[發(fā)明專利]鋰電池電源管理電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210113740.7
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN103378616A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳珂;王傳芳;白建雄
• 申請（專利權(quán)）人: 啟攀微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 上海華工專利事務(wù)所 31104
• 代理人: 應(yīng)云平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電源管理領(lǐng)域，特別涉及一種充分復(fù)用器件的鋰電池電源管理電路。

背景技術(shù)

如圖1所示，現(xiàn)在一個典型的單節(jié)鋰電池設(shè)備通常包括充電管理芯片，開關(guān)電源輸出。該系統(tǒng)包含一個充電管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)利用外部電源對鋰電池充電，一個放電管理子系統(tǒng)利用鋰電池給系統(tǒng)供電。通常上述兩個子系統(tǒng)都有獨立的開關(guān)電源和外部電感。以實現(xiàn)高效率的電源轉(zhuǎn)換。

充電管理子系統(tǒng)通常包含一個開關(guān)電源，和恒流恒壓控制。若輸入電源比鋰電池電壓高。我們稱為降壓充電。如圖2所示，降壓開關(guān)電源需要兩個開關(guān)管S1和S2，降壓控制模塊，一個電感L1，一個輸出電容C1。降壓控制模塊產(chǎn)生PWM信號控制S1和S2(PWM即脈寬調(diào)制)，它們負(fù)責(zé)將輸入電壓傳換成略高于鋰電池的電壓。而恒流恒壓系統(tǒng)是開關(guān)管S3以及恒流恒壓控制模塊組成，依據(jù)鋰電池需要的充電要求，實現(xiàn)先小電流恒定電流充電(也稱涓流)，然后大電流恒定電流充電，最后恒定電壓充電。恒流恒壓控制模塊使得開關(guān)管S3表現(xiàn)為恒流源或LDO輸出實現(xiàn)上述功能。若輸入電源比鋰電池電壓低。我們稱為升壓充電。如圖3所示，升壓開關(guān)電源需要兩個開關(guān)管S1和S2，升壓控制模塊，一個電感L1，一個輸出電容C1。升壓控制模塊產(chǎn)生PWM信號控制S1和S2(PWM即脈寬調(diào)制)，它們負(fù)責(zé)將輸入電壓傳換成略高于鋰電池的電壓。而恒流恒壓系統(tǒng)是開關(guān)管S3以及恒流恒壓控制模塊組成，依據(jù)鋰電池需要的充電要求，實現(xiàn)先小電流恒定電流充電(也稱涓流)，然后大電流恒定電流充電，最后恒定電壓充電。恒流恒壓控制模塊使得開關(guān)管S3表現(xiàn)為恒流源或LDO輸出實現(xiàn)上述功能。

放電管理子系統(tǒng)通常即為一個簡單的開關(guān)電源，根據(jù)輸入輸出電壓不同可以表現(xiàn)為三種形式。通常單節(jié)鋰電池工作電壓范圍在2.9V到4.2V之間，若需要2.5V或1.8V這樣的輸出電壓，則系統(tǒng)采用降壓電源轉(zhuǎn)換。

如圖4所示，降壓開關(guān)電源需要兩個開關(guān)管S1和S2，降壓控制模塊，一個電感L1，一個輸出電容C1。降壓控制模塊產(chǎn)生PWM信號控制S1和S2(PWM即脈寬調(diào)制)，它們負(fù)責(zé)將鋰電池高壓傳換成目標(biāo)電壓，該目標(biāo)電壓低于鋰電池電壓。

若需要5V或12V這樣的高于單節(jié)鋰電池電壓的輸出電壓，則系統(tǒng)采用升壓電源轉(zhuǎn)換。

如圖5所示，升壓開關(guān)電源需要兩個開關(guān)管S1和S2，升壓控制模塊，一個電感L1，一個輸出電容C1。升壓控制模塊產(chǎn)生PWM信號控制S1和S2(PWM即脈寬調(diào)制)，它們負(fù)責(zé)將鋰電池高壓傳換成目標(biāo)電壓，該目標(biāo)電壓高于鋰電池電壓。

若需要3.6V或3.3V這樣的在單節(jié)鋰電池電壓附近的輸出電壓，則系統(tǒng)采用降壓-升壓電源轉(zhuǎn)換。

如圖6所示，降壓-升壓開關(guān)電源需要4個開關(guān)管S1、S2、S3和S4，降壓-升壓控制模塊，一個電感L1，一個輸出電容C1。升壓控制模塊產(chǎn)生PWM信號控制S1、S2、S3和S4(PWM即脈寬調(diào)制)，工作時候S1和S3作為一組開關(guān)同時導(dǎo)通或關(guān)閉，S2和S4作為一組開關(guān)同時導(dǎo)通或關(guān)閉。它們負(fù)責(zé)將鋰電池高壓傳換成目標(biāo)電壓，該目標(biāo)電壓在鋰電池電壓附近。圖6所示架構(gòu)也能實現(xiàn)單純的升壓或降壓，但是由于同時有4個開關(guān)管在工作，開關(guān)管的驅(qū)動電流和導(dǎo)通電阻都將消耗額外功耗，因此效率較圖4和圖5要低不少。

為實現(xiàn)高效率、寬電壓范圍的充放電管理。整個系統(tǒng)需要集成2種充電管理子系統(tǒng)和3種放電管理子系統(tǒng)。若直接集成，系統(tǒng)中將有5個電感，12個開關(guān)管。由于電感和開關(guān)管的數(shù)量直接影響系統(tǒng)成本，這么多的電感和開關(guān)管將導(dǎo)致系統(tǒng)成本急劇上升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)寬電壓范圍的充電管理和放電管理，降低系統(tǒng)成本的鋰電池電源管理電路。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明鋰電池電源管理電路包括依次串聯(lián)的第六開關(guān)、第四開關(guān)、電感及第五開關(guān)，所述第六開關(guān)的另外一端與鋰電池連接，所述第五開關(guān)的另外一端與輸出電源連接；第一電容，所述第一電容一端連接于所述第六開關(guān)與所述第四開關(guān)的連接點，所述第一電容的另外一端接地；第三開關(guān)，所述第三開關(guān)一端連接于所述第四開關(guān)與所述電感的連接點，所述第三開關(guān)的另外一端接地；第二開關(guān)，所述第二開關(guān)一端連接于所述電感與所述第五開關(guān)的連接點，所述第二開關(guān)的另外一端接地；第一開關(guān)，所述第一開關(guān)一端連接于所述電感與所述第五開關(guān)的連接點，所述第一開關(guān)的另外一端與輸入電源連接；第二電容，所述第二電容一端連接于所述第五開關(guān)與所述輸出電源的連接點，所述第一電容的另外一端接地。

所述鋰電池電源管理電路還進一步包括一控制模塊，所述控制模塊與所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)、所述第四開關(guān)及所述第五開關(guān)連接。