CN220985536U - 降压电路、电源管理电路及其电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及电源电路技术领域，公开了一种降压电路、电源管理电路及其电子设备。该降压电路包括：电压输入端被配置为：接收电池包的正极电压；电压输出端被配置为：提供在目标电压范围内的第一电压；具有预设的开启门限电压的电压驱动型器件的输入端与电压输入端连接，输出端连接至电压输出端。第二电压被提供至电压驱动型器件的控制端，通过电压驱动型器件分压后输出至电压输出端；第二电压为：电池包之中，前n节电芯形成的正极电压。其只需要设置一个压控开关即可实现宽输入范围下的直流电压降压功能，有效的减少了所需要的电子元件数量，从而降低了物料成本和PCB板占用面积，有利于产品的小型化和低成本设计。

Description

降压电路、电源管理电路及其电子设备

技术领域

本实用新型涉及电源电路技术领域，特别涉及一种降压电路、电源管理电路及其电子设备。

背景技术

DC-DC降压电路是一种被广泛应用于各种电子设备和系统中的电源转换器。其能够将输入电源的直流电压降低到所需的较低电压级别，以确保电子设备正常工作和性能稳定。

DC-DC降压电路主要是通过电子元件和控制电路，根据输入和输出电压的要求来实现输入电压降低的目标。图1为典型的BUCK回路的DC-DC降压电路。其主要通过控制电路IC1提供的PWM信号来控制开关管Q的动作，从而使其实现宽范围输入电压的降压。

但传统的DC-DC降压电路所需要的电子元件较多，设计方案复杂，经常需要设置有电解电容C01和C02，分压反馈电阻R01和R02等多种元件，所需要的PCB板面积较大，物料成本较高，不利于小型化和低成本的应用。

实用新型内容

本实用新型提供一种降压电路、电源管理电路及其电子设备，旨在解决传统DC-DC降压电路存在的电子元件数量较多，物料成本较高和PCB板占用面积较大的缺陷。

第一方面，本实用新型实施方式提供了一种降压电路。该降压电路应用于多节电芯串联组成的电池包。其包括：电压输入端；所述电压输入端被配置为：接收所述电池包的正极电压；电压输出端；所述电压输出端被配置为：提供第一电压；所述第一电压在预设的目标电压范围内；电压驱动型器件；所述电压驱动型器件的输入端与所述电压输入端连接；大于所述开启门限电压的第二电压被提供至所述电压驱动型器件的控制端，通过所述电压驱动型器件分压后输出至所述电压输出端；所述第二电压为：所述电池包之中，前n节电芯形成的正极电压。

在一些实施例中，还包括：设置在所述电压输入端和所述电压驱动型器件的输入端之间的保护单元；其中，所述保护单元被配置为：限制电能的异常流动。

在一些实施例中，所述保护单元包括：二极管和第一电阻；其中，所述二极管的负极与所述电压输入端连接，所述二极管的正极与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述电压驱动型器件的输入端连接。

在一些实施例中，还包括：第二电阻；所述第二电阻的一端与所述电池包之中前n节电芯的正极连接，所述第二电阻的另一端与所述电压驱动型器件的控制端连接。

在一些实施例中，还包括：第三电阻；所述第三电阻的一端与所述电压驱动型器件的输出端连接，所述第三电阻的另一端接地；所述第三电阻与所述电压驱动型器件的输出端之间的共同连接节点形成所述电压输出端。

在一些实施例中，还包括：第一电容；所述第一电容的一端与所述电压输出端连接，所述第一电容的另一端接地。

在一些实施例中，所述电压驱动型器件为N型MOS管；所述N型MOS管的栅极为所述控制端；所述N型MOS管的漏极为所述输入端；所述N型MOS管的源极为所述输出端。

第二方面，本实用新型实施方式提供了一种电源管理电路。该电源管理电路包括：如上所述的降压电路；低压差线性稳压器；所述低压差线性稳压器的电源输入端与所述降压电路的电压输出端连接；其中，所述降压电路的目标电压范围由所述低压差线性稳压器确定。

在一些实施例中，还包括：第二电容；所述第二电容的一端与所述低压差线性稳压器的电源输出端连接，所述第二电容的另一端接地。

第三方面，本实用新型实施方式还提供了一种电子设备。该电子设备包括：电池包；所述电池包由多节电芯串联组成；如上所述的电源管理电路；以及负载；其中，所述电源管理电路分别与所述电池包和负载连接，被配置为：基于所述电池包提供的电能，形成第三电压并提供给所述负载使用。

本实用新型实施例提供的降压电路、电源管理电路及其电子设备的有益效果是：利用电压驱动型器件的控制端连接到电池包之中部分串联电芯的正极的方式，只需要设置一个压控开关即可实现宽输入范围下的直流电压降压功能，有效的减少了所需要的电子元件数量，从而极大的降低了物料成本和PCB板占用面积，有利于产品的小型化和低成本设计。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，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表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是现有的DC-DC降压电路的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的降压电路的功能框图；

