一种充电管理与供电路径管理电路的制作方法

本实用新型涉及12V锂/锂聚合物电池充供电技术领域，具体为一种充电管理与供电路径管理电路。

背景技术：

在当前社会，主流的使用12V电池作为后备电池供电的方案中，基本采用的是使用铅酸电池作为后备电源，同时配备带UPS功能的开关电源的方案，该方案的优点是实现简单，社会接受程度高，缺点是因受铅酸电池化学特性限制，电池的使用寿命普遍不长，通常在2-3年，尤其是在处于低温环境时，电池的损耗更为加剧，较高频率的更换电池是一笔不小的开支。同时社会产品的参差不齐导致电池充电行业存在一定的安全隐患，另外，带UPS功能的开关电源在整体的开关电源市场分布中毕竟属于小众产品，普遍售价较高，且质量难以得到很好保障，为此，我提出一种充电管理与供电路径管理电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种充电管理与供电路径管理电路，以解决上述背景技术中提出的铅酸电池作为后备电源存在的缺点的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种充电管理与供电路径管理电路,包括PWR-IN端口，所述PWR-IN端口并接有自恢复保险丝F1的输入端和压敏电阻R1的输入端，所述自恢复保险丝F1的输出端串接有防反接二极管V30的输入端，所述防反接二极管V30的输出端并接有滤波电容C100上极板、滤波电容C33上极板和12V电源，所述压敏电阻R1的输出端并接有12V电源接地端口和共模电感L2的输入端，所述共模电感L2的输出端、滤波电容C100下极板和滤波电容C33下极板均接地，所述12V电源并接有电阻R90输入端、电容C78上极板和场效应管Q1的2号端口，所述电阻R90的输出端串接有电容C75上极板，所述电容C75的下极板接地，所述电容C78的下极板并接有电容C50下极板和电阻R94输入端，所述场效应管Q1的3号端口并接有电容C50的上极板、电阻R94输出端、电阻R93的输入端和场效应管Q2的3号端口，所述场效应管Q1的1号端口和场效应管Q2的1号端口串接有电阻R92的输入端，所述电阻R92和R93的输出端分别串接有芯片BQ24133的ACDRV脚和CMSRC脚，所述场效应管Q2的2号端口并接有电阻R85输入端和芯片BQ24133的ACP脚，所述电阻R85的输出端并接有芯片BQ24133的ACN脚、两组PVCC脚、电容C86输入端、12V电源输入端口、电阻R120和场效应管Q3的3号端口，所述电容C86的输出端接地，所述电阻R120的输出端串接有电阻R121的输入端，所述电阻R121的输出端接地，所述场效应管Q3的1号端口串接芯片BQ24133的BATDRV脚，所述场效应管Q3的2号端口串接有芯片BQ24133的SRN脚，所述芯片BQ24133的两组SW脚并接有电感L3输入端和电阻R89的输入端，所述电感L3的输出端并接有电阻R86的输入端和芯片BQ24133的SRP脚，所述电阻R86的输出端串接有VBAT端口，所述电阻R89的输出端串接有电容C83的输入端，所述电容C83的输出端串接芯片BQ24133的BTST脚，所述芯片BQ24133的REGN脚串接有电容C28上极板，所述电容C28的下极板并接有芯片BQ24133的两组PGND脚和地线，所述芯片BQ24133的CELL脚串接有VREF端口，所述芯片BQ24133的AGND脚接地，所述芯片BQ24133的STAT脚串接有指示灯VD2输入端，所述指示灯VD2的输出端串接有电阻R109输入端，所述电阻R109的输出端串接有VREF端口，所述芯片BQ24133的TS脚并接有电阻R99和电阻R98的输入端，所述电阻R99和电阻R98的输出端分别串接有VREF端口和地线，所述芯片BQ24133的TTC脚串接有电容C31输入端，所述电容C31的输出端接地，所述芯片BQ24133的OVPSET脚并接有电阻R150和电阻R101的输入端，所述电阻R150和电阻R101的输出端分别串接有12V电源和地线，所述芯片BQ24133的AVCC脚并接有二极管V31和V32的负极，所述二极管V31和V32的正极分别串接有12V电源和VBAT端口，所述芯片BQ24133的ACSET脚并接有电阻R100和电阻R96的输出端，所述电阻R100和电阻R96的输入端分别串接有VREF端口和地线，所述芯片BQ24133的ISET脚并接有电阻R95和电阻R97的输入端，所述电阻R95的输出端接地，所述电阻R97的输出端并接有芯片BQ24133的VREF脚和VREF端口。

