CN110445208A - 一种充电电路及终端 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种充电电路及终端。该充电电路包括：充电端口；倍压输出单元，所述倍压输出单元的输入端与所述充电端口的第一端电连接；电压调整电路，所述电压调整电路的输入端与所述倍压输出单元的输出端电连接；电池组，所述电池组与所述电压调整电路的输出端电连接；控制单元，所述倍压输出单元的控制端和所述电压调整电路的控制端均与所述控制单元电连接。本发明实施例中，采用两级电压调整方式对充电电压进行调整，这种两级电压调整方式相比于传统的一级直流‑直流升压充电方案效率更高，而两级电压调整电路与一级电压调整电路相比损耗也更小。

Description

一种充电电路及终端
技术领域
本发明实施例涉及终端充电技术领域，尤其涉及一种充电电路及终端。
背景技术
随着快速充电技术在智能终端(如手机、平板电脑等)上的广泛应用，双电芯串联充电的方式在温升控制、充电速度上都有较大的优势。为了给双电芯串联的***充电，除了需要一颗默认的高压直充芯片之外，还需要额外再增加一颗升压充电芯片boost chargerIC以兼容其它常规充电方案。传统的升压充电芯片采用的是直流-直流升压DC-DC boost架构，通过MOS管控制电感上的充放电实现输出电压的升压，由于直流-直流升压架构效率损耗也相对固定，要想进一步提升效率，必定会影响成本和芯片本身的面积。但是随着移动智能终端充电电流不断增加，电池容量不断提升，对升压充电芯片本身效率的提升提出了更高的要求。
发明内容
本发明实施例提供了一种充电电路及终端，以解决现有技术中的升压充电芯片损耗大、效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，提供了一种充电电路，应用于电子设备，包括：
充电端口；
倍压输出单元，所述倍压输出单元的输入端与所述充电端口的第一端电连接；
电压调整电路，所述电压调整电路的输入端与所述倍压输出单元的输出端电连接；
电池组，所述电池组与所述电压调整电路的输出端电连接；
控制单元，所述倍压输出单元的控制端和所述电压调整电路的控制端均与所述控制单元电连接。
第二方面，提供了一种终端，包括如上所述的充电电路。
本发明实施例中，采用两级电压调整方式对充电电压进行调整，这种两级电压调整方式相比于传统的一级直流-直流升压充电方案效率更高，而两级电压调整电路与一级电压调整电路相比损耗也更小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例提供的充电电路的结构示意图之一；
图2表示本发明实施例提供的充电电路的结构示意图之二；
图3表示本发明实施例提供的电荷泵的结构示意图之一；
图4表示本发明实施例提供的电荷泵的结构示意图之二；
图5表示本发明实施例提供的充电电路的结构示意图之三；
图6表示本发明实施例提供的充电电路的结构示意图之四。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
依据本发明实施例的一个方面，提供了一种充电电路，应用于电子设备。
如图1和图2所示，该充电电路包括：充电端口101、倍压输出单元102、电压调整电路103、电池组104以及控制单元105。
充电端口101用于充电数据线上的充电插头的***，充电端口101的第一端与倍压输出单元102的输出端电连接，充电端口101的第二端接地。倍压输出单元102的输出端与电压调整电路103的输入端电连接，电压调整电路103的输出端与电池组104的正极电连接，电池组104的负极接地。倍压输出单元102的控制端和电压调整电路103的控制端均通过I2C(Inter-Integrated Circuit)接口与控制单元105电连接。控制单元105与倍压输出单元102和电压调整电路103进行通信和控制，实现对整个充电输出的控制。
其中，充电电流通过充电端口101流向倍压输出单元102，倍压输出单元102的输出端电压为输入端电压的整数倍，控制单元105控制倍压输出单元102将充电电流的电压值提升至预设整数倍后输出，然后控制电压调整电路103将倍压输出单元102输出的电压调整至预设电压值，以保证电压的精度，使得电压值正好满足电池所需的充电电压。其中，这里所述的预设电压值即为电池组104充电所需的电压值。
可选的，这里所述的控制单元105可以是控制芯片，如CPU。