图3是本实用新型实施例提供的降压电路的电路原理图；

图4是本实用新型实施例提供的电源电路的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的电子设备的示意图。

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，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本说明书所使用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上；“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。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。

电池包(Battery Pack)是指由多个能够实现化学能和电能转换的电池单体，以串联、并联和/或串并联的方式连接，配合电池管理系统、散热系统和外壳等一个或者多个功能组件组合形成的电池组合体，其可以对各个电池单体的电能存储和释放进行整合，存储电能并为电动设备提供电力供应。

电芯(Battery Cell)是电池包的基本组成单元。其通常由正极、负极、电解质以及隔膜组成。当然，还可以包括端盖，壳体等的功能性部件。电芯是一个通过化学反应进行电荷转移，从而在正极和负极之间形成一定电压差的装置。依据实际应用情况的不同，电芯可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池、镁离子电池、镍氢电池或者铅酸电池，但不局限于此。另外，电芯的结构外形也可以根据依据实际应用情况的不同，可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

图2为本实用新型实施例的降压电路的示意图。其应用于N节电芯串联组成的电池包10，能够实现将较宽范围的高直流电压输入转换为较小范围内的低直流电压输出。如图2所示，该降压电路20可以包括：电压输入端21、电压输出端22、接地端23以及电压驱动型器件24。

其中，电压输入端21可以连接到电池包10的正极，其被配置为接收电池包的正极电压。该电池包的正极电压是指电池包内全部串联电芯提供的正极电压之和。本领域技术人员可以理解，基于不同的电芯串联数量以及电芯工作电压变化，该电池包的正极电压会在较宽范围内变化。

电压输出端22是降压电路输出第一电压的节点。该第一电压是指在预设的目标电压范围内的电压值。换言之，经过降压处理后的电池包正极电压被转换为较小目标电压范围内的第一电压。在本实施例中，该目标电压范围是一个根据实际情况的需要而确定的，期望降压电路输出的电压值的浮动范围。例如，其可以根据低压差线性稳压器的额定输入电压的要求而设定。

接地端23是连接至参考地的端口。其与电池包10的负极连接至相同的参考地GND。

电压驱动型器件24是整个降压电路20的核心部件。其是根据控制电压的变化来控制开关状态切换的部件。为便于陈述，依据其连接端的功能不同而分别将其称为：电压驱动型器件24的输入端24a、输出端24b以及控制端24c。

在本实施例中，电压驱动型器件24通过开启门限电压来实现对开关状态的切换。具体而言，其控制端24c和输出端24b之间的压差大于开启门限电压时，该电压驱动型器件24处于导通状态，而在控制端24c和输出端24b之间的压差低于开启门限电压时，则处于高阻的断开状态。

具体的，如图3所示，该电压驱动型器件24可以由N型MOS管实现。相应地，N型MOS管的栅极G为控制端，N型MOS管的漏极D为输入端，而N型MOS管的源极S为输出端。可替代地，基于本实用新型提供的发明思路，还可以使用其他任何合适类型的晶体管或者半导体器件实现该电压驱动型器件24。

其中，请继续参阅图2，电压驱动型器件24的输入端24a与电压输入端21连接。电压驱动型器件的输出端24b则连接至电压输出端22。电压驱动型器件24的控制端则连接到电池包之中前n节电芯的正极。在本申请中，为便于描述，使用“第二电压”来前述电池包之中前n节电芯形成的正极电压。

由此，第二电压将会被提供到电压驱动型器件24的控制端，经过该电压驱动型器件24的分压后，形成相应的第一电压在电压输出端中输出。当然，为了确保电压驱动型器件24的导通，第二电压需要大于该电压驱动型器件24的开启门限电压。

可以理解，第二电压是一个变化幅度显著小于电池包的正极电压的值(与n和N之间的比值相关，成比例的缩小)，图2中以n＝4为例进行展示，N可以是5-20之间的正整数。因此，利用电压驱动型器件24的特性，可以使输入的电池包正极电压降低至在目标电压范围内的第一电压输出。

具体的，n是一个根据实际情况的需要而设置的数值。其主要是由每一节电芯提供的电压以及需要输出的第一电压所决定。每一节电芯的电压与n的乘积之和(即第二电压)与第一电压之间的差值不超过电压驱动型器件24的分压。

例如，降压电路的输出端连接到低压差线性稳压器时，第一电压由该低压差线性稳压器的额定输入电压所确定。在低压差线性稳压器所需的额定输入电压较大时，可以适当的选择连接至更多节电芯(即n的数量增加)，而在选择使用额定输入电压较小的低压差线性稳压器时，则相应的选择连接至更少节电芯(即n的数量减少)

