基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法与流程

本发明涉及电源电路，尤其涉及一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法。

背景技术：

1、锂电池作为最常见的储能元件，以其高能量密度、快速充放电和自放电率低等优良特性，被广泛应用于手机、摄像机、笔记本电脑等电子设备中。

2、然而，随着电子设备的快速发展，用户对于电子设备的电源管理需求不断提高，单一的锂电池供电模式已难以满足这些设备在续航、快速充放电、以及应对高功率输出需求等方面的挑战。在传统的电子设备电源管理系统中，往往是锂电池承担供电任务，导致锂电池频繁充放电，长此以往会导致其性能下降，从而缩短其使用寿命。

3、近些年，法拉电容作为一种新型的储能元件，具有充放电速度快、循环寿命长、功率密度高等优点，逐渐受到广泛关注。因此，如何实现锂电池与法拉电容的优势互补，延长锂电池的使用寿命，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法及电路，用以解决现有技术中锂电池频繁充放电而缩短其使用寿命的缺陷，实现锂电池与法拉电容的优势互补，延长了锂电池的使用寿命。

2、一方面，本发明提供一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，包括：

3、电源接入时，逻辑开关电路断开，限流电路导通，电源经升压电路升压后通过限流电路给法拉电容组件充电；

4、法拉电容组件的电量达到预设值时，处理器控制升压电路停止工作，同时控制逻辑开关电路导通，电源经逻辑开关电路、电池充电电路给锂电池充电；

5、负载接入时，若法拉电容组件的电压处于升降压电路工作所需的电压输入值范围内，升降压电路导通，法拉电容组件经升降压电路后以第一电压值为负载供电，同时，输出开关电路断开；

6、待法拉电容组件放电至不能以第一电压值为负载供电时，升降压电路断开，同时输出开关电路导通，锂电池经输出开关电路以第二电压值为负载供电；

7、其中，电源依次通过第一电感、第一整流二极管与限流电路连接；升压电路包括升压芯片，升压芯片具有6个引脚，升压芯片的1脚与第一整流二极管的正极连接，升压芯片的2脚接地，升压芯片的3脚通过第三电阻接地，升压芯片的4脚与控制器连接，升压芯片的4脚还通过第十八电阻与电源连接，升压芯片的5脚与第一整流二极管的负极连接，升压芯片的5脚还通过第一电阻与升压芯片的3脚连接，升压芯片的6脚悬空；限流电路包括限流芯片，限流芯片具有5个引脚，限流芯片的5脚与第一整流二极管的负极连接，限流芯片的2脚接地，限流芯片的4脚与限流芯片的5脚连接，限流芯片的3脚通过第二电阻接地，限流芯片的1脚与法拉电容组件的正极连接，法拉电容组件的负极接地。

8、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，升降压电路包括升降压芯片，升降压芯片具有10个引脚，升降压芯片的5脚与法拉电容组件的正极连接，升降压芯片的4脚通过第二电感与升降压芯片的2脚连接，升降压芯片的8脚、6脚和7脚均通过第六电阻与升降压芯片的5脚连接，升降压芯片的9脚接地，升降压芯片的3脚接地，升降压芯片的10脚通过第七电阻与升降压芯片的1脚连接，升降压芯片的10脚还通过第八电阻接地，升降压芯片的1脚通过第二整流二极管与负载连接。

9、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，法拉电容组件包括串接的第一法拉电容和第二法拉电容，第一法拉电容的正极为法拉电容组件的正极，第二法拉电容的负极为法拉电容组件的负极。

10、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，升压芯片的4脚为开关脚，在法拉电容组件充电期间，升压芯片的4脚为高电平，使得升压芯片正常工作。

11、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，法拉电容组件在充电期间，处理器会实时检测法拉电容组件的电量，待法拉电容组件的电量达到满电状态的90％时，处理器控制升压芯片的4脚为低电平，使得升压芯片停止工作。

12、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，限流芯片的4脚为开关脚，电源接入时，限流芯片处于打开的状态。

