CN108964197B

CN108964197B - 一种充电电路及电源装置

Info

Publication number: CN108964197B
Application number: CN201810889269.8A
Authority: CN
Inventors: 邓海飞
Original assignee: Shenzhewn Baoli Microelectronics Co ltd
Current assignee: Shenzhewn Baoli Microelectronics Co ltd
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: CN108964197A

Abstract

一种充电电路，其包括受电端口、供电端口、快充模块以及升降压模块，通过采用快充模块检测供电端口和受电端口电压，并通过升降压模块比较第一检测电压信号和受电端电压信号以切换工作模式，当受电端口的电压值在供电端口的需求电压范围内时，升降压模块工作于直充模式，即当受电端口的电压值在供电端口的需求电压范围内时，该充电电路工作于BYPASS状态，使升降压模块仅有部分工作，部分待机，使得整机发热降低，从而提高了转换效率，进而解决了开关损耗大和环路补偿的问题，并且该充电电路适用于供电端口电压大于、等于或小于受电端口电压的快速充电应用。

Description

一种充电电路及电源装置

技术领域

本发明属于快速充放电技术领域，尤其涉及一种充电电路及电源装置。

背景技术

目前，使用QC(Quick Charge)或PD(USB Power Delivery)快速充电协议的电源产品在工作中经常会出现供电端的电压大于、等于或小于受电设备电压的情况，在宽范围电压输入时主要采用BUCK-BOOST的控制方式来控制输出受电设备所需电压，但是，当输入电压接近输出电压时，会出现控制芯片的环路不稳定，输出波纹大等问题，从而导致受电设备在充电时不能正常使用，甚至会导致电源产品及受电设备损坏。

因此，传统的技术方案中存在的充电电路在供电端和受电端电压接近时存在开关损耗和环路补偿的问题。

发明内容

本发明提供一种充电电路，旨在解决传统的技术方案中存在的充电电路在供电端和受电端电压接近时存在开关损耗和环路补偿的问题。

本发明是这样实现的，一种充电电路，包括：

被配置为连接电源以接入充电电压的供电端口；

被配置为连接受电设备以输出电压的受电端口；

与所述受电端口和所述供电端口连接，被配置为检测所述供电端口电压和所述受电端口电压并输出第一检测电压信号和第二检测电压信号的快充模块；

与所述受电端口、所述供电端口以及所述快充模块连接，被配置为比较所述第一检测电压信号和所述第二检测电压信号，并根据比较结果切换工作模式的升降压模块；其中，所述工作模式包括升压模式、降压模式以及将所述充电电压直接作为输出电压输出到所述受电端口的直充模式；

当所述受电端口的电压值在所述供电端口的需求电压范围内，所述升降压模块工作在所述直充模式。

其次，还提供了一种充电方法，包括：

检测供电端口和受电端口电压并输出第一检测电压信号和第二检测电压信号；

比较所述第一检测电压信号和所述第二检测电压信号，并根据比较结果切换工作模式；其中，所述工作模式包括升压模式、降压模式以及将所述充电电压直接作为输出电压输出到所述受电端口的直充模式；

此外，还提供了一种电源装置，包括上述的充电电路。

上述的充电电路，通过采用快充模块检测供电端口和受电端口电压，并通过升降压模块比较第一检测电压信号和第二检测电压信号以切换工作模式，当受电端口的电压值在供电端口的需求电压范围内，升降压模块工作于直充模式，即该充电电路工作于将充电电压直接作为输出电压输出到供电端口的BYPASS状态，使升降压模块仅有部分工作，部分待机，使得整机发热降低，从而提高了转换效率，进而解决了开关损耗大和环路补偿的问题，并且该充电电路适用于供电端口电压大于、等于或小于受电端口电压的快速充电应用。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的充电电路的模块示意图；

图2为本发明另一实施例提供的充电电路的模块示意图；

图3为本发明一实施例提供的充电电路的电路原理图；

图4为本发明另一实施例提供的充电电路的电路原理图；

图5为本发明一实施例提供的充电方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明较佳实施例提供的充电电路的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

