专利名称：铁电池手机应用电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电池的导电连接电路，尤其涉及铁电池与手机的导电连 接电路。
背景技术：
目前手机行业普遍采用锂电池给手机供电，供电结构如图l所示。 而锂电池电芯主要材料为锂，这种电芯活性大，有易爆炸、成本高、 寿命短的缺陷。
铁电池电芯主要材料为铁，电芯活性小，没有安全隐患，相对锂
电池有成本低，寿命长的优势。锂电池放电时电压在3.3V-4.2V之间， 电量主要集中在3.6V-3.8V之间，目前手机平台以及外围电if各普遍是针 对锂电池设计的，当电池电压到3.3V时手机将会关机。而铁电池放电 时输出电压为2.8V-3.8V,电量主要集中在3.2V-3.3V之间。如图2所 示，若使用铁电池直接给现有的手机供电，铁电池电压将迅速从3.8V 降到3.3V,对手机而言3.3V即为关机电压，此时电池利用率尚未达到 20%，所以现有的铁电池一般都不能在手机上正常的使用。
发明内容
本实用新型的目的之一是提供一种将铁电池作为手机电源的适配电路， 该适配电路使低压的铁电池能够正常的用于手机供电。
为了实现上述目的，本实用新型的铁电池手机应用电路，连接铁电池的 输出端和手机的电源输入端，包括检测模块、电能储存模块、升压放电开关、 降压充电开关和双向直流-直流升降压控制模块，
所述升压放电开关和降压充电开关并联，铁电池的输出端、检测模块、 电能存储模块串联、升压放电开关和降压充电开关组成的并联电路、双向直 流-直流升降压控制模块依次串联，双向直流-直流升降压控制模块连接手机的 电源输入端。
4向直流-直流升降压控制模块根据该电压比值控制升压放电开关和降压充电开 关实现充电或放电，电能存储模块在升压或降压时存储能量。
优选地，所述双向直流-直流升降压控制模块包括驱动信号输入端、信号 处理模块和脉冲宽度调制逻辑输出电路，驱动信号输入端输入驱动信号，驱 动信号经过信号处理模块处理后驱动脉冲宽度调制逻辑输出电路。
优选地，所述信号处理模块包括电流反馈模块、第一电压反馈模块、最 大限流比较器、方向选择器和翻转电流比较器，所述电流反馈模块和第一电 压反应模块分别输出电流反馈信号和电压反馈信号到最大限流比较器和翻转 电流比较器，第一电压反馈模块还输出电压反馈信号到方向选择器，最大限 流比较器、翻转电流比较器和方向选择器输出控制信号到脉冲宽度调制逻辑 输出电路。
优选地，所述脉冲宽度调制输出电路包括脉沖宽度调制模块、第一緩冲 器、第二緩冲器、第二电压反馈模块，时钟发生器、升压放电开关管脚、降 压充电关开管脚，时钟发生器输出时钟信息到脉沖宽度调制模块，脉冲宽度 调制模块输出控制信号到第 一緩冲器和第二緩冲器，第 一缓沖器输出控制信 号到升压放电开关管脚，第二緩冲器输出控制信息到降压充电开关管脚，第 一緩冲器和第二緩冲器经过第二电压反馈模块向脉沖宽度调制模块返回电压 反馈信号。
优选地，所述升压放电开关是N-MOSFET，降压充电开关是P-MODFET。 优选地，所述电能存储;漠块包括一大饱和电流电感和与大饱和电流电感 并联的电容。
本实用新型采用双向直流-直流升降压控制模块通过直流-直流升压将铁 电池电压线性升压，从而满足手机供电的需要，同时可以通过检测直流-直流 升压后电压来检测铁电池电压，还可以通过直流-直流降压对铁电池充电。
图l是现有的锂电池与手机供电结构示意图； 图2是现有的铁电池;^文电曲线示意图3是本实用新型第 一 实施例与铁电池和手机连接结构示意图； 图4是本实用新型第 一 实施例的电路模块结构示意图；图5是本实用新型第二实施例的电路模块结构示意图； 图6是本实用新型第二实施例的双向直流-直流升降压控制模块电路模块 结构示意图7是本实用新型第二实施例连接铁电池后的放电曲线示意图。 本实用新型目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明具体实施方式
本实用新型的实施例通过双向直流升降压，实现了4失电池的升压》文电和 降压充电，使铁电池能够满足手机使用的需要。
参照图3，本实用新型的第一实施例的铁电池手机应用电路100连接铁 电池的输出端200和手才几的电源输入端300,如图4所示，所述4失电池手才几应 用电路包括检测模块110、电能储存模块120、升压放电开关130、降压充电 开关140和双向直流-直流升降压控制模块150。
