电池管理单元、系统级芯片
阅读：935发布：2020-05-08
专利汇可以提供电池管理单元、系统级芯片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 提供了一种 电池 管理单元、系统级芯片。电池管理单元包括：电池 电压 检测模 块 、控制切换模块以及DC/DC转换器；电池电压检测模块，用于对电池电源的电压进行检测以确定电池电源的电压值；控制切换模块，用于当电压值在第一电压范围内时，控制电池电源与内部 电路 连接，以使电池电源的电压为内部电路供电；当电压值在第二电压范围内时，控制电池电源与DC/DC转换器连接，以使电池电源的电压经过DC/DC转换器转换后为内部电路供电。本技术方案解决了解决 现有技术 中为了使PMU设计简化，限 制芯 片的输入电压范围导致产品应用范围受限及同时应用Boost/Buck两种转换电路导致转换电路设计复杂的问题。，下面是电池管理单元、系统级芯片专利的具体信息内容。
1.一种电池管理单元，其特征在于，包括：电池电压检测模块、控制切换模块以及DC/DC转换器；其中，
所述电池电压检测模块，用于对电池电源的电压进行检测以确定所述电池电源的电压值；
所述控制切换模块，用于当所述电压值在第一电压范围内时，控制所述电池电源与内部电路连接，以使所述电池电源的电压为所述内部电路供电；当所述电压值在第二电压范围内时，控制所述电池电源与DC/DC转换器连接，以使所述电池电源的电压经过所述DC/DC转换器转换后为所述内部电路供电。
2.如权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，若所述第一电压范围内的电压值小于所述第二电压范围内的电压值，所述DC/DC转换器为降压型转换器。
3.如权利要求2所述的电池管理单元，其特征在于，所述电池管理单元还包括：低压降线性稳压器；
所述控制切换模块，还用于当所述电压值在第一电压范围内时，控制所述电池电源与所述低压降线性稳压器连接，以使所述电池电源的电压经过所述低压降线性稳压器调节后为所述内部电路供电；当所述电压值在第二电压范围内时，控制所述电池电源与DC/DC转换器和所述低压降线性稳压器连接，以使所述电池电源的电压经过所述DC/DC转换器转换后，再经由所述低压降线性稳压器调节后为所述内部电路供电。
4.如权利要求2所述的电池管理单元，其特征在于，所述第一电压范围为[V1，V2]、所述第二电压范围为(V2，V3]；其中，V1
6.如权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，若所述第一电压范围内的电压值大于所述第二电压范围内的电压值，所述DC/DC转换器为升压型转换器。
7.一种系统级芯片，其特征在于，包括电池电源、权利要求1～6中任一项所述的电池管理单元、内部电路；其中，
所述电池电源用于为所述系统级芯片提供电压；
所述电池管理单元，用于根据检测到的所述电池电源的电压所在的电压范围输出所述内部电路所需的供电电压。
电池管理单元、系统级芯片
【技术领域】
[0001] 本发明涉及芯片供电技术领域，尤其涉及一种电池管理单元、系统级芯片。【背景技术】
[0002] 同一芯片系统内部核心电路的供电电压通常是恒定不变的，而整个芯片系统的供电电压则因不同的电源而异。因此，很多系统级芯片(System on aChip，简称SoC)需要电池管理单元(Power Management Unit，简称PMU)进行电压的转换，为了适应巨大的供电电源压力，PMU的设计可能会变得极为复杂，消耗更多的电流，并且复杂性的增加造成设计容易出错，需要耗费大量的精力进行可靠性验证。
[0003] 现有技术中，目前存在的解决方案主要有两种：
[0004] 一种是限制芯片的输入电压范围，不允许使用超出电压范围的电压，但这样无疑限制了产品的应用范围。
[0005] 另一种是同时应用Boost/Buck(升压/降压电路)两种转换电路，保证芯片内部供电电压处于范围之内，这样虽然节省了芯片的功耗，但却增加了转换电路的复杂性。【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池管理单元、系统级芯片，用以解决现有技术中为了使PMU设计简化，限制芯片的输入电压范围导致产品应用范围受限以及同时应用Boost/Buck(升压/降压电路)两种转换电路导致转换电路设计复杂的问题。
[0007] 一方面，本发明实施例提供了一种电池管理单元，包括：电池电压检测模块、控制切换模块以及DC/DC转换器；其中，所述电池电压检测模块，用于对电池电源的电压进行检测以确定所述电池电源的电压值；所述控制切换模块，用于当所述电压值在第一电压范围内时，控制所述电池电源与内部电路连接，以使所述电池电源的电压为所述内部电路供电；当所述电压值在第二电压范围内时，控制所述电池电源与DC/DC转换器连接，以使所述电池电源的电压经过所述DC/DC转换器转换后为所述内部电路供电。
