CN114865754B - 充电电路、充电芯片及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种充电电路、充电芯片及电子设备。在低温或者欠压的充电环境中,该充电电路可以根据电池在当前充电环境下对电流的需求,通过分流作用对流入电池的电流的电流值进行调整,能够延长电池寿命,并且保障充电过程的安全。

Description

充电电路、充电芯片及电子设备
技术领域
本申请涉及电子技术领域,尤其涉及一种充电电路、充电芯片及电子设备。
背景技术
随着科技的发展,蓝牙耳机、智能手表等可穿戴设备已经成为人类的日常生活和娱乐中必不可少的电子设备。
当前大多智能穿戴设备均通过降压充电器(Buck Charger)进行充电。在通过降压充电器对可穿戴设备充电的过程中,电池的充电电流的需求值会随着充电环境的具体情况的变化而变化。例如,当可穿戴设备在充电时处于低温或欠压的状态中时,电池的充电电流的需求值可能需要小于最小截至充电电流的电流值,否则将会缩短电池寿命,也无法保障充电过程的安全。因此,需要设计一种可以在充电过程中灵活调节电池充电电流的电路。
发明内容
本申请的目的在于提供一种充电电路、充电芯片及电子设备。在低温或者欠压的充电环境中,该充电电路可以根据电池在当前充电环境下对电流的需求,通过分流作用对流入电池的电流的电流值进行调整,能够延长电池寿命,并且保障充电过程的安全。
上述目标和其他目标将通过独立权利要求中的特征来达成。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中体现。
第一方面,本申请提供了一种充电电路,用于为电池充电,所述电路包括:充电模块、控制模块以及分流模块;所述充电模块具有与所述电池的输入端连接的输出端,所述充电模块的输出端与所述分流模块的输入端连接,所述充电模块的控制端与所述控制模块的第一端连接;所述控制模块的第二端与所述分流模块的控制端连接;在所述电池被接入所述充电电路的情况下,所述充电模块的输出端与所述电池的输入端连接,所述分流模块与所述电池并联;所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块以及从所述电池的输入端进入所述电池;所述定值电流的电流值为第一电流值;所述控制模块的第二端输出第一信号,所述第一信号经所述分流模块的控制端进入所述分流模块;所述第一信号用于调整所述分流模块分流的电流值;所述分流的电流值为所述第一电流值和目标电流值的差值,所述目标电流值依据当前充电环境的环境参数确定。
需理解,当环境温度和电压稳定时,在给所述电池充电的过程中,输入所述电池中的电流一般不会小于某个阈值,这个阈值可以称为最小充电电流或者充电截止电流。在传统的充电电路中,最小充电电流也是充电模块能输出的最小的电流。但是,而当环境温度过低和电压过小时,电池在此环境下最合适的充电电流可能小于充电模块能输出的最小的电流;且在不同的环境参数下,电池最合适的充电电流也不同。如果此时充电模块依旧以最小充电电流的电流值向电池中输入电流,会缩短电池的使用寿命,甚至烧坏电池,引起安全事故。
因此,在本申请提供的电路中,增设有分流模块,当电池接入电路中时,所述分流模块与所述电池并联,可以为电池分担一部分充电模块输出的总电流(即所述定值电流)。此外,所述分流模块所分电流的大小可以由所述控制模块控制。
具体的,所述控制模块可以根据自身存储的充电策略,确定当前环境参数下所述电池的合适的充电电流值(即所述目标电流值),再根据可以通过所述充电模块的输出的所述定值电流的大小,确定是否需要分流以及分流模块所分流电流的大小。需要说明的是,所述充电模块可以输出电流值恒定的定值电流。当所述电池在当前环境参数下最合适的充电电流的电流值小于所述充电模块能输出的最小电流时,所述控制模块可以基于所述定值电流的电流值和所述目标电流值确定所述分流模块需要分担的电流的大小。
在本申请中,所述第一信号可以是脉冲信号。所述分流模块所分电流的大小与所述第一信号的占空比之间存在唯一确定的对应关系。在一个可选的实施方式中,所述分流模块所分电流的大小与所述第一信号的占空比之间的对应关系可以存储于所述控制模块中。这样,当所述控制模块需要将所述分流模块所分电流的电流值调整至所述目标电流值时,所述控制模块可以根据上述关系,直接将所述第一信号的占空比调节至目标阈值,控制所述定值电流分流,一部分以所述目标电流值的大小流入所述电池中,另一部分流入所述分流模块中,将流入电池的实际电流调整在安全范围内,确保用电安全。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述充电电路还包括检测模块;所述充电模块的输出端与所述电池的输入端连接,包括:所述检测模块的第一端与所述充电模块的输出端连接,所述检测模块的第二端与所述电池的输入端连接,所述检测模块的第三端与所述控制模块的第三端连接;所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块以及从所述电池的输入端进入所述电池包括:所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块,以及从所述检测模块的第一端进入所述检测模块,从所述检测模块的第二端流出后,从所述电池的输入端进入所述电池;所述检测模块所检测到的流入所述电池的电流值为检测值,所述检测值经所述检测模块的第三端输出至所述控制模块的第三端进入所述控制模块;所述第一信号用于调整所述分流模块分流的电流值包括:所述第一信号的占空比用于调整所述分流模块分流的电流值;所述检测值用于确定所述占空比。
可以理解的,由于控制模块的存储性能的限制以及所述第一信号的占空比与分流模块所分电流大小之间对应关系的复杂性,在一些实施例中,所述控制模块可以不存储用于反映所述第一信号的占空比与所述分流模块分电流大小之间对应关系的映射表。
在本实施方式提供的电路中,设有用于实时检测流入电池的电流的大小的检测模块,所述控制模块可以根据所述检测模块的检测值,多次调整MCU输出信号的占空比,直至将分流模块所分电流的电流值调整至目标大小。这样,可以节省所述控制模块的存储空间,降低充电电路对所述控制模块的存储性能的要求。此外,通过增设检测模块实时将电流值上报给所述控制单元,能使所述控制单元更为及时的感应到电池的实际充电电流,能在流入电池的电流不适时及时根据充电策略做出反应,进一步确保了充电过程的安全性。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述检测值用于确定所述占空比包括:在所述检测模块的检测值大于所述目标电流值的情况下,减小所述第一信号的占空比;在所述检测模块的检测值小于所述目标电流值的情况下,增大所述第一信号的占空比;在所述检测模块的检测值等于所述目标电流值的情况下,保持所述第一信号的占空比不变。
在本实施方式中,根据实时检测流入所述电池中的电流的电流值及时对所述第一信号的占空比进行调整,能快速将分流模块的分流大小调整至期望值,从而快速将电池的充电电流调整至安全范围内。
