CN116888851A - 一种充电电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种充电电路，包括外接电源输入端、储能元件、第一开关、第二开关、第三开关、负载和电池电路，所述储能元件的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述储能元件的第一端还通过所述第一开关被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端通过所述第二开关被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端还通过所述第三开关被耦合至所述负载。本申请实施例，可以实现小型便携式智能设备的充电。

Description

一种充电电路及电子设备 技术领域
本申请实施例涉及电子电路技术领域，具体涉及一种充电电路及电子设备。
背景技术
小型便携式智能设备(如真无线立体声(true wireless stereo，TWS)蓝牙耳机、智能眼镜等)因使用简便、体积较小等特点深受用户的喜爱。随着小型便携式智能设备的日益发展，小型便携式智能设备实现的功能越来越多，随之电池电量的消耗也越来越快，以致用户需要经常对小型便携式智能设备进行充电。
目前，小型便携式智能设备采用线性充电器(linear charger)进行充电。然而，该充电方式由于充电慢、充电时间长等缺点，已经无法满足用户需求。现有技术中已经可以实现采用开关型充电器(switching charger)进行快速充电，但该快速充电方式由于开关型充电器的面积较大仅适用于大型便携式智能设备(如充电宝、手机等)，而不适用于小型便携式智能设备。因此，如何兼顾小型便携式智能设备的快速充电与充电电路的面积已成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种充电电路及电子设备，能够实现小型便携式智能设备的快速充电。
第一方面提供一种充电电路，该充电电路可以包括外接电源输入端、储能元件、第一开关、第二开关、第三开关、负载和电池电路，所述储能元件的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述储能元件的第一端还通过所述第一开关被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端通过所述第二开关被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端还通过所述第三开关被耦合至所述负载。
在本申请提供的方案中，当外接电源输入端的电压大于或等于阈值时，电路进入充电模式，外接电源输入端、储能元件、第二开关和电池电路构成充电电路，外接电源通过储能元件给电池电路中的电池充电。当外接电源输入端的电压小于阈值时，电路进入放电模式，电池电路、第一开关、储能元件、第三开关和负载构成放电电路，电池电路中的电池通过储能元件给负载供电。不同于现有技术中，快充充电电路的充电电路和放电电路需要各有一个电感，而导致的快充充电电路的集成面积较大，本申请技术方案，充电电路和放电电路共同使用一个储能元件，再通过增加三个开关来进行对充电电路和放电电路的分时管理。由于开关的集成面积远远小于储能元件，因而本申请技术方案可以有效减少充电电路的集成面积，适用于小型便携式智能设备，进而实现小型便携式智能设备的快速充电。
作为一种可能的实施方式，所述电路还包括逻辑控制电路，所述电池电路包括电池，其中：所述逻辑控制电路的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述逻辑控制电路的第二端、第三端和第四端分别被耦合至所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端和所述第三开关的第一端；所述逻辑控制电路，用于当检测到所述外接电源输入端的电压大于 或等于阈值时，控制所述第二开关导通、所述第一开关关断和所述第三开关关断，控制外接电源为所述电池充电；所述逻辑控制电路，还用于当检测到所述所述外接电源输入端的电压小于所述阈值时，控制所述第一开关导通、所述第三开关导通和所述第二开关关断，控制所述电池向所述负载供电。
在本申请提供的方案中，电路包括的外接电源输入端、储能元件、第一开关、第二开关、第三开关、负载和电池电路，可以由逻辑控制电路通过控制第一开关、第二开关和第三开关的导通/关断构成充电电路和放电电路。具体的，当逻辑控制电路检测到所述外接电源输入端的电压大于或等于阈值，即外接电源在位时，逻辑控制电路控制所述第二开关导通、所述第一开关关断和所述第三开关关断，以使外接电源为电池充电。当逻辑控制电路检测到所述外接电源输入端的电压小于阈值，即外接电源不在位时，逻辑控制电路控制所述第一开关导通、所述第二开关导通和所述第三开关关断，以使电池向负载供电。本申请技术方案的逻辑控制电路通过控制三个开关可以实现小型便携式智能设备的充电和放电的分时管理，方案实现简单，可实施性高，可以很好地规避各个元器件之间的交叠导通。
