CN105375541A - 交换式充电电路 - Google Patents

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Abstract

一种交换式充电电路包括电源管理芯片、处理器、反馈电路。其中，电源管理芯片用于以不同的功率输出量对电池充电；处理器用于输出控制信号以控制电源管理芯片是否工作并提供预设电流值和预设电压值；反馈电路接收预设电流值和预设电压值进行电流比较和电压比较，并依据比较结果提供反馈信号给电源管理芯片，从而调节电源管理芯片的功率输出量；电源管理芯片在电池的充电电流比预设电流值大或电池的充电电压比预设电压值大时减少功率输出量，在充电电流比预设电流值小或充电电压比预设电压值小时增加功率输出量。本发明通过增设电源芯片对充电电路进行控制，从而有效地提高充电效率和减少不必要的能量损耗。

Description

交换式充电电路
技术领域
本发明涉及充电电路，尤其涉及一种电源芯片控制的交换式充电电路。
背景技术
在部分电子产品的***平台中，一般采用线性充电电路的架构作为充电电路。在通常情况下，线性充电电路的充电效率不高，且在充电过程中，输入电压和电池电压有一个变化的电压差，这个电压差主要落在输入端至电池间的电子器件上，造成不必要的能量损耗，特别是充电电流比较大的情况下，这种能量损耗会更大。
发明内容
有鉴于此，需提供一种电源芯片控制的交换式充电电路，以对线性充电电路的架构进行改良，从而提高充电效率和减少不必要的能量损耗。
本发明实施方式提供的一种交换式充电电路包括电源管理芯片、处理器、反馈电路。其中，电源管理芯片用于以不同的功率输出量对电池充电；处理器用于输出控制信号以控制电源管理芯片是否工作并提供预设电流值和预设电压值；反馈电路连接于电源管理芯片、处理器及电池之间，以接收处理器的预设电流值和预设电压值进行电流比较和电压比较并依据比较结果提供反馈信号给电源管理芯片，从而调节电源管理芯片的功率输出量；电源管理芯片在电池的充电电流比预设电流值大或电池的充电电压比预设电压值大时减少功率输出量，在充电电流比预设电流值小或充电电压比预设电压值小时增加功率输出量。
优选地，交换式充电电路还包括一开关电路，开关电路电性连接于电源管理芯片及处理器之间以控制电源管理芯片的工作。
优选地，开关电路包括开关元件，开关元件包括第一导通端、第二导通端及受控端，第一导通端电性连接电源管理芯片的使能端，第二导通端接地，受控端电性连接处理器以接收处理器的控制信号以控制电源管理芯片是否工作。
优选地，开关元件为场效应管，场效应管的漏极、源极及栅极分别作为第一导通端、第二导通端及受控端。
优选地，开关电路还包括第一电阻，第一电阻电性连接于第一导通端和电源管理芯片的输入端之间。
优选地，反馈电路包括混合器、第一误差放大器、第二误差放大器、第三误差放大器、第一数模转换器及第二数模转换器。第一误差放大器的第一输入端和第二输入端分别连接于取样电阻的两端以电池的充电电流并输出放大电流；第一数模转换器的输入端电性连接处理器以接收处理器的预设电流值并转换为所需的电流参考值；第二误差放大器的第一输入端电性连接第一误差放大器的输出端，第二输入端电性连接第一数模转换器的输出端，第二误差放大器用于将放大电流与电流参考值进行比较并输出电流比较结果；第二数模转换器的输入端电性连接处理器，用于将处理器发出的预设电压值转换为所需的电压参考值；第三误差放大器的第一输入端电性连接电池的输入端以获取电池的充电电压，第二输入端电性连接第二数模转换器的输出端，第一误差放大器用于将充电电压与电压参考值进行比较并输出电压比较结果；混合器的输入端分别连接于第二误差放大器的输出端和第三误差放大器的输出端，混合器的输出端电性连接电源管理芯片的反馈端，混合器用于对电流比较结果和电压比较结果进行处理并反馈信息给电源管理芯片。
优选地，反馈电路还包括反馈电阻，反馈电阻的第一端与混合器的输出端连接，反馈电阻的第二端连接电源管理芯片的反馈端。
优选地，反馈电路还包括第二电阻、第三电阻及电容，电容与第三电阻串联后与第二电阻并联连接，进而连接反馈电阻第二端以调整反馈电阻的电压。