13、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，升降压芯片的6脚为开关脚，负载接入时，升降压芯片的6脚为高电平，升降压芯片保持在打开且导通的状态。

14、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，所述逻辑开关电路包括pmos管，pmos管的s极与电源连接，pmos管的g极通过第十三电阻与处理器连接，pmos管的d极与电池充电电路连接，pmos管的g极还通过第十一电阻连接pmos管的s极，使得pmos管在法拉电容组件充电期间，pmos管的g极为高电平，pmos管保持在断开状态。

15、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，处理器通过控制pmos管的g极为低电平，使得pmos管为导通状态。

16、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，所述电池充电电路包括充电管理芯片，充电管理芯片具有9个引脚，充电管理芯片的4脚与pmos管的d极连接，充电管理芯片的8脚与充电管理芯片的4脚连接，充电管理芯片的7脚悬空，充电管理芯片的6脚通过第十四电阻接地，充电管理芯片的3脚接地，充电管理芯片的2脚通过第十五电阻接地，充电管理芯片的1脚与锂电池连接，充电管理芯片的1脚还通过第九电阻与充电管理芯片的4脚连接，且充电管理芯片的1脚还通过第十六电阻接地，充电管理芯片的9脚接地，且充电管理芯片的9脚还通过第十一电容与充电管理芯片的5脚连接，充电管理芯片的5脚还分别与锂电池、输出开关电路连接。

17、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，锂电池具有ntc引脚，锂电池的ntc引脚与充电管理芯片的1脚连接，锂电池的负极接地，电池的正极与充电管理芯片的5脚连接，电池的正极还与输出开关电路连接。

18、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，输出开关电路包括开关芯片，开关芯片具有5个引脚，开关芯片的1脚与负载连接，开关芯片的2脚接地，开关芯片的3脚通过第十七电阻与开关芯片的5脚连接，开关芯片的4脚与开关芯片的5脚连接，开关芯片的5脚分别与锂电池的正极、充电管理芯片的5脚连接。

19、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法，开关芯片的4脚为开关脚，在锂电池放电期间，开关芯片的4脚为高电平，使得开关芯片处于打开且导通的状态；若是法拉电容组件为负载供电，开关芯片处于关闭且断开的状态。

20、另一方面，本发明还提供一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，包括：电源连接端、处理器、负载连接端、法拉电容组件和锂电池；

21、其中，电源连接端通过限流电路与法拉电容组件连接，电源连接端与限流电路连接的线路上设置有升压电路，法拉电容通组件过升降压电路与负载连接端连接；

22、电源连接端还依次通过逻辑开关电路、电池充电电路与锂电池连接，锂电池通过输出开关电路与负载连接端连接；

23、处理器分别与电源连接端、升压电路、法拉电容组件、逻辑开关电路连接。

24、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，所述升压电路包括升压芯片，升压芯片具有6个引脚，升压芯片的1脚与第一整流二极管的正极连接，升压芯片的2脚接地，升压芯片的3脚通过第三电阻接地，升压芯片的4脚与控制器连接，升压芯片的4脚还通过第十八电阻与电源连接端连接，升压芯片的5脚与第一整流二极管的负极连接，升压芯片的5脚还通过第一电阻与升压芯片的3脚连接，升压芯片的6脚悬空。

25、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，限流电路包括限流芯片，限流芯片具有5个引脚，限流芯片的5脚与第一整流二极管的负极连接，限流芯片的2脚接地，限流芯片的4脚与限流芯片的5脚连接，限流芯片的3脚通过第二电阻接地，限流芯片的1脚与法拉电容组件的正极连接，法拉电容组件的负极接地。

26、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，升降压电路包括升降压芯片，升降压芯片具有10个引脚，升降压芯片的5脚与法拉电容组件的正极连接，升降压芯片的4脚通过第二电感与升降压芯片的2脚连接，升降压芯片的8脚、6脚和7脚均通过第六电阻与升降压芯片的5脚连接，升降压芯片的9脚接地，升降压芯片的3脚接地，升降压芯片的10脚通过第七电阻与升降压芯片的1脚连接，升降压芯片的10脚还通过第八电阻接地，升降压芯片的1脚通过第二整流二极管与负载连接端连接；其中，升降压芯片的1脚与第二整流二极管的正极连接，第二整流二极管的负极与负载连接端连接。