作为一种可能的实施方式，所述电路还包括第一晶体管、第二晶体管和第一电容，其中：所述第一晶体管的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述第一晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第五端，所述第一晶体管的第三端分别被耦合至所述第二晶体管的第一端、所述储能元件的第一端和所述第一开关的第二端，所述第二晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第六端，所述第二晶体管的第三端被耦合至地端，所述第一电容的第一端分别被耦合至所述第二开关的第二端和所述电池电路的第一端，所述电池电路的第二端被耦合至地端，所述第二开关的第三端分别被耦合至所述储能元件的第二端和所述第三开关的第二端，所述第一电容的第二端被耦合至地端。
在本申请提供的方案中，电路进入充电模式时，外接电源输入端和储能元件的第一端之间可以被耦合至两个晶体管(第一晶体管和第二晶体管)，第一晶体管可以用于防止电流倒灌回外接电源输入端，第二晶体管是快速通断的晶体管，将第二晶体管置于输入(外接电源)与输出(电池)之间，通过调节通断比例(占空比)来控制输出直流电压的平均值。该平均电压可以由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。储能元件相当于一个恒流源，起传递能量作用。第一电容相当于恒压源，起到滤波的作用。可以理解，储能元件和第一电容组成低通滤波器，可以使输入电压的直流分量通过，抑制输入电压的谐波分量通过。具体实现：当第二晶体管的驱动为高电平时，第二晶体管导通，储能元件被充磁，流经储能元件的电流线性增加，同时给第一电容充电，给电池提供能量。当第二晶体管的驱动为低电平时，第二晶体管关断，储能元件放电，储能元件的电流线性减少，输出电压靠第一电容放电以及减小的储能元件的电流维持。这样就可以实现小型便携式智能设备的充电。
作为一种可能的实施方式，所述电路还包括第三晶体管和第二电容，其中：所述第三晶体管的第一端被耦合至所述电池电路，所述第三晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第七端，所述第三晶体管的第三端分别被耦合至所述第一开关的第三端和地端，所述第二电容的第一端分别被耦合至所述第三开关的第二端和所述负载的第一端，所述第二开关的第三端分别被耦合至所述储能元件的第二端和所述第三开关的第二端，所述第二电 容的第二端分别被耦合至地端和所述负载的第二端。
在本申请提供的方案中，电路进入放电模式时，电池电路和第一开关的第三端之间可以耦合一个晶体管(第三晶体管)，第三晶体管是快速通断的晶体管，将第三晶体管置于输入(电池)与输出(负载)之间，通过调节通断比例(占空比)来控制输出直流电压的平均值。该平均电压可以由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。储能元件相当于一个恒流源，起传递能量作用。第二电容相当于恒压源，起到滤波的作用。可以理解，储能元件和第二电容组成低通滤波器，可以使输入电压的直流分量通过，抑制输入电压的谐波分量通过。具体实现：当第三晶体管的驱动为高电平时，第三晶体管导通，储能元件被充磁，流经储能元件的电流线性增加，同时给第二电容充电，给负载提供能量。当第三晶体管的驱动为低电平时，第三晶体管关断，储能元件放电，储能元件的电流线性减少，输出电压靠第二电容放电以及减小的储能元件的电流维持。这样就可以实现小型便携式智能设备的放电。
作为一种可能的实施方式，所述电池电路还包括第四晶体管，其中：所述第四晶体管的第一端分别被耦合至所述第二开关的第二端和所述第一电容的第一端，所述第四晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第八端，所述第四晶体管的第三端被耦合至所述电池的正极，所述电池的负极被耦合至地端；所述逻辑控制电路，还用于当检测到所述外接电源输入端的电压大于或等于阈值时，控制所述第四晶体管，以使所述电池处于恒流CC充电或者恒压CV充电。
在本申请提供的方案中，电池电路除了包括电池，还可以包括第四晶体管，第四晶体管可以是电池端场效应晶体管(battery end field effect transistor，BATFET)。在电路处于充电模式时，由于充电开始时电池的电压非常低，如果充电电流不恒定，则会影响电池和充电器的寿命，所以在刚开始充电时可以使用恒定电流充电。而当电池的电量快满时，使用恒定电压充电，恒定电压值是电池充满时的端电压值，达到此电压时，电池的端电压完全等于充电器的输出电压，即使再继续充电，也充不进电了，可以防止电池过度充电。因此，在电池电路中增加一个晶体管，可以使电池的充电模式处于恒流(constant current，CC)或者恒压(constant voltage，CV)，进而可以保护电池的性能和延长电池的使用寿命。
作为一种可能的实施方式，所述电路还包括N个第三开关和N个负载，N为大于0的正整数，其中：所述储能元件的第二端还通过所述N个第三开关被耦合至所述N个负载。
在本申请提供的方案中，当电路包括一个第二开关时，该电路可以实现小型便携式智能设备有一路负载输出时的充电和放电的分时管理。当开关电路包括多个第二开关时，该电路可以实现小型便携式智能设备有多路负载输出时的充电和放电的分时管理。实现多路负载输出的充电和放电的分时管理，可以使得该电路的应用场景更加多元化。
