CN105762865B - 一种充电装置及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充电装置及充电方法，其中主充电电路的输出端和至少两个辅充电电路的输出端连接电子设备的电池，且主充电电路的输出端还用于为电子设备的内部芯片供电，当主充电电路的输出端的电压达到所述内部芯片所需电压的情况下，可以断开主充电电路和电池之间的连接，通过至少两个辅充电电路的输出端为电池供电。因为主充电电路和电池之间的连接断开，所以辅充电电路的输出端的电压不再受内部芯片所需电压的限制，进而可以通过提高至少两个辅充电电路的输出端的电压的方式来延长辅充电电路处于恒流阶段的时长，而恒流阶段是充电阶段中充电速度最快的阶段，以此方式可以缩短充电时间，达到为电池快速充电的目的。

Description

一种充电装置及充电方法
技术领域
本发明属于充电技术领域，更具体的说，尤其涉及一种充电装置及充电方法。
背景技术
当前电子设备的中央处理器(CPU，Central Processing Unit)核数越来越多，屏幕越来越大，为保证电子设备一定的续航，电子设备的电池容量也被迫提升，这就导致电池的充电时间延长。为了尽可能缩短充电时长、降低充电温升，各电子设备的厂商纷纷投入电池的快速充电研究。
目前充电装置包括主充电电路和辅充电电路，通过这两个充电电路构成的双充电通道为电池充电，当前电池的充电阶段包括涓流充电、预充电、恒流充电和恒压充电，在采用双充电通道的充电方式时，充电装置会在恒流阶段及恒压阶段同时开启主充电电路和辅充电电路来实现快速充电。
但是目前充电装置中电压输出端允许的供电范围通常不允许超过4.5V，这就会导致充电装置在恒压阶段的充电时间增加，从而延长充电时间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种充电装置及充电方法，用于缩短充电时间，以达到为电池快速充电的目的。技术方案如下：
本发明提供一种充电装置，包括：充电电路和控制器，其中所述充电电路包括主充电电路和至少两个辅充电电路，所述主充电电路和所述至少两个辅充电电路并联连接，所述主充电电路的输入端和所述至少两个辅充电电路的输入端连接外部的供电装置，所述主充电电路的输出端和所述至少两个辅充电电路的输出端连接电子设备的电池，且所述主充电电路的输出端还用于为所述电子设备的内部芯片供电；
所述控制器，与所述充电电路相连，用于对所述充电电路的充电过程进行管理，其中对充电过程进行管理至少包括：当所述主充电电路的输出端的电压达到所述内部芯片所需电压的情况下，断开所述主充电电路和所述电池之间的连接，通过所述至少两个辅充电电路的输出端为所述电池供电。
优选地，所述主充电电路和所述至少两个辅充电电路的电路结构相同。
优选地，所述主充电电路的输入端和所述至少两个辅充电电路的输入端通过通用串行总线连接外部的供电装置。
本发明还提供一种充电方法，应用于充电装置中，所述充电方法包括：
在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，控制所述充电装置中的主充电电路从为电子设备的电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电；
提高所述充电装置中全部辅充电电路的输出端的电压，以使提高后的辅充电电路的输出端的电压大于所述内部芯片所需电压；
控制所述全部辅充电电路采用提高后的电压为所述电池充电。
优选地，所述在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，控制所述充电装置中的主充电电路从为电子设备的电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电，包括：
在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，当检测到所述主充电电路的输出端的电压达到所述电子设备的内部芯片所需电压时，控制所述主充电电路从为所述电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电。
优选地，所述当检测到所述主充电电路的输出端的电压达到所述电子设备的内部芯片所需电压时，控制所述充电装置中的主充电电路从为所述电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电之前，所述方法还包括：在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，开启所述充电装置中的主充电电路和全部辅充电电路为所述电池充电。
优选地，所述控制所述充电装置中的主充电电路从为所述电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电，包括：关闭所述主充电电路的开关电路，以切断所述主充电电路的输出端与电池之间的通路。
