同步整流降压双向变换电路及智能电池的制作方法

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种同步整流降压双向变换电路及智能电池。

背景技术：

电池广泛应用于各种数码产品、生活电器、仪器仪表及玩具等产品中，随着人们生活水平的提高，应用电池的数量和类型也越来越多。在许多应用模式中，电池需要通过充电器或者充电座进行充电，其最基本又最重要的要求是保障使用者的人身和财产安全。随着电池材料和电压类型的增加，电池充电过程中的安全隐患急剧升高，例如干电池、镍氢、镍镉及新型降压电池，由于通用需求执行同一制式标准，在外型尺寸和电极布置上完全相同，若在高电压输出的充电器中装载低电压体系的干电池或镍氢、镍镉电池，将会造成充电过压与过流，导致电池与充电设备损坏，甚至发热燃烧引发火灾或产生爆炸等危及生命财产安全的严重后果。

如何避免上述安全风险，不可能寄希望于用户不装错电池，因为出于疏忽或他人的不甚了解，可能会以不小的几率发生这种错装的情形，这就要求必须在技术上加以防范。现有的相关技术为智能充电器或数字化电池系统。但现有的智能充电器或数字化电池系统功能并不完善，不能适应多种情境下的使用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同步整流降压双向变换电路及智能电池，以改善上述的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种同步整流降压双向变换电路，所述同步整流降压双向变换电路包括智能控制芯片、保护电路、h桥式电路、第一端口以及第二端口及第三端口；所述第一端口用于与电池电性连接以为所述同步整流降压双向变换电路提供输入电源；所述保护电路设置于所述第一端口与第二端口之间，与所述智能控制芯片电性连接，并在所述智能控制芯片的控制下用于为所述同步整流降压双向变换电路提供充放电保护；所述h桥式电路连接在所述保护电路与所述第三端口之间，与所述智能控制芯片电性连接，所述第三端口用于连接外部设备，当连接外部设备为用电设备时，所述h桥式电路在所述智能控制芯片的控制下对第三端口的输出电压进行降压，当连接外部设备为供电设备时，所述h桥式电路在所述智能控制芯片的控制下对第三端口的输入电压进行降压。

进一步地，所述保护电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的源极与所述第一端口电性连接，所述第一开关管的漏极与所述第二开关管的源极连接，所述第二开关管的源极与所述第二端口电性连接，所述第一开关管和所述第二开关管的栅极分别与所述智能控制芯片的i/o端口连接，以在所述智能控制芯片的控制下导通或关断，以在所述可充电电池进入充电状态或放电状态时提供过流及过压保护。

进一步地，所述h桥式电路包括第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管以及电感，所述第三开关管与第四开关管串联，所述第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管的栅极均与所述智能控制芯片电性连接，以在所述智能控制芯片的控制下导通或关断，所述第三开关管的源极与所述第二端口连接，所述第四开关管的漏极与所述第三开关管的漏极电性连接，所述第五开关管的源极与所述第三端口连接，所述第六开关管的漏极与所述第五开关管的漏极连接，所述电感的一端与所述第三开关管的漏极连接，另一端与所述第五开关管的漏极连接，所述第三开关管和所述第四开关管用于在智能控制芯片的控制下对可充电电池的输出进行降压处理，所述第五开关管和所述第六开关管用于对可充电电池充电的输入进行降压处理。

进一步地，当所述第一反馈引脚检测所述第三端口的电压值大于第一预设值时，所述智能控制芯片控制所述同步整流降压双向变换电路进入充电模式以连接外部供电设备为所述可充电电池充电。

进一步地，所述第一预设值为4.3v。

进一步地，所述同步整流降压双向变换电路还包括指示灯模块，所述指示灯模块与所述智能控制芯片连接，用于在所述智能控制芯片控制下以灯光显示可充电电池的不同状态。

进一步地，，所述同步整流降压双向变换电路还包括触控开关按键，所述触控开关按键与所述智能控制芯片连接，用于响应用户的触控操作以控制所述指示灯模块的打开或关闭。

进一步地，所述同步整流降压双向变换电路还包括温度管理模块，所述温度管理模块与所述智能控制芯片连接，所述温度管理模块用于检测可充电电池的温度，并将检测到的温度值发送至智能控制芯片，所述智能控制芯片在检测到的温度高于预设值时使所述同步整流降压双向变换电路进入保护模式。

