一种便携式设备外接电源和电池供电自动切换电路的制作方法

1.本发明涉及供电电路技术领域，尤其涉及一种便携式设备外接电源和电池供电自动切换电路。


背景技术：

2.便携式设备一般需要同时支持内部电池供电和外部电源供电两种供电方式，其采用外部电源供电和内部电池供电的基本过程如下：外部电源接入时，外部电源不仅需要为便携式设备供电，还要为内置充电电池充电；外接电源移除时，需要无缝切换到内置充电电池为设备供电。
3.通常情况下因便携式设备的位置变动，常常导致外部电源供电和内部电池供电方式频繁交替切换，而两种供电方式的切换，通常做法是让外部电源和内部电池通过二极管进行合路，利用二极管单向导通的特性来实现供电切换，但是二极管单向导通时有压降，该压降导致电池放电时能量损耗，从而缩短了电池单次充电的使用时间；另外，为了避免在没有外部电源时，电池向充电管理电路的漏电，常采取的措施是在充电管理电路和电池之间增加二极管器件，由于二极管器件压降的存在，引入二极管器件则会导致电池充电时无法充满电，致使电池容量无法被充分利用。以上两点都促使电池充电频次增加，而目前各种类型的充电电池都有循环充放次数限制。如18650锂离子电池、聚合物锂离子电池的循环充电次数一般在500次左右。因此，如何尽可能减少充电电池循环充放次数，以提供便携式设备内置电池的使用寿命，进而延长电池寿命，是现阶段需要考虑的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了便携式设备外接电源和电池供电自动切换电路，解决了现有频繁为充电电池充电的缺陷。
5.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种便携式设备外接电源和电池供电自动切换电路，它包括第一开关组件、第二开关组件、第三开关组件、充电管理模块和电量管理模块；所述第一开关组件的一端连接外接电源的输入端，另一端连接设备负载；所述第二开关组件和第三开关组件的一端均连接电量管理模块，电量管理模块的与充电电池连接；所述第二开关组件的另一端连接设备负载，所述第三开关组件的另一端连接充电管理模块，充电管理模块的输入端连接外接电源。
6.所述第一开关组件包括两个pmos管q1和q2构成的单向导通的理想二极管开关，用于控制外接电源到设备负载通路的关断和开通；所述第二开关组件包括两个pmos管q5和q6构成的单向导通的理想二极管开关，用于控制内置充电电池到设备负载通路的关断和开通；所述第三开关组件包括一个pmos管q4构成的单向导通的理想二极管开关，用于控制内置充电电池到充电管理模块的关断和开通。
7.所述第一开关组件中q1的漏极连接外接电源的输出端，q1的源极连接q2的源极，q2的漏极连接设备负载，q1的栅极连接所述第三开关组件中q4的栅极，q1的栅极受控于外
接电源通过q3取反结果，q2的栅极受控于设备外部开关机按键信号和设备上电保持信号通过q7取反的线与结果。
8.所述第二开关组件中q5的源极连接q6的源极，q6的漏极连接设备负载，q6的栅极连接q2的栅极，受控于设备外部开关机按键信号和设备上电保持信号通过q7取反的线与结果，q5的漏极连接所述电量管理模块和所述第三开关组件中q4的源极，q5的栅极受控于外接电源输入。
9.所述第三开关组件中q4的漏极连接充电管理模块的输出，q4的栅极连接所述第一开关组件q1的栅极，q4的源极连接所述第二开关组件q5的漏极。
10.包括第一、第二、第三和第四种工作模式；所述第一种工作模式为电路默认状态，所述第二种工作模式实现电池充电且设备工作由外部电源供电，第三种工作模式仅实现为电池充电，第四种工作模式实现设备由电池供电。
11.所述第一种工作模式无外接电源，设备开机控制信号无效，所述第三开关组件关闭，所述第二开关组件关闭，其中q5开启，q6关闭，所述第一开关组件关闭，其中q1和q2均关闭，设备处于关机状态。
12.所述第二种工作模式中有外接电源，且设备开机控制信号有效，所述第三开关组件打开，所述第二开关组件关闭，其中q5关闭，q6开启，所述第一开关组件打开，此时，设备负载通过外接电源供电，同时外接电源通过所述充电管理模块为内置充电电池充电。
13.所述第三种工作模式中有外接电源，设备开机控制信号无效，此时，所述第三开关组件打开，所述第二开关组件关闭，所述第一开关组件关闭，其中q1开启，q2关闭，设备处于关机状态，外接电源通过所述充电管理模块为内置充电电池充电。
14.所述第四种工作模式中无外接电源，设备开关机控制信号有效，此时，所述第三开关组件关闭，所述第二开关组件打开，所述第一开关组件关闭，其中q1关闭，q2开启，设备负载通过内置充电电池电源vbat供电，同时切断vbat到外接电源和充电管理模块的漏电通路。
15.本发明具有以下优点：一种便携式设备外接电源和电池供电自动切换电路，使用pmos管设计的理想二极管开关电路替换电源合路二极管和充电管理电路的防反二极管，有效的解决了二极管带来的压降问题。在电池供电时避免电池的不必要损耗，在外接电源时保证电池可以完全充满电，从而提高充电电池的使用效率，增加电池的使用寿命；可以方便的实现便携式设备外部电源和内部电池供电的自动切换控制；检测到便携式设备接入外接电源时，自动无缝切换到外接电源为负载供电，关断内部电池到负载的通路；检测到便携式设备无外接电源时自动无缝切换到内部电池到负载的通路，关断外接电源和电池充电管理模块的漏电通路。从而，在有外接电源时避免电池的损耗，没有外接电源时消除电池不必要的漏电损耗。该电路结构简单可靠，控制灵活方便，成本低。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；
17.图2为本发明的电路示意图；
