CN109088459A - 充电电路和充电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电电路和充电设备，涉及充电技术领域，提高充电效率。该充电电路包括：充电模块，充电模块包括电源端和电池端，电池端用于连接待充电电池；相并联的升压模块和直充模块，升压模块包括第一输入端和第一输出端，直充模块包括第二输入端和第二输出端，第一输入端和第二输入端分别用于连接充电设备的电池，第一输出端和第二输出端分别与电源端相连，升压模块用于使第一输出端输出的电压大于第一输入端输入的电压，直充模块用于使第二输出端输出的电压等于第二输入端输入的电压；电压比较模块，电压比较模块用于分别连接充电设备的电池和待充电电池，比较两个电池的电压，并根据比较结果控制升压模块和直充模块的通断状态。

Description

充电电路和充电设备

技术领域

本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电电路和充电设备。

背景技术

电子设备如手机、耳机等设备已成为人们日常生活必备品，经常要给电子设备进行充电。

目前，利用充电设备给电子设备进行充电时，充电设备的电池通常升压至5V后，再给电子设备的电池进行充电，当前使用的是线性充电，充电效率约等于电子设备电池电压与5V的比值，而当电子设备的电池电压较低时，则充电效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种充电电路和充电设备，提高充电效率。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种充电电路，包括：

充电模块，所述充电模块包括电源端和电池端，所述电池端用于连接待充电电池，所述充电模块用于给所述待充电电池充电；

相并联的升压模块和直充模块，所述升压模块包括第一输入端和第一输出端，所述直充模块包括第二输入端和第二输出端，所述第一输入端和所述第二输入端分别用于连接充电设备的电池，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述充电模块的电源端相连，所述升压模块用于使所述第一输出端输出的电压大于所述第一输入端输入的电压，所述直充模块用于使所述第二输出端输出的电压等于所述第二输入端输入的电压；

电压比较模块，所述电压比较模块用于分别连接所述充电设备的电池和所述待充电电池，比较所述充电设备的电池的电压与所述待充电电池的电压，并根据比较结果控制所述升压模块和所述直充模块的通断状态。

具体地，所述升压模块包括升压芯片，所述升压芯片包括输入管脚、输出管脚和使能管脚，所述输入管脚与所述第一输入端相连，所述输出管脚与所述第一输出端相连，所述使能管脚与所述电压比较模块相连，所述使能管脚用于接收所述电压比较模块的控制信号。

具体地，所述直充模块包括开关模块和开关控制模块，所述第二输入端通过所述开关模块连接于所述第二输出端，所述开关控制模块与所述使能管脚相连，所述开关控制模块用于接收所述电压比较模块的控制信号，并根据所述电压比较模块的控制信号控制所述开关模块的通断。

具体地，所述开关模块包括第一开关管，所述开关控制模块包括第二开关管；

所述第一开关管的第一端与所述第二输入端相连，所述第一开关管的第二端与所述第二输出端相连，所述第一开关管的控制端分别与所述第二输入端和所述第二开关管的第一端相连；

所述第二开关管的控制端与所述使能管脚相连，所述第二开关管的第二端接地。

具体地，所述电压比较模块用于当所述充电设备的电池的电压大于所述待充电电池的电压时，输出低电平信号，当所述充电设备的电池的电压小于或等于所述待充电电池的电压时，输出高电平信号。

具体地，所述电压比较模块包括电压比较电路；和/或，

所述电压比较模块包括具有模数转换器的处理器。

具体地，所述升压芯片为固定输出升压芯片或者可调升压芯片。

具体地，所述充电模块包括充电芯片，所述充电芯片内设置有相连的金属氧化物半导体场效应晶体管和三极管，所述金属氧化物半导体场效应晶体管连接在所述充电芯片内的充电路径中，所述三极管用于控制所述金属氧化物半导体场效应晶体管的通断。

