JP2020505894A - 電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路 - Google Patents
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Abstract
本発明は電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路であって、スイッチモジュール（１０１）と、スイッチ制御モジュール（１０２）と、電池コネクタモジュール（１０３）と、外部電源コネクタモジュール（１０４）とを含み、スイッチモジュールの第１端が、電池コネクタモジュールとつながっており、その第２端がスイッチ制御モジュールの第２端とつながっており、その第３端が給電出力端として、外部電源コネクタモジュールとつながっており、スイッチモジュールが、第１制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから給電出力端の間の給電回路をオフし、第２制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから給電出力端の間の給電回路をオンすることに用いられ、スイッチ制御モジュールが、外部電源信号を受信したか否かにより、第１又は第２制御信号を出力することに用いられ、電池コネクタモジュールが、電池に接続されることに用いられ、外部電源コネクタモジュールが、外部電源に接続されることに用いられる。【選択図】図１
Description
本発明は、端末技術分野に関し、特に電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路に関する。
現在、移動スマート端末は、非常に幅広く適用されており、かなりの程度普及が進んでいて、デザインメーカーが、ファッショナブルな外観のために、構成上でますます薄くしていく結果、これら移動スマート端末において、内蔵電池(即ち、取り外し不能な電池)を採用することが多く、取り外し可能な電池に対して、同一容量の内蔵電池が占有したスペースがもっと小さいことから、携帯電話が性能を保つとともに、より軽薄で見栄えがあるようになった。
しかし、通常、内蔵電池はリチウムイオン電池を採用し、その寿命が充電回数の増加につれて減少し、充電サイクルごとにその寿命が若干短くなる。携帯電話は、その他の給電方式を欠くため、内蔵電池の使用寿命が比較的に短い。無線端末の内蔵電池は劣化して利用できなくなると、ユーザが携帯電話全体の入れ替又は携帯電話をメーカーに返してバックカバー(内蔵電池を含む)の入れ替を行わざるを得ず、ユーザの携帯電話の利用コストを増加させてしまう。
本発明は、解決しようとする課題が電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路を提供することにあり、電池を取り出すことなく電子デバイスに対し外部電源による給電を行い、電池の使用寿命を延長することができる。
本発明の実施例は、電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路を提供し、
スイッチモジュールと、スイッチ制御モジュールと、電池コネクタモジュールと、外部電源コネクタモジュールとを含み、前記スイッチモジュールの第１端が、前記電池コネクタモジュールとつながっており、前記スイッチモジュールの第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端とつながっており、前記スイッチモジュールの第３端が給電出力端として、前記外部電源コネクタモジュールとつながっており、
前記スイッチモジュールが、前記スイッチ制御モジュールから出力された第１制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから前記給電出力端の間の給電回路をオフし、前記スイッチ制御モジュールから出力された第２制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから前記給電出力端の間の給電回路をオンすることに用いられ、
前記スイッチ制御モジュールが、前記外部電源コネクタモジュールから出力された外部電源信号を受信した時、第１制御信号を出力し、前記外部電源コネクタモジュールから出力された外部電源信号を受信しなかった時、第２制御信号を出力することに用いられ、
前記電池コネクタモジュールが、電池に接続された時、電池電源信号をスイッチモジュールに出力することに用いられ、
前記外部電源コネクタモジュールが、外部電源に接続された時、外部電源信号をスイッチモジュールとスイッチ制御モジュールとに出力することに用いられる。
スイッチモジュールと、スイッチ制御モジュールと、電池コネクタモジュールと、外部電源コネクタモジュールとを含み、前記スイッチモジュールの第１端が、前記電池コネクタモジュールとつながっており、前記スイッチモジュールの第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端とつながっており、前記スイッチモジュールの第３端が給電出力端として、前記外部電源コネクタモジュールとつながっており、
前記スイッチモジュールが、前記スイッチ制御モジュールから出力された第１制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから前記給電出力端の間の給電回路をオフし、前記スイッチ制御モジュールから出力された第２制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから前記給電出力端の間の給電回路をオンすることに用いられ、
前記スイッチ制御モジュールが、前記外部電源コネクタモジュールから出力された外部電源信号を受信した時、第１制御信号を出力し、前記外部電源コネクタモジュールから出力された外部電源信号を受信しなかった時、第２制御信号を出力することに用いられ、
