CN106451599A - 一种充电方法及充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电方法及充电系统。该充电方法包括：由处理器控制充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端进行充电；分别获取以不同的输出电压对移动终端进行充电时，充电器输出的输出电压、输出电流以及充电芯片输出的充电电压和充电电流；根据输出电压、输出电流、充电电压、充电电流分别获取在不同的输出电压下的充电效率值；由处理器控制充电器以最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端进行充电。通过上述方式，本发明能够动态调整充电器的输出电压，从而使得充电器对移动终端充电时直流损耗和开关损耗降到最低，进而使得充电效率最大化。

Description

一种充电方法及充电系统
技术领域
本发明涉及充电领域，特别是涉及一种充电方法及充电系统。
背景技术
随着移动终端例如智能手机的普及和用户对移动终端使用续航时间需求的提高，在受限于锂电池技术无法取得突破而实现大能量密度的情况下，移动终端中的电池快速充电技术得以迅速普及。当前的电池快速充电技术中的充电器的输出电压是一个受控可变电压值，在充电开始阶段，移动终端和充电器进行通信和匹配后，移动终端控制充电器输出一个固定电压，然后开始充电。
其中，由于充电过程中存在直流损耗和开关损耗，从而使得充电效率无法达到百分之百。而现有技术中，移动终端通过控制充电器输出一个固定电压来对移动终端进行充电，其并未对该输出电压下的上述两种损耗对充电效率的影响进行定量的判别，从而也就没有找到最佳输出电压从而使得两种损耗降到最低，进而使得充电效率最大化。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种充电方法及充电系统，能够动态调整充电器的输出电压，从而使得充电器对移动终端充电时直流损耗和开关损耗降到最低，充电效率最大化。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种充电方法，该方法基于移动终端和充电器，该移动终端包括处理器和充电芯片，该方法包括：由处理器控制充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端进行充电；分别获取以不同的输出电压对移动终端进行充电时，充电器输出的输出电压、输出电流以及充电芯片输出的充电电压和充电电流；根据输出电压、输出电流、充电电压、充电电流分别获取在不同的输出电压下的充电效率值；由处理器控制充电器以最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端进行充电。
其中，输出电压的最大值为充电器允许输出的最高电压，输出电压的最小值为充电器能够对移动终端充电的最低电压。
其中，充电效率值满足如下公式：
POUT＝V1*I1＝PCharger+P1+P2＝V2*I2+P1+P2；
其中，POUT为充电器输出的功耗，V1为充电器输出的输出电压，I1为充电器输出的输出电流，PCharger为充电芯片输出的功耗，V2为充电芯片输出的充电电压，I2为充电芯片输出的充电电流，P1为充电路径中的直流损耗，P2为充电路径中的开关损耗，ε为充电效率值。
其中，直流损耗随着充电器的输出电压的降低而增大，开关损耗随着充电器的输出电压的降低而减小。
其中，直流损耗包括移动终端和充电器之间的传输线阻抗损耗、移动终端内部的充电路径阻抗损耗以及充电芯片内部的三极管导通阻抗损耗，开关损耗包括充电芯片内部的三极管的打开/关闭的开关损耗和与充电芯片连接的电感的电磁辐射的开关损耗。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种充电系统，该充电系统包括移动终端和充电器，该移动终端包括处理器和充电芯片；处理器用于控制充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端进行充电；分别获取以不同的输出电压对移动终端进行充电时，充电器输出的输出电压、输出电流以及充电芯片输出的充电电压和充电电流；根据输出电压、输出电流、充电电压、充电电流分别获取在不同的输出电压下的充电效率值；处理器还用于控制充电器以最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端进行充电。
其中，处理器包括处理模块、主握手模块和主通信模块，充电芯片包括从通信模块、充电模块和充电输入接口，充电器包括从握手模块、检测模块、电压输出模块和充电输出接口；其中，主握手模块和从握手模块连接，电压输出模块与从握手模块连接，处理模块通过主握手模块和从握手模块形成的通信路径控制电压输出模块按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端进行充电；检测模块与电压输出模块和从握手模块连接，用于检测出电压输出模块输出的输出电压和输出电流后，通过从握手模块以及主握手模块将输出电压和输出电流对应的值传输至处理模块；充电输出接口与电压输出模块、充电输入接口连接，用于将电压输出模块输出的输出电压和输出电流传送至充电输入接口；充电模块分别与从通信模块和充电输入接口连接，用于将充电输入接口输入的输出电压和输出电流转化为充电电压和充电电流；主通信模块和从通信模块连接，处理模块通过主通信模块和从通信模块形成的通信路径获取充电芯片输出的充电电压和充电电流对应的值。
