CN219018495U - 基于mtk平台改进的低功耗双节锂电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，包括PMIC电源管理芯片U1、电池组，PMIC电源管理芯片U1包括VSYS系统供电输入模块、库仑计模块、电池电压检测模块VBATSENSE与开关机按键模块POWKEY；电池组负极接地，电池组正极与VSYS系统供电输入模块之间连接有DC/DC模块U5，电池组正极与开关机按键模块POWKEY之间连接有低功耗模块U4，其还与DC/DC模块U5使能端相连，开关机按键模块POWKEY接地；电池组的正极与电池电压检测模块VBATSENSE之间连接有运放模块U3；库仑计模块中的两根SENSEP信号引脚分别与电池组负极和系统中的地线端相连。

Description

基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统

技术领域

本实用新型涉及一种小型终端设备的锂电池供电系统，具体涉及基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统。

背景技术

MTK平台的开机方式主要分为以下两种情况：

1.充电端口VCHG插入，系统会唤醒开机。

2.控制开关S1合上后接地3秒，系统开机。

上述两种开机方式，主要是通过系统电源管理芯片U1来实现主要功能。当系统关机时，系统电源管理芯片U1中的开关机按键模块POWKEY，系统供电输入模块VSYS，电池电压检测模块VBATSENSE都存在有电源输入，会消耗少量电流。

MTK平台整体的电源框架基本都是根据单节锂电池的方式来设计的，如图1所示，且系统电源管理芯片PMIC中电池电压检测端口的绝对最大额定值(Absolute MaximumRating)不超过4.5V，同时由于单节锂电池电压范围在3.45V～4.35V之间，而双节锂电池电压范围则在6.7V～8.7V之间，因此目前大部分MTK平台设计上来说基本不适配双节的高压锂电池。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种能够适配双节锂电池设计，同时减少系统关机时漏电损耗，以延长设备电池使用寿命与设备待机时间的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统。

为了到达上述目的，本实用新型设计的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，包括PMIC电源管理芯片U1、电池组、控制开关S1、电量检测电阻R1、DC/DC模块U5、运放模块U3与低功耗模块U4；

所述PMIC电源管理芯片U1包括用于给系统内子模块供电的VSYS系统供电输入模块；

用于计算电池组电量的库仑计模块；

用于检测电池组电压大小值以及辅助库仑计模块进行电量计算的电池电压检测模块VBATSENSE；

用于控制系统启动和关闭的开关机按键模块POWKEY；

所述电池组负极通过电量检测电阻R1接地，所述DC/DC模块U5的输入端与电池组的正极相连，DC/DC模块U5的输出端与VSYS系统供电输入模块相连；电池组的正极与低功耗模块U4的输入端相连，低功耗模块U4的输出端与开关机按键模块POWKEY相连，且低功耗模块U4还与DC/DC模块U5的使能端相连，所述开关机按键模块POWKEY通过控制开关S1接地；电池组的正极与运放模块U3的正向输入端相连，运放模块U3的输出端与电池电压检测模块VBATSENSE相连；所述库仑计模块中的SENSEP信号引脚与电池组的负极相连，库仑计模块中的SENSEN信号引脚与系统中的地线端相连。

上述方案中通过DC/DC模块U5的设置，电池组中的高电压通过降压后输出稳定的电压到VSYS系统供电输入模块，以确保系统稳定的运行，通过低功耗模块U4的设置降低关机漏功耗，以提高电池电压的耐用程度，延长设备的待机时间，通过运放模块U3的设置，降低电池组的电池电压，从而通过电池电压检测模块VBATSENSE可以直接检测电池组的电池电压，无需通过外部电阻分压的方式，采样电池组中单节电池的电池电压，通过库仑计模块检测电量检测电阻R1两侧的电压，来计算流过电池组的净电流大小。

进一步的方案是，所述的运放模块U3包括运算放大器A1、电阻R2、电阻R3与电阻R4，所述电池组的正极与运算放大器A1中的同相输入端之间通过电阻R2连接，运算放大器A1中的同相输入端通过电阻R3接地，运算放大器A1中的同相输入端与运算放大器A1的输出端之间通过电阻R4连接，运算放大器A1中的反相输入端与运算放大器A1的输出端相连，运算放大器A1的输出端与电池电压检测模块VBATSENSE相连。

