專利名稱：一種后備電源管理裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源提供裝置，特別是指一種針對采用鋰電池的用電器而設計的后備電源管理裝置。
背景技術：
目前市場上使用的移動設備越來越多，特別是一些手持設備如手機、PDA、MP3等，由于用電器的體積本身就比較小，因此電池的體積受到限制，但是目前鋰電池的容量密度還是有限，所以很多用戶需要后備電源來增加使用時間。在后備電源的管理方案中，目前比較通行的方案是采用一只單節(jié)的鋰電池作為電源，然后升壓到5V直接給用電器供電或者給用電器的主電池充電，但是這種方案有很大的弊端1、不能實現(xiàn)限流功能；2、如果用電器沒有充電管理，用這種后備電源給用電器的主電池充電則會存在很大的安全隱患(由于不能限流，如果主電池電壓很低則會用很大的電流充電，容易出現(xiàn)安全隱患)；3、不能實現(xiàn)CC/CV功能；4、自耗電流較大。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于雙脈沖寬度調(diào)制PWM控制的、實現(xiàn)恒流恒壓、電池電量顯示、自耗電流小、安全可靠、效率高、壽命長、性價比高的后備電源管理裝置。
本實用新型通過以下技術方案來實現(xiàn)設計一種后備電源管理裝置，包括電源輸出插座S2，與插座S2相聯(lián)的后備電源工作回路，充電輸入插座S3，與插座S3和電池相聯(lián)的后備電池保護電路，后備電源工作回路與一實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制的主控MCU及電量顯示電路聯(lián)接，主控MCU還與一電源管理電路聯(lián)接，所述的電源管理電路與插座S2、S3聯(lián)接。
所述的主控MCU及電量顯示電路，包括微處理器U3，與U3相聯(lián)的電量顯示電路和穩(wěn)壓電路，微處理器U3的2腳、4腳、9腳與后備電源工作回路相聯(lián)，微處理器U3的5腳通過接點VCC與電源管理電路聯(lián)接，U3的15腳通過電感L2與接點VCC聯(lián)接，所述的電量顯示電路由場效應管Q4、電容C5、電阻R9、R16-R21、發(fā)光二極管D5-D8組成，場效應管Q4的柵極通過接點CLK與微處理器U3的18腳聯(lián)接，Q4的漏極與電阻R17的一端相聯(lián)，電阻R17的另一端通過電阻R9、R16分別與電池端子B+和接點POWER聯(lián)接，接點POWER與U3的8腳聯(lián)接，發(fā)光二極管D5、D6、D7、D8的正極(陽極)分別與微處理器U3的11、12、13、14腳聯(lián)接，發(fā)光二極管D5、D6、D7、D8的負極(陰極)分別通過電阻R18、R19、R20、R21接地；所述的穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓管U1、電阻R7組成，三端穩(wěn)壓管U1的陰極通過電阻R7與接點VCC聯(lián)接，U1的參考端通過接點VREF與微處理器U3的17腳聯(lián)接。
所述的后備電源工作回路，包括場效應管Q1、Q8、晶體管Q5、Q6、Q7、穩(wěn)壓二極管D1、D2、電感L1，場效應管Q1的漏極與晶體管Q6的集電極和電池端子B+聯(lián)接，Q1的柵極與晶體管Q6的發(fā)射極和Q7的發(fā)射極聯(lián)接，晶體管的基極與電阻R13的一端、晶體管Q7的基極和晶體管Q5的集電極聯(lián)接，電阻R13的另一端與電池端子B+聯(lián)接，晶體管Q5的基極通過電阻R10和接點PWM1與微處理器U3的2腳聯(lián)接，場效應管Q1的源極與穩(wěn)壓二極管D2的陰極和電感L1的一端聯(lián)接，L1的另一端與穩(wěn)壓二極管D1的陽極和場效應管Q8的漏極聯(lián)接，D1的陰極與電源輸出插座S2聯(lián)接，場效應管Q8的柵極通過接點PWM2與微處理器U3的4腳聯(lián)接。后備電源工作回路的輸出端還與輸出濾波電路、電壓檢測反饋電路和電流檢測反饋電路聯(lián)接，所述的輸出濾波電路由電容C1和C6組成，電容C1、C6的一端與穩(wěn)壓二極管D1的陰極聯(lián)接；所述的電壓檢測反饋電路由電阻R5、R11和電容C2組成，電阻R11的一端與電阻R5的一端聯(lián)接并通過接點DISV與微處理器U3的9腳聯(lián)接，電容C2并接于電阻R11兩端；所述的電流檢測反饋電路由電阻R8、R14和電容C4組成，電阻R15的一端與電源輸出插座S2和電阻R8的一端聯(lián)接，電阻R8的另一端與電容C4聯(lián)接并通過接點L+與微處理器的20腳聯(lián)接。
