專利名稱：鐵電池手機雙向供電電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電池的導(dǎo)電連接電路，尤其涉及鐵電池與手機的導(dǎo)電連 接電路。
背景技術(shù)：
鋰電池具有容量大、重量輕、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，現(xiàn)有的移動電話都是 采用鋰電池供電，但鋰電池也有很多不足，比如安全性能差，短路、受熱容 易爆炸等。隨著新型鐵電池的出現(xiàn)，其成本低、安全性能好的優(yōu)點逐步推廣 開來，由于鐵電池和鋰電池內(nèi)部使用的正極材料不同，嵌入嵌出電壓也就不 同，所以鐵電池與鋰電池的輸出電壓不同，鐵電池放電時的電量集中在
3.2V-3.4V之間，輸出電壓為2.8V-3.8V ，而移動電話系統(tǒng)的供電要求在 3.3V-4.2V之間，因此，鐵電池不能像鋰電池一樣直接給移動電話供電，需要 進行升壓處理。
現(xiàn)有技術(shù)中， 一般按照一定的比例，例如1.12倍的比例，將鐵電池的輸 出電壓整體升壓，將鐵電池輸出的2.8V-3.8V的電壓升為3.3V-4.2V的電壓輸 出，可以達到給移動電話供電的要求。由于鐵電池升壓后的最大輸出電流為 1.8A,而移動電話的射頻功放模塊工作的最大電流在2A以上，因此會出現(xiàn)瞬 時供電不足的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致移動電話突然掉電，特別在移動電話信號差的 情況下，掉電現(xiàn)象明顯增加。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種鐵電池手機雙向供電電源電路，該電路使低壓的鐵 電池能夠正常的進行手機供電以及通過手機進行充電。
本實用新型的鐵電池手機雙向供電電源電路用于連接鐵電池和手機，包 括連接鐵電池的鐵電池供電輸入端、連接手機的手機供電輸出端、控制升壓 給手機供電的升壓放電開關(guān)、控制降壓給鐵電池充電的降壓充電開關(guān)、控制
升降壓控制模塊、在升壓或降壓^"存儲能量的電能儲^存模塊、'檢;則電能儲存
模塊電流的檢測模塊；
所述升壓放電開關(guān)和降壓充電開關(guān)并聯(lián)，鐵電池供電輸入端、檢測模塊、電能儲存模塊、升壓放電開關(guān)和降壓充電開關(guān)組成的并聯(lián)電路和雙向直流-直 流升降壓控制模塊依次串聯(lián)，雙向直流-直流升降壓控制模塊連接手機供電輸 出端。
優(yōu)選地，雙向直流-直流升降壓控制模塊檢測手機電池輸出端和鐵電池供 電輸入端的電壓并計算電壓比值，根據(jù)此電壓比值控制升壓放電開關(guān)和降壓 充電開關(guān)。
優(yōu)選地，所述雙向升降壓控制模塊包括驅(qū)動信號輸入端、信號處理模塊 和脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電路，驅(qū)動信號輸入端輸入驅(qū)動信號，驅(qū)動信號經(jīng) 過信號處理模塊處理后驅(qū)動脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電^^。
優(yōu)選地，所述信號處理模塊包括電流反饋模塊、第一電壓反饋模塊、最
大限流比較器、方向選擇器和翻轉(zhuǎn)電流比較器；
所述電流反饋模塊檢測流過電能儲存模塊的電流，將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換為電 流反饋信號，并將電流反饋信號發(fā)送至最大限流比較器；
第 一 電壓反饋模塊檢測鐵電池供電輸入端和手機供電輸出端的電壓比 值，將該電壓比值轉(zhuǎn)換為電壓反饋信號，并將該電壓反饋信號發(fā)送至最大限 流比較器；
第一電壓反饋模塊還輸出電壓反饋信號到方向選擇器； 最大限流比較器、翻轉(zhuǎn)電流比較器和方向選擇器將獲得的電流反饋信號 和電壓反饋信號轉(zhuǎn)換為控制信號，并輸出該控制信號到脈沖寬度調(diào)制邏輯輸 出電路并控制升壓放電開關(guān)或降壓充電開關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷。
優(yōu)選地，所述脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電路包括脈沖寬度調(diào)制模塊、第一 緩沖器、第二緩沖器、第二電壓反饋模塊、時鐘發(fā)生器、升壓放電開關(guān)管腳 和降壓充電關(guān)開管腳；時鐘發(fā)生器輸出時鐘信息到脈沖寬度調(diào)制模塊，脈沖 寬度調(diào)制模塊輸出控制信號到第 一緩沖器和第二緩沖器，第 一緩沖器輸出控 制信號到升壓放電開關(guān)管腳，第二緩沖器輸出控制信息到降壓充電開關(guān)管腳， 第 一緩沖器和第二緩沖器經(jīng)過第二電壓反饋模塊向脈沖寬度調(diào)制模塊返回電 壓反饋信號。