[0008] 可选的，若所述第一电压范围内的电压值小于所述第二电压范围内的电压值，所述DC/DC转换器为降压型转换器。
[0009] 可选的，所述电池管理单元还包括：低压降线性稳压器(Low Dropout Regulator，简称LDO)；所述控制切换模块，还用于当所述电压值在第一电压范围内时，控制所述电池电源与所述低压降线性稳压器连接，以使所述电池电源的电压经过所述低压降线性稳压器调节后为所述内部电路供电；当所述电压值在第二电压范围内时，控制所述电池电源与DC/DC转换器和所述低压降线性稳压器连接，以使所述电池电源的电压经过所述DC/DC转换器转换后，再经由所述低压降线性稳压器调节后为所述内部电路供电。
[0010] 可选的，所述第一电压范围为[V1，V2]、所述第二电压范围为(V2，V3]；其中，V1
[0011] 可选的，所述第一电压范围为[1.5V,1.8V]、所述第二电压范围为(1.8V,3.6V]。
[0012] 可选的，若所述第一电压范围内的电压值大于所述第二电压范围内的电压值，所述DC/DC转换器为升压型转换器。
[0013] 另一方面，本发明实施例还提供了一种系统级芯片，包括电池电源、上述电池管理单元、内部电路；其中，所述电池电源用于为所述系统级芯片提供电压；所述电池管理单元，用于根据检测到的所述电池电源的电压所在的电压范围输出所述内部电路所需的供电电压。
[0014] 与现有技术相比，本技术方案至少具有如下有益效果：
[0015] 根据本发明实施例提供的电池管理单元，通过电池电压检测模块对电池电源的电压进行检测以确定电池电源的电压值，并由控制切换模块根据电压值所处的不同电压范围确定电池电源为内部电路供电的方式。若电池电源的电压为满足内部电路的供电电压需求(即电压在第一电压范围内)，则直接利用电池电源为内部电路供电；若电池电源的电压为高于内部电路的供电电压需求(即电压在第二电压范围内)，则利用DC/DC转换器将电池电源的电压转换后再为内部电路供电。由于预先对电池电源的电压进行检测，只有当电池电源的电压为高压(即高于内部电路的供电电压需求)才利用DC/DC转换器对电池电源的电压进行转换，因此DC/DC转换器的设计比较简单(只需要降压型DC/DC转换器)且功耗也较小，采用这种方式不仅无需限制芯片的电池电源的电压范围，也不会增加芯片的功耗，而且DC/DC转换器的设计复杂度也不高。
[0016] 进一步，考虑到芯片内的部分内部电路所需的供电电压不能直接采用DC/DC转换器输出的电压，因此电池管理单元还包括低压降线性稳压器，利用该低压降线性稳压器对经由DC/DC转换器转换后的电压进行调节后为内部电路供电。电池电源的电压也可以经过该低压降线性稳压器进行调节后再为内部电路供电，从而可以满足不同内部电路的供电电压的需求。【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。
[0018] 图1是本发明实施例提供的电池管理单元的一个具体实施例的结构示意图；
[0019] 图2是本发明实施例提供的电池管理单元的另一个具体实施例的结构示意图；
[0020] 图3是本发明实施例提供的系统级芯片的一个具体实施例的结构示意图。【具体实施方式】
[0021] 为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0022] 应当明确，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 图1是本发明实施例的电池管理单元的一个具体实施例的结构示意图。
[0024] 参考图1，所述电池管理单元11包括：电池电压检测模块111、控制切换模块112以及DC/DC转换器113。
[0025] 在本实施例中，所述电池电压检测模块111用于对电池电源12的电压进行检测以确定所述电池电源12的电压值。在实际应用中，所述电池电源可以采用锂电池。若有一个电池电源，所述电池电压检测模块111可以对该电池电源的电压进行检测；若有多个电池电源，所述电池电压检测模块111可以分别检测每个电池电源的电压。所述电池电压检测模块111可以采用单片机对电池电源的电压进行检测，并通过单片机的模数转换模块得到电池电源的电压值。
[0026] 所述控制切换模块112可以根据所述电池电压检测模块111检测到的电池电源的电压值确定所述电压值所处的电压范围，进而根据所述电压值所处的电压范围控制所述电池电源12为内部电路13供电的方式。
[0027] 例如，对于系统级芯片，其内部电路的供电电压一般只需要低电压(例如1.5V)即可，而系统级芯片的电池电源的电压可能是低电压(例如1.5V～1.8V)，也可能是高电压(1.8V～3.6V)，因此根据检测到的电池电源的电压所处的电压范围来确定是直接采用电池电源为内部电路供电，或是将电池电源的电压做转换后再为内部电路供电。
