CN111555384A - 一种具有动态调整ptm功能的充电装置及方法 - Google Patents

一种具有动态调整ptm功能的充电装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有动态调整PTM功能的充电装置及方法。所述充电装置包括：适配器，所述适配器被配置为动态调节所述适配器的电压；充电电路，所述充电电路的输入端耦接到所述适配器，所述充电电路的输出端耦接到系统负载，所述充电电路耦接到用于在预定模式下给所述系统负载供电的电池，其中，所述充电电路被配置为基于控制信号以轻载模式或重载模式工作，其中，在所述充电电路处于重载模式时，所述适配器动态调节电压使得其电压与所述电池的电压一致，并且所述适配器与所述电池同时向所述系统负载供电；控制逻辑部件，所述控制逻辑部件耦接到所述充电电路，所述控制逻辑部件被配置为基于所述适配器的功率和所述系统负载的功率产生控制信号。

Description

一种具有动态调整PTM功能的充电装置及方法
技术领域
本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种具有动态调整PTM功能的充电装置及方法。
背景技术
现有的升降压充电器(Buck-Boost Charger)，如图1所示，因其设计架构的特点，在工作条件下，无论是适配器还是系统，都会经过升压电路或者降压电路，导致效率较差，并且升压电路或降压电路中的MOS管温度较高，损耗增大。另外，因升降压电路自身的特点，其无法有效利用适配器的峰值功率，也没有办法做到在系统重载模式下，利用适配器的峰值功率去优化电池掉电的问题。
针对上述技术问题，现有的技术方案是对升降压充电电路作了改进设计，如图2所示，关闭充电开关(BATFET)使充电模式关闭，开启PTM(Pass Through Mode)模式使得适配器直接给系统供电。现有技术方案可以解决系统在轻载模式下的效率低下问题，但不能解决系统在重载模式下的效率问题。另外，现有技术方案在开启PTM模式的同时，需要关闭充电开关(BATFET)，这样就不能很好利用电池向系统供电，并且在系统重载模式下，实现PTM功能所必不可少的MOS开关等零件温度仍会很高。
发明内容
本发明实施例为了解决以上问题中的至少一个，创造性地提供一种具有动态调整PTM功能的充电装置及方法。
根据本发明实施例第一方面，提供一种具有动态调整PTM功能的充电装置，该装置包括：适配器，所述适配器被配置为动态调节所述适配器的电压；充电电路，所述充电电路的输入端耦接到所述适配器，所述充电电路的输出端耦接到系统负载，所述充电电路耦接到用于在预定模式下给所述系统负载供电的电池，其中，所述充电电路被配置为基于控制信号以轻载模式或重载模式工作，其中，在所述充电电路处于重载模式时，所述适配器动态调节电压使得其电压与所述电池的电压一致，并且所述适配器与所述电池同时向所述系统负载供电；控制逻辑部件，所述控制逻辑部件耦接到所述充电电路，所述控制逻辑部件被配置为基于所述适配器的功率和所述系统负载的功率产生控制信号。
根据本发明一实施方式，所述充电电路在处于轻载模式时，所述适配器直接向所述系统负载供电，并且所述电池不向所述系统负载供电。
根据本发明一实施方式，所述适配器的功率大于所述系统负载的功率时，所述充电电路处于轻载模式。
根据本发明一实施方式，所述适配器的功率小于所述系统负载的功率时，所述充电电路处于重载模式。
根据本发明一实施方式，所述充电电路为升降压充电电路，所述控制逻辑部件包括开关控制部件和系统嵌入式控制器，所述开关控制部件通过系统管理总线耦接到所述系统嵌入式控制器。
根据本发明一实施方式，所述控制逻辑部件包括脉宽调制电路。
根据本发明一实施方式，所述适配器的最高功率为额定功率的1.5倍。
根据本发明实施例第二方面，提供一种具有动态调整PTM功能的充电方法，该方法包括：控制逻辑部件基于适配器的功率和系统负载的功率产生控制信号，其中，所述控制逻辑部件耦接到充电电路，所述充电电路的输入端耦接到所述适配器，所述充电电路的输出端耦接到系统负载，所述充电电路耦接到用于在预定模式下给所述系统负载供电的电池，所述适配器被配置为动态调节所述适配器的电压；所述充电电路基于控制信号以轻载模式或重载模式工作，其中，在所述充电电路处于重载模式时，所述适配器动态调节电压使得其电压与所述电池电压一致，并且所述适配器与所述电池同时向所述系统负载供电。
