以超電容降壓來快速充電及放電壓降補(bǔ)嘗的電源管理方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電池充電、放電的管理方案，尤其涉及一種利用超級(jí)電容對(duì)電池進(jìn)行快速充電并且在電池放電時(shí)補(bǔ)償放電壓降的電源管理方案。
【背景技術(shù)】
[0002]電池的快速充電是人們一直追求的充電模式，在消費(fèi)型電子上應(yīng)用越來越多，越來越普及，可望近二年內(nèi)快速充電將會(huì)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配備技術(shù)。目前手機(jī)市場上除了一般普通充電模式(5V，0.5?1.5A)以外，主流的快充方案(高通2.0與聯(lián)發(fā)科MTK PumpExpress)采用充電頭高壓低電流，進(jìn)入手機(jī)端后再采恒流恒壓(CC，CV)充電，充電時(shí)間以3200mAh而言充滿需90-120分鐘，缺點(diǎn)是此方案需綁2顆充電管理IC并且手機(jī)的CPU需能與之搭配，成本相對(duì)提高。另一快充技術(shù)方案(0ΡΡ0 Flash VOOC閃充)也是采恒流恒壓(CC，CV)充電頭采5V 5A低壓大電流充電，電池得用快速充電專用電池，其充滿3200mAh需45-60分，而且從充電頭、USB線與接口、快充專用電池，全都特制成本很高是其缺點(diǎn)?，F(xiàn)行的電池要能快速充電都必須將充電電流放大，但放大電流會(huì)造成電池本身循環(huán)壽命一定程度的傷害。在電池的負(fù)載放電上，電池最忌誨的是負(fù)載大的大電流抽載效應(yīng)，一般消費(fèi)性電子都會(huì)有電源管理IC負(fù)責(zé)各軟硬件的耗電供電管理，但缺點(diǎn)是必須寫入完整的程序來運(yùn)作，但在電池到達(dá)3.4V時(shí)這些控制IC會(huì)運(yùn)作不穩(wěn)定，因此在3.5V IC就會(huì)開使限制功耗大的軟硬件停止工作，來穩(wěn)定運(yùn)作，此時(shí)瞬間的壓降容易造成手機(jī)當(dāng)機(jī)甚至判定電池沒電而關(guān)機(jī)，也很容易使電池縮短壽命。
[0003]故此開發(fā)一種能實(shí)現(xiàn)快速充放電的，且不會(huì)損傷縮短電池壽命的管理方案是業(yè)內(nèi)亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提出能實(shí)現(xiàn)快速充放電且不會(huì)損傷縮短電池壽命的管理方案。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種以超電容降壓來快速充電及放電壓降補(bǔ)嘗的電源管理方案，其包括:安裝在電子產(chǎn)品中并且連接充電接口的電池、處理器、超級(jí)電容組、串接在充電接口與超級(jí)電容組之間的串聯(lián)充電開關(guān)、串接在超級(jí)電容組與電池之間的并聯(lián)充電開關(guān)、連接電池的負(fù)載、串接在超級(jí)電容組與負(fù)載之間的并聯(lián)放電開關(guān)，處理器內(nèi)置快充程序，分別控制串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)放電開關(guān)的通斷；在快充時(shí)，處理器控制串聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)充電開關(guān)間歇通斷，當(dāng)串聯(lián)充電開關(guān)接通、并聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)關(guān)斷時(shí)，充電器通過充電接口向超級(jí)電容組充電，當(dāng)串聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)關(guān)斷、并聯(lián)充電開關(guān)接通時(shí)，超級(jí)電容組向電池快速的進(jìn)行脈沖充電；在放電時(shí)，處理器偵測負(fù)載電流，當(dāng)負(fù)載電流小時(shí)，處理器控制串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)放電開關(guān)關(guān)斷，由電池單獨(dú)向負(fù)載供電；當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)，處理器控制串聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)充電開關(guān)關(guān)斷、并聯(lián)放電開關(guān)接通，由超級(jí)電容組和電池共同向負(fù)載供電。
