充放电切换电路及电子设备的制作方法

本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充放电切换电路及电子设备。

背景技术：

现有的带有单节锂电池的电子设备，在利用外部电源对锂电池进行充电时，只能实现恒流充电模式，不能在充电完毕或者断开充电电源后，自动对负载进行供电，还需要人工进行复位后对负载进行供电。

因此，现有技术中存在不能自动进行充电与放电切换的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以解决上述问题或至少部分地解决上述问题的充放电切换电路及电子设备。

本发明实施例提供一种充放电切换电路，包括：控制器及充放电管理模块；其中所述充放电管理模块和控制器，用于采集充电电源电压，根据所述充电电源电压及电池电压生成控制信号；

所述控制器，用于在所述控制信号为第一信号时，控制所述充电电源对电池进行充电；所述充放电管理模块在所述控制信号为第二信号时控制所述电池对负载进行供电。

优选地，所述充放电切换电路还包括所述第一保护模块；所述第一保护模块，用于采集电池的端口电压，当电池端口电压超过第一预设电压阈值时，切断电池与后级电路的连接。

优选地，所述充放电切换电路还包括第二保护模块，所述第二保护模块用于采集电池的端口电压，在对电池进行充电或者电池对负载进行供电时，电池端口电压超过第二预设电压阈值时，切断电池与后级电路的连接；其中，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值。

优选地，所述第一保护模块包括一级保护芯片、一级采集电路、放电mos管及充电mos管；其中

所述一级采集电路的第一端与电池连接，所述一级采集电路的第二端与所述电池连接，所述一级采集电路的输出端与所述一级保护芯片的数据采集端连接；所述放电mos管的输入端与所述一级采集电路的第二端连接，所述放电mos管的输出端与所述充电mos管的输入端连接，所述放电mos管的受控端与所述一级保护芯片的放电控制端连接；所述充电mos管的受控端与所述一级保护芯片的充电控制端连接，所述充电mos管的输出端与第二保护模块充放电端子的放电mos管的输入端连接。

优选地，所述充放电切换电路还包括充放电端子，所述充放电端子分别与所述控制器及所述充放电管理模块连接；

当所述充放电端子接入充电电源时，所述充放电管理模块停止工作，所述控制器开始工作，以对所述电池进行充电；

在所述充放电端子与充电电源断开时，所述充放电管理模块开始工作，所述控制器被旁路，以使电池对负载进行供电。

优选地，所述充放电管理模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、电压比较器及第一mos管；其中

所述第一电阻的第一端与充放电端子连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；所述第二电阻的第一端与所述充放电端子连接，所述第二电阻的第二端与所述第一mos管的栅极连接；所述第三电阻的第一端与所述电压比较器的输出端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一mos管的栅极连接；所述第四电阻的第一端与所述充放电端子连接，所述第四电阻的第二端与所述电压比较器的同相输入端连接；所述第五电阻的第一端与电池正极连接，所述第五电阻的第二端与所述电压比较器的反相输入端连接；所述第一mos管的源极与所述充放电端子连接，所述第一mos管的漏极端与电池连接。

优选地，所述充放电切换电路还包括第二电容、第三电容及第四电容；

其中，所述第二电容的第一端与所述第四电阻的第二端连接，所述第二电容的第二端与所述第五电阻的第二端连接；所述第三电容的第一端与所述第四电阻的第二端连接，所述第三电容的第二端接地；所述第四电容的第一端与所述第五电阻的第二端连接，所述第四电容的第二端接地。

优选地，所述充放电切换电路还包括防静电保护电路，所述防静电保护电路与所述控制器及充放电管理模块分别连接，所述防静电保护电路还与充放电端子连接。

优选地，所述充放电切换电路还包括滤波电路，所述滤波电路与充放电端子连接，所述滤波电路还与电池连接。

本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括电池及如上所述的充放电切换电路。

本发明实施例提供的技术方案通过设置控制器及充放电管理模块，形成了一种充放电切换电路。充放电管理模块和控制器采集充电电源电压，根据充电电源电压及电池电压生成控制信号，控制器在所述控制信号为第一信号时，控制所述充电电源对电池进行充电；充放电管理模块，在所述控制信号为第二信号时控制所述电池对负载进行供电。本发明技术方案中，通过生成的控制信号，实现对充放电的切换，提高了使用的便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的充放电切换电路一实施例的功能模块图；

