CN111371290A - 电源转换电路、充电装置及系统 - Google Patents

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Abstract

一种电源转换电路及充电装置，能支持多种充电模式，提升电池充电速率。该电路包括：第一开关元件的第一端通过电源转换电路的第一外接端与输入电源耦合连接，第一开关元件的第二端分别耦合至第一储能元件的第一端和第二开关元件的第一端，第一储能元件的第二端分别耦合至第三开关元件的第一端和第四开关元件的第一端，第二开关元件的第二端通过该电源转换电路的第二外接端与电池耦合连接，第四开关元件的第二端耦合至第二外接端，第三开关元件的第二端接地，第五开关元件的第一端耦合至第一外接端，第五开关元件的第二端分别耦合至第二储能元件的第一端和第六开关元件的第一端，第二储能元件的第二端耦合至第二外接端，第六开关元件的第二端接地。

Description

电源转换电路、充电装置及系统
技术领域
本申请涉及电路领域，并且更具体地，涉及电源转换电路、充电装置及系统。
背景技术
长期以来，电池一直用作移动电子装置的电源。电池提供允许电路运作的电压及电流形式的能量。然而，电池所存储的能量是有限的，当电子装置在使用时电池损失电力。当电池的能量供应被耗尽时，该电池的电压将开始从其额定电压下降，依赖于该电池获得电力的电子装置将不再适合继续运作。为了使电池能再次充满能量，需要某一形式的电池充电系统。
通常电池充电系统包括电源适配器和充电装置，两者之间能量和信息的传递一般通过USB电缆实现。电源适配器的作用是将公用电源的能量按照一定电压方式传递给充电装置。充电装置的作用是将通过电源适配器获得的能量做电压转化后传递给电池。
目前现有的电池充电系统只支持某一种电压模式，但是不同的电池所支持的充电电流是不同的，在充电受限的情况下，如果供应到电池的电流过大，那么该电池可能受损坏或甚至爆炸，或者如果供应到电池的电流过小，那么充电过程可能是效率低或完全无效的。
发明内容
本申请提供一种电源转换电路、充电装置及系统，能够支持多种充电模式，有效提升电池的充电速率。
第一方面，提供了一种电源转换电路，所述电源转换电路包括：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四功开关元件、第五开关元件、第六开关元件、第一储能元件和第二储能元件。在所述电源转换电路中，所述第一开关元件的第一端通过所述电源转换电路的第一外接端与输入电源耦合连接，所述第一开关元件的第二端分别耦合至所述第一储能元件的第一端和所述第二开关元件的第一端，所述第一储能元件的第二端分别耦合至所述第三开关元件的第一端和所述第四开关元件的第一端，所述第二开关元件的第二端通过所述电源转换电路的第二外接端与电池耦合连接，所述第四开关元件的第二端耦合至所述第二外接端，所述第三开关元件的第二端接地，所述第五开关元件的第一端耦合至所述第一外接端，所述第五开关元件的第二端分别耦合至所述第二储能元件的第一端和所述第六开关元件的第一端，所述第二储能元件的第二端耦合至所述第二外接端，所述第六开关元件的第二端接地。
所述电源转换电路可以支持多种不同的充电模式，使得电池能够获得更快速地充电，从而有效提升充电效率。
第二方面，提供了一种充电装置，所述充电装置包括前述方面中的电源转换电路，以及耦合至所述的电源转换电路的信息采集和信号控制电路和输入/输出端口，所述信息采集和信号控制电路与所述输入/输出端口耦合连接。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述信息采集和信号控制电路包括：数字核心处理元件、电池信息检测元件、输出驱动元件、信息输入元件、第一电源转换元件和第二电源转换元件。在所述信息采集和信号控制电路中，所述信息输入元件、所述第一电源转换元件和所述第二电源转换元件分别通过所述信息采集和信号控制电路的第一外接端与所述输入电源耦合连接，所述信息输入元件连接所述数字核心处理元件，所述第一电源转换元件连接所述数字核心处理元件，所述第二电源转换元件连接所述输出驱动元件，所述数字核心处理元件通过所述信息采集和信号控制电路的第二外接端与电源适配器的数据线耦合连接，所述数字核心处理元件与所述电池信息检测元件连接，所述电池信息检测元件通过所述信息采集和信号控制电路的第三外接端与所述电池耦合连接，所述数字核心处理元件与所述输出驱动元件连接，所述输出驱动元件通过所述信息采集和信号控制电路的第四外接端分别耦合至所述电源转换电路的各开关元件。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述输入/输出端口的第一端连接所述电源适配器的输入电源，所述输入/输出端口的第二端分别耦合至所述电源转换电路的所述第一外接端和所述信息采集和信号控制电路的所述第一外接端，所述输入/输出端口的第三端连接所述电源适配器的数据线，所述输入/输出端口的第四端耦合至所述信息采集和信号控制电路的所述第二外接端。可选地，所述输入/输出端口是USB端口。
第三方面，提供了一种充电系统，所述充电系统包括前述方面及实现方式中的充电装置，以及耦合至所述充电装置的电源适配器和电池元件。所述充电装置与所述电池元件可以被设置在一个设备内，所述设备可以是终端、基站或电动车。