本发明实施例提供的充电电路，采用两级电压调整方式对充电电压进行调整，即先通过倍压输出单元102对充电电压进行升压，得到VOUT_1，实现电压的第一级调整，然后再通过电压调整电路103将充电电压调整为电池组104所需的电压，得到VOUT_2，实现电压的第二级调整。对于第一级电压调整电路，其转换效率能够达到98％，而由于第二级电压调整电路的输出电压更加接近其输入电压(即倍压输出单元102输出的电压)，使得电压调整电路的效率可以提升至95％以上，因此整体的工作效率可以达到93％(98％*95％)以上，而传统的一级直流-直流升压构架的整体效率最高能达到88％左右，显然，本发明实施例中的这种两级电压调整方式相比于传统的一级直流-直流升压充电方案效率更高，而两级电压调整电路与一级电压调整电路相比损耗也更小。另外，由于增加了一级倍压输出单元102，整个充电电路的兼容性也得到了提升。
可选的，本发明实施例中，该电池组104包括至少两个串联连接的电池，如图1和图2中的电池E1和电池E2。
可选的，本发明实施例中，该倍压输出单元102可以是电荷泵(charge pump)。电荷泵是一种直流-直流转换器，利用电容器为储能元件，可以产生比输入电压大的输出电压。电荷泵电路的电效率很高，而电路也相当的简单。
可选的，本发明实施例中，倍压输出单元102的升压倍数可根据需要进行选择。如图1和图2所示，可以根据A点的电压以及C点所需的电压，调整B点的电压值。其中，A、B、C点电压分别记为VA、VB(即VOUT_1)、VC(即VOUT_2)，则B点电压调整可以依据下面需求进行调整：
1、若需1VA≤VC＜2VA，则倍压输出单元102采用一倍压的方式输出。
2、若需2VA≤VC＜3VA，则倍压输出单元102采用两倍压的方式输出。
3、若需3VA≤VC＜4VA，则倍压输出单元102采用三倍压的方式输出。
4、若需4VA≤VC＜5VA，则倍压输出单元102采用四倍压的方式输出。
……
以此依次类推。具体的调整方式可以通过软件来实现，并可以根据负载端的特性、输入电压的特性动态调整。
下面以升压电荷泵的升压过程为例进行说明。
如图3和图4所示，该电荷泵包括：电容CIN、电容CFLY、电容COUT以及开关S1、S2、S3、S4。
电容CIN的第一端分别连接至电荷泵的输入端、开关S1的第一端以及开关S2的第一端，电容CIN的第二端接地。电容CFLY的第一端连接至开关S1的第二端，电容CFLY的第二端连接至开关S4的第一端。电容COUT的第一端分别连接至开关S3的第二端以及电荷泵的输出端，电容COUT的第二端接地。开关S2的第二端与开关S4的第一端连接，开关S4的第二端接地。开关S1的第二端与开关S3的第一端连接。
该电荷泵进行两倍升压的过程包括两个阶段，分别为：
第一阶段如图3所示：S1和S4闭合，S2和S3打开，此时电流流过S1和S4，并对快速电容器CFLY充电，直到CFLY两端的电压等于VIN，即VIN＝VCFLY。
第二阶段如图4所示：S1和S4打开，S2和S3闭合，快速电容器CFLY的负极连接到VIN，此时输入电压VIN与CFLY串联对COUT充电，如此在COUT端的输出电压VOUT即为两倍的输入电压，即VOUT＝VIN+VCFLY＝2VIN。
可选的，如图1和图2所示，本发明实施例中，该充电电路还包括：第一电容C1。该第一电容C1的第一端分别与充电端口101的第一端和倍压输出单元102的输入端电连接，该第一电容C1的第二端接地。该第一电容C1的作用主要为滤波和储能。
可选的，本发明实施例中，该电压调整电路103为降压电路和升压电路，通过降压电路降压或通过升压电路升压，以倍压输出单元102输出的电压调整为电池组104所需的电压。
如图1所示，电压调整电路103为降压电路，该降压电路包括：第二电容C2、第三电容C3、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一电感L1和开关控制单元1031。
其中，第二电容C2的第一端分别与倍压输出单元102的输出端和第一场效应管Q1的源极电连接，第二电容C2的第二端接地。第一场效应管Q1的漏极分别与第二场效应管Q2的漏极和第一电感L1的第一端电连接，第二场效应管Q2的源极接地。第一电感L1的第二端分别与第三电容C3的第一端和电池组104的正极电连接，第三电容C3的第二端接地。第一场效应管Q1的栅极和第二场效应管Q2的栅极均与开关控制单元1031电连接，开关控制单元1031还与控制单元105电连接。
