CN216819380U - 一种新型低待机功耗保护板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体公开了一种新型低待机功耗保护板，应用于与主机连接，所述保护板包括电池组、模拟前端模块、单片机、二次保护模块和开关控制模块；所述模拟前端模块、二次保护模块分别与电池组连接，所述二次保护模块与主机连接；所述单片机连接模拟前端模块、开关控制模块和主机，所述开关控制模块连接模拟前端模块；本实用新型提供的一种新型低待机功耗保护板，能够在电池组收到主机按键信号时激活电池，以及在收到长按键信号后使电池进入关断模式，由于关断模式功耗较低且同时由于电池在关断模式下无输出，因此，大大降低了电池的待机功耗。

Description

一种新型低待机功耗保护板

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种新型低待机功耗保护板。

背景技术

目前锂电池PACK保护板，尤其是多串智能电池保护板激活后，电池的功耗在1-3毫安左右。在休眠模式下，功耗达到数百微安，同时接入主机后，由于主机本身存在待机功耗，导致锂电池在装入主机后自耗电较大。

对于一次保护+二次保护方案保护板电池，电池激活后，本身功耗20微安左右，但是在电池装入主机后，由于主机自耗电的存在，同时电池无法自主进入关机模式，电池存在待机功耗较大的问题。

对于AFE+MCU保护板方案电池，电池激活后，由于本身电路的复杂性，待机功耗在1-3毫安左右，休眠电流数百毫安左右，装入主机后，由于主机功耗的存在导致待机电流更大。

公告号为CN209344816U的实用新型专利，公开了一种锂电池保护板，旨在解决锂电池保护板安全性不够的问题，通过设置唤醒模块使锂电池保护板与任一充电器或者负载连接时，其锂电池保护板唤醒控制电池组恢复至工作状态，以实现对负载放电或由充电器进行充电；而锂电池保护板未与充电器或者负载连接时，则关闭电池电源电路，停止电压输出；然而当锂电池保护板处于待机状态时，未将电池组关断，仍然存在功耗较大的问题。

实用新型内容

针对上述存在的保护板待机功耗较大的问题，本实用新型提供了一种新型低待机功耗保护板，能够在电池组收到主机按键信号时激活电池，以及在收到长按键信号后使电池进入关断模式，由于关断模式功耗较低且同时由于电池在关断模式下无输出，因此，大大降低了电池的待机功耗。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的具体方案如下：

一种新型低待机功耗保护板，应用于与主机连接，所述保护板包括电池组、模拟前端模块、单片机、二次保护模块和开关控制模块；

所述模拟前端模块、二次保护模块分别与电池组连接，所述二次保护模块与主机连接；

所述单片机连接模拟前端模块、开关控制模块和主机，所述开关控制模块连接模拟前端模块；

模拟前端模块负责单片机的供电、报告给单片机电池组的状态以及接收单片机指令、接收开关控制模块激活电池组；单片机用于控制电池组进入关机模式、与主机进行通信以及控制模拟前端模块保护电池组；二次保护模块的作用是在电池电压超出安全范围时，对电池做出保护，如烧断保险丝，避免电压过高导致安全问题；开关控制模块用于接收主机按键信号激活电池或是接收到长按键信号给单片机关断电池；

在具体应用时，电池组可以通过主机按键激活，也可以通过充电器充电激活进入工作状态；还可以通过按键进入关机状态，具体为，单片机检测到按键信号，通过与模拟前端模块通讯，下指令进入关机状态，从而降低电池功耗。

可选的，所述开关控制模块包括充电激活单元、按键接口激活单元和按键开关检测单元；

所述充电激活单元的输入端连接主机的充电电压信号端，充电激活模块的输出端连接模拟前端模块的激活引脚；

所述按键开关检测单元的输入端连接按键接口激活单元的输出端，按键开关检测单元的输出端连接单片机的按键检测引脚；

所述按键接口激活单元的输入端连接主机的按键信号端，按键接口激活单元的输出端连接模拟前端模块的激活引脚；

当通过充电器充电激活时，充电电压信号从主机的充电电压信号端传输至充电激活单元，充电激活单元发送信号至模拟前端模块的激活引脚，对电池进行激活；当通过主机按键激活时，按键信号从主机的按键信号端传输至按键接口激活单元，按键接口激活单元发送信号至模拟前端模块的激活引脚，对电池进行激活；当通过按键控制电池进入关机状态时，按键信号从主机的按键信号端传输至按键接口激活单元，由按键接口激活单元将信号传输至按键开关检测单元，按键开关检测单元将信号发送至单片机，单片机与模拟前端模块进行通讯，下指令进入关机状态，从而降低电池功耗。

可选的，所述充电激活单元包括第一开关，所述第一开关为第一三极管，所述第一三极管的B极连接主机的充电电压信号端，第一三极管的C极连接模拟前端模块的激活引脚，第一三极管的E极接地；