具体地，所述充电模块包括电流检测模块，所述电流检测模块包括电流检测电阻，所述电流检测电阻连接在所述充电模块的电池端与所述充电芯片之间。

另一方面，本发明实施例提供一种充电设备，包括：

电池以及上述的充电电路；

所述充电电路的升压模块的第一输入端、直充模块的第二输入端和电压比较模块分别与所述电池相连。

本发明实施例提供的一种充电电路和充电设备，在对待充电电池进行充电时，通过充电电路的电压比较模块比较充电设备的电池电压和待充电电池的电压，并根据下述情况控制升压模块和直充模块的通断状态：当充电设备的电池电压大于待充电电池的电压时，电压比较模块控制直充模块导通、升压模块断开，使得充电电路不升压便对待充电电池进行充电，当充电设备的电池电压小于或等于待充电电池的电压时，电压比较模块控制升压模块导通、直充模块断开，使得充电电路升压后对待充电电池进行充电。在充电过程中，由于先根据充电设备的电池电压与待充电电池的电压大小判断是否对充电设备的电池电压进行升压，避免了当待充电电池的电压较低时，待充电电池的电压与充电设备的电池电压的比值较低，从而提高了充电效率，本发明实施例实现了降低待充电电池的电压与充电设备的电池电压之间的压差，根据P＝ΔUI可知，在电流I一定时，降低压差能够降低发热的功耗，进而提高充电效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种充电电路的组成框图；

图2为现有技术提供的一种线性充电电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种升压模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种直充模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种充电电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种充电电路，包括：

充电模块1，充电模块1包括电源端11和电池端12，电池端12用于连接待充电电池2，充电模块1用于给待充电电池2充电；相并联的升压模块3和直充模块4，升压模块3包括第一输入端31和第一输出端32，直充模块4包括第二输入端41和第二输出端42，第一输入端31和第二输入端41分别用于连接充电设备的电池5，第一输出端32和第二输出端42分别与充电模块1的电源端11相连，升压模块3用于使第一输出端32输出的电压大于第一输入端31输入的电压，直充模块4用于使第二输出端42输出的电压等于第二输入端41输入的电压；电压比较模块6，电压比较模块6用于分别连接充电设备的电池5和待充电电池2，比较充电设备的电池5的电压与待充电电池2的电压，并根据比较结果控制升压模块3和直充模块4的通断状态。

其中，充电模块1可采用现有技术的充电设备所采用的线性充电电路，如图2所示，该线性充电电路中设置有充电芯片，或者，也可以将电压比较模块集成到现有的线性充电电路的充电芯片中，那么此时充电模块1包括集成有电压比较模块6的充电芯片。

充电模块1包括电源端11，电源端11用于连接充电设备的电池5，以接收充电设备的电池5提供的电流，本实施例中，在电源端11与充电设备的电池5之间连接有相并联的升压模块3和直充模块4，以使充电设备的电池5通过升压模块3或者直充模块4与电源端11接通，其中，实现哪路接通是通过电压比较模块6来控制的。

升压模块3用于将输入的电压进行升压并输出，使第一输出端32输出的电压大于第一输入端31输入的电压，当充电设备的电池5的电流从升压模块3的第一输入端31流入，然后从升压模块3的第一输出端32流出时，电压升高，使得充电模块1的电源端11接收到升压后的电流；直充模块4用于保持输入和输出的电压保持一致，使第二输出端42输出的电压等于第二输入端41输入的电压，当充电设备的电池5的电流从直充模块4的第二输入端41流入，然后从直充模块4的第二输出端42流出时，电压不变，使得充电模块1的电源端11接收到与充电设备的电池5电压一致的电流。电压比较模块6根据充电设备的电池5的电压与待充电电池2的电压相比较的结果控制升压模块3导通或者直充模块4导通，具体地，当充电设备的电池5的电压大于待充电电池2的电压时，此时可不需要升压，则电压比较模块6输出第一控制信号，第一控制信号使直充模块4导通、升压模块3断开，充电设备的电池5通过直充模块4与充电模块1的电源端11接通；当充电设备的电池5的电压小于或等于待充电电池2的电压时，此时需进行升压，则电压比较模块6输出第二控制信号，第二控制信号使升压模块3导通、直充模块4断开，充电设备的电池5通过升压模块3与充电模块1的电源端11接通。

下面通过充电电路的工作原理来说明本发明实施例。充电电路设置在充电设备中，充电电路与充电设备的电池5连接，其中，充电电路的升压模块3的第一输入端31、直充模块4的第二输入端41和电压比较模块6分别与充电设备的电池5连接。在要给待充电电池2进行充电时，将待充电电池2分别与充电电路的充电模块1的电池端11和电压比较模块6连接，电压比较模块6接收到充电设备的电池5电压和待充电电池2的电压，并比较两个电压的大小关系，若充电设备的电池5电压大于待充电电池2的电压时，则不进行升压，电压比较模块6控制直充模块4导通、升压模块3断开，使充电设备的电池5通过直充模块4与充电模块1的电源端11接通，直充模块4用于使输入和输出的电压保持一致，则充电设备的电池5未升压便对待充电电池2进行充电，从而避免待充电电池2的电压与充电设备的电池5电压比值过小，进而避免充电效率过低；若充电设备的电池5电压小于或等于待充电电池2的电压时，则需要进行升压，电压比较模块6控制升压模块3导通、直充模块4断开，使充电设备的电池5通过升压模块3与充电模块1的电源端11接通，升压模块3用于使输出电压大于输入电压，则充电设备的电池5升压后对待充电电池2进行充电，保证有效充电。