所述的電源管理電路包括晶體管Q2、場效應管Q3、電阻R1、R2、R6、R22、二極管D3、D4，場效應管Q3的漏極通過電阻R6與晶體管Q2的基極相聯(lián)，Q3的柵極通過二極管D3、D4分別與充電輸入插座S3和電源輸出插座S2聯(lián)接，晶體管Q2的發(fā)射極與電池端子B+聯(lián)接，Q2的集電極通過接點VCC與微處理器U3的5腳和15腳聯(lián)接。電源管理電路還與一電池電量靜態(tài)查看電路，所述的電池電量靜態(tài)查看電路由二極管D9、D10和電量查看起動開關S1，二極管D9的陽極與場效應管Q3的漏極聯(lián)接，D9的陰極與二極管D10的陰極和電量查看起動開關S1聯(lián)接，D10的陽極通過接點POWER與微處理器U3的8腳聯(lián)接。
所述的后備電池保護電路，包括充放電控制保護集成電路U4、雙場效應管集成電路U2、電阻R14、反饋電阻R12、濾波電容C3，充放電控制保護集成電路U4的5腳(VDD)通過電阻R14與電池端子B+和充電輸入插座S3聯(lián)接，U46腳(VSS)與電池端子B-聯(lián)接，電容C3聯(lián)接于U4的5腳和6腳之間，U1的1腳(DOUT)、3腳(COUT)分別與雙場效應管集成電路U2的5腳(G2)和4腳(G1)聯(lián)接，反饋電阻R12與U4的2腳(V-)和U2的3腳聯(lián)接。
本實用新型后備電源的管理裝置，通過對單節(jié)鋰電池(2.5v-4.2v)升壓到5V給用電器供電或者通過用電器(帶充電管理電路)給用電器的主電池充電，也可直接給鋰電池充電；可以實現(xiàn)電量顯示和恒流/恒壓輸出，在沒有接用電器時，本身的靜態(tài)功耗比較少，同時對于帶充電管理的電池和不帶充電管理的電池，實施控制。


圖1為本實用新型后備電源的管理裝置主控MCU及電量顯示電路原理圖；圖2為本實用新型后備電源的管理裝置后備電源工作回路原理圖；圖3為本實用新型鋰后備電源的管理裝置電源管理電路原理圖；圖4為本實用新型鋰后備電源的管理裝置后備電池保護電路原理圖；具體實施方式
電源輸出插座S2和充電輸入插座S3采用同一型號三腳插座，其有如下特性當沒有插頭插入時，插座的第3腳和第1腳短路，當插頭插入時，插座的3個腳相互獨立。
下面參考附圖進行詳細說明如圖1所示，為本實用新型后備電源的管理裝置主控MCU及電量顯示電路原理圖，包括微處理器U3，與U3相聯(lián)的電量顯示電路和穩(wěn)壓電路，微處理器U3的2腳、4腳、9腳與后備電源工作回路相聯(lián)，微處理器U3的5腳通過接點VCC與電源管理電路聯(lián)接，U3的15腳通過電感L2與接點VCC聯(lián)接，所述的電量顯示電路由場效應管Q4、電容C5、電阻R9、R16-R21、發(fā)光二極管D5-D8組成，場效應管Q4的柵極通過接點CLK與微處理器U3的18腳聯(lián)接，Q4的漏極與電阻R17的一端相聯(lián)，電阻R17的另一端通過電阻R9、R16分別與電池端子B+和接點POWER聯(lián)接，接點POWER與U3的8腳聯(lián)接，發(fā)光二極管D5、D6、D7、D8的正極(陽極)分別與微處理器U3的11、12、13、14腳聯(lián)接，發(fā)光二極管D5、D6、D7、D8的負極(陰極)分別通過電阻R18、R19、R20、R21接地；所述的穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓管U1、電阻R7組成，三端穩(wěn)壓管U1的陰極通過電阻R7與接點VCC聯(lián)接，U1的參考端通過接點VREF與微處理器U3的17腳聯(lián)接。
