使用电池供电的装置及其供电方法
【专利摘要】本发明提供了一种使用电池供电的装置及其供电方法，该装置包括：控制电路，用于检测输入信号，并基于该输入信号产生用于指示该装置工作状态的控制信号；直流/直流转换电路，其输入端口用于连接电池的正极和负极，该直流/直流转换电路接收控制信号，将输入端口的输入电压转换为输出电压，响应于控制信号指示该装置为非待机状态，直流/直流转换电路产生的输出电压的电压值为第一电压，响应于控制信号指示该装置为待机状态，直流/直流转换电路产生的输出电压的电压值为不同于该第一电压的第二电压；用电电路，与直流/直流转换电路的输出端口相连以接收输出电压。本发明能够充分利用电池容量，降低使用成本，维持恒定的供电电流。
【专利说明】使用电池供电的装置及其供电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用电池供电的装置及其供电方法，尤其涉及一种节能环保型的、使用电池供电的低功率装置及其供电方法。
【背景技术】
[0002]考虑到便携、简便等因素，一些低功率的电子设备通常采用电池供电，如电子温度计、电子血压计、遥控器等。电池可以是可充电电池(如锂电池)或者干电池等。上述应用的共同要求是如何高效并且充分利用电池的容量，提高电池供电的持续时间。
[0003]以家电的遥控器为例，其内部的人机接口电路及信号发送电路均需要供电。在上述信号发送电路中，通常利用红外发射管通过红外线来传输信号，通常的红外发射管的开启电压均在1.7?2V之间。在采用干电池供电时，单节干电池电压不足以提供信号电路正常发送的要求，因此通常需要采用两节干电池串联供电。由于电池电压与其放电容量有关，单节干电池在满容量时端电压可以达到1.5V，而放电末尾阶段(或者说电池耗尽阶段)，端电压将下降到0.8V甚至更低。因此，在开始阶段，由于电池端电压较高，两节电池串联以后供电电压可达3V，导致信号发送电路的发射功率较大，甚至对发射电路造成损坏。红外发射管(IR LED)的特性类似于二极管，当供电电压超过其开启电压时，其电流迅速增加而电压降增加较少。为了限制电池端电压较高时的电流，通常给信号发送电路供电时需要串联一个限流电阻。
[0004]但是当电池端电压下降而不能提供足够的电流给信号发送电路，导致电池端电压为较低电压时，串联限流电阻会使得信号电路不能提供足够的发射功率。
[0005]参考图1，图1给出了一种典型的传统供电方式的信号发送装置的框图。在图1所示系统中，两节干电池10串联后给红外发射管LED以及控制电路11供电。红外发射管LED的一端通过限流电阻Rs连接到电源(也即电池10)的一端，红外发射管LED的另外一端连接到控制电路11的I/O端。控制电路11检测外部的输入信号，例如可以通过按键扫描电路111来扫描按键输入信号，基于检测到的按键信息，产生发送控制信号。该发送控制信号用于控制开关SI的导通和关断，从而控制红外发射管LED的通断以发射特定的信号。在没有检测到输入信号时，例如按键扫描电路111没有检测到按键输入信号，则控制电路11不产生发送控制信号，系统处于待机状态。其中，限流电阻Rs的主要作用是在电池电压较高时，限制流过红外发射管LED的电流。在一些应用场合中，由于红外发射管LED可以流过的电流比较大，也可以没有限流电阻Rs。
[0006]在图1所示的供电方式下，在控制电路11中的开关SI导通以进行信号发送时，流经红外发射管LED的电流大小与供电电压成比例。电池10的端电压越高，电流越大，电池10的消耗也就越大，从而缩短了电池10的寿命。当电池10的端电压下降到一定数值(也就是截止电压)，则不足以提供足够的电流给红外发射管LED，导致信号发送电路的性能下降，不能满足应用需求。通常，限流电阻Rs越大，电池10的放电截止电压越高，电池10的容量就越不能被充分利用，不仅增加了使用成本，也不利于节能环保。[0007]图2示出了图1传统供电方式下，单节电池的端电压与流经红外发射管LED的电流之间的关系。图2中，横坐标为单节电池电压，纵坐标为流经红外发射管LED的电流。为满足信号发射强度的要求，通常流经红外发射管LED的电流必须大于预设的数值(也即最小发射管电流)。从图2中可以看出，在不同阻值的限流电阻下，为了满足该最小发射管电流，电池放电的截止电压随着限流电阻的增加而增加，导致电池容量不能充分利用。而在电池电压较高的时候，流经红外发射管的电流过大，导致电池放电过快并且容易损坏发射管。如限流电阻Rs为2欧姆时，电池的截止电压为1.15V，导致电池有相当一部分容量无法被使用。
[0008]可见，传统的供电电路需要两节或多节电池串联供电，这样的供电方式存在电池容量不能充分利用的问题，从而造成使用成本增加、资源浪费以及污染环境等问题。
[0009]因此，需要一种新的供电电路和供电方式，以充分利用供电电池的容量，并进一步降低系统的使用成本。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题是提供一种使用电池供电的装置及其供电方法，能够充分利用电池容量，降低使用成本，维持恒定的供电电流。
[0011]为解决上述技术问题，本发明提供了一种使用电池供电的装置，包括:
[0012]控制电路，用于检测输入信号，并基于该输入信号产生用于指示该装置工作状态的控制信号；
[0013]直流/直流转换电路，其输入端口用于连接电池的正极和负极，该直流/直流转换电路接收所述控制信号，将所述输入端口的输入电压转换为输出电压，响应于所述控制信号指示该装置为非待机状态，所述直流/直流转换电路产生的输出电压的电压值为第一电压，响应于所述控制信号指示该装置为待机状态，则所述直流/直流转换电路产生的输出电压的电压值为不同于该第一电压的第二电压；
[0014]用电电路，与所述直流/直流转换电路的输出端口相连以接收所述输出电压。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述用电电路为信号发送电路，该用电电路包括发射管，其阳极连接所述升压电路的输出端口的第一端，
