CN104935034A - 开关脉冲式充电装置、方法及终端 - Google Patents

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李城铭
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Abstract

本发明公开了一种开关脉冲式充电装置、方法及终端，该装置包括开关电路，包括输入端、输出端及控制端，输入端连接电源，输出端连接电池；控制装置，连接开关电路的控制端及电池，用于监测电池的电压，并在电池的电压小于预设电压值时打开开关电路，由电源直接给电池充电；或在电池的电压大于或等于预设电压值时周期性的打开或关闭开关电路，由电源周期性的给电池充电。通过上述方式，本发明能够对电池进行快速充电，降低热耗。

Description

开关脉冲式充电装置、方法及终端
技术领域
本发明涉及充电领域，特别是涉及一种开关脉冲式充电装置、方法及终端。
背景技术
随着智能移动终端的发展，智能移动终端的功能越来越多，导致其耗电也越来越快，而充电往往需要花费很长的时间，快速充电越来越流行。
现有技术包括开关充电和线性充电，其中开关充电的效率为85％左右，而线性充电的效率通常在70％左右，按照2A的充电电流来算，也差不多有1.5W的热耗，其热耗过大。
另一种是采用可变充电器和组合充电管理组成，当电池电压达到一定的值以后，如4.35V，通过然后通过QC2.0协议，由CPU或者MPU控制充电器的限制电流，当电池电压重新充到4.35V后，以设置好的充电电流完成后续的恒流恒压充电过程。但这种充电方式的热耗仍然比较大，同时占用终端的PCB面积，增加成本。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种开关脉冲式充电装置、方法及终端，能够对电池进行快速充电，降低热耗。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种开关脉冲式充电装置，充电装置包括：开关电路，包括输入端、输出端及控制端，输入端连接电源，输出端连接电池；控制装置，连接开关电路的控制端及电池，用于监测电池的电压，并在电池的电压小于预设电压值时打开开关电路，由电源直接给电池充电；或在电池的电压大于或等于预设电压值时周期性的打开或关闭开关电路，由电源周期性的给电池充电。
其中，开关电路包括：第一晶体管Q1，其漏极连接电源，其源极连接第一电阻R1的第一端；第二晶体管Q2，其源极连接第一晶体管Q1的源极，其漏极连接电池；第三晶体管Q3，其源极连接第一电阻R1的第二端、第一晶体管Q1的栅极及第二晶体管Q2的栅极，其漏极接地，其栅极连接控制装置。
其中，第三晶体管Q3的漏极和栅极之间还连接有第二电阻R2。
其中，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2及第三晶体管Q3的源极和漏极之间均连接一反向的二极管。
其中，控制装置为CPU或MPU。
其中，其特征在于，预设电压值为4.35V。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种移动终端，移动终端包括如上的开关脉冲式充电装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种开关脉冲式充电方法，其特征在于，方法包括：控制器监测电池的电压；根据监测到的电压控制开关电路的打开或关闭，当电池的电压小于预设电压值时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电；或当电池的电压大于或等于预设电压值时，控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由电源周期性的给电池充电。
其中，当电池的电压小于预设电压值时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电步骤，具体为：当电池的电压小于预设电压值时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电；当电池的电压大于或等于预设电压值时，控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由电源周期性的给电池充电。
其中，当电池的电压小于预设电压值时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电步骤，具体为：当电池的电压小于4.35V时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电；当电池的电压小于预设电压值时，当电池的电压大于或等于预设电压值时，控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由电源周期性的给电池充电步骤，具体为：当电池的电压大于或等于4.35V时，控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由电源周期性的给电池充电。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种开关脉冲式充电装置，充电装置包括：开关电路，包括输入端、输出端及控制端，输入端连接电源，输出端连接电池；控制装置，连接开关电路的控制端及电池，用于监测电池的电压，并在电池的电压小于预设电压值时打开开关电路，由电源直接给电池充电；或在电池的电压大于或等于预设电压值时周期性的打开或关闭开关电路，由电源周期性的给电池充电。通过上述方式能够在电池电压不同的阶段分别采用恒流充电和脉冲充电两种方式对电池充电，在实现超大电流快速充电的同时，能够降低热耗，减小电子设备PCB的面积，设计简单，从而降低成本。