一种智能电池，所述智能电池包括可充电电池以及同步整流降压双向变换电路，所述同步整流降压双向变换电路用于辅助可充电电池的充放电，所述同步整流降压双向变换电路包括智能控制芯片、保护电路、h桥式电路、第一端口以及第二端口及第三端口；所述第一端口用于与电池电性连接以为所述同步整流降压双向变换电路提供输入电源；所述保护电路设置于所述第一端口与第二端口之间，与所述智能控制芯片电性连接，并在所述智能控制芯片的控制下用于为所述同步整流降压双向变换电路提供充放电保护；所述h桥式电路连接在所述保护电路与所述第三端口之间，与所述智能控制芯片电性连接，所述第三端口用于连接外部设备，当连接外部设备为用电设备时，所述h桥式电路在所述智能控制芯片的控制下对第三端口的输出电压进行降压，当连接外部设备为供电设备时，所述h桥式电路在所述智能控制芯片的控制下对第三端口的输入电压进行降压，所述可充电电池的正极与所述第一端口连接，所述可充电电池的负极接地。

进一步地，所述可充电电池为锂电池。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种同步整流降压双向变换电路及智能电池，所述同步整流降压双向变换电路包括第一端口、第二端口、第三端口，以及保护电路，h桥式电路和智能控制芯片，所述保护电路可以在智能控制芯片的控制下导通或关断，实现对可充电电池的充放电保护，所述h桥式电路用于在智能控制芯片的控制下对可充电电池的输出电压、或充电电压进行降压处理，通过同步整流降压双向变换电路可以实现将可充电电池的输出电压进行降压，还可以将外部电压降压以为可充电电池充电，能够实现可充电电池的双电压输出和双电压输入，拓宽了可充电电池的使用场景。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

图1示出了本发明所提供的一种同步整流降压双向变换电路示意图。

图2示出了同步整流降压双向变换电路的电路模块示意图。

图3示出了保护电路的连接示意图。

图4示出了智能电池示意图。

图标：100-同步整流降压双向变换电路；110-智能控制芯片；120-保护电路；130-h桥式电路；140-第一端口；150-第二端口；160-第三端口；q1-第一开关管；q2-第二开关管；q3-第三开关管；q4-第四开关管；q5-第五开关管；q6-第六开关管；170-指示灯模块；180-触控开关按键；190-温度管理模块；200-智能电池；210-可充电电池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的同步整流降压双向变换电路或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

本发明实施例提供了一种同步整流降压双向变换电路100，请参阅图1和图2，图1和图2示出了本发明实施例提供的一种同步整流降压双向变换电路100的示意框图。同步整流降压双向变换电路100用于对电信号进行双向变压处理，于本实施例中，所述同步整流降压双向变换电路100可以用于辅助可充电电池210充放电，对可充电电池210的充放电进行保护，但不限于此。

同步整流降压双向变换电路100包括智能控制芯片110、保护电路120、h桥式电路130、第一端口140、第二端口150以及第三端口160。

所述第一端口140用于与可充电电池210电性连接以为所述同步整流降压双向变换电路100提供输入电源；所述保护电路120设置于所述第一端口140与第二端口150之间，还与所述智能控制芯片110电性连接，所述h桥式电路130连接在所述保护电路120与所述第三端口160之间，还与所述智能控制芯片110电性连接，所述第三端口160用于连接外部设备，所述外部设备可以为用电设备或供电设备。

请参阅图3，所述保护电路120包括第一开关管q1和第二开关管q2，所述第一开关管q1的源极与所述第一端口140电性连接，所述第一开关管q1的漏极与所述第二开关管q2的源极连接，所述第二开关管q2的源极与所述第二端口150电性连接，所述第一开关管q1和所述第二开关管q2的栅极分别与所述智能控制芯片110的i/o端口连接，以在所述智能控制芯片110的控制下导通或关断。

