专利名称：一种后备电源管理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电源提供装置，特别是指一种针对采用锂电池的用电器而设计的后备电源管理装置。
背景技术：
目前市场上使用的移动设备越来越多，特别是一些手持设备如手机、PDA、MP3等，由于用电器的体积本身就比较小，因此电池的体积受到限制，但是目前锂电池的容量密度还是有限，所以很多用户需要后备电源来增加使用时间。在后备电源的管理方案中，目前比较通行的方案是采用一只单节的锂电池作为电源，然后升压到5V直接给用电器供电或者给用电器的主电池充电，但是这种方案有很大的弊端1、不能实现限流功能；2、如果用电器没有充电管理，用这种后备电源给用电器的主电池充电则会存在很大的安全隐患(由于不能限流，如果主电池电压很低则会用很大的电流充电，容易出现安全隐患)；3、不能实现CC/CV功能；4、自耗电流较大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于双脉冲宽度调制PWM控制的、实现恒流恒压、电池电量显示、自耗电流小、安全可靠、效率高、寿命长、性价比高的后备电源管理装置。
本实用新型通过以下技术方案来实现设计一种后备电源管理装置，包括电源输出插座S2，与插座S2相联的后备电源工作回路，充电输入插座S3，与插座S3和电池相联的后备电池保护电路，后备电源工作回路与一实现脉冲宽度调制的主控MCU及电量显示电路联接，主控MCU还与一电源管理电路联接，所述的电源管理电路与插座S2、S3联接。
所述的主控MCU及电量显示电路，包括微处理器U3，与U3相联的电量显示电路和稳压电路，微处理器U3的2脚、4脚、9脚与后备电源工作回路相联，微处理器U3的5脚通过接点VCC与电源管理电路联接，U3的15脚通过电感L2与接点VCC联接，所述的电量显示电路由场效应管Q4、电容C5、电阻R9、R16-R21、发光二极管D5-D8组成，场效应管Q4的栅极通过接点CLK与微处理器U3的18脚联接，Q4的漏极与电阻R17的一端相联，电阻R17的另一端通过电阻R9、R16分别与电池端子B+和接点POWER联接，接点POWER与U3的8脚联接，发光二极管D5、D6、D7、D8的正极(阳极)分别与微处理器U3的11、12、13、14脚联接，发光二极管D5、D6、D7、D8的负极(阴极)分别通过电阻R18、R19、R20、R21接地；所述的稳压电路由三端稳压管U1、电阻R7组成，三端稳压管U1的阴极通过电阻R7与接点VCC联接，U1的参考端通过接点VREF与微处理器U3的17脚联接。
所述的后备电源工作回路，包括场效应管Q1、Q8、晶体管Q5、Q6、Q7、稳压二极管D1、D2、电感L1，场效应管Q1的漏极与晶体管Q6的集电极和电池端子B+联接，Q1的栅极与晶体管Q6的发射极和Q7的发射极联接，晶体管的基极与电阻R13的一端、晶体管Q7的基极和晶体管Q5的集电极联接，电阻R13的另一端与电池端子B+联接，晶体管Q5的基极通过电阻R10和接点PWM1与微处理器U3的2脚联接，场效应管Q1的源极与稳压二极管D2的阴极和电感L1的一端联接，L1的另一端与稳压二极管D1的阳极和场效应管Q8的漏极联接，D1的阴极与电源输出插座S2联接，场效应管Q8的栅极通过接点PWM2与微处理器U3的4脚联接。后备电源工作回路的输出端还与输出滤波电路、电压检测反馈电路和电流检测反馈电路联接，所述的输出滤波电路由电容C1和C6组成，电容C1、C6的一端与稳压二极管D1的阴极联接；所述的电压检测反馈电路由电阻R5、R11和电容C2组成，电阻R11的一端与电阻R5的一端联接并通过接点DISV与微处理器U3的9脚联接，电容C2并接于电阻R11两端；所述的电流检测反馈电路由电阻R8、R14和电容C4组成，电阻R15的一端与电源输出插座S2和电阻R8的一端联接，电阻R8的另一端与电容C4联接并通过接点L+与微处理器的20脚联接。
