专利名称：内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路的制作方法
技术领域：
本发明电子开关电路，特别是含有内置锂电电池的移动电源类产品的电子供电的开关电路。
背景技术：
目前，随着便携式电子产品的发展，移动电源作为便携设备的附带设备在日常生活应用中的需要显得越来越重要，比如当使用者外出、停电或者其他移动情况下，可以使用移动电源给各类需要供电的便携设备供电或充电，尤其是需要用DC5V供电的设备，比如 MP3、MP4、手机、iPhone等设备的供电。如图2所示，通常内置锂电池的移动电源采用机械开关或按钮方式来切断锂电池与输出端的连接，从而达到在设备未使用时该设备的耗电非常小的目的。但是此方法需要人工来操作，操作麻烦，如果当使用者在用完此类移动电源后忘记关闭机械开关或按钮，该移动电源内的电池会因内部升压电路的持续工作而将能量耗尽，使得本应可以多次为便携设备提供电能的移动电源必须重新充电才能为便携设备供电。
发明内容
本发明为要解决上述提出的移动电源采用机械开关或按钮方式来切断锂电池与输出端的连接情况，而产生的技术问题，提出一种内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路的设计。当便携设备的供电插头连接到该新型电子开关电路的供电插座时，该电路则会自动开启对便携设备进行供电。在该电路中的可编程单片机MCU检测到输出电流小于产品设定的最小供电电流值时，则通过该电路中的电子开关断开该电路的供电电路，或在将便携设备的供电插头从该新型电子开关电路的供电插座分离时，该电路则会自动切换到微功耗的状态。使得使用者可以在电池能量未使完的情况下持续多次使用此移动电源为需求供电的便携设备提供电能，实现了低耗节能的目的并且对使用者而言更加便利。本发明提供的技术方案是内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路，包括电源电路、升压电路、电子开关、触发电路、控制电路、动态电流采样电路和分压检测输出电平电路，所述的动态电流采样电路与控制电路的采样端口连接，所述的分压检测输出电平电路连接在升压电路的反馈检测端，控制电路的电平信号值通过控制输出端口分别与升压电路的控制端、电子开关的控制端和触发电路的控制端连接。所述的电源电路包括内置4. 2V锂电电池、外接直流电源通道BAT、蓄能电感L2、 隔离二极管D15和供电输出通道5V组成，其中内置4. 2V锂电电池的正极连接外接直流电源通道BAT并与蓄能电感L2输入端连通，当外接直流电源从外接直流电源通道BAT引入时，由外接直流电提供电能，此时的外接电源电压必须小于5. 3V，蓄能电感L2输出端与隔离二极管D15的正极连接，隔离二极管D15的负极连接到供电输出通道5V通道上，蓄能电感L2将电能转换为磁场能储存起来，当MOS管M5的漏极断开后蓄能电感L2将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和直流电源通道BAT上输入的电源电压叠加后通过隔离二极管D15和电容的滤波后得到平滑的直流电压从负载连接接口 Xl提供给负载，由于这个电压是4. 2V或者是输入电源电压和蓄能电感L2的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出需求电压+5V高于输入电压，既升压过程的完成。其中升压电路包括升压芯片U4、蓄能电感L2、隔离二极管D15、滤波电容C31、C32 和MOS管M5组成，升压芯片U4含有电源输入端口、输出端口 EXT和反馈检测端口 FB，其中输出端口 EXT与MOS管M5的控制极G门连接，输出PWM的信号控制MOS管M5的开关，升压芯片U4反馈检测端FB连接所述的分压检测输出电平电路的分压点，检测所述分压检测输出电平电路的R27和R26分压输出的电平，MOS管M5的漏极与所述的电感L2输出端及隔离二极管D15的正极连路上的一点连接，隔离二极管D15的负极连接电容C31，电容C31与 C32对地并联连接，可对输出电压进行滤波，该连接点通过对MOS管M5的漏极的开关实现对输出电压+5V保持在一个稳定的输出电平，所述的MOS管M5为N沟道MOS管。