CN206894262U - 用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置 - Google Patents
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Abstract
用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，有利于电池放电过程的恒定功率输出以及瞬时输出功率稳定，有利于充电过程更加安全，或有利于实现待机状态零功耗，其特征在于，包括电路板和设置其上的若干个模块，所述若干个模块包括逻辑控制模块，与所述逻辑控制模块分别连接的输入模块和输出模块，所述输出模块包括放电控制模块和线性充电控制模块，所述放电控制模块和线性充电控制模块均连接功率器件，所述功率器件分别连接复用接口端和接地接口端，所述功率器件的衬底连接衬底控制电路。
Description
技术领域
本实用新型涉及针对热丝驱动，电池的电源管理技术或电源控制技术，特别是一种用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，有利于电池放电过程的恒定功率输出以及瞬时输出功率稳定，有利于充电过程更加安全，或有利于实现待机状态零功耗。
背景技术
目前，随着锂电池的充分普及和发展，人们对生活的品质越来越高，通过锂电池对发热元件进行供电，从而产生了很多不同的应用需求，其中电子烟，更是由于健康，环保等原因，迅速普及和发展起来。然而，现有的热丝驱动，通常采用恒定热丝两端电压降，实现恒定功率输出，这样导致在电池电压较高情况下，电池电压较高的部分，需要方案内部承担功耗，造成方案太热，从而无法实现大功率输出，类似的产品如，通过恒定输出3.5V电压到热丝，从而实现恒定功率控制。还有，一些热丝驱动方案，也是集成了充电/放电路径，但只是简单的放在一个方案中，没有对电池充电时的安全考虑，没有解决充电时温度的影响，充电装置电压的影响等，没有对放电时恒定输出功率的方面的考虑。另外，还有一些热丝驱动方案，采用咪头，或者按键，单一控制热丝驱动；这样导致方案较单一，无法适应广泛的应用。这样的方案，不能灵活调整热丝驱动的功率输出，仅仅只是可以开/关控制；同时不提供电池充电控制。本发明人认为，现有技术的缺点包括：1.电路应用复杂，不能提供安全可靠，低成本，简单易用的反复充/放电方案。2.其他方案中，待机功耗导致电池在运输和长时间待机的情况下，使用时间缩短。3.电池放电时，输出功率不稳定的问题。4.电池放电瞬间，输出功率不稳定的问题。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，有利于电池放电过程的恒定功率输出以及瞬时输出功率稳定，有利于充电过程更加安全，或有利于实现待机状态零功耗。
本实用新型技术方案如下：
用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，包括电路板和设置其上的若干个模块，所述若干个模块包括逻辑控制模块，与所述逻辑控制模块分别连接的输入模块和输出模块，所述输出模块包括放电控制模块和线性充电控制模块，所述放电控制模块和线性充电控制模块均连接功率器件，所述功率器件分别连接复用接口端和接地接口端，所述功率器件的衬底连接衬底控制电路。
所述输出模块包括输出指示模块和电荷泵模块，所述电荷泵模块连接放电控制模块。
所述线性充电控制模块分别连接充电电压补偿模块和充电温度补偿模块。
所述输入模块包括放电短路保护模块。
所述输入模块包括电源上电控制模块、芯片温度检测模块、电压保护模块和/或放电定时保护模块。
所述输入模块包括按键及压力检测模块。
所述接地接口端连接电池负端并接地。
所述复用接口端连接复用接口的负端，所述复用接口的正端连接电池正端。
所述复用接口连接热丝或充电装置。
所述放电控制模块包括第一振荡器和第二振荡器，所述第一振荡器连接第一N分频器，所述第二振荡器连接第二N分频器，所述第一N分频器和第二N分频器均连接方波合成装置，所述第一振荡器提供一个与电池电压不相关的第一时钟信号作为参考，然后由第二振荡器采样电池电压，并产生一个频率随电池电压变化的第二时钟信号，第二时钟信号完成对电池电压的采样的同时，在一个周期内积分了电池电压的变化，第一时钟信号在第一N分频器中经过N分频，第二时钟信号在第二N分频器中经过N分频，在方波合成装置中两个时钟N分频信号组合产生用来控制功率器件即功率管放电的时钟即用于恒功率输出的方波信号，所述第二振荡器实时监测电池电压。
本实用新型技术效果如下：本实用新型用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，能够利用衬底控制电路对功率器件进行衬底切换，由此简化并合并充电/放电环路，实现方案待机状态零功耗；能够利用对电池电压的监测，实现了放电过程的恒定功率输出以及瞬时输出功率稳定；能够利用对充电源电压的检测和电路温度的监测，使充电过程更加安全可靠。
本实用新型具有的特点：1、安全可靠且简单易用于各类热丝驱动应用；2、通过占空比的调节方式，实现恒定功率输出，提高了方案输出功率的效率，改善了方案输出功率时自身的热效应；3、对充电过程的控制，更安全可靠，增加了充电电源的电压监测和电路温度的监测，是充电过程更加平滑，更加安全。
附图说明