根据本发明一实施方式，所述控制逻辑部件比较所述适配器的功率与所述系统负载的功率的大小，若所述适配器的功率大于所述系统负载的功率，所述充电电路处于轻载模式，若所述适配器的功率小于所述系统负载的功率时，所述充电电路处于重载模式。
根据本发明一实施方式，所述适配器的最高功率为额定功率的1.5倍。
本发明提供的具有动态调整PTM功能的充电装置及方法，通过适配器和电池同时向系统供电的方式，解决了系统在重载模式下充电电路的元器件温度过高的问题，提高了系统在重载模式下的工作效率和性能。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
图1示出了一种现有的升降压充电器的(BB Charger)电路图；
图2示出了具有PTM(Pass Through Mode)模式的一种现有技术方案的原理示意图；
图3示出了本发明一个实施例具有动态调整PTM功能的充电装置在轻载模式下的工作示意图；
图4示出了本发明一个实施例具有动态调整PTM功能的充电装置在重载模式下的工作示意图；
图5示出了本发明另一实施例具有动态调整PTM功能的充电装置在重载模式下的工作示意图；
图6示出了本发明具有动态调整PTM功能的充电方法一个实施例的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。
图1示出了现有的升降压充电器的(BB Charger)电路图。Q1、Q2、Q3、Q4、Q5为开关，L1是电感器件，C1是用于控制开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的开合状态的控制逻辑部件。通过控制逻辑部件C1对开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的控制，升降压充电器的可以工作在升压或降压模式下。例如，开关Q3断开、开关Q4闭合，则升降压充电器的处于降压工作模式；开关Q1闭合、开关Q2断开，则升降压充电器的处于升压工作模式。
图2示出了具有PTM(Pass Through Mode)模式的现有技术方案的原理示意图。现有的技术方案是对现有的升降压充电器的(BB Charger)的改进，如图2所示，开关Q2、Q3断开，开关BATFET(对应图1中的Q5)断开，PTM模式打开，适配器直线向系统供电。图2中的箭头走向表示了适配器向系统供电的电流走向。
图3是本发明具有动态调整PTM功能的充电装置一实施例在轻载模式下的工作示意图，如图3所示，本实施例的具有动态调整PTM功能的充电装置包括：适配器(图3未示出)、充电电路、控制逻辑部件3。适配器被配置为动态调节该适配器的电压Vadapter，适配器耦接到充电电路的输入端11，适配器的电压Vadapter即对应充电电路输入端11的电压。充电电路包括开关21、开关22、开关23、开关24、开关25(BFET)、电感L1、电池2，充电电路的电路结构与图1所示的升降压充电器的电路结构相似，充电电路的输出端12耦接到系统负载，充电电路输出端12的电压Vsystem即对应系统负载的电压，充电电路耦接到用于在预定模式下给系统负载供电的电池2。控制逻辑部件3耦接到充电电路上。充电电路被配置为基于控制信号以一组模式中的一个模式工作，其中，所述一组模式包括：轻载模式、重载模式，图3示出了充电电路在轻载模式下的工作示意图。控制逻辑部件3被配置为基于适配器的功率和系统负载的功率产生控制信号。图3中，控制逻辑部件3根据适配器的功率和系统负载的功率产生使充电电路处于轻载模式的控制信号，此时控制逻辑部件3打开开关22、开关23、开关25，充电电路处于PTM工作模式，适配器沿着图3箭头所指示的方向直接向系统负载端供电，由于开关25处于断开状态，电池2并不给系统负载供电。