本发明实施例提供的充电电路，用于充电设备，在对待充电电池进行充电时，通过电压比较模块比较充电设备的电池电压和待充电电池的电压，并根据下述情况控制升压模块和直充模块的通断状态：当充电设备的电池电压大于待充电电池的电压时，电压比较模块控制直充模块导通、升压模块断开，使得充电电路不升压便对待充电电池进行充电，当充电设备的电池电压小于或等于待充电电池的电压时，电压比较模块控制升压模块导通、直充模块断开，使得充电电路升压后对待充电电池进行充电。在充电过程中，由于先根据充电设备的电池电压与待充电电池的电压大小判断是否对充电设备的电池电压进行升压，避免了当待充电电池的电压较低时，待充电电池的电压与充电设备的电池电压的比值较低，从而提高了充电效率，本发明实施例实现了降低待充电电池的电压与充电设备的电池电压之间的压差，根据P＝ΔUI可知，在电流I一定时，降低压差能够降低发热的功耗，进而提高充电效率。

具体地，结合图3和图5，升压模块3包括升压芯片33，升压芯片33包括输入管脚VIN、输出管脚VOUT和使能管脚EN，输入管脚VIN与第一输入端31相连，输出管脚VOUT与第一输出端32相连，使能管脚EN与电压比较模块6相连，使能管脚EN用于接收电压比较模块6的控制信号。

其中，使能管脚EN起到导通或断开升压芯片33的作用，一般设计为当使能管脚EN接通高电平信号时，升压芯片33导通，当使能管脚EN接通低电平信号时，升压芯片33断开，所述高电平信号和低电平信号可通过电压比较模块6输出；当升压芯片33导通时，输入管脚VIN接收从第一输入端31流入的电流，即接收充电设备的电池5输送的电流，经过升压芯片33进行升压，升压后的电流从输出管脚VOUT流至第一输出端32，即流至充电模块1的电源端11，再通过充电模块1给待充电电池2进行充电；当升压芯片33断开时，充电设备的电池5输出的电流不通过升压模块3，而是通过直充模块4，对于直充模块4可进行如下设计：

结合图4和图5，直充模块4包括开关模块43和开关控制模块44，第二输入端41通过开关模块43连接于第二输出端42，开关控制模块44与使能管脚EN相连，开关控制模块44用于接收电压比较模块6的控制信号，并根据电压比较模块6的控制信号控制开关模块43的通断。

其中，结合图3至图5，通过开关控制模块44控制开关模块43的通断，当升压芯片33导通时，开关控制模块44控制开关模块43断开，则第二输入端41与第二输出端42断开，充电设备的电池输出的电流不通过直充模块4；当升压芯片33断开时，开关控制模块44控制开关模块43导通，则第二输入端41与第二输出端42连通，充电设备的电池5输出的电流通过直充模块4，并流至充电模块1，以使充电设备的电池5直接通过充电模块1给待充电电池充电2，从而实现不升压进行充电。

具体地，开关模块43为第一开关管431，开关控制模块44为第二开关管441；第一开关管431的第一端4311与第二输入端41相连，第一开关管431的第二端4312与第二输出端42相连，第一开关管431的控制端4313分别与第二输入端41和第二开关管441的第一端4411相连；第二开关管441的控制端4413与使能管脚EN相连，第二开关管441的第二端4412接地。

其中，当使能管脚EN的信号为使升压芯片33导通的信号时，第二开关管441的控制端4413接收到该信号，使第二开关管441的第一端4411和第二端4412导通，由于第二开关管441的第二端4412接地，则此时第一开关管431的控制端4313接地，则第一开关管431处于断开状态，充电设备的电池5通过升压模块3升压后，再通过充电模块1给待充电电池充电2；当使能管脚EN的信号为使升压芯片33断开时，第二开关管441的控制端4413接收到该信号，使第二开关管441的第一端4411和第二端4412断开，第一开关管431的控制端4313接收到第二输入端41输送信号，由于第二输入端41与充电设备的电池5连接，因此第一开关管431的控制端4313接收到的是高电平信号，则第一开关管431的第一端4311和第二端4312导通，此时直充模块4在充电设备的电池5与充电模块1之间相当于导线，使得充电设备的电池5通过充电模块4直接给待充电电池2充电，降低压差以提高充电效率。

