CN205622277U - 一种便携设备的电源电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种便携设备的电源电路，包括：USB接口、充电芯片、DC‑DC变换器、电池、控制电路Ⅰ和控制电路Ⅱ；DC‑DC变换器包括DC‑DC转换芯片和外围电路；控制电路Ⅰ由肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12并联组成；控制电路Ⅱ由晶体管Q19、肖特基二极管D13和肖特基二极管D14并联组成。当适配器插入时，适配器不但对电池进行充电，而且起到对负载供电的作用，即此时电池被旁路到负载供电系统之外，这样充电芯片对电池的充电不会受到负载工作的影响。本实用新型所述的便携设备的电源电路可以有效的保护电池，增加电池的使用寿命，而且设计灵活，可以对系统工作电压和充电电流等做定制化要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及嵌入式硬件，具体说是一种便携设备的电源电路。
背景技术
现有的带电池设备，负载的供电直接挂在电池上，充电时，电池处于边充电边放电状态。
电池处于边充电边放电状态时，主要有两个缺点：第一，电池边充电边放电会影响电池的寿命。第二，负载工作时电流的不稳定会导致VBAT(电池电压)时大时小，会影响到充电芯片的充电时序，导致过充或者充不满。
目前可以采用带电源路径管理的充电芯片来实现对电池的保护，例如,TI的BQ24296。采用这种充电芯片主要有两个缺点：第一、成本较高，第二、不够灵活。
实用新型内容
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种便携设备的电源电路，对电池起到了保护作用，当适配器插入时，适配器不但对电池进行充电，而且起到对负载供电的作用，即此时电池被旁路到负载供电系统之外。这样充电芯片对电池的充电不会受到负载工作的影响。
为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种便携设备的电源电路，包括：USB接口、充电芯片、DC-DC变换器、电池、控制电路Ⅰ和控制电路Ⅱ；
所述DC-DC变换器包括DC-DC转换芯片和外围电路；
所述控制电路Ⅰ由肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12并联组成；
所述控制电路Ⅱ由晶体管Q19、肖特基二极管D13和肖特基二极管D14并联组成；
所述USB接口的引脚1与充电芯片的引脚4连接，USB接口的引脚1与DC-DC转换芯片的引脚1、引脚2和引脚3均连接，USB接口的引脚1同时还与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与电阻R39的一端连接，电阻R39的另一端接地；USB接口的引脚5、引脚6、引脚7、引脚8和引脚9全部接地；
所述充电芯片的引脚3与电池的正极连接，电池的负极接地，电池两端并联电容C69；
所述充电芯片的引脚3同时还与控制电路Ⅱ的输入端连接，控制电路Ⅱ的输出端与电容C73的一端连接，电容C73的另一端接地，控制电路Ⅱ中的晶体管Q19的栅极与电阻R29和电阻R39的中间点连接，晶体管Q19的漏极和源极之间设有寄生二极管；充电芯片的引脚2接地；充电芯片的引脚5与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端接地；
所述DC-DC转换芯片的引脚1、引脚2和引脚3通过并联的电容C122、电容C121和电容C120接地；DC-DC转换芯片的引脚7和引脚8依次连接电感L3、电阻R14和电阻R17后接地；DC-DC转换芯片的引脚5与电阻R14和电阻R17的中间点连接；电阻R14两端并联电容C6，电阻R14和电阻R17两端并联电容C115；电感L3与电阻R14的连接点与控制电路Ⅰ的输入端连接，控制电路Ⅰ的输出端与电容C73的一端连接，电容C73的另一端接地；DC-DC转换芯片的引脚4、引脚6、引脚9、引脚10和引脚11全部接地；
所述充电芯片的引脚1与USB接口的引脚2、引脚3和引脚4作为电路的输入端。
在上述方案的基础上，所述控制电路Ⅱ的输入端为晶体管Q19的漏极、肖特基二极管D13的阳极和肖特基二极管D14的阳极的连接端，控制电路Ⅱ的输出端为晶体管Q19的源极、肖特基二极管D13的阴极和肖特基二极管D14的阴极的连接端。
在上述方案的基础上，所述控制电路Ⅰ的输入端为肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12的阳极，控制电路Ⅰ的输出端为肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12的阴极。
在上述方案的基础上，充电芯片为LTC4054，DC-DC转换芯片为SGM6014-ADJYTD10G/TR。
在上述方案的基础上，所述电容C73上的电压为VSYS(系统负载工作电压)。
在上述方案的基础上，电阻R47为10K，电阻R29为1K，电阻R39为10K，电阻R14为330K，电阻R17为51K，电容C122为18pF，电容C121为0.1uF，电容C120为10uF，电容C10为1000pF，电容C115为10uF，电容C73为10uF，电感L3为4.7uH。