第四方面，提供了一种电池充电的方法，所述方法被执行在前述方面中的电源转换电路中，基于该电源转换电路的组成结构，所述电源转换电路可以根据第一充电模式实施对电池充电，方法包括：保持断开所述第五开关元件和所述第六开关元件，在第一时间段中，所述第一开关元件和所述第四开关元件处于闭合状态、且所述第二开关元件和所述第三开关元件处于断开状态，所述第一储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述第一开关元件和所述第四开关元件处于断开状态、且所述第二开关元件和所述第三开关元件处于闭合状态，所述第一储能元件放电。
所述电源转换电路还可以根据第二充电模式实施对电池充电，方法包括：保持断开所述第四开关元件、所述第五开关元件和所述第六开关元件，保持闭合所述第一开关元件和所述第三开关元件，在第一时间段中，所述第二开关元件处于闭合状态，直接对电池充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述第二开关元件处于断开状态，暂停对电池充电。
所述电源转换电路还可以根据第三充电模式实施对电池充电，方法包括：保持断开所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件和所述第四开关元件，在第一时间段中，所述第五开关元件处于闭合状态、且所述第六开关元件处于断开状态，所述第二储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述第五开关元件处于断开状态、且所述第六开关元件处于闭合状态，所述第一储能元件放电。
第五方面，还提供了一种电池充电的方法，所述方法被执行在前述方面和实现方式中的充电装置中。所述充电装置通过与电源适配器的连接获得输入电源，通过与电池的连接采集获得所述电池支持的充电电流值，所述充电电流值大于或等于预设的电流阈值，例如所述电流阈值被设置为2A、2.5A或3A。所述充电装置确定所述电源适配器支持第一充电模式，然后基于所述第一充电模式，保持断开所述第五开关元件和所述第六开关元件，在第一时间段中，闭合所述第一开关元件和所述第四开关元件、且断开所述第二开关元件和所述第三开关元件，通过所述输入电源为所述第一储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，断开所述第一开关元件和所述第四开关元件、且闭合所述第二开关元件和所述第三开关元件，通过所述第一储能元件的放电为所述电池充电。在该方法中，所述充电装置的输入电源电压接近于两倍的电池电压，充电电流较大，电池容易快速充满电量，从而有效提升电池充电的速率。
第六方面，还提供了一种电池充电的方法，所述方法被执行在前述方面和实现方式中的充电装置中。所述充电装置通过与电源适配器的连接获得输入电源，通过与电池的连接采集获得所述电池支持的充电电流值，所述充电电流值不小于预设的第一电流阈值且不大于预设的第二电流阈值，所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值，例如所述第一电流阈值被设置为2A、2.5A或3A，第二电流阈值被设置为5A。所述充电装置确定所述电源适配器支持第二充电模式，然后基于所述第二充电模式，保持断开所述第四开关元件、所述第五开关元件和所述第六开关元件，保持闭合所述第一开关元件和所述第三开关元件，在第一时间段中，闭合所述第二开关元件，通过所述输入电源直接对所述电池充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，断开所述第二开关元件，暂停对所述电池充电。在该方法中，所述充电装置直接将电源能量直充进电池，电路阻抗较小，能量损耗较低，并且充电电流较大，使得充电装置在对电池充电时整体的能量损耗较低，电池容易快速充满电量，从而有效提升电池充电的速率。
第七方面，还提供了一种电池充电的方法，所述方法被执行在前述方面和实现方式中的充电装置中。所述充电装置通过与电源适配器的连接获得输入电源，通过与电池的连接采集获得所述电池支持的充电电流值，所述充电电流值小于预设的电流阈值，例如所述电流阈值被设置为2A、2.5A或3A。所述充电装置确定所述电源适配器支持第三充电模式，然后基于所述第三充电模式，保持断开所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件和所述第四开关元件，在第一时间段中，闭合所述第五开关元件、且断开所述第六开关元件，通过所述输入电源为所述第二储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，断开所述第五开关元件、且闭合所述第六开关元件，通过所述第二储能元件的放电为所述电池充电。该方法有利于充电装置输出平稳的充电电流至电池。
前述方面和实现方式中的第一储能元件和第二储能元件，例如，第一储能元件是电容器，第二储能元件是电感器，或者，第一储能元件由至少两个电容器并联组成，第二储能元件由至少两个电感器串联组成。
附图说明
图1是本发明实施例提供的充电装置示意图。
图2是本发明实施例提供的电源转换电路的一种结构示意图。
图3是本发明实施例提供的信息采集和信号控制电路的一种结构示意图。
图4是本发明实施例提供的输入/输出端口的一种结构示意图。
图5是本发明实施例提供的充电系统示意图。
图6是本发明实施例提供的基于第一充电模式的一种电源转换电路的有效工作电路结构示意图。
