CN209860097U - 一种用于智能手表的低功耗电池模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于智能手表的低功耗电池模块，包括控制电路和过充放比较电路，过充放比较电路输入端连接可充电锂电池，过充放比较电路输出端连接控制电路，过充放比较电路包括采样电阻和开关管，采样电阻可调，通过改变采样电阻能够改变开关管的状态，从而改变送至控制电路的输出电平状态；控制电路通过充电端、电池端和负载端分别与外部电源、可充电锂电池和外部负载连接，控制电路能够根据过充放比较电路的输出电平状态改变外部电源、外部负载和可充电锂电池的连接状态。本实用新型应用时能够通过一个比较电路实现电池的过充检测和过放检测，降低了电池模块的整体功耗，同时降低了电路结构复杂度，缩小了电路体积。

Description

一种用于智能手表的低功耗电池模块

技术领域

本实用新型涉及智能手表领域，具体是一种用于智能手表的低功耗电池模块。

背景技术

智能手表是近几年新兴的一种可穿戴智能设备，其具有基本的语音通话和消息查看的功能，同时还配备了心率传感器、运动传感器和气压传感器等。智能手表创建了全新的人机交互方式和健身方式，解放双手，降低对手机的依赖。智能手表的一个重要性能指标就是续航时间，很多智能手表每天至少需要充电一次才能保证设备的正常运行，这不能满足人们对手表续航时间的要求。除研究高容量电池外，降低智能手表电池功耗也是延长续航时间的一个主要方法。

由于锂电池极易受到损坏，在充放电过程中可能会发生过充和过放等情况，可能导致智能手表电池使用寿命降低，严重时可能会发生爆炸，因此，现有智能手表的电池均设有保护电路，其中包括过充保护和过放保护。但保护电路也是由电池供电的，现有智能手表电池的过充保护和过放保护是通过两个比较电路实现的，将电池检测电压分别与过充参考电压和过放参考电压比较，这增加了保护电路的整体功耗，使得智能手表电池的续航时间也受到影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的上述问题，提供了一种用于智能手表的低功耗电池模块，其应用时能够通过一个比较电路实现电池的过充检测和过放检测，降低了电池模块的整体功耗，同时降低了电路结构复杂度，缩小了电路体积。

本实用新型的目的主要通过以下技术方案实现：

一种用于智能手表的低功耗电池模块，包括可充电锂电池和保护电路，所述保护电路包括控制电路和过充放比较电路，过充放比较电路输入端连接可充电锂电池，过充放比较电路输出端连接控制电路，过充放比较电路包括采样电阻和开关管，采样电阻可调以改变采样电阻分压阈值，通过采样电阻分压值的变化改变开关管的状态，从而改变送至控制电路的输出电平状态；控制电路分别与外部电源、可充电锂电池和外部负载连接，控制电路能够根据过充放比较电路的输出电平状态改变外部电源、外部负载和可充电锂电池的连接状态。

优选地，所述开关管包括三极管Q1和Q2，MOS管PM1和PM2，过充放比较电路还包括电阻R1至R5，电容C1，MOS管PM3和PM4，NM1和NM2，施密特触发器；电阻R1一端连接可充电锂电池正极，电阻R1另一端连接电容C1一端后连接电阻R2一端、MOS管PM1源极、PM2源极、PM3源极和PM4源极，电容C1另一端连接可充电锂电池负极后连接采样电阻一端、电阻R4一端、MOS管NM1源极和NM2源极，电阻R2另一端接采样电阻另一端后接三极管Q1基极和Q2基极，三极管Q1集电极接MOS管PM1漏极、PM1栅极和PM2栅极，三极管Q1发射极接电阻R3后接电阻R4另一端和三极管Q2发射极，三极管Q2集电极接MOS管PM2漏极后接MOS管PM3栅极和NM1栅极，MOS管PM3漏极接NM1漏极后接施密特触发器输入脚，施密特触发器输出脚接MOS管PM4栅极和NM2栅极，MOS管PM4漏极和NM2漏极连接后接电阻R5后输出。

优选地，所述采样电阻包括电阻R6和R7，三极管Q3，电阻R6一端与电阻R2连接，电阻R6另一端接三极管Q3集电极后接电阻R7一端，电阻R7另一端接三极管Q3发射极后接电容C1，三极管Q3基极接控制信号。