图4示出了本发明具有动态调整PTM功能的充电装置一实施例在重载模式下的工作示意图。图4示出的充电装置的电路结构与图3相同，在此不赘述。在图4中，控制逻辑部件3根据适配器的功率和系统负载的功率产生使充电电路处于重载模式的控制信号，此时控制逻辑部件3打开开关22、开关23，并闭合开关25。适配器动态调节该适配器的电压Vadapter使得适配器的电压Vadapter与电池的电压Vbatt一致，此时所述适配器与电池2分别沿着图4箭头所示的方向同时向系统负载供电。
本实施例通过适配器和电池同时向系统供电的方式，解决了系统在重载模式下充电电路的元器件温度过高的问题，提高了系统在重载模式下的工作效率和性能。
根据本发明具有动态调整PTM功能的充电装置的一个实施方式，如图3所示，控制逻辑部件3判断出系统负载端的功率小于适配器的功率的，控制逻辑部件3产生使充电电路处于轻载模式的控制信号，此时控制逻辑部件3打开开关22、开关23、开关25，充电电路处于PTM工作模式，适配器沿着图3箭头所指示的方向直接向系统负载端供电，由于开关25处于断开状态，电池2并不给系统负载供电。通过比较适配器的功率和系统负载功率大小的方式来产生使充电装置处于轻载模式或重载模式的控制信号，简单易行，具有较强的可操作性。
根据本发明具有动态调整PTM功能的充电装置的一个实施方式，如图4所示，控制逻辑部件3判断出系统负载端的功率大于适配器的功率的，控制逻辑部件3产生使充电电路处于重载模式的控制信号，此时控制逻辑部件3打开开关22、开关23，并闭合开关25，适配器动态调节该适配器的电压Vadapter使得适配器的电压Vadapter与电池的电压Vbatt一致，此时所述适配器与电池2分别沿着图4箭头所示的方向同时向系统负载供电。通过比较适配器的功率和系统负载功率大小的方式来产生使充电装置处于轻载模式或重载模式的控制信号，简单易行，具有较强的可操作性。
根据本发明具有动态调整PTM功能的充电装置的一个实施方式，如图5所示，示出了该充电装置在重载模式下的工作示意图。充电电路为升降压充电电路，控制逻辑部件包括开关控制部件和系统嵌入式控制器(System EC)，该开关控制部件通过系统管理总线(SMBus)耦接到系统嵌入式控制器。系统嵌入式控制器可以更好地对系统的电流进行监控，并及时准备地获取系统负载功率值，提高了本发明实施例充电装置的可靠性。
根据本发明具有动态调整PTM功能的充电装置的一个实施方式，控制逻辑部件包括脉宽调制(PWM)电路，也可使用其他类型的调制(诸如幅度调制或∑Δ调制)或控制技术。
根据本发明具有动态调整PTM功能的充电装置的一个实施方式，适配器的峰值功率等于额定功率的1.5倍，作为优选的实施例，该适配器还应满足峰值功率30分钟以上的时长需求。在本实施例中，可以充分利用适配器的峰值功率，在充电装置处于重载模式的工作状态时，即可以利用电池向系统供电，又可以通过处于峰值功率的适配器向电池充电，解决了重载模式下电池容易掉电的问题。
图6示出了本发明具有动态调整PTM功能的充电方法一个实施例的方法流程图，如图6所示，所述方法包括如下步骤：
步骤100：控制逻辑部件基于适配器的功率和系统负载的功率产生控制信号，其中，所述控制逻辑部件耦接到充电电路，所述充电电路的输入端耦接到所述适配器，所述充电电路的输出端耦接到系统负载，所述充电电路在工作状态下耦接到用于在预定模式下给所述系统负载供电的电池，所述适配器被配置为动态调节所述适配器的电压；
步骤200：充电电路基于控制信号以一组模式中的一个模式工作，其中，所述一组模式包括：轻载模式、重载模式；
若充电电路基于控制信号以轻载模式工作，则进入步骤300：开启PTM模式，其中，在PTM模式下，适配器直接向系统负载供电，所述用于在预定模式下给所述系统负载供电的电池不向系统负载供电；
若充电电路基于控制信号以重载模式工作，则进入步骤400：适配器动态调节所述适配器的电压使得所述适配器的电压与电池电压一致，所述适配器与所述电池同时向系统负载供电。
根据本发明具有动态调整PTM功能的充电方法的一个实施方式，控制逻辑部件比较适配器的功率与系统负载的功率的大小，若所述适配器的功率大于所述系统负载的功率，则充电电路处于轻载模式，若所述适配器的功率小于所述系统负载的功率时，则充电电路处于重载模式。