图7是本名实施例提供的电源转换电路的控制信号时序的示意图。
图8是本发明实施例提供的基于第三充电模式的一种电源转换电路的有效工作电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
图1示出了本发明实施例提供的充电装置100，该装置用于根据电池所支持的充电电流，将输入的电源能量按照预设模式做转换后提供给电池。在图1中，该充电装置100包括电源转换电路101、信息采集和信号控制电路102及输入/输出端口103。
关于充电装置100中的电源转换电路101，图2示出了本发明实施例提供的电源转换电路的一种结构。在图2中，该电源转换电路101用于将电源VBUS转换成电池所需的充电电流。所述电源转换电路101包括：第一开关元件201、第二开关元件202、第三开关元件203、第四功开关元件204、第五开关元件205、第六开关元件206、第一储能元件207和第二储能元件208。
在图2中，第一开关元件201的第一端通过电源转换电路101的第一外接端209与电源VBUS耦合连接，第一开关元件201的第二端分别耦合至第一储能元件207的第一端和第二开关元件202的第一端，第一储能元件207的第二端分别耦合至第三开关元件203的第一端和第四开关元件204的第一端，第二开关元件202的第二端通过电源转换电路101的第二外接端210与电池耦合连接，第四开关元件的第二端耦合至第二外接端210，第三开关元件的第二端接地，第五开关元件205的第一端耦合至第一外接端209，第五开关元件205的第二端分别耦合至第二储能元件208的第一端和第六开关元件206的第一端，第二储能元件208的第二端耦合至第二外接端210，第六开关元件206的第二端接地。
根据图2所示，第一开关元件201、第二开关元件202、第三开关元件203、第四开关元件204和第一储能元件207构成电源转换电路101中第一子电路，而第五开关元件205、第六开关元件206和第二储能元件208构成电源转换电路101中的第二子电路，第一子电路和第二子电路是并联连接。
可选地，第一储能元件207和第二储能元件208可以为能够储存能量并且能够释放储存的能量的一个或多个器件，例如该器件是电容器或电感器。可选地，第一储能元件207和第二储能元件208可以具有不同的器件类型。例如，第一储能元件207为电容器，第二储能元件208为电感器。再例如，第一储能元件207由至少两个电容器并联组成，第二储能元件208由至少两个电感器串联组成。对于储能元件所包含的器件类型、器件数量及器件组成形式，本发明实施例对此不做限定。
可选地，第一开关元件201、第二开关元件202、第三开关元件203、第四功开关元件204、第五开关元件205和第六开关元件206中的至少一个开关元件为金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor，MOS)或者双极结型晶体管(bipolar junctiontransistor，BJT)，本发明实施例对此不做限定。
关于充电装置100中的信息采集和信号控制电路102，图3示出了本发明实施例提供的信息采集和信号控制电路的一种结构。在图3中，该信息采集和信号控制电路102包括：数字核心处理元件(也可表示为digital core)301、电池信息检测元件(也可表示为BATinfo DET)302、输出驱动元件(也可表示为output driver)303、信息输入元件(也可表示为INPT info)304、第一电源转换元件(也可表示为LD)305和第二电源转换元件(也可表示为LD)306。
在图3中，信息输入元件304、第一电源转换元件305和第二电源转换元件306分别通过信息采集和信号控制电路102的第一外接端307与电源VBUS耦合连接。信息输入元件304连接数字核心处理元件301，信息输入元件304用于采集电源VBUS的电器特性，例如电器特性可以是电压和/或电流信息，然后信息输入元件304将采集到的电器特性传递至数字核心处理元件301。第一电源转换元件305连接数字核心处理元件301，第一电源转换元件305用于将电源VBUS的电压转换成数字核心处理元件301所需的电压V1。而第二电源转换元件306连接输出驱动元件303，第二电源转换元件306用于将电源VBUS的电压转换成输出驱动元件303所需的电压V2。数字核心处理元件301通过信息采集和信号控制电路102的第二外接端308与电源适配器的数据线耦合连接，通过读取D+/D-高低电平来实现数据通信，例如该通信是电源适配器与充电装置之间的协议握手，数字核心处理元件借助该通信获得电源适配器所支持的电源VBUS的电压范围，或者通知电源适配器调节输出给充电装置的电源VBUS的电压，使得充电装置将调节后的电源VBUS的电压转换成电池所需的充电电流。数字核心处理元件301还与电池信息检测元件302连接，而电池信息检测元件302通过信息采集和信号控制电路102的第三外接端309与电池耦合连接。电池信息检测元件302用于采集电池系统信息，例如，电池可支持的电压、电流信息，或者电池保持容量(retention capacity)，然后电池信息检测元件302将采集到的电池系统信息传递至数字核心处理元件301。数字核心处理元件301还与输出驱动元件303连接，例如通过gate control bus的方式连接。