一种具有可充电锂电池音响电源管理系统

技术领域

本发明涉及一种音响电源管理系统，尤其涉及锂电池低电压时，可以在外置直流电源与内置锂电池之间自由切换，以此来维持音响系统正常运作的具有可充电锂电池音响电源管理系统。

背景技术

目前，大部分电子设备，例如：智能手机、平板电脑以及智能音响，均搭配可充电的锂电池做为电源进行供电。当锂电池低电压时，用户通常直接接在外部电源上面进行充电，此时会产生一个瞬间大电流，对系统造成不良音响。且在锂电池低电压，音响又要正常播放音乐时，由于功率放大器输出大功率导致锂电池电压差极大，对系统供电也产生了严重的影响，使得系统直接异常卡死及黑屏。新一代的智能音响目前为带适配器工作，适配器长时间的插在外部电源上，如果音响设备没有好的电源管理电路，系统长时间的反复充电放电，对内部锂电池的使用寿命也存在一定损伤。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提出一种具有可充电锂电池音响电源管理系统，可在外置直流电源和内置锂电池之间自动切换供电路径，以此维持音响系统的正常运行，提高锂电池的使用寿命，且保证了音响输出音乐的音质。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：

一种具有可充电锂电池的音响电源管理系统，用于对音响系统进行供电，使得音频信号经过功率放大器放大后，借由扬声器播放出去，其具有外接直流电源和充电IC，当锂电池低电压时，所述直流电源通过所述充电IC对其进行充电，其特征在于：

升压选择电路，连接于所述充电IC，当所述锂电池电压低于所述音响系统最低工作电压时，所述升压选择电路升压所述锂电池电压至所述音响系统最低工作电压；当所述锂电池电压高于所述音响系统最低工作电压时，所述升压选择电路直接输出所述锂电池电压；

升压电路，与所述充电IC相连，用于将所述锂电池电压升压至所述功率放大器的工作电压；

开关切换电路，连接于所述升压电路与所述功率放大器之间，并与所述直流电源相连，用于在不同电源供电模式下切换不同的电源路径给所述功率放大器。

进一步地，所述升压选择电路包括：

升压选择芯片，其输入端与所述充电IC相连，做为所述升压选择电路的输入端，用于接收所述锂电池输出电压，其输出端做为所述升压选择电路的输出端，用以输出稳定的电源电压给所述音响系统；以及

第一升压电感，跨接在所述升压选择电路的输入端与所述升压选择芯片之间，与所述升压选择芯片将所述锂电池电压升压至所述音响系统最低工作电压。

进一步地，所述升压选择电路包括：

两个第一分压电阻，串连于所述升压选择电路的输入端与地之间，用于分压；

两个输入滤波电容，并联于所述升压选择电路的输入端与地之间，用于将所述升压选择电路的输入端信号进行滤波；以及

三个输出滤波电容，并联于所述升压选择电路的输出端与地之间，用于将所述升压选择电路的输出端信号进行滤波。

进一步地，所述升压电路包括：

升压芯片，其输入端与所述充电IC相连，做为所述升压电路的输入端，用于接收所述锂电池输出电压，其输出端与所述功率放大器相连，做为所述升压电路的输出端，用于输出稳定的功率放大器的工作电压；