上述方案中通过运算放大器A1的同相输入端、电阻R2与电阻R3采样电池组中电池电压的二分之一，将运算放大器A1的输出端直接与电池电压检测模块VBATSENSE相连，从而利用运算放大器A1输入阻抗无穷大，输出阻抗无穷小的特性，来规避通过电阻R2与电阻R3直接采样上述电池组二分之一的电池电压时，可能出现由于电池电压检测模块中的ADC管脚内部本身设有的分压电阻，影响其分压精度的情况。

更进一步的方案是，所述的低功耗模块U4包括PMOS管Q1、二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4，所述电池组的正极与PMOS管Q1中的源极相连，PMOS管Q1中的栅极与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与二极管D3的负极相连，且二极管D2的负极与二极管D3的负极之间外接控制开关S1，二极管D3的正极与开关机按键模块POWKEY相连，所述PMOS管Q1中的漏极与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与DC/DC模块U5中的使能端相连，DC/DC模块U5中的使能端还与二极管D4的负极相连，二极管D4的正极与系统中的开机默认输出高电平的GPIO端口相连。

上述方案中通过控制PMOS管Q1、二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4的通断，来优化系统关机时的漏功耗，其中，二极管D4的负极连接DC/DC U5的使能端，二极管D4的正极连接系统中的开机默认输出高电平的低功耗模块GPIO端口用于控制DC/DC模块U5的工作状态，同时确保DC/DC模块可以稳定的运行。

更进一步的方案是，所述的低功耗模块U4还包括上拉电阻R5，所述PMOS管Q1中的源极与PMOS管Q1中的栅极之间连接上拉电阻R5。

上述方案中通过上拉电阻R5释放栅极电荷，提高开关频率。

更进一步的方案是，所述的二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4均采用肖特基二极管的设置。

上述方案中通过采用肖特基二极管设置的二极管D1-D4在相同电流的情况下，其正向压降远小于普通二极管，从而进一步降低了检测电路的功耗。

更进一步的方案是，所述的检测电路还包括有升压充电芯片U2与充电器插口VCHG，所述升压充电芯片U2的输入端与充电器插口VCHG相连，升压充电芯片U2的输出端与电池组的正极相连。

上述方案中通过采用升压充电芯片方式设置的升压充电芯片U2提供误插高压保护、USB热插拔尖峰保护与快充充电接口VCHG损坏异常高压保护的功能，进一步确保系统可以稳定开机和工作，同时还可在电池电量不足的情况下，为电池组供电。

更进一步的方案是，所述的电池组由两个锂电池串联而成。

本实用新型所设计的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，将PMIC电源管理芯片U1中VSYS系统供电输入模块与DC/DC模块U5连接，通过DC/DC模块U5进行电压转换，将由两个电池串联成的电池组降压到4V左右，为PMIC电源管理芯片U1中VSYS系统供电输入模块提供稳定输入电源；

通过运放模块U3中与电池组正极相连的电阻R2以及与系统中的地线端相连的电阻R3，再结合运放模块U3中运算放大器A1虚短、虚短的原理，能够将电池组的电池电压降低为原来的1/2，使得电池电压检测模块VBATSENSE在检测电池组的电池电压时，相当于检测单电池的电池电压，以满足电池电压检测模块端口的电压允许范围，同时还可以准确显示电池组中的电量百分比；

还通过低功耗模块U4的设置，降低含有DC/DC模块U5检测电路的漏功耗，优化系统的待机时间，完善系统的开关机逻辑，进一步确保了系统的稳定运行。

综上所述，本实用新型具备完全基于MTK平台本身资源设计，电路结构简单，改动小，同时适配双节锂电池设计，减少系统开关机时漏电损耗，以延长设备电池使用寿命与设备待机时间的优点。

附图说明

图1是现有技术中单节锂电池系统的示意图。

图2是基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统的模块图。

图3是基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1。

如图2和图3所示，本实施例描述的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，包括充电接口VCHG、升压充电芯片U2、PMIC电源管理芯片U1、电池CELL1、电池CELL2、控制开关S1、DC/DC模块U5、运放模块U3与低功耗模块U4；

