一种电源保护电路及电源
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域,特别涉及一种电源保护电路及电源。
背景技术
目前,电池或电池组作为能源来源,具有高能量密度、便携的优势,且性能较为稳定。而电池应用到电路设计中时,电池领域的应用等经常会遇到需要超低功耗控制的需求。过低的电池电压会通常对电池造成永久的损坏,所以针对长时间放置的电池,势必要有一个很低的静态功耗来尽量延长电池的存储时间。
在实现本实用新型过程中,发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题:现有的降低线路功耗的常规做法是:优化硬件线路和软件程序,使之静态的时候降到一个很低的功耗值,其无法完全掉电,而如果没有给整个系统断电,即使再怎么对硬件线路和软件程序进行优化还是会存在一些电能损耗。
实用新型内容
针对现有技术的上述缺陷,本实用新型实施例的目的是提供一种能够完全掉电的电源保护电路及电源。
本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的:
为解决上述技术问题,第一方面,本实用新型实施例中提供了一种电源保护电路,包括:
电池保护芯片,其输入端用于与电池组连接,其输出端用于在接收到休眠指令或检测到电池组电压低于预设阈值时输出低电平;
开关电路,其输入端用于与所述电池组连接,其控制端与所述电池保护芯片的输出端连接,所述开关电路在控制端接收到低电平时关闭;
低压差线性稳压器,其输入端与所述开关电路的输出端连接,其输出端用于在输入端接收到低电平时掉电。
在一些实施例中,所述电池保护芯片还包括:通信端,所述电源保护电路还包括:
微处理器,其电源输入端与所述低压差线性稳压器的输出端连接,其通信端与所述电池保护芯片的通信端通信连接且用于输出所述休眠指令。
在一些实施例中,所述开关电路包括:
第一开关管,其输入端用于与所述电池组连接,其输出端与所述低压差线性稳压器的输入端连接;
第二开关管,其控制端与所述电池保护芯片的输出端连接,其输入端与所述第一开关管的控制端连接,其输出端接地。
在一些实施例中,所述第一开关管和所述第二开关管为NMOS管。
在一些实施例中,所述开关电路还包括:
稳压电路,其输入端与所述第二开关管的输入端连接,其输出端与所述第一开关管的输入端连接。
在一些实施例中,所述稳压电路包括:稳压二极管,其阳极与所述第二开关管的输入端连接,其阴极与所述第一开关管的输入端连接。
在一些实施例中,所述开关电路还包括:下拉电阻,所述下拉电阻连接在所述第一开关管的输入端和所述第二开关管的输入端之间。
在一些实施例中,所述开关电路还包括:限流电阻,所述限流电阻连接在所述第一开关管的输入端和所述第二开关管的控制端之间。
在一些实施例中,所述开关电路还包括:第一滤波电容,其一端连接在所述第一开关管的输出端和所述低压差线性稳压器的输入端之间,其另一端接地。
在一些实施例中,所述电源保护电路还包括:第二滤波电容,其一端连接在所述微处理器的电源输入端和所述低压差线性稳压器的输出端之间,其另一端接地。
在一些实施例中,所述电源保护电路还包括:分压电路,所述分压电路连接在所述电池保护芯片的输出端和所述开关电路的控制端之间。
在一些实施例中,所述分压电路包括:
第一分压电阻,所述第一分压电阻连接在所述电池保护芯片的输出端和所述开关电路的控制端之间;
第二分压电阻,其一端连接在所述第一分压电阻和所述开关电路的控制端之间,其另一端接地。
在一些实施例中,所述分压电路还包括:第三滤波电容,其一端连接在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间,其另一端接地。