[0006]所述超級(jí)電容組具有多個(gè)超級(jí)電容，串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)亦具有多個(gè)，所有串聯(lián)充電開關(guān)分別串接在超級(jí)電容之間，當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)接通而所有并聯(lián)充電開關(guān)和所有并聯(lián)放電開關(guān)斷開時(shí)，所有超級(jí)電容依次串聯(lián)連接所述充電接口 ；所有并聯(lián)充電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容與所述電池之間，當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)和所有并聯(lián)放電開關(guān)斷開而所有并聯(lián)充電開關(guān)接通時(shí)所有超級(jí)電容并聯(lián)連接所述電池；所有并聯(lián)放電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容與所述負(fù)載之間，當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)和所有并聯(lián)充電開關(guān)關(guān)斷而所有并聯(lián)放電開關(guān)接通時(shí)所有超級(jí)電容并聯(lián)接所述負(fù)載。
[0007]所述超級(jí)電容和串聯(lián)充電開關(guān)的個(gè)數(shù)相同，并聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)的個(gè)數(shù)比超級(jí)電容的個(gè)數(shù)多一倍，其中第一個(gè)串聯(lián)充電開關(guān)串接在充電接口正極與第一個(gè)超級(jí)電容正極之間，后面的串聯(lián)充電開關(guān)串接在前一個(gè)超級(jí)電容負(fù)極與后一個(gè)超級(jí)電容正極之間，最后一個(gè)超級(jí)電容負(fù)極連接充電接口負(fù)極；一半的并聯(lián)充電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容正極與所述電池正極之間，另一半的并聯(lián)充電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容負(fù)極與所述電池負(fù)極之間；一半的并聯(lián)放電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容正極與所述負(fù)載正極之間，另一半的并聯(lián)放電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容負(fù)極與所述負(fù)載負(fù)極之間。
[0008]所述處理器內(nèi)置慢充程序，在所述充電器中裝有識(shí)別芯片，該識(shí)別芯片通過充電接口與裝在電子產(chǎn)品中的所述處理器連接，當(dāng)處理器識(shí)別到識(shí)別芯片時(shí)執(zhí)行所述快充程序；當(dāng)處理器未識(shí)別到識(shí)別芯片時(shí)執(zhí)行慢充程序，處理器控制串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)放電開關(guān)皆關(guān)斷，充電器通過充電接口向電池充電。
[0009]所述電池串接限流元件后連接所述并聯(lián)充電開關(guān)，在未用充電器充電時(shí)，處理器控制并聯(lián)充電開關(guān)導(dǎo)通，電池經(jīng)限流元件向超級(jí)電容充電。
[0010]所述串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)放電開關(guān)皆采用MOS管。
[0011]所述脈沖充電的脈沖頻率為1Hz?10MHz，周期占空比1%?99%。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用超級(jí)電容對(duì)電池進(jìn)行脈沖大電流充電，脈沖式的大電流沖擊而不受到傷害電池，進(jìn)而減少電池因大電流而產(chǎn)生的壽命降低，藉此達(dá)到快速充電且保持電池壽命的功能；在放電過程中根據(jù)負(fù)載用電量決定用電池單獨(dú)供電或者用電池和超級(jí)電容共同供電，避免電池因抽載大電流造成的當(dāng)機(jī)及電池本身壽命損傷；本發(fā)明快速充電與電池放電管理是利用同一組超電容組，透過搭配電路設(shè)計(jì)管理，同時(shí)在快速充電時(shí)不用電感降壓而是用超級(jí)電容來降壓，不會(huì)像電感產(chǎn)生熱，來達(dá)到快速充電與大電流負(fù)載放電的功能，并且超電容組具分壓模式，可取代電感升降壓發(fā)燙，減少系統(tǒng)端對(duì)熱處理的成本，來達(dá)到對(duì)電池快充、放電保護(hù)與熱的多重功效。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明基本原理框圖；
圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的原理框圖；
圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例中電子產(chǎn)品部分的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明揭示了一種以超電容降壓來快速充電及放電壓降補(bǔ)嘗的電源管理方案，參看圖1示出的基本原理框圖，其包括:安裝在電子產(chǎn)品中并且連接充電接口的電池、處理器、超級(jí)電容組、串接在充電接口與超級(jí)電容組之間的串聯(lián)充電開關(guān)、串接在超級(jí)電容組與電池之間的并聯(lián)充電開關(guān)、連接電池的負(fù)載、串接在超級(jí)電容組與負(fù)載之間的并聯(lián)放電開關(guān)，處理器內(nèi)置快充程序，分別控制串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)放電開關(guān)的通斷。