第二升压电感，串接在所述升压电路的输入端上，与所述升压芯片将所述锂电池电压升压至所述功率放大器的工作电压；

两个第二分压电阻，串联于所述升压电路的输出端与地之间，且二者的公共结点与所述升压芯片的反馈接脚相连，用于反馈所述升压电路的输出电压。

进一步地，所述升压电路还包括：

自举升压电容，连接于所述升压芯片输入接脚与自举升压接脚之间；

防辐射回路，连接于所述升压芯片输入接脚与地之间，用于吸收所述升压电路中的高频谐波，其包括相互串联的电阻与电容。

进一步地，所述开关切换电路包括：

第一MOS管，其漏极与所述直流电源相连，用于接收外部的直流电源信号，其源极做为所述开关切换电路的输出端与所述功率放大器相连；

第二MOS管，其栅极与所述第一MOS管的漏极相连，其漏极与所述升压电路相连，其源极与所述第一MOS管的源极相连。

进一步地，所述第一MOS管与所述第二MOS管均为P型MOS管。

进一步地，所述开关切换电路还包括：

两个第三分压电阻，串联于所述第一MOS管的漏极与地之间；以及

三极管，其基极连接于所述两个第二分压电阻的公共结点，发射极接地，集电极与所述第一MOS管的栅极相连。

进一步地，所述三极管为NPN型三极管。

本发明提供的电源管理系统具有外接直流电源供电与内部锂电池供电两种模式，当音响系统采用外接直流电源供电时，直流电源一方面通过充电IC 给锂电池充电，另一方面通过开关切换电路提供稳定的直流电压给功率放大器；当音响系统采用内部锂电池供电时，开关切换电路选择由升压电路输出的电压做为输入电压，并提供给功率放大器。不仅保证音响系统在锂电池低电的情况下，有稳定的电源供应，而且无论有无外接直流电源的情况下，也能提供稳定的直流电压给功率放大器，保证音响输出音乐的音质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本发明实施例中一种具有可充电锂电池音响电源管理系统模块图；

图2为本发明实施例中图1中升压选择电路的具体电路图；

图3为本发明实施例中图1中升压电路的具体电路图；以及

图4为本发明实施例中图1中开关切换电路的具体电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供一种具有锂电池可充电音响电源管理系统模块图，如图1所示，用于对音响系统进行供电，使得音频信号经过功率放大器6放大后，借由扬声器7播放出去，其包括锂电池1、充电IC(integrated circuit，集成电路)2、升压选择电路3、升压电路4、开关切换电路5、功率放大器6、扬声器7以及直流电源8。锂电池1通过充电IC2与直流电源8相连，当锂电池1低电压时，直流电源8可以通过充电IC2给锂电池1充电。本实施方式中，直流电源8为12V直流电压。升压选择电路3连接于充电IC2，且，锂电池1通过充电IC2输出给升压选择电路3的电压信号标记为VSYS，当电压 VSYS低于音响系统最低工作电压时，升压选择电路3将电压VSYS升压至所述音响系统最低工作电压并输出给音响系统；当锂电池1输出给升压选择电路3的电压VSYS高于系统最低工作电压时，升压选择电路3直接将该电压输出给音响系统，不做任何处理。本实施方式中，音响系统为安卓系统，其锂电池1的电压为4.2V-4.4V，且其最低工作电压为3.85V，当锂电池1输出的电压VSYS低于3.85V时，例如，3.5V，则升压选择电路3将3.5V的电压 VSYS升压至3.85V；当锂电池1输出的电压VSYS高于3.85V时，例如：锂电池1满电4.2V，则升压选择电路3直接将4.2V的VSYS电压输出，并做为整个音响系统的工作电源。

升压电路4与充电IC2相连，用于将锂电池1输出的电压VSYS升压至功率放大器6的工作电压，即，12V。开关切换电路5连接于升压电路4与功率放大器6之间，并且与直流电源8相连，用于在不同电源供应模式下切换不同的电源供应路径给功率放大器6。具体地，当音响系统外接直流电源8供电时，直流电源8不仅通过充电IC2对锂电池1进行充电，同时开关切换电路5也选择由直流电源8对功率放大器6进行供电，此时，升压电路4与开关切换电路5处于断开的状态；当音响系统切断外部直流电源8，采用内置锂电池1供电时，由于功率放大器6需要的工作电压为12V，则升压电路4将电压VSYS进行升压，并通过开关切换电路5输出至功率放大器6，此时，升压电路4与开关切换电路5处于连通状态。

本实施方式中的音响系统具备双电源供电，即内部锂电池1与外部直流电源8供电。当锂电池1低电压时，直流电源8通过充电IC2对其充电，且升压选择电路3通过判断电压VSYS是否低于音响系统最低工作电压，从而决定是否升压该VSYS的电压值。同时，开关切换电路5可以根据整个音响系统的供电模式，即是否有外部直流电源8，从而选择功率放大器6的不同电源供电路径。

