CN107147159B - 充电电源、被充电设备及充电系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种充电电源、被充电设备和充电系统，充电电源包括：充电电路和电池，充电电路的第一端与充电端相连、第二端与所述电池的正极相连，所述充电电路的第二端作为供电端与被充电设备的升降压充电电路相连。被充电设备包括：升降压充电电路、电池和电量计，升降压充电电路的一端与充电电源的供电端相连，升降压充电电路的另一端以及电量计的一端均与被充电设备的电池正极相连，升降压充电电路根据供电端的电压与所述被充电设备的电池的电压的大小将供电端的电压进行升压或降压后给所述被充电设备的电池充电。本申请不需要充电电源先在内部升压后输出、再由被充电设备降压后充电，从而减少了能量损失。

Description

充电电源、被充电设备及充电系统
技术领域
本申请涉及电源电池技术领域，尤其涉及一种充电电源、被充电设备及充电系统。
背景技术
现有的移动电源一般是将内置的锂电池电压升压到5V后给被充电设备(例如：蓝牙耳机、手机等)，被充电设备中内置的降压型充电电路将5V降压给被充电设备中的电池充电，这样能量损失较大。
现有技术不足在于：
移动电源将内置电池升压输出给被充电设备后，被充电设备降压给内置电池充电，导致能量损失较大。
发明内容
本申请实施例提出了一种充电电源、被充电设备和充电系统，以解决现有技术中移动电源将内置电池升压输出给被充电设备后，被充电设备降压给内置电池充电，导致能量损失较大的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种充电电源，包括：充电电路和电池，所述充电电路的第一端与充电端VCHG相连、第二端与所述电池的正极相连，所述充电电路的第二端作为供电端VDD用于在为被充电设备供电时与被充电设备的升降压充电电路相连，所述电池的负极接地并作为地线端用于在为被充电设备供电时与被充电设备的电池负极相连；所述充电电路通过充电端VCHG和地线端接入外部电源为所述电池充电，所述电池通过供电端VDD和地线端为所述被充电设备供电。
本申请实施例所提供的充电电源，由于去掉了内部的升压电路，可以直接输出给被充电设备，不需要将内置的锂电池升压后再输出，从而减少了能量损失。
第二个方面，本申请实施例提供了一种被充电设备，包括：升降压充电电路、电池和电量计，所述升降压充电电路的一端在所述被充电设备充电时与充电电源的供电端VDD相连，所述升降压充电电路的另一端以及所述电量计的一端均与被充电设备的电池正极相连，所述电量计还用于在所述被充电设备充电时与充电电源的供电端VDD相连，所述被充电设备的电池负极用于在所述被充电设备充电时与充电电源的地线端相连；所述升降压充电电路根据供电端VDD的电压与所述被充电设备的电池的电压的大小将所述供电端VDD的电压进行升压或降压后给所述被充电设备的电池充电。
有益效果如下：
由于本申请实施例所提供的被充电设备，内部包括有升降压充电电路，可以将充电电源直接输出的电压进行升压或降压后给被充电设备内置的电池充电，不需要充电电源先在内部升压后输出、再由被充电设备降压后充电，从而减少了能量损失。
第三个方面，本申请实施例提供了一种充电系统，包括充电电源以及上述被充电设备，所述充电电源包括充电电路和电池，所述充电电路的第一端与充电端VCHG相连、第二端与所述充电电源的电池的正极相连，所述充电电路的第二端与被充电设备的升降压充电电路相连，所述电池的负极接地并作为地线端与被充电设备的电池负极相连；所述充电电路通过充电端VCHG和地线端接入外部电源为所述充电电源的电池充电，所述充电电源的电池通过供电端VDD和地线端为所述被充电设备供电；所述被充电设备的升降压充电电路的一端与充电电源的供电端VDD相连，所述被充电设备的电量计的一端与充电电源的供电端VDD相连。
有益效果如下：