优选地，交换式充电电路还包括第一场效应管，第一场效应管的第一导通端电性连接电源管理芯片输出端，第一场效应管的第二导通端连接电池的输入端，第一场效应管的受控端连接处理器，第一场效应管用于调整充电电流以保护电池。
优选地，第一场效应管为高功率场效应管，高功率场效应管的漏极、源极及栅极分别作为第一场效应管的第一导通端、第二导通端及受控端。
上述交换式充电电路通过增设电源芯片对充电电路进行控制，从而有效地提高充电效率和减少不必要的能量损耗。
附图说明
图1为本发明交换式充电电路一实施方式中的示意图。
主要元件符号说明
电源管理芯片100
处理器200
开关电路300
反馈电路400
电池500
输入端IN
输出端OUT
使能端EN
反馈端FB
第一场效应管M1
开关元件M2
第一电阻R1
第二电阻R2
第三电阻R3
取样电阻Rs
反馈电阻Rf
电容C1
混合器U1
第一误差放大器U2
第二误差放大器U3
第三误差放大器U4
第一数模转换器DAC1
第二数模转换器DAC2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
图1为本发明一实施方式交换式充电电路的模块示意图。在本实施方式中，交换式充电电路用于对电池进行充电，其包括电源管理芯片100、处理器200、开关电路300、反馈电路400及电池500。其中，电源管理芯片100用于根据外部反馈信息进行电源管理以输出不同功率的电能对电池500进行充电，处理器200用于输出控制指令以控制电源管理芯片100，电源管理芯片100的输入端IN和处理器200皆电性连接外部充电电源以接收电源信号，开关电路300电性连接于电源管理芯片100的使能端EN及处理器200之间以接收处理器200的控制信号，进而控制电源管理芯片100，反馈电路400连接于电源管理芯片100、处理器200及电池500之间以获取相应的电信号并提供反馈信号给电源管理芯片100，从而调节电源管理芯片输出端OUT的功率输出。在本实施方式中，当使能端EN接收到低电平信号时，电源管理芯片100停止输出电能；当使能端EN接收到高电平信号时，电源管理芯片100持续输出电能。
此外，第一场效应管M1的第一导通端经由取样电阻Rs及电感L1连接电源管理芯片100的输出端OUT，第二导通端连接电池500的输入端，受控端连接处理器200，电感L1用于储能，在充电过程中，第一场效应管M1接收处理器200的调整信号适时调整电池的充电电流以保护电池500。在本实施方式中，第一场效应管M1为高功率场效应管，高功率场效应管的漏极、源极与栅极分别作为第一场效应管M1的第一导通端、第二导通端和受控端。
开关电路300进一步包括第一电阻R1和开关元件M2，开关元件M2包括第一导通端、第二导通端及受控端，其中开关元件M2的第一导通端电性连接电源管理芯片100的使能端EN并经由第一电阻R1电性连接外部充电电源，开关元件M2的第二导通端接地，开关元件M2的受控端电性连接处理器200以接收控制信号从而控制电源管理芯片100。在本实施方式中，开关元件M2为一场效应管，其第一导通端、第二导通端及受控端分别对应于场效应管的漏极、源极及栅极。当充电异常时，处理器200输出高电平至开关元件M2，则开关元件M2导通，从而使得电源管理芯片100的使能端EN接收到低电平信号，电源管理芯片100停止输出电能以停止对电池500的充电。在其他实施方式中，也可以使用其他受控开关或三极管组成开关电路300。
反馈电路400进一步包括混合器U1、第一误差放大器U2、第二误差放大器U3、第三误差放大器U4、第一数模转换器DAC1、第二数模转换器DAC2、电容C1、第二电阻R2、第三电阻R3和反馈电阻Rf。