本實用新型采用雙向直流-直流升降壓控制模塊通過直流-直流升壓將鐵 電池電壓線性升壓，從而滿足手機供電的需要，可以通過直流-直流降壓對鐵 電池充電，在供電的同時可以通過4全測直流-直流升壓后電壓來4僉測鐵電池電 壓。能夠充分發(fā)揮鐵電池安全隱患小、成本低、壽命長的優(yōu)勢。


圖l是現(xiàn)有的鋰電池與手機供電結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的鐵電池放電曲線示意圖3是本實用新型第 一 實施例與鐵電池和手機連接結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實用新型第 一 實施例的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本實用新型第二實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖6是本實用新型第二實施例的雙向直流-直流升降壓控制模塊電路;漠塊 結(jié)構(gòu)示意圖7是本實用新型第二實施例連接鐵電池后的放電曲線示意圖。 本實用新型目的、功能及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明具體實施方式
本實用新型的實施例通過雙向直流升降壓，實現(xiàn)了鐵電池的升壓放電和 降壓充電，使鐵電池能夠滿足手機使用的需要。
參照圖3,本實用新型的第一實施例的鐵電池手機雙向供電電源電路100 用于連接鐵電池300和手才幾400,如圖4所示，所述4失電池手才幾雙向供電電源 電路包括檢測模塊110、電能儲存模塊120、升壓放電開關(guān)130、降壓充電開 關(guān)140和雙向直流-直流升降壓控制模塊150、鐵電池供電輸入端160和手機 供電輸出端170。
所述升壓放電開關(guān)130和降壓充電開關(guān)140并聯(lián)，鐵電池供電輸入端160、 檢測模塊110、電能儲存模塊120、升壓放電開關(guān)130和降壓充電開關(guān)140組 成的并聯(lián)電路和雙向直流-直流升降壓控制才莫塊150依次串聯(lián)，雙向直流-直流 升降壓控制模塊150連接手機供電輸出端170，雙向直流-直流升降壓控制沖莫 塊150內(nèi)部包括觸發(fā)器。
觸發(fā)器在手機供電輸出端170的電壓小于鐵電池供電輸入端160電壓的 1.12倍時為一個觸發(fā)周期，從手機供電輸出端170的電壓大于到等于鐵電池 供電輸入端160電壓的1.12倍時為一個觸發(fā)周期。觸發(fā)器有0和1兩個狀態(tài)， 從1到0為重置，從0到1為置1。
所述檢測模塊IIO才企測電能儲存模塊120的電流，雙向直流-直流升降壓 控制模塊150控制升壓放電開關(guān)130和降壓充電開關(guān)140實現(xiàn)手機電池的放 電或充電，電能儲存模塊120在升壓或降壓時存儲能量。
當(dāng)雙向直流-直流升降壓控制模塊150檢測手機供電輸出端170的電壓小 于鐵電池供電輸入端160電壓的1.12倍時，升壓;^文電開關(guān)130打開，此時4失 電池供電輸入端160、檢測模塊IIO、電能儲存模塊120、升壓放電開關(guān)130、 雙向直流-直流升降壓控制才莫塊150以及手機供電輸出端170組成的回路導(dǎo)通，電能儲存模塊120存儲電能。雙向直流-直流升降壓控制模塊150中預(yù)設(shè)最大 限流，當(dāng)檢測模塊110檢測電能儲存模塊120上的峰值電流達到預(yù)設(shè)的最大 限流時，雙向直流-直流升降壓控制模塊150重置其內(nèi)部的觸發(fā)器，當(dāng)手機供 電輸出端170的負載增加的瞬間，手機供電輸出端170的電壓與鐵電池供電 輸入端160電壓的比值會減小，此時直流-直流升降壓控制模塊150增大輸出 電壓直到電能儲存模塊120上的平均電流和負載電流匹配。然后觸發(fā)器觸發(fā) 升壓放電開關(guān)130關(guān)斷，使得電流通過降壓充電開關(guān)140向手機供電輸出端 170輸出電流。在手機供電輸出端170的電壓小于鐵電池供電輸入端160電壓 的U2倍時進入下個觸發(fā)周期，進入下個觸發(fā)周期前雙向直流-直流升降壓控 制模塊150保持連續(xù)導(dǎo)通模式，在下個觸發(fā)周期或者是雙向直流-直流升降壓 控制模塊150進入非連續(xù)導(dǎo)通模式時，降壓充電開關(guān)140—直導(dǎo)通，循環(huán)上 述工作過程，實現(xiàn)升壓放電功能。