[0016]该控制电路具有I/O端和地端，该I/O端连接所述发射管的阴极，该地端连接所述输出端口的第二端，所述控制电路包括:
[0017]开关，其第一端连接所述I/O端，其第二端连接所述地端；
[0018]检测电路，用于检测该输入信号，在检测到该输入信号时产生发送控制信号，该发送控制信号传输至所述开关的控制端以控制所述开关的导通和关断，在未检测到所述输入信号时不产生所述发送控制信号。
[0019]根据本发明的一个实施例，所述检测电路还根据所述输入信号产生所述控制信号，在检测到该输入信号时所述控制信号有效，在未检测到所述输入信号时所述控制信号无效；
[0020]所述直流/直流转换电路受所述控制信号控制，在所述控制信号有效时，所述输出电压的电压值为所述第一电压，在所述控制信号无效时，所述输出电压的电压值为所述
第二电压。[0021 ] 根据本发明的一个实施例，所述直流/直流转换电路为升压型直流/直流变流器、降压型直流/直流变流器或升降压型直流/直流变流器。
[0022]根据本发明的一个实施例，所述直流/直流转换电路包括:
[0023]电感，其第一端用于连接所述电池的正极；
[0024]第一开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其第二端用于连接所述电池的负极，其控制端接收第一控制信号；
[0025]第二开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其控制端接收第二控制信号；
[0026]输出电容，其第一端连接所述第二开关管的第二端，其第二端连接所述第一开关管的第二端；
[0027]第一反馈电阻，其第一端连接所述第二开关管的第二端；
[0028]输出电压反馈电路，其输入端口连接所述输出电容的第一端和第二端，该输出电压反馈电路基于所述输出电容两端的输出电压得到误差信号；
[0029]PWM调制电路，其输入端连接所述输出电压反馈电路的输出端以接收该误差信号，该PWM调制电路根据该误差信号进行脉宽调制以产生所述第一控制信号和第二控制信号；
[0030]与门，其第一输入端连接所述PWM调制电路的输出端，其第二输入端接收所述输出控制信号。
[0031]根据本发明的一个实施例，所述输出电压反馈电路包括:
[0032]第一运算放大器，其第一输入端连接所述第一反馈电阻的第二端，其第二端接收预设的参考电压；
[0033]第二反馈电阻，其第一端连接所述输出电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
[0034]第一电容，其第一端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
[0035]第一电阻，其第一端连接所述第一电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的输出端。
[0036]根据本发明的一个实施例，所述直流/直流转换电路包括:
[0037]电感，其第一端用于连接所述电池的正极；
[0038]第一开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其第二端用于连接所述电池的负极，其控制端接收第一控制信号；
[0039]第二开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其控制端接收第二控制信号，所述第一控制信号和第二控制信号互补；
[0040]输出电容，其第一端连接所述第二开关管的第二端，其第二端连接所述第一开关管的第二端；
[0041]第一反馈电阻，其第一端连接所述第二开关管的第二端；
[0042]输出电压反馈电路，其输入端口连接所述输出电容的第一端和第二端，该输出电压反馈电路在所述输出控制信号的控制下基于所述输出电容两端的输出电压得到误差信号;
[0043]PWM调制电路，其输入端连接所述输出电压反馈电路的输出端以接收该误差信号，该PWM调制电路根据该误差信号进行脉宽调制以产生所述第一控制信号和第二控制信号。
[0044]根据本发明的一个实施例，所述输出电压反馈电路包括:[0045]第一运算放大器，其第一输入端连接所述第一反馈电阻的第二端，其第二端接收预设的参考电压；
[0046]第二反馈电阻，其第一端连接所述输出电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
[0047]反馈开关，其第一端连接所述第二反馈电阻的第一端，其控制端接收所述输出控制信号；
[0048]第三反馈电阻，其第一端连接所述反馈开关的第二端，其第二端连接所述第二反馈电阻的第二端；
[0049]第一电容，其第一端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
[0050]第一电阻，其第一端连接所述第一电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的输出端。
[0051]根据本发明的一个实施例，所述PWM调制电路包括:第二运算放大器，其第一输入端连接所述输出电压反馈电路的输出端，其第二端接收预设的脉冲信号。
[0052]根据本发明的一个实施例，所述直流/直流转换电路的输入端口用于连接同一电池的正极和负极。
[0053]根据本发明的一个实施例，所述第一电压大于所述第二电压。
[0054]本发明还提供了一种使用电池供电的装置的供电方法，包括:
[0055]检测输入信号，并基于该输入信号产生用于指示该装置工作状态的控制信号；
[0056]使用直流/直流转换电路根据该控制信号将电池两端的电压转换为输出电压，若所述控制信号指示该装置为非待机状态，则所述输出电压的电压值为第一电压，若所述控制信号指示该装置为待机状态，则所述输出电压的电压值为不同于该第一电压的第二电压；
