CN111756097A - 充电装置及充电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电装置及充电器，涉及充电技术领域，该充电装置包括：电源输入端、负载开关、升压电路及充电输出端；升压电路及负载开关用于在控制信号的控制下交替工作，以在充电设备的充电芯片的输入电压高于设定值时，对充电设备进行充电；或者当充电芯片的输入电压低于设定值时，对信号进行升压后对充电设备进行充电。利用升压电路与负载开关交替进行工作，动态检测充电参数，根据控制信号实时进行控制调整，避免在某些场景下因充电链路上的电压压降导致的充电电流无法达到预设值等问题，进一步提升了充电速率。

Description

充电装置及充电器

技术领域

本发明涉及充电技术领域，具体而言，涉及一种充电装置及充电器。

背景技术

现有的部分充电设备利用座充进行充电，现有的充电方案通过适配器、充电线缆、充电电路设计、充电接口、电池Pack内部接口和电芯材料的差异化定制等方面进行充电方案的设计。常规充电方案，在适配器端通常为2-Pin USB A型母座，分别为充电电压正极和GND，适配器和产品之间无法交换状态信息和进行控制信号传输。同时充电线缆与适配器接口之间、充电线缆与产品接口之间均存在接触电阻，电压损耗严重，会导致充电芯片无法以预设的充电电流来对电池进行满负荷的充电，充电速率受到严重的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充电装置及充电器，以改善现有的充电器无法根据充电电压进行动态调整，影响充电效率等问题。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种充电装置，所述充电装置用于连接电源适配器以及充电设备，以利用电源适配器提供的电源对充电设备进行充电，所述充电装置包括：电源输入端、负载开关、升压电路、反相器及充电输出端；

所述电源输入端用于连接电源适配器以接入输入电源，所述充电输出端用于连接充电设备进行充电；

所述负载开关包括负载开关输入端及负载开关输出端，所述负载开关输入端与所述电源输入端电连接，所述负载开关输出端与所述充电输出端电连接；

所述升压电路包括升压电路输入端及升压电路输出端，所述升压电路输入端与所述电源输入端电连接，所述升压电路输出端与所述充电输出端电连接；

所述升压电路及所述负载开关用于在控制信号的控制下交替工作，以在充电设备的充电芯片的输入电压高于设定值时，对所述充电设备进行充电；或者当充电设备的充电芯片的输入电压低于设定值时，对所述信号进行升压后对充电设备进行充电。

在可选的实施方式中，所述充电装置包括充电控制端，所述充电控制端用于与所述充电设备电连接，以接收充电设备的控制信号，所述升压电路及所述负载开关用于在所述控制信号的控制下交替工作。

在可选的实施方式中，所述负载开关用于当所述控制信号为第一控制信号时导通，当所述控制信号为第二控制信号时关断，以将所述电源输入端接入的电能传输至所述充电设备进行充电；

所述升压电路用于当所述控制信号为所述第一控制信号时关断；当所述控制信号为所述第二控制信号时运行，以将所述电源输入端接入的电能进行升压后传输至所述充电设备进行充电。

