一种具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，包括被测电源，微控制单元，计量管理电路以及显示单元，所述微控制单元通过第一I2C总线与所述计量管理电路相连接，所述微控制单元通过第二I2C总线与所述显示单元相连接，其中微控制单元被配置为读取计量管理电路中关于被测电源的剩余容量信息，并且将上述被测电源的信息发送至显示单元；计量管理电路被配置为对被测电源的剩余容量进行实时计量；显示单元被配置为实时显示被测电源的剩余容量。本实用新型所涉及的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元能够实现实时显示被测电源的剩余容量的功能。
【专利说明】—种具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及移动电源剩余容量的计量技术，尤其涉及一种具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元。
【背景技术】
[0002]目前对于移动电源的剩余容量的计量大多采用的解决方案是对移动电源的电压进行采样，但是当外接负载较大时，移动电源的内部的压降会很大，使得移动电源的输出采样电压会变得很低。而且就市场上的移动电源电量显示部分而言，主要有以下两种显示方式:
[0003](I)采用多个LED显示剩余容量，每一个LED灯代表一定比例的容量；
[0004](2)采用IXD屏显示剩余电量百分比。
[0005]因此当外接负载较大时，移动电源的输出采样电压会瞬间变得很低，上述显示方式出现显示跳变的情况，导致用户认为不能精确的显示出所述移动电源的实际剩余容量。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，实现实时显示被测电源的剩余容量的功能。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提出了一种具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，包括被测电源，微控制单元，计量管理电路以及显示单元，所述微控制单元通过第一 I2C总线与所述计量管理电路相连接，所述微控制单元通过第二 I2C总线与所述显示单元相连接，其中
[0008]计量管理电路，被配置为对被测电源的剩余容量进行实时计量；
[0009]微控制单元，被配置为读取计量管理电路中关于被测电源的剩余容量信息，并且将上述被测电源的信息发送至显示单元；
[0010]显示单元，被配置为实时显示被测电源的剩余容量。
[0011]本实用新型的有益效果在于通过上述具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，实现实时显示被测电源的剩余容量的功能。
[0012]优选的是，还包括保护板电路，该电路与被测电源相连接，被配置为保护被测电源。
[0013]优选的是，还包括降压充电电路和第一升压输出电路，上述电路连接于所述微控制单元与被测电源之间，其中降压充电电路被配置为将外接电源的电压降低至适合被测电源的电压并对被测电源进行充电；第一升压输出电路被配置为将被测电源的电压进行升压输出。
[0014]优选的是，还包括第二升压输出电路，该电路连接于所述微控制单元与被测电源之间，被配置为将被测电源的电压进行升压输出。
[0015]优选的是，所述第一升压输出电路输出5V电压，2.1A电流；所述第二升压输出电路输出5V电压，1.0A电流。
[0016]优选的是，还包括稳压电路，该电路连接于所述微控制单元与被测电源之间，被配置为将被测电源的电压进行稳压后输出至所述微控制单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的整体结构示意图。
[0018]图2示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的微控制单元所用芯片的示意图。
[0019]图3示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的保护板电路图。
[0020]图4示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的计量管理电路图。
[0021]图5示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的降压充电电路图。
[0022]图6示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的第一升压输出电路图。
[0023]图7示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的第二升压输出电路图。
[0024]图8示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的稳压电路图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做进一步说明。
[0026]如图1所示，依照本实用新型所涉及的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元包括微控制单元10，保护板电路20，计量管理电路30，降压充电电路和第一升压输出电路40，第二升压输出电路50，稳压电路60，显示单元70以及被测电源BAT。其中降压充电电路和第一升压输出电路40包括降压充电电路401和第一升压输出电路402。保护板电路20,计量管理电路30,降压充电电路和第一升压输出电路40,第二升压输出电路50和稳压电路60均连接至被测电源BAT的正极，即B+。并且计量管理电路30，降压充电电路和第一升压输出电路40，第二升压输出电路50，稳压电路60和显示单元70还分别将相应接口连接至微控制单元10。