其中，第一误差放大器U2的第一输入端和第二输入端分别连接取样电阻Rs的两端以获取电池的充电电流并输出放大电流，第一误差放大器U2的输出端电性连接第二误差放大器U3的第一输入端，第一数模转换器DAC1的输入端连接处理器200以接收处理器200发出的预设电流值。第二误差放大器U3的第二输入端电性连接第一数模转换器DAC1的输出端，第二误差放大器U3的输出端连接混合器U1的一个输入端。在此，第一数模转换器DAC1用于将处理器200发出的预设电流值转换为第二误差放大器U3所需的电流参考值，处理器200发出的预设电流值可以根据实际需求设定，其中预设电流值与电流参考值正相关，第二误差放大器U3用于将放大电流与电流参考值进行比较并输出电流比较结果至混合器U1。
混合器U1的输出端与反馈电阻Rf的第一端连接，混合器U1经由反馈电阻Rf的第二端连接电源管理芯片100的信号反馈端FB以输出反馈信号。反馈电路400中的电容C1与第三电阻R3串联后与第二电阻R2并联连接，进而连接反馈电阻Rf的第二端以调整反馈电阻Rf的电压。混合器U1用于对电流比较结果和电压比较结果进行处理并输出反馈信号给电源管理芯片100的反馈端FB。
当反馈电路进行电流比较时，若电池的充电电流比预设电流值大，电源管理芯片接收到的反馈信号就大，电源管理芯片将减少功率输出量；若电池的充电电流比预设电流值小，电源管理芯片接收到的反馈信号就小，电源管理芯片将增加功率输出量。
具体而言，第一误差放大器U2从取样电阻Rs两端获取电池的充电电流并输出放大电流至第二误差放大器U3，其中，电路中的电流与输出的放大电流正相关。第二误差放大器U3将放大后的电流与电流参考值比较并输出电流比较结果。当电池的充电电流比电流参考值越大时，第二误差放大器U3输出的电流比较结果为越大的正电压值，混合器U1输出的值也为越大的正电压值，电源管理芯片100的信号反馈端FB接收到被抬高的电压值，从而减少其输出端OUT的功率输出量，在此，信号反馈端FB接收到越大的电压值，输出端OUT的功率输出量就越小；当电池的充电电流比预设电流值越小时，第二误差放大器U3输出的电流比较结果为越小的负电压值，混合器U1输出的值也为越小的负电压值，电源管理芯片100的信号反馈端FB接收到被拉低的电压值，从而增加输出端OUT的功率输出量，在此，信号反馈端FB接收到越小的电压值，其输出端OUT的功率输出量就越大。在本实施方式中，电池的充电电流与预设电流值差异越大，则输出的电流比较结果的值越大，最后该电流比较结果反馈至电源管理芯片100的信号反馈端FB的值也越大。
第三误差放大器U4的第一输入端连接电池500的输入端获取电池的充电电压，第三误差放大器U4的第二输入端电性连接第二数模转换器DAC2的输出端，第三误差放大器U4的输出端电性连接混合器U1的另一输入端。第二数模转换器DAC2的输入端电性连接处理器200以接收处理器200发出的预设电压值，在此，第二数模转换器DAC2用于将处理器200发出的预设电压值转换为第三误差放大器U4所需的电压参考值，处理器200发出的预设电压值可以根据实际需求设定，其中预设电压值与电压参考值正相关。在本实施方式中，第三误差放大器U4用于将电池电压与电压参考值进行比较并输出电压比较结果。
当反馈电路进行电压比较时，若电池的充电电压比预设电压值大，电源管理芯片接收到的反馈信号就大，电源管理芯片将减少功率输出量；若电池的充电电压比预设电压值小，电源管理芯片接收到的反馈信号就小，电源管理芯片将增加功率输出量。
具体而言，第三误差放大器U4从充电电路中获取电池500的电池电压，并将获取的电池电压与预设电压值比较。当电池电压比预设电压值大时，第三误差放大器U4输出的电压比较结果为正电压值，混合器U1输出的值也为正电压值，电源管理芯片100的信号反馈端FB接收到被抬高的电压值，从而减少输出端OUT的功率输出量；当电压比预设电压值小时，第三误差放大器U4输出的电压比较结果为负电压值，混合器U1输出的值也为负电压值，电源管理芯片100的信号反馈端FB接收到被拉低的电压值，从而增加输出端OUT的功率输出量。在本实施方式中，电池电压的大小与预设电压的大小差异越大，则输出的电压比较结果的值越大，该电压比较结果反馈至电源管理芯片100的信号反馈端FB的值也越大。
在本实施方式中，电源管理芯片100的信号反馈端FB可根据反馈信号的大小调整输出端OUT的输出。