前記電池コネクタモジュールが、電池に接続された時、電池電源信号をスイッチモジュールに出力することに用いられ、
前記外部電源コネクタモジュールが、外部電源に接続された時、外部電源信号をスイッチモジュールとスイッチ制御モジュールとに出力することに用いられる。
１つの例示的な実施例により、前記電池コネクタモジュールが２つの端子を含み、前記外部電源コネクタモジュールが３つの端子を含み、
前記電池コネクタモジュールの第１端が電池正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第１端とつながっており、前記電池コネクタモジュールの第２端が電池負極タブであり、且つグラウンドに接続されており、
前記外部電源コネクタモジュールの第１端が外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第３端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第２端が外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチ制御モジュールの第１端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第３端が外部電源負極タブであり、且つグラウンドに接続されている。
前記電池コネクタモジュールの第１端が電池正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第１端とつながっており、前記電池コネクタモジュールの第２端が電池負極タブであり、且つグラウンドに接続されており、
前記外部電源コネクタモジュールの第１端が外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第３端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第２端が外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチ制御モジュールの第１端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第３端が外部電源負極タブであり、且つグラウンドに接続されている。
１つの例示的な実施例により、前記スイッチモジュールは、Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１を含み、前記Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１のドレインが、前記スイッチモジュールの第１端とし、前記Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１のゲートが、前記スイッチモジュールの第２端とし、前記Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１のソースが、前記スイッチモジュールの第３端としており、
前記スイッチ制御モジュールは、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、第１キャパシタＣ１とを含み、前記第１抵抗Ｒ１の第１端が、前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記第１抵抗Ｒ１の第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端として、且つ前記第２抵抗Ｒ２の第１端と、第１キャパシタＣ１の第１端とのいずれともつながっており、前記第２抵抗Ｒ２の第２端と、前記第１キャパシタＣ１の第２端とのいずれも、グラウンドに接続されており、
ただし、前記第１抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ1と第２抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ2との間が、以下の条件を満たす。
ただし、ＶSS2が外部電源の電圧であり、ＵTHがＰチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１を導通可能なゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧の絶対値の下限である。
前記スイッチ制御モジュールは、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、第１キャパシタＣ１とを含み、前記第１抵抗Ｒ１の第１端が、前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記第１抵抗Ｒ１の第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端として、且つ前記第２抵抗Ｒ２の第１端と、第１キャパシタＣ１の第１端とのいずれともつながっており、前記第２抵抗Ｒ２の第２端と、前記第１キャパシタＣ１の第２端とのいずれも、グラウンドに接続されており、
ただし、前記第１抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ1と第２抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ2との間が、以下の条件を満たす。
１つの例示的な実施例により、前記スイッチモジュールが、Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１を含み、前記Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１のソースが、前記スイッチモジュールの第１端とし、前記Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１のゲートが、前記スイッチモジュールの第２端とし、前記Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１のドレインが、前記スイッチモジュールの第３端としており、
