CN112311037B - 终端设备 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种终端设备，属于终端设备充电技术领域。本公开实施例提供的终端设备包括：主电路板、辅电路板、电荷泵芯片、电池、以及控制组件。其中，辅电路板叠置在主电路板上。电荷泵芯片与电池连接，电荷泵芯片包括：并联的第一芯片、第二芯片、以及第三芯片。第一芯片和第二芯片安装在主电路板上，第三芯片安装在辅电路板与主电路板相对的一侧。控制组件控制电荷泵芯片启闭。

Description

终端设备

技术领域

本公开涉及终端设备充电技术领域，尤其涉及一种终端设备。

背景技术

当前，快速充电技术是终端设备的热门发展趋势。通过快速充电技术使得终端设备的电池的电量在较短时间内达到正常使用的程度。但是快速充电也带来了充电发热严重的问题，因此如何解决快速充电的发热问题成为了当务之急。

发明内容

本公开提供一种终端设备，以解决相关技术中的问题。

根据本公开实施例提供的终端设备，所述终端设备包括：主电路板、辅电路板、电荷泵芯片、电池、以及控制组件；

所述辅电路板叠置在所述主电路板上；

所述电荷泵芯片与电池连接，包括：并联的第一芯片、第二芯片、以及第三芯片；

所述第一芯片和所述第二芯片安装在所述主电路板上，所述第三芯片安装在所述辅电路板与所述主电路板相对的一侧；

所述控制组件控制所述电荷泵芯片启闭。

在一个实施例中，所述第一芯片和所述第二芯片安装在所述主电路板与所述辅电路板相连的一面上，且在所述主电路板上，所述辅电路板位于所述第一芯片和所述第二芯片之间。

在一个实施例中，所述第一芯片和所述第二芯片的间隔距离大于或者等于8厘米。

在一个实施例中，所述终端设备还包括第一温度检测组件，检测所述终端设备的内部温度；

在所述第一芯片、第二芯片和第三芯片共同使能，所述第一温度检测组件检测到的温度升高到过热保护阈值的情况下，所述控制组件控制所述电荷泵芯片中一个芯片去使能，并降低所述电荷泵芯片中使能的芯片的功率。

在一个实施例中，所述控制组件控制所述第三芯片去使能，降低所述第一芯片和所述第二芯片的功率。

在一个实施例中，所述终端设备还包括第二温度检测组件，检测所述电荷泵芯片的温度值；

在所述第二温度检测组件检测到所述电荷泵芯片其中一个使能的芯片的温度值达到关闭阈值的情况下，所述控制组件重新启动所述电荷泵芯片中当前去使能的芯片，并去使能所述电荷泵芯片中温度值达到关闭阈值的芯片。

在一个实施例中，在所述主电路板上设置有与所述电荷泵芯片连接的第一电池连接器和第二电池连接器；

所述第一电池连接器到所述第一芯片的距离，以及所述第二芯片到所述第二芯片的距离均小于1厘米。

在一个实施例中，所述终端设备还包括切换组件；

所述切换组件的一端与所述第三芯片连接，另一端与所述第一电池连接器和所述第二电池连接器切换连接。

在一个实施例中，所述第一电池连接器通过第一连接件与所述电池连接，

所述第二电池连接器通过第二连接件与所述电池连接；

所述第一连接件的长度大于所述第二连接件的长度。

在一个实施例中，在所述辅电路板上设置有与所述第三芯片连接的阻抗匹配电路；

所述终端设备还包括电流检测组件，检测所述电池的充电电流；

所述控制组件控制所述阻抗匹配电路启闭；

在所述电流检测组件检测到的充电电流降低至预设阈值的情况下，所述控制组件控制所述第三芯片和所述阻抗匹配电路使能，并控制所述第二芯片去使能，及控制所述切换组件与所述第二电池连接器相连。

在一个实施例中，所述阻抗匹配电路设置在所述第三芯片的输出侧。

本公开所提供的终端设备至少具有以下有益效果：

本公开实施例提供的终端设备，通过并联的第一芯片、第二芯片、和第三芯片实现分流降低发热。并且，通过辅电路板使得三个芯片形成在空间分散分布的热源，解决了大功率充电过程中热源集中的问题，避免终端设备出现严重发热的情况。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的终端设备中组件连接关系示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的终端设备的局部结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的阻抗匹配原理示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

电荷泵芯片是一种能够降压升流的转换器，在终端设备中作为充电模块的组件之一，以实现快速充电。相关技术中提供的快速充电方案采用两个电荷泵芯片同步使用。但是，当充电功率超过100W的情况下，电荷泵芯片的能力转换损失较大，导致终端设备内温度快速升高，机身发烫影响用户体验。