[0027]图2示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的微控制单元所用芯片的示意图。将控制芯片Ul中的对应引脚与其他电路中的对应引脚相连接，实现控制其他电路动作的目的。控制芯片Ul采用MC81F4316，将微控制单元10中控制芯片Ul中的SDAl和SCLl引脚与计量管理电路30中的SDAl和SCLl引脚相连接；将控制芯片Ul中的SCLK、SDATA,OUT-ENl、VIN、CHG和IN-OFF引脚与降压充电电路和第一升压输出电路40中SCLK、SDATA、OUT-ENl、VIN、CHG和IN-OFF端相连接；将控制芯片Ul中的0UT-EN2引脚与第二升压输出电路50中的0UT-EN2端相连接；将控制芯片Ul中的VDDl引脚与稳压电路60中的VDDl端相连接；将控制芯片Ul中的SDA2和SCL2引脚连接至显示单元70 ;将控制芯片Ul中的SW引脚连接按键SI进而接地。
[0028]图3示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的保护板电路图。保护芯片U2采用精工的S-8261，所述芯片的VDD引脚接至被测电源BAT的正极B+，所述保护芯片U2的第一输出引脚Dout经第一 MOS管Ql接至被测电源BAT的负极B-，所述保护芯片U2的第三输出引脚Cout经第二 MOS管Q2接至计量管理芯片U3的SRP引脚。所述保护板电路20对被测电源BAT进行充放电保护。当对被测电源BAT充电或者被测电源BAT对外放电时，并且在微控制单元10及相关电路失效后，此保护板电路20可以保护被测电源BAT的电芯，所述保护芯片U2通过VDD引脚检测当前被测电源电芯的电压，即B+的电压，充电时，充电电压不会超过电芯的最高电压，即当电芯电压超过设置的最大值电压，如4.3V时，所述保护芯片U2会将第二 MOS管Q2断开，使得外部电源不能继续给电芯充电；放电时，放电电压也不会低于电芯的最低电压，即当电芯电压低于设置的最小值电压，如2.4V时，所述保护芯片U2会将第一 MOS管Ql断开，使得电芯不能继续对外放电，最终实现了防止因为过充电或者过放电引起电芯爆炸或者自燃的目的。
[0029]图4示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的计量管理电路图。计量管理芯片U3采用台湾芯传的SP2541，所述计量管理电路是所述芯片U3的典型应用电路，其中BAT引脚接至被测电源BAT的正极B+，SRN引脚和SRP引脚分别接到第一电阻Rl的两端，并且SRN引脚接地，SRP引脚接至B-。具体计量原理是通过实时采样第一电阻Rl两端的电压值，根据欧姆定律I=U/R1换算出电流，该电流即为当前对被测电源电芯充电的电流或者当前被测电源电芯对外放电的电流；运用时间累积的算法来计算外部给被测电源电芯充了多少电，或者被测电源电芯对外放了多少电，对于测试阶段的移动电源而言，所述计量管理芯片U3只需要一个完整的充放电循环就能获得该电源的实际容量，进而使得该电源在以后的使用过程中，通过所述计量管理芯片U3能够实时获得该电源的剩余容量。同时，所述计量管理芯片U3将当前被测电源的实时剩余容量通过其I2C通讯接口 SDA1，SCLl传送到微控制单元10。
[0030]图5示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的降压充电电路图。降压充电芯片U4采用德州仪器的BQ24195，该芯片具有较低的电源通道阻抗，从而减少被测电源的充电时间和延长其放电时间。所述降压充电电路401是所述芯片U4的典型应用电路，其中SCLK、SDATA, VIN、CHG 和 IN-OFF 端与微控制单元 10 中 SCLK、SDATA, VIN、CHG 和 IN-OFF 引脚相连接，该电路的输入端在充电时接至外部MICRO USB的I脚和5脚，接收所述MICRO USB的5V/1.5A输入，该电路的A+、A-、C+和C-区间的电路与第一升压输出电路402中对应区间的电路是完全一致的，所述降压充电芯片U4的BAT引脚接至被测电源BAT的正极B+。所述降压充电电路401从VIN端引出第四电阻R4以及第五电阻R5接地，从IN-OFF端引出第二电阻R2接至第四电阻R4和第五电阻R5的中点，进而通过第三电阻R3接至第三三极管Q3的基极，所述第三三极管Q3的发射极接地，集电极接至第四MOS管Q4的栅极，所述第四MOS管Q4的漏极接至VIN端，源极接至降压充电芯片U4的VBUS引脚，并且在第三三极管Q3的集电极与第四MOS管Q4的源极之间连接第六电阻R6，所述第四MOS管Q4是P沟道MOS管。具体在进行降压充电时，该电路的输入端接至外部MICRO USB的I脚和5脚，接收5V输入，即VIN端为5V，此时控制芯片Ul的CHG引脚检测到高电平，使得控制芯片Ul通过SCLK和SDATA引脚控制降压充电芯片U4开始动作进行降压充电，并且IN-OFF端为高电平，使得第三三极管Q3导通，进而使得第四MOS管Q4导通，所以VIN端的5V电压能够传输到降压充电芯片U4的VBUS引脚进行降压处理，通过降压充电芯片U4将外接5V电压降至被测电源所需要的4.2V电压并对被测电源进行充电。当该电路不工作时，即输入端不接至外部MICROUSB的I脚和5脚时，为了防止被测电源电压的倒灌，IN-OFF端为低电平，使得第三三极管Q3截止，进而使得第六电阻R6两端的电位几乎一致，从而第四MOS管Q4也截止，实现了防止被测电源电压的倒灌的目的。
