CN204216600U - 同步升降压电池充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种同步升降压电池充电装置，包括直流输入电路、MCU控制电路、升压电路、降压电路和充电电池，直流输入电路的输入端接于外接的充电适配器的输出端，直流输入电路的输出端和充电电池的输出端接于MCU控制电路的输入端，直流输入电路的输出端还接于升压电路的输入端和降压电路的输入端；直流输入电路为MCU控制电路提供直流电源，MCU控制电路对充电电池的电压进行采样，并根据采样结果控制升压电路或降压电路工作，升压电路或降压电路对充电电池进行充电。本实用新型能接受高于或低于电池电压的直流电源输入，通过同步降压或升压实现对可充电电池进行充电。不管是降压充电还是升压充，均采用同步方式，效率高，线路损耗低。

Description

同步升降压电池充电装置

技术领域

本实用新型涉及电池充电装置，具体涉及一种具有同步升降压功能的电池充电装置。

背景技术

现今，移动电源朝着输出多种电压、兼容多种输入电压的方向发展，以适应不同场合的应用需求。比如：目前大多数场合，移动电源只能输出5V，实际上笔记本电脑或一些平板电脑，其输入电压不是5V，则无法使用目前的移动电源。充电也是一样，用户有5V的适配器，也有用于平板或笔记本的更高电压的适配器。

同时，现有的移动电源还遇到以下问题：1.要输出高压，电池电压必须够高，如果输入电压低于电池电压，则需要升压充电；2.实际使用时，输入电压有可能会高于电池电压，这时就需要降压充电；3.针对这个需求，必然需求一种能升压又能降压的充电电路。因此，如何设计出一种高效，成本又低的充电电路是目前本行业的一个追求目标。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出既能升压又能降压的升降压电池充电装置，且对其电路结构进行优化，使其升压和降压实现同步，从而提供一种既高效成本又低的电池充电装置。

为了实现上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，同步升降压电池充电装置，包括直流输入电路、MCU控制电路、升压电路、降压电路和充电电池，直流输入电路的输入端接于外接的充电适配器的输出端，用于接收输入的直流电源，直流输入电路的输出端和充电电池的输出端接于MCU控制电路的输入端，直流输入电路的输出端还接于升压电路的输入端和降压电路的输入端；直流输入电路为MCU控制电路提供直流电源，MCU控制电路对充电电池的电压进行采样，并根据采样结果控制升压电路或降压电路工作，升压电路或降压电路对充电电池进行充电。该同步升降压电池充电装置接收外界的直流输入，并通过MCU控制电路的智能控制，将其转换成合适的电压电平对充电电池进行充电，因此本实用新型的充电装置能接受高于或低于充电电池的电压的直流电源输入。

其中，所述MCU控制电路采用同步降压-升压型电池充电控制芯片实现。采用MCU控制电路进行输入电压和电池电压的采样、比对，根据比对的结果以决定是采用升压还是降压的驱动方式。

进一步的，所述降压电路包括极性电容C1、场效应管Q1、场效应管Q3、电感L1、极性电容C2，极性电容C1的正极和场效应管Q1的D极连接至直流输入电路，极性电容C1的负极接地，场效应管Q1的G极连接MCU控制电路的第一PWM驱动端，场效应管Q1的S极连接电感L1的一端以及场效应管Q3的D极，场效应管Q3的G极连接MCU控制电路的第二PWM驱动端，L1的另一端连接至升压电路；场效应管Q3的S极接地。该降压电路中，采用极性电容C1、场效应管Q1、场效应管Q3、电感L1、极性电容C2，也即2个电容，2个开关MOS管(场效应管)，一个电感，即可实现降压充电。

进一步的，所述升压电路包括极性电容C1、场效应管Q2、场效应管Q4、电感L1、极性电容C2，极性电容C1的正极连接至直流输入电路，极性电容C1的负极接地，场效应管Q2的G极连接MCU控制电路的第三PWM驱动端，场效应管Q4的G极连接MCU控制电路的第四PWM驱动端，场效应管Q2的D极和场效应管Q4的D极连接电感L1的另一端，场效应管Q4的S极接地；场效应管Q2的S极连接至充电电池的电源端，用以进行电池电压检测和充电电流检测。该升压电路中，采用极性电容C1、场效应管Q2、场效应管Q4、电感L1、极性电容C2，也即2个电容，2个开关MOS管(场效应管)，一个电感，即可实现升压充电。