基于上述，本公开实施例提供的终端设备能够应用充电功率在100W以上的充电方案，并有效控制充电发热，优化用户体验。其中，该终端设备选自手机、平板电脑、可穿戴设备(例如手环、智能手表)、车载设备、或者医疗设备等。

如图1、图2所示，本公开实施例提供的终端设备100包括：电路板110、电荷泵芯片、电池130、以及控制组件140。

电路板110包括主电路板111，以及覆设在主电路板111上的辅电路板112。辅电路板112与主电路板111电气连接(例如，在辅电路板112上设置有与主电路板111连接的焊点)。

辅电路板112的尺寸小于主电路板111的尺寸，如此避免辅电路板112在主电路板111上占用过大面积，影响主电路板111上线路或元器件设置。

电荷泵芯片包括设置在主电路板111上的第一芯片121和第二芯片122。第一芯片121和第二芯片122之间的距离大于或者等于8cm，以此方式，在第一芯片121和第二芯片122同步使能时，形成两个分散的热源，避免主电路板111上热源集中。

如图2所示，第一芯片121和第二芯片122设置在主电路板111与辅电路板112相连的一面上。并且，在主电路板111上第一芯片121和第二芯片122设置在辅电路板112相对的两侧。以此方式，进一步分离第一芯片121和第二芯片122。

电荷泵芯片还包括设置在辅电路板112上的第三芯片123。第三芯片123设置在辅电路板112与主电路板111相对的一侧。采用这样的方式，通过辅电路板112使得第一芯片121、第二芯片122、以及第三芯片123在三维空间结构上形成分散分布的热源，降低终端设备某个位置较热的风险，有助于达到热平衡，提高散热效率。

并且，通过辅电路板112与主电路板111电气连接的方式，便于整体电路板上走线设置。如此，一方面降低走线设计难度，另一方面降低与电荷泵芯片连接的走线阻抗，减少发热。

在这样的情况下，第一芯片121、第二芯片122、以及第三芯片123均朝向主电路板111和辅电路板112的同一侧设置。据此，终端设备中的散热组件(例如散热片、散热管等)可以设置在主电路板111、辅电路板112的同侧，降低散热组件的设计和安装难度。

此外，第一芯片121、第二芯片122、第三芯片123三者并联设置。通过并列设置最大限度实现分流，减少第一芯片121、第二芯片122、以及第三芯片123在同步使能时产生的热量，保障电荷泵芯片的工作稳定性。

在本公开实施例中，电荷泵芯片与电池130连接。示例地，在主电路板111上设置有第一电池连接器151和第二电池连接器152。其中，第一电池连接器151到第一芯片121的距离，以及第二电池连接器152到第二芯片122的距离小于或等于1厘米(例如0.8cm、0.7cm、0.6cm、0.5cm等)。以此方式，缩短电荷泵芯片与第一电池连接器151和第二电池连接器152之间的走线距离，降低走线阻抗，减少发热。

第一电池连接器151通过第一连接件161(例如，走线或柔性电路板)与电池130相连，第二电池连接器152通过第二连接件162(例如，走线或柔性电路板)与电池130相连。以此方式，实现电池130与电荷泵芯片的电性连接。

该终端设备还包括切换组件170。切换组件170的一端与第三芯片123连接，另一端与第一电池连接器151和第二电池连接器152切换连接。第三芯片123使能时，通过切换组件170与第一电池连接器151或第二电池连接器152连接。

通过切换组件170使得第一芯片121、第二芯片122、以及第三芯片123共用两个电池连接器，据此无需改变电池130的结构，降低整体方案的硬件成本。并且此时，将辅电路板112设置在第一芯片121和第二芯片122之间，便于设置切换组件170，并且可降低切换组件170的走线阻抗。

电池130包括设置在电池130主体一端的保护板131，保护板131上承载有电池保护电路，保障充电安全。第一连接件161和第二连接件162均与保护板131连接，即二者与电池130的连接位置相近。但是，由于第一电池连接器151和第二电池连接器152在主电路板111上相隔一定距离设置，导致第一连接件161和第二连接件162与主电路板111的连接位置差异较大，在这样的情况下，为了节省终端设备内部空间，采用长度不同的第一连接件161和第二连接件162实现电荷泵芯片和电池130的连接。

控制组件140与电荷泵芯片相连，控制电荷泵芯片启闭。并且，控制组件140还与切换组件170相连，控制切换组件170在第一电池连接器151和第二电池连接器152之间切换。

在本公开实施例中，终端设备内部还设置有用于检测机身内温度、电荷泵芯片温度、以及电池130的充电电流等参数的检测组件。控制组件140以机身内温度、电荷泵芯片温度、以及电池130的充电电流作为依据控制第一芯片121、第二芯片122、第三芯片123的启闭。下面结合完整的充电过程进行阐述。