作为一种可能的实施方式，所述电路还包括N个第二电容，其中：所述N个第二电容分别被并联耦合至所述N个负载的两端。
在本申请提供的方案中，当开关电路包括多个第二开关时，该电路可以实现小型便携式智能设备有多路负载输出时的充电和放电的分时管理，同时增加的多个第二电容分别相当于多路负载输出电路中的恒压源，起到滤波的作用。
作为一种可能的实施方式，所述储能元件为电感。
第二方面提供一种电子设备，该电子设备可以包括上述第一方面以及结合第一方面中的任一种实现方式所提供的充电电路，以及耦合于所述充电电路的分立器件。
附图说明
图1是现有技术中的一种充电管理电路的示意图；
图2是现有技术中的一种快充管理电路的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种充电电路的示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种充电电路的示意图；
图5是本申请实施例提供的又一种充电电路的示意图；
图6是本申请实施例提供的充电电路的逻辑示意图；
图7是本申请实施例提供的又一种充电电路的示意图；
图8是本申请实施例提供的又一种充电电路的示意图；
图9是本申请实施例提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行描述。本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。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申请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。
首先，为了便于理解本申请实施例，先进一步分析并提出本申请具体所要解决的技术问题。目前，关于便携式设备快充充电的技术方案如以下示例性的列举。
随着智能产品的日益发展，传统小型便携式设备，如TWS耳机、智能眼镜等的使用频率的增高和功能不断的完善，随之***对电源的消耗大幅度增大，这要求电池容量不断增长以满足长时间续航的要求，因此电源管理芯片面积和充电时间都成为了重点关注的问题。便携式设备的主要特点是方便，充电时间作为一个主要的用户体验，缩短充电时间成为了必然选择，缩短充电时间也就意味着充电电流的加大。
便携式设备通常采用锂离子电池，对锂电池的充电必须遵循正确的充电方法，错误的方法会缩短电池寿命，甚至产生安全问题。深度放电的锂电池首先会进入预充阶段，此时控制以很小的充电电流充电；超过预充阈值后，进行恒定电流(constant current，CC)充电，为了快充需求，此时的充电电流通常设为电池所能允许的最大充电电流，大多数应用 通常介于0.5C-1C之间(C是电池的容量，其单位一般为Ah或mAh)；当电池电压达到额定电压后，进行恒定电压(constant voltage，CV)充电，充电电流逐渐下降，当下降到截止电流后，充电结束。
由于便携式智能产品的飞速发展和快速迭代，现阶段大电流锂聚合物电池充电电流演进到2C-4C，已知现在电池技术可以达到10C的水平，这为充电管理的快充铺好了道路。但是传统架构限制了充电电流的提升。
请参阅图1，图1是现有技术中的一种充电管理电路的示意图。如图1所示，目前小型便携式设备市场主流的充电管理电路主要包括外接输入电源、低压差线性场效应管(low dropout field effect transistor，LDOFET)及其驱动电路、BATFET及其驱动电路、控制环路、电池、放电功率管及其驱动电路、电感和电容、负载。其中，该充电管理电路通过LDOFET和BATFET组成的线性充电器将外接输入电源给电池充电。通过放电功率管及其驱动电路、电感和电容将电池的电量给负载供电，即电池放电。线性充电器结构中的LDOFET和BATFET贡献主要功耗，且压降很大。例如，5V的输入电压，3.8V的电池电压，就要损失1.2V的压降。该方案的缺陷：线性充电器结构的充电电流小，最多可达500mA，充电时间长，无法满足快充需求。
请参阅图2，图2是现有技术中的一种快充管理电路的示意图。如图2所示，目前支持快充的便携式设备市场主流的充电管理电路主要包括外接输入电源、防倒灌管、充电功率管及驱动电路、第一电感、第一电容、BATFET及其控制电路、电池、放电功率管及其驱动电路、第二电感、第二电容和负载。其中，该快充管理电路通过防倒灌管、充电功率管及驱动电路、第一电感、第一电容、BATFET及其控制电路组成的开关型充电器(switching charger)将外接输入电源给电池充电。通过电池、放电功率管及其驱动电路、第二电感和第二电容将电池的电量给负载供电，即电池放电。该方案的缺陷：该快充管理电路的充电和放电需要分别采用一个电感实现，这样的快充管理电路由于集成面积较大，通常适用于如充电宝、手机等这样的大型便携式设备。对于小型便携式设备而言，无法适配该快充管理电路的面积。
因此，本申请实施例所要解决的技术问题可以包括如下：
1、充电电路中的储能元件可以实现小型便携式设备的快速充电；2、充电电路的充电与放电共用储能元件，使得集成面积小，可以适配于小型便携式设备；3、充电电路可以实现充电与放电的分时管理。