前記スイッチ制御モジュールが、昇圧モジュールＵ１を含み、前記昇圧モジュールの第１端が、前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記昇圧モジュールの第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端とし、前記昇圧モジュールの第３端が、前記スイッチ制御モジュールの第３端としており、
前記昇圧モジュールが、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がハイレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理を禁止し、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がローレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理を行わせることができることに用いられ、ただし、前記昇圧処理が、前記昇圧モジュールの第１端の入力電圧に対し昇圧処理を行って昇圧信号を獲得し、且つ前記昇圧モジュールの第２端で前記昇圧信号を出力することであり、
前記昇圧モジュールの第２端が、第１抵抗Ｒ１に接続することによりグラウンドに接続されており、前記昇圧モジュールの第３端が、第２抵抗Ｒ２に接続することによりグラウンドに接続されており、
ただし、昇圧モジュールの昇圧処理が、以下の条件を満たす。
|ＶH−ＶSS1|≧ＵTH
ただし、ＶHが昇圧信号の電圧であり、ＶSS1が電池電源の電圧であり、ＵTHが、Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１を導通可能なゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧の絶対値の下限である。
前記スイッチ制御モジュールが、昇圧モジュールＵ１を含み、前記昇圧モジュールの第１端が、前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記昇圧モジュールの第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端とし、前記昇圧モジュールの第３端が、前記スイッチ制御モジュールの第３端としており、
前記昇圧モジュールが、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がハイレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理を禁止し、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がローレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理を行わせることができることに用いられ、ただし、前記昇圧処理が、前記昇圧モジュールの第１端の入力電圧に対し昇圧処理を行って昇圧信号を獲得し、且つ前記昇圧モジュールの第２端で前記昇圧信号を出力することであり、
前記昇圧モジュールの第２端が、第１抵抗Ｒ１に接続することによりグラウンドに接続されており、前記昇圧モジュールの第３端が、第２抵抗Ｒ２に接続することによりグラウンドに接続されており、
ただし、昇圧モジュールの昇圧処理が、以下の条件を満たす。
|ＶH−ＶSS1|≧ＵTH
ただし、ＶHが昇圧信号の電圧であり、ＶSS1が電池電源の電圧であり、ＵTHが、Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１を導通可能なゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧の絶対値の下限である。
１つの例示的な実施例により、前記昇圧モジュールは、昇圧チップを含み、前記昇圧チップの給電電源端が、前記電池コネクタモジュールとつながっている。
先行技術と比べて、本発明の実施例で提供した電池と外部電源による給電を互換可能な回路は、電池電源と外部電源との間にスイッチモジュールとスイッチ制御モジュールを増やし、前記スイッチ制御モジュールが、外部電源に接続できたか否か検出することで異なる制御信号をスイッチモジュールに出力し、前記スイッチモジュールが、外部電源に接続できたことと対応する制御信号を受信した時、電池給電回路をオフして、外部電源により給電することとなる。本発明の実施例は、電池を取り出すことなく、電子デバイスに対して外部電源による給電を行い、電池の使用寿命を延長することができる。
本発明の目的や、技術案と利点をより明らかにさせるために、以下は図面を合わせて本発明の実施例について詳細に説明する。なお、競合しない範囲で、本発明の実施例及び実施例における特徴がお互いに任意に組み合わせることが可能である。
［実施例１］
図１に示したように、本発明の実施例は、電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路を提供し、スイッチモジュール１０１と、スイッチ制御モジュール１０２と、電池コネクタモジュール１０３と、外部電源コネクタモジュール１０４とを含み、前記スイッチモジュール１０１の第１端が前記電池コネクタモジュール１０３とつながっており、前記スイッチモジュール１０１の第２端が前記スイッチ制御モジュール１０２の第２端とつながっており、前記スイッチモジュール１０１の第３端が給電出力端として前記外部電源コネクタモジュール１０４とつながっている。
図１に示したように、本発明の実施例は、電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路を提供し、スイッチモジュール１０１と、スイッチ制御モジュール１０２と、電池コネクタモジュール１０３と、外部電源コネクタモジュール１０４とを含み、前記スイッチモジュール１０１の第１端が前記電池コネクタモジュール１０３とつながっており、前記スイッチモジュール１０１の第２端が前記スイッチ制御モジュール１０２の第２端とつながっており、前記スイッチモジュール１０１の第３端が給電出力端として前記外部電源コネクタモジュール１０４とつながっている。
