300的drain引脚；300的CS引脚通过电阻132连接原边地，300的gnd引脚连接原边地；

变压器133的副边绕组NS的同名端接副边地(简称“地”)，NS的异名端连接二极管102的阳极，102的阴极连接200的EN脚相连接，同时连接电容103的正极板，103的负极板接地；102的阴极接LED显示灯104、105、106、107的阳极及200的VCC引脚，同时接扩展驱动PMOS管110的源极，103的负极板接地；104、105、106、107的阴极分别接200的L1、L2、L3、L4引脚；110的栅极接200的EXT1引脚，110的漏极接电池111的正极及电感120的一端，并与200的char引脚相连接；电池111的负极接地；电感120的另一端接二极管112的阳极和扩展驱动NMOS管116的漏极；112的阴极接119的阴极以及电容115的正极板和分压电阻113的一端，同时与输出口USB的正极相连接，115的负极板接地；113的另一端接电阻114的一端和200的VFB引脚，114的另一端接地；扩展NMOS驱动管116的栅极接200的EXT引脚，116的源极接地；118的负极接NMOS开关管117的漏极，117的栅极接200的STB引脚，117的源极接地；LED照明灯108的正极接200的LED引脚，108的负极接地；控制按钮109的一端接200的KEY引脚，109的另一端接地。

当后备电源系统的输入端接上交流电时，交流转直流的充电器系统开始启动，经整流桥整流后的直流电压经电阻126给电容127充电，使得控制芯片300的VDD电压逐渐上升，当VDD电压上升到控制芯片300的开启阈值电压时，控制芯片300启动，并开始工作。系统正常工作时，变压器133的原理决定了(VDD+Vz)：(Vo+Vz)=NA：NS，（其中Vz为二极管131）因此VDD间接地反映了输出电压Vo的大小，当Vo和VDD远远大于Vz时可近似为VDD=Vo*（NA/NS）芯片工作在断续模式，即每个周期都要把变压器存储的能量全部释放，芯片的关断机制唯一由逐周期的过流保护(OCP)来关断，这样每个开关周期从原边向副边传递的能量固定为(I2*LP)/2，其中I为原边峰值电流，LP为变压器133的原边感量。芯片内部利用匹配的电阻对VDD进行分压来作为原边反馈电压，根据反馈电压的大小调节内置开关管的关断时间，从而使副边输出电压Vo稳定在设定的值。此外该系统还具有恒流功能，当Vo低于设定值时，由于每个周期传递的能量固定为(I2*LP)/2，芯片根据VDD电压来调节工作频率，使得工作频率F与VDD成正比，即F=K* (VDD)，K为比例系数，是个定值，这样系统的输出功率P=F*( I2*LP)/2= K*(VDD) *( I2*LP)/2。忽略Vz的影响，VDD=Vo*（NA/NS），则P=K* Vo*（NA/NS）*( I2*LP)/2,而P=Vo*Io，则Io= K*（NA/NS）*( I2*LP)/2是个定值。

当交流转直流的充电器系统的副边输出电压建立后，系统通过200的内置开关管和外置开关管110开始给后备电池充电，此时如果USB输出端口118与电子设备相连接，那么系统还可以通过二极管119同时给电子设备充电，因此在充电过程中升压系统将被禁用。扩展驱动管110与200的内置驱动管并联，用于提高充电电流。充电过程中电量显示灯L1~L4起电量指示作用，当电池电量<25%时四颗指示灯都闪烁，当25%<电量<50%是LI常亮，其余三颗闪烁，当50%<电量<75%时，L1、L2常亮，L3、L4闪烁，当75%<电量<100%时L1、L2、L3常量，L4闪烁，当电池完全充满时，四颗灯常亮。按钮109用于控制照明LED 108的开关，以及在非充电阶段显示电量的开关，同时可用于控制升压系统的开关。

