CN111313495B - 电子设备及充电控制器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电子设备及充电控制器。电子设备包括电池、充电控制器与SOC芯片(System on Chip，系统芯片)；所述充电控制器与所述SOC芯片至少其中之一内集成有采样处理电路，所述采样处理电路用于采样所述电池的电压和充电电流；所述充电控制器与所述SOC芯片之间电连接，以在所述充电控制器与所述SOC芯片之间传输采样到的所述电池的电压和充电电流；所述充电控制器根据采样到的所述电池的电压和充电电流，调节所述电池的充电电压和充电电流；所述SOC芯片用于在充电过程异常时，控制所述充电控制器停止工作。本公开提高对电子设备充电过程的稳定性。

Description

电子设备及充电控制器

技术领域

本公开涉及，特别涉及一种电子设备及充电控制器。

背景技术

相关技术中，电子设备电池的充电控制方案内包括有充电控制器、SOC(System onChip，系统芯片)、以及电量计量芯片等部件。其中，采样电池的电压以及充电电流是由电量计量芯片完成的；充电控制器需要与电量计量芯片通信以读取采样到的电池的电压以及充电电流，进而控制充电过程的进行。然而当由于通信故障，造成充电控制器无法接收到电量计量芯片采样的采样结果，或未及时接收到采样结果时，将对充电过程的控制产生不利的影响，造成充电过程的不稳定。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个目的在于提高电子设备充电过程的稳定性。

为解决上述技术问题，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，本公开提供一种电子设备，电子设备包括电池、充电控制器与SOC芯片；

所述充电控制器与所述SOC芯片至少其中之一内集成有采样处理电路，所述采样处理电路用于采样所述电池的电压和充电电流；所述充电控制器与所述SOC芯片之间电连接，以在所述充电控制器与所述SOC芯片之间传输采样到的所述电池的电压和充电电流；

所述充电控制器用于根据采样到的所述电池的电压和充电电流，调节所述电池的充电电压和充电电流；

所述SOC芯片，所述SOC芯片用于在充电过程异常时，控制所述充电控制器停止工作。

根据本公开的另一个方面，本公开提供一种充电控制器，所述充电控制器内部集成有：

采样处理单元，用于采样电池的电压以及充电电流；

充电控制单元，与所述采样处理电路电连接，以根据所述采样处理电路的采样结果调节为所述电池的充电电压和充电电流。

本公开中将采样处理电路封装于充电控制器或SOC芯片内，而免去了计量芯片的使用。当采用处理电路封装于充电控制器内时，采样处理电路的采样结果可以直接通过内部通讯线传输至充电控制器内的处理单元，而无需使用复杂的通讯协议，从而大大降低了因通讯异常造成的充电无法正常进行的概率，提高了充电过程的稳定性。

当采用处理电路封装于SOC芯片内时，由于SOC芯片与充电控制器之间本就需要信号交互，因此采样处理电路的采样结果可以直接通过SOC芯片传输至充电控制器，而省去了与计量芯片之间的通信，由此降低了通信的复杂性，提高了充电过程的稳定性。

并且，由于采样处理电路可以与直接通过通讯线与充电控制器内的处理单元进行数据传输，从而提高了数据传输的速度，有利于充电控制器快速及时的获取到当前的电池电压、充电的电流，进而几乎实时的与充电设备进行通信，以调节电池的充电电压和充电电流。因此本公开技术方案能够提高充电控制过程的灵敏性。

综上所述，本公开技术方案提高了充电过程的稳定性以及充电控制过程的灵敏性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是根据一实施例示出的电子设备的电路结构框图；

图2是根据一实施例示出的充电控制器的功能框图；

图3是根据一实施例示出的采样处理电路的电路结构框图；

图4是根据一实施例示出的电池内部的部分电路连接示意图。

附图标记说明如下：

1、电子设备；11、电池；111、电芯；12、充电控制器；121、采样处理电路；1211、计算电路；1212、模数转换电路；1213、第一差分输入端口；1214、第二差分输入端口；13、SOC芯片；14、保护电路；15、第一开关；16、第二开关；17、开关控制电路；18、USB开关；R1、采样电阻；

21、充电设备的连接口。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以下结合本说明书的附图，对本公开的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

本公开提出一种电子设备，该电子设备可以是配置有电池供电系统的智能终端、移动终端设备。例如，电子设备可以是手机、智能穿戴设备、移动电源、平板电脑、电子书阅读器、电子烟、无线鼠标、无线键盘、无线耳机、蓝牙音箱等具有充电功能的可充电电子设备。