[0016]在快充時(shí)，處理器控制串聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)充電開關(guān)間歇通斷，當(dāng)串聯(lián)充電開關(guān)接通、并聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)關(guān)斷時(shí)，充電器通過充電接口向超級(jí)電容組充電，當(dāng)串聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)關(guān)斷、并聯(lián)充電開關(guān)接通時(shí)，超級(jí)電容組向電池快速的進(jìn)行脈沖充電。在此利用超電容幾毫秒的瞬間充放電速度，搭配一定頻率范圍、脈沖波占空比、以一緩沖的功能來保護(hù)電池大電流脈沖快速充電，并且超級(jí)電容做降壓保護(hù)。
[0017]在放電時(shí)，處理器偵測負(fù)載電流，當(dāng)負(fù)載電流小時(shí)，處理器控制串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)放電開關(guān)關(guān)斷，由電池單獨(dú)向負(fù)載供電；當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)，處理器控制串聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)充電開關(guān)關(guān)斷、并聯(lián)放電開關(guān)接通，由超級(jí)電容組和電池共同向負(fù)載供電。
[0018]在較佳實(shí)施例中，所述超級(jí)電容組具有多個(gè)超級(jí)電容，串聯(lián)充電開關(guān)、并聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)亦具有多個(gè)。所有串聯(lián)充電開關(guān)分別串接在超級(jí)電容之間，當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)接通而所有并聯(lián)充電開關(guān)和所有并聯(lián)放電開關(guān)斷開時(shí)，所有超級(jí)電容依次串聯(lián)連接所述充電接口，充電接口對(duì)超級(jí)電容充電；所有并聯(lián)充電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容與所述電池之間，當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)和所有并聯(lián)放電開關(guān)斷開而所有并聯(lián)充電開關(guān)接通時(shí)所有超級(jí)電容并聯(lián)連接所述電池，超級(jí)電容對(duì)電池充電；所有并聯(lián)放電開關(guān)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容與所述負(fù)載之間，當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)和所有并聯(lián)充電開關(guān)關(guān)斷而所有并聯(lián)放電開關(guān)接通時(shí)所有超級(jí)電容并聯(lián)接所述負(fù)載，超級(jí)電容和電池向負(fù)載供電。
[0019]在較佳實(shí)施例中，所述超級(jí)電容和串聯(lián)充電開關(guān)的個(gè)數(shù)相同，并聯(lián)充電開關(guān)和并聯(lián)放電開關(guān)的個(gè)數(shù)比超級(jí)電容的個(gè)數(shù)多一倍。參看圖3給出的具體實(shí)施例超級(jí)電容有3個(gè)，分別是NUCl至NUC3 ;串聯(lián)充電開關(guān)有3個(gè)，分別是MOSl至M0S3 ;并聯(lián)充電開關(guān)有6個(gè)，分別是M0S4至M0S9 ;并聯(lián)放電開關(guān)有6個(gè)，分別是M0S10至M0S15。
[0020]其中第一個(gè)串聯(lián)充電開關(guān)MOSl串接在充電接口正極與第一個(gè)超級(jí)電容NUCl正極之間，后面的串聯(lián)充電開關(guān)串接在前一個(gè)超級(jí)電容負(fù)極與后一個(gè)超級(jí)電容正極之間，最后一個(gè)超級(jí)電容負(fù)極連接充電接口負(fù)極；當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)接通而所有并聯(lián)充電開關(guān)和所有并聯(lián)放電開關(guān)斷開時(shí)，所有超級(jí)電容依次串聯(lián)連接所述充電接口，充電接口對(duì)超級(jí)電容充電。一半的并聯(lián)充電開關(guān)(M0S4、M0S6、M0S8)對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容正極與所述電池正極之間，另一半的并聯(lián)充電開關(guān)(M0S5、M0S7、M0S9 )對(duì)應(yīng)串接在超級(jí)電容負(fù)極與所述電池負(fù)極之間；當(dāng)所有串聯(lián)充電開關(guān)和所