为解决上述技术问题,第二方面,本实用新型实施例中提供了一种电源,包括:电池组和如上述第一方面所述的电源保护电路,所述电池组和电源保护电路电连接,所述电池组通过所述电源保护电路提供稳定的电源电压,且在进入超低功耗模式时,所述电源保护电路控制所述电池组掉电。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:区别于现有技术的情况,本实用新型实施例中提供了一种电源保护电路,该电源保护电路包括:输入端与电池组连接的电池保护芯片,控制端与电池保护芯片的输出端连接的开关电路,以及,输入端与开关电路的输出端连接的低压差线性稳压器,在接收到休眠指令或检测到电池组电压低于预设阈值时,电池保护芯片能够输出低电平控制开关电路关闭,以使低压差线性稳压器掉电,停止输出电源电压,从而达到保护电源、降低静态功耗的目的。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1是本实用新型实施例提供的一种电源保护电路的原理框图;
图2是本实用新型实施例提供的另一种电源保护电路的原理框图;
图3是本实用新型实施例提供的一种电源保护电路的电路结构示意图;
图4是本实用新型实施例提供的一种电源的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,如果不冲突,本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合,均在本申请的保护范围之内。另外,虽然在装置示意图中进行了功能模块划分,但是在某些情况下,可以以不同于装置中的模块划分。此外,本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定,仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外,下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实用新型实施例提供了一种电源保护电路及电源,该电源保护电路利用了电池保护芯片特定管脚的功能,可以在电池保护芯片进入超低功耗模式的时候关掉微处理器的电源,从而使整个系统的静态功耗降到最低。本实用新型实施例的技术方案由于利用了现有芯片的功能脚,所以线路实现起来相对简单,此外本实用新型实施例的技术方案电池保护芯片除了可以主动地进入低功耗外,也可以通过微处理器发命令的方式,被动进入低功耗,使用起来灵活方便。利用本实用新型实施例的技术方案不但可以解除一些程序跑飞、微处理器栓锁等程序故障,同时还可以避免一些因元器件的微漏电而导致的静态功耗偏高的问题。
具体地,下面结合附图,对本实用新型实施例作进一步阐述。
请参见图1,为本实用新型实施例提供的一种电源保护电路的原理框图,所述电源保护电路100包括:电池保护芯片U1、开关电路110和低压差线性稳压器U2。在接收到休眠指令或检测到电池组电压低于预设阈值时,电池保护芯片U1能够输出低电平控制开关电路110关闭,以使低压差线性稳压器U2掉电,停止输出电源电压。
所述电源保护电路100可以适用于各种设置有电源或电池的产品或电子设备等,例如,飞行器、汽车、终端设备(如手机、平板、可穿戴设备)、家用电器设备(如空调、冰箱)等等,以保证各种产品或电子设备的超低功耗的情况下能够断电,从而保证产品或电子设备的静态功耗处于较低水平,延长电源或电池的存储时间。
下面以电池组作为电能来源,对本实用新型实施例提供的电源保护电路100进行具体描述。
所述电池保护芯片U1的输入端11用于与电池组B+连接,所述电池保护芯片U1的输出端12用于在接收休眠指令或检测到电池组B+的电压低于预设阈值时输出低电平。所述电池保护芯片U1能够接收控制指令,如,休眠指令或启动指令,所述电池保护芯片U1还能够连接至电池组 B+并检测电池组B+的电平状态,从而根据相应控制指令或根据电池组的电平状态的电平状态输出相应的电平信号。所述电池保护芯片U1能够用于测量电路中所通过电量。
具体地,所述电池保护芯片U1在获取到休眠指令时,在所述电池保护芯片的输出端12输出低电平;或者,所述电池保护芯片U1在获取到启动指令时,在所述电池保护芯片的输出端12输出高电平。所述电池保护芯片U1连接至电池组B+测量所述电池组B+的电池电压时,若获取到的电池电压低于预设阈值,则在所述电池保护芯片的输出端12输出低电平;或者,若获取到的电池电压高于所述预设阈值,但所述电池保护芯片U1获取到休眠指令时,在所述电池保护芯片的输出端12输出低电平;或者,若获取到的电池电压高于所述阈值,所述电池保护芯片 U1未获取到控制指令或者获取到启动指令时,则在所述电池保护芯片的输出端12输出高电平。也就是说,只要所述电池保护芯片U1获取到休眠指令或者检测到所述电池电压为低电池电压信号(电池电压低于预设阈值)时,所述电池保护芯片的输出端12输出低电平。