第二开关管441可以采用三极管，用于控制，成本较低，第一开关管431可以采用N型晶体管，导通阻抗低，用于大电流的通路，这样设计更加适宜。

具体地，电压比较模块6用于当充电设备的电池5的电压大于待充电电池2的电压时，输出低电平信号，当充电设备的电池的电压小于或等于待充电电池的电压时，输出高电平信号。

其中，一般设计为当使能管脚EN接通高电平信号时，升压芯片33导通，当使能管脚EN接通低电平信号时，升压芯片33断开，因此，当充电设备的电池5的电压大于待充电电池2的电压时，电压比较模块6输出低电平信号，使升压芯片33断开，以实现不升压充电；当充电设备的电池5的电压小于或等于待充电电池2的电压时，电压比较模块6输出高电平信号，使升压芯片33导通，以实现升压充电。

具体地，电压比较模块6包括电压比较电路；和/或，电压比较模块6包括具有模数转换器的处理器(图中未示出)。其中，电压比较电路可采用现有技术中电压比较器的电路即可，根据电压比较电路的两个输入端所接收到的电压大小不同，进而输出不同高低的电平信号。模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)用于将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，也就是将模拟的电压值转换为数字信号，再通过处理器进行运算并控制，处理器可以采用CPU或者微处理器MCU。

具体地，升压芯片为固定输出升压芯片或者可调升压芯片。其中，固定输出升压芯片为图3所示的升压芯片33，通过调节图中R1和R2的电阻值，可更改输出的电压值，R1和R2的电阻值设定好后，则输出电压为固定值。或者，升压芯片可采用现有技术中的可调升压芯片，可利用CPU通过IIC接口调整可调升压芯片内的软件设置来改变输出电压值。

具体地，参见图5，充电模块1包括充电芯片13，充电芯片13内设置有相连的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFE)和三极管(图中未示出)，金属氧化物半导体场效应晶体管连接在充电芯片13内的充电路径中，三极管用于控制金属氧化物半导体场效应晶体管的通断。

当电源端11通电时，电源检测端VCDT的电压为高电平，则给充电芯片13发送高电平信号以使充电芯片13导通运行，其中，在充电芯片13内设置有金属氧化物半导体场效应晶体管和三极管，三极管接收到高电平信号后，控制金属氧化物半导体场效应晶体管导通，以使充电芯片13内的充电路径为通路，由于金属氧化物半导体场效应晶体管的导通阻抗低，减小电压压降，使得发热小，从而提升充电效率。

具体地，参见图5，充电模块1包括电流检测模块14，电流检测模块14包括电流检测电阻Rsense，电流检测电阻Rsense连接在充电模块1的电池端12与充电芯片13之间。图5中，ISENSE和BATSNS是电流检测电阻Rsense两端的电压，通过测量ISENSE和BATSNS电压，得出电压差，用来计算充电电流，根据计算出的充电电流，若充电电流偏大或偏小，则通过CHR_LDO和VDRV这两个信号调整金属氧化物半导体场效应晶体管和三极管的电压和电流，以调节充电电流，更好地实现充电管理。

本发明实施例提供的充电电路，用于充电设备，在对待充电电池进行充电时，通过电压比较模块比较充电设备的电池电压和待充电电池的电压，并根据下述情况控制升压模块和直充模块的通断状态：当充电设备的电池电压大于待充电电池的电压时，电压比较模块控制直充模块导通、升压模块断开，使得充电电路不升压便对待充电电池进行充电，当充电设备的电池电压小于或等于待充电电池的电压时，电压比较模块控制升压模块导通、直充模块断开，使得充电电路升压后对待充电电池进行充电。在充电过程中，由于先根据充电设备的电池电压与待充电电池的电压大小判断是否对充电设备的电池电压进行升压，避免了当待充电电池的电压较低时，待充电电池的电压与充电设备的电池电压的比值较低，从而提高了充电效率，本发明实施例实现了降低待充电电池的电压与充电设备的电池电压之间的压差，根据P＝ΔUI可知，在电流I一定时，降低压差能够降低发热的功耗，进而提高充电效率。