下面描述一下相关技术中为电子设备充电的充电设备。在此以电源提供装置为适配器为例说明。

相关技术中，适配器可以以恒压模式工作，其输出的电压基本维持恒定，比如5V、9V、12V或20V等。输出的电流可以为脉动直流电流(方向不变、幅值大小随时间变化)、交流电流(方向和幅值大小均随时间变化)或恒定直流电流(方向和幅值均不随时间变化)。相关适配器输出的电压并不适合直接加载到电池的两端，而是需要先经过电子设备内的变换电路进行变换，以得到电子设备内的电池所预期的充电电压和/或充电电流。

适配器还可以采用电压跟随的方式工作。即适配器和待充电的电子设备进行双向通信，适配器根据电子设备反馈所需的充电电压和充电电流，从而调整自身输出的电压和电流，使得输出的电压和电流可以直接加载到电子设备的电池上，为电池充电，电子设备无需再次再调整充电电压和充电电流。

变换电路可在不同的充电阶段控制电池的充电电压和/或充电电流。例如，在恒流充电阶段，变换电路可以利用电流反馈环使得进入到电池的电流大小满足电池所预期的第一充电电流的大小。在恒压充电阶段，变换电路可以利用电压反馈环使得加载到电池两端的电压的大小满足电池所预期的充电电压的大小。在涓流充电阶段，变换电路可以利用电流反馈环使得进入到电池的电流大小满足电池所预期的第二充电电流的大小(第二充电电流小于第一充电电流)。

比如，当相关适配器输出的电压大于电池所预期的充电电压时，变换电路用于对相关适配器输出的电压进行降压变换处理，以使经降压转换后得到的充电电压的大小满足电池所预期的充电电压的大小。

电子设备包括充电电路。充电电路可以为电子设备的电芯充电。充电电路可以用于进一步的调节自适配器输入的充电电压和/或充电电流，以满足电池11的充电需求。

电子设备配置有充电接口，充电接口例如可以为USB 2.0接口、Micro USB接口或USB TYPE-C接口。在一些实施例中，充电接口还可以为lightning接口，或者其他任意类型的能够用于充电的并口或串口。该充电接口通过数据线与适配器连接，适配器从市电获取电能，经过电压变换后，通过数据线传、充电接口传输至充电电路，因此电能通过充电电路得以充入电池中。

在下述实施例中，对本公开的具体方案进行说明。

请参阅图1和图2。图1是根据一实施例示出的电子设备的电路结构框图；图2是根据一实施例示出的充电控制器的功能框图。

在一实施例中，电子设备包括电池11、充电控制器12与SOC芯片(System on Chip，系统芯片)13；充电控制器12与SOC芯片13至少其中之一内集成有采样处理电路121，采样处理电路121用于采样电池11的电压和充电电流；充电控制器12与SOC芯片13之间电连接，以在充电控制器12与SOC芯片13之间传输采样到的电池11的电压和充电电流；充电控制器12根据采样到的电池11的电压和充电电流，调节电池11的充电电压和充电电流；SOC芯片13用于在充电过程异常时，控制充电控制器12停止工作。

相关技术中，电量计量芯片采样到电池的电压以及充电电流后，会据此计量电量；SOC芯片13也需要与电量计量芯片通信，以读取其所计量的电量；并且SOC芯片13还需要与充电控制器12通信，以了解充电动态。因此在充电过程中，充电控制器12、SOC芯片13、以及计量芯片需要进行三方通信，而三方之间通信的控制流程复杂，彼此之间的协议复杂性高，容易出现通信异常，进而造成充电过程无法正常进行，整个充电过程的稳定性较差。

因此，在本公开实施例中，SOC芯片13内集成有计量电路，计量电路用于根据采样到的电池的电压和充电电流计量电池的电量。因此本公开技术方案由原先的三方通信调整了两方通信，简化了通信的复杂性，提高了充电过程的可靠性。

电子设备还包括USB开关18，USB开关18具有第一端、第二端、第三端；第一端供充电设备连接，第二端与充电控制器12电连接，第三端与SOC芯片13电连接；USB开关18通过切换以使充电设备与SOC芯片13通信，或使充电设备与充电控制器12通信。