当后备电源系统的输入端没有连接交流电时，系统需要单独给电子设备充电时，按一下按钮109，系统会自动显示后备电池111的电量，持续显示5秒钟，同时如果111的电量大于10%，则升压系统开始工作，通过USB输出端口118为外部电子设备充电。当外设充电完成后升压系统会停止工作，自动进入待机状态，STB输出低电平，关闭开关管117，从而获得极低的待机功耗。当外设发生过载甚至短路时STB也会自动输出低电平以关闭117，并且每隔5秒打开一次，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。扩展驱动管116与200内置的驱动管并联，用于提高给外设充电的电流。

如图2所示：VDD引脚作为芯片的电源脚，连接内建电源产生电路313，用于产生5V的内建电源给内部各模块供电，同时它还作为原边反馈信号，通过电阻301、302分压产生反馈电压，作为运放303的负相输入端，303的正相输入端为基准参考电压，303的输出作为恒压控制电路304的控制信号，通过内部触发器306和逻辑电路311和驱动电路312来控制开关管314的关断时间，从而控制输出电压，使其稳定在设定值；此外VDD的分压还用于调节振荡器308的震荡频率，当输出电压小于设定值时，振荡器的频率与VDD成正比，从而使系统工作于恒流模式，当输出电压达到设定值附近时，恒压控制开始代替横流控制，芯片工作于恒压模式，振荡器频率也稳定在设定的值。CS引脚作为原边电流侦测引脚，经过内部RC滤波器309后传输给过流比较器310的输入端，310的另一输入端接基准参考电压，用于控制原边电流的峰值，当原边电流达到设定值时，比较器310的输出翻转，开关管314关闭，关闭时间由恒压控制304或恒流控制311决定。

如图2所示：控制芯片200的内部框图。芯片内部分为五个功能模块，分别是电量检测、手电控制、按钮信号检测、充电控制和升压环路控制。电量检测电路205根据检测到的后备电池电量，分别控制开关管201~204的状态，从而使得外部四个LED显示灯处于常亮或者闪烁状态，以对应相应的电池电量。手电控制电路206在接收到按钮要打开手电照明的信号224后，打开照明开关208，并通过调节压控电阻207的阻值，使得照明LED的电流为固定值(50mA)，当按钮信号224要求关闭手电时，206会关闭照明LED驱动管208。

充电控制电路214用于驱动充电功率管215以获得恒定的电流给后备电池充电，同时它还通过驱动缓冲器227来驱动外部的功率管，使得用户可以根据需要来增加后备电池的充电电流。升压环路控制模块216通过反馈电压VFB经过内部误差放大器和比较器及控制逻辑来控制输出驱动信号的占空比，即开关管219的导通占空比，从而使输出电压稳定在设定的值，同时它还经过驱动放大器218来驱动外部的开关管，使得用户可以根据需要来增加给外设充电的电流。电流侦测电阻220用于侦测开关管219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。当外设充电完成时，升压系统自动关闭，进入待机状态。此外升压控制模块还会通过驱动缓冲器217输出控制信号STB，以便在外设充电结束或者发生过载、短路等情况时，切断外设与后备电源的连接，从而保护后备电源系统。

按钮信号检测电路211用于根据用户输入的按钮信号来决手电照明、电量检测、升压系统等的开关。在充电阶段即EN为高电平时，电量检测模块连续工作、升压系统被禁用，二者均不受按钮控制；此时按钮只控制手电照明，连按两下开启，再连按两下则关闭。在非充电阶段，即EN为低电平时，按一下按钮，则电量显示5秒，且升压系统开始工作；连按两下开启照明，再连按两下则关闭；长按3秒则关闭升压系统。

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 (7)

1.一种高度集成的后备电源系统，其特征在于，包括交流转直流的充电器系统、后备电池充电管理系统、升压系统和按钮控制系统，所述交流转直流的充电器系统的电流输出端分别与所述后备电池充电管理系统的电流输入端和所述升压系统的电流输入端连接，所述升压系统的电流输出端与所述按钮控制系统的电流输入端连接。

2. 如权利要求1所述的高度集成的后备电源系统，其特征在于，所述交流转直流的充电器系统包括交流电源、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第一电容器，所述交流电源的火线分别与所述第一二极管的正极和所述第三二极管的负极连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二二极管的负极和所述第一电容器的第一端连接，所述交流电源的零线分别与所述第二二极管的正极和所述第四二极管的负极连接，所述第三二极管的正极分别与所述第四二极管的正极和所述第一电容器的第二端连接后接地，所述第一电容器的第一端为交流转直流的充电器系统的电流输出端。