當(dāng)雙向直流-直流升降壓控制模塊150檢測手機供電輸出端的電壓大于鐵 電池供電輸入端160電壓1.12倍時，升壓放電開關(guān)130關(guān)斷，而降壓充電開 關(guān)140對電能儲存模塊120充電。雙向直流-直流升降壓控制模塊150觸發(fā) 器置1, 觸發(fā)器觸發(fā)降壓充電開關(guān)140打開，此時鐵電池供電輸入端 160、手機供電輸出端170、檢測模塊110、電能儲存模塊120以及降 壓充電開關(guān)140組成的回路導(dǎo)通，電能儲存模塊120儲存電能，直到 雙向直流-直流升降壓控制模塊150重置觸發(fā)器。當(dāng)電能儲存模塊120 上的峰值電流達到預(yù)設(shè)的最大限流值時，雙向直流-直流升降壓控制模 塊150重置觸發(fā)器。當(dāng)手機供電輸出端170的負載改變時，手機供電輸 出端170的電壓與鐵電池供電輸入端160電壓的比值會減小，這時雙向直流-直流升降壓控制模塊150會增大輸出電壓直到電能儲存模塊120上的平 均電流和負載電流匹配。雙向直流-直流升降壓控制模塊150重置觸發(fā) 器，降壓充電開關(guān)140關(guān)斷，升壓放電開關(guān)130導(dǎo)通，使得電流從電 能儲存才莫塊120向鐵電池供電輸入端160輸出電流。如此循環(huán)，實現(xiàn) 降壓充電過程。
在手機充電時，雙向直流-直流升降壓控制模塊150作為直流-直流降壓模 塊，使充電電壓降低到鐵電池的充電電壓，使裝有鐵電池的手機能夠正常充 電，在手機使用時，雙向直流-直流升降壓控制模塊150作為直流-直流升壓模 塊，使鐵電池的輸出電壓線性升高到手機供電需要的電壓，從而滿足手機使
基于第一實施例提出第二實施例，結(jié)合圖5和圖6所示，本實施例在第 一實施例的基礎(chǔ)上，電能儲存模塊120包括一大飽和電流電感L和與大飽和電流電感L并聯(lián)的電容C1。檢測模塊包括一檢測電阻R。雙向直流-直流升降 壓控制模塊150包括驅(qū)動信號輸入端RUN-A、信號處理模塊151和脈沖寬度 調(diào)制邏輯輸出電路152,驅(qū)動信號輸入端RUN-A輸入鐵電池發(fā)出的驅(qū)動信號， 發(fā)出的驅(qū)動信號作為雙向直流-直流升降壓控制模塊150的使能信號，驅(qū)動雙 向直流-直流升降壓控制模塊150工作。
信號處理模塊151包括電流反饋模塊1511、第一電壓反饋模塊1512、最 大限流比較器1513、方向選擇器1514和翻轉(zhuǎn)電流比較器1515,第一電壓反 饋模塊1512中設(shè)有差值放大模塊1516。所述電流反饋模塊1511檢測流過 電能儲存模塊120的電流，將電流值轉(zhuǎn)化為電流反饋信號，輸出電流反 饋信號到最大限流比較器1513。第一電壓反饋模塊1512;f企測手機供電輸出端 170的電壓和鐵電池供電輸入端160電壓比值，將比值轉(zhuǎn)化為電壓反饋信號， 輸出電壓反^t信號到最大限流比較器1513。第一電壓反々貴^f莫塊1512還輸出電 壓反饋信號到方向選擇器1514。最大限流比較器1513、翻轉(zhuǎn)電流比較器1515 和方向選擇器1514將接收的電流反饋信號和/或電壓反饋信號轉(zhuǎn)換為控制信 號，并輸出控制信號到脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電路152,以控制脈沖寬度調(diào)制 邏輯輸出電^各152工作和升壓放電開關(guān)130或降壓充電開關(guān)140的導(dǎo)通或關(guān) 斷。
信號處理沖莫塊151還包含管腳VP、管腳VB、管腳Isense、管腳VSSA。 第一電壓反饋才莫塊1512通過管腳VP連接到手機供電輸出端170;電流反 饋模塊1511通過管腳VB連接到鐵電池供電輸入端160;電流反饋模 塊1511通過管腳Isense與檢測電阻R連接，大飽和電流電感L與檢測 電阻R串if關(guān)，用來^r測流過大飽和電流電感L的平均電流；管腳VSSA 接地。差值放大模塊1516放大第一電壓反饋模塊1512檢測到的手機供電輸 出端170的電壓和鐵電池供電輸入端160電壓比值，并且輸出一個信號，該 信號是將比值發(fā)送給電能儲存模塊120,以控制電能儲存模塊120。
脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電路152包括脈沖寬度調(diào)制模塊1521、第一緩沖 器1522、第二緩沖器1523、第二電壓反饋模塊1524、時鐘發(fā)生器1525、升 壓放電開關(guān)管腳N-drv和降壓充電關(guān)開管腳P-drv,時鐘發(fā)生器1525輸出時鐘 信息到脈沖寬度調(diào)制模塊1521，該時鐘信號控制脈沖寬度調(diào)制模塊1521輸出 的脈寬信號，脈沖寬度調(diào)制模塊1521產(chǎn)生控制信號并輸出到第一緩沖器1522 和第二緩沖器1523,第一緩沖器1522輸出控制信號到升壓放電開關(guān)管腳 N-drv,控制升壓放電開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，第二緩沖器1523輸出控制信號到降 壓充電開關(guān)管腳P-drv，控制降壓充電開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，第一緩沖器1522 和第二緩沖器1523經(jīng)過第二電壓反饋模塊1524向脈沖寬度調(diào)制模塊1521返 回電壓反饋信號，脈沖寬度調(diào)制模塊1521根據(jù)該電壓反饋信號調(diào)整脈寬信號的輸出。
本實施例的升壓放電開關(guān)130采用N-MOSFET ( N-Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, N溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管)， 降壓充電開關(guān)140采用P-MOSFET ( P Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, P溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管)。N-MOSFET的柵極連接在 第一緩沖器1522輸出控制信號的升壓放電開關(guān)管腳N-drv; P-MOSFET的柵 極連接在第二緩沖器1523輸出控制信號的降壓充電開關(guān)管腳P-drv。 P-MOSFET的源極與N-MOSFET的漏扨j妄連，電感與P-MOSFET的源才及和 N-MOSFET的漏極連接。
而圖7為4失電池加本實施例電^各后在通話時的》丈電曲線圖，可以 看出使用本實施例電路之后，完全能達到3.6V大電流輸出的目的。 同時，管腳VP上的電壓發(fā)送到手機后可以實現(xiàn)電量檢測。 本實施中，4企測電阻R選用0.03歐姆，誤差1%,以實現(xiàn)準確枱r 測大^t包和電流電感L上的電流。升壓》文電開關(guān)130和降壓充電開關(guān)140分 別采用源漏導(dǎo)通電阻小的N-MOSFET和P-MOSFET器件，源漏導(dǎo)通電 流方面，確保降壓充電開關(guān)140的持續(xù)導(dǎo)通電流在2A以上、升壓放電開 關(guān)130的峰值導(dǎo)通電流在4A以上。根據(jù)雙向直流-直流升降壓控制模塊150 的最大峰值電流，要求大飽和電流電感L的額定電流在2.5A以上，電 感值在luF-2.5uF左右。而輸入電容Cl才艮據(jù)鐵電池的內(nèi)阻而定，電容 值在lu以上X5R、 X7R低ESR的陶瓷電容可以滿足其穩(wěn)壓、濾波要 求。輸出電容C2選取47uF以上的低等效串聯(lián)電阻阻值的電容。
'源^^谷杜于巧幾允％町，通過將 充電電壓降低到鐵電池的充電電壓，使裝有鐵電池的手機能夠正常充電，在 手機4吏用時，通過將鐵電池的輸出電壓線性升高到手機供電需要的電壓，從 而滿足手機使用是的正常供電需求，同時可以通過^r測升壓后的電壓來檢測 4失電;也的電壓。
以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專 利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程 變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型 的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種鐵電池手機雙向供電電源電路，用于連接鐵電池和手機，其特征在于包括連接鐵電池的鐵電池供電輸入端、連接手機的手機供電輸出端、控制升壓給手機供電的升壓放電開關(guān)、控制降壓給鐵電池充電的降壓充電開關(guān)、控制升壓放電開關(guān)和降壓充電開關(guān)以實現(xiàn)手機電池的充電或放電的雙向直流-直流升降壓控制模塊、在升壓或降壓時存儲能量的電能儲存模塊、檢測電能儲存模塊電流的檢測模塊；所述升壓放電開關(guān)和降壓充電開關(guān)并聯(lián)；鐵電池供電輸入端、檢測模塊、電能儲存模塊、升壓放電開關(guān)和降壓充電開關(guān)組成的并聯(lián)電路和雙向直流-直流升降壓控制模塊依次串聯(lián)；雙向直流-直流升降壓控制模塊連接手機供電輸出端。