所述h桥式电路130包括第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6以及电感l，所述第三开关管q3与第四开关管q4串联，所述第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6的栅极均与所述智能控制芯片110电性连接，以在所述智能控制芯片110的控制下导通或关断，所述第三开关管q3的源极与所述第二端口150连接，所述第四开关管q4的漏极与所述第三开关管q3的漏极电性连接，所述第五开关管q5的源极与所述第三端口160连接，所述第六开关管q6的漏极与所述第五开关管q5的漏极连接，所述电感l的一端与所述第三开关管q3的漏极电性连接，另一端与所述第五开关管q5的漏极电性连接，所述第三开关管q3和所述第四开关管q4用于在智能控制芯片110的控制下对可充电电池210的输出进行降压处理，所述第五开关管和所述第六开关管q6用于对可充电电池210充电的输入进行降压处理。

所述智能控制芯片110包括多个引脚，例如反馈引脚、使能引脚、i\o引脚等等。反馈引脚用于获取反馈信号，将反馈信号发送至智能控制芯片110，智能控制芯片110根据反馈信号进行相应的处理。例如，本实施例中的智能控制芯片110包括第一反馈引脚fb1，第一反馈引脚fb1用于检测第三端口160的电压值，并将其作为反馈信号发送至智能控制芯片110。于本实施例中，所述第一反馈引脚fb1，可以用于降压反馈、模式识别以及辅助供电。当第三端口160的电压值大于第一预设值时智能控制芯片110控制所述同步整流降压双向变换电路100进入充电状态，当第三端口160的电压值小于第一预设值时智能控制芯片110控制所述同步整流降压双向变换电路100进入降压状态。

于本实施例中，所述第一预设值为4.3v。

当所述第三端口160的电压值小于4.3v时，智能控制芯片110控制所述同步整流降压双向变换电路100进入降压模式，智能控制芯片110控制所述保护电路120导通，使所述可充电电池210能够输出电信号，可充电电池210输出的电信号经所述保护电路120传输至所述h桥式电路130，在降压模式下，第三开关管q3和所述第四开关管q4为开关上下管，第五开关管q5常通，第六开关管q6常断，所述第三端口160连接有第一电容c1，所述智能控制芯片110控制所述第三开关管q3和第四开关管q4间歇导通，以在第一电容c1的两端充电，当所述智能控制芯片110控制所述第三开关管q3和所述第四开关管q4间歇关断时，所述第一电容c1存储的电能进行放电，从而将可充电电池210输出的电压进行降压后经第三端口160输出。于本实施例中，所述智能控制芯片110控制所述第三开关管q3和所述第四开关管q4间歇导通或关断，使所述第三端口160输出电压保持在第一电压值，于本实施例中，所述第一电压值为1.5v，但不限于此。

在本发明的其余实施例中，所述可充电电池210还可直接经所述保护电路120、所述第二端口150输出第二电压值的电压，所述第二电压值是所述可充电电池的标称电压，一般地，为3.7v，但不限于此。

当所述第三端口160的电压值大于4.3v时，智能控制芯片110控制所述同步整流降压双向变换电路100进入充电模式，连接外部供电设备为所述可充电电池210进行充电。

一般地，可充电电池210的充电电压不得大于4.5v，于本实施例中，优选地设置为4.2v～4.35v，当充电电压大于4.5v，例如5v时会损坏电池的电芯。因此，本实施例提供的同步整流降压双向变换电路100用于在可充电电池210连接的供电设备电压大于4.5v时对所述充电电压进行降压，以实现安全地充电。

与降压模式相似，充电模式下的降压主要有h桥式电路130完成。与降压模式不同之处在于，当所述同步整流降压双向变换电路100处于充电模式时，降压由第四开关管q4、第五开关管q5完成。所述供电设备提供的电压经所述h桥式电路130进行降压，经过所述保护电路120输入至所述可充电电池210进行充电。

需要注意的是，在充电模式下，在所述智能控制芯片110的控制下，所述保护电路120的导通方向与在降压模式下保护电路120的导通方向是相反的。

在充电模式下，所述第五开关管q5和所述第六开关管q6为开关上下管，所述第三开关管q3常通，所述第四开关管q4截止。所述第二端口150通过连接第二电容c2接地，以平滑所述h桥式电路130降压后的充电电压。