3. 如权利要求1所述的高度集成的后备电源系统，其特征在于，所述后备电池充电管理系统包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第二电容器、第三电容器、第五二极管、第六二极管和原边反馈型交流转直流控制芯片，所述第一电阻器的第一端分别与所述第一电容器的第一端、所述第二电阻器的第一端和所述第二电容器的第一端连接，所述第一电阻器的第二端分别与所述原边反馈型交流转直流控制芯片的电流输入端、所述第六二极管的负极和所述第三电容器的第一端连接，所述第二电阻器的第二端分别与所述第二电容器的第二端和所述第五二极管的负极连接，所述第五二极管的正极与所述原边反馈型交流转直流控制芯片的反馈信号端连接，所述原边反馈型交流转直流控制芯片的电流侦测端与所述第三电阻器的第一端连接，所述第三电容器的第二端、所述第三电阻器的第二端和所述原边反馈型交流转直流控制芯片的电流输出端均接地。

4. 如权利要求1所述的高度集成的后备电源系统，其特征在于，所述升压系统包括变压器、第七二极管和第四电容器，所述变压器一次绕组的初级绕组的第一端与所述第二电容器的第一端连接，所述变压器一次绕组的初级绕组的第二端与所述第五二极管的正极连接，所述变压器的一次绕组的次级绕组的第一端与所述第六二极管的正极连接，所述变压器的二次绕组的第一端与所述第七二极管的正极连接，所述第七二极管的正极与所述第四电容器的第一端连接，所述第四电容器的第二端与所述变压器二次绕组的第二端连接，所述变压器一次绕组的次级绕组的第二端和所述第四电容器的第二端均接地，所述第四电容器的第一端为升压系统的电流输出端。

5. 如权利要求1所述的高度集成的后备电源系统，其特征在于，所述按钮控制系统包括控制芯片、第八二极管、第九二极管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、控制按钮、后备电池、USB接口、第五电容器、第四电阻器、第五电阻器、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管、第五发光二极管和电感，所述控制芯片的正极输入端分别与所述第三电容器的第一端、所述第一发光二极管的正极、所述第二发光二极管的正极、所述第三发光二极管的正极、所述第四发光二极管的正极、所述第一MOS管的发射极、所述控制芯片的复位端、所述第八二极管的正极连接，所述第一发光二极管的负极与所述控制芯片的第一显示端连接，所述第二发光二极管的负极与所述控制芯片的第二显示端连接，所述第三发光二极管的负极与所述控制芯片的第三显示端连接，所述第四发光二极管的负极与所述控制芯片的第四显示端连接，所述第一MOS管的基极与所述控制芯片的第一扩展端连接，所述第一MOS管的集电极分别与所述后备电池的第一端、所述电感的第一端和所述控制芯片的char端连接，所述后备电池的第二端接地，所述电感的第二端分别与所述控制芯片的SW端、所述第二MOS管的集电极和所述第九二极管的正极连接，所述第九二极管的负极分别与所述第四电阻器的第一端、所述第五电容器的第一端、所述第八二极管的负极和所述USB接口的第一端连接，所述第五电容器的第二端接地，所述第二MOS管的基极与所述控制芯片的第二扩展端连接，所述第二MOS管的发射极分别与所述第三MOS管的发射极、所述控制芯片的负极输入端、所述控制按钮的第一端和所述第五发光二极管的负极连接，所述第五发光二极管的正极与所述控制芯片的LED端连接，所述控制按钮的第二端与所述控制芯片的KEY端连接，所述第四电阻器的第二端分别与所述控制芯片的VFB端和所述第五电阻器的第一端连接，所述第五电阻器的第二端接地，所述第三MOS管的集电极分别与所述BUS接口的第二端和第三端连接，所述第三MOS管的基极与所述控制芯片的SYB端连接。