优选地，所述控制电路包括二极管D1和D2，三极管Q4和Q5，反相器；三极管Q4基极接二极管D1正极和外部电源正极后接反相器输入脚和过充放比较电路输出端，三极管Q4发射极接外部负载，三极管Q4集电极接二极管D1负极后接可充电锂电池正极，反相器输出脚接三极管Q5基极，三极管Q5集电极接二极管D2负极后接可充电锂电池负极，三极管Q5发射极接二极管D2正极后接外部电源负极。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：通过充放电过程中采样电阻分压值的变化，从而改变开关管的导通和截止状态，实现过充放比较电路的输出信号电平变化，以使控制电路改变可充电锂电池、外部负载和外部电源的连接状态，无需额外的过放参考电压和过充参考电压，通过一个过充放比较电路就能实现过压保护和过放保护的功能，降低了电池模块的整体功耗，同时降低了电路结构复杂度，缩小了电路体积。此外，通过控制信号调节采样电阻阻值，使得采样电阻分压域值变化，从而使得过充放比较电路能够更为灵敏快速地检测到过充过放情况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一个具体实施例的过充放比较电路图。

图2为本实用新型一个具体实施例的采样电阻示意图。

图3为本实用新型一个具体实施例的控制电路图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

一种用于智能手表的低功耗电池模块，包括可充电锂电池和保护电路，所述保护电路包括控制电路和过充放比较电路，过充放比较电路输入端连接可充电锂电池，过充放比较电路输出端连接控制电路，过充放比较电路包括采样电阻和开关管，采样电阻可调，通过改变采样电阻能够改变开关管的状态，从而改变送至控制电路的输出电平状态。

开关管包括三极管Q1和Q2，MOS管PM1和PM2，过充放比较电路还包括电阻R1至R5，电容C1，MOS管PM3和PM4，NM1和NM2，施密特触发器；具体地，如图1所示，电阻R1一端连接可充电锂电池正极，电阻R1另一端连接电容C1一端后连接电阻R2一端、MOS管PM1源极、PM2源极、PM3源极和PM4源极，电容C1另一端连接可充电锂电池负极后连接采样电阻一端、电阻R4一端、MOS管NM1源极和NM2源极，电阻R2另一端接采样电阻另一端后接三极管Q1基极和Q2基极，三极管Q1集电极接MOS管PM1漏极、PM1栅极和PM2栅极，三极管Q1发射极接电阻R3后接电阻R4另一端和三极管Q2发射极，三极管Q2集电极接MOS管PM2漏极后接MOS管PM3栅极和NM1栅极，MOS管PM3漏极接NM1漏极后接施密特触发器输入脚，施密特触发器输出脚接MOS管PM4栅极和NM2栅极，MOS管PM4漏极和NM2漏极连接后接电阻R5后输出。

具体地，如图2所示，采样电阻包括电阻R6和R7，三极管Q3，电阻R6一端与电阻R2连接，电阻R6另一端接三极管Q3集电极后接电阻R7一端，电阻R7另一端接三极管Q3发射极后接电容C1，三极管Q3基极接控制信号，控制信号来自智能手表主控芯片。

控制电路分别与外部电源、可充电锂电池和外部负载连接，控制电路能够根据过充放比较电路的输出电平状态改变外部电源、外部负载和可充电锂电池的连接状态。

具体地，如图3所示，控制电路包括二极管D1和D2，三极管Q4和Q5，反相器；三极管Q4基极接二极管D1正极和外部电源正极后接反相器输入脚和过充放比较电路输出端，三极管Q4发射极接外部负载，三极管Q4集电极接二极管D1负极后接可充电锂电池正极，反相器输出脚接三极管Q5基极，三极管Q5集电极接二极管D2负极后接可充电锂电池负极，三极管Q5发射极接二极管D2正极后接外部电源负极。

可充电锂电池两极的电压经电阻R1和电容C1送至电阻R2和采样电阻两端，通过充放电过程中采样电阻的分压值，即加在三极管Q1和Q2基极和发射极间电压的变化，改变过充放比较电路输出信号电平。采样电阻分压值小于三极管导通电压时，三极管Q1和Q2截止，MOS管PM3栅极和NM1栅极得高电平信号，使得MOS管PM3和NM1导通，施密特触发器输入脚得到高电平信号，输出低电平信号至MOS管PM4栅极和NM2栅极，MOS管PM4和NM2截止，过充放比较电路输出低电平；反之，采样电阻分压值大于或等于三极管导通电压时，三极管Q1和Q2导通，MOS管PM3和NM1截止，施密特触发器输入脚得到低电平信号，输出高电平信号，使得MOS管PM4和NM2导通，过充放比较电路输出高电平。

充电时，控制电路三极管Q4导通，外部负载由外部电源供电，且三极管Q1和Q2基极也经电阻R1和R2得到外部电源高电压得以导通，过充放比较电路输出低电平，控制电路三极管Q5经反相器得到高电平信号得以导通，可充电锂电池与外部电源连通，得以充电。同时，三极管Q3得到低电平控制信号截止，电阻R6和R7构成的采样电阻接入过充放比较电路中，可充电锂电池两极的电压随充电过程上升，采样电阻分压值也随之上升。未过充时，采样电阻分压值小于三极管Q1和Q2导通电压，过充放比较电路输出低电平，可充电锂电池继续充电；过充时，采样电阻分压值大于三极管Q1和Q2导通电压，过充放比较电路输出高电平至控制电路，表明可充电锂电池过充，控制电路三极管Q5经反相器得到低电平信号截止，可充电锂电池与外部电源断开，得到过充保护。