综上所述，本发明中的电源管理系统在锂电池1低电压，且需要播放大功率音乐时，在输出10W功率的情况下，锂电池1瞬间放电电流高达3-5A，产生0.5V左右的压降，但是电压VSYS经过升压选择电路3升压稳压下，保证稳定的3.85V电压输出，维持整个音响系统电源的稳定。同时，在锂电池1 满电时，升压选择电路3处于直通模式，将锂电池1电压直接输出至音响系统，提高了转换效率，也避开了高压升低压占空比异常的问题。总而言之，本发明的电源供应系统不仅可以使得音响系统具有稳定的电源输入，确保了音乐的品质，而且也延长了锂电池1的使用寿命。

图2所示为本发明实施例中图1中升压选择电路3的具体电路图，其包括升压选择芯片U1、第一升压电感L1、两个第一分压电阻R1、R2、两个输入滤波电容C1、C2、电容C3、三个输出滤波电容C4、C5、C6。升压选择芯片U1具有多个接脚，其脚1、2、3、4为输出端，相互连接在一起，且同时做为升压选择电路3的输出端，输出稳定的3.85V电源给音响系统。脚5、6、7、8接地，脚13、14、15为输入端，相互连接，且做为升压选择电路3的输入端与充电IC2相连，用于接收锂电池1输出的电压VSYS。脚9、10、11、 12相连。第一升压电感L1跨接于升压选择电路3的输入端与升压选择芯片 U1之间，具体地，第一升压电感L1跨接于升压选择芯片U1脚13、14、15 与脚9、10、11、12之间。本实施方式中，第一升压电感L1与升压选择芯片 U1共同将所述电压VSYS升压至3.85V。输入滤波电容C1、C2并联于升压选择电路3的输入端与地之间，用于将升压选择电路3的输入端信号进行滤波。两个第一分压电阻R1、R2串联于升压选择电路3的输入端与地之间，用于分压。电容C3连接于第一分压电阻R1、R2的公共结点与地之间，且升压选择芯片U1脚16与电阻R1、R2的公共结点相连。三个输出滤波电容C4、 C5、C6相互并联于升压选择电路3的输出端与地之间，用于将升压选择电路 3的输出端信号进行滤波。

图3所示为本发明实施例中图1中升压电路4的具体电路图，其包括升压芯片U2、第二升压电感L2、多个电阻R3、R4、R5、R6、R7、两个第二分压电阻R8、R9以及多个电容C7、C8、...、C18。升压芯片U2具有多个接脚，脚4、5、6、7为输入脚，相互连接，且做为升压电路4的输入端与充电 IC2相连，接收电压VSYS。本实施方式中，第二升压电感L2串接在升压电路4的输入端上，并与升压芯片U2共同将电压VSYS升压至12V。电容C7、 C8并联于升压电路4的输入端与地之间，用于滤波。电容C9跨接于升压芯片U2的输入接脚与自举升压接脚之间，即，脚4与脚8之间，做为自举升压电容。电阻R3与电容C18构成防辐射回路，串联于升压芯片U2的输入接脚与地之间，即，脚4与地之间，用于吸收升压电路4中的高频谐波。由于升压电路4在工作中会产生对人体有辐射的高频谐波，所述高频谐波经过此防辐射回路后被吸收，从而让用户使用起来更加安全可靠。电阻R4连接于升压芯片U2脚7与脚3之间，用于调整系统PFM(Pulse Frequency Modulation，脉冲频率调制)波的频率。

升压芯片U2脚2接收音响系统使能信号，且经由电容C10接地，本实施方式中，所述使能信号是藉由音响系统的开关按键来触发的。电容C11连接于脚1与地之间，电阻R5连接于脚3与地之间，二者构成了整个电路的基准源。脚14、15、16相连，做为升压电路4的输出端，连接于开关切换电路5，输出稳定的12V直流电源。电容C12、C13、C14相互并联于升压电路4的输出端与地之间，用于滤波。两个第二分压电阻R8、R9串联于升压电路4的输出端与地之间，且其公共结点接升压芯片U2的脚17，提供分压电路4的输出电压反馈信号。本实施方式中，脚17做为升压芯片U2的反馈接脚，其接收到的电压反馈信号需要稳定在1.2V，如果反馈回来的电压信号大于或者小于1.2V时，则升压芯片U2内部可及时做出调整，保证脚17接收的电压反馈信号为1.2V，从而保证升压电路4输出的12V直流电压的稳定。升压芯片 U2的脚18做为比较端，电阻R6与电容C15串联后与电容C16并联，连接于脚18与地之间。脚19通过电阻R7接地，脚10通过电容C17接地，在二者共同的作用下来调节整个电路的最大输入电流，本实施方式中，最大输入电路为11.3A。