參照圖2的后備電源工作回路，包括場效應管Q1、Q8、晶體管Q5、Q6、Q7、穩(wěn)壓二極管D1、D2、電感L1，場效應管Q1的漏極與晶體管Q6的集電極和電池端子B+聯(lián)接，Q1的柵極與晶體管Q6的發(fā)射極和Q7的發(fā)射極聯(lián)接，晶體管的基極與電阻R13的一端、晶體管Q7的基極和晶體管Q5的集電極聯(lián)接，電阻R13的另一端與電池端子B+聯(lián)接，晶體管Q5的基極通過電阻R10和接點PWM1與微處理器U3的2腳聯(lián)接，場效應管Q1的源極與穩(wěn)壓二極管D2的陰極和電感L1的一端聯(lián)接，L1的另一端與穩(wěn)壓二極管D1的陽極和場效應管Q8的漏極聯(lián)接，D1的陰極與電源輸出插座S2的2腳聯(lián)接，場效應管Q8的柵極通過接點PWM2與微處理器U3的4腳聯(lián)接。后備電源工作回路的輸出端還與輸出濾波電路、電壓檢測反饋電路和電流檢測反饋電路聯(lián)接，所述的輸出濾波電路由電容C1和C6組成，電容C1、C6的一端與穩(wěn)壓二極管D1的陰極聯(lián)接；所述的電壓檢測反饋電路由電阻R5、R11和電容C2組成，電阻R11的一端與電阻R5的一端聯(lián)接并通過接點DISV與微處理器U3的9腳聯(lián)接，電容C2并接于電阻R11兩端；所述的電流檢測反饋電路由電阻R8、R14和電容C4組成，電阻R15的一端與電源輸出插座S2的1腳和電阻R8的一端聯(lián)接，電阻R8的另一端與電容C4聯(lián)接并通過接點L+與微處理器的20腳聯(lián)接。
參照圖3的電源管理電路，包括晶體管Q2、場效應管Q3、電阻R1、R2、R6、R22、二極管D3、D4，場效應管Q3的漏極通過電阻R6與晶體管Q2的基極相聯(lián)，Q3的柵極與二極管D3、D4的陰極聯(lián)接，D3的陽極通過接點SW1與充電輸入插座S3的3腳聯(lián)接，D4的陽極通過接點SW2與電源輸出插座S2的3腳聯(lián)接，晶體管Q2的發(fā)射極與電池端子B+聯(lián)接，Q2的集電極通過接點VCC與微處理器U3的5腳和15腳聯(lián)接。電源管理電路還與一電池電量靜態(tài)查看電路，所述的電池電量靜態(tài)查看電路由二極管D9、D10和電量查看起動開關S1，二極管D9的陽極與場效應管Q3的漏極聯(lián)接，D9的陰極與二極管D10的陰極和電量查看起動開關S1聯(lián)接，D10的陽極通過接點POWER與微處理器U3的8腳聯(lián)接。
當后備電源在沒有使用時(即沒有給電池充電，后備電源也沒有輸出)，接點SW1和SW2分別通過插座S3和S2的第3PIN接到地，此時U3的OPEN端輸出0，電量查看起動開關S1沒有按下，所以場效應管Q3截止，從而晶體Q2截止，停止給U3供電，于是U3的所有I/O口電壓都為0，接點CLK端電壓為0，場效應管Q4截止；接點PWM2端電壓為0，晶體管Q5、Q7截止截止，Q6導通，從而場效應管Q1截止，除了充放電控制保護集成電路U4、電阻R1、R2消耗電外(總共不到12uA電流)，裝置的其他電路不消耗電，從而達到了超低的靜態(tài)功耗。
當按下電量查看起動開關S1，通過二極管D9，電阻R6導通Q2，此時接點VCC輸出高電平，向微處理器U3供電，同時U3的3腳通過接點SW3端內(nèi)部上拉輸出，通過檢測SW3的電平，如果是0，則判斷為有鍵按下，表明是電量顯示請求，U3的18腳通過接點CLK輸出1，導通場效應管Q4，通過電阻R16、R17分壓，U3在接點POWER端檢測電池的電壓，根據(jù)電壓決定點亮LED的位置。當插座S3插入插頭時，S 3的第3腳與第1腳隔離，電池正極通過電阻R2、二極D3導通晶體管Q3、場效應管Q2，給U3供電，U3通過接點POWER端檢測電池電壓，從而顯示電池電量。同理，在S2插入插頭時，U3也可檢測到電池電壓，顯示電池容量。
當插座S2或者S3插入插頭時，晶體管Q2導通，電池給U 3供電，然后U3在接點PWM2端輸出電平1，導通場效應管Q1，U3的19、20腳通過接點L+、L-檢測放電電流，如果沒有檢測到放電電流，然后在PWM2端輸出500kHz頻率的方波，調(diào)整方波高低電平的占空比，使后備電源工作回路的輸出端的電壓達到5V，再通過L+、L-檢測放電電流，如果還沒有電流，表明沒有插入負載(可能是充電插座S3插入了插頭)，U3只是完成電量顯示功能。