例如,当电池处于低温欠压的环境下,其合适的充电电流为20mA时,若此时所述检测模块的检测值为50mA,则可以确定所述分流模块需要分担的电流为30mA。此时,所述控制模块可以输出占空比为N1(N1可以为所述控制模块随机确定的数值,N1小于或等于1)的第一信号,若所述检测值变为40mA,则表示实际流入电池中的电流大小为40mA,则所述控制模块可以输出将所述第一信号的占空比为调整为N2(N2小于N1,N2小于等于1),以使所述分流模块分担更大的电流;之后,若所述检测值变为15mA,则表示所述分流模块所分电流为35mA,则所述控制模块将所述第一信号的占空比为调整为N3(N3大于N2且N3小于N1),以使所述分流模块需要分担更小的电流;如此根据上述电量计采集的数值反复调节输出电平信号的占空比,直至将所述第一信号的占空比调节为N之后,电量计的所采集的电流值为30mA,则保持所述第一信号的占空比为不变,所述分流模块所分电流稳定在30mA,实际流入所述电池的电流恰好为20mA。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述检测模块包括第一电阻和电量计;所述检测模块的第一端与所述充电模块的输出端连接,所述检测模块的第二端与所述电池的输入端连接,所述检测模块的第三端与所述控制模块的第三端连接,包括:所述第一电阻的第一端与所述充电模块的输出端连接;所述电量计的第一端与所述第一电阻的第一端连接,所述电量计的第二段与所述第一电阻的第二端连接;所述第一电阻的第二端与所述电池连接;所述第一电阻和所述电池串联;所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块,以及从所述检测模块的第一端进入所述检测模块,从所述检测模块的第二端流出后,从所述电池的输入端进入所述电池,包括:所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块,以及从所述第一电阻的第一端进入所述检测模块,从所述第一电阻的第二端流出后,从所述电池的输入端进入所述电池。
需理解,在实际的充电电路中,电路中的电流大小一般处于mA级别。因此,在本实施方式中,电量计可以精确计算出通过电路的电量,即能精确的测量出流入电池的电流值,进而精确的确定所述分流模块需要分流的电流值。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述分流模块包括第一开关器件、第二开关器件、充放电电路和第二电阻,所述分流模块的控制端为所述第一开关器件的第一引脚;所述分流模块的输入端为所述第一开关器件的第二引脚和所述第二开关器件的第二引脚;所述第一开关器件的第一引脚与所述控制模块的第二端连接,所述第一开关器件的第二引脚与所述充电模块的输出端连接,所述第一开关器件的第三引脚与所述充放电电路的第一端连接;所述第二开关器件的第一引脚与所述充放电电路的第二端连接,所述第二开关器件的第二引脚与所述充电模块的输出端连接,所述第二开关器件的第三引脚所述第二电阻的第一端连接,所述第二电阻的第二端与接地端连接;所述充放电电路的第三端与接地端连接;所述第一信号用于调整所述分流模块分流的电流值包括:所述第一信号用于调整所述充放电电路的第二端的输出电压,所述充放电电路的第二端的输出电压与所述分流模块分流的电流值正相关。
在本实施方式中,所述第一开关器件的第一引脚即为所述述分流模块的控制端。所述控制模块可以为所述第一开关器件的第一引脚处提供可调节占空比的电平信号,为所述第一器件引脚提供相应的模拟电压,从控制所述第一器件的开启和关闭。具体的,所述第一器件可以是场效应管或者三极管。在所述第一信号处于高电平时期时,所述第一开关器件导通,所述充电电路充电;在所述第一信号处于低电平时期时,所述第一开关器件关闭,所述充电电路放电;最后,所述充放电电路的充电和放电平衡,所述充放电电路输出至所述第二开关器件的第一引脚处的电压也处于稳定状态。需理解,在第一信号频率足够大的情况下,所述充放电电路的充电和放电平衡可以在极短的时间内完成。当所述第二开关器件的第一引脚处电压的电压值大于第二开关器件的开启电压值时,所述第二开关器件导通,所述分流模块产生分流电流。即所述充电模块的输出端输出的定值电流,一部分从所述分流模块的输入端(即所述第二开关器件的第二引脚)进入所述分流模块,经所述第二电阻后流入接地端,另一部分从所述第一电阻的第一端进入所述检测模块,从所述第一电阻的第二端流出后,从所述电池的输入端进入所述电池。具体的,所述分流电流的大小为(VB-0.7)/R2,其中,VB为所述充放电电路输出至所述第二开关器件的第一引脚处的电压,R2为所述第二电阻的阻值,0.7表示所述第二开关器件的开启电压值为0.7V。
本实施方式采用充放电电路对分流模块的分流大小进行调节,在对电池的充电过程中采用电荷充放电平衡控制分流支路的电压,能以较快的速度将分流模块的分流大小调整至期望值。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述充放电电路包括电容器、第三电阻和第四电阻;所述第三电阻的第一端为所述充放电电路的第一端,所述电容器的第一端为所述充放电电路的第二端;所述第四电阻的第二端为所述充放电电路的第三端;所述第三电阻的第一端与所述第一开关器件的第三引脚连接,所述第三电阻的第二端与所述电容器的第一端连接;所述电容器的第一端与所述第二开关器件的第一端连接,所述电容器的第二端与接地端连接;所述第四电阻的第一端与所述第一开关器件的第三引脚连接,所述第四电阻的第二端与接地端连接。
在本实施方式中,当所述第一信号处于高电平信号时期,所述电容器充电;当所述第一信号为低电平信号时期,所述电容器放电。在所述电容器充放电平衡后,所述电容器的电压即为所述第二开关器件的第一引脚处的电压。
需要说明的是,在本实施方式中,在所述第一开关器件导通的情况下,所述充电模块所输出的定值电流中,可能也存在部分极小的电流经过所述第四电阻流入接地端。但是该电流的电流值过小,且所述第四电阻可以被设置为阻值极大(例如100kΩ)的电阻,因此,经过所述第四电阻的电流在分流模块中产生的分流效果是可以忽略不计的。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述充电电路还包括电平转换模块,所述电平转换模块的第三端与所述充电模块的输出端连接;所述控制模块的第二端与所述分流模块的控制端连接包括:所述控制模块的第二端与所述电平转换模块的第一端连接,所述电平转换模块的第二端与所述分流模块的控制端连接,所述控制模块的第二端输出第一信号,所述第一信号经所述分流模块的控制端进入所述分流模块包括:所述控制模块的第二端输出第一信号从所述电平转换模块的第一端进入所述电平转换模块,经所述电平转换模块进行电压转换后,所述第一信号从所述电平转换模块的第二端流出,通过所述分流模块的控制端进入所述分流模块。
在本实施方式中,所述电平转换模块可以在所述控制模块输出的信号的电压与所述充电模块输出的电压相差过大的情况下,调节死所述控制模块所输出电压的电压值,以确保开关器件Q801可以正常开启和关闭。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述第一信号的频率固定,且所述第一信号的频率大于第三阈值。
在本实施方式中,所述第一信号的频率固定,以确保所述分流模块所分电流的大小可以只由所述第一信号的占空比这一单一变量控制,能让所述控制模块更快的确定所述第一信号占空比。且所述第一信号的频率大于所述第三阈值,可以缩短充电模块的充放电平衡所耗费的时间,进一步将分流模块的分流大小调整至期望值。具体的,所述第三阈值可以为50kHZ。
在第一方面一种可能的实施方式中,所述第一开关器件和所述第二开关器件具有场效应管或者三极管的开关晶体管。
具体的,所述第一开关器件可以为场效应管;此时,所述第一开关器件的第一引脚为所述第一开关器件的栅极;所述第一开关器件的第二引脚为所述第一开关器件的漏极;所述第一开关器件的第三引脚为所述第一开关器件的源极。所述第一开关器件还可以为三级管;此时,所述第一开关器件的第一引脚为所述第一开关器件的基极;所述第一开关器件的第二引脚为所述第一开关器件的集电极;所述第一开关器件的第三引脚为所述第一开关器件的发射极。
具体的,所述第二开关器件可以为三级管,所述第二开关器件的第一引脚为所述的基极;所述第二开关器件的第二引脚为所述第二开关器件的发射极;所述第一开关器件的第三引脚为所述第二开关器件的集电极。
第二方面,本申请提供了一种充电芯片,包括第一方面或第一方面任一可能的实现方式中的充电电路。