[0057]将所述输出电压传输至用电电路，以给所述用电电路供电。
[0058]根据本发明的一个实施例，所述第一电压大于所述第二电压。
[0059]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0060]本发明实施例的使用电池供电的装置采用直流/直流转换电路将输入电压转换为稳定的输出电压，该输出电压不随输入电压的变化而变化，也就是不随电池端电压的变化而变化，从而可以充分利用电池的容量，并且有利于提高设备的工作性能。
[0061]此外，本发明实施例的用电池供电的装置中，直流/直流转换电路根据指示装置工作状态的控制信号来调节该输出电压的电压值，若所述控制信号指示该装置为非待机状态，则所述输出电压的电压值为相对较高的第一电压，以满足装置工作的需要；若所述控制信号指示该装置为待机状态，则所述输出电压的电压值为相对较低的第二电压，以降低待机功耗。
[0062]进一步而言，当该装置为遥控器时，相比传统的采用两节或者更多节电池供电的方式，本发明实施例的技术方案可以充分利用电池的容量，提高电池的续航时间；而且在发射信号时可以获得更为稳定的信号强度，提升了遥控器的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0063]图1是现有技术中一种信号发送电路的供电电路示意图；[0064]图2是图1所示供电电路中单节电池电压与红外发射管电流的关系曲线示意图；
[0065]图3是本发明实施例的使用电池供电的装置的电路结构示意图；
[0066]图4是图3所示使用电池供电的装置的工作波形示意图；
[0067]图5是本发明实施例的使用电池供电的装置的一种升压直流/直流变流器的电路结构示意图；
[0068]图6是本发明实施例的使用电池供电的装置的另一种升压直流/直流变流器的电路结构不意图；
[0069]图7是本发明实施例的使用电池供电的装置的一种降压直流/直流变流器的电路结构示意图；
[0070]图8是本发明实施例的使用电池供电的装置的另一种降压直流/直流变流器的电路结构不意图；
[0071]图9是本发明实施例的使用电池供电的装置在采用图8所示降压型直流/直流变换电路时的工作波形图；
[0072]图10是本发明实施例的使用电池供电的装置的一种升降压型直流/直流变流器的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0073]下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0074]为解决现有技术中存在的问题，一种实施方式是采用升压型直流/直流转换电路。参考图3，本实施例的使用电池供电的装置包括直流/直流转换电路31 (也称直流/直流变流器)、控制电路33以及与该直流/直流转换电路31相连的用电电路。其中，在图3所示实施例中，直流/直流转换电路31是一个升压型直流/直流转换电路，该升压型直流/直流转换电路31输入端口用于连接电池30的正极和负极，该升压型直流/直流转换电路31将输入端口的输入电压(也就是电池30的电压)升压转换为输出电压Vo，该输出电压不随输入电压的变化而变化。
[0075]该控制电路33检测输入信号，基于该输入信号产生用于指示装置工作状态的控制信号EN。该直流/直流转换电路31响应于该控制信号EN产生相应电压值的输出电压。该输出电压Vo的电压值由装置的工作状态决定，在装置处于非待机状态下，输出电压Vo的电压值为第一电压，在装置处于待机状态时，输出电压的电压值为第二电压，该第一电压大于第二电压；用电电路与升压电路31的输出端口相连以接收该输出电压Vo。其中，待机状态指的是装置暂时不执行其设计时预期要实现的功能，是一种等待状态；非待机状态指的是待机状态以外的其他状态，例如装置正在执行设计时预期要实现的功能。
[0076]作为一个优选的实施例，电池30的数量为一个，也就是升压电路31的输入端口连接至同一电池的正极和负极。
[0077]另外，作为一个优选的实施例，该直流/直流转换电路31可以是升压型(Boost)直流/直流(DC-DC)变流器。当然，本领域技术人员应当理解，该直流/直流转换电路31也可以采用其他形式的电路来实现升压，例如降压型(Buck)直流/直流变流器或者升降压型(Buck-Boost)型直流/直流变流器。[0078]本实施例的装置以遥控器为例，该用电电路可以为信号发送电路，具体包括:发射管32，其阳极连接升压电路31的输出端口的第一端。
[0079]该控制电路33具有I/O端和地端GND，该I/O端连接发射管32的阴极，该地端GND连接升压电路31的输出端口的第二端。
[0080]进一步而言，该控制电路33包括:开关SI，其第一端连接I/O端，其第二端连接地端GND ;检测电路331，用于检测输入信号，在检测到该输入信号时产生发送控制信号，该发送控制信号传输至开关SI的控制端以控制开关SI的导通和关断，在未检测到输入信号时不产生发送控制信号。
[0081]在本实施例中，该检测电路331为按键扫描电路，用于检测外部输入的按键信号，在检测到按键输入信号时，产生发送控制信号，以控制开关Si导通和关断，在未检测到按键输入信号时，不产生该发送控制信号。
[0082]另外，作为一个优选的实施例，该检测电路331还根据输入信号产生控制信号EN，在检测到该输入信号时，该控制信号EN有效，例如可以是高电平；在未检测到输入信号时，控制信号EN无效，例如可以是低电平。直流/直流转换电路31受该控制信号EN控制，在控制信号EN有效时，直流/直流转换电路31产生的输出电压Vo的电压值为第一电压，在输出控制信号EN无效时，直流/直流转换电路31产生的输出电压Vo的电压值为第二电压，该第一电压大于第二电压。例如对于信号发送电路而言，该第一电压的电压值可以是满足发射管32功率要求下的最优值；而该第二电压的电压值可以低于第一电压，例如可以是电池电压，也就是升压前的原始电压。