前記スイッチモジュール１０１は、前記スイッチ制御モジュール１０２から出力された第１制御信号を受信した時、電池コネクタモジュール１０３から前記給電出力端の間の給電回路をオフし、前記スイッチ制御モジュール１０２から出力された第２制御信号を受信した時、電池コネクタモジュール１０３から前記給電出力端の間の給電回路をオンすることに用いられる。
前記スイッチ制御モジュール１０２は、前記外部電源コネクタモジュール１０４から出力された外部電源信号を受信した時に第１制御信号を出力し、前記外部電源コネクタモジュール１０４から出力された外部電源信号を受信しなかった時に第２制御信号を出力することに用いられる。
前記電池コネクタモジュール１０３は、電池に接続された時に電池電源信号をスイッチモジュール１０１に出力することに用いられる。
前記外部電源コネクタモジュール１０４は、外部電源に接続された時に外部電源信号をスイッチモジュール１０１とスイッチ制御モジュール１０２とに出力することに用いられる。
前記制御回路は、さらに以下の特徴を含んでもよい。
図２に示したように、一の実施形態において、前記電池コネクタモジュールは２つの端子を含み、前記外部電源コネクタモジュールは３つの端子を含む。
前記電池コネクタモジュールの第１端は、電池正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第１端とつながっており、前記電池コネクタモジュールの第２端は、電池負極タブであり、且つグラウンドに接続されている。
前記外部電源コネクタモジュールの第１端は、外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第３端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第２端は、外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチ制御モジュールの第１端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第３端は、外部電源負極タブであり、グラウンドに接続されている。
図３に示したように、一の実施形態において、前記スイッチモジュールは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)Ｐ１を含み、前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１のドレインが、前記スイッチモジュールの第１端とし、前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１のゲートが、前記スイッチモジュールの第２端とし、前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１のソースが、前記スイッチモジュールの第３端とする。
前記スイッチ制御モジュールは、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、第１キャパシタＣ１とを含み、前記第１抵抗Ｒ１の第１端が、前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記第１抵抗Ｒ１の第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端として、且つ前記第２抵抗Ｒ２の第１端と第１キャパシタＣ１の第１端とのいずれともつながっており、前記第２抵抗Ｒ２の第２端と前記第１キャパシタＣ１の第２端とのいずれも、グラウンドに接続されている。
本実施例において、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１は、オン条件が満たされた時に導通され、オン条件が満たされない時に遮断されて、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１が導通された時、ドレインとソースの間の回路がオンされ、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１が遮断された時、ドレインとソースの間の回路がオフされる。
本実施例において、前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタ(単にＰＭＯＳトランジスタと称する)Ｐ１は、ソース電圧がＵSで、ゲート電圧がＵGで、ドレイン電圧がＵDであり、電池電源電圧がＶSS1で、外部電源電圧がＶSS2であり、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧ＵGSがＵGS＝ＵG−ＵSで、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のオン電圧がＵTHであり、ＵTHが、ＰＭＯＳトランジスタＰ１を導通可能なゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧の絶対値の下限である。
ただし、前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１のオン条件は、ソース電圧ＵSがゲート電圧ＵGより大きく、且つゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値がＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１のオン電圧ＵTH以上であることとなる。