其中，主通信模块和从通信模块通过I2C接口相互连接。
其中，移动终端和充电器通过USB接口相互连接，其中，主握手模块通过USB接口中的数据线正端子、数据线负端子和从握手模块连接，充电输入接口通过USB接口中的电源线端子、地线端子和充电输出接口连接。
其中，主握手模块和从握手模块通过高通快充通信协议进行通讯。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的充电方法及充电系统由处理器控制充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端进行充电；分别获取以不同的输出电压对移动终端进行充电时，充电器输出的输出电压、输出电流以及充电芯片输出的充电电压和充电电流；根据输出电压、输出电流、充电电压、充电电流分别获取在不同的输出电压下的充电效率值；由处理器控制充电器以最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端进行充电。通过上述方式，本发明能够动态调整充电器的输出电压，从而使得充电器对移动终端充电时直流损耗和开关损耗降到最低，充电效率最大化。
附图说明
图1是本发明实施例的充电系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的充电方法的流程图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的基准。下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明实施例的充电系统的结构示意图。如图1所示，充电系统包括移动终端1和充电器2，其中，移动终端1包括处理器11和充电芯片12。
处理器11用于控制充电器2按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端1进行充电，以及分别获取以不同的输出电压对移动终端1进行充电时，充电器2输出的输出电压、输出电流以及充电芯片12输出的充电电压和充电电流，进而根据输出电压、输出电流、充电电压、充电电流分别获取在不同的输出电压下的充电效率值。
处理器11还用于控制充电器2以上述充电效率值之中的最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端1进行充电。
具体来说，处理器11包括处理模块111、主握手模块112和主通信模块113。其中，处理模块111分别与主握手模块112和主通信模块113连接。
充电芯片12包括从通信模块121、充电输入接口122、充电模块123、电池输出接口124、第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3。
其中，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和第三MOS管Q3的栅极分别与充电模块123连接，第一MOS管Q1的源极与充电输入接口122连接，第一MOS管Q1的漏极与第二MOS管Q2的漏极连接，第二MOS管Q2的源极分别与电池输出接口124的一端连接和第三MOS管的漏极连接，第三MOS管的源极GND。电池输出接口124的另一端与电感L的一端连接，电感L的另一端与电池PACK的正极连接，电池PACK的负极接地GND。另外，充电模块123分别与充电输入接口122、电池输出接口124和从通信模块121连接。
充电器2包括从握手模块21、检测模块22、电压输出模块23和充电输出接口24。在充电器2中，从握手模块21分别与检测模块22和电压输出模块23连接，充电输出接口24和检测模块22分别与电压输出模块23连接。
在本实施例中，主握手模块112和从握手模块21连接，处理模块111通过主握手模块112和从握手模块21形成的通信路径控制电压输出模块23按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端1进行充电。
其中，当检测模块22检测出电压输出模块23输出的输出电压和输出电流后，通过从握手模块21以及主握手模块112将输出电压和输出电流对应的值传输至处理模块111。
在本实施例中，充电输出接口24与充电输入接口122连接，用于将电压输出模块23输出的输出电压和输出电流传送至充电输入接口122。
其中，充电模块123通过控制第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3的打开和关闭将充电输入接口122输入的电压输出模块23输出的输出电压和输出电流转化为充电电压和充电电流并通过电池输出接口124输出后对电池PACK进行充电。
在本实施例中，主通信模块113和从通信模块121连接，处理模块111通过主通信模块113和从通信模块121形成的通信路径从充电模块123获取充电芯片12输出的充电电压和充电电流对应的值。也就是说，在本实施例中，充电模块123具有检测充电芯片12输出的充电电压和充电电流的功能。