其中，第二电容C2主要用于储能，第三电容C3主要用于滤波，开关控制单元1031主要用于脉冲宽度调制(Pulse width modulation，简称PWM)控制、电压和电流的采集，并通过控制第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的断开与闭合实现对第一电感L1的充放电，以实现对电池组104充电所需的电压值进行控制。
如图2所示，电压调整电路103为升压电路，该升压电路包括：第四电容C4、第五电容C5、第二电感L2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4和开关控制单元1031。
其中，第四电容C4的第一端分别与倍压输出单元102的输出端和第二电感L2的第一端电连接，第四电容C4的第二端接地。第二电感L2的第二端分别与第三场效应管Q3的源极和第四场效应管Q4的漏极电连接。第三场效应管Q3的漏极分别与第五电容C5的第一端和电池组104的正极电连接，第五电容C5的第二端接地，第四场效应管Q4的源极接地。第三场效应管Q3的栅极和第四场效应管Q4的栅极均与开关控制单元1031电连接，开关控制单元1031还与控制单元105电连接。
其中，第四电容C4主要用于储能，第五电容C5主要用于滤波，开关控制单元1031主要用于脉冲宽度调制控制、电压和电流的采集，并通过控制第三场效应管Q3和第四场效应管Q4的断开与闭合实现对第二电感L2的充放电，以实现对电池组104充电所需的电压值进行控制。
可选的，本发明实施例中，可以设计倍压输出单元102与控制单元105直接电连接，如图1和图2所示；还可以设计倍压输出单元102通过电压调整电路103与控制单元105电连接，即倍压输出单元102与电压调整电路103电连接，再借由电压调整电路103与控制单元105间接电连接，如图3和图4所示，这样可以将倍压输出单元102、电压调整电路103集成在一起，组成一颗新的充电芯片，实现功能集成化，成本更优，此外这样还可以减少电路占用的面积，节省空间。
可选的，该倍压输出单元102可以与电压调整电路103中的开关控制单元1031电连接。此时，该开关控制单元1031不仅集成了对电压调整电路103中的场效应管的控制功能，还集成了对倍压输出单元102的控制功能。
本发明实施例提供的充电电路，采用两级电压调整方式对充电电压进行调整，即先通过倍压输出单元102对充电电压进行升压，得到VOUT_1，实现电压的第一级调整，然后再通过电压调整电路103将充电电压调整为电池组104所需的电压，得到VOUT_2，实现电压的第二级调整。本发明实施例中的这种两级电压调整方式相比于传统的一级直流-直流升压充电方案效率更高，而两级电压调整电路103与一级电压调整电路103相比损耗也更小。另外，由于增加了一级倍压输出单元102，整个充电电路的兼容性也得到了提升。
依据本发明实施例的另一个方面，提供了一种终端。该终端包括如上所述的充电电路。
本发明实施例提供终端中的充电电路，采用两级电压调整方式对充电电压进行调整，即先通过倍压输出单元102对充电电压进行升压，得到VOUT_1，实现电压的第一级调整，然后再通过电压调整电路103将充电电压调整为电池组104所需的电压，得到VOUT_2，实现电压的第二级调整。本发明实施例中的这种两级电压调整方式相比于传统的一级直流-直流升压充电方案效率更高，而两级电压调整电路与一级电压调整电路相比损耗也更小。另外，由于增加了一级倍压输出单元102，整个充电电路的兼容性也得到了提升。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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装置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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，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。而且，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种充电电路，应用于电子设备，其特征在于，包括：
充电端口(101)；
倍压输出单元(102)，所述倍压输出单元(102)的输入端与所述充电端口(101)的第一端电连接；