外部電源が入った時に電池給電回路をオフするという目的を達するように、前記第１抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ1と第２抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ2の間が、以下の条件を満たす。
外部電源が入った時に電池給電回路をオフするという目的を達するように、以下は３種類の状況に分けて、ＰＭＯＳトランジスタの導通と遮断を分析していく。
(一)電池コネクタモジュールは電池に接続されており、外部電源コネクタモジュールは外部電源に接続されていない状況
外部電源コネクタモジュールが外部電源に接続されていない時、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲートは、抵抗Ｒ２を介してグラウンドに接続されており、ゲート電圧ＵGが０ｖである。電池コネクタモジュールが電池に接続さている時、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のドレインは、電池の正極に接続され、ドレイン電圧ＵDがＵD＝ＶSS1である。ＰＭＯＳトランジスタＰ１のドレインとソースの間に寄生ダイオード効果(寄生ダイオードの陽極がドレインに接されており、寄生ダイオードの陰極がソースに接されている)が存在するため、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のソース電圧ＵSがＵS＝ＵD−ＶDT＝ＶSS1−ＶDTであり、ただし、ＶDTが寄生ダイオードＤ１の順方向電圧降下である。リチウム電池は、出力電圧が通常２.３ｖより大きく、最大出力電圧が通常４.３５ｖであり、ダイオードは、順方向電圧降下ＶDTが通常０.７ｖより小さいため、ソース電圧ＵSが通常１.６ｖより大きく、オン電圧ＵTHが１ｖ以下のＰＭＯＳトランジスタＰ１を選択することができ、そうすると、この時、ソース電圧ＵSがゲート電圧ＵGより大きくなり、且つゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値(|ＵGS|≧１.６ｖ)がＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＰ１のオン電圧ＵTH (０<ＵTH≦１ｖ)より大きくなり、ＰＭＯＳトランジスタＰ１が導通され、電流がＰＭＯＳトランジスタＰ１のドレインからソースへ流れて、電池給電回路がオン状態にあり、電池により給電を行うこととなる。
(二)電池コネクタモジュールは電池に接続されておらず、外部電源コネクタモジュールは外部電源に接続されている状況
外部電源コネクタモジュールが外部電源に接続されている時、ＰＭＯＳトランジスタＰ１は、ソースが外部電源の正極に接続され、ソース電圧ＵSが外部電源電圧ＶSS2であり、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のドレインがフローティングして、ドレインとソースの間の寄生ダイオードＤ１がオフする。
ＰＭＯＳトランジスタＰ１は、ゲート電圧ＵGが以下のようである。
ただし、ｒ1が第１抵抗Ｒ１の抵抗値であり、ｒ2が第２抵抗Ｒ２の抵抗値である。
ゲート・ソース電圧ＵGSは、以下のようである。
この時のＰＭＯＳトランジスタＰ１が遮断されることを確保するために、ゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値をＰＭＯＳトランジスタＰ１のオン電圧ＵTHより小さくさせる必要があり、即ち、以下の式を満たす必要がある。
つまり、以下の式を満たす必要もある。
第１抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ1と第２抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ2の間が、上記式(１−４)を満たすと、外部電源コネクタモジュールが外部電源に接続された後、ＰＭＯＳトランジスタＰ１が遮断されることを確保することができる。
例えば、ｒ2：ｒ1を１００：１に設計すると、外部電源電圧ＶSS2が電池の最大出力電圧ＶSS1-max (４.３５ｖ)と等しい時、ゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値|ＵGS|が約０.０４３ｖとなり、オン電圧ＵTHよりもはるかに小さくなるため、ＰＭＯＳトランジスタＰ１がオフして、外部電源給電回路がオン状態にあり、電池給電回路がオフ状態にあり、外部電源により給電を行うこととなる。
(三)電池コネクタモジュールは電池に接続されており、外部電源コネクタモジュールは外部電源に接続されている状況
外部電源コネクタモジュールが外部電源に接続されている時、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のソースが外部電源の正極に接続され、ソース電圧ＵSが外部電源電圧ＶSS2であり、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のドレインが電池正極に接続され、ドレイン電圧ＵDが電池電源電圧ＶSS1であり、外部電源電圧ＶSS2が電池の最大出力電圧ＶSS1-maxと等しい時、ドレインとソースの間の寄生ダイオードＤ１をオフする。
ＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲート電圧ＵGが、以下のようである。
ただし、ｒ1が第１抵抗Ｒ１の抵抗値で、ｒ2が第２抵抗Ｒ２の抵抗値である。
ゲート・ソース電圧ＵGSが、以下のようである。
この時のＰＭＯＳトランジスタＰ１が遮断されることを確保するために、ゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値をＰＭＯＳトランジスタＰ１のオン電圧ＵTHより小さくさせる必要があり、即ち、以下の式を満たす必要がある。
つまり、以下の式を満たす必要もある。