优选地，所述方法还包括：当检测到所述主充电电路的输入端和全部辅充电电路的输入端没有接通外部的供电装置时，开启所述开关电路，以接通所述主充电电路的输出端与电池之间的通路。
优选地，所述方法还包括：在所述充电装置不是快充充电装置的情况下，仅开启所述主充电电路，并控制所述主充电电路采用第一充电电流为所述电池充电。
优选地，所述方法还包括：在所述充电装置是快充充电装置，且所述充电装置的充电阶段未进入恒流阶段的情况下，仅开启所述主充电电路，并控制所述主充电电路采用第二充电电流为所述电池充电，所述第二充电电流大于所述第一充电电流。
与现有技术相比，本发明提供的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的上述技术方案中，主充电电路的输出端和至少两个辅充电电路的输出端连接电子设备的电池，且主充电电路的输出端还用于为电子设备的内部芯片供电，这样当主充电电路的输出端的电压达到所述内部芯片所需电压的情况下，可以断开主充电电路和电池之间的连接，通过至少两个辅充电电路的输出端为电池供电。因为主充电电路和电池之间的连接断开，所以至少两个辅充电电路的输出端的电压不再受内部芯片所需电压的限制，进而可以通过提高至少两个辅充电电路的输出端的电压的方式来延长辅充电电路处于恒流阶段的时长。而恒流阶段是充电阶段中充电速度最快的阶段，因此通过提高辅充电电路的输出端的电压至大于内部芯片所需电压可以延长恒流阶段的时长，以此方式来缩短充电时间，达到为电池快速充电的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有充电装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的充电装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的充电方法的一种流程图；
图4是本发明实施例提供的充电方法的另一种流程图；
图5是本发明实施例提供的充电方法的再一种流程图。
具体实施方式
发明人经过研究发现，在涓流充电、预充电、恒流充电和恒压充电这四个充电阶段中，恒流阶段是充电速度最快的阶段，恒压阶段则是充电速度最慢的阶段，因此需要延长恒流阶段的时间，并缩短恒压阶段的时间才能达到缩短充电时间的目的。为此发明人对现有充电装置分析以得出缩短充电时间的技术手段，发明人以图1所示的现有充电装置进行如下分析：
图1所示的现有充电装置采用的是双充电通道的充电方式，这种充电方式一般会在恒流阶段及恒压阶段开启主充电电路1和辅充电电路2为电池充电。在恒流阶段，充电电流I＝VPH/R1+Va/R2，实际中为了保证两个充电电路的充电电流的合理，一般VPH≈Va，其中VPH为主充电电路的输出端，其通过路径等效阻抗R1为电池充电，Va为辅充电电路的输出端，其通过路径等效阻抗R2为电池充电，相应的VBAT为电池的输出端，VBUS为充电装置的输入端，用来连接外部的供电装置。当VBUS端没有接通外部的供电装置时，电池将电压输出至VPH来为电子设备中的内部芯片供电，目前内部芯片允许的供电范围不允许超过4.5V，从而限定VPH处的最大电压为4.5V。而一般高压快充较理想情况下上述图1中RBATT≈60mR，R1≈R2≈20mR，Rsense≈10mR，其中RBATT为电池保护板内阻+电芯内阻+电池连接器阻抗。假设充入到电池内的最大电流为4A(双通道每路充2A)，则可计算出从恒流阶段转至恒压阶段时的电池开环电压为：VPH最大值-2A×R1-4A×(RBATT+Rsense)≈4.5V-2A×20mR-4A×(60mR+10mR)＝4.18V。也就是说在上述图1所示充电装置中，当电池开环电压达到4.18V时，充电阶段从恒流阶段进入恒压阶段。
综上所述，为了能够缩短恒压阶段的时间，需要抬高从恒流阶段转至恒压阶段的电池开环电压，其实现方式有两个：1、减小充电路径阻抗(上述R1和R2)；2、抬高VPH的最大值。对于减小充电路径阻抗来说，当前已经达到瓶颈，降低阻抗的空间也不大；对于抬高VPH的最大值也受其供电负载要求(内部芯片的电压要求)的影响，不允许超过4.5V。为克服上述困难，本发明实施例提供一种充电装置，当主充电电路的输出端的电压达到内部芯片所需电压的情况下，断开主充电电路和电池之间的连接，通过辅充电电路的输出端为电池供电，以此来延长恒流阶段的时长，进而可以缩短充电时间。
如图2所示，其示出了本发明实施例提供的充电装置的结构示意图，可以包括：充电电路11和控制器12，其中充电电路11包括主充电电路111和至少两个辅充电电路112(图2以两个辅充电电路为例进行介绍)。主充电电路111和至少两个辅充电电路112并联连接，主充电电路111的输入端和至少两个辅充电电路112的输入端连接外部的供电装置，这样外部的供电装置的电压通过输入端输入到各自对应的充电电路中，来为电子设备的电池充电。
主充电电路111的输出端(如图2中的VPH)和至少两个辅充电电路112(如图2中的Va和Vb)的输出端连接电子设备的电池(如图2中的VBAT)，且主充电电路111的输出端还用于为电子设备的内部芯片供电，即通过VPH向电子设备的内部芯片供电。