图1是实施本实用新型用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置的结构示意图。
图2是图1中放电控制模块的结构原理示意图。
附图标记列示如下：1-电路板；10-电源上电控制模块；11-芯片温度检测模块；12-电压保护模块；13-按键及压力检测模块；14-放电定时保护模块；15-放电短路保护模块；16-逻辑控制模块；17-输出指示模块；18-电荷泵模块；19-放电控制模块；20-线性充电控制模块；21-充电电压补偿模块；22-充电温度补偿模块；23-衬底控制电路；24-功率器件；25-电池；26-复用接口；27-热丝(大功率)或充电装置(5V电源)；28-接地。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。
图1是实施本实用新型用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置的结构示意图。图2是图1中放电控制模块的结构原理示意图。如图1至图2所示，用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，包括电路板1和设置其上的若干个模块，所述若干个模块包括逻辑控制模块16，与所述逻辑控制模块16分别连接的输入模块和输出模块，所述输出模块包括放电控制模块19和线性充电控制模块20，所述放电控制模块19和线性充电控制模块20均连接功率器件24，所述功率器件24分别连接复用接口端和接地接口端，所述功率器件24的衬底连接衬底控制电路23。
所述输出模块包括输出指示模块17和电荷泵模块18，所述电荷泵模块18连接放电控制模块19。所述线性充电控制模块20分别连接充电电压补偿模块21和充电温度补偿模块22。所述输入模块包括放电短路保护模块15。所述输入模块包括电源上电控制模块10、芯片温度检测模块11、电压保护模块12和/或放电定时保护模块14。所述输入模块包括按键及压力检测模块13。所述接地接口端连接电池25负端并接地28。所述复用接口端连接复用接口26的负端，所述复用接口26的正端连接电池25正端。所述复用接口26连接热丝或充电装置27。
所述放电控制模块19包括第一振荡器和第二振荡器，所述第一振荡器连接第一N分频器，所述第二振荡器连接第二N分频器，所述第一N分频器和第二N分频器均连接方波合成装置，所述第一振荡器提供一个与电池电压不相关的第一时钟信号作为参考，然后由第二振荡器采样电池电压，并产生一个频率随电池电压变化的第二时钟信号，第二时钟信号完成对电池电压的采样的同时，在一个周期内积分了电池电压的变化，第一时钟信号在第一N分频器中经过N分频，第二时钟信号在第二N分频器中经过N分频，在方波合成装置中两个时钟N分频信号组合产生用来控制功率器件即功率管放电的时钟即用于恒功率输出的方波信号，所述第二振荡器实时监测电池电压。
图1包括本实用新型具体实现的各功能模块，电路板1上的内容组成了用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，外面的电池25即热丝驱动电池，热丝(大功率)或充电装置(5V电源)27，为本实用新型解决方案所服务的两个装置，即控制5V电源对电池充电，控制电池对大功率热丝放电。下面分别说明各模块的功能。
电源上电控制模块10，包括两个功能；第一个功能，是在电池第一次上电的时候，完成芯片的整体复位，确保方案内所有寄存器电路处于正常工作状态；另一个功能，是电路的欠压锁定功能，它是比较电路的电源电压，是否超过预设值(V1)，如果低于预设值，则电路模块输出信号，关闭方案内所有其他有待机功耗的模块；如果高于V1，则开始启动其他模块。同时这个模块采用触发式的工作方式，即需要外部触发，才开始比较电源电压，如果长时间没有外部激励触发，经过一段时间，自动关闭检测功能。
电路的温度检测模块11，该模块是为了检测电路工作的温度，确保电路工作在正确的温度范围内；模块设定两个温度阈值，T1和T2(T1>T2)，当电路温度超过T1，电路进入过温保护状态，电路停止充电和放电；一直等电路温度下降到低于T2的阈值时，电路解除过温保护状态。
电压保护模块12，主要是包括电池过充电保护，电池过放电保护，充电器过压保护，充电器欠压保护。各种保护确保电池在充/放电过程中，安全可靠的充放电。
按键及压力检测模块13，这个模块是电路的输入控制模块；其中按键可以完成电路的开关，不同输出功率选择，电池电量显示等等功能；同时按键也会触发欠压锁定功能，开启该功能；压力检测，是用于控制电路开启放电功能的输入控制。
放电定时保护模块14，是在方案进行大功率放电时，做的一个二次保护，主要是防止大功率，长时间放电，导致芯片过热，损坏芯片；开始放电时，启动计时器，超过时间阈值time1，停止放电；同时可以通过外部设置，停止定时保护功能，这主要是为了适用一些需要长时间，小电流放电的应用，比如可充电保温器皿，可充电保温耳护，和可充电保温贴等。
放电短路保护模块15，是在进行放电过程中，开启对热丝的检测，当热丝的阻抗过低时，视为短路，停止放电。
逻辑控制模块16，这里多各种保护的状态，进行判断，确保符合充电和放电的条件。
输出指示模块17，包括对按键的输入，做反射性指示，以及确认后的有效按键输入指示，还有应答指示等；同时还要对充电时，充电的状态做出明确指示；电池电量指示等。
电荷泵模块18，为了确保功率器件在不同电池电压条件下，都可以稳定保持相同导通电阻，所以采用电荷泵提供相同的栅源电压给功率器件。
