CN208782539U - 一种具有路径选择的锂电池充放电管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种具有路径选择的锂电池充放电管理电路。该充放电管理电路中，自外接电源VCC端子依次经第一开关电路、单向导通器件、DC/DC模块至电池充放电端子，构成第一回路；自电池充放电端子经第二开关电路至外部系统电源VSYS端子，构成第二回路；在单向导通器件与DC/DC模块之间，还分出另一支路接至外部系统电源VSYS端子，形成第三回路。通过第一开关电路(Q1、Q2)、第二开关电路(Q3)将电池充电系统与外部系统负载分离，同时，DC/DC模块与路径选择控制部分相分离，从而使该充放电管理电路具有独立的三种电源路径选择以及锂电池充、放电管理功能，且电路所含元器件较少，充电功率较高。

Description

一种具有路径选择的锂电池充放电管理电路

技术领域

本实用新型涉及一种锂电池充放电管理电路。

背景技术

随着电子设备变得越来越智能化，内置功能越来越多，它们变得越来越具有便携性，但同时也使得可充电电池成为一个必需的选择。锂离子电池具有较高的能量密度、体积小、重量轻，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命长，价格低等优点，很适合应用于便携设备供电电源。

近年来，随着创新应用，新兴技术和新电池化学成分的出现，对充电管理电路提出了更高的要求。最大限度的延长电池使用时间、过冲/过放电保护、电流路径选择等等，这些问题都成为了在智能便携式产品设计中必需要考虑的。

实用新型内容

本实用新型提出一种具有路径选择的锂电池充放电管理电路，能够实时调整充电状态，实现电流路径选择。

本实用新型的解决方案如下：

该锂电池充放电管理电路，包括主机控制器、充放电控制器、DC/DC模块、第一开关电路和第二开关电路；

自外接电源VCC端子依次经第一开关电路、单向导通器件、DC/DC模块至电池充放电端子，构成第一回路，即外接电源VCC对锂电池进行充电的回路；

自电池充放电端子经第二开关电路至外部系统电源VSYS端子，构成第二回路，即锂电池对外部系统负载供电的回路；

在单向导通器件与DC/DC模块之间，还分出另一支路接至外部系统电源VSYS端子，形成第三回路，即外接电源VCC对外部系统负载供电的回路；

所述充放电控制器采集锂电池的充电状态信息并反馈给主机控制器；充放电控制器根据主机控制器给出的指令，控制第一开关电路、第二开关电路和DC/DC模块的导通/关断状态，通过三种不同的导通/关断状态组合，实现对第一回路、第二回路和第三回路的路径选择。

基于以上方案，本实用新型还进一步作了如下具体优化：

所述第一开关电路采用N通道MOSFET，记为Q1，充放电控制器通过对其栅极电压的调制实现Q1的导通/关断。

所述单向导通器件可以是二极管，该二极管与Q1中的体二极管方向相反；也可以是N通道MOSFET，记为Q2，充放电控制器通过对其栅极电压的调制实现Q2的导通/关断，且充放电控制器对Q1和Q2的控制信号同步；Q2与Q1源极相接。

所述第二开关电路采用N通道MOSFET，记为Q3，充放电控制器通过对其栅极电压的调制实现Q3的导通/关断。

所述DC/DC模块具体可以有至少两种具体的优化结构：

一种是由功率电感L17和两个N通道MOSFET组成的同步降压转换器，其中两个N通道MOSFET分别记为Q4、Q5；Q4的源极与Q5的漏极之间的连接结点经所述功率电感L17接至电池充放电端子；充放电控制器通过对Q4、Q5栅极电压的调制切换Q4、Q5的导通/关断。

另一种是由功率电感L17、一个N通道MOSFET和一个二极管组成，其中N通道MOSFET记为Q4，Q4的源极与二极管的正端之间的连接结点经所述功率电感L17接至电池充放电端子；充放电控制器通过对Q4栅极电压的调制实现Q4的导通/关断。

进一步的，所述功率电感L17还同时处于用于采集锂电池的充电状态信息的第一电流检测电路上，在该第一电流检测电路上设置有电阻R11与所述功率电感L17串联，充放电控制器通过检测电阻R11两端电压得出锂电池的充电状态信息。

在所述单向导通器件与DC/DC模块之间还串联有电阻R3，形成第二电流检测电路；充放电控制器通过检测电阻R3两端电压得出经过第一开关电路以及单向导通器件的电流。

充放电控制器的电源输入端以并联结构分别经二极管接所述外接电源VCC端子和电池充放电端子。

所述充放电控制器通过SMBus接口与主机控制器相连，以实现指令和数据的传输。

本实用新型具有以下有益效果：

通过第一开关电路(Q1、Q2)、第二开关电路(Q3)将电池充电系统与外部系统负载分离，同时，DC/DC模块(同步降压转换器)与路径选择控制部分相分离，从而使该充放电管理电路具有独立的三种电源路径选择以及锂电池充、放电管理功能。

