[发明专利]锂电池电源管理电路

说明书

技术领域

本发明涉及电源管理领域，特别涉及一种充分复用器件的锂电池电源管理电路。

背景技术

如图1所示，现在一个典型的单节锂电池设备通常包括充电管理芯片，开关电源输出。该系统包含一个充电管理子系统负责利用外部电源对锂电池充电，一个放电管理子系统利用锂电池给系统供电。通常上述两个子系统都有独立的开关电源和外部电感。以实现高效率的电源转换。

充电管理子系统通常包含一个开关电源，和恒流恒压控制。若输入电源比锂电池电压高。我们称为降压充电。如图2所示，降压开关电源需要两个开关管S1和S2，降压控制模块，一个电感L1，一个输出电容C1。降压控制模块产生PWM信号控制S1和S2(PWM即脉宽调制)，它们负责将输入电压传换成略高于锂电池的电压。而恒流恒压系统是开关管S3以及恒流恒压控制模块组成，依据锂电池需要的充电要求，实现先小电流恒定电流充电(也称涓流)，然后大电流恒定电流充电，最后恒定电压充电。恒流恒压控制模块使得开关管S3表现为恒流源或LDO输出实现上述功能。若输入电源比锂电池电压低。我们称为升压充电。如图3所示，升压开关电源需要两个开关管S1和S2，升压控制模块，一个电感L1，一个输出电容C1。升压控制模块产生PWM信号控制S1和S2(PWM即脉宽调制)，它们负责将输入电压传换成略高于锂电池的电压。而恒流恒压系统是开关管S3以及恒流恒压控制模块组成，依据锂电池需要的充电要求，实现先小电流恒定电流充电(也称涓流)，然后大电流恒定电流充电，最后恒定电压充电。恒流恒压控制模块使得开关管S3表现为恒流源或LDO输出实现上述功能。

放电管理子系统通常即为一个简单的开关电源，根据输入输出电压不同可以表现为三种形式。通常单节锂电池工作电压范围在2.9V到4.2V之间，若需要2.5V或1.8V这样的输出电压，则系统采用降压电源转换。

如图4所示，降压开关电源需要两个开关管S1和S2，降压控制模块，一个电感L1，一个输出电容C1。降压控制模块产生PWM信号控制S1和S2(PWM即脉宽调制)，它们负责将锂电池高压传换成目标电压，该目标电压低于锂电池电压。

若需要5V或12V这样的高于单节锂电池电压的输出电压，则系统采用升压电源转换。

如图5所示，升压开关电源需要两个开关管S1和S2，升压控制模块，一个电感L1，一个输出电容C1。升压控制模块产生PWM信号控制S1和S2(PWM即脉宽调制)，它们负责将锂电池高压传换成目标电压，该目标电压高于锂电池电压。

若需要3.6V或3.3V这样的在单节锂电池电压附近的输出电压，则系统采用降压-升压电源转换。

如图6所示，降压-升压开关电源需要4个开关管S1、S2、S3和S4，降压-升压控制模块，一个电感L1，一个输出电容C1。升压控制模块产生PWM信号控制S1、S2、S3和S4(PWM即脉宽调制)，工作时候S1和S3作为一组开关同时导通或关闭，S2和S4作为一组开关同时导通或关闭。它们负责将锂电池高压传换成目标电压，该目标电压在锂电池电压附近。图6所示架构也能实现单纯的升压或降压，但是由于同时有4个开关管在工作，开关管的驱动电流和导通电阻都将消耗额外功耗，因此效率较图4和图5要低不少。

为实现高效率、宽电压范围的充放电管理。整个系统需要集成2种充电管理子系统和3种放电管理子系统。若直接集成，系统中将有5个电感，12个开关管。由于电感和开关管的数量直接影响系统成本，这么多的电感和开关管将导致系统成本急剧上升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现宽电压范围的充电管理和放电管理，降低系统成本的锂电池电源管理电路。

为解决上述技术问题，本发明锂电池电源管理电路包括依次串联的第六开关、第四开关、电感及第五开关，所述第六开关的另外一端与锂电池连接，所述第五开关的另外一端与输出电源连接；第一电容，所述第一电容一端连接于所述第六开关与所述第四开关的连接点，所述第一电容的另外一端接地；第三开关，所述第三开关一端连接于所述第四开关与所述电感的连接点，所述第三开关的另外一端接地；第二开关，所述第二开关一端连接于所述电感与所述第五开关的连接点，所述第二开关的另外一端接地；第一开关，所述第一开关一端连接于所述电感与所述第五开关的连接点，所述第一开关的另外一端与输入电源连接；第二电容，所述第二电容一端连接于所述第五开关与所述输出电源的连接点，所述第一电容的另外一端接地。

所述锂电池电源管理电路还进一步包括一控制模块，所述控制模块与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关及所述第五开关连接。