CN111049371A - 一种中等功率低成本的电荷泵充电方法 - Google Patents

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    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
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    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Abstract

本发明公开了一种中等功率低成本的电荷泵充电方法，利用SC8551或更低成本的同类电荷泵架构高压直充芯片配合目前市面上常用且成本很低的200mV一档调压范围的充电头，实现20瓦‑30瓦左右较低功率的高压直充。U1为SC8551或上海南芯同系列电荷泵高压直充芯片，可以实时检测USB接口电压，即VAC，当VAC的电压比所需工作的电压高时，通过OVP_GATE信号控制Q1的导通状态，将VBUS钳位在所需电压范围内。Q1为NMOS管，配合U1做USB接口的过压保护，以及通过U1对其控制，实现低成本USB输入电压每档200mV变化的隔离。本发明可以很好的平衡成本和充电效率，在20瓦‑30瓦左右区间有很大的优势，因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种中等功率低成本的电荷泵充电方法
技术领域
本发明涉及手机电荷泵充电电路技术领域，具体地说，是涉及一种中等功率低成本的电荷泵充电方法。
背景技术
目前手机内部的电荷泵架构高压直充芯片，都必须要要配合精准调压调流的充电头，比如20mv到50mv一档的电压调整步进，以及50mA到200mA一档的电流调整步进，这就需要手机通过符合PPS，SCP，或一些手机厂家自定义的通信协议，来配置充电头的电压电流参数。需要成本较高的接口芯片来实现手机对充电头的控制，且系统控制方案很繁琐。
本申请是基于SC8551或同类电荷泵架构高压直充芯片的一种特别设置和相应的系统设计，就可以配合目前市面上常用且成本很低的200mV一档调压范围的充电头，实现20瓦-30瓦左右较低功率的高压直充方案。
SC8551是针对手机快充市场最新推出的电荷泵快充IC。作为国内首款高压电荷泵快充IC，SC8551还开创实现了高压快充和低压直充双模式充电功能。SC8551采用56pin的CSP封装，芯片尺寸为3.32mm*3.35mm。在充电过程中，SC8551作为主从充电架构中的从充电IC，在手机进入快充阶段后开始工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中等功率低成本的电荷泵充电方法，主要解决现有手机电荷泵接口芯片成本高、充电系统控制方案繁琐的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种中等功率低成本的电荷泵充电方法，包括以下步骤：
(S1)配置电荷泵的工作参数并使能；
(S2)通过USB接口发送命令控制200mV每档的充电头的输出电压，使电荷泵的输出电流接近设定值；此时Q1一直处于完全导通状态；
(S3)逐步调高USB接口的电压，直至Q1进入钳位状态，停止调整USB电压，此时电荷泵达到所设定的输出电流，对电池进行充电，直至Q1完全导通；
(S4)再次通过USB发送命令给到充电头，将USB接口的电压提升200mV，Q1再次进入钳位模式，继续对电池进行充电，直至Q1再次完全导通；
(S5)重复步骤(S4)的过程，直至电池达到所设定的电压；
(S6)通过USB接口降低USB接口的电压200mV，电荷泵输出电流陡然降低，则电池电压也会陡然降低，保持这种充电状态，直到电池电压再次上升到设定的值；
(S7)再次降低USB接口电压200mV，重复步骤(S6)，直到电荷泵的充电电流降低到所设定的值，电荷泵停止工作，由主充电器单独完成后续充电过程。
进一步地，在步骤(S3)中，Q1完全导通的具体过程为：随着充电的进行，电池电压上升，VBUS的电压上升，USB接口的电压和VBUS的压差会逐步缩小直至Q1完全导通。
进一步地，在步骤(S4)中，Q1再次进入钳位模式的控制方式为：当步骤(S3)的Q1完全导通时，USB接口的电压和VBUS电压相同，通过USB发送命令给到充电头，将USB接口的电压立刻提升200mV，Q1再次进入钳位模式。
进一步地，在步骤(S4)中，Q1再次进入钳位模式的控制方式为：当步骤(S3)的Q1完全导通时，USB接口的电压和VBUS电压相同，等待一段时间，充电电流下降一定值，再提高USB接口的电压，Q1再次进入钳位模式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用SC8551或同类电荷泵高压直充芯片用于手机电池的充电系统通过实时检测USB接口的电压VAC，利用NMOS管Q1和电荷泵高压直充芯片的配合，实现低成本USB输入电压每档200mV变化的隔离，使NMOS管Q1长时间工作在一定范围的钳位状态，从而实现较为平稳的充电电流，且通过相应的芯片内部设计和系统设计对NMOS管Q1作相应的保护，不存在过热烧毁的可能。不仅实现低成本而且还简化了系统控制方案。