由于本申请实施例所提供的充电系统中，被充电设备内部包括有升降压充电电路，可以将充电电源直接输出的电压进行升压或降压后给被充电设备内置的电池充电，不需要充电电源先在内部升压后输出、再由被充电设备降压后充电，从而减少了能量损失。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了现有技术中移动电源为被充电设备充电的示意图；
图2示出了本申请实施例中充电电源与被充电设备连接示意图；
图3示出了本申请实施例中升降压充电电路的结构示意图；
图4示出了本申请实施例中电量计的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
发明人在发明过程中注意到：
目前移动电源中通常内置了电量计，一般通过4颗LED灯来指示移动电源的剩余电量(例如4颗LED全亮表示100％剩余电量，3颗LED亮表示75％～99％剩余电量，2颗LED亮表示50％～74％剩余电量，1颗LED亮表示25％～49％剩余电量，LED全灭表示0～24％剩余电量)。采用这样的方案，电量显示不够精确，细分不够。另外电量计也增加了成本。
有些移动电源为了在被充电设备上显示移动电源剩余电量，还配备了通讯接口。现有技术中的实现方式如图1所示，虚线框内的是移动电源，Charger1给移动电源中的电池BAT1充电，移动电源中的电池BAT1充电通过升压电路(Boost)产生5V电压，通过VDD端口输出给被供电电路。移动电源中的电量计(Coulomb Meter1)量测BAT1的电压，计算剩余电量，通过驱动LED灯(L1～L4)进行剩余电量显示。必要时通过D+、D-接口通讯。被充电设备中，采用降压型充电电路(Step-down Charger)给内置的电池BAT2充电，通过电量计(CoulombMeter2)量测BAT2的电压来计算BAT2的剩余电量。
针对现有技术的不足，本申请实施例提出了一种充电电源和被充电设备，下面进行说明。
图2示出了本申请实施例中充电电源与被充电设备连接示意图，充电电源有部分电路被简化，本领域技术人员可以根据实际需要或参考现有移动电源进行其他电路的增加。
如图2所示，所述充电电源包括：充电电路Charger1和电池BAT1，所述充电电路的第一端与充电端VCHG相连、第二端与所述电池的正极相连，所述充电电路的第二端作为供电端VDD用于在为被充电设备供电时与被充电设备的升降压充电电路相连，所述电池的负极接地并作为地线端用于在为被充电设备供电时与被充电设备的电池负极相连；所述充电电路通过充电端VCHG和地线端接入外部电源为所述电池充电，所述电池通过供电端VDD和地线端为所述被充电设备供电。
所述被充电设备包括：升降压充电电路、电池和电量计，所述升降压充电电路的一端在所述被充电设备充电时与充电电源的供电端VDD相连，所述升降压充电电路的另一端以及所述电量计的一端均与被充电设备的电池正极相连，所述电量计还用于在所述被充电设备充电时与充电电源的供电端VDD相连，所述被充电设备的电池负极用于在所述被充电设备充电时与充电电源的地线端相连；所述升降压充电电路根据供电端VDD的电压与所述被充电设备的电池的电压的大小将所述供电端VDD的电压进行升压或降压后给所述被充电设备的电池充电。
本申请实施例所提供的的充电系统如图2所示，可以包括：充电电源以及上述被充电设备，所述充电电源包括充电电路和电池，所述充电电路的第一端与充电端VCHG相连、第二端与所述充电电源的电池的正极相连，所述充电电路的第二端与被充电设备的升降压充电电路相连，所述电池的负极接地并作为地线端与被充电设备的电池负极相连；所述充电电路通过充电端VCHG和地线端接入外部电源为所述充电电源的电池充电，所述充电电源的电池通过供电端VDD和地线端为所述被充电设备供电；所述被充电设备的升降压充电电路的一端与充电电源的供电端VDD相连，所述被充电设备的电量计的一端与充电电源的供电端VDD相连。