控制器12与充电电路11相连，用于对充电电路的充电过程进行管理，其中对充电过程进行管理至少包括：当主充电电路111的输出端的电压达到内部芯片所需电压的情况下，断开主充电电路111和电池之间的连接，通过至少两个辅充电电路112的输出端为电池供电。
例如随着充电的进行，当VPH的电压达到4.5V上限值时，控制器12关断主充电电路的Q4MOFFET，从而使主充电电路111和电池之间的连接断开，即使VPH与VBAT处于隔离状态，相互不受影响，此时VPH向电子设备的内部芯片供电可以通过主充电电路111从外部的供电装置中获取。在VPH与VBAT处于隔离状态后，控制器12继续控制至少两个辅充电电路112为电池充电。由于将VPH与VBAT处于隔离状态，所以两个辅充电电路的输出端Va与Vb的电压上限不再受前述4.5V的限制，可提高至4.6V或更高(视具体情况而定)，基于上述电池开环电压的计算公式可知，进入恒压阶段的电池开环电压由原来的4.18V升高到4.28V或更高(视提高后Va与Vb的电压上限而定)，因此采用本发明实施例提供的充电装置，电池开环电压从4.18V到4.28V的充电阶段为恒流阶段，相对于现有技术从4.18V到4.28V为恒压阶段来说，延长恒流阶段的时长，进而缩短充电时间，达到为电池快速充电的目的。
综上所述可知，本发明提供的充电装置中，主充电电路111的输出端和至少两个辅充电电路112的输出端连接电子设备的电池，且主充电电路111的输出端还用于为电子设备的内部芯片供电，这样当主充电电路111的输出端的电压达到所述内部芯片所需电压的情况下，可以断开主充电电路111和电池之间的连接，通过至少两个辅充电电路112的输出端为电池供电。因为主充电电路111和电池之间的连接断开，所以至少两个辅充电电路112的输出端的电压不再受内部芯片所需电压的限制，进而可以通过提高至少两个辅充电电路112的输出端的电压的方式来延长辅充电电路处于恒流阶段的时长，而恒流阶段是充电阶段中充电速度最快的阶段，因此通过提高辅充电电路112的输出端的电压至大于内部芯片所需电压可以延长恒流阶段的时长，以此方式来缩短充电时间，达到为电池快速充电的目的。
在这里需要说明的一点是：上述主充电电路111和至少两个辅充电电路112的电路结构相同，如均可以采用图2所示的电路结构。当然，主充电电路111和至少两个辅充电电路112也可以采用不同的电路结构，对此本发明实施例不加以限制。主充电电路111的输入端和至少两个辅充电电路112的输入端通过通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)连接外部的供电装置，这样任意具有USB接口的供电装置均可以连接到VBUS，来为充电装置提供充电来源。
本发明实施例还提供一种充电方法，应用于充电装置中，其中充电装置的结构可以采用上述装置实施例阐述的充电装置，相对应本发明实施例提供的充电方法的流程如图3所示，可以包括以下步骤：
301：在充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，控制充电装置中的主充电电路从为电子设备的电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电。
302：提高充电装置中全部辅充电电路的输出端的电压，以使提高后的辅充电电路的输出端的电压大于所述内部芯片所需电压。
303：控制全部辅充电电路采用提高后的电压为电池充电。
从上述流程可知，在控制主充电电路从为电子设备的电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电后，断开主充电电路和电池之间的连接，此时全部辅充电电路的输出端的电压不再受内部芯片所需电压的限制，因此在控制全部辅充电电路为电池充电的过程中，可以提高全部辅充电电路的输出端的电压，以使其输出端的电压大于内部芯片所需电压，而输出端的电压的提高会使得辅充电电路处于恒流阶段的时长增加，而恒流阶段是充电阶段中充电速度最快的阶段，因此通过提高全部辅充电电路的输出端的电压至大于内部芯片所需电压可以延长恒流阶段的时长，以此方式来缩短充电时间，达到为电池快速充电的目的。
在本发明实施例中，控制主充电电路从为电子设备的电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电可以是：在充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，直接将主充电电路从为电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电。
又或者是：在充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，判断主充电电路的输出端的电压是否达到电子设备的内部芯片所需电压时，如果是，则控制主充电电路从为电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电。例如判断主充电电路的输出端的电压是否达到4.5V，如果是，则控制主充电电路从为电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电。