由上述的升压电路和降压电路的组成可知，其共用极性电容C1、电感L1、极性电容C2，然后各自分别采用两个开关MOS管，与MCU控制电路一起，构成同步升降压的充电装置。

本实用新型采用上述方案，能接受高于或低于电池电压的直流电源输入，通过同步降压或升压实现对可充电电池进行充电。同时，不管是降压充电还是升压充，均采用同步方式，效率高，线路损耗低。另外，本实用新型的构思巧妙，电路结构简单，易于实现，成本低廉，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的同步升降压电池充电装置的电路模块框图；

图2为本实用新型的同步升降压电池充电装置的电路原理图；

图3为本实用新型的同步升降压电池充电装置的原理示意图(输入电压高于电池电压)；

图4为本实用新型的同步升降压电池充电装置的原理示意图(输入电压低于电池电压)。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型的同步升降压电池充电装置，参见图1，其包括直流输入电路、MCU控制电路、升压电路、降压电路和充电电池，直流输入电路的输入端接于外接的充电适配器的输出端，用于接收输入的直流电源，直流输入电路的输出端和充电电池的输出端接于MCU控制电路的输入端，直流输入电路的输出端还接于升压电路的输入端和降压电路的输入端；直流输入电路为MCU控制电路提供直流电源，MCU控制电路对充电电池的电压进行采样，并根据采样结果控制升压电路或降压电路工作，升压电路或降压电路对充电电池进行充电。该同步升降压电池充电装置接收外界的直流输入，并通过MCU控制电路的智能控制，将其转换成合适的电压电平对充电电池进行充电，因此本实用新型的充电装置能接受高于或低于充电电池的电压的直流电源输入。

其中，所述MCU控制电路采用同步降压-升压型电池充电控制芯片实现。采用MCU控制电路进行输入电压和电池电压的采样、比对，根据比对的结果以决定是采用升压还是降压的驱动方式。

作为一个具体的实例，参加图2，同步升降压电池充电装置包括极性电容C1、极性电容C2、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电感L1、电池BT1以及电阻R1。

其中，降压电路包括极性电容C1、场效应管Q1、场效应管Q3、电感L1、极性电容C2，极性电容C1的正极和场效应管Q1的D极连接至直流输入电路，极性电容C1的负极接地，场效应管Q1的G极连接MCU控制电路的第一PWM驱动端，场效应管Q1的S极连接电感L1的一端以及场效应管Q3的D极，场效应管Q3的G极连接MCU控制电路的第二PWM驱动端，L1的另一端连接至升压电路；场效应管Q3的S极接地。该降压电路中，采用极性电容C1、场效应管Q1、场效应管Q3、电感L1、极性电容C2，也即2个电容，2个开关MOS管(场效应管)，一个电感，即可实现降压充电(MOS是指一种半导体元器件，在控制信号的作用下可以实现开关功能)。

升压电路包括极性电容C1、场效应管Q2、场效应管Q4、电感L1、极性电容C2，极性电容C1的正极连接至直流输入电路，极性电容C1的负极接地，场效应管Q2的G极连接MCU控制电路的第三PWM驱动端，场效应管Q4的G极连接MCU控制电路的第四PWM驱动端，场效应管Q2的D极和场效应管Q4的D极连接电感L1的另一端，场效应管Q4的S极接地；场效应管Q2的S极连接至充电电池的电源端，用以进行电池电压检测和充电电流检测。该升压电路中，采用极性电容C1、场效应管Q2、场效应管Q4、电感L1、极性电容C2，也即2个电容，2个开关MOS管(场效应管)，一个电感，即可实现升压充电。

由上述的升压电路和降压电路的组成可知，其共用极性电容C1、电感L1、极性电容C2，然后各自分别采用两个开关MOS管，与MCU控制电路一起，构成同步升降压的充电装置。

情形1：当MCU控制电路检测到输入电压高于电池电压时

参见图3，当MCU控制电路检测到输入电压高于电池电压时，场效应管Q4的MOS断开，场效应管Q2的MOS接通。此时：

第一个周期：场效应管Q1的MOS接通时，场效应管Q3的MOS断开，输入的高压电压通过场效应管Q1向L1以及C2和电池充电。

第二个周期：场效应管Q1的MOS断开，场效应管Q3的MOS打开，由于电感L1上的电流不能突变，场效应管Q3起到一个续流的作用，电感L1向极性电池C2和电池BT1充电。