未充电时，即可充电锂电池处于放电状态，此时三极管Q3得到高电平控制信号导通，电阻R6构成的采样电阻接入过充放比较电路中，可充电锂电池两极的电压随放电过程下降，采样电阻分压值也随之下降。未过放时，采样电阻分压值大于三极管Q1和Q2导通电压，过充放比较电路输出高电平，控制电路三极管Q4基极得到高电平导通，三极管Q5经反相器得到低电平信号截止，外部负载通过三级管Q4和二极管D2与可充电锂电池连通，可充电锂电池向外部负载供电；过放时，采样电阻分压值小于三极管Q1和Q2导通电压，过充放比较电路输出低电平至控制电路，表明可充电锂电池过放，控制电路三极管Q4截止，外部负载与可充电锂电池断开，可充电锂电池不再向外部负载供电。

由于锂电池过充时的电压比过放时的电压高，采样电阻分压阈值过大会使得过放时采样电阻分压值仍然较高，大于三极管Q1和Q2导通电压，使得过充放比较电路输出高电平，可充电锂电池继续放电；采样电阻分压阈值过小会使得过充时采样电阻分压值仍然较小，小于三极管Q1和Q2导通电压，使得过充放比较电路输出低电平，可充电锂电池继续充电。因此，通过控制信号调节采样电阻阻值，使得采样电阻与电阻R2的比值变化，使得采样电阻分压域值变化，从而使得过充放比较电路能够更为灵敏快速地检测到过充过放情况。

本实用新型通过充放电过程中采样电阻分压值的变化，从而改变开关管的导通和截止状态，实现过充放比较电路的输出信号电平变化，以使控制电路改变可充电锂电池、外部负载和外部电源的连接状态，无需额外的过放参考电压和过充参考电压，通过一个过充放比较电路就能实现过压保护和过放保护的功能，降低了电池模块的整体功耗，同时降低了电路结构复杂度，缩小了电路体积。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于智能手表的低功耗电池模块，包括可充电锂电池和保护电路，其特征在于：所述保护电路包括控制电路和过充放比较电路，过充放比较电路输入端连接可充电锂电池，过充放比较电路输出端连接控制电路，过充放比较电路包括采样电阻和开关管，采样电阻可调以改变采样电阻分压阈值，通过采样电阻分压值的变化改变开关管的状态，从而改变送至控制电路的输出电平状态；控制电路分别与外部电源、可充电锂电池和外部负载连接，控制电路能够根据过充放比较电路的输出电平状态改变外部电源、外部负载和可充电锂电池的连接状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于智能手表的低功耗电池模块，其特征在于：所述开关管包括三极管Q1和Q2，MOS管PM1和PM2，过充放比较电路还包括电阻R1至R5，电容C1，MOS管PM3和PM4，NM1和NM2，施密特触发器；电阻R1一端连接可充电锂电池正极，电阻R1另一端连接电容C1一端后连接电阻R2一端、MOS管PM1源极、PM2源极、PM3源极和PM4源极，电容C1另一端连接可充电锂电池负极后连接采样电阻一端、电阻R4一端、MOS管NM1源极和NM2源极，电阻R2另一端接采样电阻另一端后接三极管Q1基极和Q2基极，三极管Q1集电极接MOS管PM1漏极、PM1栅极和PM2栅极，三极管Q1发射极接电阻R3后接电阻R4另一端和三极管Q2发射极，三极管Q2集电极接MOS管PM2漏极后接MOS管PM3栅极和NM1栅极，MOS管PM3漏极接NM1漏极后接施密特触发器输入脚，施密特触发器输出脚接MOS管PM4栅极和NM2栅极，MOS管PM4漏极和NM2漏极连接后接电阻R5后输出。

3.根据权利要求2所述的一种用于智能手表的低功耗电池模块，其特征在于：所述采样电阻包括电阻R6和R7，三极管Q3，电阻R6一端与电阻R2连接，电阻R6另一端接三极管Q3集电极后接电阻R7一端，电阻R7另一端接三极管Q3发射极后接电容C1，三极管Q3基极接控制信号。

4.根据权利要求2或3所述的任一种用于智能手表的低功耗电池模块，其特征在于：所述控制电路包括二极管D1和D2，三极管Q4和Q5，反相器；三极管Q4基极接二极管D1正极和外部电源正极后接反相器输入脚和过充放比较电路输出端，三极管Q4发射极接外部负载，三极管Q4集电极接二极管D1负极后接可充电锂电池正极，反相器输出脚接三极管Q5基极，三极管Q5集电极接二极管D2负极后接可充电锂电池负极，三极管Q5发射极接二极管D2正极后接外部电源负极。