基于上述，本申请提供了一种充电电路及电子设备，能够实现小型便携式智能设备的快速充电。下面对充电电路进行详细的描述。
请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种充电电路的示意图。如图3所示的充电电路，可以实现小型便携式智能设备有一路负载输出时的充电和放电分时管理。如图3所示，该充电电路包括外接电源输入端、储能元件、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、负载和电池电路。其中：所述储能元件的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述储能元件的第一端还通过所述K1被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端通过所述K2被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端还通过所述K3被耦合至所述负载。
其中，K1、K2和K3，可以用于导通和关断，控制充电电路处于充电模式或放电模式。图3所示的充电电路可以实现充电和放电的分时管理，即充电电路处于充电模式和放电模式。具体的，K2导通、K1关断、K3关断，外接电源输入端、储能元件和电池电路可以实现充电电路处于充电模式。K2关断、K1导通、K3导通，电池电路、储能元件和负载可以实现充电电路处于放电模式。
外接电源的实现方式，可以是充电头***的电源接入(例如充电宝接入电源、家庭用电通过插电头的接入电源)，也可以是来源于触点式的电源，还可以是新能源通过整流出来的电源。可以理解，不同的应用场景下的外接电源可以是不同的实现方式，本申请对此不作限定。
可以理解，本申请实施例中的储能元件可以是电感L，也可以是电容C，或者其它可以实现相同功能的元器件，本申请对此不作限定。
可以理解，本申请实施例中的开关，包括K1、K2和K3，可以是实现导通和断开功能的器件。本申请实施例对开关的变现形式和形态不做具体限定。在一个实施例中，开关可以是金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)管。此时，逻辑控制电路可以连接MOS管的栅极，通过控制栅极电压来控制开关的导通或断开。再例如，本申请实施例中的开关也可以为三极管(bipolar junction transistor，BJT)，此时，逻辑控制电路可以连接三极管的基极，通过控制基极电压来控制开关的导通和断开。在另一个实施例中，开关也可以是开关电路，逻辑控制电路连接开关电路，控制开关电路的导通或断开。
在一个实施例中，K1和K3是用于控制放电电路的通/断，K1还要用于抗高压，也可以称为抗高压管。因为充电电路处于充电模式时外接电源的电压是高压电压，K1作为抗高压管，需要抗住充电电路处于充电模式时的来自外接电源的高电压，以防充电过程中的充电电压传到放电电路中。
请参阅图4，图4是本申请实施例提供的另一种充电电路的示意图。如图4所示，图3所示的充电电路还可以包括逻辑控制电路，电池电路包括电池。其中：所述逻辑控制电路的第一端P1被耦合至外接电源输入端，所述逻辑控制电路的第二端P2、第三端P3和第四端P4分别被耦合至K1的第一端、K2的第一端和K3的第一端。
当所述逻辑控制电路检测到所述外接电源输入端的电压大于或等于阈值时，充电电路处于充电模式。这时，逻辑控制电路的第三端P3通过向K2的第二端输出高电平，控制K2导通，逻辑控制电路的第二端P2通过向K1的第二端输出低电平和逻辑控制电路的第四端P4向K3的第二端输出低电平，控制K1关断和K3关断，控制外接电源为电池充电。当所述逻辑控制电路检测到所述外接电源输入端的电压小于阈值时，充电电路处于放电模式。这时，逻辑控制电路的第二端P2通过向K1的第二端输出高电平和逻辑控制电路的第四端P4向K3的第二端输出高电平，控制K1导通和K3导通，逻辑控制电路的第三端P3通过向K2的第二端输出低电平，控制K2关断，控制电池向所述负载供电。可选的，由于K1和K3是同时导通/关断，所以逻辑控制电路的第二端P2和逻辑控制电路的第四端P4可以是同一个输出端，该输出端可以同时向K1和K3的第二端输出高/低电平。
阈值可以是预先设定好的最小输入电压值V min，例如V min＝1V，即当外接电源的电压 V in≥1V时，进入充电模式，当V in＜1V时，进入放电模式。其中，V in≥V min可以包括外接电源在位的情况，例如插头的***使得有外接电源接入。V in＜V min可以包括外接电源不在位的情况，例如插头的拔出使得外接电源断开。
电池与逻辑控制电路之间可以耦合，当例如充电器插拔(外接电源不在位)的瞬间，可以保证电池向逻辑控制电路供电，从而可以保证逻辑控制电路不掉电。
请参阅图5，图5是本申请实施例提供的又一种充电电路的示意图。该图中的晶体管和开关以MOS管为例、储能元件以电感L为例进行示例说明。
在一个实施例中，在图4所示的充电电路基础上，该充电电路还可以包括第一晶体管T1、第二晶体管T2和第一电容C1。其中：T1的源极被耦合至外接电源输入端，所述T1的栅极被耦合至逻辑控制电路的第五端P5，所述T1的漏极分别被耦合至T2的漏极、L的第一端和K1的漏极，所述T2的栅极被耦合至所述逻辑控制电路的第六端P6，所述T2的源极被耦合至地端。C1的第一端分别被耦合至K2的漏极和电池电路的第一端，电池电路的第二端被耦合至地端，所述K2的源极分别被耦合至所述L的第二端和K3的漏极，所述C1的第二端被耦合至地端。(逻辑控制电路与K 1、K 2、K 3、T1、T2的耦合关系未在示例图中示意)。