[0083]进一步而言，如果控制电路33接收到输入信号(如按键信号)，表明此时需要发送信号，在这一时间段内，控制电路33产生的控制信号EN有效，例如为高电平，使得该升压型DC-DC变流器31的输出电压No为相对较高的电压，从而使得流经发射管32的电流达到设定值，该设定值可以是满足发射强度要求的最小电流；同时，控制电路32通过控制开关SI的导通和关断来实现信号的发送。
[0084]而在未检测到输入信号时，也就是在无信号发送时，控制电路33控制开关SI关断，使得无电流流经发射管32;同时，控制电路33产生的控制信号EN无效，例如为低电平，使得升压型DC-DC变流器31的输出电压为相对较低的电压，以降低系统功耗。
[0085]如上，在信号发送期间，上述升压型DC-DC变流器31输出一相对较高的电压，满足发射管对供电的需求；在无信号发送期间，上述升压型DC-DC变流器31输出一相对较低的电压，满足系统待机时低功耗的需求。输出控制信号EN有两个状态(有效和无效)，不同的状态用于控制升压型直流/直流变流器31产生不同电压值的输出电压Vo。
[0086]图4是图3所示装置的工作波形示意图，在tO-tl时间段内，无需发送信号，控制电路33产生的控制信号EN为低电平信号，升压型DC-DC变流器31产生的输出电压Vo为较低的电压V2 ;在^^2阶段，控制电路33检测到输入信号，需要发送信号，在这一阶段，控制电路33产生的输出控制信号EN为高电平信号，升压型DC-DC变流器31产生的输出电压Vo为较高的电压VI，使得流经发射管32的电流满足设定要求，达到要求的发射强度，在tl-t2阶段，控制电路33通过控制开关SI的导通和关断，以一定的频率及占空比，使得发射管32以约定的协议向外发送信号。
[0087]参考图5，图5示出了一种升压型DC-DC变流器的具体电路，包括:电感L，其第一端用于连接电池的正极；第一开关管Q1，其第一端连接电感L的第二端，其第二端用于连接电池的负极，其控制端接收第一控制信号Vgsl ;第二开关管Q2，其第一端连接电感L的第二端，其控制端接收第二控制信号Vgs2 ;输出电容Co，其第一端连接第二开关管Q2的第二端，其第二端连接第一开关管Ql的第二端；第一反馈电阻Rfbl，其第一端连接第二开关管Q2的第二端；输出电压反馈电路51，其输入端口连接输出电容Co的第二端以及第一反馈电阻Rfbl的第二端，该输出电压反馈电路51基于输入端口的电压得到误差信号VEA ;PWM调制电路52，其输入端连接输出电压反馈电路51的输出端以接收该误差信号VEA，该PWM调制电路52根据该误差信号VEA进行脉宽调制，以产生第一控制信号Vgs和第二控制信号Vgs2 ;与门AND1，其第一输入端连接PWM调制电路52的输出端，其第二输入端接收控制信号EN。
[0088]作为一个非限制性的实例，第一开关管Ql可以是N型的MOSFET管，第二开关管Q2可以是P型的MOSFET管。当然，本领域技术人员也可以采用其他类型的开关管来实现相同的功能，例如JFET管等。另外，在图5所示的实例中，第二开关管Q2也可以是二极管，图5采用P型MOSFET管是一种优选的方案，可获得更高的变换效率，也即同步整流技术。
[0089]进一步而言，该输出电压反馈电路51可以包括:第一运算放大器511，其第一输入端连接第一反馈电阻Rfbl的第二端，其第二端接收预设的参考电压Ref ;第二反馈电阻Rfb2，其第一端连接输出电容Co的第二端，其第二端连接第一运算放大器511的第一输入端；第一电容Cl,其第一端连接第一运算放大器511的第一输入端；第一电阻Rl，其第一端连接第一电容Cl的第二端，其第二端连接第一运算放大器511的输出端。
[0090]该PWM调制电路52可以包括:第二运算放大器521，其第一输入端连接输出电压反馈电路51的输出端以接收该误差信号VEA，其第二端接收预设的脉冲信号。
[0091]在图5所示实例中，该升压型DC-DC变流器可以采用电压模式控制。当然，本领域技术人员应当理解，该变流器也可以采用常用的电流模式控制(如峰值电流控制或者平均电流控制)，上述电压模式控制和电流模式控制均为本领域常识，这里不再赘述。
[0092]在图5所示实例中，输出电压反馈电路51基于输出电压负反馈，得到误差信号VEA,该误差信号VEA通过PWM调制电路52得到PWM控制信号，用于控制第一开关管Ql的导通和关断，以得到期望的输出电压。第二开关管Q2的第二控制信号Vgs2与第一开关管Ql的第一控制信号Vgsl互补，也即，在第一开关管Ql开通期间第二开关管Q2关断，在第一开关管Ql关断期间第二开关管Q2导通。另外，第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2互补也可以包括第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2之间加入适当死区时间的情况，该死区时间可以由死区时间电路53提供。具体而言，在第一开关管Ql关断后，经过适当的死区时间，第二开关管Q2才导通；而在第二开关管Q2关断后，经过适当的死区时间，第一开关管Ql才导通，设置适当的死区时间可以防止两个开关管Ql和Q2同时导通引起的短路。其中，死区时间的实现对本领域技术人员而言是一种公知常识，这里不再赘述。
[0093]图5所示的实例中，在需要发送信号时，例如检测到外部的按键输入信号时，控制信号EN有效(例如为高电平)，与门ANDl将第一控制信号Vgsl传输至第一开关管Ql的控制端，用于控制第二开关管Q2的第二控制信号Vgs2与第一控制信号Vgsl互补，该升压型DC/DC变流器正常工作，得到输出电压Vo，此时输出电压Vo为相对较高的预设电压(即前述第一电压)。该预设电压由参考电压Ref以及第一反馈电阻Rfbl和第二反馈电阻Rfb2决定，当然，在一些应用场合也可以没有反馈电阻。