参考图1，一种充电电路，包括：受电端口40、供电端口30、快充模块20以及升降压模块10。

其中，受电端口40被配置为连接受电设备以输出电压，受电端口40还可以作为供电端口30，用于接入电压，具有双向功能；供电端口30被配置为连接电源以接入充电电压，供电端口30还可以作为受电端口40，用于输出电压，具有双向功能；快充模块20与受电端口40和供电端口30连接，被配置为检测供电端口30电压和受电端口40电压并输出第一检测电压信号和第二检测电压信号；升降压模块10与受电端口40、供电端口30以及快充模块20连接，被配置为比较第一检测电压信号和第二检测电压信号，并根据比较结果切换工作模式，工作模式包括升压模式、降压模式以及将充电电压直接作为输出电压输出到供电端口的直充模式，当受电端口40的电压值在供电端口30的需求电压范围内，升降压模块10工作在直充模式。

供电端口30的需求电压范围指的是供电端口30可以接入的额定电压值的范围，比如5V±5％，当然也不仅限于±5％。升压模式指的是供电端口30的输出电压小于受电端口40的所需电压时，升降压模块10启动升压模式将供电端口30的输出电压升高以满足受电端口40的所需电压；降压模式指的是供电端口30的输出电压大于受电端口40的所需电压时，升降压模块10启动降压模式将供电端口30的输出电压降低以满足受电端口40的所需电压；直充模式指的是受电端口40的电压值与供电端口30的需求电压值相接近时或者受电端口40的电压值在供电端口30的需求电压值的±5％的范围以内时，升降压模块10启动BYPASS状态，当然也不仅限于±5％。

在具体的实施例中，快充模块20可以由QC快充协议芯片或PD快充协议芯片实现；快充模块20可以通过PWM脉冲信号、I2C总线信号或者模拟电压信号的形式将检测到的供电端口30的电压值和受电端口40的电压值发送给升降压模块10。受电端口40和供电端口30均可以由Type-C口或USB口实现。本实施例通过采用快充模块20检测供电端口30和受电端口40电压，并通过升降压模块10比较第一检测电压信号和第二检测电压信号以切换工作模式，当受电端口40的电压值在供电端口30的需求电压范围内时，升降压模块10工作于直充模式，即当受电端口40的电压值在供电端口30的需求电压范围内时，该充电电路工作于BYPASS状态，使升降压模块10仅有部分工作，部分待机，使得整机发热降低，从而提高了转换效率，进而解决了开关损耗大和环路补偿的问题，并且该充电电路适用于供电端口30的电压值大于、等于或小于受电端口40电压的快速充电应用。

在其中一个实施例中，升降压模块10包括：升降压控制单元102和升降压电路101；其中，升降压控制单元102与快充模块20连接，用于比较第一检测电压信号和第二检测电压信号以输出相应电压控制信号；升降压电路101与受电端口40、供电端口30以及升降压控制单元102连接，用于根据电压控制信号切换相应工作模式。

在其中一个实施例中，受电端口40的电压值在供电端口30的需求电压范围内时，升降压控制单元102控制升降压电路101工作于直充模式。供电端口30的需求电压范围指的是供电端口30可以接入的额定电压值的±5％，比如5V±5％，当然也不仅限于±5％。在具体实施例中，受电端口40的电压值为供电端口30的需求电压值的±5％时，升降压控制单元102控制升降压电路101工作于直充模式，即升降压电路101工作于BYPASS状态。

在其中一个实施例中，升降压控制单元102包括：用于控制升降压电路101工作于升压模式、降压模式和直充模式的升降压控制芯片。本实施例中的升降压控制单元102为具有控制升降压电路101工作在升压模式、降压模式和直充模式功能的升降压控制芯片。

在其中一个实施例中，升降压电路101包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4以及电感L；第一开关管Q1的输入端与供电端口30连接，第一开关管Q1的输出端、第二开关管Q2的输入端以及电感L的第一端共接，第二开关管Q2的输出端接地，第三开关管Q3的输出端与受电端口40连接，第三开关管Q3的输入端、第四开关管Q4的输入端以及电感L的第二端共接，第四开关管Q4的输出端接地，第一开关管Q1的控制端、第二开关管Q2的控制端、第三开关管Q3的控制端以及第四开关管Q4的控制端分别与升降压控制芯片的第一电压驱动端、第二电压驱动端、第三电压驱动端以及第四电压驱动端对应连接；其中，第一开关管Q1、第三开关管Q3以及电感L构成第一BYPASS电路1011。在具体的实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4均可以由NMOS管或PMOS管实现，当然第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4还可以由三极管实现。