电压调整电路(103)，所述电压调整电路(103)的输入端与所述倍压输出单元(102)的输出端电连接；
电池组(104)，所述电池组(104)与所述电压调整电路(103)的输出端电连接；
控制单元(105)，所述倍压输出单元(102)的控制端和所述电压调整电路(103)的控制端均与所述控制单元(105)电连接。
2.根据权利要求1所述充电电路，其特征在于，所述控制单元(105)控制倍压输出单元(102)将充电电流的电压值提升至预设整数倍，并控制所述电压调整电路(103)将所述倍压输出单元(102)输出的电压调整至预设电压值。
3.根据权利要求1所述充电电路，其特征在于，还包括：第一电容(C1)，所述第一电容(C1)的第一端分别与所述充电端口(101)的第一端和所述倍压输出单元(102)的输入端电连接，所述第一电容(C1)的第二端接地。
4.根据权利要求1至3任一项所述的充电电路，其特征在于，所述电压调整电路(103)为降压电路，所述降压电路包括：
第二电容(C2)，所述第二电容(C2)的第一端与所述倍压输出单元(102)的输出端电连接，所述第二电容(C2)的第二端接地；
第一场效应管(Q1)和第二场效应管(Q2)，所述第一场效应管(Q1)的源极与所述第二电容(C2)的第一端电连接，所述第一场效应管(Q1)的漏极与所述第二场效应管(Q2)的漏极电连接，所述第二场效应管(Q2)的源极接地；
第一电感(L1)，所述第一电感(L1)的第一端与所述第一场效应管(Q1)的漏极电连接，所述第一电感(L1)的第二端与所述电池组(104)的正极电连接；
第三电容(C3)，所述第三电容(C3)的第一端与所述第一电感(L1)的第二端电连接，所述第三电容(C3)的第二端接地；
开关控制单元(1031)，所述第一场效应管(Q1)的栅极和所述第二场效应管(Q2)的栅极均与所述开关控制单元(1031)电连接，所述开关控制单元(1031)还与所述控制单元(105)电连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的充电电路，其特征在于，所述电压调整电路(103)为升压电路，所述升压电路包括：
第四电容(C4)，所述第四电容(C4)的第一端与所述倍压输出单元(102)的输出端电连接，所述第四电容(C4)的第二端接地；
第二电感(L2)，所述第二电感(L2)的第一端与所述第四电容(C4)的第一端电连接；
第三场效应管(Q3)和第四场效应管(Q4)，所述第三场效应管(Q3)的源极与所述第二电感(L2)的第二端电连接，所述第三场效应管(Q3)的漏极与所述电池组(104)的正极电连接，所述第四场效应管(Q4)的漏极与所述第二电感(L2)的第二端电连接，所述第四场效应管(Q4)的源极接地；
第五电容(C5)，所述第五电容(C5)的第一端与所述第三场效应管(Q3)的漏极电连接，所述第五电容(C5)的第二端接地；
开关控制单元(1031)，所述第三场效应管(Q3)的栅极和所述第四场效应管(Q4)的栅极均与所述开关控制单元(1031)电连接，所述开关控制单元(1031)还与所述控制单元(105)电连接。
6.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述倍压输出单元(102)与所述控制单元(105)直接电连接。
7.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述倍压输出单元(102)通过所述电压调整电路(103)与所述控制单元(105)电连接。
8.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述倍压输出单元(102)为电荷泵。
9.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电池组(104)包括至少两个串联连接的电池。
10.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电端口(101)还包括第二端，所述充电端口(101)的第二端接地。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至10任一项所述的充电电路。
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