具体的，在电子设备开始与充电设备连接时，USB开关18首先连通第一端与第三端，使得充电设备先与SOC芯片13电连接以进行通信，在得到SOC芯片13的确认满足充电条件后，USB开关18再切换至第一端与第二端连通，以建立充电设备与充电控制器12之间的通讯连接，由充电控制器12控制充电控制过程。

电池11通过电源线与为电子设备充电的充电设备电连接；电子设备还包括开关控制电路17，开关控制电路17串联于电源线上；充电控制器12与开关控制电路17电连接，以控制开关控制电路17的通断。

充电设备可以以无线充电方式对电子设备充电，也可以以有线充电方式为电子设备充电。

无线充电过程中，一般将充电设备(如适配器)与无线充电装置(如无线充电底座)相连，并通过该无线充电装置将充电设备的输出功率以无线的方式(如电磁信号或电磁波)传输至电子设备，对电子设备进行无线充电。

按照无线充电原理不同，无线充电方式主要分为磁耦合(或电磁感应)、磁共振以及无线电波三种方式。目前，主流的无线充电标准包括QI标准、电源实物联盟(PowerMatters Alliance,PMA)标准、无线电源联盟(Alliance for Wireless Power,A4WP)。QI标准和PMA标准均采用磁耦合方式进行无线充电。A4WP标准采用磁共振方式进行无线充电。

有线充电过程中，一般将充电设备(如适配器)通过线缆与电子设备相连，通过电缆将充电设备提供的电能传输至电子设备，以为电子设备充电。在一示例中，充电设备上与电子设备的充电接口相连接的连接口有四个引脚，分别为VBUS、D+、D-、以及GND。VBUS端用于输出电能；D+、D-用于与充电控制器12以及SOC芯片13通信。

对于手机来说，充电控制器12可以体现为芯片，并布置在电路板上。充电控制器12用于与充电设备通信，向充电设备发送电子设备所需要的充电电压、充电电流，从而使得充电设备调节输出的充电电压和充电电流，以适配电子设备的充电需要。

充电控制器12还用于控制开关控制电路17的工作。电池11通过电源线与为电子设备充电的充电设备电连接。当开关控制电路17导通时，充电设备与电池11连通，电能得以传输至电池11，从而充入电池11中。当开关控制电路17关断时，电源线VBUS被切断，从而充电设备输出的电能无法传输至电池11中。充电控制器12与开关控制电路17电连接，以控制开关控制电路17的导通或关断。开关控制电路17具体可以包括开关器件、电阻、电容。开关器件可以为三极管、MOS管等。

当充电设备提供的电压、电流与电子设备所需要的电压、电流不匹配时，电子设备还可以包括降压电路(例如BUCK电路)，升压电路(例如BOOST电路)，以将充电设备提供的电压调节至与电子设备需求的电压匹配的值。充电控制器12还可以用于对降压电路、升压电路进行控制，以调节降压电路的降压倍数；调节升压电路的升压倍数。

SOC芯片13作为电子设备的主控芯片，对电子设备在整体上进行管理。电子设备需要计量当前实时的电量，以根据当前实时的电量在显示屏上进行电量显示。SOC芯片13与充电控制器12通过通讯线连接，通讯协议可以是IIC协议，从图2中可以看出，充电控制器12与SOC芯片13之间通过时钟线AP_CLK、以及数据线AP_DATA进行数据的传输。在充电过程中，充电控制器12将充电状态每隔一预设时间段向SOC芯片13进行反馈，若充电状态正常，则SOC向充电控制器12发送正常充电指令。若充电状态异常，则SOC会关闭充电控制器12，以停止充电。

在此充电状态异常，可以是电源线上过压、过流、电池11过热、或者是充电控制器12自身工作逻辑异常等情况，这些异常情况被充电控制器12所识别，并上报给SOC芯片13，SOC芯片13根据异常情况的种类、严重程度以发送相应的指令至充电控制器12。

充电控制器12与充电设备通信以使充电设备调节输出的充电电压、充电电流的过程中，需要依托于当前的电池11电压和充电电流。本实施例中，通过采样处理电路121以采样电池11的当前电压和充电电流。并且，重要的是，本实施例中，采样处理电路121是集成于充电控制器12内，或集成于SOC芯片13内的。并且充电控制器12与SOC芯片13之间通过通讯线实现数据的交互，从而一方将采样到的电池11电压、充电电流传输至另一方。

在一具体的实施例中，采样处理电路121集成于充电控制器12内；充电控制器12将采样处理电路121采样到的电池11电压、充电电流传输至SOC芯片13，以便于SOC芯片13基于电池11电压、充电电流计量当前电量。

