充電管理系統的製作方法
2023-07-19 04:22:06
專利名稱：充電管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種充電管理系統，特別是涉及一種高效電池充電管理系統。
背景技術：
隨著技術的提高，人們用的手持終端設備的主頻越來越高、屏幕越來越大，同時對系統的待機時間也提出了更高的要求。因此，手持設備的充電電池的容量也相應地越來越大。而如何來管理電池充電問題則是硬體工程師目前碰到的一個難題。縱觀目前市場上的各類充電設備的集成電路，其比較通用的管理系統中都使用了場效應管。這些充電設備使用MOS場效應管所帶來的第一個問題是場效應管的發熱問題， 其主要原因是沒有使所用的場效應管很好的工作在線性區域。第二個問題是功率利用率低的問題，其原因是沒有處理好外加電流和電壓的在電路元件上的分配問題，使得很大一部分的功耗都降在MOS場效應管上。第三個問題是沒有較好的實時電壓電流檢測和控制功能，以形成過載保護機制。
發明內容
本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中充電設備中的場效應管充電時發熱問題嚴重、功率利用率低以及沒有較好的電流電壓過載保護機制的缺陷，提供一種具有電流、電壓檢測保護功能同時能夠實現電壓動態調整的高效充電管理系統。本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的本發明提供了一種充電管理系統，其特點是該充電管理系統包括一開關控制模塊，用於控制所述充電管理系統的開啟或關閉；一電壓轉換模塊，用於將輸入的一固定直流電壓轉換成一數值可變的直流電壓；一採集轉換模塊，用於將採集的模擬信號轉換成數位訊號；一充電管理模塊，用於接收採集轉換模塊的數位訊號，並控制所述開關控制模塊；一充電電流控制模塊，用於控制調節充電電流的大小；其中該開關控制模塊、電壓轉換模塊、採集轉換模塊、充電管理模塊、充電電流控制模塊依次電連接。較佳地，該開關控制模塊為一 PMOS場效應管，該PMOS場效應管具有一源極、一漏極以及一柵極，所述PMOS場效應管的源極與一適配器的一電壓輸入端DCIN相連接，所述PMOS場效應管的漏極與所述電壓轉換模塊的一 DC-DC直流-直流轉換器的一輸入端相連接，所述PMOS場效應管的柵極與所述充電管理模塊的一控制端相連接。較佳地，該電壓轉換模塊包括一 DC-DC直流-直流轉換器、一電感以及一電阻，其中該DC-DC直流-直流轉換器、電感以及電阻依次電連接，所述電阻與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接。較佳地,該充電電流控制模塊包括一 PMOS場效應管及一穩壓管,該PMOS場效應管具有一源極、一漏極以及一柵極，所述PMOS場效應管的源極與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接，所述PMOS場效應管的漏極與一充電電池相連接，所述PMOS場效應管的柵極與所述充電管理模塊的一控制端相連接，所述穩壓管的輸入端與所述PMOS場效應管的漏極相連，所述穩壓管的輸出端與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接。 較佳地，該採集轉換模塊為一 ADC模數轉換器，該ADC模數轉換器的第一輸入端連接於所述開關控制模塊的一 PMOS場效 應管的一漏極，該模數轉換器的第二輸入端連接於所述電壓轉換模塊的一電感與一電阻之間，該模數轉換器的第三輸入端連接於一被供電系統的一輸入端VSYS,該模數轉換器的第四輸入端連接於所述充電電流控制模塊一 PMOS場效應管的一漏極。較佳地，該充電管理模塊為一 MCU微型控制單元，所述MCU微型控制單元的一輸入端連接所述採集轉換模塊的一輸出端，所述MCU微型控制單元的一輸出端連接於所述開關控制模塊的一 PMOS場效應管的一柵極,所述MCU微型控制單兀的另一輸出端連接於所述充電電流控制模塊的一 PMOS場效應管的一柵極。本發明的積極進步效果在於本發明通過採用DC-DC直流-直流轉換器、MOS場效應管、ADC模數轉換器以及MCU的共同來管理，提供一種具有電流、電壓檢測保護功能同時能夠實現電壓動態調整的高效充電管理系統。因此減少了電流電壓過大而造成的電池損壞和失效，提高了電池的充電效率並延長了充電電池的使用壽命。