2、 如權(quán)利要求1所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于所述雙向直流-直流升降壓控制模塊分別檢測手機供電輸出端和鐵電池供 電輸入端的電壓并計算電壓比值，根據(jù)此電壓比值控制升壓放電開關(guān)和降壓 充電開關(guān)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于 所述雙向升降壓控制模塊包括驅(qū)動信號輸入端、信號處理模塊和脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電路，驅(qū)動信號輸入端輸入驅(qū)動信號，驅(qū)動信號經(jīng)過信號處 理模塊處理后驅(qū)動脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電路
4、 如權(quán)利要求3所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于 所述信號處理模塊包括電流反饋模塊、第一電壓反饋模塊、最大限流比較器、方向選擇器和翻轉(zhuǎn)電流比較器；所述電流反饋模塊檢測流過電能儲存模塊的電流，將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換為電 流反饋信號，并將電流反饋信號發(fā)送至最大限流比較器；第 一 電壓反饋模塊檢測鐵電池供電輸入端和手機供電輸出端的電壓比 值，將該電壓比值轉(zhuǎn)換為電壓反饋信號，并將該電壓反饋信號發(fā)送至最大限 流比較器；第一電壓反饋模塊還輸出電壓反饋信號到方向選擇器； 最大限流比較器、翻轉(zhuǎn)電流比較器和方向選擇器將獲得的電流反饋信號 和電壓反饋信號轉(zhuǎn)換為控制信號，并輸出該控制信號到脈沖寬度調(diào)制邏輯輸 出電路并控制升壓放電開關(guān)或降壓充電開關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷。
5、 如權(quán)利要求4所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于所述脈沖寬度調(diào)制邏輯輸出電路包括脈沖寬度調(diào)制模塊、第一緩沖器、 第二緩沖器、第二電壓反饋模塊、時鐘發(fā)生器、升壓放電開關(guān)管腳和降壓充電開關(guān)管腳；時鐘發(fā)生器輸出時鐘信號到脈沖寬度調(diào)制模塊，脈沖寬度調(diào)制模塊輸出 控制信號到第一緩沖器或第二緩沖器，第一緩沖器輸出控制信號到升壓放電 開關(guān)管腳，第二緩沖器輸出控制信息到降壓充電開關(guān)管腳，第一緩沖器和第 二緩沖器經(jīng)過第二電壓反饋模塊向脈沖寬度調(diào)制模塊返回第二電壓反饋信
6、 如權(quán)利要求5所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于第 二電壓反饋信息檢測第 一緩沖器或第二緩沖器的電壓并轉(zhuǎn)換為第二電壓反饋 信號，脈沖寬度調(diào)制模塊根據(jù)第二電壓反饋信號調(diào)整輸出控制信號。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于 所述升壓》丈電開關(guān)包括N-MOSFET。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于 降壓充電開關(guān)包括P-MOSFET。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在于 所述電能儲存模塊包括大飽和電流電感和與大飽和電流電感并聯(lián)的電容。
10、 如權(quán)利要求1或2所述的鐵電池手機雙向供電電源電路，其特征在 于所述^^測模塊包括一電阻。
專利摘要本實用新型提供一種鐵電池手機雙向供電電源電路，用于連接鐵電池和手機，包括鐵電池供電輸入端、手機供電輸出端、升壓放電開關(guān)、降壓充電開關(guān)、雙向直流-直流升降壓控制模塊、電能儲存模塊、檢測模塊，所述升壓放電開關(guān)和降壓充電開關(guān)并聯(lián)，鐵電池供電輸入端、檢測模塊、電能儲存模塊、升壓放電開關(guān)和降壓充電開關(guān)組成的并聯(lián)電路和雙向直流-直流升降壓控制模塊依次串聯(lián)，雙向直流-直流升降壓控制模塊連接手機供電輸出端。本實用新型采用雙向直流-直流升降壓控制模塊通過直流-直流升壓將鐵電池電壓線性升壓，從而滿足手機供電的需要，可以對鐵電池充電，還可以檢測鐵電池電壓。能夠充分發(fā)揮鐵電池安全隱患小、成本低、壽命長的優(yōu)勢。
文檔編號H02M3/04GK201243215SQ20082011433
公開日2009年5月20日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者左俊才, 冰 申, 懿 謝, 趙長春 申請人:比亞迪股份有限公司