优选的，所述滤波电容C100和滤波电容C33均为纸介型滤波电容。

优选的，所述自恢复保险丝F1为陶瓷CPTC型自恢复保险丝F1。

优选的，所述防反接二极管V30为硅制防反接二极管V30。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该电路包含电源输入部分和路径管理部分，电源输入部分实现了电源入口侧的多重保护，供电路径管理部分实现了在输入电源为设备供电的同时，实时监测电池的状态，自主为电池实施三段式充电，可有效防止电池过充或其他异常情况，当输入电源失去时，电路自动切换至电池为设备供电，同时监视电池状态，防止电池过放或其他异常情况，电源输入端充分考虑了用电的安全性和EMC性能，使用压敏电阻R1作为第一层浪涌保护，使用自恢复保险丝F1作为第二层的过流(短路)保护，使用防反接二极管V30构成第三层的极性保护，使用共模电感L2提高电路的EMI性能，最后使用双重的电容滤波，实现对输入电源的高频滤波和低频滤波，该部分充分考虑了器件响应速率、保护原理和布局顺序，电路结构合理可靠，供电路径管理与电池充电电路结合实际应用需求，充分发挥了BQ24133的强大功能，基于动态电源管理(DPM)的充电机制有效的实现了电池的快速可靠充电，提高了电池的充电性能，同时可以使用户在配置外部输入电源时降低外部输入电源的额定功率，缩减成本，在完成基本的12V电池充电的同时，高效的路径管理功能使得电路在外部电源接入时，使用外部电源为系统供电，在外部电源丢失时，自动无缝切换至电池供电，供电路径管理与电池充电电路在完成电池充电和路径管理的同时，电路的各项参数可通过外部设置灵活配置，该电路还实施了诸如输入过压保护、输入欠压保护、输入电源过载保护、电池过压保护、电池欠压保护、电池过流保护、电池过放保护、电池过温保护等保护功能，使得电路功能完善可靠，电池充电状态人机交互良好，具备集成化程度高，空间布局小，实用性强，成本相对低廉的特点。

附图说明

图1为本实用新型电源输入电路图；

图2为本实用新型电池充电与供电路径管理电路；

图3为本实用新型电池充电过程轮廓图；

图4为本实用新型电路供电路径管理流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种充电管理与供电路径管理电路,包括PWR-IN端口，所述PWR-IN端口并接有自恢复保险丝F1的输入端和压敏电阻R1的输入端，所述自恢复保险丝F1的输出端串接有防反接二极管V30的输入端，所述防反接二极管V30的输出端并接有滤波电容C100上极板、滤波电容C33上极板和12V电源，所述压敏电阻R1的输出端并接有12V电源接地端口和共模电感L2的输入端，所述共模电感L2的输出端、滤波电容C100下极板和滤波电容C33下极板均接地，所述12V电源并接有电阻R90输入端、电容C78上极板和场效应管Q1的2号端口，所述电阻R90的输出端串接有电容C75上极板，所述电容C75的下极板接地，所述电容C78的下极板并接有电容C50下极板和电阻R94输入端，所述场效应管Q1的3号端口并接有电容C50的上极板、电阻R94输出端、电阻R93的输入端和场效应管Q2的3号端口，所述场效应管Q1的1号端口和场效应管Q2的1号端口串接有电阻R92的输入端，所述电阻R92和R93的输出端分别串接有芯片BQ24133的ACDRV脚和CMSRC脚，所述场效应管Q2的2号端口并接有电阻R85输入端和芯片BQ24133的ACP脚，所述电阻R85的输出端并接有芯片BQ24133的ACN脚、两组PVCC脚、电容C86输入端、12V电源输入端口、电阻R120和场效应管Q3的3号端口，所述电容C86的输出端接地，所述电阻R120的输出端串接有电阻R121的输入端，所述电阻R121的输出端接地，所述场效应管Q3的1号端口串接芯片BQ24133的BATDRV脚，所述场效应管Q3的2号端口串接有芯片BQ24133的SRN脚，所述芯片BQ24133的两组SW脚并接有电感L3输入端和电阻R89的输入端，所述电感L3的输出端并接有电阻R86的输入端和芯片BQ24133的SRP脚，所述电阻R86的输出端串接有VBAT端口，所述电阻R89的输出端串接有电容C83的输入端，所述电容C83的输出端串接芯片BQ24133的BTST脚，所述芯片BQ24133的REGN脚串接有电容C28上极板，所述电容C28的下极板并接有芯片BQ24133的两组PGND脚和地线，所述芯片BQ24133的CELL脚串接有VREF端口，所述芯片BQ24133的AGND脚接地，所述芯片BQ24133的STAT脚串接有指示灯VD2输入端，所述指示灯VD2的输出端串接有电阻R109输入端，所述电阻R109的输出端串接有VREF端口，所述芯片BQ24133的TS脚并接有电阻R99和电阻R98的输入端，所述电阻R99和电阻R98的输出端分别串接有VREF端口和地线，所述芯片BQ24133的TTC脚串接有电容C31输入端，所述电容C31的输出端接地，所述芯片BQ24133的OVPSET脚并接有电阻R150和电阻R101的输入端，所述电阻R150和电阻R101的输出端分别串接有12V电源和地线，所述芯片BQ24133的AVCC脚并接有二极管V31和V32的负极，所述二极管V31和V32的正极分别串接有12V电源和VBAT端口，所述芯片BQ24133的ACSET脚并接有电阻R100和电阻R96的输出端，所述电阻R100和电阻R96的输入端分别串接有VREF端口和地线，所述芯片BQ24133的ISET脚并接有电阻R95和电阻R97的输入端，所述电阻R95的输出端接地，所述电阻R97的输出端并接有芯片BQ24133的VREF脚和VREF端口。