根据本发明具有动态调整PTM功能的充电方法的一实施方式，所述适配器的最高功率为额定功率的1.5倍。
这里需要指出的是：以上对针对具有动态调整PTM功能的充电方法实施例的描述，与前述图3、图4所示的充电装置实施例的描述是类似的，具有同前述图3、图4所示的方法实施例相似的有益效果，因此不做赘述。
前述描述旨在使得任何本领域的技术人员能够实现和使用本公开内容，并且在特定应用及其要求的上下文中提供。此外，仅出于例证和描述的目的，给出本公开的实施例的前述描述。它们并非旨在为详尽的或将本公开限制于所公开的形式。因此，许多修改和变型对于本领域熟练的从业者将显而易见，并且本文所定义的一般性原理可在不脱离本公开的实质和范围的前提下应用于其他实施例和应用。此外，前述实施例的论述并非旨在限制本公开。因此，本公开并非旨在限于所示出的实施例，而是将被赋予与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种具有动态调整PTM功能的充电装置，其特征在于，所述充电装置包括：
适配器，所述适配器被配置为动态调节所述适配器的电压；
充电电路，所述充电电路的输入端耦接到所述适配器，所述充电电路的输出端耦接到系统负载，所述充电电路耦接到用于在预定模式下给所述系统负载供电的电池，其中，所述充电电路被配置为基于控制信号以轻载模式或重载模式工作，其中，在所述充电电路处于重载模式时，所述适配器动态调节电压使得其电压与所述电池的电压一致，并且所述适配器与所述电池同时向所述系统负载供电；
控制逻辑部件，所述控制逻辑部件耦接到所述充电电路，所述控制逻辑部件被配置为基于所述适配器的功率和所述系统负载的功率产生控制信号。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述充电电路在处于轻载模式时，所述适配器直接向所述系统负载供电，并且所述电池不向所述系统负载供电。
3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述适配器的功率大于所述系统负载的功率时，所述充电电路处于轻载模式。
4.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述适配器的功率小于所述系统负载的功率时，所述充电电路处于重载模式。
5.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述充电电路为升降压充电电路，所述控制逻辑部件包括开关控制部件和系统嵌入式控制器，所述开关控制部件通过系统管理总线耦接到所述系统嵌入式控制器。
6.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述控制逻辑部件包括脉宽调制电路。
7.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述适配器的最高功率为额定功率的1.5倍。
8.一种具有动态调整PTM功能的充电方法，其特征在于，所述充电方法包括：
控制逻辑部件基于适配器的功率和系统负载的功率产生控制信号，其中，所述控制逻辑部件耦接到充电电路，所述充电电路的输入端耦接到所述适配器，所述充电电路的输出端耦接到系统负载，所述充电电路耦接到用于在预定模式下给所述系统负载供电的电池，所述适配器被配置为动态调节所述适配器的电压；
所述充电电路基于控制信号以轻载模式或者重载模式工作，其中，在所述充电电路处于重载模式时，所述适配器动态调节电压使得其电压与所述电池电压一致，并且所述适配器与所述电池同时向所述系统负载供电。
9.根据权利要求8所述的充电方法，其特征在于，所述控制逻辑部件比较所述适配器的功率与所述系统负载的功率的大小，若所述适配器的功率大于所述系统负载的功率，所述充电电路处于轻载模式，若所述适配器的功率小于所述系统负载的功率时，所述充电电路处于重载模式。
10.根据权利要求8所述的充电方法，其特征在于，所述适配器的最高功率为额定功率的1.5倍。
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