周期一和周期二循环进行，通过控制第一周期和第二周期的时间占比实现输出电压降压的要求，提供给电池合适的充电电压。但这个过程中由于都是采用MOS开关管来导通的，线路压降和损耗会减到紧小，即所谓的同步降压。

该装置中，极性电容C1为输入电容，场效应管Q1为PMOS，场效应管Q3为NMOS，电感L1用于储能电感，场效应管Q4为NMOS，场效应管Q2为PMOS，极性电容C2为输出电容，电阻R1为电流检测电阻，MCU控制电路用于控制整个电路的运转。通过识别VCC_IN与VCC_BAT的电压差异，分别启动场效应管Q1/场效应管Q3或场效应管Q2/场效应管Q4的MOS来实现对电池阻的充电，此电路结构简单，所用元件数量少，采用同步的方式，充电效率高，可以实现***格和性能上的优势。

情形2：当MCU控制电路检测到输入电压低于电池电压时：

参见图4，当MCU控制电路检测到输入电压低于电池电压时，场效应管Q3的MOS断开，场效应管Q1的MOS接通。此时：

第一个周期：场效应管Q4的MOS接通时，场效应管Q2的MOS断开，输入的低压电压通过电感L1、场效应管Q4给电感L1充电。

第二个周期：场效应管Q4的MOS断开，场效应管Q2的MOS打开，由于电感L1上的电流不能突变，电感L1上的电势与输入电压叠加一起通过场效应管Q2给极性电容C2和电池BT1充电。

周期一和周期二循环进行，通过控制第一周期和第二周期的时间占比实现输出电压升压的要求，提供给电池合适的充电电压。但这个过程中由于都是采用MOS开关管来导通的，线路压降和损耗会减到紧小，即所谓的同步升压。

由上可知，本实用新型能采用同一个的输入电容(极性电容C1)、输出电容(极性电容C2)，采一个电感(电感L1)，通过控制不同的MOS管(场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4)，实现高效的同步升压或降压电池充电功能。当输入电压大于电池电压时，采用同步降压模式充电。前后电压压差不一样，通过2个MOS的开关的占空比(占空比是指方波信号中高电平与低电平的比例)来实现调节。当输入电压小于电池电压时，采用同步升压模式充电。前后电压压差不一样，通过2个MOS的开关的占空比来实现调节。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.同步升降压电池充电装置，其特征在于：包括直流输入电路、MCU控制电路、升压电路、降压电路和充电电池；

直流输入电路的输入端接于外接的充电适配器的输出端，用于接收输入的直流电源；

直流输入电路的输出端和充电电池的输出端接于MCU控制电路的输入端，直流输入电路的输出端还接于升压电路的输入端和降压电路的输入端；直流输入电路为MCU控制电路提供直流电源，MCU控制电路对充电电池的电压进行采样，并根据采样结果控制升压电路或降压电路工作；

升压电路或降压电路对充电电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的同步升降压电池充电装置，其特征在于：所述MCU控制电路采用同步降压-升压型电池充电控制芯片实现。

3.根据权利要求2所述的同步升降压电池充电装置，其特征在于：所述降压电路包括极性电容C1、场效应管Q1、场效应管Q3、电感L1、极性电容C2，极性电容C1的正极和场效应管Q1的D极连接至直流输入电路，极性电容C1的负极接地，场效应管Q1的G极连接MCU控制电路的第一PWM驱动端，场效应管Q1的S极连接电感L1的一端以及场效应管Q3的D极，场效应管Q3的G极连接MCU控制电路的第二PWM驱动端，L1的另一端连接至升压电路；场效应管Q3的S极接地。

4.根据权利要求3所述的同步升降压电池充电装置，其特征在于：所述升压电路包括极性电容C1、场效应管Q2、场效应管Q4、电感L1、极性电容C2，极性电容C1的正极连接至直流输入电路，极性电容C1的负极接地，场效应管Q2的G极连接MCU控制电路的第三PWM驱动端，场效应管Q4的G极连接MCU控制电路的第四PWM驱动端，场效应管Q2的D极和场效应管Q4的D极连接电感L1的另一端，场效应管Q4的S极接地；场效应管Q2的S极连接至充电电池的电源端，用以进行电池电压检测和充电电流检测。