[0094]在无需发送信号时，例如未检测到外部的按键输入信号时，控制信号EN无效(例如为低电平)，用于控制第一开关管Ql的第一控制信号Vgsl被与门ANDl封锁，第一开关管Ql —直关断，第二开关管Q2—直导通,第二开关管Q2将输入电压(也就是电池的电压)传输至输出端口，输出电压Vo的电压值与输入电压基本上一致(这里不考虑电感L和第二开关管Q2的压降)，此时的输出电压Vo的电压值为较低的电压值(即前述第二电压)，该升压型DC/DC变流器工作在旁路(bypass)状态。
[0095]参考图6，图6示出了另一种升压型DC-DC变流器的具体电路，包括:电感L，其第一端用于连接电池的正极；第一开关管Q1，其第一端连接电感L的第二端，其第二端用于连接该电池的负极，其控制端接收第一控制信号Vgsl ;第二开关管Q2，其第一端连接电感L的第二端，其控制端接收第二控制信号Vgs2，第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2互补；输出电容Co，其第一端连接第二开关管Q2的第二端，其第二端连接第一开关管Ql的第二端；第一反馈电阻Rfbl，其第一端连接第二开关管Q2的第二端；输出电压反馈电路61，其输入端口连接输出电容Co的第二端和第一反馈电阻Rfbl的第二端，该输出电压反馈电路61在控制信号EN的控制下基于输入端口的电压得到误差信号VEA ;PWM调制电路62，其输入端连接输出电压反馈电路61的输出端以接收该误差信号VEA，该PWM调制电路62根据该误差信号VEA进行脉宽调制以产生第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2。
[0096]其中，该输出电压反馈电路61包括:第一运算放大器611,其第一输入端连接第一反馈电阻Rfbl的第二端，其第二端接收预设的参考电压Ref ;第二反馈电阻Rfb2，其第一端连接输出电容Co的第二端，其第二端连接第一运算放大器611的第一输入端；反馈开关Q3，其第一端连接第二反馈电阻Rfb2的第一端，其控制端接收控制信号EN;第三反馈电阻Rfb3，其第一端连接反馈开关Q3的第二端，其第二端连接第二反馈电阻Rfb2的第二端；第一电容Cl,其第一端连接第一运算放大器611的第一输入端；第一电阻Rl，其第一端连接第一电容Cl的第二端，其第二端连接第一运算放大器611的输出端。
[0097]该PWM调制电路包括:第二运算放大器621，其第一输入端连接输出电压反馈电路61的输出端，其第二端接收预设的脉冲信号。
[0098]与图5所示的实例类似地，图6的实例也可以采用死区时间电路63在第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2之间加入适当的死区时间。
[0099]图6所示的实例通过控制信号EN来调节反馈的分压比，以此来调节输出电压的电压值。进一步而言，当控制信号EN有效时(例如为高电平)，反馈开关Q3闭合，输出电压的电压值相对较高，为第一电压；当控制信号EN无效时(例如低电平)，反馈开关Q3断开，输出电压的电压值相对较低，为第二电压。
[0100]参考图7，图7示出了一种降压直流/直流变流器的电路结构，图3所示的直流/直流转换电路31也可以采用该电路结构。具体而言，该电路结构包括:第二开关管Q2，其第一端连接电池的正极，其控制端接收第二控制信号Vgs2;第一开关Q1，其第一端连接第二开关Q2的第二端，其第二端连接电池的负极，其控制端接收第一控制信号Vgsl ;电感L，其第一端连接的第二开关管Q2的第二端；输出电容Co，其第一端连接电感L的第二端，其第二端连接第一开关管Ql的第二端；第一反馈电阻Rfbl，其第一端连接输出电容Co的第一端；输出电压反馈电路71，其输入端口连接输出电容Co的第二端和第一反馈电阻Rfbl的第二端，该输出电压反馈电路71在控制信号EN的控制下基于输入端口的电压得到误差信号VEA ;PWM调制电路72，其输入端连接输出电压反馈电路71的输出端以接收该误差信号VEA,该PWM调制电路72根据该误差信号VEA进行脉宽调制，经由非门NOT产生第一控制信号Vgs和第二控制信号Vgs2。
[0101]其中，该输出电压反馈电路71包括:第一运算放大器711，其第一输入端连接第一反馈电阻Rfbl的第二端，其第二端接收预设的参考电压Ref ;第二反馈电阻Rfb2，其第一端连接输出电容Co的第二端，其第二端连接第一运算放大器711的第一输入端；反馈开关Q3，其第一端连接第二反馈电阻Rfb2的第一端，其控制端接收控制信号EN;第三反馈电阻Rfb3，其第一端连接反馈开关Q3的第二端，其第二端连接第二反馈电阻Rfb2的第二端；第一电容Cl,其第一端连接第一运算放大器711的第一输入端；第一电阻Rl，其第一端连接第一电容Cl的第二端，其第二端连接第一运算放大器711的输出端。
[0102]该PWM调制电路包括:第二运算放大器721，其第一输入端连接输出电压反馈电路71的输出端，其第二端接收预设的脉冲信号。
[0103]与图5、图6所示的实例类似，图7的实例中，可以采用死区时间电路73在第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2之间加入适当的死区时间。
[0104]图7所示的实例通过控制信号EN来调节反馈的分压比，以此来调节输出电压的电压值。进一步而言，当控制信号EN有效时(例如为高电平)，反馈开关Q3闭合，输出电压的电压值相对较高，为第一电压；当控制信号EN无效时(例如低电平)，反馈开关Q3断开，输出电压的电压值相对较低，为第二电压。