与传统实现方案不同，本申请实施例中直接将电池BAT1的电压输出，为被充电设备提供电源。可以通过外部从VCHG和G端接入外部电源，通过充电电路Charger1给BAT1充电。同时电池BAT1可以对外通过端口VDD和G为被充电设备供电。而现有技术中需要两次转换，先升压(Boost)再降压(Step-down Charger)，每次转换都有效率损失，与现有技术相比，本申请实施例无需两次电压转换，效率更高。
现有技术中升压至较高的5V，但如果被充电设备的电池BAT2电压较低，例如3V，且如果电池BAT1电压较高，例如4V，本申请实施例中无需升压，而直接将4V通过降压至3V，直接给BAT2充电，电源转换效率更高。
现有技术中升压电路一方面需要控制电路，同时还需要外置的电感，一般功率电感体积较大，占用较多空间，不利于小型化设计，且需要额外成本。而本申请实施例不需要充电电源内置升压电路更不需要升压电路的控制电路以及外置的电感，从而减少了空间的占用，适合小型化设计，且降低了成本。
实施中，所述电量计还可以用于与所述被充电设备的控制单元相连，所述控制单元可以用于将所述电量计测得的剩余电量信息通过扬声器进行语音播报，或者，将所述电量计测得的剩余电量信息通过通信单元发送给另一设备，或者将所述电量计测得的剩余电量信息通过所述被充电设备的显示屏进行显示。
由于本申请实施例所提供的充电电源自身不配置电量计，而是通过被充电设备来为用户提供电量信息，一般被供电设备功能强大，更加方便为用户提供移动电源剩余电量信息。例如被供电设备为蓝牙耳机，可以通过语音播报的方式告知用户移动电源的剩余电量，还可以通过蓝牙耳机把移动电源的剩余电量信息通过无线通讯(例如基于蓝牙协议)的方式发送到手机上，通过手机显示移动电源的剩余电量；例如被供电设备为手机，则可以通过显示屏显示移动电源的剩余电量，或者通过语音播报移动电源的剩余电量。这些方式都非常方便提供精度高达1％甚至0.1％精度的剩余电量信息，远比仅通过4颗LED灯显示的信息精确。
实施中，所述电量计测得的剩余电量信息可以包括充电电源的电池的剩余电量信息、和/或所述被充电设备的电池的剩余电量信息。
实施中，所述控制单元还可以用于在所述电量计测量所述充电电源的电池的剩余电量信息之前，关断所述升降压充电电路。
实施中，所述电量计可以用于量测所述充电电源的供电端VDD输出的电压以及所述升降压充电电路的电流，并根据所述充电电源的供电端VDD输出的电压以及所述升降压充电电路的电流计算所述充电电源的电池的剩余电量信息。
由于本申请实施例中直接将BAT1的电压输送至被供电设备，因此被供电设备非常方便的可以直接量测BAT1的电压，从而获知BAT1的剩余电量信息，一般剩余电量信息可以通过电池电压得知，可以内置电压-电量曲线表进行查表获得。
在一种改进实现方式中，为了精确获得BAT1的开路电压(即BAT1输出电流为零时的电压)，一般由于电池存在内阻，当电池输出电流时，会导致输出电压降低。为了提高量测精度，可以短暂的将Step-up/down Charger关断，此时BAT1的输出电流为零，此时量测电量更准确。
在另一种改进实现方式中，不关断Step-up/down Charger，而是同时量测BAT1电压和Step-up/down Charger的电流，来计算电池电量。
由于传统的设计中，移动电源中的电量计量测移动电源BAT1的剩余电量后，为了能在被充电设备上显示，还需要额外的数据传输接口D+、D-来通讯剩余电量信息。而本申请实施例中则不需要。在被充电设备中电量计(CoulombMeter2)通过分时工作的方式分别量测移动电源中BAT1和被充电设备中BAT2的剩余电量，将量测的剩余电量信息发送给应用处理器(AP)，应用处理器根据用户需求，依托软件运行，播报剩余电量信息。例如用户可以通过选择菜单进行相应操作。