图2为图1中充放电管理模块的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

此外，“连接”一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置连接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接连接于所述第二装置，或通过其它装置间接地连接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

实施例一

图1为本发明实施例提供的充放电切换电路一实施例的功能模块图。如图1本发明实施例提供的充放电切换电路包括控制器100及充放电管理模块200。

充放电管理模块200和控制器100，用于采集充电电源电压，根据充电电源电压及电池电压生成控制信号。控制器100，用于在控制信号为第一信号时，控制充电电源对电池进行充电；充放电管理模块200，在控制信号为第二信号时控制电池对负载进行供电。

需要说明的是，该控制器100中包括有dc-dc转换器，以实现直流电压的降压，将充放电端子输入端的电压转换为电池充电所需的电压。充放电管理模块200中也包括dc-dc转换器，以实现直流电压的转换，将电池输出的电压转换为负载所需的电压。

本实施例中，充放电管理模块200和控制器100通过将充电电源电压及电池电压进行比较，根据比较结果，生成控制信号。所述控制信号为数字信号或模拟信号，可以为充电电源电压和电池电压的差值电压，也可以为根据充电电源电压和电池电压的比较结果，生成的数字信号。因此，第一信号和第二信号，既可以是差值电压信号，也可以是根据充电电源电压和电池电压的比较结果生成的数字信号。

控制器100和充放电管理模块200根据控制信号控制整个充放电切换电路工作于充电模式或放电模式。

在进行充电时，先进行恒流充电，当电池电量充到预设阈值时，改为进行恒压充电，直到电池电量被充满。本发明实施例通过设置控制器及充放电管理模块，形成了一种充放电切换电路。充放电管理模块和控制器采集充电电源电压，根据充电电源电压及电池电压生成控制信号，控制器在控制信号为第一信号时，控制充电电源对电池进行充电；充放电管理模块，在控制信号为第二信号时控制电池对负载进行供电。本发明技术方案中，通过生成的控制信号，实现对充放电的切换，提高了使用的便捷性。

进一步地，充放电切换电路还可以包括第一保护模块300；第一保护模块300，用于采集电池的端口电压，在对电池进行充电或者电池对负载进行供电时，电池端口电压超过第一预设电压阈值时，切断电池与后级电路的连接。通过设置第一保护模块300，提高了充放电切换电路的安全性，使得当电池端口电压过大时，及时停止电池充电或者停止电池放电，避免电压过高对电池造成损坏。

进一步地，充放电切换电路还可以包括第二保护模块400，第二保护模块400用于采集电池的端口电压，在对电池进行充电或者电池对负载进行供电时，电池端口电压超过第二预设电压阈值时，切断电池与后级电路的连接；其中，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值。

在电池容量一定的情况下，把第一保护模块300的保护电压阀值(即第一预设电压阈值)设置成低于电池端口电压的正常值。本实施例中，通过设置第一保护模块300及第二保护模块400，形成双重保护。对于容量较低的电池，双重保护的目的是在第一保护模块300失效后，第二保护模块400开启保护动作，从而大大提高电池使用的安全性。

具体地，第一保护模块300包括一级采集电路301、一级保护芯片302、放电mos管303及充电mos管304；一级采集电路301的第一端与电池连接，一级采集电路301的第二端与电池连接，一级采集电路301的输出端与一级保护芯片302的数据采集端连接；放电mos管303的输入端与一级采集电路301的第二端连接，放电mos管303的输出端与充电mos管304的输入端连接，放电mos管303的受控端与一级保护芯片302的放电控制端连接；充电mos管304的受控端与一级保护芯片302的充电控制端连接，充电mos管304的输出端与第二保护模块400的放电mos管403的输入端连接。

需要说明的是，一级保护芯片302检测到电池端口电压达到过放保护的条件时，放电mos管303关闭。过放保护后，一级保护芯片302进入休眠状态。当充放电端子有充电电源进入，一级保护芯片302结束休眠状态，放电mos管303恢复成导通状态。

第二保护模块400包括二级采集电路401、二级保护芯片402、放电mos管403及充电mos管404。第二保护模块400实现的原理与第一保护模块300基本相同。第二保护模块400过充点设置高于第一保护模块300的过充点，第二保护模块400过放点设置低于第一保护模块300过放点。