[0031]图6示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的第一升压输出电路图。所述降压充电芯片U4也具有升压输出的功能，将被测电源的3.7V电压升压至5V输出，因此本电路中的A+、A-、C+和C-区间与降压充电电路401中的对应区间共用，从所述降压充电芯片U4的PMID引脚引出端口外接USB A的I脚，TSl和TS2引脚经电阻接地，第七电阻R7的一端接地，其另一端经第八电阻R8和第九电阻R9接至微控制单元10的OUT-ENl引脚，并且第五MOS管Q5的栅极连接至第八电阻R8和第九电阻R9之间，第五MOS管Q5的源极连接至第七电阻R7和第八电阻R8之间，从其漏极引出端口外接USB A的4脚，并且在第五MOS管Q5的漏极和降压充电芯片U4的PMID引脚之间连接第十三电阻R13和第十四电阻R14，第十五电阻R15和第十六电阻R16与上述两电阻并联，从第十三电阻R13和第十四电阻R14的中点引出端口外接USB A的D-，从第十五电阻Rl5和第十六电阻R16的中点引出端口外接USB A的D+。当被测电源放电时，将USB A的引脚与本电路的对应端口相连接，通过短按微控制单元10中的按键SI，给控制芯片Ul 一个低电平，使得控制芯片Ul通过SCLK和SDATA引脚控制降压充电芯片U4开始动作进行升压输出，并且此时控制芯片Ul中的OUT-ENl是高电平，使第五MOS管Q5导通形成输出回路，输出电压5V，电流2.1A。当再次短按微控制单元10中的按键SI时，可使得第五MOS管Q5截止，该电路不再升压输出。
[0032]图7示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的第二升压输出电路图。本电路的升压芯片U5采用远翔的FP6291，该芯片U5可以起到输出限流的作用。所述第二升压输出电路是所述升压芯片U5的典型应用电路，其VCC引脚接至被测电源BAT的正极B+，LX引脚经第一二极管Dl引出端口外接USB B的I脚，第十电阻RlO的一端接地，其另一端经第十一电阻RlI和第十二电阻R12接至微控制单元10的0UT-EN2引脚，并且第六MOS管Q6的栅极连接至第十一电阻Rll和第十二电阻R12之间，第六MOS管Q6的源极连接至第十电阻RlO和第十一电阻Rll之间，从其漏极引出端口外接USB B的4脚。当被测电源放电时，将USB B的引脚与本电路的对应端口相连接，通过短按微控制单元10中的按键SI，给控制芯片Ul 一个低电平，使得控制芯片Ul将0UT-EN2置成高电平，使第六MOS管Q6导通形成输出回路，输出电压5V，电流1A。当再次短按微控制单元10中的按键SI时，可使得第六MOS管Q6截止，该电路不再升压输出。
[0033]图8示出了本实用新型所涉及的计量管理电路的稳压电路图。该稳压电路的稳压芯片U6采用XC6206，其IN引脚接至被测电源BAT的正极B+，VDDl端连接至微控制单元
10。本电路对被测电源的电压进行稳压，形成3.0V电压对微控制单元10的控制芯片Ul进行供电。
[0034]显示单元70采用LCD12864液晶屏，通过I2C协议实时从微控制单元10中获取被测电源的信息进行显示。
[0035]本实用新型所涉及的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元能够实现实时显示被测电源的剩余容量的功能，不会出现显示的跳变，并且能够对被测电源的充放电电路进行管理。
【权利要求】
1.一种具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，其特征在于:包括被测电源，微控制单元，计量管理电路以及显示单元，所述微控制单元通过第一 I2C总线与所述计量管理电路相连接，所述微控制单元通过第二 I2C总线与所述显示单元相连接，其中 计量管理电路，被配置为对被测电源的剩余容量进行实时计量； 微控制单元，被配置为读取计量管理电路中关于被测电源的剩余容量信息，并且将上述被测电源的信息发送至显示单元； 显示单元，被配置为实时显示被测电源的剩余容量。
2.根据权利要求1所述的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，其特征在于:还包括保护板电路，该电路与被测电源相连接，被配置为保护被测电源。
3.根据权利要求1所述的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，其特征在于:还包括降压充电电路和第一升压输出电路，上述电路连接于所述微控制单元与被测电源之间，其中降压充电电路被配置为将外接电源的电压降低至适合被测电源的电压并对被测电源进行充电；第一升压输出电路被配置为将被测电源的电压进行升压输出。
4.根据权利要求1所述的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，其特征在于:还包括第二升压输出电路，该电路连接于所述微控制单元与被测电源之间，被配置为将被测电源的电压进行升压输出。
5.根据权利要求3或4所述的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，其特征在于:所述第一升压输出电路输出5V电压，2.1A电流；所述第二升压输出电路输出5V电压，1.0A电流。
6.根据权利要求1所述的具有实时显示剩余容量的计量管理电路的电源单元，其特征在于:还包括稳压电路，该电路连接于所述微控制单元与被测电源之间，被配置为将被测电源的电压进行稳压后输出至所述微控制单元。
【文档编号】G01R31/36GK203587777SQ201320686617
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】曾金辉 申请人:深圳市迪比科电子科技有限公司