第三方面,本申请提供了一种电子设备,包括供电电路、电池和第一方面或第一方面任一可能的实现方式中的充电电路;所述充电电路中的充电模块的输入端与所述供电电路连接;所述充电电路中的充电模块的输出端与所述电池连接。
本申请第二方面以及第三方面所提供的技术方案,其有益效果可以参考第一方面所提供的技术方案的有益效果,此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种充电电路的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种充电电路的结构示意图;
图3为本申请实施例提供的一种充电电路的结构示意图;
图4为本申请实施例提供的一种分流电路的结构示意图;
图5为本申请实施例提供的一种电平信号的时序图;
图6为本申请实施例提供的一种充放电电路在充电阶段的等效电路图;
图7为本申请实施例提供的一种充放电电路在放电阶段的等效电路图;
图8为本申请实施例提供的一种充电电路的结构示意图;
图9为本申请实施例提供的一种电平信号和反相位电平信号的时序图;
图10为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的,而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样,单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式,除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解,本申请中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个所列出项目的任何或所有可能组合。
由于本申请实施例涉及电路和电路器材,为了便于理解,下面先对本申请实施例涉及的相关术语进行介绍。
(1)最小充电电流
当环境温度和电压稳定时,在Buck Charger给智能可穿戴设备充电的过程中,输入至可穿戴设备的电池中的电流一般不会小于某个阈值,这个阈值可以称为最小充电电流或者充电截止电流。当流经电池的电流值小于最小充电电流时,充电过程也将中断或者结束。而当环境温度过低和电压过小时,电池的最小充电电流也会变小;且相比于在环境温度和电压稳定时电池所要求充电电流值,在环境温度过低和电压过小时电池所要求充电电流值也需更小,这样才能延长电池的寿命,确保用电安全。
需要说明的是,最小充电电流指的是终端设备能控制输入电池中的充电电流的最小值,而电池合适的充电电流指的是终端设备在既定充电环境下最适合的充电电流,当实际输入电池的电流大于电池合适的充电电流时,会缩短电池的使用寿命,甚至烧坏电池,引起安全事故。
需理解,在本申请中所说的充电过程可以是给智能手表、智能手环等可穿戴设备进行充电的过程,当可穿戴设备为诸如TWS蓝牙耳机此类带有充电仓的设备时,本申请中所说的充电过程也可以是给可穿戴设备的充电仓进行充电的过程,本申请对此不作限定。
(2)分流
在电路中,分流即是把大电流分成若干不同的线路。在并联电路中,各分路的电压相等,各分路上的电流之和等于总电流(干路电流),每条分路的电流小于总电流(干路电流)。
可以理解的,如果控制总电流(干路电流)不变,在某一条分路的电流增大的情况下,其他分路的电流则会相应的减小;同理,如果控制总电流(干路电流)不变,在某一条分路的电减小的情况下,其他分路的电流则会相应的增大。
(3)场效应晶体管
场效应晶体管(field effect transistor,FET)简称场效应管。其属于电压控制型半导体器件,是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。场效应管的输出电流是由输入的电压(或称电场)控制,可以认为输入电流极小或没有输入电流,这使得该器件有很高的输入阻抗,同时这也是我们称之为场效应管的原因。
场效应管有三个引脚,分别是栅极、源极和漏极。
栅极为场效应管的控制引脚,当在棚极施加电压后,栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中就会产生一个栅极指向硅衬底的电场。氧化物层两边形成一个电容,门极电压等于对电容充电,受电压吸引,电容另一边聚集大量电子,形成导电沟道,场效应管开始导通。
在栅极没有电压时,在源极与漏极之间不会有电流流过,此时场效应管处与截止状态。这里以N型场效应管为例进行说明,当有一个正电压加在N沟道的场效应管栅极上时,由于电场的作用,此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极,但由于氧化膜的阻挡,使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中,从而形成电流,使源极和漏极之间导通。可以将两个N型半导体之间理解为一条沟,栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁,这座桥的大小由栅压的大小决定。
(4)脉宽调制
脉宽调制(pulse width modulation,PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
PWM可以对模拟信号电平进行数字编码。其通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何电压值都可以通过PWM进行编码得到。
(5)模拟数字转换器
模拟数字转换器(Analog-Digital Converter,ADC)是一种将模拟信号转换成对应数字信号的***/设备,在人机交互领域有着极其广泛的应用。ADC可以提供隔离的测量,例如将输入的模拟电压或电流转换为与电压或电流幅度成正比的数字。
(6)微控制单元(Microcontroller Unit,MCU)
微控制单元MCU,又称单片微型计算机或者单片机,是把中央处理器(CentralProcess Unit,CPU)的频率与规格做适当缩减,并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。
(7)负温度系数元件(negative temperature coefficient,NTC)
负温度系数元件是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数的热敏电阻。其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。
随着科技的发展,蓝牙耳机、智能手表等可穿戴设备已经成为人类的日常生活和娱乐中必不可少的电子设备。当前大多智能穿戴设备均通过降压充电器(Buck Charger)进行充电。如图1所示的充电电路10,智能穿戴设备在进行充电时,充电模块102可以在MCU101的控制下,向电池103输送充电电流。
由于电池103在充电过程中存在充电截止电流的原因,因此,充电模块102向电池103输送的电流存在最小电流值。例如,当电池103的充电截止电流为50mA时,则充电模块102向电池103输送的电流的电流值最小为50mA左右。但是,当电池103处于低温或者充电电压欠压的情况下,电池103要求或者所适合的电流可能低于50mA(例如20mA),此时,充电模块并不能将输入电池103的电流值调整至电池103所要求的电流值。这样会缩短电池103的使用寿命,也容易在充电过程中引发电危害事件。
针对上述充电电路存在的缺陷,本申请提供了一种充电电路,该充电电路设有分流模块,通过MCU实时控制分流模块的所分的电流,将实际流入电池中的电流的电流值调整至电池所要求的范围内。如图2所示,该充电电路20可以包括MCU 201、充电模块202、以及分流模块203。需要说明的是,在图2中所示出的位充电电路20正在工作,且待充电池已经接入充电电路20的情况下充电电路20的具体架构,而实际上,充电电路20可以不包含图2中所示的电池。