如果檢測到放電電流，表明插入了負載，這時U3在接點PWM1端輸出0電平，U3通過接點DISV端檢測后備電源工作回路的輸出端的電壓，如果仍然有電壓，表明后備電源接入的負載是不帶充電管理的電池，如果沒有電壓，表明是帶充電管理的電池。對于帶充電管理的電池，U3在接點PWM2端輸出500kHz頻率的方波，調(diào)整占空比，使后備電源工作回路的輸出端的電壓穩(wěn)定在5V，如果U3檢測到輸出電流達到了輸出電流的限制值，降低輸出電壓，穩(wěn)定在輸出電流的限制值，從而達到恒流控制的過程；對于不帶充電管理的電池，U3在接點PWM2端輸出500kHz頻率的方波，調(diào)整占空比，使輸出電流穩(wěn)定在輸出電流限制值；如果PWM2的導通占空比為0％時，輸出電流仍然大于輸出電流的限制值，U3在接點PWM2端輸出0電平，然后在接點PWM1端輸出250kHz頻率的方波，實行降壓輸出，保持輸出電流在限制值，從而實現(xiàn)恒流控制的過程；當負載電池的電壓升高，降壓不能滿足輸出電流時，U3在接點PWM1輸出1電平，轉(zhuǎn)而在接點PWM2端輸出500kHz頻率的方波進行升壓輸出，當后備電源工作回路的輸出端電壓達到4.2V時，穩(wěn)定在4.2V輸出，從而實現(xiàn)恒壓充電的功能，確保不會對電池進行過充電導致危險。
參照圖4的后備電池保護電路，包括充放電控制保護集成電路U4、雙場效應管集成電路U2、電阻R14、反饋電阻R12、濾波電容C3，充放電控制保護集成電路U4的5腳(VDD)通過電阻R14與電池端子B+和充電輸入插座S 3的1腳聯(lián)接，U46腳(VSS)與電池端子B-聯(lián)接，電容C3聯(lián)接于U4的5腳和6腳之間，U1的1腳(DOUT)、3腳(COUT)分別與雙場效應管集成電路U2的5腳(G2)和4腳(G1)聯(lián)接，反饋電阻R12與U4的2腳(V-)和U2的3腳聯(lián)接。
權(quán)利要求1.一種后備電源管理裝置，包括電源輸出插座S2，與插座S2相聯(lián)的后備電源工作回路，充電輸入插座S3，與插座S3和電池相聯(lián)的后備電池保護電路，其特征在于后備電源工作回路與一實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制的主控MCU及電量顯示電路聯(lián)接，主控MCU還與一電源管理電路聯(lián)接，所述的電源管理電路與插座S2、S3聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后備電源管理裝置，其特征在于所述的主控MCU及電量顯示電路，包括微處理器U3，與U3相聯(lián)的電量顯示電路和穩(wěn)壓電路，微處理器U3的2腳、4腳、9腳與后備電源工作回路相聯(lián)，微處理器U3的5腳通過接點VCC與電源管理電路聯(lián)接，U3的15腳通過電感L2與接點VCC聯(lián)接，所述的電量顯示電路由場效應管Q4、電容C5、電阻R9、R16-R21、發(fā)光二極管D5-D8組成，場效應管Q4的柵極通過接點CLK與微處理器U3的18腳聯(lián)接，Q4的漏極與電阻R17的一端相聯(lián)，電阻R17的另一端通過電阻R9、R16分別與電池端子B+和接點POWER聯(lián)接，接點POWER與U3的8腳聯(lián)接，發(fā)光二極管D5、D6、D7、D8的正極分別與微處理器U3的11、12、13、14腳聯(lián)接，發(fā)光二極管D5、D6、D7、D8的負極分別通過電阻R18、R19、R20、R21接地；所述的穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓管U1、電阻R7組成，三端穩(wěn)壓管U1的陰極通過電阻R7與接點VCC聯(lián)接，U1的參考端通過接點VREF與微處理器U3的17腳聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的后備電源管理裝置，其特征在于所述的后備電源工作回路，包括場效應管Q1、Q8、晶體管Q5、Q6、Q7、穩(wěn)壓二極管D1、D2、電感L1，場效應管Q1的漏極與晶體管Q6的集電極和電池端子B+聯(lián)接，Q1的柵極與晶體管Q6的發(fā)射極和Q7的發(fā)射極聯(lián)接，晶體管的基極與電阻R13的一端、晶體管Q7的基極和晶體管Q5的集電極聯(lián)接，電阻R13的另一端與電池端子B+聯(lián)接，晶體管Q5的基