所述的电源管理电路包括晶体管Q2、场效应管Q3、电阻R1、R2、R6、R22、二极管D3、D4，场效应管Q3的漏极通过电阻R6与晶体管Q2的基极相联，Q3的栅极通过二极管D3、D4分别与充电输入插座S3和电源输出插座S2联接，晶体管Q2的发射极与电池端子B+联接，Q2的集电极通过接点VCC与微处理器U3的5脚和15脚联接。电源管理电路还与一电池电量静态查看电路，所述的电池电量静态查看电路由二极管D9、D10和电量查看起动开关S1，二极管D9的阳极与场效应管Q3的漏极联接，D9的阴极与二极管D10的阴极和电量查看起动开关S1联接，D10的阳极通过接点POWER与微处理器U3的8脚联接。
所述的后备电池保护电路，包括充放电控制保护集成电路U4、双场效应管集成电路U2、电阻R14、反馈电阻R12、滤波电容C3，充放电控制保护集成电路U4的5脚(VDD)通过电阻R14与电池端子B+和充电输入插座S3联接，U46脚(VSS)与电池端子B-联接，电容C3联接于U4的5脚和6脚之间，U1的1脚(DOUT)、3脚(COUT)分别与双场效应管集成电路U2的5脚(G2)和4脚(G1)联接，反馈电阻R12与U4的2脚(V-)和U2的3脚联接。
本实用新型后备电源的管理装置，通过对单节锂电池(2.5v-4.2v)升压到5V给用电器供电或者通过用电器(带充电管理电路)给用电器的主电池充电，也可直接给锂电池充电；可以实现电量显示和恒流/恒压输出，在没有接用电器时，本身的静态功耗比较少，同时对于带充电管理的电池和不带充电管理的电池，实施控制。
图1为本实用新型后备电源的管理装置主控MCU及电量显示电路原理图；图2为本实用新型后备电源的管理装置后备电源工作回路原理图；图3为本实用新型锂后备电源的管理装置电源管理电路原理图；图4为本实用新型锂后备电源的管理装置后备电池保护电路原理图；具体实施方式
电源输出插座S2和充电输入插座S3采用同一型号三脚插座，其有如下特性当没有插头插入时，插座的第3脚和第1脚短路，当插头插入时，插座的3个脚相互独立。
下面参考附图进行详细说明如图1所示，为本实用新型后备电源的管理装置主控MCU及电量显示电路原理图，包括微处理器U3，与U3相联的电量显示电路和稳压电路，微处理器U3的2脚、4脚、9脚与后备电源工作回路相联，微处理器U3的5脚通过接点VCC与电源管理电路联接，U3的15脚通过电感L2与接点VCC联接，所述的电量显示电路由场效应管Q4、电容C5、电阻R9、R16-R21、发光二极管D5-D8组成，场效应管Q4的栅极通过接点CLK与微处理器U3的18脚联接，Q4的漏极与电阻R17的一端相联，电阻R17的另一端通过电阻R9、R16分别与电池端子B+和接点POWER联接，接点POWER与U3的8脚联接，发光二极管D5、D6、D7、D8的正极(阳极)分别与微处理器U3的11、12、13、14脚联接，发光二极管D5、D6、D7、D8的负极(阴极)分别通过电阻R18、R19、R20、R21接地；所述的稳压电路由三端稳压管U1、电阻R7组成，三端稳压管U1的阴极通过电阻R7与接点VCC联接，U1的参考端通过接点VREF与微处理器U3的17脚联接。