当通过充电器充电激活时，第一开关导通，并将充电电压信号发送至模拟前端模块的激活引脚，由模拟前端模块对电池进行激活。

可选的，所述按键接口激活单元包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接主机的按键信号端，第一电阻的另一端连接模拟前端模块的激活引脚；

当通过主机按键激活时，通过第一电阻控制模拟前端模块的激活引脚拉低电位，对电池进行激活。

可选的，所述充电激活单元还包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一电容；

所述第二电阻的一端连接主机的充电电压信号端，第二电阻的另一端连接第三电阻，所述第三电阻的另一端连接第四电阻和第一三极管的B极，所述第四电阻的另一端连接第一三极管的E极；

所述第五电阻的一端连接第一三极管的C极，第五电阻的另一端连接模拟前端模块的激活引脚；

所述第一电容与第三电阻并联连接；

第二电阻、第三电阻和第四电阻用于根据充电器电压调整其阻值，以满足具体工作需求，第五电阻能够防止模拟前端模块的激活引脚短路产生大电流，保护第一开关；第一电容起到滤波作用，确保电路的稳定性。

可选的，所述按键接口激活单元还包括第二电容、稳压二极管、第六电阻、第一二极管和第三电容；

所述第二电容与稳压二极管并联后连接主机的按键信号端和第六电阻，所述第六电阻的另一端连接第一二极管，所述第一二极管的另一端连接第一电阻，所述第三电容与第一电阻并联连接；

第二电容和稳压二极管起到端口防护的作用，有效防止静电进入影响电路，第一二极管起到稳压作用，第三电容主要为滤波作用，以确保电路的稳定性。

可选的，所述按键开关检测单元包括第二开关，所述第二开关为第二三极管，所述第二三极管的B极连接按键接口激活单元，第二三极管的C极连接单片机的按键检测引脚，第二三极管的E极连接单片机电源；

当通过按键控制电池进入关机状态时，按键信号从主机的按键信号端传输至按键接口激活单元，由按键接口激活单元将信号传输至按键开关检测单元，按键开关检测单元的第二开关导通，将信号发送至单片机，单片机与模拟前端模块进行通讯，下指令进入关机状态，从而降低电池功耗。

可选的，所述二次保护模块包括二次过压保护电路和三端FUSE，所述二级过压保护电路分别连接电池组和三端FUSE，所述三端FUSE连接主机的充电电压信号端和电池组，当二次过压保护电路检测到电池电压超出安全范围时，通过三端FUSE切断电路，避免电压过高导致安全问题。

可选的，所述保护板还包括电压均衡及滤波模块，所述电压均衡及滤波模块设于电池组、模拟前端模块之间，模拟前端模块通过控制电压均衡及滤波模块实现电池组各节电压的均衡，以及电池组各节电压信号的滤波输入模拟前端模块。

可选的，所述保护板还包括充放电模块，所述充放电模块设于电池组、模拟前端模块之间，模拟前端模块通过控制充放电模块对电池进行充放电保护。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种新型低待机功耗保护板，能够在电池组收到主机按键信号时激活电池，以及在收到长按键信号后使电池进入关断模式，由于关断模式功耗较低且同时由于电池在关断模式下无输出，因此，大大降低了电池的待机功耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的一种新型低待机功耗保护板的原理框图。

图2为本实用新型实施例中提供的开关控制模块的原理图。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另有定义，本文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。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/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。

例如，一种新型低待机功耗保护板，应用于与主机连接，保护板包括电池组、模拟前端模块、单片机、二次保护模块和开关控制模块；模拟前端模块、二次保护模块分别与电池组连接，二次保护模块与主机连接；单片机连接模拟前端模块、开关控制模块和主机，开关控制模块连接模拟前端模块。

本实施例提供的一种新型低待机功耗保护板，能够在电池组收到主机按键信号时激活电池，以及在收到长按键信号后使电池进入关断模式，由于关断模式功耗较低且同时由于电池在关断模式下无输出，因此，大大降低了电池的待机功耗。

如图1所示，一种新型低待机功耗保护板，应用于与主机连接，采用模拟前端模块+单片机+二次保护模块+开关控制模块的方案，即该保护板包括电池组、模拟前端模块、单片机、二次保护模块和开关控制模块。

其中，模拟前端模块、二次保护模块分别与电池组连接，二次保护模块与主机连接。

单片机连接模拟前端模块、开关控制模块和主机，开关控制模块连接模拟前端模块。

具体的，模拟前端模块负责单片机的供电、报告单片机电池组的状态以及接收单片机指令、接收开关控制模块激活电池组；单片机用于控制电池组进入关机模式、与主机进行通信以及控制模拟前端模块保护电池组；二次保护模块的作用是在电池电压超出安全范围时，对电池做出保护，如烧断保险丝，避免电压过高导致安全问题；开关控制模块用于接收主机按键信号激活电池或是接收到长按键信号给单片机关断电池。