数字核心处理单元301分析收集到的信息，该信息包括电源VBUS的电器特性、电源适配器所支持的电压及电流信息、电池的系统信息。数字核心处理单元301根据业务需要产生时序信号，然后将该时序信号传递至输出驱动元件303。该业务需要是充电装置设置的充电模式，具体地，预先在数字核心处理单元301内设置电流阈值，以电流2A举例来说，若电池所支持的充电电流大于或等于2A，业务需要可以是采用高电压直充的模式，或者业务需要可以是采用低压直充的模式，若电池所支持的充电电流小于2A，业务需要可以是采用Buck电路的模式。该时序信号用于控制电源转换电路101中各开关元件的闭合或断开，使得储能元件根据不同的充电模式实现能量存储和释放。输出驱动元件303通过信息采集和信号控制电路102的第四外接端310分别耦合至电源转换电路101的各开关元件，输出驱动元件303用于将数字核心处理元件301传递的数字信号转换成模拟信号，然后根据该模拟信号驱动电源转换电路101的各开关元件做闭合或断开，以实现充电装置根据业务需要对电池的充电。
可选地，电池信息检测元件302和信息输入元件304可以周期性地采集信息，也可以根据充电需要动态地采集信息，本发明实施例对此不做限定。对于电流阈值的选取，是基于本领域技术人员的认知范围来确定的，通常取较大的充电电流值，例如2A、2.5A，该电流阈值可以根据电池的使用情况在数字核心处理单元301内被灵活地设置。
关于充电装置100中的输入/输出端口103，图4示出了本发明实施例提供的输入/输出端口的一种结构。在图4中，该输入/输出端口103是USB端口(也可表示为USB port)，属于串口通信。具体地，该USB端口的第一端401连接电源适配器的电源VBUS，该USB端口的第二端402分别耦合至电源转换电路101的第一外接端209和信息采集和信号控制电路102的第一外接端307，通过第二端402将电源VBUS的能量传递至电源转换电路101和信息采集和信号控制电路102。该USB端口的第三端403连接电源适配器的数据线，该USB端口的第四端404耦合至信息采集和信号控制电路102的第二外接端308，通过第四端404传递高低电平来实现信息采集和信号控制电路102的数据读写。
结合图1至4关于充电装置的描述，图5示出了本发明实施例提供的充电系统500。在图5中，该充电系统500包括：充电装置100、电源适配器501和电池元件502。电源适配器501的一端连接外部供电电源，其另一端连接充电装置100的输入/输出端口103。电源适配器501用于把外部电源转换成充电装置100所需的电源VBUS，然后通过电源线将电源VBUS的能量输出至充电装置100，其输出类型可分为交流输出型和直流输出型，本发明实施例对此不做限定。电源适配器501还用于通过数据线与充电装置100实现数据通信交流。充电装置100可以是独立装置或者设置在设备内，该设备可以是终端、基站、电动车等设备。该终端可以是移动电话(又称智能手机)、平板电脑(Tablet Personal Computer)、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、电子书阅读器(e-book reader)或可穿戴式设备(wearable device)等。该基站可以包括各种形式的宏基站、微基站(也称为小站)、中继站、接入点等。充电装置100与电池元件502连接，其用于把获得的能量对电池充电。可选地，该设备还可以包括电池元件502，该电池元件502的电池数量可以是一个或多个。若电池元件502包含多个电池，多个电池之间可以通过串联或并联的方式连接，本发明实施例对此不做限定。
需要说明的是，本申请的充电装置和充电系统中包含的一些组成部分采用“xx元件”表述，该表述仅仅从功能角度呈现各组成部分，并没有限制各组成部分的实现形式，例如各组成部分可以由物理器件实现，或者芯片实现，或者由电路/集成电路实现，本发明实施例对此不做限定。
图2中的电源转换电路至少包括六个开关元件，其组成结构使得充电装置可以根据电池所支持的充电电流，选择合适的充电模式实现对该电池充电。结合上述关于充电装置的描述，说明电源转换电路所支持的不同充电模式。
第一充电模式：电池所支持的充电电流大于或等于预设的电流阈值(例如2A、2.5A、3A)，电源转换电路用于以高电压对电池直充。基于该模式，结合附图2，电源转换电路中的第五开关元件和第六开关元件一直保持断开，这使得第二储能元件一直处于不工作状态。所谓“保持断开”，由于被断开的开关元件阻抗很大，从实际效果来看，类似于被断开的开关元件与其他元件未连接。那么在该第一充电模式下，电源转换电路实际由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件和第一储能元件组成的第一子电路作为有效工作电路结构。具体地，图6示出了本发明实施例提供的基于第一充电模式的一种电源转换电路的有效工作电路结构。在图6中，第一开关元件表示为Q1，第二开关元件表示为Q2，第三开关元件表示为Q3，第四开关元件表示为Q4，第一储能元件为电容器CFLY。在电源转换电路中，电容器CFLY的第一端通过开关元件Q1与电源VBUS相连，电容器CFLY的第一端还通过开关元件Q2与电池元件(图6所示的Battery)的正极端耦合连接，电容器CFLY的第二端通过开关元件Q3接地，电容器CFLY的第二端还通过开关元件Q4与电池元件的正极端耦合连接，电池元件的负极端接地。