参照图2的后备电源工作回路，包括场效应管Q1、Q8、晶体管Q5、Q6、Q7、稳压二极管D1、D2、电感L1，场效应管Q1的漏极与晶体管Q6的集电极和电池端子B+联接，Q1的栅极与晶体管Q6的发射极和Q7的发射极联接，晶体管的基极与电阻R13的一端、晶体管Q7的基极和晶体管Q5的集电极联接，电阻R13的另一端与电池端子B+联接，晶体管Q5的基极通过电阻R10和接点PWM1与微处理器U3的2脚联接，场效应管Q1的源极与稳压二极管D2的阴极和电感L1的一端联接，L1的另一端与稳压二极管D1的阳极和场效应管Q8的漏极联接，D1的阴极与电源输出插座S2的2脚联接，场效应管Q8的栅极通过接点PWM2与微处理器U3的4脚联接。后备电源工作回路的输出端还与输出滤波电路、电压检测反馈电路和电流检测反馈电路联接，所述的输出滤波电路由电容C1和C6组成，电容C1、C6的一端与稳压二极管D1的阴极联接；所述的电压检测反馈电路由电阻R5、R11和电容C2组成，电阻R11的一端与电阻R5的一端联接并通过接点DISV与微处理器U3的9脚联接，电容C2并接于电阻R11两端；所述的电流检测反馈电路由电阻R8、R14和电容C4组成，电阻R15的一端与电源输出插座S2的1脚和电阻R8的一端联接，电阻R8的另一端与电容C4联接并通过接点L+与微处理器的20脚联接。
参照图3的电源管理电路，包括晶体管Q2、场效应管Q3、电阻R1、R2、R6、R22、二极管D3、D4，场效应管Q3的漏极通过电阻R6与晶体管Q2的基极相联，Q3的栅极与二极管D3、D4的阴极联接，D3的阳极通过接点SW1与充电输入插座S3的3脚联接，D4的阳极通过接点SW2与电源输出插座S2的3脚联接，晶体管Q2的发射极与电池端子B+联接，Q2的集电极通过接点VCC与微处理器U3的5脚和15脚联接。电源管理电路还与一电池电量静态查看电路，所述的电池电量静态查看电路由二极管D9、D10和电量查看起动开关S1，二极管D9的阳极与场效应管Q3的漏极联接，D9的阴极与二极管D10的阴极和电量查看起动开关S1联接，D10的阳极通过接点POWER与微处理器U3的8脚联接。
当后备电源在没有使用时(即没有给电池充电，后备电源也没有输出)，接点SW1和SW2分别通过插座S3和S2的第3PIN接到地，此时U3的OPEN端输出0，电量查看起动开关S1没有按下，所以场效应管Q3截止，从而晶体Q2截止，停止给U3供电，于是U3的所有I/O口电压都为0，接点CLK端电压为0，场效应管Q4截止；接点PWM2端电压为0，晶体管Q5、Q7截止截止，Q6导通，从而场效应管Q1截止，除了充放电控制保护集成电路U4、电阻R1、R2消耗电外(总共不到12uA电流)，装置的其他电路不消耗电，从而达到了超低的静态功耗。
当按下电量查看起动开关S1，通过二极管D9，电阻R6导通Q2，此时接点VCC输出高电平，向微处理器U3供电，同时U3的3脚通过接点SW3端内部上拉输出，通过检测SW3的电平，如果是0，则判断为有键按下，表明是电量显示请求，U3的18脚通过接点CLK输出1，导通场效应管Q4，通过电阻R16、R17分压，U3在接点POWER端检测电池的电压，根据电压决定点亮LED的位置。当插座S3插入插头时，S 3的第3脚与第1脚隔离，电池正极通过电阻R2、二极D3导通晶体管Q3、场效应管Q2，给U3供电，U3通过接点POWER端检测电池电压，从而显示电池电量。同理，在S2插入插头时，U3也可检测到电池电压，显示电池容量。
当插座S2或者S3插入插头时，晶体管Q2导通，电池给U 3供电，然后U3在接点PWM2端输出电平1，导通场效应管Q1，U3的19、20脚通过接点L+、L-检测放电电流，如果没有检测到放电电流，然后在PWM2端输出500kHz频率的方波，调整方波高低电平的占空比，使后备电源工作回路的输出端的电压达到5V，再通过L+、L-检测放电电流，如果还没有电流，表明没有插入负载(可能是充电插座S3插入了插头)，U3只是完成电量显示功能。