本实用新型所述的便携设备的电源电路，对电池起到了保护作用，当适配器插入时，适配器不但对电池进行充电，而且起到对负载供电的作用，即此时电池被旁路到负载供电系统之外。这样充电芯片对电池的充电不会受到负载工作的影响。本实用新型可以实现带电池的设备的电源路径管理，可以有效的保护电池，增加电池的使用寿命，而且设计灵活，可以对系统工作电压和充电电流等做定制化要求。
附图说明
本实用新型有如下附图：
图1本实用新型的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如附图1所示，一种便携设备的电源电路，包括：USB接口、充电芯片、DC-DC变换器、电池、控制电路Ⅰ和控制电路Ⅱ；
所述DC-DC变换器包括DC-DC转换芯片和外围电路；
所述控制电路Ⅰ由肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12并联组成；
所述控制电路Ⅱ由晶体管Q19、肖特基二极管D13和肖特基二极管D14并联组成；
所述USB接口的引脚1与充电芯片的引脚4连接，USB接口的引脚1与DC-DC转换芯片的引脚1、引脚2和引脚3均连接，USB接口的引脚1同时还与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与电阻R39的一端连接，电阻R39的另一端接地；USB接口的引脚5、引脚6、引脚7、引脚8和引脚9全部接地；
所述充电芯片的引脚3与电池的正极连接，电池的负极接地，电池两端并联电容C69；
所述充电芯片的引脚3同时还与控制电路Ⅱ的输入端连接，控制电路Ⅱ的输出端与电容C73的一端连接，电容C73的另一端接地，控制电路Ⅱ中的晶体管Q19的栅极与电阻R29和电阻R39的中间点连接，晶体管Q19的漏极和源极之间设有寄生二极管；充电芯片的引脚2接地；充电芯片的引脚5与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端接地；
所述DC-DC转换芯片的引脚1、引脚2和引脚3通过并联的电容C122、电容C121和电容C120接地；DC-DC转换芯片的引脚7和引脚8依次连接电感L3、电阻R14和电阻R17后接地；DC-DC转换芯片的引脚5与电阻R14和电阻R17的中间点连接；电阻R14两端并联电容C6，电阻R14和电阻R17两端并联电容C115；电感L3与电阻R14的连接点与控制电路Ⅰ的输入端连接，控制电路Ⅰ的输出端与电容C73的一端连接，电容C73的另一端接地；DC-DC转换芯片的引脚4、引脚6、引脚9、引脚10和引脚11全部接地；
所述充电芯片的引脚1与USB接口的引脚2、引脚3和引脚4作为电路的输入端。
在上述方案的基础上，所述控制电路Ⅱ的输入端为晶体管Q19的漏极、肖特基二极管D13的阳极和肖特基二极管D14的阳极的连接端，控制电路Ⅱ的输出端为晶体管Q19的源极、肖特基二极管D13的阴极和肖特基二极管D14的阴极的连接端。
在上述方案的基础上，所述控制电路Ⅰ的输入端为肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12的阳极，控制电路Ⅰ的输出端为肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12的阴极。
在上述方案的基础上，充电芯片为LTC4054，DC-DC转换芯片为SGM6014-ADJYTD10G/TR。
在上述方案的基础上，所述电容C73上的电压为VSYS(系统负载工作电压)。
在上述方案的基础上，电阻R47为10K，电阻R29为1K，电阻R39为10K，电阻R14为330K，电阻R17为51K，电容C122为18pF，电容C121为0.1uF，电容C120为10uF，电容C10为1000pF，电容C115为10uF，电容C73为10uF，电感L3为4.7uH。
本实用新型适用于单节锂电池的电源路径管理。如果有多节电池只需要更改器件选型，电路结构不会发生变化。本实用新型的基本原理是单独引入DC-DC变换器用于调制负载所需要的电压，当适配器插入时，负载的供电由DC-DC变换器负责，此时电池被旁路；当适配器拔出时，DC-DC变换器停止工作，电池负责给负载供电。电路工作可分成四种状态，分别描述如下。
1、无适配器开机。此时VBUS(USB接口输出的总线电压)为0，U4充电芯片LTC4054处于无输入状态，电池BT1处于放电状态。因为VBUS为0，所以此时晶体管Q19的栅极是低电平，晶体管Q19处于导通状态，此时晶体管Q19的沟道内阻比自身的寄生二极管、肖特基二极管D13和D14的内阻都小，所以电流从晶体管Q19流出，电流不大的情况下基本无压降，VSYS与电池电压基本相同。为了防止系统负载反向给U1DC-DC变换器漏电，此时肖特基二极管D10、D11和D12起到阻塞作用，防止电流从系统负载倒灌到U1DC-DC变换器。
2、有适配器开机。VBUS为5V，充电芯片U4此时有输入，充电芯片U4开始根据电池的电压进入充电流程。此时晶体管Q19的栅极经过电阻R29和电阻R39的分压以后，晶体管Q19栅极上的电压大于晶体管Q19的开启电压，所以晶体管Q19关闭。因为VBUS为5V，所以U1DC-DC变换器开始工作调制出系统所需要的VSYS，因为肖特基二极管D10、D11和D12的压降跟电流成正比，所以为了减小U1DC-DC变换器与系统负载之间的压差，此处布置了3个肖特基二极管，如果电流不大或者此压降对系统负载无太大影响，可以将肖特基二极管的个数减少为1个或者2个。