在可选的实施方式中，当所述充电设备的充电芯片的输入电压高于设定值时，所述控制信号为所述第一控制信号；

当所述充电设备的充电芯片的输入电压低于设定值时，所述控制信号为所述第二控制信号。

在可选的实施方式中，所述充电装置还包括反相器，所述负载开关包括负载开关控制端，所述升压电路包括升压电路控制端；

所述升压电路控制端与所述充电控制端电连接；

所述负载开关通过所述反相器与所述充电控制端电连接。

在可选的实施方式中，所述充电装置还包括充电接地端，所述充电接地端与所述升压电路的接地端电连接；所述充电接地端还用于与充电设备的接地端电连接。

在可选的实施方式中，所述充电装置包括充电触点，所述充电装置通过所述充电触点与所述充电设备电连接；所述充电触点包括：第一触点、第二触点及第三触点；

所述充电输出端与所述第一触点电连接；所述充电控制端与所述第二触点电连接；所述充电接地端与所述第三触点电连接。

第二方面，本发明实施例提供一种充电器，所述充电器包括电源适配器以及如前述实施方式任意一项所述的充电装置；

所述电源适配器通过线缆与所述充电装置电连接，以向所述充电装置提供电源；

所述充电装置用于与充电设备电连接，以通过所述电源适配器提供的电源向所述充电设备进行充电。

在可选的实施方式中，所述电源适配器与所述充电装置集成设置。

相对于现有技术，本申请提供的充电装置及充电器具有以下的有益效果：

本发明提供的充电装置包括：电源输入端、负载开关、升压电路及充电输出端；所述电源输入端用于连接电源适配器以接入输入电源，所述充电输出端用于连接充电设备进行充电；所述负载开关包括负载开关输入端及负载开关输出端，所述负载开关输入端与所述电源输入端电连接，所述负载开关输出端与所述充电输出端电连接；所述升压电路包括升压电路输入端及升压电路输出端，所述升压电路输入端与所述电源输入端电连接，所述升压电路输出端与所述充电输出端电连接；所述升压电路及所述负载开关用于在控制信号的控制下交替工作，以在充电芯片的输入电压高于设定值时，对所述充电设备进行充电；或者当充电芯片的输入电压低于设定值时，对所述信号进行升压后对充电设备进行充电。利用升压电路与负载开关交替进行工作，动态检测充电参数，根据控制信号实时进行控制调整，避免在某些场景下因充电链路上的电压压降导致的充电电流无法达到预设值等问题，进一步提升了充电速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明提供的充电装置的示意图；

图2示出了本发明提供的充电装置的应用场景示意图；

图3示出了本发明提供的充电器的示意图。

图标：100-充电装置；110-负载开关；IN-电源输入端；OUT-充电输出端；GND-充电接地端；CTRL-充电控制端；VIN1-负载开关输入端；VOUT1-负载开关输出端；EN1-负载开关控制端；120-升压电路；VIN2-升压电路输入端；VOUT2-升压电路输出端；EN2-升压电路控制端；130-反相器；200-电源适配器；300-充电设备。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

目前的消费类产品的充电方案中，通常分为快充和常规充电两种类型。对于快充方案，常见于智能手机、平板电脑、PC等消费类产品上，由于产品电池容量大，产品耗电速度快，且用户对产品的续航时间有较高的要求，因此快速充电的需求显得尤为迫切，用户期望在较短的时间内实现电池电量的快速提升。目前各大厂商均推出了快充甚至超级快充方案，总体概括来说，无非是通过适配器，充电线缆，充电电路设计，充电接口，电池Pack内部接口和电芯材料的差异化定制等方面；特别的，适配器和产品之间的通讯接口通常包含4个，即充电电压正极，USB数据位+，USB数据位-，GND。通过USB数据位+，USB数据位-这两根数据线来实现充电过程中信息的反馈和控制信号的传输，以实现动态监测充电过程中的各重要器件的状态和电流电压的调整。

对于常规充电方案，在适配器端通常为2-Pin USB A型母座，分别为充电电压正极和GND。适配器和产品之间无法交换状态信息和进行控制信号传输。对于常规的5V/1A充电规格，由于不同厂商设计的适配器输出电压规格不一，可能为5V或高于5V，同时充电线缆与适配器接口之间，充电线缆与产品接口之间均存在接触电阻，且充电线缆在通过1A充电电流时存在较大的电压损耗，因此产品上充电芯片输入端的电压会比5V低，特别对于一些低端材质的充电线缆，电压损耗更加严重，此时充电芯片输入端的电压会低于4.6V，这会导致充电芯片无法以预设的充电电流来对电池进行满负荷的充电，充电速率收到严重的影响。

为了改善上述问题，本发明提供一种充电装置，该充电装置用于连接电源适配器以及充电设备，以利用电源适配器提供的电源对充电设备进行充电。

请参考图1及图2，图1示出了本实施例提供的充电装置100的示意图，充电装置100包括：电源输入端IN、负载开关110、升压电路120及充电输出端OUT。

其中负载开关110包括负载开关输入端VIN1及负载开关输出端VOUT1，负载开关输入端VIN1与电源输入端IN电连接，负载开关输出端VOUT1与充电输出端OUT电连接；升压电路120包括升压电路输入端VIN2及升压电路输出端VOUT2，升压电路输入端VIN2与电源输入端IN电连接，升压电路输出端VOUT2与充电输出端OUT电连接；电源输入端IN用于连接电源适配器200以接入输入电源，充电输出端OUT用于连接充电设备300进行充电。

升压电路120及负载开关110用于在控制信号的控制下交替工作，以在充电输出端OUT输出信号的电压高于设定值时，对充电设备300进行充电；或者当充电输出端OUT输出信号的电压低于设定值时，对信号进行升压后对充电设备300进行充电。

在一种可能的实现方式中，当充电输出端OUT输出至充电设备300的充电电压，即充电设备300的充电芯片的输入电压高于或等于设定值时，负载开关110导通，升压电路120不工作，此时充电装置100将电源适配器200提供的电源送至充电设备300进行充电。

当充电设备300的充电芯片的输入电压低于设定值时，负载开关110关断，升压电路120工作，电源适配器200提供的电源由升压电路120进行升压后再送至充电设备300进行充电。

本发明提供的充电装置100，利用升压电路120与负载开关110交替进行工作，动态检测充电参数，根据控制信号实时进行控制调整，避免在某些场景下因充电链路上的电压压降导致的充电电流无法达到预设值等问题，进一步提升了充电速率。