其中，所述滤波电容C100和滤波电容C33均为纸介型滤波电容，所述自恢复保险丝F1为陶瓷CPTC型自恢复保险丝F1，所述防反接二极管V30为硅制防反接二极管V30。

工作原理：如图1，压敏电阻R1起到防浪涌的作用，自恢复保险丝F1起到防止过流保护的作用，防反接二极管V30可以防止设备因为外部接线接错导致设备损坏，共模电感L2和电容C100、C33的组合构成一个LC电路，可以有效抑制外部输入的高频信号，起到稳定电源波形的作用；如图2，用于正向工作的场效应管Q1和反向截止的场效应管Q2构成了外部电源接入时的供电渠道，C78、C50和R94的作用在于抑制场效应管Q1在启动瞬间的尖峰电流，保护其长期有效的工作，C86是升压电路部分的储能电容，R90与C75构成了RC串联式滤波电路，芯片BQ24133的BATDRV脚延伸设计的升压电路用于当外部电源掉电情况下从电池供电，芯片BQ24133的SW脚延伸的外围电路用于为连接的电池充电，芯片BQ24133的BTST脚和REGN脚分别为内部PWM电路的高侧驱动和低侧驱动，芯片BQ24133的SRP脚和SEN脚分别为检测充电电流的输入正负端，芯片BQ24133的CELL脚接VREF端口用于设置电路，用于12V锂电池供电电路，芯片BQ24133的IEST脚用于设置电路快速充电电流最大值，芯片BQ24133的ACSET脚用于设置输入电流的额定值，可将数值设置为≤外部电源的额定值，芯片BQ24133的AVCC脚为保证芯片内部正常工作的电源正端，芯片BQ24133的OVPSET脚为有效的输入电压设置端，当该为电压高于1.6V或低于0.5V时，认为外部的供电电源处于过压或低压状态，电路不会为电池充电，芯片BQ24133的TTC脚为安全定时器和停止充电控制端，当该脚通过电容接地时，可设置安全快速充电时长，通常5.6min/nf，同时预充电时长默认30分钟，当该脚接地时，则关断了截止充电和快速充电安全定时功能，当该脚拉高时，则在关断快速充电安全定时功能的同时，允许停止充电功能正常工作，芯片BQ24133的TS脚为通过输入电位信号检测电池温度管脚，芯片BQ24133的STAT脚为充电状态指示端，当指示灯VD2常亮时，则表示电路正在充电；当指示灯VD2熄灭时，则表示电池充电已经完成或电路处于休眠模式；当指示灯VD2以0.5Hz的速率闪烁时，则表示当前电路存在异常情况，可能是充电异常、输入过压、安全定时器失效或电池丢失等；如图3所示，电池的充电过程包含预充电阶段、快速充电-恒流阶段、快速充电-恒压阶段和充电结束几个过程，在预充电阶段，电路以10％的额定充电电流进行预充电，额定充电电流由图2中的芯片BQ24133的ISET脚确定，预充电时长为固定的30min，在快速充电-恒流充电阶段，电路以额定电流进行充电，在快速充电-恒压阶段，电路以额定电压进行充电，之后整个充电过程结束，充电截止，整个快速充电过程时长由图2中的芯片BQ24133的TTC脚确定，且图中虚线所示，在充电的第一阶段(预充电阶段)和第二阶段(快速充电-恒流阶段)，电池两端的电压随着充电的进行以一定的斜率呈现上升的过程，在充电的后面阶段，电池两端的电压保持不变；如图4所示，该电路可自动在外部电源和电池之间自动切换为负载供电，处在关机/休眠模式状态下时，当有电源从图2所示的芯片BQ24133的AVCC脚进入时，该电路自动检测是否是外部电源接入，如“YES”则继续判别V_外部电源是否大于V_电池，如“NO”则判别电池状态是否正常；如在判别V_外部电源大于V_电池的情况下，则由外部电源为负载供电；如在判别V_外部电源小于V_电池的情况下，则由判断电池的状态；如在判别电池状态的情况下电池正常则由电池为负载供电,如电池不正常则继续关机/休眠模式。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。