第１抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ1と第２抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ2の間が、上記式(２−４)を満たすと、外部電源コネクタモジュールが外部電源に接続された後、ＰＭＯＳトランジスタＰ１が遮断されることを確保することができる。
例えば、ｒ2：ｒ1を１００：１に設計すると、外部電源電圧ＶSS2が電池の最大出力電圧ＶSS1-max (４.３５ｖ)と等しい時、ゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値|ＵGS|が約０.０４３ｖとなり、オン電圧ＵTHよりもはるかに小さくなるため、ＰＭＯＳトランジスタＰ１がオフして、外部電源給電回路がオン状態にあり、電池給電回路がオフ状態にあり、外部電源により給電を行うこととなる。
図４に示したように、一の実施形態において、前記スイッチモジュールは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)Ｎ１を含む。
前記ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１のソースが、前記スイッチモジュールの第１端とし、前記ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１のゲートが、前記スイッチモジュールの第２端とし、前記ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１のドレインが、前記スイッチモジュールの第３端とする。
前記スイッチ制御モジュールは、昇圧モジュールＵ１を含み、前記昇圧モジュールの第１端が前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記昇圧モジュールの第２端が前記スイッチ制御モジュールの第２端とし、前記昇圧モジュールの第３端が前記スイッチ制御モジュールの第３端とする。
前記昇圧モジュールは、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がハイレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理が禁止され、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がローレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理を行わせることに用いられる。ただし、前記昇圧処理は、前記昇圧モジュールの第１端の入力電圧に対し昇圧処理を行って、昇圧信号を獲得し且つ前記昇圧モジュールの第２端で前記昇圧信号を出力する。
前記昇圧モジュールの第２端は、第１抵抗Ｒ１に接続することによりグラウンドに接続し、前記昇圧モジュールの第３端は、第２抵抗Ｒ２に接続することによりグラウンドに接続する。
本実施例において、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１は、オン条件が満たされた時に導通され、オン条件が満たされない時に遮断されて、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１が導通された時、ドレインとソースの間の回路がオンされ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１が遮断された時、ドレインとソースの間の回路がオフされる。
本実施例において、前記ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタ(単にＮＭＯＳトランジスタと称する)Ｎ１は、ソース電圧がＵSで、ゲート電圧がＵGで、ドレイン電圧がＵDであり、電池電源電圧がＶSS1で、外部電源電圧がＶSS2であり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧ＵGSがＵGS＝ＵG−ＵSであり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のオン電圧がＵTHである。
ただし、前記ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１のオン条件は、ゲート電圧ＵGがソース電圧ＵSより大きく、且つゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値がＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１のオン電圧ＵTH以上であることとなる。
前記昇圧モジュールが昇圧チップを採用した場合、前記昇圧チップの電源端が前記電池コネクタモジュールとつながっており、即ち、前記昇圧チップの給電電圧が電池から取られたものであり、前記電池コネクタモジュールが電池に接続されている時、前記昇圧チップが作動状態にあり、前記電池コネクタモジュールが電池に接続されていない時、前記昇圧チップが給電電源を欠けるため、非作動状態にある。外部電源が入った時に電池給電回路をオフするという目的を達するように、以下は３種類の状況に分けて、ＮＭＯＳトランジスタの導通と遮断を分析していく。
(一)電池コネクタモジュールは電池に接続されており、外部電源コネクタモジュールは外部電源に接続されていない状況
電池コネクタモジュールが電池に接続されている時、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のソースが電池の正極に接続され、ソース電圧ＵSがＵS＝ＶSS1である。外部電源コネクタモジュールが外部電源に接続されていない時、昇圧モジュールの第３端の電圧がローレベル(０ｖ)となり、前記昇圧モジュールが昇圧処理を行い、前記昇圧処理が、前記昇圧モジュールの第１端の入力電圧(ＶSS1)に対し昇圧処理を行って昇圧信号ＶHを獲得し、且つ前記昇圧モジュールの第２端で前記昇圧信号ＶHを出力し、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲートが前記昇圧モジュールの第２端に接続されており、前記ゲート電圧ＵGがＶHであり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧ＵGSが、ＵGS＝ＵG−ＵS＝ＶH −ＶSS1である。