所述PMIC电源管理芯片U1包括用于给系统内子模块供电的VSYS系统供电输入模块；

用于计算电池CELL1与电池CELL2电量的库仑计模块；

用于检测电池CELL1与电池CELL2电压大小值以及辅助库仑计模块进行电量计算的电池电压检测模块VBATSENSE；

用于控制系统启动和关闭的开关机按键模块POWKEY；

所述升压充电芯片U2的输入端与充电器插口VCHG相连，升压充电芯片U2的输出端与电池CELL1正极相连，所述电池CELL1负极与电池CELL2正极串联，电池CELL2负极通过电量检测电阻R1接地，所述电量检测电阻R1＝10毫欧，所述电池CELL1的正极与DC/DC模块U5的输入端相连，DC/DC模块U5的输出端与VSYS系统供电输入模块相连；所述电池CELL1正极与低功耗模块U4的输入端相连，低功耗模块U4的输出端与开关机按键模块POWKEY相连，且低功耗模块U4还与DC/DC模块U5的使能端相连，所述开关机按键模块POWKEY通过控制开关S1接地；电池CELL1正极与运放模块U3的正向输入端相连，运放模块U3的输出端与电池电压检测模块VBATSENSE相连；所述电量检测电阻R1的一端与电池CELL2的负极和库仑计模块中的SENSEP信号引脚连接，电阻R1的另一端还与接地信号GND和库仑计模块中的SENSEN信号引脚连接，从而通过库仑计模块检测电池R1两端的电压，来计算流过电池CELL1与电池CELL2的电流大小，当SENSEP电压值大于SENSEN电压值时，表示电池净流入电荷，电池在充电，电池组电压和电量都会增高；当SENSEP电压值小于SENSEN电压值时，表示电池净流出电荷，电池在消耗电，电池组电压和电量都会降低。然后根据电池电压初始值的大小，以及电池净流入电荷或电池净流出电荷的大小计算电池电量以及显示百分比。

所述的低功耗模块U4包括PMOS管Q1、二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4，所述电池CELL1的正极与PMOS管Q1中的源极相连，PMOS管Q1中的栅极与二极管D2的正极相连，PMOS管Q1中的源极与PMOS管Q1中的栅极之间连接上拉电阻R5，所述上拉电阻R5＝10K，二极管D2的负极与二极管D3的负极相连，且二极管D2的负极与二极管D3的负极之间外接控制开关S1，二极管D3的正极与开关机按键模块POWKEY相连，所述PMOS管Q1中的漏极与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与DC/DC模块U5中的使能端相连，DC/DC模块U5中的使能端还与二极管D4的负极相连，二极管D4的正极与MT8768平台中的GPIO端口相连，其中，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4均采用肖特基二极管的设置。

所述的运放模块U3包括运算放大器A1、电阻R2、电阻R3与电阻R4，所述电池CELL1的正极与运算放大器A1中的同相输入端之间通过电阻R2连接，运算放大器A1中的同相输入端通过电阻R3接地，运算放大器A1中的同相输入端与运算放大器A1的输出端之间通过电阻R4连接，运算放大器A1中的反相输入端与运算放大器A1的输出端相连，运算放大器A1的输出端与电池电压检测模块VBATSENSE相连，其中，所述电阻R2＝电阻R3＝47K，电阻R4＝4.7K。

运算放大器A1输出端的输出电压V_BATSENSE的计算公式如下所示：

同时由于R2＝R3＝47K，V₊＝V_-＝V_BATSENSE，再结合运放虚短、虚短的原理，可得V_BATSENSE＝VBAT/2。

低功耗模块U4的具体工作原理如下：

当充电接口VCHG未插入升压充电芯片U2，且控制开关S1未合上时，DC/DC模块U5使能信号为低电平，DC/DC模块U5的输出为0V，电池组和PMIC电源管理芯片U1中的VSYS系统供电输入模块断开，相比于原有方案，降低了关机漏电流；