在第一阶段，控制组件140控制第一芯片121、第二芯片122、第三芯片123同步使能，以实现快速充电。例如，在较短时间内实现电池130具有30％～40％的电量。采用这样的方式，提高了充电初期的充电速率，在用户无法长时间充电的情况下提供应急方案，优化用户体验。

三个芯片同步使能也会导致终端设备整体升温快。以实现100W的充电效率，每个电荷泵芯片的能量转换效率是97％为例，在充电前期第一芯片121、第二芯片122、第三芯片123中每个芯片分担的功率为34W。此时，每个芯片的热损功率为1W，因此终端设备内部升温较快。

在这样的情况下，当终端设备的内部温度达到过热保护阈值时进行充电的第二阶段。

本公开实施例提供的终端设备还包括第一温度检测组件，以检测终端设备的内部温度。示例地，该第一温度检测组件设置在到第一芯片121、第二芯片122、第三芯片123距离相同或相近的位置处，避免受其中一个芯片影响，保障所获取的温度值能够反映终端设备内部的温度的实际情况。

在第一温度检测组件检测到的温度达到过热保护阈值的情况下，控制组件140控制电荷泵芯片中一个芯片去使能，并降低电荷泵芯片中使能的芯片的功率。

与使能的芯片相比，去使能的芯片散热效果更佳。因此，控制组件140减少使能的芯片数量能够提高散热。并且，控制组件140降低使能的芯片的功率，以减少芯片发热量。

作为一种示例，控制组件140控制第三芯片123去使能，由于第三芯片123设置在辅电路板112上，因此与第一芯片121和第二芯片122相比，第三芯片123与终端设备中的散热组件距离更近，换言之，第三芯片123的散热效果最佳。因此，优先去使能第三芯片123的方式提高终端设备散热速度。

具体来说，在去使能第三芯片123后，第三芯片123处温度逐渐降低。据此，第一芯片121和第二芯片122可通过常规途径(例如直接通过散热件散热)散热。并且，二者产生的热量还可通过走线、主电路板111和辅电路板112的焊接点等结构传导至第三芯片123处进而散出终端设备。

并且，控制组件140降低第一芯片121和第二芯片122的功率。例如，整体充电功率至少降低50％，以保障当前散热效果。以初始充电功率为100W为例，可选地，此时充电功率降低至50W、45W、40W等。其中，降低后的充电功率不易低于30W，以保障具有良好的充电速度。

尽管降低了使能电荷泵芯片的充电功率，但是使能的电荷泵芯片依旧不断产生热量。

基于此，终端设备还包括第二温度检测组件，用于检测电荷泵芯片的温度。示例地，第一芯片121、第二芯片122、以及第三芯片123与第二温度检测组件一一对应，即一个第二温度检测组件只检测一个芯片的温度。

当第二温度检测组件检测到电荷泵芯片中任一个使能的芯片的温度升高至关闭阈值时，控制组件140重新启动电荷泵芯片中去使能的芯片，并控制电荷泵芯片中温度值升高至关闭阈值的芯片。

其中，当电荷泵芯片中当前去使能芯片具有以下情况：

第一种情况，在第一温度检测组件检测到的温度达到过热保护阈值，控制组件140去使能第三芯片123的情况下，电荷泵芯片中当前去使能芯片为第三芯片123。

第二种情况，在第一种情况所述的控制组件140重新使能第三芯片123之后的过程中，电荷泵芯片中当前去使能芯片为第一芯片121、第二芯片122、和第三芯片123中温度超过关闭阈值的芯片。

通过第二温度检测组件和控制组件140的配合，使得第一芯片121、第二芯片122、第三芯片123中两个芯片轮流使能，进而在终端设备机身内形成动态分布的热源。第一芯片121、第二芯片122、以及第三芯片123轮流散热。以此方式，有效避免充电过程中终端设备温度过高，保障终端设备充电安全。

此外，在重新启动第三芯片123时可能出现：第三芯片123和继续保持使能的第一芯片121或第二芯片122连接同一个电池连接器的情况。以保持第二芯片122使能为例，第二芯片122与第三芯片123均与第二电池连接器152连接。此时，控制组件140还用于控制切换组件170与第一电池连接器151相连。即第三芯片123连接第一电池连接器151，第二芯片122连接第二电池连接器152，避免两个使能的芯片共用一个电池连接器造成局部发热的情况。

在本公开实施例中，还需说明的是，第一连接件161和第二连接件162的长度不同，导致第一连接件161和第二连接件162的等效阻抗不同。此时，电荷泵芯片中与第一电池连接器151相连的芯片，和与第二电池连接器152相连的芯片的输出阻抗不匹配。由于在快速充电方案中充电电流较大，因此两条并联支路电流的差异易造成第一连接件161和第二连接件162处的热损差较大，导致电池130发热。