在另一具体的实施例中，采样处理电路121集成于SOC芯片13内；SOC芯片13将采样处理电路121采样到的电池11电压、充电电流传输至充电控制器12，以便于充电控制器12基于电池11电压、充电电流与充电设备通讯，以实时根据电池11的当前电压、电流调节充电电压、充电电流，从而保证电池11充电正常的进行。

在下述实施例中，以采样处理电路121集成于充电控制器12内为例说明。在充电控制器12芯片内，有许多的功能单元，例如处理电路、控制电路、计算电路1211、检测电路等，在本实施例中，充电控制器12芯片内还包括有采样处理电路121。上述电路小型化后集成于半导体晶圆表面上，之后再进行封装，从而体现了集成电路的样式。

请参阅图3，图3是根据一实施例示出的采样处理电路的电路结构框图。在本实施例中，采样处理电路121包括具有电连接的计算电路1211以及模数转换电路1212；计算电路1211具有第一差分输入端口1213；第一差分输入端口1213分别与电池11的正极和负极电连接。计算电路1211用于计算自第一差分输入端口1213输出的两个电压之差。模数转换电路1212用于将计算电路1211的计算结果转换成数字信号。

为了采样到电池11的电压，本公开中设置了具有差分输入端的计算电路1211，以及模数转换电路1212。一般的充电控制器12中即使有模数转换功能，大都是单输入接口，无法对电池11的电压进行采样。可以理解的是，差分输入端实际上有两个连接端，两个连接端分别与电池11的正极和负极连接，分别采样电池11的正极电压和负极电压。计算电路1211对电池11的正极电压和负极电压进行做差。模数转换电路1212进一步将差值转换成数字信号，以供下一个处理单元进行处理。

请参阅图4，图4是根据一实施例示出的电池内部的部分电路连接示意图。进一步的，为了采样的更加准确的电池11电压，在一实施例中，电池11包括电芯111以及从电芯111的正极和负极分别引出的电芯111正极线和电芯111负极线；第一差分输入端口1213与电芯111正极线和电芯111负极线电连接，以采样电芯111的电压。

可以理解的是，电池11主要包括电芯111以及电池11保护板，此外还包括外壳等。电芯111为电池11的功能单元。因此电芯111的两端的电压是电池11真正的电压。本公开实施例中，通过采用电芯111两端的电压，从而提高了电池11电压采样的准确性。

请参阅图1和图3，在一实施例中，采样处理电路121包括第二差分输入端口1214，电子设备还包括采样电阻R1，采样电阻R1与电池11串联连接；第二差分输入端口1214与采样电阻R1的两端连接；计算电路1211用于根据计算自第二差分输入端口输出的两个电压之差以及采样电阻R1的阻值计算电池11的充电电流；模数转换电路1212用于将计算电路1211的计算结果转换成数字信号。

在对充电电流的采样中，由于采样电阻R1与电池11是串联的，因此流经采样电阻R1上的电流等于充电电流。因此在该实施例中，通过计算电路1211先计算采样电阻R1两端的电压差值，从而确定采样电阻R1上的压降，进而再将该压降除以采样电阻R1的阻值，从而确定流经采样电阻R1上的充电电流。

请继续参阅图4。此外，为了保证充电的安全性，本实施例中，电池11内还包括保护电路14，第一开关15、第二开关16；保护电路14控制第一开关15、第二开关16的通断；第一开关15串联于电芯111的负极与地线之间，第二开关16串联于电芯111负极线电连接；在保护电路14关断第一开关15的情况下，保护电路14关闭第二开关16。

当电子设备工作异常或充电过程异常时，保护电路14会关闭第一开关15，从而切断电池11的充电回路。第一开关15和第二开关16可以是联动的，因此当第一开关15关断时，第二开关16也会同时关断，从而采样处理电路121停止对电池11进行采样。

本公开中由于免去了专门的计量芯片，而将采样处理电路121封装于充电控制器12内，因此采样处理电路121的最终处理结果可以直接通过通讯线传输至充电控制器12内的处理单元。而无需使用复杂的通讯协议，从而大大降低了因通讯异常造成的充电无法正常进行的概率，提高了充电过程的稳定性。