[0028] 具体地，当所述电池电源12的电压值在第一电压范围内时，控制所述电池电源12与内部电路13连接，以使所述电池电源12的电压为所述内部电路3供电。继续参考图1，所述控制切换模块112控制开关模块14中的开关S1断开且开关S2闭合，以使所述电池电源12与所述内部电路13连接，所述电池电源12与所述DC/DC转换器113断开，从而使得所述电池电源12的电压可以直接为所述内部电路13供电。
[0029] 当所述电压值在第二电压范围内时，控制所述电池电源12与DC/DC转换器113连接，以使所述电池电源12的电压经过所述DC/DC转换器113转换后为所述内部电路13供电。继续参考图1，所述控制切换模块112控制开关模块14中的开关S1闭合且开关S2断开，以使所述电池电源12与所述DC/DC转换器113连接，从而使得所述电池电源12的电压经过所述DC/DC转换器113转换后为所述内部电路13供电。
[0030] 在本实施例中，所述第一电压范围内的电压值小于所述第二电压范围内的电压值。具体来说，所述第一电压范围为[V1，V2]、所述第二电压范围为(V2，V3]；其中，V1
[0031] 所述DC/DC转换器是一种在直流电路中将输入电压转变后有效输出固定电压的电压转换器，DC/DC转换器也称为开关模式电源(Switching Mode Power Supply)。常用的DC/DC转换器包括如下三类：升压型(Boost)DC/DC转换器、降压型(Buck)DC/DC转换器以及升降压型(Boost/Buck)DC/DC转换器。其中，升压型(Boost)DC/DC转换器是指将输入电压调高之后得到高于输入电压的输出电压的转换器。降压型(Buck)DC/DC转换器是将输入电压调低之后得到低于输入电压的输出电压的转换器。升降压型(Boost/Buck)DC/DC转换器是既可以将输入电压调高后得到高于输入电压的输出电压，也可以将输入电压调低后得到低于输入电压的输出电压的转换器。
[0032] 在实际应用中，所述DC/DC转换器的工作原理是将电池电源的电压转变成交变电流，然后再经过电容、电感及其它元件转换成不同的电压，再通过积分滤波最后又获得直流电压。由于DC/DC转换器内部可以将输入的直流电压转换成产生交变电流，因此可以对输入的直流电路进行升压跟降压，得到所需要的固定电压后再转换成直流电压输出。
[0033] 所述DC/DC转换器的具体电路结构可以有多种实现方式。例如，可以采用基于LC(电感电容)的自激震荡电路，也可以采用开关控制方式的电路，包括：1)PFM(脉冲频率调制方式)，即开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的频率，使输出电压达到稳定。2)PWM(脉冲宽度调制方式)即开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。
[0034] 本领域技术人员可以根据需求设计具有不同电路结构的DC/DC转换器，在此不一一列举。
[0035] 在本实施例中，在所述第一电压范围内的电压值小于所述第二电压范围内的电压值的情况下，所述DC/DC转换器为降压型(Buck)转换器。也就说说，在本实施例中，通过预先对电池电源的电压进行检测，只有当电池电源的电压为高压(即高于内部电路的供电电压需求)才利用DC/DC转换器对电池电源的电压进行转换，因此DC/DC转换器的设计比较简单(只需要降压型DC/DC转换器)且功耗也较小，采用这种方式不仅无需限制芯片的电池电源的电压范围，也不会增加芯片的功耗。
[0036] 在其他实施例中，若所述第一电压范围内的电压值大于所述第二电压范围内的电压值，所述DC/DC转换器为升压型转换器。也就是说，通过预先对电池电源的电压进行检测，当电池电源的电压为低压(即低于内部电路的供电电压需求)利用升压型DC/DC转换器对电池电源的电压进行转换，以得到高于输入电压(即电池电源的电压)的输出电压作为内部电路的供电电压。
[0037] 进一步，在实际应用中，不同的内部电路需要不同的供电电压，因此根据内部电路所需供电电压的数目，可以在电池管理单元中设置多个DC/DC转换器将电池电源的电压分别转换成不同的直流电压为不同的内部电路供电。
[0038] 图2是本发明实施例提供的电池管理单元的另一个具体实施例的结构示意图。参考图2，所述电池管理单元21包括：电池电压检测模块211、控制切换模块212、DC/DC转换器213以及低压降线性稳压器214。与图1所述实施例不同，在本实施例中，所述电池管理单元
21中增加了低压降线性稳压器214。
21中增加了低压降线性稳压器214。