实施中，所述升降压充电电路可以包括：升降压控制器、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、电感L1和电容C1，所述升降压控制器分别与第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的控制端相连，所述第一开关K1的一端与供电端VDD相连、另一端与第二开关K2以及电感L1的一端相连，所述第二开关K2的另一端接地；所述第三开关K3的一端与被充电设备的电池正极相连、另一端与第四开关K4的一端相连，所述第四开关K4的另一端接地；所述电感L1的另一端分别与电容C1的一端、升降压控制器相连，所述电容C1的另一端接地；所述第一开关K1和所述第四开关K4为控制信号有效性相同的一组，所述第二开关K2和所述第三开关K3为控制信号有效性相同的一组，两组开关交替导通。
图3示出了本申请实施例中升降压充电电路(Step-up/down Charger)的实现方式，其中，包括：控制器和开关K1～K4，电感L1、电容C1。开关K1～K4，电感L1、电容C1组成一个可升压可降压的功率级电路，开关K1和K4同时导通，开关K2和K3同时导通，两组开关交替导通，通过控制开关的导通占空比即可实现升压-降压功能。
实施中，被充电设备的电池正极电压VBAT2和供电端电压VDD满足下面关系：
其中，D为第一开关K1和第四开关K4导通的占空比。
假设开关K1、开关K4导通的占空比为D，则VBAT2电压和VDD电压满足下面关系：
其中，VBAT2为节点VBAT2的电压值；VDD为节点VDD的电压值，D为开关K1和K4导通的占空比。
实施中，所述电量计可以包括振荡器OSC、模数转换器ADC、第五开关S1和第六开关S2，振荡器分别输出控制信号至第五开关S1和第六开关S2，所述第五开关S1和所述第六开关S2的控制信号的有效性相反，所述第五开关S1的一端与供电端VDD相连，所述第六开关S2的一端与被充电设备的电池正极相连，所述第五开关S1和所述第六开关S2的另一端均与模数转换器的输入端相连；当第五开关S1导通时，所述模数转换器将输入的供电端VDD电压由模拟信号转换为数字信号输出；当第六开关S2导通时，所述模数转换器将输入的被充电设备的电池电压由模拟信号转换为数字信号输出。
实施中，所述电量计还可以包括反相器INV1，所述反相器的一端与振荡器相连、另一端与第五开关S1或第六开关S2的控制端相连。
图4示出了本申请实施例中电量计(Coulomb Meter2)的实现方式，其中，包括：振荡器OSC，反相器INV1，模数转换器(ADC)，开关S1、S2。当CK1为高电平时，CK2为低电平，此时开关S1导通，将VDD电压输入到模数转换器ADC中，模数转换器ADC将模拟信号转换为数字信号，即实现对VDD电压的量测；当CK2为高电平时，CK1为低电平，此时开关S2导通，将VBAT2电压输入到模数转换器ADC中，模数转换器ADC将模拟信号转换为数字信号，即实现对VBAT2电压的量测，可以实现电量检测功能。应用处理器AP可以根据量测的电压，查表得到剩余电量数据。然后通过应用软件为用户提供剩余电量信息。
本申请实施例与现有技术相比，至少具有如下优点：
第一、充电效率更高，相同容量的移动电源可以提供更多可利用充电能量，且发热更小；
第二、移动电源中无需升压电路，节省空间，同时也节省成本；
第三、移动电源中无需电量计，节省成本；
第四、移动电源中无需为了显示剩余电量的LED，节省成本；
第五、移动电源与被充电设备之间的接口简单，只需两个接口：电源线(VDD)、地线(G)。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

Claims (9)