ゲート・ソース電圧ＵGSの絶対値|ＵGS|が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１のオン電圧ＵTH以上である場合、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１は導通される。ただし、ＵTHがＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１を導通可能なゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧の絶対値の下限である。
即ち、昇圧モジュールの昇圧処理が下述条件を満たした場合、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１は導通される。
|ＶH−ＶSS1|≧ＵTH (３−１)
|ＶH−ＶSS1|≧ＵTH (３−１)
通常、リチウム電池の出力電圧は２.３ｖから４.３５ｖの間であり、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＮ１のオン電圧ＵTHは１ｖを超えないため、昇圧処理が入力電圧に対し線形増幅すると、適宜な放大倍数(例えば、１.５倍以上) を選出すれば、昇圧モジュール出力電圧と入力電圧との差値がＮＭＯＳトランジスタオン電圧以上である条件を満たすことができる。
ＮＭＯＳトランジスタＮ１が導通された後、電流がＮＭＯＳトランジスタＮ１のドレインからソースへ流れて、電池給電回路がオン状態にあり、電池により給電を行うこととなる。
(二)電池コネクタモジュールは電池に接続されておらず、外部電源コネクタモジュールは外部電源に接続されている状況
前記電池コネクタモジュールが電池に接続されていない時、前記昇圧チップが、給電電源を欠けるため、非作動状態にあり、前記昇圧モジュールの第２端が、抵抗Ｒ１を介してグラウンドに接続されており、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲートが前記昇圧モジュールの第２端とつながっており、電圧が０ｖとなる。ＮＭＯＳトランジスタＮ１のソースが、前記電池コネクタモジュールの第１端とつながっている(電池コネクタモジュールが電池に接続されていない時は、前記第１端はフローティングする)ため、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧ＵGSが、オン電圧ＵTHより小さくなり、前記ＮＭＯＳトランジスタＮ１が遮断され、外部電源給電回路がオン状態にあり、電池給電回路がオフ状態にあり、外部電源により給電を行うこととなる。
(三)電池コネクタモジュールは電池に接続されており、外部電源コネクタモジュールは外部電源に接続されている状況
電池コネクタモジュールが電池に接続されている時、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のソースは、電池の正極に接続され、ソース電圧ＵSがＵS＝ＶSS1である。
外部電源コネクタモジュールが外部電源に接続されている時、昇圧モジュールの第３端の電圧がハイレベル(外部電源電圧ＶSS2)となり、前記昇圧モジュールによる昇圧処理が禁止され、前記昇圧モジュールの第２端では昇圧信号の出力がなく、前記昇圧モジュールの第２端が抵抗Ｒ１を介してグラウンドに接続されており、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲートが前記昇圧モジュールの第２端とつながっており、ゲート電圧が０ｖとなる。
ＮＭＯＳトランジスタＮ１のソース電圧ＵS (ＶSS1)がゲート電圧ＵG (０ｖ)より大きいため、ＮＭＯＳトランジスタＮ１の導通条件が満たされておらず、ＮＭＯＳトランジスタＮ１が遮断され、外部電源給電回路がオン状態にあり、電池給電回路がオフ状態にあり、外部電源により給電を行うこととなる。
なお、本発明は、その他の多種の実施例を有してもよく、本発明の要旨及びその実質から離脱することなく、当業者が本発明により様々な変更と変形が可能であるが、これらの変更と変形が本発明に付した請求項の保護範囲に属するべきものである。
本発明の実施例で提供した技術案が、端末技術分野に適用することができる。本発明の実施例で提供した技術案を採用することにより、電池電源と外部電源との間にスイッチモジュールとスイッチ制御モジュールを増やし、前記スイッチ制御モジュールが、外部電源に接続できたか否か検出することで異なる制御信号をスイッチモジュールに出力し、前記スイッチモジュールが、外部電源に接続できたことと対応する制御信号を受信した時、電池給電回路をオフして、外部電源により給電することとなる。本発明の実施例は、電池を取り出すことなく、電子デバイスに対して外部電源による給電を行い、電池の使用寿命を延長することができる。
Claims (5)
- 電池と外部電源の給電を互換可能な制御回路であって、
スイッチモジュールと、スイッチ制御モジュールと、電池コネクタモジュールと、外部電源コネクタモジュールとを含み、前記スイッチモジュールの第１端が、前記電池コネクタモジュールとつながっており、前記スイッチモジュールの第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端とつながっており、前記スイッチモジュールの第３端が給電出力端として、前記外部電源コネクタモジュールとつながっており、
前記スイッチモジュールが、前記スイッチ制御モジュールから出力された第１制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから前記給電出力端の間の給電回路をオフし、前記スイッチ制御モジュールから出力された第２制御信号を受信した時、電池コネクタモジュールから前記給電出力端の間の給電回路をオンするように設置され、