在其中一个实施例中，该充电电路还包括滤波模块50，该滤波模块50与供电端口30和受电端口40连接，用于滤波处理。

在其中一个实施例中，该滤波模块50包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的第一端与供电端口30连接，第一电容C1的第二端接地，第二电容C2的第一端与受电端口40连接，第二电容C2的第二端接地。第一电容C1和第二电容C2均可由一个或多个电阻器串并联构成。

在其中一个实施例中，升降压电路101还包括：连接于供电端口30和受电端口40之间，工作于直充模式的第二BYPASS电路103。

在其中一个实施例中，第二BYPASS电路103包括第五开关管Q5和第六开关管Q6，第五开关管Q5的输入端与供电端口30连接，第五开关管Q5的输出端与第六开关管Q6的输入端连接，第六开关管Q6的输出端与受电端口40连接，第五开关管Q5的控制端和第六开关管Q6的控制端共接并与升降压控制芯片的第五电压驱动端连接。在具体的实施例中，第五开关管Q5和第六开关管Q6均可以由NMOS管或PMOS管实现，当然第五开关管Q5和第六开关管Q6还可以由三极管实现。

在本实施例中，当受电端口40电压在供电端口30可以接入的额定电压值的范围内，升降压电路101工作于直充模式下时，可以通过升降压控制芯片控制第二BYPASS电路103工作，而关闭第一BYPASS电路1011工作，使从供电端口30输入的电流经过第二BYPASS电路103直接向受电端口40输出。而在其他的实施中，当受电端口40电压在供电端口30可以接入的额定电压值的范围内，升降压电路101工作于直充模式下时，可以通过升降压控制芯片控制第二BYPASS电路103和第一BYPASS电路1011同时工作，使从供电端口30输入的电流经过第一BYPASS电路1011和第二BYPASS电路103直接向受电端口40输出，从而进一步降低开关损耗，提高转换效率。

下面以图3所示的电路为例，对该充电电路的工作原理进行说明，详述如下：

通过QC快充协议芯片或PD快充协议芯片检测供电端口30的电压值和受电端口的电压值，并且将检测到的电压通过PWM脉冲信号、I2C总线信号或者模拟电压信号的形式发送给升降压控制芯片，升降压控制芯片比较第一检测电压信号和第二检测电压信号，并根据比较结果输出相应的电压控制信号以控制升降压电路101工作于相应的工作模式。

当受电端口40的电压值为供电端口30的需求电压的±5％时，升降压电路101工作于直充模式，即BYPASS状态，此时，第一开关管Q1常通，第三开关管Q3常通，第二开关管Q2不工作，第四开关管Q4不工作，从供电端口30输入的电流经过第一BYPASS电路1011到第二电容C2后向受电端口40输出。

当受电端口40的电压值大于供电端口30的需求电压的±5％时，升降压电路101工作于升压模式，此时，当第四开关管Q4导通时，第三开关管Q3断开，第一开关管Q1常通，第二开关管Q2不工作，从供电端口30输入的电流从第一开关管Q1经过电感L到第四开关管Q4，而当第四开关管Q4断开时，第三开关管Q3导通，第一开关管Q1常通，从供电端口30输入的电流从第一开关管Q1经过电感L到第三开关管Q3，再经过第二电容C2到受电端口40。

当受电端口40的电压值小于供电端口30的需求电压的±5％时，升降压电路101工作于降压模式，此时，当第一开关管Q1导通时，第二开关管Q2断开，第三开关管Q3常通，第四开关管Q4不工作，从供电端口30输入的电流从第一开关管Q1经过电感L到第三开关管Q3，再经过第二电容C2到受电端口40，而当第一开关管Q1断开时，第二开关管Q2导通，第三开关管Q3常通，电流从电感L经过第三开关管Q3到第二电容C2再经过第二开关管Q2。

其次，还提供了一种充电方法，具体包括如下步骤：

步骤S1.检测供电端口和受电端口电压并输出第一检测电压信号和第二检测电压信号。

步骤S2.比较第一检测电压信号和第二检测电压信号，并根据比较结果切换工作模式；其中，工作模式包括升压模式、降压模式以及将充电电压直接作为输出电压输出到供电端口的直充模式。