1.一种被充电设备，其特征在于，包括：升降压充电电路、电池和电量计，所述升降压充电电路的一端在所述被充电设备充电时与充电电源的供电端VDD相连，所述升降压充电电路的另一端以及所述电量计的一端均与被充电设备的电池正极相连，所述电量计还用于在所述被充电设备充电时与充电电源的供电端VDD相连，所述被充电设备的电池负极用于在所述被充电设备充电时与充电电源的地线端相连；所述升降压充电电路根据供电端VDD的电压与所述被充电设备的电池的电压的大小将所述供电端VDD的电压进行升压或降压后给所述被充电设备的电池充电；所述电量计用于量测所述充电电源的供电端VDD输出的电压以及所述升降压充电电路的电流，并根据所述充电电源的供电端VDD输出的电压以及所述升降压充电电路的电流计算所述充电电源的电池的剩余电量信息。
2.如权利要求1所述的被充电设备，其特征在于，所述电量计还用于与所述被充电设备的控制单元相连，所述控制单元用于将所述电量计测得的剩余电量信息通过扬声器进行语音播报，或者，将所述电量计测得的剩余电量信息通过通信单元发送给另一设备，或者将所述电量计测得的剩余电量信息通过所述被充电设备的显示屏进行显示。
3.如权利要求2所述的被充电设备，其特征在于，所述电量计测得的剩余电量信息包括充电电源的电池的剩余电量信息、和/或所述被充电设备的电池的剩余电量信息。
4.如权利要求2所述的被充电设备，其特征在于，所述控制单元还用于在所述电量计测量所述充电电源的电池的剩余电量信息之前，关断所述升降压充电电路。
5.如权利要求1所述的被充电设备，其特征在于，所述升降压充电电路包括：升降压控制器、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、电感L1和电容C1，所述升降压控制器分别与第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的控制端相连，所述第一开关K1的一端与供电端VDD相连、另一端与第二开关K2以及电感L1的一端相连，所述第二开关K2的另一端接地；所述第三开关K3的一端与被充电设备的电池正极相连、另一端与第四开关K4的一端相连，所述第四开关K4的另一端接地；所述电感L1的另一端分别与电容C1的一端、升降压控制器相连，所述电容C1的另一端接地；所述第一开关K1和所述第四开关K4为控制信号有效性相同的一组，所述第二开关K2和所述第三开关K3为控制信号有效性相同的一组，两组开关交替导通。
6.如权利要求5所述的被充电设备，其特征在于，被充电设备的电池正极电压VBAT2和供电端电压VDD满足下面关系：
其中，D为第一开关K1和第四开关K4导通的占空比。
7.如权利要求1所述的被充电设备，其特征在于，所述电量计包括振荡器OSC、模数转换器ADC、第五开关S1和第六开关S2，振荡器分别输出控制信号至第五开关S1和第六开关S2，所述第五开关S1和所述第六开关S2的控制信号的有效性相反，所述第五开关S1的一端与供电端VDD相连，所述第六开关S2的一端与被充电设备的电池正极相连，所述第五开关S1和所述第六开关S2的另一端均与模数转换器的输入端相连；当第五开关S1导通时，所述模数转换器将输入的供电端VDD电压由模拟信号转换为数字信号输出；当第六开关S2导通时，所述模数转换器将输入的被充电设备的电池电压由模拟信号转换为数字信号输出。
8.如权利要求7所述的被充电设备，其特征在于，所述电量计还包括反相器INV1，所述反相器的一端与振荡器相连、另一端与第五开关S1或第六开关S2的控制端相连。
9.一种充电系统，其特征在于，包括充电电源以及如权利要求1至8任一所述的被充电设备，所述充电电源包括充电电路和电池，所述充电电路的第一端与充电端VCHG相连、第二端与所述充电电源的电池的正极相连，所述充电电路的第二端与被充电设备的升降压充电电路相连，所述电池的负极接地并作为地线端与被充电设备的电池负极相连；所述充电电路通过充电端VCHG和地线端接入外部电源为所述充电电源的电池充电，所述充电电源的电池通过供电端VDD和地线端为所述被充电设备供电；所述被充电设备的升降压充电电路的一端与充电电源的供电端VDD相连，所述被充电设备的电量计的一端与充电电源的供电端VDD相连。
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