6. 如权利要求3所述的高度集成的后备电源系统，其特征在于，所述原边反馈型交流转直流控制芯片包括第六电阻器、第七电阻器、运算放大器、恒压控制电路、振荡器、恒流控制电路、第一触发器、第二触发器、逻辑电路、过流比较器、滤波器、驱动电路、开关和内建电源，所述内建电源的正极输入端分别与所述第一电阻器的第二端和所述第六电阻器的第一端连接，所述第六电阻器的第二端分别与所述第七电阻器的第一端、所述运算放大器的反相输入端和振荡器的第一端连接，所述运算放大器的信号输出端与所述恒压控制电路的第一端连接，所述恒压控制电路的第二端与所述第一触发器正向输入端连接，所述振荡器的第二端串联所述恒流控制电路后与所述第二触发器的正向输入端连接，所述第一触发器的反相输入端分别与所述第二触发器的反相输入端和过流比较器的信号输入端连接，所述第一触发器的信号输出端与所述逻辑电路的正向输入端连接，所述第二触发器的信号输出端与所述逻辑电路的反相输入端连接，所述逻辑电路的信号输出端串联所述驱动电路后与开关的第一端连接，所述开关的第二端与所述变压器一次绕组的初级绕组的第二端连接，所述开关的第三端分别与所述第三电阻器的第一端和所述滤波器的第一端连接，所述滤波器的第二端与所述过流比较器的正向输入端连接。

7. 如权利要求5所述的高度集成的后备电源系统，其特征在于，所述控制芯片包括电量检测电路、按钮信号检测电路、手电控制电路、升压环路控制电路、充电控制电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一驱动管、第二驱动管、第三驱动管、第一驱动缓冲器、第二驱动缓冲器、第三驱动缓冲器、第四驱动缓冲器、第五驱动缓冲器、第一电流侦测电阻、第二电流侦测电阻、第三电流侦测电阻和压控电阻，所述第二电流侦测电阻的第一端与所述第四电容器的第一端连接，所述第二电流侦测电阻的第二端分别与所述第二驱动缓冲器的第一端和控制按钮的第二端连接，所述第二驱动缓冲器的第二端与所述按钮信号检测电路的第一信号输入端连接，所述按钮信号检测电路的第一信号输出端与所述电量检测电路的信号输入端连接，所述按钮信号检测电路的第二信号输出端与所述手电控制电路的信号输入端连接，所述电量检测电路的信号输出端分别与所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端、所述第三开关管的第一端和所述第四开关管的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一发光二极管的负极连接，所述第二开关管的第二端与所述第二发光二极管的负极连接，所述第三开关管的第二端与所述第三发光二极管的负极连接，所述第四开关管的第二端与所述第四发光二极管的负极连接，所述手电控制电路的信号输出端与所述压控电阻的滑动端连接，所述压控电阻的第一端与所述后备电池的第一端连接，所述压控电阻的第二端与所述第一驱动管集电极连接，所述第一驱动管的基极与所述手电控制电路连接，所述第一驱动管的集电极与所述第五发光二极管的正极连接，所述第一驱动缓冲器的第一端分别与所述第一电流侦测电阻和所述第四电容器的第一端连接，所述第一驱动缓冲器的第二端分别与所述按钮信号检测电路的第二信号输入端和所述充电控制电路的信号输入端连接，所述充电控制电路的信号输出端分别与所述第三驱动缓冲器的第一端和所述第二驱动管的基极连接，所述第二驱动管的集电极与所述第四电容器的第一端连接，所述第二驱动管的集电极与所述后备电池的第一端连接，所述按钮信号检测电路的第三信号输出端与所述升压环路控制电路的信号输入端连接，所述升压环路控制电路的反相输出端与所述第五电阻器的第一端连接，所述升压环路控制电路的第一输出端串联所述第四驱动缓冲器后与所述第三MOS管的基极连接，所述升压控制电路的第二输出端分别与所述第五驱动缓冲器的第一端和所述第三驱动管的基极连接，所述第五驱动缓冲器的第二端与所述第二MOS管的基极连接，所述第三驱动管的集电极与所述电感的第二端连接，所述第三驱动管的发射极分别与所述第三电流侦测电阻的第一端和所述升压环路控制电路的第三输出端连接，所述第三电流侦测电阻的第二端接地。

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