3、有适配器开机后拔出适配器。适配器拔出瞬间，由于USB接口输出的总线电容大，所以VBUS掉电需要一定的时间，如果VBUS掉电时晶体管Q19无法及时打开，VSYS就存在掉电风险，此时晶体管Q19的寄生二极管起到了作用，当VSYS下降到小于VBAT(电池电压)时，寄生二极管导通，此时电池通过寄生二极管对系统负载供电。为了防止晶体管Q19的寄生二极管通电流能力达不到系统负载的电流要求，所以增加肖特基二极管D13和D14来增大续流能力。
4、有适配器工作系统负载波动大。在适配器插入时，因为DC-DC变换器有自己的输出极限，附图中的电流输出最大为2A，当负载电流波动很大，大到超过DC-DC变换器的电流输出能力时，VSYS就会被拉低，如果VSYS被拉到系统能工作的最低电压以下时，系统会因为欠压而关机。如果发生VSYS被拉低，此时晶体管Q19的寄生二极管、肖特基二极管D13和D14会对系统负载续流，保证VSYS不会小于VBAT-max(Vj(PMOS寄生二极管的导通压降)、Vd(肖特基二极管的导通压降))。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种便携设备的电源电路，其特征在于，包括：USB接口、充电芯片、DC-DC变换器、电池、控制电路Ⅰ和控制电路Ⅱ；
所述DC-DC变换器包括DC-DC转换芯片和外围电路；
所述控制电路Ⅰ由肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12并联组成；
所述控制电路Ⅱ由晶体管Q19、肖特基二极管D13和肖特基二极管D14并联组成；
所述USB接口的引脚1与充电芯片的引脚4连接，USB接口的引脚1与DC-DC转换芯片的引脚1、引脚2和引脚3均连接，USB接口的引脚1同时还与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与电阻R39的一端连接，电阻R39的另一端接地；USB接口的引脚5、引脚6、引脚7、引脚8和引脚9全部接地；
所述充电芯片的引脚3与电池的正极连接，电池的负极接地，电池两端并联电容C69；
所述充电芯片的引脚3同时还与控制电路Ⅱ的输入端连接，控制电路Ⅱ的输出端与电容C73的一端连接，电容C73的另一端接地，控制电路Ⅱ中的晶体管Q19的栅极与电阻R29和电阻R39的中间点连接，晶体管Q19的漏极和源极之间设有寄生二极管；充电芯片的引脚2接地；充电芯片的引脚5与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端接地；
所述DC-DC转换芯片的引脚1、引脚2和引脚3通过并联的电容C122、电容C121和电容C120接地；DC-DC转换芯片的引脚7和引脚8依次连接电感L3、电阻R14和电阻R17后接地；DC-DC转换芯片的引脚5与电阻R14和电阻R17的中间点连接；电阻R14两端并联电容C6，电阻R14和电阻R17两端并联电容C115；电感L3与电阻R14的连接点与控制电路Ⅰ的输入端连接，控制电路Ⅰ的输出端与电容C73的一端连接，电容C73的另一端接地；DC-DC转换芯片的引脚4、引脚6、引脚9、引脚10和引脚11全部接地；
所述充电芯片的引脚1与USB接口的引脚2、引脚3和引脚4作为电路的输入端。
2.如权利要求1所述的便携设备的电源电路，其特征在于，所述控制电路Ⅱ的输入端为晶体管Q19的漏极、肖特基二极管D13的阳极和肖特基二极管D14的阳极的连接端，控制电路Ⅱ的输出端为晶体管Q19的源极、肖特基二极管D13的阴极和肖特基二极管D14的阴极的连接端。
3.如权利要求1所述的便携设备的电源电路，其特征在于，所述控制电路Ⅰ的输入端为肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12的阳极，控制电路Ⅰ的输出端为肖特基二极管D10、肖特基二极管D11和肖特基二极管D12的阴极。
4.如权利要求1所述的便携设备的电源电路，其特征在于，充电芯片为LTC4054，DC-DC转换芯片为SGM6014-ADJYTD10G/TR。
5.如权利要求1所述的便携设备的电源电路，其特征在于，所述电容C73上的电压为VSYS。
6.如权利要求1所述的便携设备的电源电路，其特征在于，电阻R47为10K，电阻R29为1K，电阻R39为10K，电阻R14为330K，电阻R17为51K，电容C122为18pF，电容C121为0.1uF，电容C120为10uF，电容C10为1000pF，电容C115为10uF，电容C73为10uF，电感L3为4.7uH。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108365643A (zh) * | 2017-01-27 | 2018-08-03 | 电力集成公司 | 单引脚mosfet驱动和放电功能 |
| CN114336893A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-04-12 | 德明通讯（上海）股份有限公司 | 一种锂电池和适配器电源的路径管理电路 |
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| CN114336893A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-04-12 | 德明通讯（上海）股份有限公司 | 一种锂电池和适配器电源的路径管理电路 |
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