图3为本实用新型实施例提供的降压电路的示意图。如图3所示，该降压电路还可以包括：保护单元25。电压驱动型器件24可以由MOS管M1实现。其栅极G为控制端，漏极D为输入端，而源极S为输出端。

其中，该保护单元25设置在电压输入端和电压驱动型器件的输入端之间，被配置为限制电能的异常流动。“异常流动”是指发生了不期望的，因各种因素而导致的非正常电流/电压变化。例如，自电压驱动型器件24流动至电池包10的反向流动，或者过大的电流被输入至电压驱动型器件24等。

具体的，请继续参阅图3，该保护单元25包括：二极管D1和第一电阻R1。

其中，二极管D1的正极与电压输入端21连接，二极管D1的负极与第一电阻R1的一端连接。第一电阻R1的另一端与MOS管M1的漏极D连接。

在本实用新型实施例提供的保护单元之中，二极管D1具有单向导通的特性，可以起到防止倒灌的效果。第一电阻R1可以被设置为具有合适的电阻值，起到限流的作用。

在一些实施例中，请继续参阅图3，该降压电路还包括：第二电阻R2。该第二电阻R2的一端与电池包之中前n节电芯的正极连接(即连接至第二电压，图3中示例性地以连接至前4节电芯进行展示)。第二电阻R2的另一端则与MOS管M1的栅极G连接。本实用新型实施例提供的第二电阻R2可以作为限流电阻，限制栅极G的电流以避免对MOS管造成不利的损害。

在一些实施例中，请继续参阅图3，该降压电路还包括：第三电阻R3。该第三电阻R3的一端与MOS管M1的源极S连接，第三电阻R3的另一端接地GND。第三电阻R3与MOS管M1的源极S之间的共同连接节点形成电压输出端22。本实用新型实施例提供的第三电阻R3可以作为下拉电阻，以确保降压电路工作时的稳定性。

应当说明的是，在本文中使用“电阻”这样的术语并不表示对其具体实现方式的限定。例如，本领域技术人员可以根据实际情况的需要而选择使用任何合适类型的，具有特定电阻值的器件而不限于独立的电阻器。

在一些实施例中，请继续参阅图3，该降压电路还包括：第一电容C1。该第一电容C1的一端与电压输出端22连接，第一电容C1的另一端接地GND。本实用新型实施例提供的第一电容C1可以作为稳压滤波电容，以帮助提升降压电路输出的第一电压的可靠性，确保其能够符合后续电路模块的需要。

图4为本实用新型实施例提供的电源电路的结构示意图。如图4所示，该电源电路除了上述实施例的降压电路以外，还包括：低压差线性稳压器30。

其中，低压差线性稳压器30(Low-Dropout Regulator，LDO)是用于电压稳定和调节电子元件。其可以在输入电压与输出电压之间提供一个稳定的电压差，以确保所需的电压供应给负载。

在本实施例中，该低压差线性稳压器30的电源输入端Vin与降压电路20的电压输出端22连接，接收由降压电路20提供的第一电压。相应地，降压电路20的目标电压范围根据低压差线性稳压器30的额定输入电压所设定。

在实际使用过程中，电池包10提供的正极电压(在较宽范围内变化)首先经过降压电路20的处理，在其输出端形成符合低压差线性稳压器30的额定输入电压要求的第一电压。随后，第一电压被提供至低压差线性稳压器30的电源输入端Vin，经过低压差线性稳压器30的转换和处理后，在其电源输出端Vout形成第三电压(例如，5V或者3.3V电压)，提供给其他电路元件使用。

在一些实施例中，请继续参阅图4，该电源电路还可以包括：第二电容C2。该第二电容C2的一端与低压差线性稳压器30的电源输出端Vout连接，第二电容C2的另一端接地。由此，可以帮助提升低压差线性稳压器30的电源输出端Vout提供的第三电压的稳定，减少其波动。

基于本实用新型实施例提供的电源电路，本实用新型实施例还进一步提供了一种电子设备。其具体可以根据实际应用场景的不同而不同的实现形式。例如，无绳电动工具，新能源控制器或者BMS保护板等。

图5为本实用新型实施例提供的电子设备的功能框图。如图5所示，该电子设备可以包括：电池包10、降压电路20、低压差线性稳压器30以及负载40。

其中，电池包10是能够持续提供为电子设备提供电能的能量源。其具体可以由多节电芯串联组合形成。

降压电路20和低压差线性稳压器30组成前述的电源管理电路，用以将电池包提供的正极电压转换为特定负载所需要的第三电压。具体而言，降压电路20首先将电池包的正极电压转换为满足低压差线性稳压器30的额定输入电压的第一电压，再由低压差线性稳压器30将输入的第一电压转换为第三电压，并提供给负载40使用。