当充电接口VCHG插入升压充电芯片U2，VCHG＝5V时，系统被充电进程唤醒，GPIO端口输出高电平到二极管D4的正极，二极管D4的负极与DC/DC模块U5的使能端也为高电平，DC/DC模块U5开始工作，DC/DC模块U5的输出端OUTPUT输出稳定的4V电压给VSYS系统供电输入模块；运算放大器A1的输出端输出的V_BATSENSE电压为双节串联电池组电压的一半；综上，系统可以稳定开机和工作；

当充电接口VCHG未插入升压充电芯片U2，但控制开关S1合上接地时，二极管D2和二极管D3的负极被拉低到GND，二极管D2和二极管D3的正极也被拉低到低电平，PMOS管Q1的V_SG电压大于PMOS管Q1的开启电压V_TH，PMOS管Q1开启，肖特基二极管D1的正负极都为高电平，DC/DC模块U5的使能信号为高电平，DC/DC模块U5开始工作，DC/DC模块U5的输出端OUTPUT输出稳定的4V电压给VSYS；运算放大器A1的输出端输出的V_BATSENSE电压为双节串联电池组电压的一半；开关S1合上接地3秒后，系统开机，GPIO输出高电平。之后若S1断开，因系统已经开机，GPIO一直保持高电平使U5保持工作状态。综上所述，系统可以稳定开机和工作。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，包括PMIC电源管理芯片U1、多个电池串联而成的电池组、控制开关S1、电量检测电阻R1、DC/DC模块U5、运放模块U3与低功耗模块U4，其特征在于，所述的PMIC电源管理芯片U1包括用于给系统内子模块供电的VSYS系统供电输入模块；用于计算电池组电量的库仑计模块；用于检测电池组电压大小值以及辅助库仑计模块进行电量计算的电池电压检测模块VBATSENSE；

用于控制系统启动和关闭的开关机按键模块POWKEY；

所述电池组的负极通过电量检测电阻R1接地，所述DC/DC模块U5的输入端与电池组的正极相连，DC/DC模块U5的输出端与VSYS系统供电输入模块相连；电池组的正极与低功耗模块U4的输入端相连，低功耗模块U4的输出端与开关机按键模块POWKEY相连，且低功耗模块U4还与DC/DC模块U5的使能端相连，所述开关机按键模块POWKEY通过控制开关S1接地；电池组的正极与运放模块U3的正向输入端相连，运放模块U3的输出端与电池电压检测模块VBATSENSE相连；所述库仑计模块中的SENSEP信号引脚与电池组的负极相连，库仑计模块中的SENSEN信号引脚与系统中的地线端相连。

2.根据权利要求1所述的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，其特征在于，所述的运放模块U3包括运算放大器A1、电阻R2、电阻R3与电阻R4，所述电池组的正极与运算放大器A1中的同相输入端之间通过电阻R2连接，运算放大器A1中的同相输入端通过电阻R3接地，运算放大器A1中的同相输入端与运算放大器A1的输出端之间通过电阻R4连接，运算放大器A1中的反相输入端与运算放大器A1的输出端相连，运算放大器A1的输出端与电池电压检测模块VBATSENSE相连。

3.根据权利要求2所述的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，其特征在于，所述的低功耗模块U4包括PMOS管Q1、二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4，所述电池组的正极与PMOS管Q1中的源极相连，PMOS管Q1中的栅极与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与二极管D3的负极相连，且二极管D2的负极与二极管D3的负极之间外接控制开关S1，二极管D3的正极与开关机按键模块POWKEY相连，所述PMOS管Q1中的漏极与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与DC/DC模块U5中的使能端相连，DC/DC模块U5中的使能端还与二极管D4的负极相连，二极管D4的正极与系统中的开机默认输出高电平的GPIO端口相连。

4.根据权利要求3所述的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，其特征在于，所述的低功耗模块U4还包括上拉电阻R5，所述PMOS管Q1中的源极与PMOS管Q1中的栅极之间连接上拉电阻R5。

5.根据权利要求3或4所述的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，其特征在于，所述的二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4均采用肖特基二极管的设置。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于MTK平台改进的低功耗双节锂电池系统，其特征在于，所述的电池组的正极与检测电路相连，所述检测电路包括有升压充电芯片U2与充电器插口VCHG，所述升压充电芯片U2的输入端与充电器插口VCHG相连，升压充电芯片U2的输出端与电池组的正极相连。

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