在应用时，电池组可以通过主机按键激活，也可以通过充电器充电激活进入工作状态；还可以通过按键进入关机状态，具体为，单片机检测到按键信号，通过与模拟前端模块通讯，下指令进入关机状态，从而降低电池功耗。

当电池组通过主机按键激活时，按键信号从主机传输至开关控制模块，开关控制模块发送信号至模拟前端模块，对电池进行激活；当电池组通过充电器充电激活时，充电电压信号从主机传输至开关控制模块，开关控制模块发送信号至模拟前端模块，对电池进行激活；当通过按键控制电池进入关机状态时，按键信号从主机传输至开关控制模块，由开关控制模块将信号发送至单片机，单片机与模拟前端模块进行通讯，下指令进入关机状态，从而降低电池功耗。

模拟前端模块采用BQ76940进行一级硬件BMS保护和电量计算，该款芯片性能比较稳定成熟，应用广泛；二次保护模块采用赛微CW1051ALC 4.35V；单片机采用GD32E230FxTSSOP20，单片机与模拟前端模块通过I2C通讯控制充放电功能，同时可以采集温度，充电器插入、电池拔取和按键等信号，具有负载检测，预充电功能。

在一些实施例中，开关控制模块包括充电激活单元、按键接口激活单元和按键开关检测单元。

其中，充电激活单元的输入端连接主机的充电电压信号端，充电激活模块的输出端连接模拟前端模块的激活引脚。

按键开关检测单元的输入端连接按键接口激活单元的输出端，按键开关检测单元的输出端连接单片机的按键检测引脚。

按键接口激活单元的输入端连接主机的按键信号端，按键接口激活单元的输出端连接模拟前端模块的激活引脚。

当通过充电器充电激活时，充电电压信号从主机的充电电压信号端传输至充电激活单元，充电激活单元发送信号至模拟前端模块的激活引脚，对电池进行激活；当通过主机按键激活时，按键信号从主机的按键信号端传输至按键接口激活单元，按键接口激活单元发送信号至模拟前端模块的激活引脚，对电池进行激活；当通过按键控制电池进入关机状态时，按键信号从主机的按键信号端传输至按键接口激活单元，由按键接口激活单元将信号传输至按键开关检测单元，按键开关检测单元将信号发送至单片机，单片机与模拟前端模块进行通讯，下指令进入关机状态，从而降低电池功耗。

在一些实施例中，充电激活单元包括第一开关，第一开关为第一三极管，第一三极管的B极连接主机的充电电压信号端，第一三极管的C极连接模拟前端模块的激活引脚，第一三极管的E极接地。

如图2所示，第一三极管为Q2，当通过充电器充电激活时，第一三极管Q2导通，并将充电电压信号发送至模拟前端模块的激活引脚，由模拟前端模块对电池进行激活。

进一步的，充电激活单元还包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一电容。

其中，第二电阻为R10、第三电阻为R2、第四电阻为R47、第五电阻为R90、第一电容为C5。

第二电阻R10的一端连接主机的充电电压信号端，第二电阻R10的另一端连接第三电阻R2，第三电阻R2的另一端连接第四电阻R47和第一三极管Q2的B极，第四电阻R47的另一端连接第一三极管Q2的E极；第五电阻R90的一端连接第一三极管Q2的C极，第五电阻R90的另一端连接模拟前端模块的激活引脚；第一电容Q2与第三电阻R2并联连接。

第二电阻R10、第三电阻R2和第四电阻R47用于根据充电器电压调整其阻值，以满足具体工作需求，第五电阻R90能够防止模拟前端模块的激活引脚短路产生大电流，保护第一开关；第一电容C5起到滤波作用，确保电路的稳定性。

在一些实施例中，按键接口激活单元包括第一电阻，第一电阻为R93，第一电阻R93的一端连接主机的按键信号端，第一电阻R93的另一端连接模拟前端模块的激活引脚。

当通过主机按键激活时，通过第一电阻R93控制模拟前端模块的激活引脚拉低电位，对电池进行激活。

进一步的，按键接口激活单元还包括第二电容、稳压二极管、第六电阻、第一二极管和第三电容。

其中，第二电容为C11，稳压二极管为D18，第六电阻为R97，第一二极管为D12，第三电容为C46。

第二电容C11与稳压二极管D18并联后连接主机的按键信号端和第六电阻R97，第六电阻R97的另一端连接第一二极管D12，第一二极管D12的另一端连接第一电阻R93，第三电容C46与第一电阻R93并联连接.