优选地，在本实施例中，主通信模块113和从通信模块121通过I2C接口相互连接。移动终端1和充电器2通过USB接口相互连接，其中，主握手模块112通过USB接口中的数据线正端子D+、数据线负端子D-和从握手模块21连接，充电输入接口122通过USB接口中的电源线端子Vbus、地线端子GND和充电输出接口24连接。
优选地，主握手模块112和从握手模块21通过高通快充通信协议进行通讯。具体来说，处理模块111通过USB端口的数据线正端子D+与数据线负端子D-的不同电压给合，来向充电器2申请相应的输出电压供移动终端1来充电。其中，充电器2检测数据线正端子D+与数据线负端子D-上的信号电平，根据不同的信号电平调节电压输出模块23的输出电压。
图2是本发明实施例的充电方法的流程图，图2所示的充电方法基于图1所示的充电系统。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图2所示的流程顺序为限。如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101：由处理器控制充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端进行充电。
在步骤S101中，由处理器11中的处理模块111通过主握手模块112和从握手模块21形成的通信路径控制充电器2中的电压输出模块23按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端1进行充电。
在本实施例中，输出电压的最大值为充电器允许输出的最高电压，输出电压的最小值为充电器能够对移动终端充电的最低电压。也就是说，输出电压的最小值能够满足充电器的输出电压稳定以及输出电流不过载，同时能够满足充电芯片的正常输出的条件。
另外，在本实施例中，按照预定规则减少输出电压具体可以为按照预定步长依次减少输出电压，其中，预定步长也即电压细分等级可以根据需求和系统的分辨率来设定。
步骤S102：分别获取以不同的输出电压对移动终端进行充电时，充电器输出的输出电压、输出电流以及充电芯片输出的充电电压和充电电流。
在步骤S102中，当充电器2中的检测模块22检测出充电器2也即电压输出模块23输出的输出电压和输出电流后，处理模块111通过主握手模块112和从握手模块21形成的通信路径从检测模块22获取充电器2输出的输出电压和输出电流对应的值。
当充电芯片12中的充电模块123检测出充电芯片输出的充电电压和充电电流后，处理模块111通过主通信模块113和从通信模块121形成的通信路径从充电模块123获取充电芯片12输出的充电电压和充电电流。
步骤S103：根据输出电压、输出电流、充电电压、充电电流分别获取在不同的输出电压下的充电效率值。
在步骤S103中，充电效率值满足如下公式：
POUT＝V1*I1＝PCharger+P1+P2＝V2*I2+P1+P2；
其中，POUT为充电器输出的功耗，V1为充电器输出的输出电压，I1为充电器输出的输出电流，PCharger为充电芯片输出的功耗，V2为充电芯片输出的充电电压，I2为充电芯片输出的充电电流，P1为充电路径中的直流损耗，P2为充电路径中的开关损耗，ε为充电效率值。
其中，直流损耗P1包括移动终端1和充电器2之间的传输线阻抗损耗也即USB传输线损耗、移动终端内部的充电路径阻抗损耗也即充电输入接口122到电池输出接口124之间的充电路径的阻抗损耗以及充电芯片内部的三极管导通阻抗损耗也即第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3的导通阻抗，开关损耗包括充电芯片内部的三极管的开关损耗也即第二MOS管Q2的打开/关闭的开关损耗和与充电芯片连接的电感也即电感L的电磁辐射的开关损耗。
其中，直流损耗P1随着充电器2的输出电压V1的降低而增大，开关损耗P2随着充电器2的输出电压V1的降低而减小。本领域的技术人员可以理解，当充电器2的输出电压V1逐步降低时，充电器2的输出电流I1逐步增加，从而使得直流损耗P1逐步增加。另外，开关损耗P2大小与充电芯片12两端的电压差也即充电器2输出的输出电压V1和充电芯片12输出的充电电压V2的电压差以及开关频率也即第二MOS管Q2的开关频率有关，所以，开关损耗P2随着充电器的输出电压V1的降低而减小。
步骤S104：由处理器控制充电器以最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端进行充电。
在步骤S104中，由于直流损耗P1和开关损耗P2会伴随着充电器的输出电压V1的变化而发生变化，从而使得处理模块111获取到的在不同的输出电压V1下的充电效率值ε互不相同。
当处理模块111获取到多个充电效率值ε后，处理模块111挑选对歌充电效率值中的最大的充电效率值ε，并根据最大的充电效率值ε获取对应的输出电压，进而控制充电器以最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端进行充电，从而达到使得直流损耗和开关损耗降到最低的目的。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的充电方法及充电系统由处理器控制充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的输出电压对移动终端进行充电；分别获取以不同的输出电压对移动终端进行充电时，充电器输出的输出电压、输出电流以及充电芯片输出的充电电压和充电电流；根据输出电压、输出电流、充电电压、充电电流分别获取在不同的输出电压下的充电效率值；由处理器控制充电器以最大的充电效率值对应的输出电压对移动终端进行充电。通过上述方式，本发明能够动态调整充电器的输出电压，从而使得充电器对移动终端充电时直流损耗和开关损耗降到最低，充电效率最大化。