MCU 201,可以作为不同模拟传感器输入检测、USB接口以及电池充电与监控等众多功能的协处理器。具体的,MCU 201可以实现PWM技术或者ADC对应的功能,为分流模块203中元件引脚处提供可调节占空比的电平信号,为对应元件的引脚提供相应的模拟电压,从而对分流模块203中所包含的电路的导通或断开、充放电电路的充电放电等工作流程进行控制。例如,MCU 201可以将充电模块202输出的电流和电池要求的充电电流进行比较,为分流模块203确定具体的分流数值。在本申请实施例中,MCU 201中还存储有用于反映信号占空比与分流模块203所分电流大小之间对应关系的映射表。需理解,在MCU 201输出的电平信号的频率确定的情况下,分流模块203所分电流的大小与MCU 201输出信号的占空比之间存在唯一确定的对应关系,这种对应关系可以以映射表的形式存储在MCU 201中;这样,当充电电路20需要将分流模块203所分电流的电流值调整至目标大小时,MCU 201可以根据上述映射表,直接将电平信号的占空比调节至目标阈值,单次调整即能使分流模块203所分电流的电流值调整至目标大小。
充电模块202,负责将电能输送至电池中,并管控充电过程中电池的各项参数,例如充电电流、充电截止电流等。此外,充电模块202还可以针对各项参数为电池提供合适的充电环境,例如在不同温度下采用相应的充电温控策略。在给电池充电的过程中,充电模块202可以控制其输出的电流的大小,输出稳定的、固定电流值的电流。
分流模块203,包含具体的分流电路,整个分流电路与电池并联。可以理解的,根据并联电路的特性,在充电模块202的输出电流过大时,分流模块203可以分担部分充电模块所输出的电流。此外,分流模块203还可以根据具体的充电环境灵活调整其分担的电流的大小,将实际流入电池中的电流的电流值调整至电池所要求的范围内,延长电池的使用寿命,并确保了充电过程的安全性。
具体的,上述充电电路20中所包含的分流电路可以通过场效应管或者三极管以及电容器组成充放电电路,并通过MCU 201控制场效应管引脚处信号的占空比,调节场效应管电压大小,从而控制电容的充电或者放电,以此来调节分流的电流大小。可理解的,当充电模块202输出的电流的电流值固定的情况下,当分流模块203所分担的电流的电流值增大的情况下,实际输入电池中的电流的电流值则相应的减小;同理,当分流模块203所分担的电流的电流值减小的情况下,实际输入电池中的电流的电流值则相应的增大。这样,通过MCU201控制分流模块的所分的电流,就可以将实际流入电池中的电流的电流值调整至电池所要求的范围内。上述分流电路的具体结构和分流电路的具体工作方式可以参考后续实施例的相关说明,此处先不赘述。
此外,尽管图2中未示出,充电电路20中还可以存在NTC元件(negativetemperature coefficient,NTC),该NTC元件可以用于监测充电电路20所处环境的实时的温度,并将其上报给MCU 201;MCU 201在获取到环境的实时温度后,可以根据环境的实时温度,为电池确定大小最合适的充电电流。这样,MCU 201即可以根据该充电电流的大小以及充电模块202输出电流的大小,确定分流模块203需要分担的电流的大小。
可选的,在一些实施例中,由于MCU存储性能的限制以及信号占空比与分流模块所分电流大小之间对应关系的复杂性,充电电路中的MCU可以不存储用于反映信号占空比与分流模块203所分电流大小之间对应关系的映射表。因此,基于充电电路20,本申请还提供了另一种充电电路30,该充电电路30中的MCU可以多次调整MCU输出信号的占空比,直至将分流模块所分电流的电流值调整至目标大小。
如图3所示,该充电电路30可以包括MCU 301、充电模块302、电池、检测模块304以及分流模块303。需要说明的是,在图3中所示出的为充电电路30正在工作,待充电池已经接入充电电路30的情况下充电电路30的具体架构,而实际上,充电电路30可以不包含图3中所示的电池。其中:
MCU 301、充电模块302以及分流模块303的具体功能可以参考前述对图2中MCU201、充电模块202以及分流模块203的相关说明,此处不再赘述。需要说明的是,在本申请实施例中,MCU 301中可以无需存储用于反映信号占空比与分流模块203所分电流大小之间对应关系的映射表。
检测模块304,用于实时检测流入电池的电流的大小,即充电电流;并将其实时监测到的充电电流的电流值上报给MCU 301,以便MCU 301能根据该电流值确定具体的电流调整策略。具体的,检测模块304可以包含电量计和采样电阻,其在实际的电路中该采样电阻可以与电池串联。可以理解的,根据串联电路的特性,流经采样电阻电流的电流值与流经电池的电流值相同。具体的,在实际的电路中,采样电阻的两端可以连接至电量计,这样上述电量计可以获取充电模块302经分流模块303分流后提供给电池的实际充电电流的电流值。
例如,当电池处于低温欠压的环境下,其合适的充电电流为20mA时,若此时上述电量计采集到的电流值为50mA,则MCU 301可以确定分流模块303需要分担的电流为30mA。此时,MCU输出占空比为N1(N1可以为MCU 201随机确定的数值,N1小于或等于1)的电平信号,若上述电量计示数变为40mA,则表示实际流入电池中的电流大小为40mA,则MCU 301将输出占空比为N2(N2小于N1,N2小于等于1)的电平信号,以使分流模块303需要分担更大的电流;之后,若上述电量计的示数变为15mA,则表示分流模块303所分电流为35mA,则MCU 301将输出占空比为N3(N3大于N2且N3小于N1)的电平信号,以使分流模块303需要分担更小的电流;如此根据上述电量计采集的数值反复调节输出电平信号的占空比,直至将占空比调节为N之后,电量计的所采集的电流值为30mA,则MCU 301保持占空比为N不变,输出电平信号,分流模块303所分电流稳定在30mA,实际流入电池的电流恰好为20mA。
接下来结合图4对上述充电电路30充电电路20中所包含的分流电路的具体结构、分流电路的具体工作方式进行进一步说明。需要说明的是,本申请实施例提供的分流电路,可以应用于具有电池的终端设备中。整个分流电路与电池所在的支路并联,也就是说,输入整个充电电路的电流(例如前述说明中充电模块302所输出的电流)在流入电池之前可以被分为两路,其中一部分电流流入分流电路,另一部分电流则直接流入电池。此外,在分流电路所在的充电电路中,输入整个充电电路的电流在***中充电模块的控制下可以为恒定的数值,例如200mA。因此,可以理解的,在总电流恒定的情况下,通过控制分流电路所分电流的大小,即可以控制实际流入电池中的电流的大小。
图4为本申请实施例提供的一种分流电路的示意图。图4中虚线框内所示的电路即为本申请实施例提供的分流电路40。分流电路40可以包括开关器件Q401、Q402;电阻R403、R404、R402以及电容器C401。上述各个器件的具体参数可以根据设备具体的充电需求进行调整,本申请对此不做限定。例如,当该分流电路应用于TWS蓝牙耳机的充电仓中时,开关器件Q401可以是P沟道型场效应晶体管或P沟道型者三极管,开关器件Q402可以是NPN型三极管。电阻R403、R404、R402可以是定值电阻,其阻值可以分别为5kΩ,100kΩ和10Ω;电容器C401的电容量可以为1uF。