逻辑控制电路的第五端P5和逻辑控制电路的第六端P6分别通过T1的栅极和T2的栅极，向T1和T2输出高/低电平信号，从而控制T1和T2的导通/关断。当充电电路处于充电模式时，外接电源输入端和L的第一端之间可以耦合两个晶体管(T1和T2)，T1可以用于防止电流倒灌回外接电源输入端，T2是快速通断的晶体管，将T2置于外接电源与电池电路之间，用于调节输入T2的电压大小，以及使用调节后的输出电压向电池电路供电。原理为：T2通过调节通断比例(占空比)来控制输出直流电压的平均值。该平均电压可以由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。L相当于一个恒流源，起传递能量作用。C1相当于恒压源，起到滤波的作用。可以理解，L和C1组成低通滤波器，可以使输入T2的电压的直流分量通过，抑制输入T2的电压的谐波分量通过。具体实现：当T2的驱动为高电平时，T2导通，L被充磁，流经L的电流线性增加，同时给C1充电，给电池电路中的电池提供能量。当T2的驱动为低电平时，T2关断，L放电，L的电流线性减少，T2的输出电压靠C1放电以及减小的L的电流维持。这样就可以实现小型便携式智能设备的充电。
可选的，该充电电路还可以包括第五晶体管T5。其中：T2的漏极被耦合至T1的漏极，所述T2的栅极被耦合至逻辑控制电路的第六端P6，所述L的第一端分别被耦合至所述T2的源极和T5的漏极，所述T5的栅极被耦合至逻辑控制电路的第九端P9，所述T5的源极被耦合至地端。逻辑控制电路的第九端P9通过T5的栅极对T5输出高/低电平信号，从而控制T5的导通/关断。当充电电路处于充电模式时，T5是快速通断的晶体管，将T2和T5共同置于外接电源与电池电路之间，用于共同调节通断比例(占空比)来控制输出直流电压的平均值。用T2和T5共同调节流经T2和T5的电压大小，即使用两个晶体管来共同调节电压大小，可以使得导通损耗较小，并且调节效率更高。
可以理解，本申请实施例中对于快速通断的晶体管的个数不作限定。可以使用一个快速通断的晶体管置于外接电源与电池电路之间，也可以使用两个快速通断的晶体管置于外接电源与电池电路之间，用于调节电压大小以及使用调节后的电压向电池电路供电。
在一个实施例中，在图4所示的充电电路基础上，该充电电路还可以包括第三晶体管T3和第二电容C2。其中：T3的源极被耦合至电池电路，所述T3的栅极被耦合至所述逻辑控制电路的第七端P7，所述T3的漏极分别被耦合至K1的源极和地端，C2的第一端分别被耦合至K3的源极和负载的第一端，K2的源极分别被耦合至所述L的第二端和所述K3的漏极，所述C2的第二端分别被耦合至地端和所述负载的第二端。(逻辑控制电路与K 1、K 2、K 3和T3的耦合关系未在示例图中示意)。逻辑控制电路的第七端P7通过T3的栅极，向T3输出高/低电平信号，从而控制T3的导通/关断。当充电电路处于放电模式时，电池电路和K1的源极之间可以耦合一个晶体管(T3)，T3是快速通断的晶体管，将T3置于电池电路和负载之间，用于调节输入T3的电压大小，以及使用调节后的输出T3的电压向负载供电。原理为：T3通过调节通断比例(占空比)来控制输出直流电压的平均值。该平均电压可以由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。L相当于一个恒流源，起传递能量作用。C2相当于恒压源，起到滤波的作用。可以理解，L和C2组成低通滤波器，可以使输入T3的电压的直流分量通过，抑制输入T3的电压的谐波分量通过。具体实现：当T3的驱动为高电平时，T3导通，L被充磁，流经L的电流线性增加，同时给C2充电，给电池电路中的电池提供能量。当T3的驱动为低电平时，T3关断，L放电，L的电流线性减少，T3的输出电压靠C2放电以及减小的L的电流维持。这样就可以实现小型便携式智能设备的放电。
可选的，该充电电路还可以包括第六晶体管T6。其中：T3的源极被耦合至电池电路，所述T3的栅极被耦合至所述逻辑控制电路的第七端P7，所述T3的漏极分别被耦合至K1的源极和T6的漏极，所述T6的栅极被耦合至所述逻辑控制电路的第十端P10，所述T6的源极被耦合至地端。逻辑控制电路的第十端P9通过T6的栅极对T6输出高/低电平信号，从而控制T6的导通/关断。当充电电路处于充电模式时，T6是快速通断的晶体管，将T3和T6共同置于电池电路和负载之间，用于共同调节通断比例(占空比)来控制输出直流电压的平均值。用T3和T6共同调节流经T3和T6的电压大小，即使用两个晶体管来共同调节电压大小，可以使得导通损耗较小，并且调节效率更高。
可以理解，本申请实施例中对于快速通断的晶体管的个数不作限定。可以使用一个快速通断的晶体管置于电池电路和负载之间，也可以使用两个快速通断的晶体管置于电池电路和负载之间，用于调节电压大小以及使用调节后的电压向负载供电。