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)

1.一种充电方法，其特征在于，所述充电方法基于移动终端和充电器，所述移动终端包括处理器和充电芯片，所述方法包括：
由所述处理器控制所述充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的所述输出电压对所述移动终端进行充电；
分别获取以不同的所述输出电压对所述移动终端进行充电时，所述充电器输出的输出电压、输出电流以及所述充电芯片输出的充电电压和充电电流；
根据所述输出电压、所述输出电流、所述充电电压、所述充电电流分别获取在不同的所述输出电压下的充电效率值；
由所述处理器控制所述充电器以最大的所述充电效率值对应的所述输出电压对所述移动终端进行充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出电压的最大值为所述充电器允许输出的最高电压，所述输出电压的最小值为所述充电器能够对所述移动终端充电的最低电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充电效率值满足如下公式：
POUT＝V1*I1＝PCharger+P1+P2＝V2*I2+P1+P2；
ϵ = P C h arg e r P O U T = V 2 * I 2 V 1 * I 1 ;
其中，POUT为所述充电器输出的功耗，V1为所述充电器输出的输出电压，I1为所述充电器输出的输出电流，PCharger为所述充电芯片输出的功耗，V2为所述充电芯片输出的充电电压，I2为所述充电芯片输出的充电电流，P1为充电路径中的直流损耗，P2为充电路径中的开关损耗，ε为充电效率值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述直流损耗随着所述充电器的所述输出电压的降低而增大，所述开关损耗随着所述充电器的所述输出电压的降低而减小。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述直流损耗包括所述移动终端和所述充电器之间的传输线阻抗损耗、所述移动终端内部的充电路径阻抗损耗以及所述充电芯片内部的三极管导通阻抗损耗，所述开关损耗包括所述充电芯片内部的三极管的打开/关闭的开关损耗和与所述充电芯片连接的电感的电磁辐射的开关损耗。
6.一种充电系统，其特征在于，所述充电系统包括移动终端和充电器，所述移动终端包括处理器和充电芯片；
所述处理器用于控制所述充电器按照预定规则减少输出电压并以减少后的所述输出电压对所述移动终端进行充电；分别获取以不同的所述输出电压对所述移动终端进行充电时，所述充电器输出的输出电压、输出电流以及所述充电芯片输出的充电电压和充电电流；根据所述输出电压、所述输出电流、所述充电电压、所述充电电流分别获取在不同的所述输出电压下的充电效率值；
所述处理器还用于控制所述充电器以最大的所述充电效率值对应的所述输出电压对所述移动终端进行充电。
7.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，所述处理器包括处理模块、主握手模块和主通信模块，所述充电芯片包括从通信模块、充电模块和充电输入接口，所述充电器包括从握手模块、检测模块、电压输出模块和充电输出接口；
其中，所述主握手模块和所述从握手模块连接，所述电压输出模块与所述从握手模块连接，所述处理模块通过所述主握手模块和所述从握手模块形成的通信路径控制所述电压输出模块按照预定规则减少输出电压并以减少后的所述输出电压对所述移动终端进行充电；
所述检测模块与所述电压输出模块和所述从握手模块连接，用于检测出所述电压输出模块输出的所述输出电压和所述输出电流后，通过所述从握手模块以及所述主握手模块将所述输出电压和所述输出电流对应的值传输至所述处理模块；
所述充电输出接口与所述电压输出模块、所述充电输入接口连接，用于将所述电压输出模块输出的所述输出电压和所述输出电流传送至所述充电输入接口；
所述充电模块分别与所述从通信模块和所述充电输入接口连接，用于将所述充电输入接口输入的所述输出电压和所述输出电流转化为充电电压和充电电流；
所述主通信模块和所述从通信模块连接，所述处理模块通过所述主通信模块和所述从通信模块形成的通信路径获取所述充电芯片输出的所述充电电压和所述充电电流对应的值。
8.根据权利要求7所述的充电系统，其特征在于，所述主通信模块和所述从通信模块通过I2C接口相互连接。
9.根据权利要求7所述的充电系统，其特征在于，所述移动终端和所述充电器通过USB接口相互连接，其中，所述主握手模块通过所述USB接口中的数据线正端子、数据线负端子和所述从握手模块连接，所述充电输入接口通过所述USB接口中的电源线端子、地线端子和所述充电输出接口连接。
10.根据权利要求9所述的充电系统，其特征在于，所述主握手模块和所述从握手模块通过高通快充通信协议进行通讯。
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