[0105]参考图8，图8示出了另一种降压直流/直流变流器的电路结构，图3所示的直流/直流转换电路31也可以采用该电路结构。具体而言，该电路结构包括:第二开关管Q2，其第一端连接电池的正极，其控制端接收第二控制信号Vgs2;第一开关Q1，其第一端连接第二开关Q2的第二端，其第二端连接电池的负极，其控制端接收第一控制信号Vgsl ;电感L，其第一端连接的第二开关管Q2的第二端；输出电容Co，其第一端连接电感L的第二端，其第二端连接第一开关管Ql的第二端；第一反馈电阻Rfbl，其第一端连接输出电容Co的第一端；输出电压反馈电路81，其输入端口连接输出电容Co的第二端和第一反馈电阻Rfbl的第二端，该输出电压反馈电路11基于输入端口的电压得到误差信号VEA ；PWM调制电路82，其输入端连接输出电压反馈电路81的输出端以接收该误差信号VEA，该PWM调制电路82根据该误差信号VEA进行脉宽调制，经由非门NOT和与门ANDl产生第一控制信号Vgs和第二控制信号Vgs2。
[0106]进一步而言，该输出电压反馈电路81可以包括:第一运算放大器811，其第一输入端连接第一反馈电阻Rfbl的第二端，其第二端接收预设的参考电压Ref ;第二反馈电阻Rfb2，其第一端连接输出电容Co的第二端，其第二端连接第一运算放大器811的第一输入端；第一电容Cl,其第一端连接第一运算放大器811的第一输入端；第一电阻Rl，其第一端连接第一电容Cl的第二端，其第二端连接第一运算放大器811的输出端。
[0107]该PWM调制电路82可以包括:第二运算放大器821，其第一输入端连接输出电压反馈电路51的输出端以接收该误差信号VEA，其第二端接收预设的脉冲信号。
[0108]与前述实例类似地，图8的实例也可以采用死区时间电路83在第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2之间加入适当的死区时间。[0109]图8所示的实例中，在需要发送信号时，例如检测到外部的按键输入信号时，控制信号EN有效(例如为高电平)，与门ANDl将第一控制信号Vgsl传输至第一开关管Ql的控制端，用于控制第二开关管Q2的第二控制信号Vgs2与第一控制信号Vgsl互补，该降压型DC/DC变流器正常工作，得到输出电压Vo，此时输出电压No为预设电压(即前述第一电压)。该预设电压由参考电压Ref以及第一反馈电阻Rfbl和第二反馈电阻Rfb2决定，当然，在一些应用场合也可以没有反馈电阻。
[0110]在无需发送信号时，例如未检测到外部的按键输入信号时，控制信号EN无效(例如为低电平)，用于控制第一开关管Ql的第一控制信号Vgsl被与门ANDl封锁，第一开关管Ql —直关断，第二开关管Q2—直导通,第二开关管Q2将输入电压(也就是电池的电压)传输至输出端口，输出电压Vo的电压值与输入电压基本上一致(这里不考虑电感L和第二开关管Q2的压降)，由于是降压应用，此时的输出电压Vo的电压值为较高的电压值(即前述第二电压)，该降压型DC/DC变流器工作在旁路(bypass)状态。
[0111]参考图9，图9示出了图3所示的使用电池供电的装置在采用降压型直流/直流变电路(例如图8所示的电路结构)时的工作波形图。在tO-tl时间段内，无需发送信号，控制电路33产生的控制信号EN为低电平信号，降压型DC/DC变流器31产生的输出电压Vo为较高的电压V2 ;在tl-t2阶段，控制电路33检测到输入信号，需要发送信号，在这一阶段，控制电路33产生的输出控制信号EN为高电平信号，降压型DC-DC变流器31产生的输出电压Vo为较低的电压Vl，在tl-t2阶段，控制电路33通过控制开关SI的导通和关断，以一定的频率及占空比，使得发射管32以约定的协议向外发送信号。
[0112]参考图10，图10示出了一种升降压直流/直流变流器的电路结构，图3所示的直流/直流转换电路31也可以采用该电路结构。具体而言，该电路结构包括:第二开关管Q2，其第一端连接电池的正极，该电池例如可以是一节电池或两节串联的电池，其控制端接收第二控制信号Vgs2 ;第一开关Q1，其第一端连接第二开关Q2的第二端，其控制端接收第一控制信号Vgsl ；电感L，其第一端连接的第二开关管Q2的第二端，其第二端连接电池的负极；输出电容Co，其第一端连接第一开关管Ql的第二端，其第二端连接电池的负极；第一反馈电阻Rfbl，其第一端连接输出电容Co的第一端；输出电压反馈电路101，其输入端口连接输出电容Co的第二端和第一反馈电阻Rfbl的第二端，该输出电压反馈电路101在控制信号EN的控制下基于输入端口的电压得到误差信号VEA ;PWM调制电路102，其输入端连接输出电压反馈电路101的输出端以接收该误差信号VEA，该PWM调制电路102根据该误差信号VEA进行脉宽调制，经由非门NOT产生第一控制信号Vgs和第二控制信号Vgs2。
[0113]其中，该输出电压反馈电路101包括:第一运算放大器1011，其第一输入端连接第一反馈电阻Rfbl的第二端，其第二端接收预设的参考电压Ref ;第二反馈电阻Rfb2，其第一端连接输出电容Co的第二端，其第二端连接第一运算放大器1011的第一输入端；反馈开关Q3，其第一端连接第二反馈电阻Rfb2的第一端，其控制端接收控制信号EN;第三反馈电阻Rfb3，其第一端连接反馈开关Q3的第二端，其第二端连接第二反馈电阻Rfb2的第二端；第一电容Cl,其第一端连接第一运算放大器1011的第一输入端；第一电阻Rl，其第一端连接第一电容Cl的第二端，其第二端连接第一运算放大器1011的输出端。
[0114]该PWM调制电路包括:第二运算放大器1021，其第一输入端连接输出电压反馈电路101的输出端，其第二端接收预设的脉冲信号。[0115]与前述各个实例类似，图10的实例中，可以采用死区时间电路103在第一控制信号Vgsl和第二控制信号Vgs2之间加入适当的死区时间。
[0116]图10所示的实例通过控制信号EN来调节反馈的分压比，以此来调节输出电压的电压值。进一步而言，当控制信号EN有效时(例如为高电平)，反馈开关Q3闭合，输出电压的电压值相对较高，为第一电压；当控制信号EN无效时(例如低电平)，反馈开关Q3断开，输出电压的电压值相对较低，为第二电压。
[0117]由上，本发明实施例采用升压电路将单节电池的电压升压转换为稳定的输出电压，使得用电电路的供电不受电池电压变化的影响。