进一步地，充放电切换电路还包括充放电端子500，充放电端子500分别与控制器100及充放电管理模块200连接。当充放电端子500接入充电电源时，充放电管理模块200停止工作，控制器100开始工作，以对电池进行充电；在充放电端子500与充电电源断开时，充放电管理模块200开始工作，控制器100被旁路，以使电池对负载进行供电。

图2为图1中充放电管理模块的电路结构图。具体地，请参照图2，充放电管理模块200可以包括第一电阻r1、第二电阻r1、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一电容c1、电压比较器u1及第一mos管q1。第一电阻r1的第一端与充放电端子500连接，第一电阻r1的第二端与第一电容c1的第一端连接，第一电容c1的第二端接地；第二电阻r1的第一端与充放电端子500连接，第二电阻r1的第二端与第一mos管q1的栅极连接；第三电阻r3的第一端与电压比较器u1的输出端连接，第三电阻r3的第二端与第一mos管q1的栅极连接；第四电阻r4的第一端与充放电端子500连接，第四电阻r4的第二端与电压比较器u1的同相输入端连接；第五电阻r5的第一端与电池正极连接，第五电阻r5的第二端与电压比较器u1的反相输入端连接；第一mos管q1的源极与充放电端子500连接，第一mos管q1的漏极与电池连接。

当充电电源移除或接上负载，充放电管理模块200内的mos管导通，充放电管理模块200被旁路，充放电端子500由电池输出电压。

b+为电池正极，p+为端口正极；b-为电池负极；p-为端口负极；b-与p-间连接有第一保护模块300及第二保护模块400。

当jp1端口有直流电源接入，电压大于等于5v，p+>b+，b+最高电压不超过4.3v，电压比较器u1的输出端输出高电平信号，其值(对b-的电压)等于p+，到第一mos管q1的栅极；第一mos管q1(p沟道mos管)的vgs＝0，第一mos管q1一直处于关闭状态，p+作为外部接口，b+为电池的正极。q1的开关受u1比较器输出电压的控制。即充放电管理模块200处于关断状态，即p+与b+不通，控制器开始工作，电池处于充电状态。

充电中，电池两端电压未达到电池的最高电压，电池进入恒流充电模式；电池两端电压达到电池的最高电压，电池进入恒压充电模式，充电电流减小，充电电流达到充电关断条件，控制器100关断输出，停止工作。

当jp1端口直流电源移除，p+≤b+，u1的输出端输出低电平信号，其值等于电压比较器u1的地b-；p沟道mos的vgs<0，q1一直处于导通状态。即充放电管理模块200处于接通状态(p+＝b+)，控制器100被旁路，电池处于放电状态。

进一步地，充放电切换电路还包括第二电容c2、第三电容c3及第四电容c4。第二电容c2的第一端与第四电阻r4的第二端连接，第二电容c2的第二端与第五电阻r5的第二端连接；第三电容c3的第一端与第四电阻r4的第二端连接，第三电容c3的第二端接地；第四电容c4的第一端与第五电阻r5的第二端连接，第四电容c4的第二端接地。第二电容c2、第三电容c3及第四电容c4均用于滤波稳压。

进一步地，充放电切换电路还可以包括防静电保护电路600，防静电保护电路600与控制器100及充放电管理模块200分别连接，防静电保护电路600还与充放电端子500连接。

本实施例中，防静电保护电路600包括esd二极管。在充放电端子500的入口处并联esd二极管，由于esd的钳位特性，在静电放电时，静电尖峰电压被esd二极管钳压在规定范围内，确保了后部芯片的稳定工作。

进一步地，充放电切换电路还可以包括滤波电路700，滤波电路700与充放电端子500连接，滤波电路700还与电池连接。滤波电路700的作用在于，稳定电池充电或者放电时的电压，提高该充放电切换电路工作时的稳定性。

该充放电切换电路还可以包括温度采样电路800，温度采样电路800用于对电池表面温度进行测量，当电池表面温度过高时，控制器100和充放电管理模块内部的dc-dc转换器停止工作，控制电池与后级电路断开。

实施例二

本实施例提供一种电子设备，该电子设备包括电池和如实施例一所提供的充放电切换电路，该充放电切换电路的具体结构参照实施例一，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

具体的，该电子设备可以是智能家电设备，例如扫地机器人、空气净化机器人、服务机器人、管家机器人、擦窗机器人、吸尘器、清洗机、吹风机、干衣机等，只要包含电池，该电池需要进行反复的充放电，都会用到充放电切换电路，或者是其他无线智能家电设备，都可以应用上述充放电切换电路。