在一种可能的实现方式中，充电装置100包括充电控制端CTRL，充电控制端CTRL用于与充电设备300电连接，以接收充电设备300的控制信号，升压电路120及负载开关110用于在控制信号的控制下交替工作。

在一种可能的实现方式中，当充电设备300的充电芯片的输入电压高于设定值时，控制信号为第一控制信号；当充电设备300的充电芯片的输入电压低于设定值时，控制信号为第二控制信号。

负载开关110用于当控制信号为第一控制信号时导通，当控制信号为第二控制信号时关断，以将电源输入端IN接入的电能传输至充电设备300进行充电；升压电路120用于当控制信号为第一控制信号时关断；当控制信号为第二控制信号时运行，以将电源输入端IN接入的电能进行升压后传输至充电设备300进行充电。

在一种可能的实现方式中，该升压电路120用于将电源适配器提供的电能升高至预设定的电压水平，由于充电装置的充电触点、充电设备的印刷电路板的走线及充电电路输入端相关器件均存在压降，充电设备的充电芯片的输入电压会出现电压偏低问题，导致充电效率降低。为了避免出现上述问题，本实施例提供的升压电路120用于将电源适配器提供的电能升高至预设定的电压水平，以使充电设备的充电芯片的输入电压满足充电的需求。

例如，以常见的5V1A充电模式为例，若充电设备的充电芯片的输入电压低于5V，则充电设备300输出第二控制信号，升压电路120启动运行，以满足充电设备300的充电芯片的输入电压需求，保障充电设备300正常充电。

该负载开关110可以选用开关管，负载开关芯片或者继电器，本实施例对此不作限定，其还可以是其他的具有相同或相似功能的开关模块。

下面给出一种升压电路120及负载开关110的控制方式的可能的实现方式。充电装置100包括反相器130，负载开关110包括负载开关控制端EN1，升压电路120包括升压电路控制端EN2；升压电路控制端EN2与充电控制端CTRL电连接，负载开关控制端EN1通过反相器130与充电控制端CTRL电连接。

第一控制信号与第二控制信号电平状态相反，当充电控制端CTRL接入第一控制信号时，升压电路控制端EN2获得该第一控制信号，而由于反相器130的作用，反相器130将第一控制信号的电平状态改变得到第二控制信号，故负载开关控制端EN1获得第二控制信号；同理，当升压电路控制端EN2获得第二控制信号时，负载开关控制端EN1获得第一控制信号。

在可选的实施方式中，充电装置100还包括充电接地端GND，充电接地端GND与升压电路120的接地端GND电连接；充电接地端GND还用于与充电设备300的接地端GND电连接，充电接地端GND用于实现充电过程中的接地，提高充电过程的稳定性及可靠性。

在传统的快充方案中，充电底座至少需要4个充电触点，本实施例所提供的充电装置100仅需要三个充电触点，充电装置100通过充电触点与充电设备300电连接；充电触点包括：第一触点、第二触点及第三触点；其中，充电输出端OUT与第一触点电连接；充电控制端CTRL与第二触点电连接；充电接地端GND与第三触点电连接。

在一种可能的实现方式汇总，该充电装置100包括充电底座，第一触点、第二触点及第三触点均设置在该充电底座上。

在一种可能的实现方式中，该充电装置100的充电控制端CTRL与充电设备300的控制信号输出端电连接，例如，通过第二触点与充电设备300上的对应触点连接。当充电设备300内部ADC检测到充电电压低于设定的最小输入电压门限时(例如，以智能手表为例，4.64V)，充电设备300的微处理器输出控制信号开启升压电路120，升压电路120运行将电压提升，从而可以使得充电设备300的充电恢复到预设值，保障充电效率。

可以理解地，充电设备300上的充电触点与充电装置100的充电触点相对应，其至少包括一个充电触点用于与充电装置100的第一触点连接，以及一个充电触点用于与充电装置100的第二触点连接，以及一个充电触点与充电装置100的第三触点连接。

本实施例提供的充电装置100将充电触点减少至3个，既在结构上设计节省了空间和结构件成本，同时也节省了硬件物料成本和电路板的布局面积；同样的，相对于传统的2个充电触点方案，本方案实现了动态检测充电参数，根据控制信号实时进行控制调整，避免在某些场景下因充电链路上的电压压降导致的充电电流无法达到预设值，提升了充电速率。

本发明实施例还提供一种充电器，参阅图3，充电器包括电源适配器200以及上述实施例提供的充电装置100；电源适配器200通过线缆与充电装置100电连接，以向充电装置100提供电源；充电装置100用于与充电设备300电连接，以通过电源适配器200提供的电源向充电设备300进行充电。