極通過電阻R10和接點PWM1與微處理器U3的2腳聯(lián)接，場效應管Q1的源極與穩(wěn)壓二極管D2的陰極和電感L1的一端聯(lián)接，L1的另一端與穩(wěn)壓二極管D1的陽極和場效應管Q8的漏極聯(lián)接，D1的陰極與電源輸出插座S2聯(lián)接，場效應管Q8的柵極通過接點PWM2與微處理器U3的4腳聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的后備電源管理裝置，其特征在于所述的后備電源工作回路的輸出端還與輸出濾波電路、電壓檢測反饋電路和電流檢測反饋電路聯(lián)接，所述的輸出濾波電路由電容C1和C6組成，電容C1、C6的一端與穩(wěn)壓二極管D1的陰極聯(lián)接；所述的電壓檢測反饋電路由電阻R5、R11和電容C2組成，電阻R11的一端與電阻R5的一端聯(lián)接并通過接點DISV與微處理器U3的9腳聯(lián)接，電容C2并接于電阻R11兩端；所述的電流檢測反饋電路由電阻R8、R14和電容C4組成，電阻R15的一端與電源輸出插座S2和電阻R8的一端聯(lián)接，電阻R8的另一端與電容C4聯(lián)接并通過接點L+與微處理器的20腳聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的后備電源管理裝置，其特征在于電源管理電路包括晶體管Q2、場效應管Q3、電阻R1、R2、R6、R22、二極管D3、D4，場效應管Q3的漏極通過電阻R6與晶體管Q2的基極相聯(lián)，Q3的柵極通過二極管D3、D4分別與充電輸入插座S3和電源輸出插座S2聯(lián)接，晶體管Q2的發(fā)射極與電池端子B+聯(lián)接，Q2的集電極通過接點VCC與微處理器U3的5腳和15腳聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的后備電源管理的裝置，其特征在于電源管理電路還與一電池電量靜態(tài)查看電路，所述的電池電量靜態(tài)查看電路由二極管D9、D10和電量查看起動開關S1，二極管D9的陽極與場效應管Q3的漏極聯(lián)接，D9的陰極與二極管D10的陰極和電量查看起動開關S1聯(lián)接，D10的陽極通過接點POWER與微處理器U3的8腳聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后備電源管理裝置，其特征在于所述的后備電池保護電路，包括充放電控制保護集成電路U4、雙場效應管集成電路U2、電阻R14、反饋電阻R12、濾波電容C3，充放電控制保護集成電路U4的5腳(VDD)通過電阻R14與電池端子B+和充電輸入插座S3聯(lián)接，U46腳(VSS)與電池端子B-聯(lián)接，電容C3聯(lián)接于U4的5腳和6腳之間，U1的1腳(DOUT)、3腳(COUT)分別與雙場效應管集成電路U2的5腳(G2)和4腳(G1)聯(lián)接，反饋電阻R12與U4的2腳(V-)和U2的3腳聯(lián)接。
專利摘要本實用新型公開了一種后備電源管理裝置，包括電源輸出插座S2，與插座S2相聯(lián)的后備電源工作回路，充電輸入插座S3，與插座S3和電池相聯(lián)的后備電池保護電路，后備電源工作回路與一實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制的主控MCU及電量顯示電路聯(lián)接，主控MCU還與一電源管理電路聯(lián)接，所述的電源管理電路與插座S2、S3聯(lián)接。本實用新型提供一種基于雙脈沖寬度調(diào)制PWM控制的、實現(xiàn)恒流恒壓、電池電量顯示、自耗電低、安全可靠、效率高、壽命長、性價比高的后備電源管理裝置；該裝置通過對單節(jié)鋰電池電壓升壓到適當電壓給用電器供電或者通過用電器(帶充電管理電路)給用電器的主電池充電，也可直接給鋰電池充電。
文檔編號H02J7/00GK2877108SQ20062005388
公開日2007年3月7日 申請日期2006年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月14日
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