除上述功能以外,所述电池保护芯片U1还能够实现过充保护、过放保护、过流保护、短路保护和过温保护等功能。具体地,可以结合检测装置及传感器和微处理器实现上述保护功能。例如,可以采用型号为 BQ76930的电池保护芯片等,具体可根据实际需要进行设置,不需要拘泥于本申请的限定。
所述开关电路110的输入端21用于与所述电池组B+连接,其输出端与所述低压差线性稳压器U3的输入端31连接,其控制端23与所述电池保护芯片U1的输出端12连接,所述开关电路110在控制端23接收到低电平时关闭。优选地,本实用新型实施例采用MOS管开关电路,其具有输入阻抗小、驱动功率小、开关速度快,不会二次击穿等优点,能够实现在接收到高电平时打开,在接收到低电平的时候能够迅速关断,使得后续电路和模块快速掉电,避免倒流损伤输入端电路及模块,能够隔离前后的电路和模块的作用。
所述低压差线性稳压器U2的输入端31与所述开关电路110的输出端连接,其输出端用于在输入端31接收到高电平时导通并输出稳定的电源电压,在输入端31接收到低电平时掉电并将所述电源电压置零。
具体地,所述低压差线性稳压器U2通过开关电路110的输入端21 连接至电池组B+,将电池组B+的输出电压进行调整后输出稳定的电源电压。所述低压差线性稳压器U2还通过开关电路110和所述电池保护芯片U1连接,根据电池保护芯片U1输出的电平信号,驱动所述开关电路110的通断,进而控制所述低压差线性稳压器U2是否输出所述电源电压。其中,在所述电池保护芯片U1的输出端12输出的电平信号为高电平信号时,所述开关电路110导通,电池组B+的输出电压通过所述开关电路110后输入至所述低压差线性稳压器U2,从而实现电源电压的正常输出;在所述电池保护芯片U1的输出端12输出的电平信号为低电平信号时,所述开关电路110断开所述电池组B+和所述低压差线性稳压器 U2的连接,所述低压差线性稳压器U2将所述电源电压置零,使得电路处于断电状态。
在本实用新型实施例中,所述低压差线性稳压器U2采用具有开关功能的低压差线性稳压器(即LDO,Low Drop Output)。所述低压差线性稳压器U2为一类集成电路稳压器,所述低压差线性稳压器U2的自耗很低,可用于电流主通道控制,所述低压差线性稳压器U2上集成了具有极低线上导通电阻的MOSFET((Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金氧半场效晶体管),肖特基二极管、取样电阻和分压电阻等硬件电路,并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。所述低压差线性稳压器U2通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比。在本实用新型实施例中,所述低压差线性稳压器U2可以是市面上常见的带开关功能的低压差线性稳压器。例如,可以采用芯片型号为 TPS70933-Q1的LDO电源等,其可根据实际需要进行设置,不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。
本实用新型实施例中提供了一种电源保护电路100。所述电源保护电路100通过设置电池保护芯片U1在接收到休眠指令或检测到电池组电压低于预设阈值时输出低电平,从而驱动所述开关电路110断开所述低压差线性稳压器U2和电池组B+的连接,使得所述低压差线性稳压器 U2能够将输出的电源电压置零,从而控制所述电源保护电路100断电。
在一些实施例中,请参见图2,其示出了本实用新型实施例提供的另一种电源保护电路100的原理框图,基于图1及其相关实施例,所述电源保护电路100还包括:微处理器U3。所述微处理器U3用于输出所述休眠指令。
所述微处理器U3的电源输入端41与所述低压差线性稳压器U2的输出端32连接,用于从所述低压差线性稳压器U2获取稳定的电源电压作为电能来源,所述微处理器U3的通信端43与所述电池保护芯片U1 的通信端13通信连接。