并且，由于采用处理电路可以与直接通过通讯线与充电控制器12内的处理单元进行数据传输，从而提高了数据传输的速度，有利于充电控制器12快速及时的获取到当前的电池11电压、充电的电流，进而几乎实时的与充电设备进行通信，以调节电池11的充电电压和充电电流。因此本公开技术方案能够提高充电控制过程的灵敏性。

综上，本公开技术方案提高了充电过程的稳定性以及充电控制过程的灵敏性。

本公开还提出一种充电控制器，所述充电控制器内部集成有采样处理电路以及充电控制电路。采样处理电路用于采样电池的电压以及充电电流；充电控制电路与所述采样处理电路电连接，以根据所述采样处理电路的采样结果调节充电电压和充电电流。

需要说明的是，充电控制电路包括了处理电路、存储电路、时钟电路等多个电路单元。采样处理电路的实施例以及充电控制器相关的实施例请参照上述实施例，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种电子设备，其特征在于，包括电池、充电控制器与SOC芯片，所述SOC芯片为系统芯片；

所述充电控制器与所述SOC芯片至少其中之一内集成有采样处理电路，所述采样处理电路用于采样所述电池的电压和充电电流；

所述充电控制器与所述SOC芯片之间电连接，以在所述充电控制器与所述SOC芯片之间传输采样到的所述电池的电压和充电电流；

所述充电控制器，用于根据采样到的所述电池的电压和充电电流，调节所述电池的充电电压和充电电流，以及向所述SOC芯片反馈充电状态；

所述SOC芯片用于接收所述充电控制器反馈的充电状态，以及在所述充电状态正常时向所述充电控制器发送正常充电指令，在所述充电状态异常时向所述充电控制器发送异常情况对应的指令。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述SOC芯片内集成有计量电路，所述计量电路与所述采样处理电路电连接；

所述计量电路用于根据所述采样处理电路采样到的所述电池的电压和充电电流计量所述电池的电量。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述采样处理电路包括电连接的计算电路以及模数转换电路；所述计算电路具有第一差分输入端口；

所述第一差分输入端口与所述电池的正极和负极电连接，所述计算电路用于计算自所述第一差分输入端口输出的两个电压之差，所述模数转换电路用于将所述计算电路的计算结果转换成数字信号。

4.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，所述电池包括电芯以及从所述电芯的正极和负极分别引出的电芯正极线和电芯负极线；

所述第一差分输入端口与所述电芯正极线和所述电芯负极线电连接，以采样所述电芯的电压。

5.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，所述计算电路还包括第二差分输入端口，所述电子设备还包括采样电阻，所述采样电阻与所述电池串联连接；

所述第二差分输入端口与所述采样电阻的两端连接；所述计算电路用于根据计算自所述第二差分输入端口输出的两个电压之差以及采样电阻的阻值计算所述电池的充电电流；所述模数转换电路用于将所述计算电路的计算结果转换成数字信号。

6.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述电池内还包括保护电路，第一开关、第二开关；所述保护电路控制所述第一开关、所述第二开关的通断；

所述第一开关串联于所述电芯的负极与地线之间，所述第二开关串联于所述电芯负极线电连接；

在所述保护电路关断所述第一开关的情况下，所述保护电路关闭所述第二开关。

7.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电池通过电源线与为所述电子设备充电的电源提供装置电连接；

所述电子设备还包括开关控制电路，所述开关控制电路串联于所述电源线上；所述充电控制器与所述开关控制电路电连接，以控制所述开关控制电路的通断。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括USB开关，所述USB开关具有第一端、第二端、第三端；所述第一端供所述电源提供装置连接，所述第二端与所述充电控制器电连接，所述第三端与所述SOC芯片电连接；

所述USB开关通过切换以使所述电源提供装置与所述SOC芯片通信，或使所述电源提供装置与所述充电控制器通信。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的电子设备，其特征在于，所述采样处理电路集成于所述充电控制器内；所述充电控制器将所述采样处理电路采样到的电池电压、充电电流传输至所述SOC芯片。

10.一种充电控制器，其特征在于，所述充电控制器内部集成有：

采样处理电路，用于采样电池的电压以及充电电流；

充电控制电路，与所述采样处理电路电连接，以根据所述采样处理电路的采样结果调节所述电池的充电电压和充电电流，以及向SOC芯片反馈充电状态；所述SOC芯片用于接收所述充电控制器反馈的充电状态，以及在所述充电状态正常时向所述充电控制器发送正常充电指令，在所述充电状态异常时向所述充电控制器发送异常情况对应的指令，所述SOC芯片为系统芯片。