在一个实施例中，在图4所示的充电电路基础上，该充电电路还可以包括第一晶体管T1、第二晶体管T2和第一电容C1、第三晶体管T3和第二电容C2。(逻辑控制电路与K 1、K 2、K 3、T1、T2和T3的耦合关系未在示例图中示意)。该充电电路还可以包括的T1、T2、C1、T3和C2的具体耦合关系和作用可以参照上述的描述，为避免重复，在此不再赘述。可选的，该充电电路还可以包括第五晶体管T5，T5的具体耦合关系和作用可以参照上述的描述，为避免重复，在此也不再赘述。
可选的，充电电路处于充电模式时是降压BUCK电路，充电电路处于放电模式时是降压BUCK电路。
在一个实施例中，如图4中所示的电池电路，可以具体包括电池。还可以包括第四晶体管T4。其中：T4的漏极分别被耦合至K2的漏极，所述T4的栅极被耦合至逻辑控制电路的第八端P8，所述T4的源极被耦合至电池的正极，所述电池的负极被耦合至地端。(逻辑控制电 路与T4的耦合关系未在示例图中示意)。可选的，充电电路还可以包括T1、T2和C1，则T4的漏极分别被耦合至K2的漏极和C1的第一端，C1的第二端被耦合至地端，所述T4的栅极被耦合至逻辑控制电路的第八端P8，所述T4的源极被耦合至电池的正极，所述电池的负极被耦合至地端。(逻辑控制电路与T1、T2和T4的耦合关系未在示例图中示意)。当充电电路处于充电模式时，由于充电开始时电池的电压非常低，如果充电电流不恒定，则会影响电池和充电器的寿命，所以在刚开始充电时可以使用恒定电流充电。而当电池的电量快满时，使用恒定电压充电。该恒定电压值是电池充满时的端电压值，达到此电压时，电池的端电压完全等于充电器的输出电压，即使再继续充电，也充不进电了，可以防止电池过度充电。因此，充电电路在处于充电模式时，逻辑控制电路的第八端P8可以根据电池电压向T4的栅极输出控制信号，控制所述T4，以使所述电池的充电模式处于CC或者CV。可选的，所述T4的栅极还可以被耦合至其自身的控制电路，逻辑控制电路的第八端P8可以根据电池电压通过T4栅极被耦合至的控制电路向T4的栅极输出控制信号，控制所述T4，以使所述电池的充电模式处于CC或者CV。
可以理解，本申请实施例中的晶体管，包括T1、T2、T3、T4、T5和T6，可以是实现导通和断开功能的器件。本申请实施例对开关的变现形式和形态不做具体限定。晶体管可以是三极管、场效应管、晶闸管等器件。在一个实施例中，晶体管是MOS管，此时，逻辑控制电路可以连接MOS管的栅极，通过控制栅极电压来控制晶体管的导通或断开。再例如，晶体管是BJT，此时，逻辑控制电路可以连接三极管的基极，通过控制基极电压来控制晶体管的导通和断开。
如图5所示的充电电路在导通逻辑关系中可以分为两个模式，即充电模式和放电模式。请参阅图6，图6是本申请实施例提供的充电电路的逻辑示意图。如图6所示，具体的：
充电模式和放电模式下的逻辑控制电路输出如表1所示：
表1
阶段 P2 P3 P4 P5 P6 P7
V in≥V min L H L H H L
V in＜V min H L H L L H
充电模式和放电模式下的K1、K2、K3、T1、T2和T3的开关逻辑如表2所示：
表2
阶段 K2 K1/K3 T1 T2 T3
V in≥V min 导通 关断 导通 导通 关断
V in＜V min 关断 导通 关断 关断 导通
如表1和表2所示，具体分析两个模式(充电模式和放电模式)如下：
充电模式：当逻辑控制电路检测到外接电源的输出电压V in大于或等于阈值时，进入充电模式。阈值可以是预先设定好的最小输入电压值V min，如V min＝1V，即当V in≥1V时，进入充电过程。例如，当V in＝10V时，逻辑控制电路通过P2、P3、P4、P5、P6和P7向分别向K1的栅极输出低电平，向K2的栅极输出高电平，向K3的栅极输出低电平，向T1的栅极输出高电平，向T2的栅极输出高电平，向T3的栅极输出低电平，以使得K2导通、K1和K3关断、T1导通、T2导通和T3关断。此时K1关断以防止充电过程中的高压传到放电电路，K3 关断以防止充电过程中的电压传到负载。如图6的(a)所示，T1导通，T2导通，充电电流I 1由外接电源输入端V in输入流过L，K2导通，I 1通过K2，给电池BAT充电。
放电模式：当逻辑控制电路检测到外接电源的输出电压V in小于阈值时，进入放电模式。阈值可以是预先设定好的最小输入电压值V min，如V min＝1V，即当V in＜1V时或者外接电源不在位时，进入放电过程。例如，当V in＝0V时，逻辑控制电路通过P2、P3、P4、P5、P6和P7向分别向K1的栅极输出高电平，向K2的栅极输出低电平，向K3的栅极输出高电平，向T1的栅极输出低电平，向T2的栅极输出低电平，向T3的栅极输出高电平，以使得K2关断、K1和K3导通、T1关断、T2关断和T3导通。此时K2关断以防止电池电压与负载输出点互通，T1关断以防止电流倒灌到V in端。如图6的(b)所示，T3导通，电池输出的放电电流I 2流经T3，K1导通，I 2通过K1后流经L，K3导通，I 2通过K3后为负载供电。