结合图7所示，在第一时间段tON中，开关元件Q1和开关元件Q4处于闭合状态，开关元件Q2和开关元件Q3处于断开状态，输入电源VBUS连接电容器CFLY，然后连接到电池VBAT，此时电容器CFLY处于充电蓄能状态。在第一时间段tON之后的第二时间段tOFF中，开关元件Q1和开关元件Q4处于断开状态，开关元件Q2和开关元件Q3处于闭合状态，电容器CFLY的下极板接地，电容器CFLY的上极板连接到电池VBAT，此时电容器CFLY处于放电状态，为电池元件充电。
第一充电模式通常适用于电源适配器支持较高的电源电压(例如9v、12v或20v)、且电池支持较大的充电电流(例如2A、2.5A或3A)的情况。充电装置通过电源转换电路在第一充电模式下对电池充电，在第一时间段tON中，电容器CFLY的两端分别直接连接电源VBUS和电池VBAT，而在第二时间段tOFF中，电池的充电电压为电容器CFLY两端电压。由于输入电源VBUS直接对电容器CFLY充电，电容器的充电效率较高，而输入电池的能量直接来源于电容器充电的能量，使得输入电源电压接近于两倍的电池电压。在这种高压直充的情况下，电容器CFLY的能量损耗较低，并且充电电流较大，电池容易快速充满电量，从而有效提升电池充电的速率。
第二充电模式：电池所支持的充电电流大于或等于第一电流阈值(例如2A、2.5A或3A)，且小于第二电流阈值(例如5A)，电源转换电路用于以低电压对电池直充。基于该模式，结合附图2，电源转换电路中的第四开关元件、第五开关元件和第六开关元件一直保持断开，这使得第二储能元件一直处于不工作状态。而第一开关元件和第三开关元件一直保持闭合，这使得第一储能元件一直处于不工作状态。那么在电源转换电路中，第二开关元件的一端耦合连接电源VBUS，第二开关元件的另一端耦合连接电池正极端，电池元件的负极端接地。
结合图7所示，在第一时间段tON中，第二开关元件处于闭合状态，输入电源VBUS连接到电池VBAT，此时直接对电池元件充电。在第二时间段tOFF中，第二开关元件处于断开状态，电池元件暂停充电。
第二充电模式与第一充电模式相比，首先的区别在于对电池所支持的充电电流的要求不同。对于第二充电模式，由于是低压直充，输入充电装置的电流大小接近于输出至电池的充电电流，但电源适配器与充电装置相连接的电缆线通常支持的电流最大值为5A，如果流经电缆线的电流大于5A，则电缆线会损坏，或者需要使用成本较高的电缆线来传输电流，所以电池的充电电流不能大于5A。对于第一充电模式，由于是高压直充，输入充电装置的电压大小接近于两倍的电池电压，但电池的充电电流大小却接近于两倍的输入充电装置的电流。再结合前述的电流阈值，以电流2A和5A为例，采用第二充电模式，则电池的充电电流(以IBAT表示)需满足介于2A和5A之间，即2A≤IBAT≤5A，但采用第一充电模式，则电池的充电电流需满足大于或等于2A，即2A≤IBAT。
第二充电模式与第一充电模式相比，其次的区别在于对电源适配器所支持的电源电压的要求不同。对于第二充电模式，电源适配器需满足对充电装置提供较低电压且较大电流的电能。对于第一充电模式，电源适配器需满足对充电装置提供较高电压且较大电流的电能。
由于在第二充电模式下，充电装置利用电源转换电路的第二开关元件的闭合和断开，直接将电源能量直充进电池，电路阻抗较小，能量损耗较低。并且，电源VBUS的电压接近于电池VBAT的电压，显然充电装置是以低压实施充电的，而充电电流较大，这使得充电装置在对电池充电时整体的能量损耗较低，电池容易快速充满电量，从而有效提升电池充电的速率。
第三充电模式：电池所支持的充电电流大于或等于电流阈值(例如2A)，电源转换电路用于以Buck电路的模式对电池充电。基于该模式，结合附图2，电源转换电路中的第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件一直保持断开，使得第一储能元件一直处于不工作状态。那么在该第三充电模式下，电源转换电路实际由第五开关元件、第六开关元件和第二储能元件组成的第二子电路作为有效工作电路结构，该电路类似于典型的Buck电路。具体地，图8示出了本发明实施例提供的基于第三充电模式的一种电源转换电路的有效工作电路结构。在图8中，第五开关元件表示为Q5，第六开关元件表示为Q6，第二储能元件为电感器L。在电源转换电路中，电感器L的第一端通过开关元件Q5与电源VBUS相连，电感器L的第一端还通过开关元件Q6接地，电感器L的第二端与电池元件(图8所示的Battery)的正极端耦合连接，电池元件的负极端接地。
结合图7所示，在第一时间段tON中，开关元件Q5处于闭合状态，开关元件Q6处于断开状态，输入电源VBUS连接电感器L，然后连接到电池VBAT，此时电感器L处于充电蓄能状态。在第二时间段tOFF中，开关元件Q5处于断开状态，开关元件Q6处于闭合状态，电感器L处于放电状态，为电池元件充电。
第三充电模式通常适用于电池的充电电流较小的情况，例如IBAT<2A，并且该模式对电源适配器的要求与前两种模式相比较低。由于是小电流充电，与前述充电模式相比，采用第三充电模式更有利于充电装置输出平稳的充电电流至电池。可选的，第二储能元件的第二端再连接另一储能元件(例如电容器)的第一端，另一储能元件的第二端接地，这使输出至电池的充电电流更为平稳。