[0118]配合遥控器等典型应用，该升压电路的输出电压可以是满足发射管功率要求下的最优值。另外，在无需发射信号时，该升压电路可以输出电压值较低的输出电压，以减小待机电流，进一步延长电池续航时间。当然，本实施例的装置并不限于遥控器，还可以是其他各种使用电池供电的装置。
[0119]另外，本实施例还提供了一种使用电池供电的装置的供电方法，包括如下步骤:
[0120]检测输入信号，并基于该输入信号产生用于指示该装置工作状态的控制信号；
[0121]使用直流/直流转换电路根据该控制信号将电池两端的电压转换为输出电压，若所述控制信号指示该装置为非待机状态，则所述输出电压的电压值为第一电压，若所述控制信号指示该装置为待机状态，则所述输出电压的电压值为不同于该第一电压的第二电压；
[0122]将所述输出电压传输至用电电路，以给所述用电电路供电。
[0123]优选地，该第一电压大于该第二电压。例如，参考图3，以遥控器为例，可以使用升压电路31将电池30两端的电压升压转换为输出电压Vo，该输出电压Vo的电压值由装置的工作状态决定，在装置需要发送信号时，输出电压Vo的电压值为相对较高的第一电压,在装置待机时，也就是不需要发送信号时，输出电压Vo的电压值为相对较低的第二电压。
[0124]当然，该方法并不限于遥控器，还可以采用该方法为其他电池供电的装置进行供电。
[0125]在一些电池供电的应用场合，如采用锂电池供电，电池本身供电的电压较高，单节锂电池的电压范围通常为3V?4.2V，比负载所需的电压高。如应用于上述遥控器的场合，其供电电压也比发射管需要的电压高出很多，在电池电压较高时，流经发射管的电流很大，增加电池的消耗；为了限制发射管的电流，发射管也需要串联前述实施例中的限流电阻Rs，引入了额外的损耗。而此类应用中，电池能量主要被发射管这一类负载消耗。因此，电池供电方式同样非常不节能。基于本发明的思想，在图3所示的示意图中，可利用降压型直流/直流转换电路实现电池容量的充分利用，如Buck变流器。
[0126]采用降压型直流/直流变换电路的一种实施方式如附图7所示。在装置不同的工作模式下，输出不同的电压，在需要发射时，提供第一电压VI，在无需发射时，提供第二电压V2，其稳态工作波形也如图4所示。
[0127]在电池供电较高而采用降压型直流/直流转换电路中，如前所述，由于装置中主要的耗电设备是发射管之类的负载，因此，在需要发射时提供一个适合的电压VI，从而使得流经发射管的电流达到设定值，该设定值可以是满足发射强度要求的最小电流。在而在未检测到输入信号时，也就是在无信号发送时，无电流流经发射管，主要耗电设备关闭，因此，供电电压的高低并不影响系统的功耗，即提供一个高电压也不会增加装置的功耗。作为另一种实施方式，甚至可以通过关闭降压型DC-DC变流器，直接利用较高的电池电压供电，进一步缩减功耗，其实施方式如图8所示，稳态工作波形如图9所示，此时第二电压高于第一电压。
[0128]如一些应用系统中，电池供电电压可能比主要用电设备(负载)所需要的电压高或者低。如采用双节干电池供电的遥控器，当电池电压比负载所需要的低时(电池使用一段时间后)，电池剩余容量无法利用。为了充分利用干电池的容量，在图3所示的实施方式中(供电为两节电池)，可采用升降压型直流/直流转换电路实施，其实施方式如图10所示。升降压直流/直流转换电路无论输入电压大小，均可转换得到一个设定的电压值，该电压值可以比输入电压高或者低。在需要发射时，提供一个第一电压Vl，在无需发射时，提供一个第二电压V2，其稳态工作波形也如图4所示。
[0129]总之，无论说明书如何详细，还有可以多种方式实施本发明。说明书中所述仅仅是本发明的一个或多个具体实施例子，并不是穷举的或者用于将本发明限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本发明的特定实施例和实例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行各种等同修改，电路结构及其控制方式的细节在其执行细节中可以进行相当多的变化。凡根据本发明实质所做的任何等效改变，都应隶属于本发明的保护范围之内。
[0130]本发明这里所提供的启示并不是必须应用到上述系统中，还可以应用到其它系统中，可以产生更多的实施例。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。
【权利要求】
1.一种使用电池供电的装置，其特征在于，包括: 控制电路，用于检测输入信号，并基于该输入信号产生用于指示该装置工作状态的控制信号； 直流/直流转换电路，其输入端口用于连接电池的正极和负极，该直流/直流转换电路接收所述控制信号，将所述输入端口的输入电压转换为输出电压，响应于所述控制信号指示该装置为非待机状态，所述直流/直流转换电路产生的输出电压的电压值为第一电压，响应于所述控制信号指示该装置为待机状态，则所述直流/直流转换电路产生的输出电压的电压值为不同于该第一电压的第二电压； 用电电路，与所述直流/直流转换电路的输出端口相连以接收所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述用电电路为信号发送电路，该用电电路包括发射管，其阳极连接所述升压电路的输出端口的第一端， 该控制电路具有I/O端和地端，该I/O端连接所述发射管的阴极，该地端连接所述输出端口的第二端，所述控制电路包括: 开关，其 第一端连接所述I/O端，其第二端连接所述地端； 检测电路，用于检测该输入信号，在检测到该输入信号时产生发送控制信号，该发送控制信号传输至所述开关的控制端以控制所述开关的导通和关断，在未检测到所述输入信号时不产生所述发送控制信号。