圖I為本發明的充電管理系統的較佳實施例的電路圖。圖2為本發明的充電管理系統的較佳實施例的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。如圖I所示的充電管理系統，其中包括依次電連接的一開關控制模塊101，用於控制所述充電管理系統的開啟或關閉；一電壓轉換模塊102,用於將輸入的一固定直流電壓轉換成一數值可變的直流電壓；一採集轉換模塊103，用於檢測採集充電電路的電壓或電流的狀態，並將採集的模擬信號轉換成數位訊號；一充電管理模塊104，用於接收採集轉換模塊的數位訊號，並控制所述開關控制模塊；一充電電流控制模塊105，用於控制調節充電電流的大小。本實施例中的該開關控制模塊101、電壓轉換模塊102、採集轉換模塊103、充電管理模塊104、充電電流控制模塊105的具體描述如下該開關控制模塊101為一 PMOS場效應管Q1，該PMOS場效應管具有一源極、一漏極以及一柵極，所述PMOS場效應管的源極與一適配器的一電壓輸入端DCIN相連接，所述PMOS場效應管的漏極與所述電壓轉換模塊102的一 DC-DC直流-直流轉換器1021的一輸入端相連接，所述PMOS場效應管Ql的柵極與所述充電管理模塊104的一控制端相連接。該電壓轉換模塊102包括一 DC-DC直流-直流轉換器1021、一電感1022以及一電阻1023，其中所述元件依次電連接，所述電阻1023與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接。該充電電流控制模塊105包括一 PMOS場效應管1051及一穩壓管VD1052，該PMOS場效應管1051具有一源極、一漏極以及一柵極，所述PMOS場效應管1051的源極與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接,所述PMOS場效應管1051的漏極與一充電電池的一端相連接，所述PMOS場效應管1051的柵極與所述充電管理模塊104的一控制端相連接，所述穩壓管1052的輸入端與所述PMOS場效應管1051的漏極相連，所述穩壓管1052的輸出端與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接。該採集轉換模塊103為一 ADC模數轉換器，該模數轉換器的第一輸入端連接於所述開關控制模塊101的一 PMOS場效應管的一漏極，該模數轉換器的第二輸入端連接於所述電壓轉換模塊102的一電感1022與一電阻1023之間，該模數轉換器的第三輸入端連接於一被供電系統的一輸入端VSYS，該模數轉換器的第四輸入端連接於所述充電電流控制模塊105 一 PMOS場效應管1051的一漏極。
該充電管理模塊104為一 MCU微型控制單兀,所述充電管理模塊104的一輸入端連接所述採集轉換模塊103的一輸出端，所述充電管理模塊104的一輸出端連接於所述開關控制模塊101的一 PMOS場效應管的一柵極，所述充電管理模塊的另一輸出端連接於所述充電電流控制模塊105的一 PMOS場效應管1051的一柵極。本實施例中的充電管理系統的工作原理如下該開關控制模塊101的PMOS場效應管Ql主要是用於控制所述充電管理系統的開啟或關閉同時具有過壓過流保護的功能，當DCIN輸入電壓過高時，可通過充電管理模塊104的所述MCU微型控制單元控制來關閉PMOS場效應管Ql，以便保護後端設備。Ql工作在開關狀態。該PMOS場效應管Ql在很多系統內都沒有，該充電管理系統增加此部分可充電保護電源系統。該電壓轉換模塊102的所述DC-DC直流-直流轉換器1021用於實現對直流電壓的轉換。該電壓轉換模塊102使用DC-DC有幾個優點(I)對於大電流的充電系統，DC-DC直流-直流轉換器1021可以提供較大的電流，因此能夠提高電源效率；(2)DC-DC直流-直流轉換器1021能兼容比較寬的DCIN輸入電壓，同時輸出電壓值可動態調整，因此可以減少所述充電電流控制模塊105的所述PMOS場效應管1051的功率損耗。這是因為PMOS場效應管1051的功率損耗由方程Pnros = (Vout-Vbat) Iinput確定。充電穩定後，充電電流Iinput保持不變。PMOS場效應管1051的功率損耗的控制可以通過調節=實現。例如，充電開始時由於電池電壓Vbat較低，可動態調整DC-DC直流-直流轉換器1021使其輸出較低範圍的電壓，從而使Q2兩端的壓差減小，功耗相應減小。隨著充電的進行，電池的電壓逐漸增加，DC-DC直流-直流轉換器1021的輸出電壓也應相應的增加，以使得充電高效順利地完成。所述電阻1023兩端使用數模轉換器ADC的兩個終端ADC2、ADC3精確檢測DC-DC直流-直流轉換器1021的輸出電流並將檢測到的電流模擬信號轉化成數位訊號，通過所述充電管理模塊104的MCU微型控制單元的內部反饋機制來調整DC-DC直流-直流轉換器1021或通過開關控制模塊101的所述PMOS場效應管Ql關閉電源供電系統進行過流保護。所述充電電流控制模塊105的PMOS場效應管1051的作用是控制電池的充放電，通過調整該PMOS場效應管Q2的柵極導通程度來控制充電電流。此處充電管理模塊104的MCU微型控制單元在控制PMOS場效應管Q2的柵極導通程度的同時還通過控制調整DC-DC直流-直流轉換器1021引入輸出電壓VSYS電壓動態調整機制，從而減小了 PMOS場效應管Q2的功率損耗時。另外，為了解決因DCIN瞬時斷開而導致電源不能平穩切換問題，特此在系統中加入一穩壓二極體D1。當然充電電流控制模塊105的PMOS場效應管Q2也可用DC-DC直流-直流轉換器來實現，但這使得成本更高且難於在晶片中集成。圖2為本發明的充電管理系統的較佳實施例的流程圖。步驟201執行後，程序開始運行。