CN102957177A - 充电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电管理系统，该充电管理系统包括：一开关控制模块，用于控制所述充电管理系统的开启或关闭；一电压转换模块，用于将输入的一固定直流电压转换成一数值可变的直流电压；一采集转换模块，用于检测采集电压或电流的状态，并将采集的模拟信号转换成数字信号；一充电管理模块，用于接收采集转换模块的数字信号，并控制所述开关控制模块；一充电电流控制模块，用于控制调节充电电流的大小；其中该开关控制模块、电压转换模块、采集转换模块、充电管理模块、充电电流控制模块依次电连接。本发明提供一种具有电流、电压检测保护功能同时能够实现电压动态调整的高效充电管理系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电管理系统，特别是涉及一种高效电池充电管理系统。
背景技术
随着技术的提高，人们用的手持终端设备的主频越来越高、屏幕越来越大，同时对系统的待机时间也提出了更高的要求。因此，手持设备的充电电池的容量也相应地越来越大。而如何来管理电池充电问题则是硬件工程师目前碰到的一个难题。
纵观目前市场上的各类充电设备的集成电路，其比较通用的管理系统中都使用了场效应管。这些充电设备使用MOS场效应管所带来的第一个问题是场效应管的发热问题，其主要原因是没有使所用的场效应管很好的工作在线性区域。第二个问题是功率利用率低的问题，其原因是没有处理好外加电流和电压的在电路元件上的分配问题，使得很大一部分的功耗都降在MOS场效应管上。第三个问题是没有较好的实时电压电流检测和控制功能，以形成过载保护机制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中充电设备中的场效应管充电时发热问题严重、功率利用率低以及没有较好的电流电压过载保护机制的缺陷，提供一种具有电流、电压检测保护功能同时能够实现电压动态调整的高效充电管理系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种充电管理系统，其特点是该充电管理系统包括一开关控制模块，用于控制所述充电管理系统的开启或关闭；一电压转换模块，用于将输入的一固定直流电压转换成一数值可变的直流电压；一采集转换模块，用于将采集的模拟信号转换成数字信号；一充电管理模块，用于接收采集转换模块的数字信号，并控制所述开关控制模块；一充电电流控制模块，用于控制调节充电电流的大小；
其中该开关控制模块、电压转换模块、采集转换模块、充电管理模块、充电电流控制模块依次电连接。
较佳地，该开关控制模块为一PMOS场效应管，该PMOS场效应管具有一源极、一漏极以及一栅极，所述PMOS场效应管的源极与一适配器的一电压输入端DCIN相连接，所述PMOS场效应管的漏极与所述电压转换模块的一DC-DC直流-直流转换器的一输入端相连接，所述PMOS场效应管的栅极与所述充电管理模块的一控制端相连接。
较佳地，该电压转换模块包括一DC-DC直流-直流转换器、一电感以及一电阻，其中该DC-DC直流-直流转换器、电感以及电阻依次电连接，所述电阻与一被供电系统的一输入端VSYS相连接。
较佳地，该充电电流控制模块包括一PMOS场效应管及一稳压管，该PMOS场效应管具有一源极、一漏极以及一栅极，所述PMOS场效应管的源极与一被供电系统的一输入端VSYS相连接，所述PMOS场效应管的漏极与一充电电池相连接，所述PMOS场效应管的栅极与所述充电管理模块的一控制端相连接，所述稳压管的输入端与所述PMOS场效应管的漏极相连，所述稳压管的输出端与一被供电系统的一输入端VSYS相连接。
较佳地，该采集转换模块为一ADC模数转换器，该ADC模数转换器的第一输入端连接于所述开关控制模块的一PMOS场效应管的一漏极，该模数转换器的第二输入端连接于所述电压转换模块的一电感与一电阻之间，该模数转换器的第三输入端连接于一被供电系统的一输入端VSYS，该模数转换器的第四输入端连接于所述充电电流控制模块一PMOS场效应管的一漏极。
较佳地，该充电管理模块为一MCU微型控制单元，所述MCU微型控制单元的一输入端连接所述采集转换模块的一输出端，所述MCU微型控制单元的一输出端连接于所述开关控制模块的一PMOS场效应管的一栅极，所述MCU微型控制单元的另一输出端连接于所述充电电流控制模块的一PMOS场效应管的一栅极。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过采用DC-DC直流-直流转换器、MOS场效应管、ADC模数转换器以及MCU的共同来管理，提供一种具有电流、电压检测保护功能同时能够实现电压动态调整的高效充电管理系统。因此减少了电流电压过大而造成的电池损坏和失效，提高了电池的充电效率并延长了充电电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的充电管理系统的较佳实施例的电路图。