所述智能控制芯片110还包括第二反馈引脚fb2，第二反馈引脚fb2与所述第二端口150连接，用于在进行充电时采集充电电压作为反馈信号以使所述智能控制芯片110根据所述反馈信号调整第五开关管q5和第六开关管q6的通断时间以使所述充电电压保持在合理范围内。

于本实施例中，所述开关管可以为mos管。

例如，充电模式时采用预充-恒流-恒压的充电方式，智能控制芯片110通过i/o端口采集可充电电池210的电芯电压值，根据流经所述保护电路120的电流值来判断充电电流值的大小。当电芯电压值小于2.9v时，进入预充阶段，以1/10的充电电流大小进行预充电，当电芯电压大于2.9v时，进入恒流充电阶段，智能控制芯片110控制h桥式电路130进行充电电压的调整以使充电电流保持在恒定状态。当电芯电压达到4.5v时，转为恒压充电阶段，保持充电电压的恒定，充电电流持续减小。

在充电过程中，充电电流的大小可以由智能控制芯片110的rst引脚设定，可以在rst引脚连接一个电阻，通过更改所述电阻的阻值来更改rst引脚端的电流大小。

所述同步整流降压双向变换电路100还包括指示灯模块170，所述指示灯模块170与所述智能控制芯片110连接，用于在所述智能控制芯片110控制下以灯光显示可充电电池的不同状态。所述指示灯模块170可以是led等，当电池的电量满时，led灯常亮，当电池输出异常时，led灯闪亮。

于本实施例中，所述同步整流降压双向变换电路100还包括触控开关按键180，所述触控开关按键180与所述智能控制芯片110连接，用于响应用户的触控操作以控制所述指示灯模块170的打开或关闭。例如，用户按下触控开关按键180，智能控制芯片110控制所述指示灯模块170启动，以显示电池状态。

所述同步整流降压双向变换电路100还包括温度管理模块190，所述温度管理模块190与所述智能控制芯片110连接，所述温度管理模块190用于检测可充电电池210的温度，并将检测到的温度值发送至所述智能控制芯片110，所述智能控制芯片在所述温度值高于预设值时使所述同步整流降压双向变换电路进入保护模式。

例如，当温度大于第一温度值时，进入过温一阶段，智能控制芯片110限制并调低开关管通态占空比，使可充电电池210的输出电流和输出功率得到限制。

当温度大于第二温度值时，智能控制芯片110控制关断保护电路120的开关管，停止对外输出，以保护可充电电池210。

第二实施例

请参阅图4，本实施例提供了一种智能电池200，所述智能电池200包括可充电电池以及如第一实施例中所描述的同步整流降压双向变换电路100，所述同步整流降压双向变换电路100包括第一端口140，所述可充电电池210的正极与所述第一端口140连接，所述可充电电池210的负极接地。

在本实施例中，所述可充电电池210可以为锂电池，但不限于此，还可以是其他的可充电电池210。

综上所述，本发明提供了一种同步整流降压双向变换电路及智能电池，所述同步整流降压双向变换电路包括智能控制芯片、保护电路、h桥式电路、第一端口以及第二端口及第三端口；所述第一端口用于与电池电性连接以为所述同步整流降压双向变换电路提供输入电源；所述保护电路设置于所述第一端口与第二端口之间，与所述智能控制芯片电性连接，并在所述智能控制芯片的控制下用于为所述同步整流降压双向变换电路提供充放电保护；所述h桥式电路连接在所述保护电路与所述第三端口之间，与所述智能控制芯片电性连接，所述第三端口用于连接外部设备，当连接外部设备为用电设备时，所述h桥式电路在所述智能控制芯片的控制下对第三端口的输出电压进行降压，当连接外部设备为供电设备时，所述h桥式电路在所述智能控制芯片的控制下对第三端口的输入电压进行降压。通过本发明提供的同步整流降压双向变换电路，可以实现对可充电电池充电、放电过程的保护，不但可以可充电电池的标称充电电压充电，还可以在其他电压值，例如5v进行充电。所述可充电电池能够提供其标称电压输出，还可以提供经所述同步整流降压双向变换电路降压后的输出，实现了双电压充电、双电压输出，提高了可充电电池的安全系数，拓宽了可充电电池的使用场景，能够产生巨大的经济效益。

以上所述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和变化。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。