[0039] 发明人考虑，在实际应用中，芯片内部有多个不同的内部电路，不同的内部电路可能所需的供电电压不同，有些内部电路可以采用经过DC/DC转换器转换得到的电压作为供电电压，有些内部电路不能直接采用经过DC/DC转换器转换得到的电压作为供电电压，还需要将DC/DC转换器的输出电压经过低压降线性稳压器调节后作为供电电压。相比于DC/DC转换器，低压降线性稳压器适用于输入电压和输出电压更为接近的情况下，对输入电压进行调节减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。
[0040] 具体来说，在本实施例中，所述电池电压检测模块211和所述DC/DC转换器213的具体实现可以参考上文图1所述实施例的描述。
[0041] 所述控制切换模块212用于当所述电池电源22的电压值在第一电压范围内时，控制开关模块24中的开关S1断开且开关S2闭合，以使所述电池电源22与所述低压降线性稳压器214连接，以使所述电池电源22的电压经过所述低压降线性稳压器214调节后为所述内部电路23供电。
[0042] 在实际应用中，如果电池电源22的电压与内部电路23所需的供电电压相差较大，仅使用所述低压降线性稳压器214对电池电源22的电压进行调节的话，由于低压降线性稳压器的输入电流基本等于输出电流，如果压降太大，消耗在低压降线性稳压器上的能量太大，效率不高。因此，也可以考虑先利用DC/DC转换器将所述电池电源22的电压进行转换，再经过所述低压降线性稳压器214调节后为所述内部电路23供电。
[0043] 当所述电池电源22的电压值在第二电压范围内时，控制控制开关模块24中的开关S1闭合且开关S2断开，以使所述电池电源22与所述DC/DC转换器213和所述低压降线性稳压器214连接，以使所述电池电源22的电压经过所述DC/DC转换器213转换后，再经由所述低压降线性稳压器214调节后为所述内部电路23供电。
[0044] 在实际应用中，所述低压降线性稳压器214可以采用多种电路结构实现，本领域技术人员可以根据需求设计具有不同电路结构的低压降线性稳压器，在此不一一列举。
[0045] 图3是本发明实施例提供的系统级芯片的一个具体实施例的结构示意图。
[0046] 参考图3，所述系统级芯片31包括：电池电源311、电池管理单元312以及内部电路313。其中，所述电池电源311用于为所述系统级芯片31提供电压。所述电池管理单元312用于根据检测到的所述电池电源311的电压所在的电压范围输出所述内部电路313所需的供电电压。
[0047] 具体地，所述系统级芯片31是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。所述系统级芯片31包括逻辑核、存储器以及模拟核。其中，逻辑核包括CPU、时钟电路、定时器、中断控制器、串并行接口、其它外围设备、I/O端口以及用于各种IP核之间的粘合逻辑等；存储器核包括各种易失、非易失以及Cache等存储器。模拟核包括模数转换电路、数模转换电路、锁相回路以及一些高速电路中所用的模拟电路等。
[0048] 所述电池电源311为直流电源(例如可以采用锂电池)，所述电池电源311为系统级芯片提供所需的电压。所述电池管理单元312可以采用上文图1或者图2所述的实施例中描述的电池管理单元，其根据检测到的所述电池电源311的电压所在的电压范围输出所述内部电路313所需的供电电压。所述内部电路313可以有多个不同的电路，所述电池管理单元312可以将所述电池电源311的电压转换成不同的输出电压适应不同的内部电路313所需的供电电压。
[0049] 综上所述，采用本技术方案提供的电池管理单元，通过电池电压检测模块对电池电源的电压进行检测以确定电池电源的电压值，并由控制切换模块根据电压值所处的不同电压范围确定电池电源为内部电路供电的方式。若电池电源的电压为满足内部电路的供电电压需求(即电压在第一电压范围内)，则直接利用电池电源为内部电路供电；若电池电源的电压为高于内部电路的供电电压需求(即电压在第二电压范围内)，则利用DC/DC转换器将电池电源的电压转换后再为内部电路供电。由于预先对电池电源的电压进行检测，只有当电池电源的电压为高压(即高于内部电路的供电电压需求)才利用DC/DC转换器对电池电源的电压进行转换，因此DC/DC转换器的设计比较简单(只需要降压型DC/DC转换器)且功耗也较小，采用这种方式不仅无需限制芯片的电池电源的电压范围，也不会增加芯片的功耗。
[0050] 进一步，考虑到芯片内的部分内部电路所需的供电电压不能直接采用DC/DC转换器输出的电压，因此电池管理单元还包括低压降线性稳压器，利用该低压降线性稳压器对经由DC/DC转换器转换后的电压进行调节后为内部电路供电。电池电源的电压也可以经过该低压降线性稳压器进行调节后再为内部电路供电，从而可以满足不同内部电路的供电电压的需求。
[0051] 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
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