负载40是电子设备中用于消耗电能，以实现一种或者多种功能的电子器件或者其组合。例如，特定的控制器芯片。其通常依赖于特定电压的供电(例如5V或者3.3V电压)。

当然，本领域技术人员可以理解，还可以根据实际情况的需要而选择在电子设备中增加或者减省一个或者多个其他的功能模块。例如能够与用户交互的显示屏或者触摸按键等的输入/输出设备，而不限于图4所示。本领域技术人员还可以根据实际情况的需要而选择性的调整上述电子设备中各个功能单元的划分和设置情况而不限于说明书附图所示。

为充分描述本实用新型实施例的降压电路，以下结合具体实例，对其工作原理和过程进行详细描述。

在本实施例中，电池包可以由5-20个电芯串联组成。每个电芯的工作电压可以在2.5V至4.2V之间变化。由此，电池包所提供的正极电压范围为12.5V(5×2.5V)至84V(20×4.2V)。

降压电路20的电压驱动型器件为N型MOS管M1。该N型MOS管的开启门限电压为2.5V。另外，该N型MOS管的栅极G连接至前4个电芯的正极。由此，提供至控制端G的第二电压在10V至16.8V的范围内(即前四个电芯能够提供的工作电压范围)。

相应地，此时降压电路20的电压输出端22输出的第一电压将在7.5V至14.3V之间浮动，确保其能够符合低压差线性稳压器30的额定输入电压的要求。

低压差线性稳压器30将降压电路20提供的第一电压转换为稳定的3.3V或者5V直流电压，为后续的控制器芯片等低压电路部分提供工作电源，以支持电子设备的运行。

总结而言，本实用新型实施例提供的降压电路具有通用性强和设计简单的特点，能够很好的适用于多电芯串联组成的电池包的降压电路。其只需要利用一个MOS管的导通电阻来达到调整直流电压输入分压值，并且可通过改变n的取值(连接到不同的电芯)来获得不同的降压输出。降压电路的降压值可以大致等于电池包之中，连接至MOS管的栅极的前n节电芯正极的总工作电压值减去开启门限电压的结果。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型作出的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。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，而这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种降压电路，应用于多节电芯串联组成的电池包，其特征在于，包括：

电压输入端；所述电压输入端被配置为：接收所述电池包的正极电压；

电压输出端；所述电压输出端被配置为：提供第一电压；所述第一电压在预设的目标电压范围内；

电压驱动型器件；所述电压驱动型器件的输入端与所述电压输入端连接；所述电压驱动型器件的输出端连接至所述电压输出端；所述电压驱动型器件具有预设的开启门限电压；

其中，大于所述开启门限电压的第二电压被提供至所述电压驱动型器件的控制端，通过所述电压驱动型器件分压后输出至所述电压输出端；所述第二电压为：所述电池包之中，前n节电芯形成的正极电压。

2.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，还包括：设置在所述电压输入端和所述电压驱动型器件的输入端之间的保护单元；

其中，所述保护单元被配置为：限制电能的异常流动。

3.根据权利要求2所述的降压电路，其特征在于，所述保护单元包括：二极管和第一电阻；

其中，所述二极管的正极与所述电压输入端连接，所述二极管的负极与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述电压驱动型器件的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，还包括：第二电阻；所述第二电阻的一端与所述电池包之中前n节电芯的正极连接，所述第二电阻的另一端与所述电压驱动型器件的控制端连接。

5.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，还包括：第三电阻；所述第三电阻的一端与所述电压驱动型器件的输出端连接，所述第三电阻的另一端接地；所述第三电阻与所述电压驱动型器件的输出端之间的共同连接节点形成所述电压输出端。

6.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，还包括：第一电容；所述第一电容的一端与所述电压输出端连接，所述第一电容的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述电压驱动型器件为MOS管；所述MOS管的栅极为所述控制端；所述MOS管的漏极为所述输入端；所述MOS管的源极为所述输出端。

8.一种电源管理电路，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一项所述的降压电路；

低压差线性稳压器；所述低压差线性稳压器的电源输入端与所述降压电路的电压输出端连接；

其中，所述降压电路的目标电压范围由所述低压差线性稳压器确定。

9.根据权利要求8所述电源管理电路，其特征在于，还包括：第二电容；所述第二电容的一端与所述低压差线性稳压器的电源输出端连接，所述第二电容的另一端接地。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

电池包；所述电池包由多节电芯串联组成；

如权利要求8或9所述的电源管理电路；以及

负载；

其中，所述电源管理电路分别与所述电池包和负载连接，被配置为：基于所述电池包提供的电能，形成第三电压并提供给所述负载使用。