关于前述实施例所描述的电源转换电路中的开关元件，可选的，通过改变开关元件的栅极电压大小来实现开关元件的闭合或断开。举例来说，开关元件Q1的第一端与电源VBUS耦合连接，开关元件Q1的第二端连接其他元件，当充电装置确定需要闭合开关元件Q1，开关元件Q1升高栅极电压，并且使栅极电压高于开关元件Q1第二端的电压，此时开关元件Q1的处于低阻导通状态。当充电装置确定需要断开开关元件Q1，开关元件Q1降低栅极电压，并且使栅极电压低于开关元件Q1第二端的电压，此时开关元件Q1的处于高阻截止状态。由于开关元件的类型不同，相应的，开关元件的闭合或断开的实现方式会不同，本发明实施例对此不做限定。
结合前面的描述，下面说明充电系统如何对电池充电的具体过程。
充电装置100的输入/输出端口103通过与电源适配器501的连接，获得输入的电源VBUS，然后分别将电源能量提供至电源转换电路101和信息采集和信号控制电路102。充电装置100中的数字核心处理元件301通过输入/输出端口103与电源适配器501进行协议通讯，然后根据电源适配器501支持的充电模式、电池元件502所需的充电电流及预设的电流阈值，确定电源转换电路101所采用的充电模式。在数字核心处理元件内可以预设一个电流阈值，或者可以预设两个电流阈值(电流下限和电流上限)，不同充电模式的优先级顺序，也可以根据电池的使用情况预先设置和灵活调整，下面通过几个例子来说明，本发明实施例对此不做限定。
例如，在充电装置100中，数字核心处理元件301根据电池信息检测元件302采集的电池系统信息，确定电池所需的充电电流为6A，若预设一个电流阈值2A，则数字核心处理元件301判断6A大于2A，根据与电源适配器501的协议通讯，确定电源适配器501支持第一充电模式，然后将充电装置的状态设置在第一充电模式下。
再例如，在充电装置100中，数字核心处理元件301根据电池信息检测元件302采集的电池系统信息，确定电池所需的充电电流为3A，若预设第一电流阈值(也称作电流下限)为2A，预设第二电流阈值(也称作电流上限)为5A，则数字核心处理元件301判断3A介于2A和5A之间，根据与电源适配器501的协议通讯，确定电源适配器501支持第二充电模式，然后将充电装置的状态设置在第二充电模式下。
再例如，在充电装置100中，数字核心处理元件301根据电池信息检测元件302采集的电池系统信息，确定电池所需的充电电流为4A，若预设一个电流阈值2A，则数字核心处理元件301判断4A大于2A。数字核心处理元件301根据与电源适配器501的协议通讯，先判断电源适配器501是否支持第一充电模式，判断结果是电源适配器501不支持第一充电模式，然后再判断电源适配器501是否支持第二充电模式，确定电源适配器501支持第二充电模式，然后将充电装置的状态设置在第二充电模式下。
再例如，在充电装置100中，数字核心处理元件301根据电池信息检测元件302采集的电池系统信息，确定电池所需的充电电流为4A，若预设第一电流阈值(也称作电流下限)为2A，预设第二电流阈值(也称作电流上限)为5A，则数字核心处理元件301判断4A介于2A和5A之间，根据与电源适配器501的协议通讯，先判断电源适配器501是否支持第二充电模式，判断结果是电源适配器501不支持第二充电模式，然后再判断电源适配器501是否支持第一充电模式，确定电源适配器501支持第一充电模式，然后将充电装置的状态设置在第一充电模式下。
再例如，在充电装置100中，数字核心处理元件301根据电池信息检测元件302采集的电池系统信息，确定电池所需的充电电流为1A，若预设一个电流阈值2A，则数字核心处理元件301判断1A小于2A，根据与电源适配器501的协议通讯，确定电源适配器501支持第三充电模式，然后将充电装置的状态设置在第三充电模式下。
在充电装置100中，数字核心处理元件301通过输入/输出端口103与电源适配器501进行协议通讯，根据确定的充电模式促使电源适配器501调节输入至充电装置100的电源电压和电流。数字核心处理元件301基于确定的充电模式，通过输出驱动元件303驱动电源转换电路101的各开关元件做闭合或断开，以实现充电装置100对电池元件502的充电。可选的，电池信息检测元件302检测到电池元件502电池充满，然后通知数字核心处理元件301。数字核心处理元件301通过输入/输出端口103与电源适配器501进行协议通讯，促使电源适配器501调节输入至充电装置100的电压为5v，然后通过输出驱动元件303驱动电源转换电路101退出所采用的充电模式。由于输入/输出端口103通常为USB端口，其标准电压默认为5v。
基于前述实施例中的描述，充电装置的电路结构可以支持多种不同的充电模式，使得电池能够获得更快速地充电，从而有效提升充电效率。
本申请的说明书、权利要求书以及说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
应理解，在本发明实施例中，相同的元件对应于类似的附图标记。此外，上文对本发明实施例的描述着重于强调各个实施例之间的不同之处，未提到的相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，这里不再赘述。
还应理解，在本文中，A与B连接可以表示A与B直接连接，或者A与B间接连接，例如A通过一个或多个元件与B连接，本发明实施例对此不做限定。