分流电路40与信号控制端41连接。可选的,该信号控制端41可以是前述说明中的MCU 301。实际上,信号控制端41直接与分流电路40中的开关器件Q401相连,在开关器件Q401为场效应管,开关器件Q402为三级管的情况下,信号控制端41可以与Q401的栅极直接相连,Q401的漏极和充电模块的输出端连接,该充电模块可以是前述说明中的充电模块202或充电模块302,Q401的源极和电阻R404连接后接地,Q401的源极还通过电阻R403与电容器C401连接。此外,电容器C401直接和开关器件Q402的基级相连。在本申请实施例中,开关器件Q401可以在信号控制端41所发信号的控制下导通或者关闭,通过调节开关器件Q401的导通和闭合,可以调节电容器C401的充电和放电,进而调节电容器C401所能产生的电压的大小;电容器C401所产生的电压可以直接提供给开关器件Q402的基级,当电容器C401所产生的电压大于开关器件Q402的开启电压值时,开关器件Q402导通,电阻R402获得电压,分流电路40中产生分流电流,即流经R402的电流。可以理解的,根据欧姆定律,当电阻R402两端的电压越大时,分流电流也越大;同理,当电阻R402两端的电压越小时,分流电流也越小。而由于N沟型三极管的特性,电阻R402两端的电压与场效应管的栅极(或者三极管基级)两端的电压正相关,因此,通过调节电容器C401的充电和放电的时间,即可以间接调节分流电路40所分电流的大小,为电池提供合适电流值的充电电流。
具体的,在分流电路40中,电阻R403和电容器C401构成充放电电路,由于整个分流电路40和电池所在的电路为并联状态,根据并联电路的特性,整个分流电路40能获得的电压值与电池所在的支路的电压值(以下称为充电电压值)相同;因此,在开关器件Q401导通的情况下,电阻R403和电容器C401串联,电阻R403、电容器C401一起与电阻R404并联;电阻R403和电容器C401构成充电电路,电阻R403和电容器C401组成的支路的电压值即为上述充电电压值,此时电容器C401开始充电,电容器C401的电能增大,电容器C401电压增大。此外,电阻R404两端的电压值也等于上述充电电压值,流经电阻R404的电流通过接地线流出。在开关器件Q401阻断的情况下,电容器C401已经通过充电存储了电能,此时电容器C401处于放电状态,电容器C401通过电阻R403、电阻R404以及接地线开始放电,在放电过程中,电容器C401的存储的电能减小,电容器C401的电压减小。最后,电容的充放电过程稳定在平衡状态,即电容的电压不变(或电势只在极小的范围内变化),此时Q2栅极处的电压恒定,电阻R402两端的电压也处恒定,则流经R402的电流(即分流电流)也恒定。
结合上述说明可知,开关器件Q401的导通和关闭可以由信号控制端41施加在开关器件Q401栅极(或者基级)的电平信号的信号占空比控制;同理,电容器C401充放电的具体过程也可以由信号控制端41施加在开关器件Q401栅极的电平信号的信号占空比控制。图5为本申请实施例提供的一种电平信号的控制时序图,该时序图所示的电平信号可以由前述说明中的信号控制端41产生。如图5所示,图5中所示出的电平信号以一定的周期T产生短暂起伏的电冲击(电压或电流),可以看出,在一个周期T内,电平信号在不同的时段内呈现为高电平与低电平两种形式。其中,在时长T1内,电平信号输出的为高电平的信号,相当于输出一个高电压;在时长T2内,电平信号输出的为低电平的信号,相当于输出一个低电压。由于开关器件Q401在栅极(或者基级)的电压大于开启电压时,开关器件Q401将处于导通状态,反之开关器件Q401处于关闭状态。其中,电平信号在一个周期T内输出高电平信号的时长(即时长T1)在整个周期T内的占比(即T1/T)即可以称为电平信号的占空比;此外,电平信号在一秒种内期变化的次数即为该电平信号的频率f,可理解的,f=1/T,当周期T越小时,电平信号的频率越大。
当将图5所示的该电平信号施加于开关器件Q401的栅极(或者基级)上时,开关器件Q401会随着电平信号的起伏而周期性地开启和关闭,即开关器件Q401的源极和漏极(或者发射机和集电极)之间将周期性的导通和阻断。
例如,在图5所示的周期T中,在时长T2内,电平信号为低电平信号,在这段时长内开关器件Q401处于导通状态,此时电阻R403、电容器C401以及电阻R404构成充电电路。图6示出的该充电电路的等效电路。如图6所示,充电电路的输入电压为Vin,可以理解的,在Q401处于导通状态的情况下,根据并联电路的特性,Vin的大小实际与图4中充电模块输出的电压值相同,而图6中所示的充电电路中,电阻R403以及电容器C401所在的支路两端的电压也为Vin。在输入电压Vin的作用下,电容器C401开始充电,电容器C401存储的电能增加,电容器C401电压增大。
同理,在图5所示的周期T中,在时长T1内,电平信号为高电平信号,在这段时长内开关器件Q401处于阻断状态,此时电阻R403、电容器C401以及电阻R404构成放电电路。图7示出了该充电电路的等效电路。如图7所示,放电电路中电容器C401为整个电路提供电压,电容器C401开始充电,电流经电阻R403以及电阻R404通过接地线流入地面,电容器C401存储的电能减小,电容器C401电压增大。
结合上述说明可知,通过控制电平信号的占空比(时长T1在周期T中的占比),即可以控制电容器C401在每个周期T内充电时间以及放电时间的占比。在电平信号的占比增大时,电容器C401的电压则相应减小;同理,在电平信号的占空减小时,电容器C401的电压则会相应的增大。需要注意的是,无论电平信号的占空比为多少,在开关器件Q401栅极(或者基极)处的电平信号的频率一定时,电容器C401最后的电压都会由于电容充放电的平衡趋于稳定;即使存在波动,也只会在极小的范围内波动。也就是说,在电平信号的频率确定的情况下,当将电平信号的占空比调整为某个既定的值时,最后电容器C401的电压也会稳定在某一个值,这里将电容器C401的最后趋于稳定的电压值称为VB。那么当电容器C401的电压稳定之后,由于电容器直接与开关器件Q402的栅极(或者基极)相连,则开关器件Q402的栅极(或者基极)处的电压值的大小即为VB。具体的,由前述说明可知,开关器件Q402可以为NPN型三极管等电压控制型半导体器件,由电压控制型半导体器件的特性可知,则开关器件Q402在栅极处VB电压的作用下被导通后,电阻R402两端的电压值为(VB-0.7),经过R402的电流(即分流电流)为(VB-0.7)/R4,这里的R4即为电阻R402的电阻值。
上述分流电路40可应用于任何可穿戴设备的充电电路中,例如TWS耳机的充电仓中。在充电,通过调节施加于分流电路中开关器件上控制信号的占空比,可以灵活地调节分流模块的分流电流的大小,从而将实际输入给电池的电流控制在电池要求的安全范围内,能延长可穿戴设备的电池的使用寿命,并确保了充电过程的安全性。
结合前述说明中提供的充电电路20、30的具体结构以及分流电路40的具体使用场景,本申请还提供了另一种充电电路,该充电电路可以用于为电子设备中的待充电电池充电。电子设备可以是手机、掌上电脑、平板电脑、便携式多媒体播放器,蓝牙耳机等。具体的,当该电子设备为具备充电仓的设备(例如TWS耳机时),该充电电路可以被设置于电子设备的充电仓中。具体请参阅图8。
图8为本申请实施例提供的一种充电电路的架构图。该充电电路80设有电量计和分流模块,分流模块中包含分流电路。在充电的过程中,充电电路中80中的电量计可以实时采集流入电池中的电流,当该电流过大时,通过MCU控制分流模块分走一部分从充电模块中流出的店电流,将实际流入电池中的电流(以下称为充电电流)的电流值调整至电池所要求的范围内。如图8所示,该充电电路80可以包括MCU 801、充电模块802、电量计803、采样电阻R801、分流模块804、电平转换器805。需要说明的是,在图8中所示出的为充电电路80正在工作,待充电池已经接入充电电路80的情况下充电电路80的具体架构,而实际上,充电电路80可以不包含图8中所示的电池。其中:
MCU 801包含I/O(即输入/输出)模块。MCU 801可以作为不同模拟传感器输入检测、USB接口以及电池充电与监控等众多功能的协处理器。具体的,MCU 801可以实现PWM技术或者ADC对应的功能,为分流模块804中元件引脚处提供可调节占空比的电平信号,为对应元件的引脚提供相应的模拟电压,从而对分流模块804中所包含的电路的导通或断开、充放电电路的充电放电等工作流程进行控制。例如,MCU 801可以将充电模块802输出的电流和电池806要求的充电电流进行比较,为分流模块804确定具体的分流数值。再比如,当流入电池806的电流过大时候,MCU801可以为分流模块804中的开关器件的引脚提供特定的占空比的信号,相当于开启分流模块804的分流功能,为电池分担一部分电流,使实际流入电池的电流变小。
充电模块802,负责将电能输送至电池中,并管控充电过程中电池的各项参数,例如充电电流、充电截止电流等。此外,充电模块802还可以针对各项参数为电池提供合适的充电环境,例如在不同温度下采用相应的充电温控策略。在给电池充电的过程中,充电模块802可以和该充电电路所应用的电子设备中的USB接口连接,USB接口可以通过充电线将电能输入至充电模块802。此外,在本***中,充电模块802与MCU 801通信连接,MCU 801可以根据充电模块802输出的电流和电池要求的充电电流进行比较,确定电流调整策略,例如是否需要开启或关闭分流模块的分流功能以及分流模块所分电流的大小。需要说明的是,在本***中,充电模块802可以控制其输出的电流的大小,输出稳定的、固定电流值的电流(以下称为总电流)。
电量计803,用于实时检测流入电池806的电流的大小,即充电电流。具体的,在本***中,电量计803与MCU 801通信连接,其可以被连接在采样电阻R801的两端;采样电阻R801和电量计803为串联,根据串联电路的特性,流经采样电阻R801的电流和流入电池806的电流的电流值相同。因此,在充电的过程中,电量计803可以将其实时监测到的充电电流的电流值上报给MCU 801,以便MCU 301能根据该电流值确定具体的电流调整策略。例如,当电池806的充电电流过大时,电量计将充电电流的电流值发送给MCU 801,MCU 801接收该电流值后,通过分析得知,该电流值远大于电池合适的电流值,则MCU 801可以为分流模块中的开关器件施加占空比为某个阈值的电平信号,以开启分流模块804的分流功能。或者,当分流模块804所分电流的电流值过大或者过小时,充电电流的大小也会相应的变大或者变小,这种变化都可以直接被电量计803测出,上报给MCU 801,以便MCU 801及时针对充电电流的变化做出相应的调整策略。
分流模块804包括分流电路,该分流电路可以是前述说明中的分流电路40,其可以包括开关器件Q801、Q802;电阻R803、R804、R802以及电容器C801。上述各个器件的具体参数可以根据设备具体的充电需求进行调整,本申请对此不做限定。例如,当该分流电路应用于TWS蓝牙耳机的充电仓中时,开关器件Q801、Q802可以是场效应晶体管或者三极管。电阻R803、R804、R802可以是定值电阻,其阻值可以分别为5kΩ,100kΩ和10Ω;电容器C401的电容量可以为1uF。
上述分流电路可以与电池806以及采样电阻R801所在的支路并联。可以理解的,根据并联电路的特性,在充电模块802的输出的总电流过大时,分流模块804可以分担部分充电模块所输出的电流。此外,分流模块804还可以根据具体的充电环境灵活调整其分担的电流的大小,将实际流入电池中的电流的电流值,即充电电流,调整至电池806所要求的范围内,延长电池806的使用寿命,并确保了充电过程的安全性。分流模块804以及分流电路中各个元件或者器件的具体作用以及工作方式可以参考前述对图3的相关说明,此处不再赘述。
电平转换器805,可以在MCU 801的I/O模块所输出的电平信号的电压与充电模块802输出的电压相差过大的情况下,调节上述I/O模块所输出的电平信号的电压值,以确保开关器件Q801可以正常开启和关闭。例如,当上述I/O模块输出的电平信号的电压值为1.8V,而此时充电模块输出的电压值为3.0V时,若不对I/O模块输出的电平信号进行电平转换,则此时施加在开关器件Q801的栅极(或基级)处的等效电压为1.2V(即3.0V减去1.8V);而开关器件Q801的开启电压值为0.6V左右,也就是说,若不进行电平转换,则开关器件Q801的将在1.2V的等效电压的作用下一直处于导通状态,则开关器件Q801无法正常根据MCU801所输出的高低电平进行开启和关闭,也就无法正常控制分流模块的分流大小。但经过电平转换器805的转换之后,上述I/O模块输出的电平信号的电压值可以由1.8V变大,例如3.0V,此时施加于开关器件Q801栅极(或基级)处的等效电压为0V,小于开启电压值,则开关器件Q801就可以根据MCU 801所输出的高低电平正常开启和关闭。
充电电路80结合MCU、电量计以及电平转换器为前述说明中的分流电路40建立了严整的控制逻辑。通过MCU、电量计的配合,可以灵活并实时调节分流模块的分流电流的大小,从而将实际输入给电池的电流控制在电池要求的安全范围内,能延长可穿戴设备的电池的使用寿命,并确保了充电过程的安全性;增设电平转换器对电平信号进行控制,进一步提升了分流电路以及分流模块的适用性。
接下来对图8所示的充电电路80中MCU 801的具体工作方式进行补充说明。图3中所示的MCU 301的具体工作方式也可参考下列说明,不再赘述。
结合前述说明可知,在充电电路80中,分流模块804中分流电路是否分流、以及所分电流的大小,最终都取决于施加在分流模块804上的电平信号的占空比的大小。需要说明的是,实际上施加在分流模块804上的电平信号的频率也可以对分流电路中分流的大小产生影响。例如,在占空比不变的情况下,当MCU 801以10K的频率向开关器件Q801的栅极输送电平信号,以及以60K的频率向开关器件Q801的栅极输送电平信号,电容器C801最后所达到的电压值是不同的,这也就必然会导致分流电流的大小不同。也就是说,在一些实施例中,充电电路80中的分流模块804所分电流的大小,可以通过调整MCU801所输出的电平信号的占空比和/或频率进行控制。但是,为了控制***变量以便于***对分流模块的分流效果进行控制,在前述实施例以及后续实施例中,充电电路80中的MCU801所输出的电平信号的频率为固定值,充电电路80中分流模块804所分电流的大小只通过调整电平信号的占空比来控制。
需要说明的是,在充电电路80中,当电量计803采集的电流值大于电池的最小充电电流时,例如电量计R804采集到的电流值为70mA,而此时电池806处于正常环境下,其最小充电电流为50mA,则在这种情况下,充电电路80中的MCU801可以不向分流模块804输送电平信号,以关闭充电电路80中分流模块804的分流作用。
当电量计803所采集的电流值大于电池806此时要求的电流值时,例如,当电量计803采集到的电流值为50mA,而此时电池806处于低温欠压的环境下,其合适的充电电流为20mA,则在这种情况下,充电电路80中的MCU801将会向分流模块804中的开关器件Q801输送电平信号,以开启分流模块804的分流作用。
具体的,当充电电路80需要开启分流模块804的分流作用,并将分流模块804所分电流的电流值调整至目标大小时,MCU801可以根据分流模块804所分电流的大小与MCU801所输出的电平信号的占空比之间的关系,并结合电量计803所采集的数据对上述占空比进行多次调整,以将分流模块所分电流的电流值调整至目标大小。