在一种可能的实现方式中，该电源适配器200可以与充电装置100分别独立地设置，但在本发明的其他实施方式中，该电源适配器200还可以与充电装置100集成设置。

相对于现有技术，本申请提供的充电装置100及充电器具有以下的有益效果：本发明提供的充电装置100包括：电源输入端IN、负载开关110、升压电路120及充电输出端OUT；电源输入端IN用于连接电源适配器200以接入输入电源，充电输出端OUT用于连接充电设备300进行充电；负载开关110包括负载开关输入端VIN1及负载开关输出端VOUT1，负载开关输入端VIN1与电源输入端IN电连接，负载开关输出端VOUT1与充电输出端OUT电连接；升压电路120包括升压电路输入端VIN2及升压电路输出端VOUT2，升压电路输入端VIN2与电源输入端IN电连接，升压电路输出端VOUT2与充电输出端OUT电连接；升压电路120及负载开关110用于在控制信号的控制下交替工作，以在充电设备300的充电芯片的输入电压高于设定值时，对充电设备300进行充电；或者当充电设备300的充电芯片的输入电压低于设定值时，对信号进行升压后对充电设备300进行充电。利用升压电路120与负载开关110交替进行工作，动态检测充电参数，根据控制信号实时进行控制调整，避免在某些场景下因充电链路上的电压压降导致的充电电流无法达到预设值等问题，进一步提升了充电速率。

本发明提供的充电装置及充电器，在传统的充电底座的基础上增加充控制电路，根据充电设备输出的控制信号对充电电压进行动态调整，有效的解决了某些极端场景下导致了电压压降导致的充电电流减小的问题，提升了充电速率。相对于传统的2触点方案，本方案仅仅增加一个触点，设计上并不会增加太多的复杂度；同时相对于快充方案的4个触点来说，既降低了结构设计复杂度，又节省了硬件电路板布局面积和结构件成本，此外，本申请提供的充电装置控制逻辑简单，无需兼容传统充电器使用的USB2.0协议即可实现对充电参数的监测与控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种充电装置，其特征在于，所述充电装置用于连接电源适配器以及充电设备，以利用电源适配器提供的电源对充电设备进行充电，所述充电装置包括：电源输入端、负载开关、升压电路及充电输出端；

所述电源输入端用于连接电源适配器以接入输入电源，所述充电输出端用于连接充电设备进行充电；

所述负载开关包括负载开关输入端及负载开关输出端，所述负载开关输入端与所述电源输入端电连接，所述负载开关输出端与所述充电输出端电连接；

所述升压电路包括升压电路输入端及升压电路输出端，所述升压电路输入端与所述电源输入端电连接，所述升压电路输出端与所述充电输出端电连接；

所述升压电路及所述负载开关用于在控制信号的控制下交替工作，以在充电设备的充电芯片的输入电压高于设定值时，对所述充电设备进行充电；或者当充电芯片的输入电压低于设定值时，对所述信号进行升压后对充电设备进行充电。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置包括充电控制端，所述充电控制端用于与所述充电设备电连接，以接收充电设备的控制信号，所述升压电路及所述负载开关用于在所述控制信号的控制下交替工作。

3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述负载开关用于当所述控制信号为第一控制信号时导通，当所述控制信号为第二控制信号时关断，以将所述电源输入端接入的电能传输至所述充电设备进行充电；

所述升压电路用于当所述控制信号为所述第一控制信号时关断；当所述控制信号为所述第二控制信号时运行，以将所述电源输入端接入的电能进行升压后传输至所述充电设备进行充电。

4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于，当所述充电设备的充电芯片的输入电压高于设定值时时，所述控制信号为所述第一控制信号；

当所述充电设备的充电芯片的输入电压低于设定值时时，所述控制信号为所述第二控制信号。

5.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置还包括反相器，所述负载开关包括负载开关控制端，所述升压电路包括升压电路控制端；

所述升压电路控制端与所述充电控制端电连接；

所述负载开关通过所述反相器与所述充电控制端电连接。

6.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置还包括充电接地端，所述充电接地端与所述升压电路的接地端电连接；所述充电接地端还用于与充电设备的接地端电连接。

7.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置包括充电触点，所述充电装置通过所述充电触点与所述充电设备电连接；所述充电触点包括：第一触点、第二触点及第三触点；

所述充电输出端与所述第一触点电连接；所述充电控制端与所述第二触点电连接；所述充电接地端与所述第三触点电连接。

8.一种充电器，其特征在于，所述充电器包括电源适配器以及如权利要求1～7任意一项所述的充电装置；

所述电源适配器通过线缆与所述充电装置电连接，以向所述充电装置提供电源；

所述充电装置用于与充电设备电连接，以通过所述电源适配器提供的电源向所述充电设备进行充电。

9.根据权利要求8所述的充电器，其特征在于，所述电源适配器与所述充电装置集成设置。

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