其中电子开关包括M0S管M6、电阻R31、R30和负载连接接口 Xl组成，MOS管M6 的控制极与所述的控制电路输出端的电阻R31及R30连接，MOS管M6的漏极与负载连接接口 Xl的负端OUT-端口连接，当MOS管M6的漏源极导通后，流到负载连接接口 Xl的负端 OUT-端口电压通过MOS管M6的源极流到所述的采样电阻RSl到参考地，负载连接接口 Xl 的正端与所述的供电输出通道5V通道上连接，构成供电回路。其中触发电路包括可控硅U7、电阻R16和二极管Dll组成，可控硅U7的触发脚 G通过电阻R16与二极管Dll的负极连接，二极管Dll的正极连接到所述负载连接接口 Xl 的负端OUT-端口，当有电压到达OUT-端口时，经过二极管Dll再通过电阻R16触发可控硅 U7导通，此时可控硅U7的阳极A点电压为低电平O。其中控制电路包括可编程单片机MCU、M0S管M1、M3、二极管D12、三极管Ql、Q2、 电阻R17、R18、R22和R23，所述的可编程单片机MCU含有可以输出高低电平的控制输出端口 CO、CTU CT2和8位以上的AD模拟量采样端口⑶，控制输出端口 CO连接所述电子开关中的电阻R31，当MCU给端口 CO —个高电平，高电平信号经电阻R31使M6导通，控制输出端口 CT2连接二极管D12的正极，二极管D12的负极通过电阻R17连接三极管Ql的B极，三极管Ql的C极与MOS管Ml的控制极连接，同时与所述的可控硅U7的阳极A端连接，当MCU 给端口 CT2 —个持续高电平维持Ml导通，MOS管Ml的源极与电阻R18并联连接所述的外接直流电源通道BAT，控制输出端口 CTl通过电阻R22连接到三极管Q2的B极，三极管Q2 的C极与MOS管M3的源极通过电阻R23连接到所述的外接直流电源通道BAT，当MCU给端口 CTl 一个高电平，高电平信号经电阻R22使M3导通，所述的MOS管Ml和M3均为P沟道 MOS 管。其中动态电流采样电路包括采样电阻RS1、电容C24和电阻R28，采样电阻RSl串联在电源回路上，电容C24与采样电阻RSl并联后连接电阻R28的一端，电阻R28的另一端连接到所述的MCU的采样端口⑶上。其中分压检测输出电平电路包括分压电阻R26和R27，R26的一端连接外接直流电源通道的负极参考点，R26另一端和R27的一端构成分电压压点与所述的升压芯片U4的反馈检测端FB连接。
开关电路的控制流程，初始化所述的MCU使输出端口 C0、CT1、CT2置为高电平，CT2 被置为高电平后使得MOS管Ml保持导通，以保证MCU的持续供电，CTl被置为高电平后使得 MOS管M3导通，使得所述的U4启动控制升压电路将4. 2V锂电池的电压升高至5V，CO被置为高电平后使得MOS管M6导通，可以对便携设备进行充电，MCU动态读取由所述电阻RSl传至端口 CU的电流值并进行计算，当MCU判断CU的读取值小于该电子电路的限定值后，MCU 使输出端口 CO、CTI、CT2置为低电平，使得放电回路被切断充电结束。本发明所实现的功能如下本发明内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路，当便携设备的供电插头连接到该新型电子开关电路的供电插座时，该电路则会自动开启对便携设备进行供电。同时在该电路中的可编程单片机MCU对供电回路上所流过的电流进行检测，当检测到供电电流小于产品设定的电流值时，说明外部便携设备已经满足需求电量，则MCU通过该电路中的电子开关断开该电路的供电电路。并且使得电子开关电路中的器件处于断电或者微功耗状态，如果将便携设备的供电插头从该新型电子开关电路的供电插座分离时，该电子开关电路则会自动切换到微功耗的状态。该电子开关电路的微功耗电量可以是uA级的。 使得使用者可以在电池能量未使完的情况下可以多次持续使用此移动电源，实现了低耗节能的目的并且对使用者而言更加便利。
图I为本发明所述的新型电子开关电路原理图；图2为通常内置锂电池的移动电源采用机械开关或按钮方式原理图；图3为本发明所述的新型电子开关电路，升压芯片输出PWM的信号控制MOS管M5 的开关调整输出电压的波形示意图；图4为本发明所述的新型电子开关电路，实施的含USB接口的设备效果示意图；图5为本发明所述的新型电子开关电路的运行逻辑示意具体实施例方式