此外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的数字核心处理元件及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，所述元件的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个元件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种电源转换电路，其特征在于，包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一储能元件和第二储能元件；其中，
所述第一开关的第一端通过所述电源转换电路的第一外接端与输入电源耦合连接，所述第一开关的第二端分别耦合至所述第一储能元件的第一端和所述第二开关的第一端，所述第一储能元件的第二端分别耦合至所述第三开关的第一端和所述第四开关的第一端，所述第二开关的第二端通过所述电源转换电路的第二外接端与电池耦合连接，所述第四开关的第二端耦合至所述第二外接端，所述第三开关的第二端接地，所述第五开关的第一端耦合至所述第一外接端，所述第五开关的第二端分别耦合至所述第二储能元件的第一端和所述第六开关的第一端，所述第二储能元件的第二端耦合至所述第二外接端，所述第六开关的第二端接地。
2.如权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，
所述电源转换电路用于根据下述模式之一实施对电池充电：
基于第一充电模式，所述电源转换电路用于保持断开所述第五开关和所述第六开关，在第一时间段中，所述电源转换电路用于闭合所述第一开关和所述第四开关、且断开所述第二开关和所述第三开关，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述电源转换电路用于断开所述第一开关和所述第四开关、且闭合所述第二开关和所述第三开关；
基于第二充电模式，所述电源转换电路用于保持断开所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关，且保持闭合所述第一开关和所述第三开关，在第一时间段中，所述电源转换电路用于闭合所述第二开关，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述电源转换电路用于断开所述第二开关；
基于第三充电模式，所述电源转换电路用于保持断开所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，在第一时间段中，所述电源转换电路用于闭合所述第五开关、且断开所述第六开关，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述电源转换电路用于断开所述第五开关、且闭合所述第六开关。
3.如权利要求1或2所述的电源转换电路，其特征在于，所述第一储能元件为电容，所述第二储能元件为电感。
4.一种充电装置，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的电源转换电路，以及耦合至所述电源转换电路的信息采集和信号控制电路和输入/输出端口，所述信息采集和信号控制电路与所述输入/输出端口耦合连接。
5.如权利要求4所述的充电装置，其特征在于，所述信息采集和信号控制电路包括：数字核心处理元件、电池信息检测元件、输出驱动元件、信息输入元件、第一电源转换元件和第二电源转换元件；其中，
所述信息输入元件、所述第一电源转换元件和所述第二电源转换元件分别通过所述信息采集和信号控制电路的第一外接端与所述输入电源耦合连接，所述信息输入元件连接所述数字核心处理元件，所述第一电源转换元件连接所述数字核心处理元件，所述第二电源转换元件连接所述输出驱动元件，所述数字核心处理元件通过所述信息采集和信号控制电路的第二外接端与电源适配器的数据线耦合连接，所述数字核心处理元件与所述电池信息检测元件连接，所述电池信息检测元件通过所述信息采集和信号控制电路的第三外接端与所述电池耦合连接，所述数字核心处理元件与所述输出驱动元件连接，所述输出驱动元件通过所述信息采集和信号控制电路的第四外接端分别耦合至所述电源转换电路的各开关。
6.如权利要求5所述的充电装置，其特征在于，所述输入/输出端口的第一端连接所述电源适配器的输入电源，所述输入/输出端口的第二端分别耦合至所述电源转换电路的所述第一外接端和所述信息采集和信号控制电路的所述第一外接端，所述输入/输出端口的第三端连接所述电源适配器的数据线，所述输入/输出端口的第四端耦合至所述信息采集和信号控制电路的所述第二外接端。
7.如权利要求4-6中任意一项所述的充电装置，其特征在于，所述输入/输出端口是USB端口。
8.一种充电系统，其特征在于，包括如权利要求4至7中任一项所述的充电装置，以及耦合至所述充电装置的电源适配器和电池元件。
9.如权利要求8中所述的充电系统，其特征在于，所述充电装置与所述电池元件被设置在一个设备内，所述设备是终端、基站或电动车。
10.一种电池充电的方法，其特征在于，所述方法被执行在如权利要求1所述的电源转换电路中，
所述电源转换电路根据下述模式之一实施对电池充电，该方法包括：