步驟202將判斷電源插座DCIN是否插入，若電源插座DCIN插入，則執行步驟203否則執行步驟214。 步驟203採集轉換模塊將通過ADCl端檢測輸入電壓是否過高，若是則執行步驟204開關控制模塊的PMOS場效應管Ql將關閉，以便對後端電路進行過壓保護，若否將執行步驟205，DC-DC直流-直流轉換器工作輸出設定的電壓到VSYS端。步驟206採集轉換模塊將通過ADC2與ADC3端檢測輸出電流是否超過設定的值，若是則執行步驟204開關控制模塊的PMOS場效應管Ql將關閉，以便對後端電路進行過流保護，若否則執行步驟207，VSYS端為後端系統供電。步驟208採集轉換模塊將通過ADC4檢測電池VBAT的電壓，然後通過步驟209，根據VBAT的電壓進行動態調整DC-DC直流-直流轉換器的輸出電壓，然後通過步驟210，VSYS給電池充電，並且通過步驟211判斷DCIN是否斷開，若是則執行步驟214，若否則執行步驟212，判斷電池是否充滿，若是則執行步驟213，通過控制PMOS場效應管Q2的柵極停止給電池充電同時執行步驟DCIN，若否則執行步驟210，繼續給電池充電。步驟214電池VBAT給後端系統供電。步驟215判斷電池的電壓是否過低且DCIN已經斷開，若是則執行步驟216，終止程序流程，若否則繼續執行步驟214。雖然以上描述了本發明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種充電管理系統，其特徵在於，該充電管理系統包括 一開關控制模塊，用於控制所述充電管理系統的開啟或關閉； 一電壓轉換模塊，用於將輸入的一固定直流電壓轉換成一數值可變的直流電壓； 一採集轉換模塊，用於將採集的模擬信號轉換成數位訊號； 一充電管理模塊，用於接收採集轉換模塊的數位訊號，並控制所述開關控制模塊； 一充電電流控制模塊，用於控制調節充電電流的大小； 其中該開關控制模塊、電壓轉換模塊、採集轉換模塊、充電管理模塊、充電電流控制模塊依次電連接。
2.如權利要求I所述的充電管理系統，其特徵在於，所述開關控制模塊為一PMOS場效應管，該PMOS場效應管具有一源極、一漏極以及一柵極，所述PMOS場效應管的源極與一適配器的一電壓輸入端DCIN相連接，所述PMOS場效應管的漏極與所述電壓轉換模塊的一DC-DC直流-直流轉換器的一輸入端相連接，所述PMOS場效應管的柵極與所述充電管理模塊的一控制端相連接。
3.如權利要求I所述的充電管理系統，其特徵在於，所述電壓轉換模塊包括一DC-DC直流-直流轉換器、一電感以及一電阻，其中該DC-DC直流-直流轉換器、電感以及電阻依次電連接，所述電阻與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接。
4.如權利要求I所述的充電管理系統，其特徵在於，所述充電電流控制模塊包括一PMOS場效應管及一穩壓管，該PMOS場效應管具有一源極、一漏極以及一柵極，所述PMOS場效應管的源極與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接，所述PMOS場效應管的漏極與一充電電池相連接，所述PMOS場效應管的柵極與所述充電管理模塊的一控制端相連接，所述穩壓管的輸入端與所述PMOS場效應管的漏極相連,所述穩壓管的輸出端與一被供電系統的一輸入端VSYS相連接。
5.如權利要求I所述的充電管理系統，其特徵在於，所述採集轉換模塊為一ADC模數轉換器，該ADC模數轉換器的第一輸入端連接於所述開關控制模塊的一 PMOS場效應管的一漏極，該模數轉換器的第二輸入端連接於所述電壓轉換模塊的一電感與一電阻之間，該模數轉換器的第三輸入端連接於一被供電系統的一輸入端VSYS，該模數轉換器的第四輸入端連接於所述充電電流控制模塊一 PMOS場效應管的一漏極。
6.如權利要求I所述的充電管理系統，其特徵在於，所述充電管理模塊為一MCU微型控制單元，所述MCU微型控制單元的一輸入端連接所述採集轉換模塊的一輸出端，所述MCU微型控制單兀的一輸出端連接於所述開關控制模塊的一 PMOS場效應管的一柵極,所述MCU微型控制單兀的另一輸出端連接於所述充電電流控制模塊的一 PMOS場效應管的一柵極。
全文摘要
本發明公開了一種充電管理系統，該充電管理系統包括一開關控制模塊，用於控制所述充電管理系統的開啟或關閉；一電壓轉換模塊，用於將輸入的一固定直流電壓轉換成一數值可變的直流電壓；一採集轉換模塊，用於檢測採集電壓或電流的狀態，並將採集的模擬信號轉換成數位訊號；一充電管理模塊，用於接收採集轉換模塊的數位訊號，並控制所述開關控制模塊；一充電電流控制模塊，用於控制調節充電電流的大小；其中該開關控制模塊、電壓轉換模塊、採集轉換模塊、充電管理模塊、充電電流控制模塊依次電連接。本發明提供一種具有電流、電壓檢測保護功能同時能夠實現電壓動態調整的高效充電管理系統。
文檔編號H02J7/00GK102957177SQ201110247719
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者譚群輝 申請人:芯訊通無線科技(上海)有限公司