相应的，控制主充电电路从为电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电的具体实施方式可以是：关闭主充电电路的开关电路，以切断主充电电路的输出端与电池之间的通路。以上述图2为例，图2中主充电电路中的Q4为开关电路，在关断Q4后，主充电电路的输出端与电池之间的通路被切断，此时主充电电路可以通过VBUS连接的外部的供电装置为内部芯片供电。
进一步的，当检测到主充电电路的输入端和全部辅充电电路的输入端没有接通外部的供电装置时，开启开关电路，以接通主充电电路的输出端与电池之间的通路，由电池为电子设备的内部芯片供电。仍以上述图2为例，当检测到VBUS处没有连接有供电装置时，开启Q4，此时主充电电路的输出端与电池之间的通路被接通，电池中的电压则会通过此通路输出至电子设备的内部芯片中。
此外，在本发明实施例中，将以两个详细的流程图来阐述本发明实施例提供的充电方法，其介绍在恒流阶段前后充电装置的充电过程。首先请参阅图4，其对应于在充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，当检测到主充电电路的输出端的电压达到电子设备的内部芯片所需电压时，控制主充电电路从为电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电的方案，具体可以包括以下步骤：
401：获取充电装置的电参数。
402：基于电参数，判断充电装置是否是快充充电装置，如果否，执行步骤403，如果是，执行步骤404。
在本发明实施例中，获取电参数以及判断充电装置是否是快充充电装置的方式与现有技术相同，对此本发明实施例不再阐述。
403：仅开启主充电电路，并控制主充电电路采用第一充电电流为电池充电。
404：判断充电装置的充电阶段是否进入恒流阶段或恒压阶段，如果否，执行步骤405，如果是，执行步骤406。
405：仅开启主充电电路，并控制主充电电路采用第二充电电流为电池充电，其中第二充电电流大于第一充电电流，使得主充电电路可以快速为电池充电。
406：开启主充电电路和全部辅充电电路为电池充电。因为在进入到恒流阶段后，开启的充电电路的数量增多，所以主充电电路的充电电流有可能从第二充电电流降低。例如仅开启主充电电路时，其上的第二充电电流为2A(安)当开启的充电电路的数量为3个时，且每路充电电路上的充电电流相同，电池上流经的充电电流为4A，则每路充电电路上的充电电流为4A/3，主充电电路上的第二充电电流从2A降低至4A/3。
407：检测主充电电路的输出端的电压是否达到电子设备的内部芯片所需电压，如果否，则返回执行步骤406，即仍继续开启主充电电路和全部辅充电电路为电池充电；如果是，则执行步骤408。
408：关闭主充电电路的开关电路，以切断主充电电路的输出端与电池之间的通路。
409：提高全部辅充电电路的输出端的电压，以使提高后的辅充电电路的输出端的电压大于电子设备的内部芯片所需电压。
410：控制全部辅充电电路采用提高后的电压为电池进行充电，其采用提高后的电压为电池进行充电的阶段包括恒流阶段和恒压阶段，当电池开环电压没有达到基于提高后的电压得到的最大值时，全部辅充电电路在恒流阶段进行充电；当电池开环电压达到基于提高后的电压得到的最大值时，全部辅充电电路在恒压阶段进行充电。
以上述全部辅充电电路的电压提高到4.6V为例，电池开环电压的最大值为4.28V，则在电池开环电压达到4.28V前，全部辅充电电路在恒流阶段进行充电；当电池开环电压达到4.28V时，全部辅充电电路在恒压阶段进行充电。
其次请参阅图5，其对应于在充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，直接控制主充电电路从为电池充电切换至为电子设备的内部芯片供电的方案，具体可以包括以下步骤：
501：获取充电装置的电参数。
502：基于电参数，判断充电装置是否是快充充电装置，如果否，执行步骤503，如果是，执行步骤504。
在本发明实施例中，获取电参数以及判断充电装置是否是快充充电装置的方式与现有技术相同，对此本发明实施例不再阐述。
503：仅开启主充电电路，并控制主充电电路采用第一充电电流为电池充电。
504：判断充电装置的充电阶段是否进入恒流阶段或恒压阶段，如果否，执行步骤505，如果是，执行步骤506。
505：仅开启主充电电路，并控制主充电电路采用第二充电电流为电池充电，其中第二充电电流大于第一充电电流，使得主充电电路可以快速为电池充电。
506：关闭主充电电路的开关电路，以切断主充电电路的输出端与电池之间的通路。
507：提高全部辅充电电路的输出端的电压，以使提高后的辅充电电路的输出端的电压大于电子设备的内部芯片所需电压。