该充放电管理电路所含元器件较少，充电功率较高。通过配置相应的充电参数，使得外接电源VCC具有优先使用级，并且可以在用户接入外接电源时立即打开(驱动开关电路中的N‐MOSFET，实时控制N‐MOSFET的打开和关闭以实现电源的无缝切换)。

主机控制器HOST监视充电控制器和电池的状态，实时获取电池信息，从而对电池进行充放电管理、实时调整充电状态，实现电池智能充放电策略。用户可根据不同的锂电池配置和应用需要对充电电流、过冲、过压等进行设置，当有外接电源时系统供电切换到外接电源实现锂电池充电或电量保持状态。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的电路结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，该锂电池充放电管理电路，包括主机控制器、充放电控制器、DC/DC模块、第一开关电路和第二开关电路；自外接电源VCC端子依次经第一开关电路、单向导通器件、DC/DC模块至电池充放电端子，构成第一回路，即外接电源VCC对锂电池进行充电的回路；自电池充放电端子经第二开关电路至外部系统电源VSYS端子，构成第二回路，即锂电池对外部系统负载供电的回路；在单向导通器件与DC/DC模块之间，还分出另一支路接至外部系统电源VSYS端子，构成第三回路，即外接电源VCC对外部系统负载供电的回路。

充放电控制器采集锂电池的充电状态信息并反馈给主机控制器；充放电控制器根据主机控制器给出的指令，控制第一开关电路、第二开关电路和DC/DC模块的导通/关断状态，通过三种不同的导通/关断状态组合，实现对第一回路、第二回路和第三回路的路径选择。

较佳的一个具体实施例如图2所示：

采用BQ24725A作为充放电控制器，外围电路搭配N通道MOSFET、功率电感，并通过SMBus接口与主机控制器HOST相连。BQ24725A利用两个电荷泵(ACDRV、BATDRV)分别驱动三个N通道MOSFET Q1、Q2、Q3)的闭合与导通，以自动选择系统电源路径。两个N通道MOSFETQ4、Q5和功率电感L17组成DC/DC变换模块，BQ24725A经HIDRV、LODRV分别驱动Q4、Q5，实现可控制的NMOS‐NMOS同步降压转换器并且开关频率可编程，为锂电池充电。功率电感L17还同时处于用于采集锂电池的充电状态信息的第一电流检测电路上，在该第一电流检测电路上设置有电阻R11与功率电感L17串联，电阻R11两端电压经BQ24725A的SRN与SRP管脚检测。

第一回路，即外接电源VCC对锂电池进行充电的回路，自外接电源VCC端子依次主要经过Q1、Q2、Q4、L17、R11至电池充放电端子。Q1与Q2源极相接，Q1的漏极连外接电源VCC端子，Q2的漏极经第二电流检测电路(电阻R3两端电压被ACN与ACP管脚检测)分为两路，一路接至DC/DC模块(Q4的漏极)，另一路接至外部系统电源VSYS端子。

第二回路，即锂电池对外部系统负载供电的回路，自电池充放电端子依次主要经过Q3至外部系统电源VSYS端子。Q3的源极接VBAT，Q3的漏极连外接电源VCC端子。

第三回路，外接电源VCC对外部系统负载供电的回路，自外接电源VCC端子依次主要经过Q1、Q2至外部系统电源VSYS端子。

同步降压转换器中，Q4的源极与Q5的漏极连接，Q4与Q5在同一时刻只能一个导通。Q5也可以替换为二极管，则当Q4切换到Q5时，相当于上一周期的电感L17储能对电池充电。

Q2主要利用其体二极管避免电流反灌，所以，Q2也可以改为二极管(起到单向导通作用)；另外，Q2还可抑制浪涌电流。

Q3源极经电容C11接其栅极，可防止Q3的开关冲击电压致其栅极击穿。

对于充放电控制器BQ24725A，采用VCC、VBAT两路供电，BQ24725A的电源输入端以并联结构分别经二极管接所述外接电源VCC端子和电池充放电端子，使得优先以VCC供电。

主机控制器HOST通过SMBus总线控制输入电流、充电电流和充电电压等参数。控制器中的ADC具有较高的调节精度，通过主机控制器轻松编程以完成充电电流阶段调整和充电截止电压精确调整，从而实现智能充电管理。