所述升压放电开关BO和降压充电开关140并联，铁电池的输出端200、 检测模块IIO、电能存储模块120、升压放电开关130和降压充电开关140组 成的并联电路和双向直流-直流升降压控制模块i50依次串联，双向直流-直流 升降压控制模块150连接手机的电源输入端300,直流-直流升降压控制模块 150内部包:fe触发器。
所述检测模块IIO检测电能存储模块120的电流，双向直流-直流升降压 控制模块150控制升压放电开关130和降压充电开关140实现手机电池的充 电或放电，电能存储模块120在升压或降压时存储能量。
当双向直流-直流升降压控制模块150检测手机的电源输入端300的电压 小于铁电池输出端200电压的1.12倍时，升压放电开关130打开，此时铁电 池的输出端200、检测模块IIO、电能存储模块120以及升压放电开关130组 成的回路导通，电能存储模块120存储电能。当检测模块IIO检测电能存储 模块120上的峰值电流达到预设的最大限流时，直流-直流升降压控制模块150. 内部设有触发器，直流-直流升降压控制模块150重置其内部的触发器，当手 ^U的电源输入端300的负载增加的瞬间，手^L的电源输入端300的电压与4失 电池输出端200电压的比值会减小，此时EA(EA, ERROR AMPLIFIER,差 值放大模块。功能是放大VB和VP比较的结果，并且可以输出一个信号，控制电能存储模块)会增大输出电压直到电能存储模块120上的平均电流和负 载电流匹配。然后升压^L电开关130关断，4吏得电流通过降压充电开关140 向手机的电源输入端300输出电流。在下个触发周期或者是直流-直流升降压 控制模块150进入非连续导通模式时，降压充电开关140 —直导通，循环上 述工作过程，实现升压放电功能。
当双向直流-直流升降压控制模块150检测手机的电源输入端的电压大于 4失电池输出端200电压1.12倍时，升压^t电开关130关断，而降压充电开关 140用来对电能存储模块120充电。直流-直流升降压控制模块150触发器 置1， 降压充电开关140打开，此时4失电池l命出端200、手才几的电源 输入端300、检测模块110、电能存储模块120以及降压充电开关140 组成的回路导通，电能存储模块120存储电能，直到直流-直流升降压 控制模块150重置触发器。当电能存储模块120上的峰值电流达到预 设的最大限流值时，直流-直流升降压控制模块150重置触发器。当手 机的电源输入端300的负载改变时，手机的电源输入端300的电压与铁电 池输出端200电压的比值会减小，这时EA会增大输出电压直到电能存储 模块120上的平均电流和负载电流匹配。直流-直流升降压控制模块150 重置触发器，关掉降压充电开关140,打开升压放电开关130，使得电 流从电能存储模块i20向铁电池输出端200输出电流。如此循环，实 现降压充电过程。
在手机充电时，双向直流-直流升降压控制模块作为直流-直流降压模块， 使充电电压降低到铁电池的充电电压，使装有铁电池的手机能够正常充电， 在手机使用时，双向直流-直流升降压控制^t块作为直流-直流升压模块，使铁 电池的输出电压线性升高到手机供电需要的电压，从而满足手机使用，同时 可以通过;f企测升压后的电压来4企测4夹电池的电压。
基于第一实施例提出第二实施例，结合图5和图6所示，图中BAT—FE 处为铁电池阳极，VBAT—PHONE为手机供电系统输入端，GND为公 共地。本实施例在第一实施例的基础上，双向直流-直流升降压控制4莫块150 包括驱动信号输入端RUN-A、信号处理模块151和脉冲宽度调制逻辑输出电 路152，驱动信号输入端RUN-A输入驱动信号，所述驱动信号是芯片的使能 信号，驱动信号经过信号处理模块151处理后驱动脉冲宽度调制逻辑输出电 路152。信号处理模块151包括电流反馈模块1511、第一电压反馈模块1512、最 大限流比较器1513、方向选择器1514和翻转电流比较器1515,所述电流反 馈模块1511和第一电压反应模块1512分别输出电流反馈信号和电压反馈信 号到最大限流比较器1513和翻转电流比较器1514,第一电压反馈模块1512 还输出电压反馈信号到方向选择器1514，最大限流比较器1513、翻转电流比 较器1515和方向选择器1514输出控制信号到脉沖宽度调制逻辑输出电路 152。信号处理4莫块151还包含VP管脚、VB管脚，Isense管脚、VSSA管脚。 第一电压反馈模块1512通过VP管脚连接到手机的电源输入端 300;电 流反馈模块1511通过VB管脚连接到铁电池输出端200;电流反馈模 块1511通过管脚Isense连接到图五中的^r测电阻R，用来4企测流过的 电感的平均电流；VSSA管脚接地。