所述微处理器U3还能够用于控制所述电源保护电路100的其他模块,以及连接至所述电源保护电路100输出端的其他电路。所述微处理器U3还能够连接至人工或者智能控制系统,用于接收控制信息并将控制信息转化为所述微处理器U3所控制的电路模块能够执行控制指令。例如,人为在控制系统上输入休眠信息时,所述微处理器U3将人工输入的休眠信息转化为所述电池保护芯片U1能够读取的休眠指令并发送至所述电池保护芯片U1。
所述微处理器U3和所述电池保护芯片U1均设置有通信端,所述微处理器的通信端43与所述电池保护芯片U1的通信端13通信连接,用于传输所述休眠指令。具体地,所述微处理器U3的通信端口43与所述电池保护芯片U1的通信端13可采用I2C总线、串口或其它方式进行通信连接。所述微处理器U3通过所述通信端43和所述通信端13向所述电池保护芯片U1发送控制指令,例如,启动指令或休眠指令,从而控制所述电池保护芯片U1是否接入所述电池组B+及其输出的电平状态。
所述微处理器U3内至少需要设置有一具有计算能力的微型处理器或微型计算机。该微型处理器或微型计算机可以是设置在电源保护电路 100内各个模块的多个具有计算功能的微型处理器或微型计算机,也可以是一个独立设置的微型处理器或微型计算机,且该微型处理器或微型计算机至少连接至所述电池保护芯片U1,从而控制所述电池保护芯片U1。所述微型处理器或微型计算机能够用于设定各种参数、获取各种参数、存储各种参数、接收各种信息、处理各种信息以及发送各种信息和指令。所述微处理器U3内还设置有存储介质,该存储介质存储有可执行的多个指令和程序,用于所述微处理器U3的数据处理。所述微处理器U3还可以是一个小型的单片机。在其他的一些实施例中,所述微处理器U3内的微型处理器或微型计算机的具体型号等可根据实际所述微处理器U3对于数据处理能力的需要进行设置,所述微处理器U3内的具体电路结构可根据实际需要进行设置,不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。
此外,所述微处理器U3的通信端43与所述电池保护芯片U1的通信端13能够进行双向数据传输。所述电池保护芯片U1还能够检测流经所述电池保护芯片U1的电量,并将实时流经的电量信息通过所述电池保护芯片U1的通信端13发送至所述微处理器U3,所述微处理器U3能够经计算处理后能够获得所述电池组B+的剩余电量,并在所述电池组 B+的剩余电量低于一定阈值时,发送休眠指令至所述电池保护芯片U1 控制电源保护电路100断电,从而使得电源被动进入低功耗状态。所述电池保护芯片U1还能够直接检测所述电池组B+的电池电压状态,在所述电池电压低于预设阈值时,输出低电平从而控制电源保护电路100断电,从而使得电源主动进入低功耗状态。
在本实用新型实施例中,所述低压差线性稳压器U2将从电池组B+ 获取到的电池电压进行整流、滤波、降压之后,稳定输出3V的直流低压为所述微处理器U3和所述电源保护电路100的其他电路模块供电。
在一些实施例中,请参见图3,为本实用新型实施例提供的电源保护电路的电路结构示意图,基于图1和图2所示的电路结构及其相关实施例。所述电源保护电路100的电路结构及其连接关系具体如下:
所述开关电路110包括:第一开关管Q1,其输入端用于与所述电池组B+连接,其输出端与所述低压差线性稳压器U2的输入端连接;第二开关管Q2,其控制端与所述电池保护芯片U1的输出端连接,其输入端与所述第一开关管Q1的控制端连接,其输出端接地。其中,所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2为NMOS管。
所述开关电路110还包括:稳压电路111,其输入端与所述第二开关管Q2的输入端连接,其输出端与所述第一开关管Q1的输入端连接。具体地,所述稳压电路111包括:稳压二极管ZD1,其阳极与所述第二开关管Q2的输入端连接,其阴极与所述第一开关管Q1的输入端连接。