图2为本发明的充电管理系统的较佳实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示的充电管理系统，其中包括依次电连接的一开关控制模块101，用于控制所述充电管理系统的开启或关闭；一电压转换模块102，用于将输入的一固定直流电压转换成一数值可变的直流电压；一采集转换模块103，用于检测采集充电电路的电压或电流的状态，并将采集的模拟信号转换成数字信号；一充电管理模块104，用于接收采集转换模块的数字信号，并控制所述开关控制模块；一充电电流控制模块105，用于控制调节充电电流的大小。
本实施例中的该开关控制模块101、电压转换模块102、采集转换模块103、充电管理模块104、充电电流控制模块105的具体描述如下：
该开关控制模块101为一PMOS场效应管Q1，该PMOS场效应管具有一源极、一漏极以及一栅极，所述PMOS场效应管的源极与一适配器的一电压输入端DCIN相连接，所述PMOS场效应管的漏极与所述电压转换模块102的一DC-DC直流-直流转换器1021的一输入端相连接，所述PMOS场效应管Q1的栅极与所述充电管理模块104的一控制端相连接。
该电压转换模块102包括一DC-DC直流-直流转换器1021、一电感1022以及一电阻1023，其中所述元件依次电连接，所述电阻1023与一被供电系统的一输入端VSYS相连接。
该充电电流控制模块105包括一PMOS场效应管1051及一稳压管VD1052，该PMOS场效应管1051具有一源极、一漏极以及一栅极，所述PMOS场效应管1051的源极与一被供电系统的一输入端VSYS相连接，所述PMOS场效应管1051的漏极与一充电电池的一端相连接，所述PMOS场效应管1051的栅极与所述充电管理模块104的一控制端相连接，所述稳压管1052的输入端与所述PMOS场效应管1051的漏极相连，所述稳压管1052的输出端与一被供电系统的一输入端VSYS相连接。
该采集转换模块103为一ADC模数转换器，该模数转换器的第一输入端连接于所述开关控制模块101的一PMOS场效应管的一漏极，该模数转换器的第二输入端连接于所述电压转换模块102的一电感1022与一电阻1023之间，该模数转换器的第三输入端连接于一被供电系统的一输入端VSYS，该模数转换器的第四输入端连接于所述充电电流控制模块105一PMOS场效应管1051的一漏极。
该充电管理模块104为一MCU微型控制单元，所述充电管理模块104的一输入端连接所述采集转换模块103的一输出端，所述充电管理模块104的一输出端连接于所述开关控制模块101的一PMOS场效应管的一栅极，所述充电管理模块的另一输出端连接于所述充电电流控制模块105的一PMOS场效应管1051的一栅极。
本实施例中的充电管理系统的工作原理如下：
该开关控制模块101的PMOS场效应管Q1主要是用于控制所述充电管理系统的开启或关闭同时具有过压过流保护的功能，当DCIN输入电压过高时，可通过充电管理模块104的所述MCU微型控制单元控制来关闭PMOS场效应管Q1，以便保护后端设备。Q1工作在开关状态。该PMOS场效应管Q1在很多系统内都没有，该充电管理系统增加此部分可充电保护电源系统。
该电压转换模块102的所述DC-DC直流-直流转换器1021用于实现对直流电压的转换。该电压转换模块102使用DC-DC有几个优点：(1)对于大电流的充电系统，DC-DC直流-直流转换器1021可以提供较大的电流，因此能够提高电源效率；(2)DC-DC直流-直流转换器1021能兼容比较宽的DCIN输入电压，同时输出电压值可动态调整，因此可以减少所述充电电流控制模块105的所述PMOS场效应管1051的功率损耗。这是因为PMOS场效应管1051的功率损耗由方程Pmos＝(Vout-Vbat)Iinput确定。充电稳定后，充电电流Iinput保持不变。PMOS场效应管1051的功率损耗的控制可以通过调节
来实现。例如，充电开始时由于电池电压Vbat较低，可动态调整DC-DC直流-直流转换器1021使其输出较低范围的电压，从而使Q2两端的压差减小，功耗相应减小。随着充电的进行，电池的电压逐渐增加，DC-DC直流-直流转换器1021的输出电压也应相应的增加，以使得充电高效顺利地完成。
所述电阻1023两端使用数模转换器ADC的两个终端ADC2、ADC3精确检测DC-DC直流-直流转换器1021的输出电流并将检测到的电流模拟信号转化成数字信号，通过所述充电管理模块104的MCU微型控制单元的内部反馈机制来调整DC-DC直流-直流转换器1021或通过开关控制模块101的所述PMOS场效应管Q1关闭电源供电系统进行过流保护。