如果检测到放电电流，表明插入了负载，这时U3在接点PWM1端输出0电平，U3通过接点DISV端检测后备电源工作回路的输出端的电压，如果仍然有电压，表明后备电源接入的负载是不带充电管理的电池，如果没有电压，表明是带充电管理的电池。对于带充电管理的电池，U3在接点PWM2端输出500kHz频率的方波，调整占空比，使后备电源工作回路的输出端的电压稳定在5V，如果U3检测到输出电流达到了输出电流的限制值，降低输出电压，稳定在输出电流的限制值，从而达到恒流控制的过程；对于不带充电管理的电池，U3在接点PWM2端输出500kHz频率的方波，调整占空比，使输出电流稳定在输出电流限制值；如果PWM2的导通占空比为0％时，输出电流仍然大于输出电流的限制值，U3在接点PWM2端输出0电平，然后在接点PWM1端输出250kHz频率的方波，实行降压输出，保持输出电流在限制值，从而实现恒流控制的过程；当负载电池的电压升高，降压不能满足输出电流时，U3在接点PWM1输出1电平，转而在接点PWM2端输出500kHz频率的方波进行升压输出，当后备电源工作回路的输出端电压达到4.2V时，稳定在4.2V输出，从而实现恒压充电的功能，确保不会对电池进行过充电导致危险。
参照图4的后备电池保护电路，包括充放电控制保护集成电路U4、双场效应管集成电路U2、电阻R14、反馈电阻R12、滤波电容C3，充放电控制保护集成电路U4的5脚(VDD)通过电阻R14与电池端子B+和充电输入插座S 3的1脚联接，U46脚(VSS)与电池端子B-联接，电容C3联接于U4的5脚和6脚之间，U1的1脚(DOUT)、3脚(COUT)分别与双场效应管集成电路U2的5脚(G2)和4脚(G1)联接，反馈电阻R12与U4的2脚(V-)和U2的3脚联接。
权利要求1.一种后备电源管理装置，包括电源输出插座S2，与插座S2相联的后备电源工作回路，充电输入插座S3，与插座S3和电池相联的后备电池保护电路，其特征在于后备电源工作回路与一实现脉冲宽度调制的主控MCU及电量显示电路联接，主控MCU还与一电源管理电路联接，所述的电源管理电路与插座S2、S3联接。
2.根据权利要求1所述的后备电源管理装置，其特征在于所述的主控MCU及电量显示电路，包括微处理器U3，与U3相联的电量显示电路和稳压电路，微处理器U3的2脚、4脚、9脚与后备电源工作回路相联，微处理器U3的5脚通过接点VCC与电源管理电路联接，U3的15脚通过电感L2与接点VCC联接，所述的电量显示电路由场效应管Q4、电容C5、电阻R9、R16-R21、发光二极管D5-D8组成，场效应管Q4的栅极通过接点CLK与微处理器U3的18脚联接，Q4的漏极与电阻R17的一端相联，电阻R17的另一端通过电阻R9、R16分别与电池端子B+和接点POWER联接，接点POWER与U3的8脚联接，发光二极管D5、D6、D7、D8的正极分别与微处理器U3的11、12、13、14脚联接，发光二极管D5、D6、D7、D8的负极分别通过电阻R18、R19、R20、R21接地；所述的稳压电路由三端稳压管U1、电阻R7组成，三端稳压管U1的阴极通过电阻R7与接点VCC联接，U1的参考端通过接点VREF与微处理器U3的17脚联接。