如图1所示，本发明实施例提供一种充电设备，包括：电池5以及上述的充电电路；充电电路的升压模块3的第一输入端31、直充模块4的第二输入端41和电压比较模块6分别与电池5相连。

其中，充电电路的结构、设置在充电设备中的结构以及工作原理均与上述实施例相同，此处不再赘述。

本发明实施例提供的充电设备，在对待充电电池进行充电时，通过充电电路的电压比较模块比较充电设备的电池电压和待充电电池的电压，并根据下述情况控制升压模块和直充模块的通断状态：当充电设备的电池电压大于待充电电池的电压时，电压比较模块控制直充模块导通、升压模块断开，使得充电电路不升压便对待充电电池进行充电，当充电设备的电池电压小于或等于待充电电池的电压时，电压比较模块控制升压模块导通、直充模块断开，使得充电电路升压后对待充电电池进行充电。在充电过程中，由于先根据充电设备的电池电压与待充电电池的电压大小判断是否对充电设备的电池电压进行升压，避免了当待充电电池的电压较低时，待充电电池的电压与充电设备的电池电压的比值较低，从而提高了充电效率，本发明实施例实现了降低待充电电池的电压与充电设备的电池电压之间的压差，根据P＝ΔUI可知，在电流I一定时，降低压差能够降低发热的功耗，进而提高充电效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种充电电路，其特征在于，包括：

充电模块，所述充电模块包括电源端和电池端，所述电池端用于连接待充电电池，所述充电模块用于给所述待充电电池充电；

相并联的升压模块和直充模块，所述升压模块包括第一输入端和第一输出端，所述直充模块包括第二输入端和第二输出端，所述第一输入端和所述第二输入端分别用于连接充电设备的电池，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述充电模块的电源端相连，所述升压模块用于使所述第一输出端输出的电压大于所述第一输入端输入的电压，所述直充模块用于使所述第二输出端输出的电压等于所述第二输入端输入的电压；

电压比较模块，所述电压比较模块用于分别连接所述充电设备的电池和所述待充电电池，比较所述充电设备的电池的电压与所述待充电电池的电压，并根据比较结果控制所述升压模块和所述直充模块的通断状态。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，

所述升压模块包括升压芯片，所述升压芯片包括输入管脚、输出管脚和使能管脚，所述输入管脚与所述第一输入端相连，所述输出管脚与所述第一输出端相连，所述使能管脚与所述电压比较模块相连，所述使能管脚用于接收所述电压比较模块的控制信号。

3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，

所述直充模块包括开关模块和开关控制模块，所述第二输入端通过所述开关模块连接于所述第二输出端，所述开关控制模块与所述使能管脚相连，所述开关控制模块用于接收所述电压比较模块的控制信号，并根据所述电压比较模块的控制信号控制所述开关模块的通断。

4.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，

所述开关模块包括第一开关管，所述开关控制模块包括第二开关管；

所述第一开关管的第一端与所述第二输入端相连，所述第一开关管的第二端与所述第二输出端相连，所述第一开关管的控制端分别与所述第二输入端和所述第二开关管的第一端相连；

所述第二开关管的控制端与所述使能管脚相连，所述第二开关管的第二端接地。

5.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，

所述电压比较模块用于当所述充电设备的电池的电压大于所述待充电电池的电压时，输出低电平信号，当所述充电设备的电池的电压小于或等于所述待充电电池的电压时，输出高电平信号。

6.根据权利要求5所述的充电电路，其特征在于，

所述电压比较模块包括电压比较电路；和/或，

所述电压比较模块包括具有模数转换器的处理器。

7.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，

所述升压芯片为固定输出升压芯片或者可调升压芯片。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的充电电路，其特征在于，

所述充电模块包括充电芯片，所述充电芯片内设置有相连的金属氧化物半导体场效应晶体管和三极管，所述金属氧化物半导体场效应晶体管连接在所述充电芯片内的充电路径中，所述三极管用于控制所述金属氧化物半导体场效应晶体管的通断。

9.根据权利要求8所述的充电电路，其特征在于，

所述充电模块包括电流检测模块，所述电流检测模块包括电流检测电阻，所述电流检测电阻连接在所述充电模块的电池端与所述充电芯片之间。

10.一种充电设备，其特征在于，包括：

电池以及如权利要求1至9中任一项所述的充电电路；

所述充电电路的升压模块的第一输入端、直充模块的第二输入端和电压比较模块分别与所述电池相连。