27、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，法拉电容组件包括串接的第一法拉电容和第二法拉电容，第一法拉电容的正极为法拉电容组件的正极，第二法拉电容的负极为法拉电容组件的负极，第一法拉电容和第二法拉电容的型号相同。

28、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，所述逻辑开关电路包括pmos管，pmos管的s极与电源连接端连接，pmos管的g极通过第十三电阻与处理器连接，pmos管的d极与电池充电电路连接，pmos管的g极还通过第十一电阻连接pmos管的s极。

29、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，所述电池充电电路包括充电管理芯片，充电管理芯片具有9个引脚，充电管理芯片的4脚与pmos管的d极连接，充电管理芯片的8脚与充电管理芯片的4脚连接，充电管理芯片的7脚悬空，充电管理芯片的6脚通过第十四电阻接地，充电管理芯片的3脚接地，充电管理芯片的2脚通过第十五电阻接地，充电管理芯片的1脚与锂电池连接，充电管理芯片的1脚还通过第九电阻与充电管理芯片的4脚连接，且充电管理芯片的1脚还通过第十六电阻接地，充电管理芯片的9脚接地，且充电管理芯片的9脚还通过第十一电容与充电管理芯片的5脚连接，充电管理芯片的5脚还分别与锂电池、输出开关电路连接。

30、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，锂电池具有ntc引脚，锂电池的ntc引脚与充电管理芯片的1脚连接，锂电池的负极接地，锂电池的正极与充电管理芯片的5脚连接，锂电池的正极还与输出开关电路连接。

31、根据本发明提供的一种基于法拉电容和锂电池的充放电控制电路，输出开关电路包括开关芯片，开关芯片具有5个引脚，开关芯片的1脚与负载连接端连接，开关芯片的2脚接地，开关芯片的3脚通过第十七电阻与开关芯片的5脚连接，开关芯片的4脚与开关芯片的5脚连接，开关芯片的5脚分别与锂电池的正极、充电管理芯片的5脚连接。

32、本发明提供的基于法拉电容和锂电池的充放电控制方法及电路，在充电过程中，当外部电源接入时，升压芯片和限流芯片开始工作，电源首先经过升压电路进行升压处理，以使电压满足法拉电容组件的充电需求，并通过限流电路控制充电电流的大小，防止电流过大损毁电路，同时逻辑开关电路保持断开状态。此时法拉电容组件开始储存电量，直到其电量达到预设值时，处理器控制升压电路停止工作，使得电源无法继续给法拉电容组件充电。同时，处理器控制逻辑开关电路导通，电源直接通过逻辑开关电路和电池充电电路为锂电池充电。

33、在放电过程中，当负载接入时，若法拉电容组件的电压仍处于升降压电路工作所需的电压输入值范围内，则升降压电路开始工作。升降压电路通过调整法拉电容组件的电压至第一电压值，直接为负载供电，同时，输出开关电路保持断开状态，使得锂电池处于不工作的状态，不参与电路的供电工作。随着法拉电容组件的持续放电，当其电压降至不足以维持第一电压值继续为负载供电时，升降压电路自动断开，输出开关电路导通，锂电池开始通过输出开关电路以第二电压值(低于第一电压值)为负载供电。

34、综上所述，本发明的所提供的技术方案有以下有益效果：

35、1.通过对电路逻辑的设定，能够优先对法拉电容组件进行充放电，减少了对锂电池的频繁充放电，延长了锂电池的使用寿命；

36、2.法拉电容组件给负载供电时，锂电池处于不工作的状态，不参与电路的供电工作，避免锂电池发热导致锂电池老化；

37、3.在法拉电容组件电量不足时，电路可无缝切换到使用锂电池进行供电，确保设备的持续稳定运行。