上述交换式充电电路通过对线性充电电路的架构进行改良，从而提高充电效率和减少不必要的能量损耗。

Claims (10)

1.一种交换式充电电路，用于对电池进行充电，其特征在于，包括：
电源管理芯片，用于以不同的功率输出量对所述电池充电；
处理器，用于输出控制信号以控制所述电源管理芯片是否工作并提供预设电流值和预设电压值；及
反馈电路，连接于所述电源管理芯片、所述处理器及所述电池之间，以接收所述处理器的所述预设电流值和所述预设电压值分别与所述电池的充电电流和充电电压进行电流比较和电压比较，并依据比较结果提供反馈信号给所述电源管理芯片，从而调节所述电源管理芯片的功率输出量；
其中，所述电源管理芯片在所述电池的充电电流比所述预设电流值大或所述电池的充电电压比所述预设电压值大时减少所述功率输出量，在所述充电电流比所述预设电流值小或所述充电电压比所述预设电压值小时增加所述功率输出量。
2.如权利要求1所述的交换式充电电路，其特征在于，所述交换式充电电路还包括开关电路，所述开关电路电性连接于所述电源管理芯片及所述处理器之间以控制所述电源管理芯片的工作。
3.如权利要求2所述的交换式充电电路，其特征在于，所述开关电路包括开关元件，所述开关元件的第一导通端电性连接所述电源管理芯片的使能端，所述开关元件的第二导通端接地，所述开关元件的受控端电性连接所述处理器以接收所述处理器的控制信号以控制电源管理芯片是否工作。
4.如权利要求3所述的交换式充电电路，其特征在于，所述开关元件为一场效应管，所述场效应管的漏极、源极及栅极分别作为所述开关元件的所述第一导通端、所述第二导通端及所述受控端。
5.如权利要求3所述的交换式充电电路，其特征在于，所述开关电路还包括第一电阻，所述第一电阻电性连接于所述第一导通端和所述电源管理芯片的输入端之间。
6.如权利要求1所述的交换式充电电路，其特征在于，所述反馈电路包括：
第一误差放大器，第一输入端和第二输入端分别连接于取样电阻的两端以获取所述充电电流并输出放大电流；
第一数模转换器，输入端电性连接所述处理器以接收所述预设电流值，并将所述预设电流值转换为电流参考值；
第二误差放大器，第一输入端电性连接所述第一误差放大器的输出端，第二输入端电性连接所述第一数模转换器的输出端，所述第二误差放大器用于将所述放大电流与所述电流参考值进行比较并输出电流比较结果；
第二数模转换器，输入端电性连接所述处理器以接收所述预设电压值，并将所述预设电压值转换为电压参考值；
第三误差放大器，第一输入端电性连接所述电池的输入端以获取所述充电电压，第二输入端电性连接所述第二数模转换器的输出端，所述第一误差放大器用于将所述充电电压与所述电压参考值进行比较并输出电压比较结果；及
混合器，所述混合器的输入端分别连接于所述第二误差放大器的输出端和所述第三误差放大器的输出端以接收所述电流比较结果和所述电压比较结果，所述混合器的输出端电性连接所述电源管理芯片的反馈端，所述混合器用于输出所述反馈信号至所述电源管理芯片。
7.如权利要求6所述的交换式充电电路，其特征在于，所述反馈电路还包括反馈电阻，所述反馈电阻的第一端与所述混合器的输出端连接，所述反馈电阻的第二端连接所述电源管理芯片的反馈端。
8.如权利要求7所述的交换式充电电路，其特征在于，所述反馈电路还包括第二电阻、第三电阻及电容，所述电容与所述第三电阻串联后与所述第二电阻并联连接，进而连接所述反馈电阻第二端以调整所述反馈电阻的电压。
9.如权利要求1所述的交换式充电电路，其特征在于，所述交换式充电电路还包括第一场效应管，所述第一场效应管的第一导通端电性连接所述电源管理芯片输出端，所述第一场效应管的第二导通端连接所述电池的输入端，所述第一场效应管的受控端连接所述处理器，所述第一场效应管用于调整所述充电电流以保护所述电池。
10.如权利要求9所述的交换式充电电路，其特征在于，所述第一场效应管为高功率场效应管，所述高功率场效应管的漏极、源极及栅极分别作为所述第一场效应管的所述第一导通端、所述第二导通端及所述受控端。
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