3.根据权利要求2所述的后备电源管理装置，其特征在于所述的后备电源工作回路，包括场效应管Q1、Q8、晶体管Q5、Q6、Q7、稳压二极管D1、D2、电感L1，场效应管Q1的漏极与晶体管Q6的集电极和电池端子B+联接，Q1的栅极与晶体管Q6的发射极和Q7的发射极联接，晶体管的基极与电阻R13的一端、晶体管Q7的基极和晶体管Q5的集电极联接，电阻R13的另一端与电池端子B+联接，晶体管Q5的基极通过电阻R10和接点PWM1与微处理器U3的2脚联接，场效应管Q1的源极与稳压二极管D2的阴极和电感L1的一端联接，L1的另一端与稳压二极管D1的阳极和场效应管Q8的漏极联接，D1的阴极与电源输出插座S2联接，场效应管Q8的栅极通过接点PWM2与微处理器U3的4脚联接。
4.根据权利要求3所述的后备电源管理装置，其特征在于所述的后备电源工作回路的输出端还与输出滤波电路、电压检测反馈电路和电流检测反馈电路联接，所述的输出滤波电路由电容C1和C6组成，电容C1、C6的一端与稳压二极管D1的阴极联接；所述的电压检测反馈电路由电阻R5、R11和电容C2组成，电阻R11的一端与电阻R5的一端联接并通过接点DISV与微处理器U3的9脚联接，电容C2并接于电阻R11两端；所述的电流检测反馈电路由电阻R8、R14和电容C4组成，电阻R15的一端与电源输出插座S2和电阻R8的一端联接，电阻R8的另一端与电容C4联接并通过接点L+与微处理器的20脚联接。
5.根据权利要求2所述的后备电源管理装置，其特征在于电源管理电路包括晶体管Q2、场效应管Q3、电阻R1、R2、R6、R22、二极管D3、D4，场效应管Q3的漏极通过电阻R6与晶体管Q2的基极相联，Q3的栅极通过二极管D3、D4分别与充电输入插座S3和电源输出插座S2联接，晶体管Q2的发射极与电池端子B+联接，Q2的集电极通过接点VCC与微处理器U3的5脚和15脚联接。
6.根据权利要求5所述的后备电源管理的装置，其特征在于电源管理电路还与一电池电量静态查看电路，所述的电池电量静态查看电路由二极管D9、D10和电量查看起动开关S1，二极管D9的阳极与场效应管Q3的漏极联接，D9的阴极与二极管D10的阴极和电量查看起动开关S1联接，D10的阳极通过接点POWER与微处理器U3的8脚联接。
7.根据权利要求1所述的后备电源管理装置，其特征在于所述的后备电池保护电路，包括充放电控制保护集成电路U4、双场效应管集成电路U2、电阻R14、反馈电阻R12、滤波电容C3，充放电控制保护集成电路U4的5脚(VDD)通过电阻R14与电池端子B+和充电输入插座S3联接，U46脚(VSS)与电池端子B-联接，电容C3联接于U4的5脚和6脚之间，U1的1脚(DOUT)、3脚(COUT)分别与双场效应管集成电路U2的5脚(G2)和4脚(G1)联接，反馈电阻R12与U4的2脚(V-)和U2的3脚联接。
专利摘要本实用新型公开了一种后备电源管理装置，包括电源输出插座S2，与插座S2相联的后备电源工作回路，充电输入插座S3，与插座S3和电池相联的后备电池保护电路，后备电源工作回路与一实现脉冲宽度调制的主控MCU及电量显示电路联接，主控MCU还与一电源管理电路联接，所述的电源管理电路与插座S2、S3联接。本实用新型提供一种基于双脉冲宽度调制PWM控制的、实现恒流恒压、电池电量显示、自耗电低、安全可靠、效率高、寿命长、性价比高的后备电源管理装置；该装置通过对单节锂电池电压升压到适当电压给用电器供电或者通过用电器(带充电管理电路)给用电器的主电池充电，也可直接给锂电池充电。
文档编号H02J7/00GK2877108SQ20062005388
公开日2007年3月7日 申请日期2006年1月14日 优先权日2006年1月14日
发明者任素云 申请人:惠州市蓝微电子有限公司