所述开关电路110还包括:下拉电阻R1,所述下拉电阻R1连接在所述第一开关管Q1的输入端和所述第二开关管Q2的输入端之间。所述开关电路110还包括:限流电阻R2,所述限流电阻R2连接在所述第一开关管Q1的输入端和所述第二开关管Q2的控制端之间。所述开关电路 110还包括:第一滤波电容C1,其一端连接在所述第一开关管Q1的输出端和所述低压差线性稳压器U2的输入端之间,其另一端接地。
所述电源保护电路100还包括:第二滤波电容C2,其一端连接在所述微处理器U3的电源输入端41和所述低压差线性稳压器U2的输出端 32之间,其另一端接地。
所述电源保护电路100还包括:分压电路120,所述分压电路120 连接在所述电池保护芯片U1的输出端12和所述开关电路110的控制端 23之间。具体地,所述分压电路120包括:第一分压电阻R3,所述第一分压电阻R3连接在所述电池保护芯片U1的输出端12和所述开关电路110的控制端23之间;第二分压电阻R4,其一端连接在所述第一分压电阻R3和所述开关电路110的控制端23之间,其另一端接地。所述分压电路120还包括:第三滤波电容C3,其一端连接在所述第一分压电阻R3和所述第二分压电阻R4之间,其另一端接地。
本实用新型实施例还提供了一种电源200,请参见图4,其出示了本实用新型提供的一种电源的结构示意图,所述电源200包括:电池组 B+和如图1至图3任一项及其相关实施例所述的电源保护电路100,所述电池组B+通过所述电源保护电路100提供稳定的电源电压,且在进入超低功耗模式时,所述电源保护电路100控制所述电池组B+断电。
所述电源200可以适用于各种设置有电源或电池的产品或电子设备等,例如,飞行器、汽车、终端设备(如手机、平板、可穿戴设备)、家用电器设备(如空调、冰箱)等等,以保证各种产品或电子设备的超低功耗的情况下能够断电,从而保证产品或电子设备的静态功耗处于较低水平,延长电源或电池的存储时间。
需要说明的是,由于本实施例中的电源保护电路100与上述实施例提供的电源保护电路100基于相同的实用新型构思,因此,上述实施例中的电源保护电路100的相应内容同样适用于本实施例中电源保护电路 100的相应内容,此处不再详述。
所述电池组B+可以包含一个或多个电池,所述电池组B+采用的电池可以为任何类型的电池,如锂电池、镉镍电池、镍氢电池、铅酸电池等等。并且该电池为由若干个单体电池(电芯)串联而成。电池采用若干个单体电池串联而成以便于满足各种用电设备的供电需求。例如,该电池包括有4个或4个以上的单体电池,该4个或4个以上的单体电池串联连接,以满足不同的供电需求。
在本实用新型实施例中,所述电池组B+作为电能来源,经过所述电源保护电路100后为所述电源保护电路100中的各个用电模块供电,以及为后续电子设备中除所述电源保护电路100外的其他用电模块供电。在其他的一些实施例中,所述电源200可以不是采用所述电池组B+作为电能来源,所述电池组B+可以替换为高压交流电源、低压交流电源、高压直流电源或者其他低压直流电源等。例如,还可以是市电,相应的,需要选择能够将市电电压转化为所述电源电压的低压差线性稳压器U2。在其他的一些实施例中,所述电池组B+的型号、电量大小、数量等可根据实际情况进行设置,所述电源200采用的电能来源可根据实际情况进行设置,不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。
本实用新型实施例中提供了一种电源;所述电源通过设置所述电源保护电路在需要进入超低功耗模式时输出低电平,从而使得所述电池组经过所述电源保护电路输出的电源电压置零,从而控制电路断电,保护电源。
本实用新型实施例中提供了一种电源保护电路,该电源保护电路包括:输入端与电池组连接的电池保护芯片,控制端与电池保护芯片的输出端连接的开关电路,以及,输入端与开关电路的输出端连接的低压差线性稳压器,在接收到休眠指令或检测到电池组电压低于预设阈值时,电池保护芯片能够输出低电平控制开关电路关闭,以使低压差线性稳压器掉电,停止输出电源电压,从而达到保护电源、降低静态功耗的目的。
需要说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;在本实用新型的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。