本实用新型的工作原理如下表1所示：

表1三种工作状态

工作状态

VCC

Q1

Q2

Q3

Q4、Q5

VSYS

VBAT

1

VBAT为VSYS供电

未接

×

×

○

×

取电

供电

2

VCC为VSYS供电

供电

○

○

×

×

取电

未取电

3

VCC同时为VSYS、VBAT供电

供电

○

○

×

○

取电

取电

1、当未外接电源VCC时，充放电控制器内部电荷泵驱动Q3打开，此时锂电池为外部系统负载供电；

2、当外接电源VCC且锂电池电量满时，Q3关闭，充放电控制器内部电荷泵驱动Q1和Q2打开，此时外接电源为外部系统负载供电；且Q4、Q5和L17等组成的同步降压转换器不工作，不为锂电池充电；

3、当外接电源且锂电池电量未满时，Q3关闭，充放电控制器内部电荷泵驱动Q1和Q2打开，此时外接电源VCC为外部系统负载供电，且有Q4、Q5和L17等组成的同步降压转换器为锂电池充电。

充放电控制器通过SMBus接口与主机控制器相连，充放电控制器采集锂电池的充电状态信息并通过SMBus总线反馈给主机控制器，接收主机控制器的控制指令设置各充电参数，从而控制输入电流、充电电流、截止电压、过流/过压保护等，动态实时调整充电状态。

若锂电池为智能电池(具备状态信息反馈功能以及SMBus接口)，则主机控制器亦可通过直接检测智能电池相关信息后再通过SMBus总线把充电相关指令发送给充放电控制器，此种检测方式与间接通过充放电控制器检测反馈的方式属于等同技术手段，也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：

包括主机控制器、充放电控制器、DC/DC模块、第一开关电路和第二开关电路；

自外接电源VCC端子依次经第一开关电路、单向导通器件、DC/DC模块至电池充放电端子，构成第一回路，即外接电源VCC对锂电池进行充电的回路；

自电池充放电端子经第二开关电路至外部系统电源VSYS端子，构成第二回路，即锂电池对外部系统负载供电的回路；

在单向导通器件与DC/DC模块之间，还分出另一支路接至外部系统电源VSYS端子，形成第三回路，即外接电源VCC对外部系统负载供电的回路；

所述充放电控制器采集锂电池的充电状态信息并反馈给主机控制器；充放电控制器根据主机控制器给出的指令，控制第一开关电路、第二开关电路和DC/DC模块的导通/关断状态，通过三种不同的导通/关断状态组合，实现对第一回路、第二回路和第三回路的路径选择。

2.根据权利要求1所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：所述第一开关电路采用N通道MOSFET，记为Q1，充放电控制器通过对其栅极电压的调制实现Q1的导通/关断。

3.根据权利要求2所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：

所述单向导通器件采用二极管，该二极管与Q1中的体二极管方向相反；或者

所述单向导通器件采用N通道MOSFET，记为Q2，充放电控制器通过对其栅极电压的调制实现Q2的导通/关断，且充放电控制器对Q1和Q2的控制信号同步；Q2与Q1源极相接。

4.根据权利要求1所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：所述第二开关电路采用N通道MOSFET，记为Q3，充放电控制器通过对其栅极电压的调制实现Q3的导通/关断。

5.根据权利要求1所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：所述DC/DC模块是由功率电感L17和两个N通道MOSFET组成的同步降压转换器，其中两个N通道MOSFET分别记为Q4、Q5；Q4的源极与Q5的漏极之间的连接结点经所述功率电感L17接至电池充放电端子；充放电控制器通过对Q4、Q5栅极电压的调制切换Q4、Q5的导通/关断。

6.根据权利要求1所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：所述DC/DC模块是由功率电感L17、一个N通道MOSFET和一个二极管组成，其中N通道MOSFET记为Q4，Q4的源极与二极管的正端之间的连接结点经所述功率电感L17接至电池充放电端子；充放电控制器通过对Q4栅极电压的调制实现Q4的导通/关断。

7.根据权利要求5或6所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：所述功率电感L17还同时处于用于采集锂电池的充电状态信息的第一电流检测电路上，在该第一电流检测电路上设置有电阻R11与所述功率电感L17串联，充放电控制器通过检测电阻R11两端电压得出锂电池的充电状态信息。

8.根据权利要求1所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：在所述单向导通器件与DC/DC模块之间还串联有电阻R3，形成第二电流检测电路；充放电控制器通过检测电阻R3两端电压得出经过第一开关电路以及单向导通器件的电流。

9.根据权利要求1所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：充放电控制器的电源输入端以并联结构分别经二极管接所述外接电源VCC端子和电池充放电端子。

10.根据权利要求1所述的具有路径选择的锂电池充放电管理电路，其特征在于：所述充放电控制器通过SMBus接口与主机控制器相连，以实现指令和数据的传输。