508：控制全部辅充电电路采用提高后的电压为电池进行充电，其采用提高后的电压为电池进行充电的阶段包括恒流阶段和恒压阶段，当电池开环电压没有达到基于提高后的电压得到的最大值时，全部辅充电电路在恒流阶段进行充电；当电池开环电压达到基于提高后的电压得到的最大值时，全部辅充电电路在恒压阶段进行充电。
需要说明的是，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。
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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上所述仅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技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种充电方法，应用于充电装置中，所述充电装置包括：充电电路和控制器，其中所述充电电路包括主充电电路和至少两个辅充电电路，所述主充电电路和所述至少两个辅充电电路并联连接，所述主充电电路的输入端和所述至少两个辅充电电路的输入端连接外部的供电装置，所述主充电电路的输出端和所述至少两个辅充电电路的输出端连接电子设备的电池，且所述主充电电路的输出端还用于为所述电子设备的内部芯片供电；
所述控制器，与所述充电电路相连，用于对所述充电电路的充电过程进行管理，其中对充电过程进行管理包括：当所述主充电电路的输出端的电压达到所述内部芯片所需电压的情况下，断开所述主充电电路和所述电池之间的连接，通过所述至少两个辅充电电路的输出端为所述电池供电；
其特征在于，所述充电方法包括：
在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，控制所述充电装置中的主充电电路从为电子设备的电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电；
提高所述充电装置中全部辅充电电路的输出端的电压，以使提高后的辅充电电路的输出端的电压大于所述内部芯片所需电压；
控制所述全部辅充电电路采用提高后的电压为所述电池充电。
2.根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于，所述在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，控制所述充电装置中的主充电电路从为电子设备的电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电，包括：
在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，当检测到所述主充电电路的输出端的电压达到所述电子设备的内部芯片所需电压时，控制所述主充电电路从为所述电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当检测到所述主充电电路的输出端的电压达到所述电子设备的内部芯片所需电压时，控制所述充电装置中的主充电电路从为所述电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电之前，所述方法还包括：在所述充电装置的充电阶段进入恒流阶段后，开启所述充电装置中的主充电电路和全部辅充电电路为所述电池充电。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制所述充电装置中的主充电电路从为所述电池充电切换至为所述电子设备的内部芯片供电，包括：关闭所述主充电电路的开关电路，以切断所述主充电电路的输出端与电池之间的通路。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当检测到所述主充电电路的输入端和全部辅充电电路的输入端没有接通外部的供电装置时，开启所述开关电路，以接通所述主充电电路的输出端与电池之间的通路。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述充电装置不是快充充电装置的情况下，仅开启所述主充电电路，并控制所述主充电电路采用第一充电电流为所述电池充电。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述充电装置是快充充电装置，且所述充电装置的充电阶段未进入恒流阶段的情况下，仅开启所述主充电电路，并控制所述主充电电路采用第二充电电流为所述电池充电，所述第二充电电流大于第一充电电流。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主充电电路和所述至少两个辅充电电路的电路结构相同。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主充电电路的输入端和所述至少两个辅充电电路的输入端通过通用串行总线连接外部的供电装置。
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