前記スイッチ制御モジュールが、前記外部電源コネクタモジュールから出力された外部電源信号を受信した時、第１制御信号を出力し、前記外部電源コネクタモジュールから出力された外部電源信号を受信しなかった時、第２制御信号を出力するように設置され、
前記電池コネクタモジュールが、電池に接続された時、電池電源信号をスイッチモジュールに出力するように設置され、
前記外部電源コネクタモジュールが、外部電源に接続された時、外部電源信号をスイッチモジュールとスイッチ制御モジュールとに出力するように設置される、制御回路。 - 前記電池コネクタモジュールが２つの端子を含み、前記外部電源コネクタモジュールが３つの端子を含み、
前記電池コネクタモジュールの第１端が電池正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第１端とつながっており、前記電池コネクタモジュールの第２端が電池負極タブであり、且つグラウンドに接続されており、
前記外部電源コネクタモジュールの第１端が外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチモジュールの第３端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第２端が外部電源正極タブであり、且つ前記スイッチ制御モジュールの第１端とつながっており、前記外部電源コネクタモジュールの第３端が外部電源負極タブであり、且つグラウンドに接続されている、請求項１に記載の制御回路。 - 前記スイッチモジュールは、Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１を含み、前記Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１のドレインが、前記スイッチモジュールの第１端とし、前記Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１のゲートが、前記スイッチモジュールの第２端とし、前記Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＰ１のソースが、前記スイッチモジュールの第３端としており、
前記スイッチ制御モジュールは、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、第１キャパシタＣ１とを含み、前記第１抵抗Ｒ１の第１端が、前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記第１抵抗Ｒ１の第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端として、且つ前記第２抵抗Ｒ２の第１端と、第１キャパシタＣ１の第１端とのいずれともつながっており、前記第２抵抗Ｒ２の第２端と、前記第１キャパシタＣ１の第２端とのいずれも、グラウンドに接続されており、
ただし、前記第１抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ1と第２抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ2との間が、以下の条件を満たす、請求項１に記載の制御回路、
- 前記スイッチモジュールが、Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１を含み、前記Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１のソースが、前記スイッチモジュールの第１端とし、前記Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１のゲートが、前記スイッチモジュールの第２端とし、前記Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１のドレインが、前記スイッチモジュールの第３端としており、
前記スイッチ制御モジュールが、昇圧モジュールＵ１を含み、前記昇圧モジュールの第１端が、前記スイッチ制御モジュールの第１端とし、前記昇圧モジュールの第２端が、前記スイッチ制御モジュールの第２端とし、前記昇圧モジュールの第３端が、前記スイッチ制御モジュールの第３端としており、
前記昇圧モジュールが、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がハイレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理を禁止し、前記昇圧モジュールの第３端の電圧がローレベルである時、前記昇圧モジュールによる昇圧処理を行わせることができるように設置され、ただし、前記昇圧処理が、前記昇圧モジュールの第１端の入力電圧に対し昇圧処理を行って昇圧信号を獲得し、且つ前記昇圧モジュールの第２端で前記昇圧信号を出力することであり、
前記昇圧モジュールの第２端が、第１抵抗Ｒ１に接続することによりグラウンドに接続されており、前記昇圧モジュールの第３端が、第２抵抗Ｒ２に接続することによりグラウンドに接続されており、
ただし、昇圧モジュールの昇圧処理が、以下の条件を満たす、請求項１に記載の制御回路、
|ＶH−ＶSS1|≧ＵTH
ただし、ＶHが昇圧信号の電圧であり、ＶSS1が電池電源の電圧であり、ＵTHが、Ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタＮ１を導通可能なゲートとソースとの間のゲート・ソース電圧の絶対値の下限である。 - 前記昇圧モジュールは、昇圧チップを含み、前記昇圧チップの給電電源端が、前記電池コネクタモジュールとつながっている、請求項４に記載の制御回路。
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