放电控制模块19，主要是确保在不同电池电压条件下，稳定输出功率。主要是包括两个方面，一个是在不同放电周期稳定，另一个是在同一个放电周期稳定。实现原理，主要是利用放电周期的占空比与电池电压成比例，公式如下：
VPRESET(其下标PRESET)是预设电压值，在这个电压值下，Duty为100％。
如图2所示，首先需要第一振荡器提供一个与电池电压不相关的时钟信号作为参考，然后由第二振荡器采样电池电压(即电池25的电压)，并产生一个频率随电池电压变化的时钟信号，该时钟完成对电池电压的采样的同时，在一个周期内也同样积分了电池电压的变化，经过N分频后，两个时钟组合产生了用来控制功率管放电的时钟，该时钟包含了上述公式中Duty的信息，最终实现了恒定功率输出的目的。同时由于第二振荡器对电池电压的监测是实时的，所以此方法也解决了一个放电周期内电池电压瞬时跌落，造成的输出功率不稳的问题。另外，上述两个时钟都是做过温度补偿的，基本上频率都是不随温度变化而变化的。
线性充电控制模块20，包括了通常的预充电过程，恒流充电过程以及恒压充电过程等，同时引入充电电压补偿和充电温度补偿，即在充电过程中，当充电电源的电压低于阈值VTH2后，开始根据电压的下降，比例的调整充电电流减小；类似的，在充电过程中，电路的温度升高，超过温度阈值T3后，比例的调整充电电流减小。
充电电压补偿模块21，为模块20提供对充电电源电压的监视，完成电压反馈。充电温度补偿模块22，为模块20提供对电路温度的监视，完成温度反馈。衬底控制电路23，自动完成对功率器件的衬底选择控制，完成反向阻断功能，同时兼顾在充电电源插入后，向系统提供充电源插入的信号。功率器件24，采用隔离型功率器件，以便完成电流的方向阻断功能；
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (10)
1.用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，包括电路板和设置其上的若干个模块，所述若干个模块包括逻辑控制模块，与所述逻辑控制模块分别连接的输入模块和输出模块，所述输出模块包括放电控制模块和线性充电控制模块，所述放电控制模块和线性充电控制模块均连接功率器件，所述功率器件分别连接复用接口端和接地接口端，所述功率器件的衬底连接衬底控制电路。
2.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述输出模块包括输出指示模块和电荷泵模块，所述电荷泵模块连接放电控制模块。
3.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述线性充电控制模块分别连接充电电压补偿模块和充电温度补偿模块。
4.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述输入模块包括放电短路保护模块。
5.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述输入模块为电源上电控制模块、芯片温度检测模块、电压保护模块和/或放电定时保护模块。
6.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述输入模块包括按键及压力检测模块。
7.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述接地接口端连接电池负端并接地。
8.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述复用接口端连接复用接口的负端，所述复用接口的正端连接电池正端。
9.根据权利要求8所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述复用接口连接热丝或充电装置。
10.根据权利要求1所述的用于热丝驱动的电池充放电和保护控制装置，其特征在于，所述放电控制模块包括第一振荡器和第二振荡器，所述第一振荡器连接第一N分频器，所述第二振荡器连接第二N分频器，所述第一N分频器和第二N分频器均连接方波合成装置，所述第一振荡器提供一个与电池电压不相关的第一时钟信号作为参考，然后由第二振荡器采样电池电压，并产生一个频率随电池电压变化的第二时钟信号，第二时钟信号完成对电池电压的采样的同时，在一个周期内积分了电池电压的变化，第一时钟信号在第一N分频器中经过N分频，第二时钟信号在第二N分频器中经过N分频，在方波合成装置中两个时钟N分频信号组合产生用来控制功率器件即功率管放电的时钟即用于恒功率输出的方波信号，所述第二振荡器实时监测电池电压。
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| CN114448398A (zh) * | 2020-11-02 | 2022-05-06 | 圣邦微电子（北京）股份有限公司 | 电池保护芯片、其多延时时钟链复用电路及方法 |
| CN114625198A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 圣邦微电子（北京）股份有限公司 | 过温保护阈值测量装置及其测量方法 |
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