请参阅图7，图7是本申请实施例提供的又一种充电电路的示意图。图7是对图3所示的充电电路的优化，如图7所示的充电电路，可以实现小型便携式智能设备有多路(SIMO)负载输出时的充电和放电分时管理。如图7所示，该充电电路包括外接电源输入端、储能元件、第一开关K1、第二开关K2、N个第三开关(K3 1、K3 2、…、K3 N)、N个负载和电池电路，N为大于1的正整数。其中：所述储能元件的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述储能元件的第一端还通过所述K1被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端通过所述K2被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端还通过所述K3 1、K3 2、…、K3 N被分别耦合至所述N个负载。
其中：K1、K2和K3 1、K3 2、…、K3 N，可以用于导通和关断，控制充电电路处于充电模式或放电模式。在充电电路处于放电模式时，N个第三开关可以用于N个负载输出的导通或关断。图7所示的充电电路可以实现充电和放电的分时管理，即充电电路处于充电模式和放电模式。具体的，K2导通、K1关断、N个第三开关关断，外接电源输入端、储能元件和电池电路可以实现充电电路处于充电模式。K2关断、K1导通、一个或i个第三开关导通，i≤N，电池电路、储能元件和一路或i路负载可以实现充电电路处于放电模式。
外接电源的实现方式，可以是充电头***的电源接入(例如充电宝接入电源、家庭用电通过插电头的接入电源)，也可以是来源于触点式的电源，还可以是新能源通过整流出来的电源。可以理解，不同的应用场景下的外接电源可以是不同的实现方式，本申请对此不作限定。
可以理解，本申请实施例中的储能元件可以是电感L，也可以是电容C，或者其它可以实现相同功能的元器件，本申请对此不作限定。
可以理解，本申请实施例中的开关，包括K1、K2和N个第三开关，可以是实现导通和断开功能的器件。本申请实施例对开关的变现形式和形态不做具体限定。在一个实施例中，开关可以是金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)管。此时，逻辑控制电路可以连接MOS管的栅极，通过控制栅极电压来控制开关的导通或断开。再例如，本申请实施例中的开关也可以为三极管(bipolar junction transistor，BJT)，此时，逻辑控制电路可以连接三极管的基极，通过控制基极电压来控制开关的导通和断开。在另一个实施例中，开关也可以是开关电路，逻辑控制电路连接开关电路，控制开关电路的导通或断开。
在一个实施例中，K1和N个第三开关是用于控制放电电路的通/断，K1还要用于抗高压，也可以称为抗高压管。因为充电电路处于充电模式时外接电源的电压是高压电压，K1作为抗高压管，需要抗住充电电路处于充电模式时的来自外接电源的高电压，以防充电过程中的充电电压传到放电电路中。
在一个实施例中，图7所示的充电电路还可以包括逻辑控制电路，电池电路包括电池。所述逻辑控制电路的第一端P1被耦合至外接电源输入端，所述逻辑控制电路的第二端P2、第三端P3和N个第四端P4分别被耦合至K1的第一端、K2的第一端和N个第三开关的第一端。
当所述逻辑控制电路检测到所述外接电源输入端的电压大于或等于阈值时，充电电路处于充电模式。这时，逻辑控制电路的第三端P3通过向K2的第二端输出高电平，控制K2导通，逻辑控制电路的第二端P2通过向K1的第二端输出低电平和逻辑控制电路的N个第四端P4分别向N个第三开关的第二端输出低电平，控制K1关断和N个第三开关关断，控制外接电源为电池充电。当所述逻辑控制电路检测到所述外接电源输入端的电压小于阈值时，充电电路处于放电模式。这时，逻辑控制电路的第二端P2通过向K1的第二端输出高电平和逻辑控制电路的i个第四端P4向i个第三开关的第二端输出高电平，控制K1导通和i个第三开关导通，逻辑控制电路的第三端P3通过向K2的第二端输出低电平，控制K2关断，控制电池向i路负载供电。可选的，由于K1和i个第三开关是同时导通/关断，所以逻辑控制电路的第二端P2和逻辑控制电路的i个第四端P4可以是同一个输出端，该输出端可以同时向K1和i个第三开关的第二端输出高/低电平。
阈值可以是预先设定好的最小输入电压值V min，例如V min＝1V，即当外接电源的电压V in≥1V时，进入充电模式，当V in＜1V时，进入放电模式。其中，V in≥V min可以包括外接电源在位的情况，例如插头的***使得有外接电源接入。V in＜V min可以包括外接电源不在位的情况，例如插头的拔出使得外接电源断开。
电池与逻辑控制电路之间可以耦合，当例如充电器插拔(外接电源不在位)的瞬间，可以保证电池向逻辑控制电路供电，从而可以保证逻辑控制电路不掉电。
请参阅图8，图8是本申请实施例提供的又一种充电电路的示意图。图8是图5的优化。该图中的晶体管和开关以MOS管为例、储能元件以电感L为例进行示例说明。如图8所示的充电电路，可以实现小型便携式智能设备有多路(SIMO)负载输出时的充电和放电分时管理。详细的实施例的描述可以参考上述图5的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
如图8所示的充电电路在导通逻辑关系中可以分为两个模式，即充电模式和放电模式。详细的导通逻辑描述可以参考上述图6的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
以上介绍了本申请实施例的充电电路，以下介绍应用所述充电电路可能的产品形态。应理解，但凡具备应用上述图3-图8所述充电电路的任何形态的产品，都落入本申请的保护范围。还应理解，以下介绍仅为举例，不限制本申请实施例的产品形态仅限于此。