脉冲宽度调制输出电路152包括脉冲宽度调制模块1521、第一緩沖器 1522、第二緩冲器1523、第二电压反馈模块1524、时钟发生器1525、升压放 电开关管脚N-drv、降压充电关开管脚P-drv，时钟发生器1525输出时钟信息 到脉冲宽度调制模块1521，脉冲宽度调制模块1521产生控制信号并输出到第 一緩冲器1522和第二緩冲器1523,第一緩冲器1522输出控制信号到升压放 电开关管脚N-drv，第二緩冲器输出控制信息到降压充电开关管脚P-drv,第 一緩冲器1522和第二緩冲器1523经过第二电压反馈模块1524向脉冲宽度调 制模块1521返回电压反馈信号。脉冲宽度调制输出电路152中还包括VSSA-P 管脚和VP-P管脚，第一緩沖器连接VSSA-P管脚和VP-P管脚；第二緩沖器 连接VP-P，緩冲器的作用为，输入时，电平过高，加一个分压电路让输入达 到内部电路的输入范围；输出时，电平不够，加一电路让输出电压满足外部 电路要求。
本实施例的升压放电开关采用N-MOSFET (N Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, N沟道金属-氧化物-半导体场效应管)，降压充电开关 釆用P-MOSFET ( P Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, P沟道 金属-氧化物-半导体场效应管)。
电能存储模块120包括一大饱和电流电感L和与大饱和电流电感L并联 的电容Cl。
双向直流-直流升降压控制模块150检测当VP管脚电压小于铁电池 输出端200处的电压的1.12倍，铁电池升压然后对VP端负载放电。 这时，N-MOSFET用来给储能器件电感充电，而P-MOSFET用来放电。脉冲宽度调制输出电路152内部的触发器置1, N-MOSFET打开，此 时铁电池输出端200、检测电阻R、电感L以及N-MOSFET组成的回 路导通，电感存储能量。直到双向直流-直流升降压控制模块重置脉沖宽度 调制输出电路内部的RS触发器。当电感L上的峰值电流达到Icomp (Icomp,双向直流-直流升降压控制模块150中设置的最大限流)时，双 向直流-直流升降压控制模块150重置RS触发器。VP处是电池升压后的 输出端，连接的负载为手机，在实际使用时，负载是一直变化的，当 VP端的负栽改变时，因为反馈电压响应比电流检测慢，导致在VP负 载增加瞬时，VP/VB稍纟殷会减小，这时EA会增大^T出电压直到电感 上的平均电流和负载电流匹配。然后，关掉N-MOSFET， -使得电流通 过P-MOSFET同步整流向VP端输出电流。在下个周期之前或者是双 向直流-直流升降压控制模块150进入非连续导通模式P-MOSFET —直导 通。如此循环，实现升压放电功能。
双向直流-直流升降压控制模块150检测当VP管脚电压大于铁电池输 出端200的电压的1.12倍时，手机通过双向直流-直流升降压控制才莫块150 降压对铁电池充电。这时，N-MOSFET关断，P-MOSFET用来对储 能器件充电。脉冲宽度调制输出电路内部的RS触发器置1, 外部 P-MOSFET打开，此时4失电池输出端200、 VP端、4企测电阻R、电感 L以及P-MOSFET组成的回路导通，电感存储能量。直到双向直流-直 流升降压控制模块重置脉沖宽度调制输出电路的触发器。当电感L上的峰 值电流达到Icomp (Icomp，双向直流-直流升降压控制才莫块150中设置的 最大限流)时，双向直流-直流升降压控制模块150重置触发器。当VP端 的负载改变时，因为反馈电压响应比电流检测慢，导致在VP负载增加 瞬时，VP/VB稍微会减小，这时EA会增大输出电压直到电感上的平 均电流和负载电流匹配。双向直流-直流升降压控制模块重置触发器，会 关掉P-MOSFET，打开N-MOSFET， ^使得电流/人电感L向4夹电池输出 端200端输出电流。如此循环，实现降压充电过程。
而图五为铁电池加本实施例电^各后的》文电曲线图，可以看出加了 本实施例电路之后，完全能达到3.6V大电流输出的目的。