例如,当电量计803采集到的电流值为50mA,而此时电池806处于低温欠压的环境下,其合适的充电电流为20mA。因此,MCU 801需要控制其输出的电平信号的占空比,使分流模块804所分电流的大小为30mA。结合前述说明可知,分流模块804所分电流的大小与电容器C801的电压正相关,而电容器C801的电压取决于MCU 801需要输出的电平信号的占空比。这里假设MCU 801输出的电平信号的占空比为N(N小于等于1)时,电容器C801的电压为Vn,且此时分流模块所分的电流大小正好为30mA。由于MCU 801无法直接得知占空比为N时,分流模块804所分的电流正好为30mA,则MCU 801可以先输出占空比为N1(假设N1大于N)的电平信号,若此时电量计803采集到的电流值为40mA,表示分流模块804所分电流为10mA,则MCU 801将输出占空比为N2(N2小于N,N2小于等于1)的电平信号,以使分流模块804需要分担更大的电流;若之后电量计803采集到的电流值为15mA,表示分流模块804所分电流为35mA,则MCU 801将输出占空比为N3(N3大于N2且N3小于N)的电平信号,以使分流模块804需要分担更小的电流;如此根据电量计803采集的数值反复调节输出电平信号的占空比,直至将占空比调节为N之后,电量计803的所采集的电流值为30mA,则MCU 801保持占空比为N不变,输出电平信号,分流模块804所分电流稳定在30mA,实际流入电池806的电流恰好为20mA。
需要说明的是,图8中所示的电平转换器805可以是支持对脉冲信号进行相位反转的电平转换器。在这种情况下,当电平转换器805对MCU 801所输出的电平信号进行转化后,电平转换器805所输出的电平信号与MCU 801所输出的原始的电平信号的在对应时间段的相位相反。以图9为例进行说明,图9中的(A)所示出的电平信号可以为MCU 801输出的信号,而图9中的(B)所示出的电平信号可以为电平转换器805对MCU 801输出的电平信号进行电平反相后输出的信号。可以看出,在一个周期Ta内,MCU 801输出的信号在时长Tb内为高电平信号,在时长Tc内为输出的为低电平信号;但在电平转换器805进行电平反向后,在一个周期Ta内,电平转换器805在时长Tb输出的为低电平的信号,在时长Tc内输出的为高电平信号。不难理解的,在电平转换器805会对MCU 801所输出的电平信号进行电平反向的情况下,当MCU 801增大其输出的电平信号的占空比时,电平转换器805输出给第二开关器件的电平信号的占空比将会减小;同理,当MCU 801减小其输出的电平信号的占空比时,电平转换器805输出给第二开关器件的电平信号的占空比将会增大。
因此,在一个可选的实施方式中,在电平转换器805为支持对脉冲信号进行相位反转的电平转换器的情况下,当电量计的示数大于电池所需的电流值时,MCU 801可以增大其输出的电平信号的占空比,以减小电平转换器805输出的电平信号的占空比,使分流模块804分担更大的电流;当电量计的示数小于电池所需的电流值时,MCU 801可以减小其输出的电平信号的占空比,以增大电平转换器805输出的电平信号的占空比,使分流模块804分担更小的电流。
结合前述说明可知,在充电电路80的MCU801输出的电平信号的频率确定的情况下,充电电路80中分流模块804所分电流的大小与MCU801输出信号的占空比之间存在唯一确定的对应关系。因此在一个可选的实施方式中,在充电电路80中,分流模块804所分电流的大小与MCU801输出信号的占空比之间的对应关系可以存储于MCU801中。这样,当充电电路80需要开启分流模块804的分流作用,并将分流模块804所分电流的电流值调整至目标大小时,MCU801可以根据分流模块804所分电流的大小与MCU801所输出的电平信号的占空比之间的关系,直接将电平信号的占空比调节至目标阈值,无需进行多次调整。
例如,假设充电电路80中的MCU 801中存储了MCU 801所输出的电平信号的占空比与分流模块804所分电流的大小之间的映射信息,且该映射信息如下列表1所示:
表1
占空比 分流模块所分电流的大小
N1 10mA
N2 20mA
N3 30mA
则当电量计803采集到的电流值为50mA,而此时电池806处于低温欠压的环境下,其合适的充电电流为20mA,也就是说,MCU 801需要控制其输出的电平信号的占空比,使分流模块804所分电流的大小为30mA。则MCU 801可以根据其存储的上述表1中的信息,直接输出占空比为N3的电平信号,以使分流模块804需要分担30mA的电流,将实际流入电池806中的电流快速调整为20mA。
图10为本申请提供的一种电子设备100的结构示意图,前述说明中的充电电路20或充电电路30可以部署于电子设备100中。
电子设备100可以包括处理器110,通用串行总线(universal serial bus,USB)接口130,充电管理模块140,电源管理模块141,电池142等。
可以理解的是,本发明实施例示意的结构并不构成对电子设备100的具体限定。在本申请另一些实施例中,电子设备100可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者拆分某些部件,或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件,软件或软件和硬件的组合实现。
处理器110可以包括一个或多个处理单元,例如:处理器110可以包括应用处理器(application processor,AP),调制解调处理器,图形处理器(graphics processingunit,GPU),图像信号处理器(image signal processor,ISP),控制器,视频编解码器,数字信号处理器 (digital signal processor,DSP),基带处理器,和/或神经网络处理器(neural network processing unit,NPU)等。其中,不同的处理单元可以是独立的器件,也可以集成在一个或多个处理器中。
控制器可以根据指令操作码和时序信号,产生操作控制信号,完成取指令和执行指令的控制。具体的,控制器可以是前述说明中的MCU 201、MCU 301、信号控制端41或MCU801。
处理器110中还可以设置存储器,用于存储指令和数据。在一些实施例中,处理器110中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器110刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器110需要再次使用该指令或数据,可从所述存储器中直接调用。避免了重复存取,减少了处理器110的等待时间,因而提高了***的效率。
在一些实施例中,处理器110可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路(inter integrated circuit,I2C)接口,集成电路内置音频(inter integrated circuitsound,I2S)接口,脉冲编码调制(pulse code modulation,PCM)接口,通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)接口,移动产业处理器接口(mobile industry processor interface,MIPI),通用输入输出(general purposeinput/output,GPIO)接口,用户标识模块(subscriber identity module,SIM)接口,和/或通用串行总线(universal serial bus,USB)接口等。
USB接口130是符合USB标准规范的接口,具体可以是Mini USB接口,Micro USB接口,USB Type C接口等。USB接口130可以用于连接充电器为电子设备100充电,也可以用于电子设备100与***设备之间传输数据。也可以用于连接耳机,通过耳机播放音频。该接口还可以用于连接其他电子设备,例如AR设备等。可以理解的是,本发明实施例示意的各模块间的接口连接关系,只是示意性说明,并不构成对电子设备100的结构限定。