图4为本发明实施例中图1中开关切换电路5的具体电路图，其包括第一MOS(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET，金氧半场效晶体管)管Q1、第二MOS管Q2、三极管Q3、两个第三分压电阻R10、 R11、电阻R12、多个电容C18、C19、C20、C21。本实施方式中，第一MOS 管Q1与第二MOS管Q2均为P型MOS管，三极管Q3为NPN三极管。其他实施方式中，可采用其他开关元件来实现开关切换功能，并不局限于此。其中，第一MOS管Q1的漏极连接于直流电源8，用于接收12V直流电压，栅极通过电阻R12与源极相连，且源极做为开关切换电路5的输出端连接于功率放大器6。第二MOS管Q2的栅极与直流电源8相连，接收12V直流电压，漏极与第一MOS管Q1的漏极相连，源极与升压电路4相连，接收升压电路4输出的12V直流电压。第三分压电阻R10、R11串联于第一MOS管 Q1的漏极与地之间，其公共结点连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极与第一MOS管Q1的栅极相连，其发射极接地。电容C18、C19并连于开关切换电路5的输出端与地之间，电容C20、C21并联于第二MOS管Q2的漏极与地之间，其中，电容C18、C19、C20、C21均为滤波电容。本实施方式中，当音响系统采用外接直流电源8进行供电时，则第一MOS管Q1漏极与第二MOS管Q2的栅极接收到直流电源8输出的12V电压信号时，外接12V 电压直接作用于第二MOS管的栅极上，同时其源极也接收到升压电路4输出的12V电压信号，使得第二MOS管Q2的栅极与源极之间的压差为0，且第一MOS管栅极与源极具有一定的压差，从而第二MOS管Q2截至，第一MOS 管Q1、三极管Q3导通，直流电源8直接经由第一MOS管Q1给功率放大器 6供电。反之，当音响系统断开外接直流电源8，采用内置锂电池1进行供电时，第一MOS管Q1漏极与第二MOS管Q2的栅极没有接收到直流电源8输出的12V电压信号时，第二MOS管Q2导通，第一MOS管Q1、三极管Q3 截止，升压电路4经由第二MOS管Q2给功率放大器6供电。因此，当整个系统无论是否有外接直流电源8，且无论锂电池1是否低电时，功率放大器6 均能保证有稳定12V直流电压输入，从而保证音响播放音乐的品质。本实施方式中，整个电源切换动作均由纯硬件电路完成，响应迅速。

综上所述，本实施例所提供的具有可充电锂电池的音响电源管理系统，当整个系统由外接直流电源8供电时，直流电源8不仅通过充电IC2给锂电池1充电，使得锂电池1始终处于满电状态下(电压VSYS大于3.85V)，从而升压选择电路3将电压VSYS直通输出至音响系统，而且直流电源8通过开关切换电路5提供12V直流电压给功率放大器6。当系统断开直流电源8，选择由内部锂电池1供电时，如果锂电池1低电压，电压VSYS小于3.85V 时，升压选择电路3将该电压VSYS升压处理，使得升压后的电压稳定在 3.85V，并输出给音响系统。如果锂电池1提供的电压VSYS大于3.85V，升压选择电路3中的升压选择芯片U1处于开关状态，开关直通，将该电压输出至音响系统。同时，电压VSYS经过升压电路4升压至12V输出至开关切换电路5。开关切换电路5选择由升压电路4输出的12V电压做为输入电压，并提供给功率放大器6。

综上，本发明所提供的音响电源系统不仅可以使得音响系统具有稳定的电源输入，确保了音乐的品质，而且也延长了锂电池1的使用寿命。

显然，以上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，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。