附图说明
图1为本发明低成本的电荷泵充电电路框图。
图2为本发明充电方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1、2所示，本发明公开的一种中等功率低成本的电荷泵充电方法的充电电路框图，利用SC8551电荷泵架构高压直充芯片配合目前市面上常用且成本很低的200mV一档调压范围的充电头，实现20瓦-30瓦左右较低功率的高压直充。U1为SC8551或上海南芯同系列电荷泵高压直充芯片，可以实时检测USB接口电压，即VAC，当VAC的电压比所需工作的电压高时，通过OVP_GATE信号控制Q1的导通状态，将VBUS钳位在所需电压范围内，实现低成本USB输入电压每档200mV变化的隔离。
具体充电方法如下：
配置电荷泵的工作参数并使能，通过USB接口发送命令控制200mV每档的充电头的输出电压，使电荷泵的输出电流接近设定值；此时Q1一直处于完全导通状态。
逐步调高USB接口的电压也就是VAC，直至Q1进入钳位状态，停止调整USB电压，此时电荷泵达到所设定的输出电流，对电池进行充电，随着电池电压的上升，Vbus的电压也会上升，VAC和VBUS的压差会逐步缩小直至Q1完全导通，直至Q1完全导通。
此时，可采取的控制方式有两种，一种是再次通过USB发送命令给到充电头，将USB接口的电压也就是VAC提升200mV，Q1再次进入钳位模式，随着电池电压的上升，VBUS同时不断上升，VAC和VBUS的压差逐步缩小直至N-MOS再次完全导通。
另一种是当Q1完全导通时，VAC和VBUS电压相同，此时不要立刻提高200mV的VAC电压，而是等充电电流略微下降一些比如下降300mA，再提高VAC的电压。充电电流会再次回到设定的值且Q1再次进入钳位状态，但此时VAC和VBUS的压差就会小于200mV，从而可以降低NMOS管Q1的发热。
重复以上过程，直至电池达到所设定的电压。然后通过USB接口降低VAC电压200mV，此时电荷泵输出电流会陡然降低一个台阶，则电池电压也会陡然降低一个台阶。保持这种充电状态，直到电池电压再次上升到设定的值，再次降低USB接口的VAC电压200mV。以此往复，直到电荷泵的充电电流降低到所设定的值，电荷泵停止工作，由主充电器单独完成后续充电过程。
整个过程中，电荷泵都会持续检测VAC，VBUS，输入输出电流和热耗散等各种信息，以及通过热敏电阻检测Q1和自身的温度，任何情况下的任何指标超出设计范围，电荷泵都会停止工作。
通过上述设计，本发明利用手机内部的电荷泵架构的高压直充芯片配合目前市面上常用且成本很低的200mV一档调压范围的充电头，实现20瓦-30瓦左右较低功率的高压直充方案。本发明可以很好的平衡成本和充电效率，在20瓦-30瓦左右区间有很大的优势，所以本发明具有很高的实用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种中等功率低成本的电荷泵充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)配置电荷泵的工作参数并使能；
(S2)通过USB接口发送命令控制200mV每档充电头的输出电压，使电荷泵的输出电流接近设定值；此时Q1一直处于完全导通状态；
(S3)逐步调高USB接口的电压，直至Q1进入钳位状态，停止调整USB电压，此时电荷泵达到所设定的输出电流，对电池进行充电，直至Q1完全导通；
(S4)再次通过USB发送命令给到充电头，将USB接口的电压提升200mV，Q1再次进入钳位模式，继续对电池进行充电，直至Q1再次完全导通；
(S5)重复步骤(S4)的过程，直至电池达到所设定的电压；
(S6)通过USB接口降低USB接口的电压200mV，电荷泵输出电流陡然降低，则电池电压也会陡然降低，保持这种充电状态，直到电池电压再次上升到设定的值；
(S7)再次降低USB接口电压200mV，重复(S6)过程，直到电荷泵的充电电流降低到所设定的值，电荷泵停止工作，由主充电器单独完成后续充电过程。
2.根据权利要求1所述的一种中等功率低成本的电荷泵充电方法，其特征在于，在步骤(S3)中，Q1完全导通的具体过程为：随着充电的进行，电池电压上升，VBUS的电压上升，USB接口的电压和VBUS的压差会逐步缩小直至Q1完全导通。
3.根据权利要求2所述的一种中等功率低成本的电荷泵充电方法，其特征在于，在步骤(S4)中，Q1再次进入钳位模式的控制方式为：当步骤(S3)的Q1完全导通时，USB接口的电压和VBUS电压相同，通过USB发送命令给到充电头，将USB接口的电压立刻提升200mV，Q1再次进入钳位模式。
4.根据权利要求2所述的，其特征在于，一种中等功率低成本的电荷泵充电方法，其特征在于，在步骤(S4)中，Q1再次进入钳位模式的控制方式为：当步骤(S3)的Q1完全导通时，USB接口的电压和VBUS电压相同，等待一段时间，充电电流下降一定值，再提高USB接口的电压，Q1再次进入钳位模式。
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