第二电容C11和稳压二极管D18起到端口防护的作用，有效防止静电进入影响电路，第一二极管D12起到稳压作用，第三电容C46主要为滤波作用，以确保电路的稳定性。

在一些实施例中，按键开关检测单元包括第二开关，第二开关为第二三极管，第二三极管为Q17。

第二三极管Q17的B极连接按键接口激活单元，第二三极管Q17的C极连接单片机的按键检测引脚，第二三极管Q17的E极连接单片机电源；

当通过按键控制电池进入关机状态时，按键信号从主机的按键信号端传输至按键接口激活单元，由按键接口激活单元将信号传输至按键开关检测单元，按键开关检测单元的第二开关导通，将信号发送至单片机，单片机与模拟前端模块进行通讯，下指令进入关机状态，从而降低电池功耗。

在一些实施例中，二次保护模块包括二次过压保护电路和三端FUSE，二级过压保护电路分别连接电池组和三端FUSE，三端FUSE连接主机的充电电压信号端和电池组。

当二次过压保护电路检测到电池电压超出安全范围时，通过三端FUSE切断电路，避免电压过高导致安全问题。

在一些实施例中，保护板还包括电压均衡及滤波模块，电压均衡及滤波模块设于电池组、模拟前端模块之间。

模拟前端模块通过控制电压均衡及滤波模块实现电池组各串电压的均衡，以及电池组各节电压信号的滤波输入模拟前端模块。

其中，保护板还包括充放电模块，充放电模块设于电池组、模拟前端模块之间，模拟前端模块通过控制充放电模块对电池进行充放电保护。

本实用新型提供的一种新型低待机功耗保护板，能够在电池组收到主机按键信号时激活电池，以及在收到长按键信号后使电池进入关断模式，由于关断模式功耗较低且同时由于电池在关断模式下无输出，因此，大大降低了电池的待机功耗。

可以理解的，上述实施例中各个部件之间的不同实施方式可以进行组合实施，实例仅仅只是为了说明特定结构的可实施方式，并不是作为方案实施的限定。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种新型低待机功耗保护板，其特征在于，应用于与主机连接，所述保护板包括电池组、模拟前端模块、单片机、二次保护模块和开关控制模块；

所述模拟前端模块、二次保护模块分别与电池组连接，所述二次保护模块与主机连接；

所述单片机连接模拟前端模块、开关控制模块和主机，所述开关控制模块连接模拟前端模块。

2.根据权利要求1所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述开关控制模块包括充电激活单元、按键接口激活单元和按键开关检测单元；

所述充电激活单元的输入端连接主机的充电电压信号端，充电激活模块的输出端连接模拟前端模块的激活引脚；

所述按键开关检测单元的输入端连接按键接口激活单元的输出端，按键开关检测单元的输出端连接单片机的按键检测引脚；

所述按键接口激活单元的输入端连接主机的按键信号端，按键接口激活单元的输出端连接模拟前端模块的激活引脚。

3.根据权利要求2所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述充电激活单元包括第一开关，所述第一开关为第一三极管，所述第一三极管的B极连接主机的充电电压信号端，第一三极管的C极连接模拟前端模块的激活引脚，第一三极管的E极接地。

4.根据权利要求2所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述按键接口激活单元包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接主机的按键信号端，第一电阻的另一端连接模拟前端模块的激活引脚。

5.根据权利要求3所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述充电激活单元还包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一电容；

所述第二电阻的一端连接主机的充电电压信号端，第二电阻的另一端连接第三电阻，所述第三电阻的另一端连接第四电阻和第一三极管的B极，所述第四电阻的另一端连接第一三极管的E极；

所述第五电阻的一端连接第一三极管的C极，第五电阻的另一端连接模拟前端模块的激活引脚；

所述第一电容与第三电阻并联连接。

6.根据权利要求4所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述按键接口激活单元还包括第二电容、稳压二极管、第六电阻、第一二极管和第三电容；

所述第二电容与稳压二极管并联后连接主机的按键信号端和第六电阻，所述第六电阻的另一端连接第一二极管，所述第一二极管的另一端连接第一电阻，所述第三电容与第一电阻并联连接。

7.根据权利要求2所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述按键开关检测单元包括第二开关，所述第二开关为第二三极管，所述第二三极管的B极连接按键接口激活单元，第二三极管的C极连接单片机的按键检测引脚，第二三极管的E极连接单片机电源。

8.根据权利要求1所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述二次保护模块包括二次过压保护电路和三端FUSE，所述二次过压保护电路分别连接电池组和三端FUSE，所述三端FUSE连接主机的充电电压信号端和电池组。

9.根据权利要求1所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述保护板还包括电压均衡及滤波模块，所述电压均衡及滤波模块设于电池组、模拟前端模块之间。

10.根据权利要求1所述的新型低待机功耗保护板，其特征在于，所述保护板还包括充放电模块，所述充放电模块设于电池组、模拟前端模块之间。

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