下面结合参考图更详细地解释本发明。请参见图1，内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路，包括电源电路、升压电路、电子开关、触发电路、控制电路、动态电流采样电路和分压检测输出电平电路，所述的动态电流采样电路与控制电路的采样端口连接，所述的分压检测输出电平电路连接在升压电路的反馈检测端，控制电路的电平信号值通过控制输出端口分别与升压电路的控制端、电子开关的控制端和触发电路的控制端连接。为了进一步方便地对该新型电子开关电路的描述，将该电路中的某些元器件给与特定的参数值，而这并不影响选用其它同类元件同样可以实现本专利目的的原则。请参见图1，如控制电路中的MCU为8位可编程单片机HT46R53，负责对电路的信号检测及处理；升压电路中的U4为一升压芯片S-8355-M20，参见图3，该芯片的输出端口 EXT具有输出PWM 的特性，同时该芯片的反馈检测端FB可以接受一电压值用于PWM的调整，MCU可以控制该芯片通过出端口 EXT负责输出一个PWM方波信号，控制M5的开关，并通过R27与R26分压检测输出电平，使输出电压保持在一个稳压的输出；M6负责在未接负载时,切断输出回路；M3和Ml作为开关使用。当未接负载时，Ml为关闭状态切断了外接直流电源通道BAT，此时电子电路中所有需要Vcc供电的元件都不工作，因此电路的自放电非常小，请参考图1，设R27为300K、 R26为39K，电流经过电源电路中的蓄能电感L2到隔离二极管D15的正极再从二极管D15 负极连接R27及R26形成回路，回路电流为I = (4. 2Vmax-0. 7v)/339k = 10. 32uA，可以看出此电子开关电路的自耗电在IOuA左右。请参见图1，当负载连接接口 Xl接上负载RL后，内置4. 2V锂电电池或外接直流电源的电流从外接直流电源通道的端口流入，通过蓄能电感L2流经隔离二极管D15的正极， 再由隔离二极管D15的负极到达负载连接接口 Xl的正端，经过负载RL到达负载连接接口 Xl的负端OUT-端口，从OUT-端口经过二极管Dll流向电阻R16，通过电阻R16触发可控硅 U7使其导通，此时可控硅U7的阳极A点电压为低电平0，Ml为P沟道M0S，此时Ml导通， 内置4. 2V锂电电池或外接直流电源的电流从外接直流电源通道通过Ml到Vcc，Vcc提供给MCU上电启动，MCU启动以后，给端口 CT2发送一个高电平，维持Ml导通，保证电路中的所有元件处于工作状态。此时由于可控硅U7的阳极A点电压被Ql拉到O. 3V左右，可控硅 U7截止。同时MCU给CTl和CO —个高电压，让M3开通，升压电路工作，同时M6导通，流到 OUT-端口的电压通过M6到电阻RSl到参考信号地形成回路，同时MCU检测由采样端口⑶ 得到的流过回路的电流，如MCU检测的电流大于产品设定的限定电流以上，则MCU维持各路信号使电路正常工作。否则MCU通过检测CU的信号，当负载电流小于产品设定的限定电流时，MCU通过检测⑶的信号，停止输出各端口控制信号的高电平到CO、⑶和CT2上，此时M3和M6被断开，电路自动断电，内置锂电池的耗电电流减小到50mA以下。当输出口负载RL断开时，即将便携设备的供电插头从该新型电子开关电路的供电插座分离时，Ml, M3，M6完全断开，所有电路都不再工作，达到即插即用、自耗电小的目的。下面结合优选的实施方案更详细地解释本发明的应用。请参考图4，应用本内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路，设计的便携式移动电源。其负载连接接口 Xl输出采用了 USB接口，当负载RL连接在该移动电源上后，PCBA上的新型电子开关电路开始工作，直至负载RL从该移动电源分离后，PCBA上的新型电子开关电路停止工作，其工作流程请参见图5，Micro USB接口实现连接外接直流电源的导入，在该便携式移动电源中采用了本发明的新型电子开关电路的同时，还增加了通过Micro USB插座的弓I入对移动电源的锂电池的充电功能。。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、变化和省略。例如电路中选用其它同类不同参数的元器件也可为实现本发明所阐述的目的，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路，包括电源电路、升压电路、电子开关、触发电路、控制电路、动态电流采样电路和分压检测输出电平电路，所述的动态电流采样电路与控制电路的采样端口连接，所述的分压检测输出电平电路连接到升压电路升压芯片的反馈检测端，控制电路的电平信号通过控制输出端口分别与升压电路的控制端、电子开关的控制端和触发电路的控制端连接。