步骤S3.当受电端口的电压值在供电端口的需求电压范围内，升降压模块工作在直充模式。

可选地：

步骤S4.当受电端口的电压值小于供电端口的需求电压范围，升降压模块工作在降压模式。

步骤S5.当受电端口的电压值大于供电端口的需求电压范围，升降压模块工作在升压模式。

此外，还提供了一种电源装置，包括上述的充电电路。

本发明的有益效果：

1、采用QC或PD快充协议芯片检测供电端口和受电端口电压，通过升降压控制芯片比较第一检测电压信号和第二检测电压信号以控制升降压电路切换工作模式，当受电端口的电压值在供电端口的需求电压范围内时，升降压电路工作于直充模式，即当受电端口的电压值在供电端口的需求电压范围内时，该充电电路工作于BYPASS状态，使升降压电路中仅有第一BYPASS电路工作，其他部分待机，使得整机发热降低，从而提高了转换效率，进而解决了开关损耗大和环路补偿的问题。

2、当受电端口的电压值在供电端口的需求电压范围内时，升降压电路工作于直充模式下时，第一BYPASS电路和第二BYPASS电路可以同时工作，使从供电端口输入的电流经过第一BYPASS电路和第二BYPASS电路直接向受电端口输出，从而进一步降低开关损耗，提高转换效率。

3、该充电电路适用于供电端口电压大于、等于或小于受电端口电压的快速充电应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种充电电路，其特征在于，所述充电电路包括：

被配置为连接电源以接入充电电压的供电端口；

被配置为连接受电设备以输出电压的受电端口；

当所述受电端口的电压值在所述供电端口的需求电压范围内，所述升降压模块工作在所述直充模式；

所述升降压模块包括：

与所述快充模块连接，用于比较所述第一检测电压信号和所述第二检测电压信号以输出相应电压控制信号的升降压控制单元；和

与所述受电端口、所述供电端口以及所述升降压控制单元连接，用于根据所述电压控制信号切换相应工作模式的升降压电路；

所述升降压控制单元包括：

用于控制所述升降压电路工作于所述升压模式、所述降压模式和所述直充模式的升降压控制芯片；

所述升降压电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及电感；

所述第一开关管的输入端与所述供电端口连接，所述第一开关管的输出端、所述第二开关管的输入端以及所述电感的第一端共接，所述第二开关管的输出端接地，所述第三开关管的输出端与所述受电端口连接，所述第三开关管的输入端、所述第四开关管的输入端以及所述电感的第二端共接，所述第四开关管的输出端接地，所述第一开关管的控制端、所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的控制端以及所述第四开关管的控制端分别与所述升降压控制芯片的第一电压驱动端、第二电压驱动端、第三电压驱动端以及第四电压驱动端对应连接；

其中，所述第一开关管、所述第三开关管以及所述电感构成第一BYPASS电路；

所述升降压电路还包括：连接于所述供电端口和所述受电端口之间，工作于所述直充模式的第二BYPASS电路;

所述第二BYPASS电路包括第五开关管和第六开关管，所述第五开关管的输入端与所述供电端口连接，所述第五开关管的输出端与所述第六开关管的输入端连接，所述第六开关管的输出端与所述受电端口连接，所述第五开关管的控制端和所述第六开关管的控制端共接并与所述升降压控制芯片的第五电压驱动端连接;

当所述受电端口的电压值在所述供电端口的需求电压范围内时，所述升降压控制单元控制所述升降压电路工作于所述直充模式，通过所述升降压控制芯片控制所述第二BYPASS电路工作，而关闭所述第一BYPASS电路工作，以使从所述供电端口输入的电流经过所述第二BYPASS电路直接向所述受电端口输出；

或者，当所述受电端口的电压值在所述供电端口的需求电压范围内时，所述升降压控制单元控制所述升降压电路工作于所述直充模式，通过所述升降压控制芯片控制所述第二BYPASS电路和所述第一BYPASS电路同时工作，以使从所述供电端口输入的电流经过所述第一BYPASS电路和所述第二BYPASS电路直接向所述受电端口输出。

2.一种充电方法，应用于权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电方法包括：

3.如权利要求2所述的充电方法，其特征在于，还包括：

当所述受电端口的电压值小于所述供电端口的需求电压范围，所述升降压模块工作在降压模式；

当所述受电端口的电压值大于所述供电端口的需求电压范围，所述升降压模块工作在升压模式。

4.一种电源装置，包括如权利要求1所述的充电电路。