18.图3为本发明第二种工作模式的电流流向示意图；
19.图4为本发明第三种工作模式的电流流向示意图；
20.图5为本发明第四种工作模式的电流流向示意图。
具体实施方式
21.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的保护范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
22.如图1所示，本发明涉及一种便携式设备外接电源和电池供电自动切换电路，它包括第一开关组件、第二开关组件、第三开关组件、充电管理模块和电量管理模块；所述第一开关组件的一端连接外接电源的输入端，另一端连接设备负载上；所述第二开关组件和第三开关组件的一端均连接电量管理模块，电量管理模块的与充电电池连接；所述第二开关组件的另一端连接设备负载，所述第三开关组件的另一端连接充电管理模块，充电管理模块连接外接电源的输入端。
23.如图2所示，其中q1为开关1的前端pmos管，q2为开关1的后端pmos管；q4为开关3的pmos管；q5为开关2的前端pmos管，q6为开关2的后端pmos管；u3为充电管理模块专用芯片；u2为电量管理模块专用芯片；j1为设备内置电池；vin为接外接电源输出；vout接设备负载；vbat为内置电池输出电源；key为设备外部开关机按键信号，低电平有效；power_ctr为设备上电保持信号，高电平有效。
24.进一步地，所述第一开关组件包括两个pmos管q1和q2构成的单向导通的理想二极管开关，用于控制外接电源到设备负载通路的关断和开通；所述第二开关组件包括两个pmos管q5和q6构成的单向导通的理想二极管开关，用于控制内置充电电池到设备负载通路的关断和开通；所述第三开关组件包括一个pmos管q4构成的单向导通的理想二极管开关，用于控制内置充电电池到充电管理模块的关断和开通。
25.进一步地，所述第一开关组件中q1的漏极连接外接电源的输出端，q1的源极连接q2的源极，q2的漏极连接设备负载，q1的栅极连接所述第三开关组件中q4的栅极，q1的栅极受控于外接电源通过q3取反结果，q2的栅极受控于设备外部开关机按键信号和设备上电保持信号通过q7取反的线与结果。
26.进一步地，所述第二开关组件中q5的源极连接q6的源极，q6的漏极连接设备负载，q6的栅极连接q2的栅极，受控于设备外部开关机按键信号和设备上电保持信号通过q7取反的线与结果，q5的漏极连接所述电量管理模块和所述第三开关组件中q4的源极，q5的栅极受控于外接电源输入。
27.进一步地，所述第三开关组件中q4的漏极连接充电管理模块的输出，q4的栅极连接所述第一开关组件q1的栅极，q4的源极连接所述第二开关组件q5的漏极。
28.本发明的第一种工作模式为：此工作状态或者工作模式为电路默认状态，无外接电源(vin＝0v)，且便携式设备开机控制信号无效(key为悬空或者power_ctr为低电平)的情况。此时，开关3关闭，其pmos管(电路图中的q4的vgs电压＝0v)关闭；开关2关闭，其前端
pmos(电路图中的q5的vgs＝
‑
vbat)开启，后端pmos管(电路图中的q6的vgs电压＝0v)关闭；开关1关闭，其前端pmos(电路图中的q1的vgs电压＝0v)和后端pmos(电路图中的q2的vgs电压＝0v)都处于关闭模式。所以，设备处于关机状态，电池到充电管理模块和到设备负载的通路都被断开，内置电池基本上无能量损耗。
29.如图3所示，本发明的第二种工作模式为：有外接电源，且便携式设备开机按键信号有效(key为低电平，或者power_ctr为高电平)的情况。此时，开关3打开，其pmos管(电路图中的q4的vgs电压＝
‑
vbat)打开；开关2关闭，其前端pmos关闭(电路图中的q5的vgs＝vin
‑
vbat>0)，后端pmos管(电路图中的q6的vgs电压＝
‑
vin)开启；开关1打开，其前端pmos管(电路图中的q1的vgs电压＝
‑
vin)开启，后端pmos管(电路图中的q2的vgs电压＝
‑
vin)开也开启；所以便携式设备负载通过外接电源vin供电，同时外接电源通过充电管理模块为内置电池充电。
30.如图4所示，本发明的第三种工作模式为：有外接电源，且便携式设备开机按键信号无效(key为悬空或者power_ctr为低电平)的情况。此时，开关3打开，其pmos管(电路图中的q4的vgs电压＝
‑
vbat)打开；开关2关闭，其前端pmos管(电路图中的q5的vgs＝vin
‑
vbat>0)关闭，后端pmos管(电路图中的q6的vgs电压＝0)关闭；开关1关闭，的前端pmos管(电路图中的q1的vgs电压＝
‑
vin)开启，后端pmos管(电路图中的q2的vgs电压＝0)关闭；所以，便携式设备处于关机状态，设备负载不工作，外接电源通过充电管理模块为内置电池充电。
31.如图5所示，本发明的第四种工作模式为：无外接电源，且便携式设备开机按键信号(key为低电平，或者power_ctr为高电平)有效的情况。此时，开关3关闭，其pmos管(电路图中的q4的vgs电压＝0v)关闭；开关2打开，其前端pmos(电路图中的q5的vgs＝
‑
vbat)开启，开关2的后端pmos管(电路图中的q6的vgs电压＝
‑
vbat)开启；开关1关闭，其前端pmos管(电路图中的q1的vgs电压＝0v)关闭，开关1的后端pmos管(电路图中的q2的vgs电压＝
‑
vbat)开启。所以便携式设备负载通过内置电池电源vbat供电，同时切断vbat到外接电源和充电管理模块的漏电通路。
32.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。