2.根据权利要求I所述的新型电子开关电路，其特征在于所述的电源电路包括内置 4. 2V锂电电池、外接直流电源通道BAT、蓄能电感L2、隔离二极管D15和供电输出通道5V组成，其中内置4. 2V锂电电池的正极连接外接直流电源通道BAT并与蓄能电感L2输入端连通，蓄能电感L2输出端与隔离二极管D15的正极连接，隔离二极管D15的负极连接到供电输出通道5V通道上。
3.根据权利要求I所述的新型电子开关电路，其特征在于所述的升压电路包括升压芯片U4、蓄能电感L2、隔离二极管D15、滤波电容C31、C32和MOS管M5组成，升压芯片U4 含有电源输入端口、输出端口 EXT和反馈检测端FB，其中输出端口 EXT与MOS管M5的控制极连接，反馈检测端FB连接所述的分压检测输出电平电路的分压点，MOS管M5的漏极与所述的电感L2输出端与隔离二极管D15正极连路上的一点连接，隔离二极管D15的负极连接电容C31，电容C31与C32对信号参考地并联连接，所述的输出端口 EXT带有输出PWM的模式，所述的MOS管M5为N沟道MOS管。
4.根据权利要求I所述的新型电子开关电路，其特征在于所述的电子开关包括:M0S管 M6、电阻R31、R30和负载连接接口 Xl组成，MOS管M6的控制极与所述的控制电路输出端的电阻R31及R30连接，MOS管M6的漏极与负载连接接口 Xl的负端OUT-连接，负载连接接口 Xl的正端与所述的供电输出通道5V通道上连接，所述的MOS管M6为N沟道MOS管。
5.根据权利要求I所述的新型电子开关电路，其特征在于所述的触发电路包括可控硅U7、电阻R16和二极管Dll组成，可控硅U7的触发脚G通过电阻R16与二极管Dll的负极连接，二极管Dll的正极连接到所述负载连接接口 Xl的负端OUT-端口处。
6.根据权利要求I所述的新型电子开关电路，其特征在于所述的控制电路包括可编程单片机MCU、MOS管Ml、M3、二极管D12、三极管QU Q2、电阻R17，R18、R22和R23，所述的可编程单片机MCU含有可以输出高低电平的控制输出端口 CO、CTI、CT2和8位以上的AD模拟量采样端口⑶，控制输出端口 CO连接所述电子开关中的电阻R31，控制输出端口 CT2连接二极管D12的正极，二极管D12的负极通过电阻R17连接三极管Ql的B极，三极管Ql的 C极与MOS管Ml的控制极连接，同时与所述的可控硅U7的阳极A端连接，MOS管Ml的源极与电阻R18并联连接所述的外接直流电源通道BAT，控制输出端口 CTl通过电阻R22连接到三极管Q2的B极，三极管Q2的C极与MOS管M3的源极通过电阻R23连接到所述的外接直流电源通道BAT，所述的MOS管Ml和M3均为P沟道MOS管。
7.根据权利要求I所述的新型电子开关电路，其特征在于所述的动态电流采样电路包括采样电阻RS1、电容C24和电阻R28，采样电阻RSl串联在电源回路上，电容C24与采样电阻RSl并联后连接电阻R28的一端，电阻R28的另一端连接到所述的可编程单片机MCU 的采样端口⑶上。
8.根据权利要求I所述的新型电子开关电路，其特征在于所述的分压检测输出电平电路包括分压电阻R26和R27，R26的一端连接外接直流电源通道的负极参考点，R26另一端和R27的一端构成分压点与所述的升压芯片U4的反馈检测端FB连接。
9.开关电路的控制流程，其特征在于包含权利要求6及7所述的新型电子开关电路， 初始化所述的MCU使输出端口 C0、CT1、CT2置为高电平，MCU动态读取由所述电阻RSl传至端口 CU的电流值并进行计算，当MCU判断CU的读取值小于该电子电路的限定值后，MCU使输出端口 C0、CT1、CT2置为低电平。
全文摘要
本发明内置锂电池的移动电源类产品的一种新型电子开关电路，包括电源电路、升压电路、电子开关、触发电路、控制电路、动态电流采样电路和分压检测输出电平电路，当便携设备的供电插头连接到该新型电子开关电路的供电插座时，该电路则会自动开启，对需要用DC5V供电的设备，比如MP3、MP4、手机、iPhone等设备进行供电。当该电路中的可编程单片机MCU检测到供电电流小于产品设定的最小供电电流值时，则通过该电路中的电子开关断开该电路的供电电路，或在将便携设备的供电插头从该新型电子开关电路的供电插座分离时，该电路则会停止向输出端口供电，同时自动切换到微功耗的状态。实现了低耗节能的目的并且对使用者而言更加便利。
文档编号H03K17/722GK102611420SQ20111002136
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者刘勤, 叶建胜, 张云, 李庆如 申请人:深圳嘉信高能源技术股份有限公司