基于第一充电模式，保持断开所述第五开关和所述第六开关，在第一时间段中，所述第一开关和所述第四开关处于闭合状态、且所述第二开关和所述第三开关处于断开状态，所述第一储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述第一开关和所述第四开关处于断开状态、且所述第二开关和所述第三开关处于闭合状态，所述第一储能元件放电；
基于第二充电模式，保持断开所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关，保持闭合所述第一开关和所述第三开关，在第一时间段中，所述第二开关处于闭合状态，直接对电池充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述第二开关处于断开状态，暂停对电池充电；
基于第三充电模式，保持断开所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，在第一时间段中，所述第五开关处于闭合状态、且所述第六开关处于断开状态，所述第二储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，所述第五开关处于断开状态、且所述第六开关处于闭合状态，所述第一储能元件放电。
11.一种电池充电的方法，其特征在于，所述方法被执行在如权利要求4至7任意一项所述的充电装置中，该方法包括：
所述充电装置通过与电源适配器的连接获得输入电源；
所述充电装置通过与电池的连接采集获得所述电池支持的充电电流值，所述充电电流值大于或等于预设的电流阈值；
所述充电装置确定所述电源适配器支持第一充电模式；
所述充电装置基于所述第一充电模式，保持断开所述第五开关和所述第六开关，在第一时间段中，闭合所述第一开关和所述第四开关、且断开所述第二开关和所述第三开关，通过所述输入电源为所述第一储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，断开所述第一开关和所述第四开关、且闭合所述第二开关和所述第三开关，通过所述第一储能元件的放电为所述电池充电。
12.一种电池充电的方法，其特征在于，所述方法被执行在如权利要求4至7任意一项所述的充电装置中，该方法包括：
所述充电装置通过与电源适配器的连接获得输入电源；
所述充电装置通过与电池的连接采集获得所述电池支持的充电电流值，所述充电电流值不小于预设的第一电流阈值且不大于预设的第二电流阈值，所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值；
所述充电装置确定所述电源适配器支持第二充电模式；
所述充电装置基于所述第二充电模式，保持断开所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关，保持闭合所述第一开关和所述第三开关，在第一时间段中，闭合所述第二开关，通过所述输入电源直接对所述电池充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，断开所述第二开关，暂停对所述电池充电。
13.一种电池充电的方法，其特征在于，所述方法被执行在如权利要求4至7任意一项所述的充电装置中，该方法包括：
所述充电装置通过与电源适配器的连接获得输入电源；
所述充电装置通过与电池的连接采集获得所述电池支持的充电电流值，所述充电电流值小于预设的电流阈值；
所述充电装置确定所述电源适配器支持第三充电模式；
所述充电装置基于所述第三充电模式，保持断开所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，在第一时间段中，闭合所述第五开关、且断开所述第六开关，通过所述输入电源为所述第二储能元件充电，在所述第一时间段之后的第二时间段中，断开所述第五开关、且闭合所述第六开关，通过所述第二储能元件的放电为所述电池充电。
14.一种充电装置，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的电源转换电路，以及耦合至所述的电源转换电路的信息采集和信号控制电路和输入/输出端口，所述信息采集和信号控制电路与所述输入/输出端口耦合连接，所述信息采集和信号控制电路包括：数字核心处理元件、电池信息检测元件、输出驱动元件、信息输入元件，所述信息输入元件、所述第一电源转换元件和所述第二电源转换元件分别通过所述信息采集和信号控制电路的第一外接端与所述输入电源耦合连接，所述信息输入元件连接所述数字核心处理元件，所述第一电源转换元件连接所述数字核心处理元件，所述第二电源转换元件连接所述输出驱动元件，所述数字核心处理元件通过所述信息采集和信号控制电路的第二外接端与电源适配器的数据线耦合连接，所述数字核心处理元件与所述电池信息检测元件连接，所述电池信息检测元件通过所述信息采集和信号控制电路的第三外接端与所述电池耦合连接，所述数字核心处理元件与所述输出驱动元件连接，所述输出驱动元件通过所述信息采集和信号控制电路的第四外接端分别耦合至所述电源转换电路的各开关，所述输入/输出端口的第一端连接所述电源适配器的输入电源，所述输入/输出端口的第二端分别耦合至所述电源转换电路的所述第一外接端和所述信息采集和信号控制电路的所述第一外接端，所述输入/输出端口的第三端连接所述电源适配器的数据线，所述输入/输出端口的第四端耦合至所述信息采集和信号控制电路的所述第二外接端。
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