作为一种可能的产品形态，请参阅图9，图9是本申请实施例提供的一种电子设备的示意图。如图9所示，电子设备可以是穿戴类智能设备，如可佩戴智能眼镜、蓝牙耳机、智能手环/手表等，也可以是便携式家电，还可以是便携式家居用品，如智能牙刷等。
作为一种可能的产品形态，上述图3-图8所述的充电电路还可以是集成于如图9所示的电子设备中的芯片/模块/单元。该充电电路也可以集成在除图9所示的电子设备之外的有充电和放电功能的电池管理单元中，如集成在有专门的充电芯片和放电芯片的两颗芯片的设备中。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

  1. 一种充电电路，其特征在于，包括外接电源输入端、储能元件、第一开关、第二开关、第三开关、负载和电池电路，所述储能元件的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述储能元件的第一端还通过所述第一开关被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端通过所述第二开关被耦合至所述电池电路，所述储能元件的第二端还通过所述第三开关被耦合至所述负载。
  2. 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括逻辑控制电路，所述电池电路包括电池，其中：
    所述逻辑控制电路的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述逻辑控制电路的第二端、第三端和第四端分别被耦合至所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端和所述第三开关的第一端；
    所述逻辑控制电路，用于当检测到所述外接电源输入端的电压大于或等于阈值时，控制所述第二开关导通、所述第一开关关断和所述第三开关关断，控制外接电源为所述电池充电；
    所述逻辑控制电路，还用于当检测到所述所述外接电源输入端的电压小于所述阈值时，控制所述第一开关导通、所述第三开关导通和所述第二开关关断，控制所述电池向所述负载供电。
  3. 根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第一晶体管、第二晶体管和第一电容，其中：
    所述第一晶体管的第一端被耦合至所述外接电源输入端，所述第一晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第五端，所述第一晶体管的第三端分别被耦合至所述第二晶体管的第一端、所述储能元件的第一端和所述第一开关的第二端，所述第二晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第六端，所述第二晶体管的第三端被耦合至地端，所述第一电容的第一端分别被耦合至所述第二开关的第二端和所述电池电路的第一端，所述电池电路的第二端被耦合至地端，所述第二开关的第三端分别被耦合至所述储能元件的第二端和所述第三开关的第二端，所述第一电容的第二端被耦合至地端。
  4. 根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第三晶体管和第二电容，其中：
    所述第三晶体管的第一端被耦合至所述电池电路，所述第三晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第七端，所述第三晶体管的第三端分别被耦合至所述第一开关的第三端和地端，所述第二电容的第一端分别被耦合至所述第三开关的第二端和所述负载的第一端，所述第二开关的第三端分别被耦合至所述储能元件的第二端和所述第三开关的第二端，所述第二电容的第二端分别被耦合至地端和所述负载的第二端。
  5. 根据权利要求2-4任意一项所述的电路，其特征在于，所述电池电路还包括第四晶体管，其中：
    所述第四晶体管的第一端分别被耦合至所述第二开关的第二端，所述第四晶体管的第二端被耦合至所述逻辑控制电路的第八端，所述第四晶体管的第三端被耦合至所述电池的正极，所述电池的负极被耦合至地端；
    所述逻辑控制电路，还用于当检测到所述外接电源输入端的电压大于或等于阈值时，控制所述第四晶体管，以使所述电池处于恒流CC充电或者恒压CV充电。
  6. 根据权利要求1-5所述任意一项所述的电路，其特征在于，所述电路还包括N个第三开关和N个负载，N为大于0的正整数，其中：
    所述储能元件的第二端还通过所述N个第三开关被耦合至所述N个负载。
  7. 根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电路还包括N个第二电容，其中：
    所述N个第二电容分别被并联耦合至所述N个负载的两端。
  8. 根据权利要求1-7任意一项所述的电路，其特征在于，所述储能元件为电感。
  9. 一种电子设备，其特征在于，包括：
    如权利要求1-8任意一项所述的充电电路，以及耦合于所述充电电路的分立器件。
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