下面将结合具体应用场景，对本申请提供的充放电切换电路的应用场景进行说明，以帮助理解。

应用场景(一)

无线手持吸尘器在需要充电时下，吸尘器的充放电端子与充电电源连接，充放电管理模块和控制器采集充电电源电压，将充电电源电压与吸尘器的电池电压进行比较，控制器根据充电电源电压和电池电压生成控制信号。当充放电端子与充电电源连接，控制器生成的控制信号为第一信号，控制器再控制充电电源对电池进行充电。充电过程中先进行恒流充电，在电池电压超过设定电压阈值时，改为恒压充电，直至电池电量被充满。当充放电端子与充电电源断开，充放电端子与负载连接，充放电管理模块生成的控制信号为第二信号，充放电管理模块控制电池对负载进行供电。在进行充电或者放电过程中，若电池端口电压达到过放保护的条件时，第一保护模块开启保护动作，当第一保护模块失效时，第二保护模块开启保护动作，形成双重保护。该充放电切换电路还设置有防静电保护电路、温度采样电路等，面对复杂充放电工况，能够保证正常的充放电，有效提高吸尘器的可靠性和稳定性。

应用场景(二)

无线手持清洗机，在需要充电时下，清洗机的充放电端子与充电电源连接，充放电管理模块和控制器采集充电电源电压，将充电电源电压与清洗机的电池电压进行比较，控制器根据充电电源电压和电池电压生成控制信号。当充放电端子与充电电源连接，控制器生成的控制信号为第一信号，控制器再控制充电电源对电池进行充电。充电过程中先进行恒流充电，在电池电压超过设定电压阈值时，改为恒压充电，直至电池电量被充满。当充放电端子与充电电源断开，充放电端子与负载连接，充放电管理模块生成的控制信号为第二信号，充放电管理模块控制电池对负载进行供电。在进行充电或者放电过程中，若电池端口电压达到过放保护的条件时，第一保护模块开启保护动作，当第一保护模块失效时，第二保护模块开启保护动作，形成双重保护。该充放电切换电路还设置有防静电保护电路、温度采样电路等，面对复杂充放电工况，能够保证正常的充放电，有效提高清洗机的可靠性和稳定性。

应用场景(三)

扫地机器人，在需要充电时，扫地机器人的充放电端子与充电电源连接，充放电管理模块和控制器采集充电电源电压，将充电电源电压与扫地机器人的电池电压进行比较，控制器根据充电电源电压和电池电压生成控制信号。当充放电端子与充电电源连接，控制器生成的控制信号为第一信号，控制器再控制充电电源对电池进行充电。充电过程中先进行恒流充电，在电池电压超过设定电压阈值时，改为恒压充电，直至电池电量被充满。当充放电端子与充电电源断开，充放电端子与负载连接，充放电管理模块生成的控制信号为第二信号，充放电管理模块控制电池对负载进行供电。在进行充电或者放电过程中，若电池端口电压达到过放保护的条件时，第一保护模块开启保护动作，当第一保护模块失效时，第二保护模块开启保护动作，形成双重保护。该充放电切换电路还设置有防静电保护电路、温度采样电路等，面对复杂充放电工况，能够保证正常的充放电，有效提高扫地机器人的可靠性和稳定性。

应用场景(四)

智能吹风机，无线吹风机或有线吹风机都可以，当包含的充电电池需要充电时，吹风机的充放电端子与充电电源连接，充放电管理模块和控制器采集充电电源电压，将充电电源电压与吹风机的电池电压进行比较，控制器根据充电电源电压和电池电压生成控制信号。当充放电端子与充电电源连接，控制器生成的控制信号为第一信号，控制器再控制充电电源对电池进行充电。充电过程中先进行恒流充电，在电池电压超过设定电压阈值时，改为恒压充电，直至电池电量被充满。当充放电端子与充电电源断开，充放电端子与负载连接，充放电管理模块生成的控制信号为第二信号，充放电管理模块控制电池对负载进行供电。在进行充电或者放电过程中，若电池端口电压达到过放保护的条件时，第一保护模块开启保护动作，当第一保护模块失效时，第二保护模块开启保护动作，形成双重保护。该充放电切换电路还设置有防静电保护电路、温度采样电路等，面对复杂充放电工况，能够保证正常的充放电，有效提高吹风机的可靠性和稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。