3.根据权利要求2所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述检测电路还根据所述输入信号产生所述控制信号，在检测到该输入信号时所述控制信号有效，在未检测到所述输入信号时所述控制信号无效； 所述直流/直流转换电路受所述控制信号控制，在所述控制信号有效时，所述输出电压的电压值为所述第一电压，在所述控制信号无效时，所述输出电压的电压值为所述第二电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述直流/直流转换电路为升压型直流/直流变流器、降压型直流/直流变流器或升降压型直流/直流变流器。
5.根据权利要求3所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述直流/直流转换电路包括: 电感，其第一端用于连接所述电池的正极； 第一开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其第二端用于连接所述电池的负极，其控制端接收第一控制信号； 第二开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其控制端接收第二控制信号； 输出电容，其第一端连接所述第二开关管的第二端，其第二端连接所述第一开关管的A-Ap ~.上山弟.~-? ； 第一反馈电阻，其第一端连接所述第二开关管的第二端； 输出电压反馈电路，其输入端口连接所述输出电容的第一端和第二端，该输出电压反馈电路基于所述输出电容两端的输出电压得到误差信号； PWM调制电路，其输入端连接所述输出电压反馈电路的输出端以接收该误差信号，该PWM调制电路根据该误差信号进行脉宽调制以产生所述第一控制信号和第二控制信号；与门，其第一输入端连接所述PWM调制电路的输出端，其第二输入端接收所述输出控制信号。
6.根据权利要求5所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述输出电压反馈电路包括: 第一运算放大器，其第一输入端连接所述第一反馈电阻的第二端，其第二端接收预设的参考电压； 第二反馈电阻，其第一端连接所述输出电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的第一输入端； 第一电容，其第一端连接所述第一运算放大器的第一输入端； 第一电阻，其第一端连接所述第一电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的输出端。
7.根据权利要求3所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述直流/直流转换电路包括: 电感，其第一端用于连接所述电池的正极； 第一开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其第二端用于连接所述电池的负极，其控制端接收第一控制信号； 第二开关管，其第一端连接所述电感的第二端，其控制端接收第二控制信号，所述第一控制信号和第二控制信号互补； 输出电容，其第一端连接所述第二开关管的第二端，其第二端连接所述第一开关管的A-Ap ~.上山弟.~-? ； 第一反馈电阻，其第一端连接所述第二开关管的第二端； 输出电压反馈电路，其输入端口连接所述输出电容的第一端和第二端，该输出电压反馈电路在所述输出控制信号的控制下基于所述输出电容两端的输出电压得到误差信号；PWM调制电路，其输入端连接所述输出电压反馈电路的输出端以接收该误差信号，该PWM调制电路根据该误差信号进行脉宽调制以产生所述第一控制信号和第二控制信号。
8.根据权利要求7所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述输出电压反馈电路包括: 第一运算放大器，其第一输入端连接所述第一反馈电阻的第二端，其第二端接收预设的参考电压； 第二反馈电阻，其第一端连接所述输出电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的第一输入端； 反馈开关，其第一端连接所述第二反馈电阻的第一端，其控制端接收所述输出控制信号; 第三反馈电阻，其第一端连接所述反馈开关的第二端，其第二端连接所述第二反馈电阻的第二端； 第一电容，其第一端连接所述第一运算放大器的第一输入端； 第一电阻，其第一端连接所述第一电容的第二端，其第二端连接所述第一运算放大器的输出端。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述PWM调制电路包括: 第二运算放大器，其第一输入端连接所述输出电压反馈电路的输出端，其第二端接收预设的脉冲信号。
10.根据权利要求1至3、5至8中任一项所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述直流/直流转换电路的输入端口用于连接同一电池的正极和负极。
11.根据权利要求1至3、5至8中任一项所述的使用电池供电的装置，其特征在于，所述第一电压大于所述第二电压。
12.一种使用电池供电的装置的供电方法，其特征在于，包括: 检测输入信号，并基于该输入信号产生用于指示该装置工作状态的控制信号； 使用直流/直流转换电路根据该控制信号将电池两端的电压转换为输出电压，若所述控制信号指示该装置为非待机状态，则所述输出电压的电压值为第一电压，若所述控制信号指示该装置为待机状态，则所述输出电压的电压值为不同于该第一电压的第二电压；将所述输出电压传输至用电电路，以给所述用电电路供电。
13.根据权利要求12所述的供电方法，其特征在于，所述第一电压大于所述第二电压。
【文档编号】H02J7/00GK103944233SQ201410174755
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】郑尊标, 张军明 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司