所述充电电流控制模块105的PMOS场效应管1051的作用是控制电池的充放电，通过调整该PMOS场效应管Q2的栅极导通程度来控制充电电流。
此处充电管理模块104的MCU微型控制单元在控制PMOS场效应管Q2的栅极导通程度的同时还通过控制调整DC-DC直流-直流转换器1021引入输出电压VSYS电压动态调整机制，从而减小了PMOS场效应管Q2的功率损耗时。另外，为了解决因DCIN瞬时断开而导致电源不能平稳切换问题，特此在系统中加入一稳压二极管D1。当然充电电流控制模块105的PMOS场效应管Q2也可用DC-DC直流-直流转换器来实现，但这使得成本更高且难于在芯片中集成。
图2为本发明的充电管理系统的较佳实施例的流程图。
步骤201执行后，程序开始运行。
步骤202将判断电源插座DCIN是否插入，若电源插座DCIN插入，则执行步骤203否则执行步骤214。
步骤203采集转换模块将通过ADC1端检测输入电压是否过高，若是则执行步骤204开关控制模块的PMOS场效应管Q1将关闭，以便对后端电路进行过压保护，若否将执行步骤205，DC-DC直流-直流转换器工作输出设定的电压到VSYS端。
步骤206采集转换模块将通过ADC2与ADC3端检测输出电流是否超过设定的值，若是则执行步骤204开关控制模块的PMOS场效应管Q1将关闭，以便对后端电路进行过流保护，若否则执行步骤207，VSYS端为后端系统供电。
步骤208采集转换模块将通过ADC4检测电池VBAT的电压，然后通过步骤209，根据VBAT的电压进行动态调整DC-DC直流-直流转换器的输出电压，然后通过步骤210，VSYS给电池充电，并且通过步骤211判断DCIN是否断开，若是则执行步骤214，若否则执行步骤212，判断电池是否充满，若是则执行步骤213，通过控制PMOS场效应管Q2的栅极停止给电池充电同时执行步骤DCIN，若否则执行步骤210，继续给电池充电。
步骤214电池VBAT给后端系统供电。
步骤215判断电池的电压是否过低且DCIN已经断开，若是则执行步骤216，终止程序流程，若否则继续执行步骤214。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种充电管理系统，其特征在于，该充电管理系统包括：
一开关控制模块，用于控制所述充电管理系统的开启或关闭；
一电压转换模块，用于将输入的一固定直流电压转换成一数值可变的直流电压；
一采集转换模块，用于将采集的模拟信号转换成数字信号；
一充电管理模块，用于接收采集转换模块的数字信号，并控制所述开关控制模块；
一充电电流控制模块，用于控制调节充电电流的大小；
其中该开关控制模块、电压转换模块、采集转换模块、充电管理模块、充电电流控制模块依次电连接。
2.如权利要求1所述的充电管理系统，其特征在于，所述开关控制模块为一PMOS场效应管，该PMOS场效应管具有一源极、一漏极以及一栅极，所述PMOS场效应管的源极与一适配器的一电压输入端DCIN相连接，所述PMOS场效应管的漏极与所述电压转换模块的一DC-DC直流-直流转换器的一输入端相连接，所述PMOS场效应管的栅极与所述充电管理模块的一控制端相连接。
3.如权利要求1所述的充电管理系统，其特征在于，所述电压转换模块包括一DC-DC直流-直流转换器、一电感以及一电阻，其中该DC-DC直流-直流转换器、电感以及电阻依次电连接，所述电阻与一被供电系统的一输入端VSYS相连接。
4.如权利要求1所述的充电管理系统，其特征在于，所述充电电流控制模块包括一PMOS场效应管及一稳压管，该PMOS场效应管具有一源极、一漏极以及一栅极，所述PMOS场效应管的源极与一被供电系统的一输入端VSYS相连接，所述PMOS场效应管的漏极与一充电电池相连接，所述PMOS场效应管的栅极与所述充电管理模块的一控制端相连接，所述稳压管的输入端与所述PMOS场效应管的漏极相连，所述稳压管的输出端与一被供电系统的一输入端VSYS相连接。
5.如权利要求1所述的充电管理系统，其特征在于，所述采集转换模块为一ADC模数转换器，该ADC模数转换器的第一输入端连接于所述开关控制模块的一PMOS场效应管的一漏极，该模数转换器的第二输入端连接于所述电压转换模块的一电感与一电阻之间，该模数转换器的第三输入端连接于一被供电系统的一输入端VSYS，该模数转换器的第四输入端连接于所述充电电流控制模块一PMOS场效应管的一漏极。
6.如权利要求1所述的充电管理系统，其特征在于，所述充电管理模块为一MCU微型控制单元，所述MCU微型控制单元的一输入端连接所述采集转换模块的一输出端，所述MCU微型控制单元的一输出端连接于所述开关控制模块的一PMOS场效应管的一栅极，所述MCU微型控制单元的另一输出端连接于所述充电电流控制模块的一PMOS场效应管的一栅极。
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