同时，手机主芯片可以通过检测VP上的电压来实现电量检测。 本实施中，检测电阻R需用0.03欧姆，误差1%,否则检测电感L 上的电流不准确。N-MOSFET和P-MOSFET选用源漏导通电阻小的器件，源漏导通电流方面，确保P-MOSFET管的持续导通电流在2A以 上、N-MOSFET峰值导通电流在4A以上。才艮据双向直流-直流升降压控 制模块150的最大峰值电流，要求电感L的额定电流在2.5A以上，电 感值在luF-2.5uF左右。而输入电容Cl 4艮据4失电池的内阻而定，lu以 上X5R、 X7R低ESR的陶瓷电容可以满足其稳压、滤波要求。输出电 容C2选取47uF以上的低ESR电容。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专 利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程 变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型 的专利保护范围内。
权利要求1、一种铁电池手机应用电路，用于连接铁电池的输出端和手机的电源输入端，其特征在于包括检测模块、电能储存模块、升压放电开关、降压充电开关和双向直流-直流升降压控制模块，所述升压放电开关和降压充电开关并联，铁电池的输出端、检测模块、电能存储模块、升压放电开关和降压充电开关组成的并联电路和双向直流-直流升降压控制模块依次串联，双向直流-直流升降压控制模块连接手机的电源输入端；所述检测模块检测电能储存模块的电流，双向直流-直流升降压控制模块控制升压放电开关和降压充电开关以实现手机电池的充电或放电，电能存储模块在升压或降压时存储能量。
2、 如权利要求1所述的铁电池手机应用电路，其特征在于双向直流-直流升降压控制模块检测铁电池输出端和手机电池输入端的电压比值，根据 此电压比值控制升压放电开关和降压充电开关。
3、 如权利要求1所述的铁电池手机应用电路，其特征在于 所述双向升降压控制模块包括驱动信号输入端、信号处理模块和脉冲宽度调制逻辑输出电路，驱动信号输入端输入驱动信号，驱动信号经过信号处 理模块处理后驱动脉冲宽度调制逻辑输出电路。
4、 如权利要求2所述的铁电池手机应用电路，其特征在于 所述信号处理模块包括电流反馈模块、第一电压反馈模块、最大限流比较器、方向选择器和翻转电流比较器；所述电流反馈模块和第 一 电压反应模块分别输出电流反馈信号和电压反馈信号到最大限流比较器和翻转电流比较器；第一电压反馈模块还输出电压反馈信号到方向选择器； 最大限流比较器、翻转电流比较器和方向选择器输出控制信号到脉冲宽度调制逻辑输出电路。
5、 如权利要求2所述的铁电池手机应用电路，其特征在于 所述脉冲宽度调制输出电路包括脉沖宽度调制模块、第一緩沖器、第二緩冲器、第二电压反馈模块、时钟发生器、升压放电开关管脚和降压充电关 开管脚；时钟发生器输出时钟信息到脉冲宽度调制模块，脉冲宽度调制模块输出 控制信号到第一緩冲器和第二緩冲器，第一緩冲器输出控制信号到升压放电 开关管脚，第二緩冲器输出控制信息到降压充电开关管脚，第一緩沖器和第 二缓冲器经过第二电压反馈模块向脉沖宽度调制模块返回电压反馈信号。
6、 如权利要求1或2所述的铁电池手机应用电路，其特征在于所述 升压i丈电开关包括N-MOSFET。
7、 如权利要求1或2所述的铁电池手机应用电路，其特征在于降压 充电开关包括P-MOSFET。
8、 如权利要求1或2所述的铁电池手机应用电路，其特征在于所述 电能存储模块包括电感和与大饱和电流电感并联的电容。
9、 如权利要求1或2所述的铁电池手机应用电路，其特征在于所述 检测模块包括一电阻。
专利摘要本实用新型涉及电池的导电连接电路，尤其涉及铁电池与手机的导电连接电路。包括检测模块、电能储存模块、升压放电开关、降压充电开关和双向直流-直流升降压控制模块，所述检测模块检测电能储存模块的电流，双向直流-直流升降压控制模块控制升压放电开关和降压充电开关以实现手机电池的充电或放电，电能存储模块在升压或降压时存储能量。本实用新型采用双向直流-直流升降压控制模块通过直流-直流升压将铁电池电压线性升压，从而满足手机供电的需要，同时可以通过检测直流-直流升压后电压来检测铁电池电压，还可以通过直流-直流降压对铁电池充电。
文档编号H02J7/02GK201374575SQ20092005204
公开日2009年12月30日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者刘云生 申请人:刘云生