附图说明
图1是本发明开关脉冲式充电装置第一实施方式的结构示意图；
图2是本发明开关脉冲式充电装置第一实施方式中充电电流-时间，电池电压-时间的曲线示意图；
图3是本发明开关脉冲式充电装置第二实施方式中开关电路的示意图；
图4是本发明移动终端一实施方式的结构示意图；
图5是本发明开关脉冲式充电方法第一实施方式的流程示意图；
图6是本发明开关脉冲式充电方法第二实施方式的流程示意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明开关脉冲式充电装置第一实施方式的结构示意图，该装置包括：
开关电路110，包括输入端111、输出端112及控制端113，输入端111连接电源120，输出端1120连接电池130；控制装置140，连接开关电路110的控制端113及电池130，用于监测电池130的电压，并在电池130的电压小于预设电压值时打开开关电路110，由电源120直接给电池130充电；或在电池130的电压大于或等于预设电压值时周期性的打开或关闭开关电路110，由电源120周期性的给电池130充电。
其中，电源120可以是电子设备通过数据线或者充电线连接到外部的220V电源、充电宝电源或其他设备，并通过USB接口转化为适合电子设备的电压值，例如大多数手机的5V充电电压。
控制装置140，用于监测电池130的电压，并根据电池130的电压来控制开关电路110的开启或关闭。具体地，控制装置140可以向开关电路110的控制端113发送不同的控制信号以控制开关电路110的开启或关闭，其中，开启和关闭是指输入端111和输出端112的导通和截止；导通时，由电源120直接给电池130充电；截止时，不对电池130充电；若开关电路112周期性的导通或截止，电源则会提供一个脉冲式的电流对电池130进行脉冲式充电。
参阅图2，本发明开关脉冲式充电装置第一实施方式中充电电流-时间，电池电压-时间的曲线示意图。
为了表示电流与电压的对应关系，图2中将电流和电压的变化曲线表示在同一坐标系中，其中横坐标为充电时间，纵坐标为充电过程中的电流值和电压值。
在电池130的电压小于预设电压值时，即图2中T1时间之前，控制装置140控制打开开关电路110，由电源120直接给电池130充电，此时为恒流充电；
在电池130的电压大于或等于预设电压值时，即图2中T1时间之后，控制装置140周期性的控制打开或关闭开关电路110，由电源120周期性的给电池130充电，此时为脉冲电流充电。
理论上在充电时电池中产生的极化电压会阻碍其本身的充电，特别是快充后期，使出气率和温升显着升高，极化电压的大小是随充电电流的变化而改变的，当停止充电时，电阻极化消失浓差极化和电化学极化亦逐渐减弱；而如果为电池提供一条放电通道让其反向放电，则电化学极化将迅速消失，同时蓄电池内温度也因放电而降低。因此，蓄电池充电过程中，适时地暂停充电，就可迅速而有效地消除各种极化电压，从而提高充电速度。
区别于现有技术，本实施方式提供一种开关脉冲式充电装置，充电装置包括：开关电路，包括输入端、输出端及控制端，输入端连接电源，输出端连接电池；控制装置，连接开关电路的控制端及电池，用于监测电池的电压，并在电池的电压小于预设电压值时打开开关电路，由电源直接给电池充电；或在电池的电压大于或等于预设电压值时周期性的打开或关闭开关电路，由电源周期性的给电池充电。通过上述方式能够在电池电压不同的阶段分别采用恒流充电和脉冲充电两种方式对电池充电，在实现超大电流快速充电的同时，能够降低热耗，减小电子设备PCB的面积，设计简单，从而降低成本。
参阅图3，本发明开关脉冲式充电装置第二实施方式中开关电路的示意图，该开关电路包括：
第一晶体管Q1，其漏极连接电源，其源极连接第一电阻R1的第一端；第二晶体管Q2，其源极连接第一晶体管Q1的源极，其漏极连接电池；第三晶体管Q3，其源极连接第一电阻R1的第二端、第一晶体管Q1的栅极及第二晶体管Q2的栅极，其漏极接地，其栅极连接控制装置。
其中，第三晶体管Q3的漏极和栅极之间还连接有第二电阻R2。
其中，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2及第三晶体管Q3的源极和漏极之间均连接一反向的二极管。
结合上一实施方式及图1，第一晶体管Q1的漏极连接电源即为USB-VBUS-IN输入端，第二晶体管Q2的漏极连接的电池为VBAT-CON输出端，第三晶体管Q3的栅极连接的控制装置即为CPU或者MPU的QC-MOS-EN接口。
下面以第一晶体管Q1及第二晶体管Q2为P-MOS，第三晶体管Q3为N-MOS为例：
在实施过程中，当电池电压小于4.35V时，QC-MOS-EN端输入高电平，此时第三晶体管Q3导通，第一晶体管Q1及第二晶体管Q2的栅极接地，以使第一晶体管Q1及第二晶体管Q2导通，VBAT-CON直接给电池充电；
当电池电压大于或等于4.35V时，QC-MOS-EN端周期性的输入高电平，即脉冲电流，此时第三晶体管Q3周期性的导通，以使第一晶体管Q1及第二晶体管Q2也是周期性的导通，VBAT-CON则输入脉冲式电路对电池充电。
另外，在进入脉冲式充电阶段后，CPU或者MPU可以继续监测电池的电压，可以是当电池电压达到另一个设定值后停止充电，或者脉冲充电一段时候后停止充电。
参阅图4，本发明开移动终端一实施方式的结构示意图，该终端包括电池401、开关电路402、USB接口403及CPU404。
该实施方式是将上述实施方式的开关脉冲式充电装置运用到移动终端中，USB接口403连接外部电源，CPU404即为控制装置，其他实施方式类似，这里不再赘述。
参阅图5，本发明开关脉冲式充电方法第一实施方式的流程示意图，该方法包括：