在本申请另一些实施例中,电子设备100也可以采用上述实施例中不同的接口连接方式,或多种接口连接方式的组合。充电管理模块140用于从充电器接收充电输入。充电管理模块140为电池142充电的同时,还可以通过电源管理模块141为电子设备供电。此外,电源管理模块141还可以输出固定电流值的电流。电源管理模块141用于连接电池142,充电管理模块140与处理器110。电源管理模块141接收电池142和/或充电管理模块140的输入,为处理器110供电。电源管理模块141还可以用于监测电池容量,电池循环次数,电池健康状态(漏电,阻抗)等参数,在不同温度下采用相应的充电温控策略,以及根据充电环境参数为电池规划合适的充电电流。在其他一些实施例中,电源管理模块141也可以设置于处理器110中。在另一些实施例中,电源管理模块141和充电管理模块140也可以设置于同一个器件中,在本申请的一些实施例中,这个器件可以称为充电模块,例如前述说明中的充电模块202、充电模块302以及充电模块802。
上述实施例中所用,根据上下文,术语“当…时”可以被解释为意思是“如果…”或“在…后”或“响应于确定…”或“响应于检测到…”。类似地,根据上下文,短语“在确定…时”或“如果检测到(所陈述的条件或事件)”可以被解释为意思是“如果确定…”或“响应于确定…”或“在检测到(所陈述的条件或事件)时”或“响应于检测到(所陈述的条件或事件)”。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘)等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成,该程序可存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括:ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种充电电路,用于为电池充电,其特征在于,包括:
充电模块、控制模块以及分流模块;
所述分流模块包括第一开关器件、第二开关器件、充放电电路和第二电阻,所述分流模块的控制端为所述第一开关器件的第一引脚;所述分流模块的输入端为所述第一开关器件的第二引脚和所述第二开关器件的第二引脚;所述第一开关器件的第三引脚与所述充放电电路的第一端连接,所述第二开关器件的第一引脚与所述充放电电路的第二端连接,所述第二开关器件的第三引脚与所述第二电阻的第一端连接,所述第二电阻的第二端与接地端连接;所述充放电电路的第三端与接地端连接;
所述充电模块具有与所述电池的输入端连接的输出端,所述充电模块的输出端与所述分流模块的输入端连接,所述充电模块的控制端与所述控制模块的第一端连接;所述控制模块的第二端与所述分流模块的控制端连接;
在所述电池被接入所述充电电路的情况下,所述充电模块的输出端与所述电池的输入端连接,所述分流模块与所述电池并联;所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块以及从所述电池的输入端进入所述电池;所述定值电流的电流值为第一电流值;
所述控制模块的第二端输出第一信号,所述第一信号经所述分流模块的控制端进入所述分流模块;所述第一信号用于调整所述充放电电路的第二端的输出电压,所述充放电电路的第二端的输出电压与所述分流模块分流的电流值正相关;所述分流的电流值为所述第一电流值和目标电流值的差值,所述目标电流值依据当前充电环境的环境参数确定。
2.根据权利要求1所述的充电电路,其特征在于,所述充电电路还包括检测模块;
所述充电模块的输出端与所述电池的输入端连接,包括:所述检测模块的第一端与所述充电模块的输出端连接,所述检测模块的第二端与所述电池的输入端连接,所述检测模块的第三端与所述控制模块的第三端连接;
所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块以及从所述电池的输入端进入所述电池包括:所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块,以及从所述检测模块的第一端进入所述检测模块,从所述检测模块的第二端流出后,从所述电池的输入端进入所述电池;
所述检测模块所检测到的流入所述电池的电流值为检测值,所述检测值经所述检测模块的第三端输出至所述控制模块的第三端进入所述控制模块;
所述第一信号用于调整所述分流模块分流的电流值包括:所述第一信号的占空比用于调整所述分流模块分流的电流值;所述检测值用于确定所述占空比。
3.根据权利要求2所述的充电电路,其特征在于,所述检测值用于确定所述占空比包括:
在所述检测模块的检测值大于所述目标电流值的情况下,减小所述第一信号的占空比;在所述检测模块的检测值小于所述目标电流值的情况下,增大所述第一信号的占空比;在所述检测模块的检测值等于所述目标电流值的情况下,保持所述第一信号的占空比不变。
4.根据权利要求2或3所述的充电电路,其特征在于,所述检测模块包括第一电阻和电量计,
所述检测模块的第一端与所述充电模块的输出端连接,所述检测模块的第二端与所述电池的输入端连接,所述检测模块的第三端与所述控制模块的第三端连接,包括:所述第一电阻的第一端与所述充电模块的输出端连接;所述电量计的第一端与所述第一电阻的第一端连接,所述电量计的第二端与所述第一电阻的第二端连接;所述第一电阻的第二端与所述电池连接;所述第一电阻和所述电池串联;
所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块,以及从所述检测模块的第一端进入所述检测模块,从所述检测模块的第二端流出后,从所述电池的输入端进入所述电池,包括:所述充电模块的输出端输出的定值电流,分别从所述分流模块的输入端进入所述分流模块,以及从所述第一电阻的第一端进入所述检测模块,从所述第一电阻的第二端流出后,从所述电池的输入端进入所述电池。
5.根据权利要求4所述的充电电路,其特征在于,所述充放电电路包括电容器、第三电阻和第四电阻;所述第三电阻的第一端为所述充放电电路的第一端,所述电容器的第一端为所述充放电电路的第二端;所述第四电阻的第二端为所述充放电电路的第三端;
所述第三电阻的第一端与所述第一开关器件的第三引脚连接,所述第三电阻的第二端与所述电容器的第一端连接;所述电容器的第一端与所述第二开关器件的第一端连接,所述电容器的第二端与接地端连接;所述第四电阻的第一端与所述第一开关器件的第三引脚连接,所述第四电阻的第二端与接地端连接。
6.根据权利要求5所述的充电电路,其特征在于,所述充电电路还包括电平转换模块,所述电平转换模块的第三端与所述充电模块的输出端连接;
所述控制模块的第二端与所述分流模块的控制端连接包括:所述控制模块的第二端与所述电平转换模块的第一端连接,所述电平转换模块的第二端与所述分流模块的控制端连接,
所述控制模块的第二端输出第一信号,所述第一信号经所述分流模块的控制端进入所述分流模块包括:所述控制模块的第二端输出第一信号从所述电平转换模块的第一端进入所述电平转换模块,经所述电平转换模块进行电压转换后,所述第一信号从所述电平转换模块的第二端流出,通过所述分流模块的控制端进入所述分流模块。
7.根据权利要求6所述的充电电路,其特征在于,所述第一信号的频率固定,且所述第一信号的频率大于第三阈值。
8.根据权利要求7所述的充电电路,其特征在于,所述第一开关器件为具有场效应管或者三极管的开关晶体管,所述第二开关器件为具有三极管的开关晶体管。
9.一种充电芯片,其特征在于,包括如权利要求1-8任一项所述的充电电路。
10.一种电子设备,其特征在于,包括供电电路、电池和权利要求1-8任一项所述的充电电路;
所述充电模块的输入端与所述供电电路连接;
所述充电模块的输出端与所述电池连接。
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