步骤501：控制器监测电池的电压；
步骤502：根据监测到的电压控制开关电路的打开或关闭，当电池的电压小于预设电压值时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电；
步骤503：当电池的电压大于或等于预设电压值时，控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由电源周期性的给电池充电。
其中，步骤502和步骤503为两个并列的步骤，选择其中之一进行。
参阅图6，本发明开关脉冲式充电方法第二实施方式的流程示意图，该方法包括：
步骤601：控制器监测电池的电压；
步骤602：当电池的电压小于预设电压值时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电；
步骤603：当电池的电压大于或等于预设电压值时，控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由电源周期性的给电池充电。
其中步骤602及步骤603为前后顺序进行，预设电压值可以为4.35V，也可以是其他预设电压。
区别于现有技术，本实施方式提供一种开关脉冲式充电方法，该方法包括：控制器监测电池的电压；根据监测到的电压控制开关电路的打开或关闭，当电池的电压小于预设电压值时，控制器控制开关电路打开，由电源直接给电池充电；或当电池的电压大于或等于预设电压值时，控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由电源周期性的给电池充电。通过上述方式能够在电池电压不同的阶段分别采用恒流充电和脉冲充电两种方式对电池充电，在实现超大电流快速充电的同时，能够降低热耗，减小电子设备PCB的面积，设计简单，从而降低成本。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种开关脉冲式充电装置，其特征在于，所述充电装置包括：
开关电路，包括输入端、输出端及控制端，所述输入端连接电源，所述输出端连接电池；
控制装置，连接所述开关电路的控制端及所述电池，用于监测所述电池的电压，并在所述电池的电压小于预设电压值时打开所述开关电路，由所述电源直接给所述电池充电；或在所述电池的电压大于或等于预设电压值时周期性的打开或关闭所述开关电路，由所述电源周期性的给所述电池充电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关电路包括：
第一晶体管(Q1)，其漏极连接所述电源，其源极连接第一电阻(R1)的第一端；
第二晶体管(Q2)，其源极连接所述第一晶体管(Q1)的源极，其漏极连接所述电池；
第三晶体管(Q3)，其源极连接所述第一电阻(R1)的第二端、第一晶体管(Q1)的栅极及第二晶体管(Q2)的栅极，其漏极接地，其栅极连接所述控制装置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三晶体管(Q3)的漏极和栅极之间还连接有第二电阻(R2)。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一晶体管(Q1)、第二晶体管(Q2)及第三晶体管(Q3)的源极和漏极之间均连接一反向的二极管。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置为CPU或MPU。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预设电压值为4.35V。
7.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括如权利要求1-6任一项所述的开关脉冲式充电装置。
8.一种开关脉冲式充电方法，其特征在于，所述方法包括：
控制器监测电池的电压；
根据监测到的电压控制开关电路的打开或关闭，当所述电池的电压小于预设电压值时，所述控制器控制开关电路打开，由所述电源直接给所述电池充电；或
当所述电池的电压大于或等于预设电压值时，所述控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由所述电源周期性的给所述电池充电。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述当所述电池的电压小于预设电压值时，所述控制器控制开关电路打开，由所述电源直接给所述电池充电步骤，具体为：
当所述电池的电压小于预设电压值时，所述控制器控制开关电路打开，由所述电源直接给所述电池充电；
当所述电池的电压大于或等于预设电压值时，所述控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由所述电源周期性的给所述电池充电。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述当所述电池的电压小于预设电压值时，所述控制器控制开关电路打开，由所述电源直接给所述电池充电步骤，具体为：
当所述电池的电压小于4.35V时，所述控制器控制开关电路打开，由所述电源直接给所述电池充电；
所述当所述电池的电压小于预设电压值时，所述当所述电池的电压大于或等于预设电压值时，所述控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由所述电源周期性的给所述电池充电步骤，具体为：
当所述电池的电压大于或等于4.35V时，所述控制器控制开关电路周期性的打开或关闭，由所述电源周期性的给所述电池充电。
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