在本公开实施例中，充电前期以充电速率和热源分布作为主要考量因素。当充电进入中后期时，电池130具有70％～80％电量。该电量足以支撑终端设备使用较长时间，因此在充电过程中后期，优先解决充电发热的问题。在本公开实施例中，可采用阻抗匹配的方案以降低电池发热保障充电安全。以下将以第一连接件161的等效阻抗大于第二连接件162的等效阻抗为例进行说明。

终端设备还包括与第三芯片123连接的阻抗匹配电路，例如MOS(Metal OxideSemiconductor)开关电路。该阻抗匹配电路设置在辅电路板112上，受控制组件140控制启闭。可选地，阻抗匹配电路的等效阻抗为2毫欧、2.5毫欧、3毫欧等。

终端设备还包括电流检测组件，用于检测电池130的充电电流。在电流检测组件检测到的充电电流降低至预设阈值(例如3.5A、4A、4.5A等)的情况下，充电过程进入中后期。此时，控制组件140控制第三芯片123和阻抗匹配电路使能，并控制第二芯片122去使能，控制切换组件170与第二电池连接器152相连。

结合图3，以芯片X1和芯片X2并联为例，芯片X1和芯片X2的输出电流是输入电流的2倍，该电路中两个芯片X的输出端阻抗匹配的原理如下：

图3中节点A是终端设备与外接电源连接的接口处，节点B为第一连接件161、第二连接件162与电池130的连接处。R1是芯片X1输入端等效阻抗，R2是芯片X1输出端等效阻抗。R3是芯片X2输入端等效阻抗，R4是芯片X2输出端等效阻抗。

其中，芯片X1所在支路的电流采用公式(1)获取：

I₁是芯片X1的输入电流；

R_eq是芯片X1中储能元件的等效阻抗；

Vbat是节点A的电压；

Vbus是节点B的电压。

芯片X2所在支路的电流采用公式(2)获取：

I₂是芯片X2的输入电流；

R_eq是芯片X2中储能元件的等效阻抗；

Vbat是节点A的电压；

Vbus是节点B的电压。

根据公式(1)和公式(2)，芯片X1和芯片X2所在支路电流比为：

根据公式(3)可知，通过调整R1、R2、R3、R4能够调整I₁和I₂的比值。

结合到本公开实施例中，由于第一连接件161的等效阻抗大于第二连接件162的等效阻抗，相当于R2大于R4。根据公式(3)可知，I₁小于I₂，造成第二连接件162的发热大于第一连接件161的发热。在这种情况下，可选增加R4的数值，以减少I₁和I₂的差值。

基于上述，作为一种可选方案，阻抗匹配电路设置在第三芯片123的电流输出侧。如此，第三芯片123和阻抗匹配电路都使能时，相当于调整了第三芯片123的输出端等效阻抗。根据公式(3)可知，调整芯片的输出端等效阻抗的调节效果优于调整芯片的输入端等效阻抗。

在本公开实施例中，控制组件140关闭第二芯片122，控制第三芯片123以及与第三芯片123连接的阻抗匹配电路使能。并且，第三芯片123与第二连接件162连接。这样的方式通过阻抗匹配电路增加了芯片X2的输出端阻抗R₄数值，并同时使能与第一连接件161配合的第一芯片121，以减少第一芯片121和第二芯片123输出端的阻抗差异，进而使得I₁和I₂相近。

通过阻抗匹配电路在充电中后期减少电池130发热，避免终端设备温度过高，优化用户体验。需要说明的是，如果第一连接件161和第二连接件162的长度相近甚至相同，则无需设置上述阻抗匹配电路。

本公开实施例提供的终端设备，通过并联设置的第一芯片121、第二芯片122、以及第三芯片123在充电过程中形成动态分布的热源。该终端设备充电时，在实现较快充电速度的前提下，减少了电荷泵芯片发热量并提高散热效率，为快速充电提供一种可行可推广的方案。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

Claims (11)

1.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括：主电路板、辅电路板、电荷泵芯片、电池、以及控制组件；

所述辅电路板叠置在所述主电路板上；

所述电荷泵芯片与电池连接，包括：并联的第一芯片、第二芯片、以及第三芯片；

所述第一芯片和所述第二芯片安装在所述主电路板上，所述第三芯片安装在所述辅电路板与所述主电路板相对的一侧；

所述控制组件控制所述电荷泵芯片启闭。

2.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，所述第一芯片和所述第二芯片安装在所述主电路板与所述辅电路板相连的一面上，

且在所述主电路板上，所述辅电路板位于所述第一芯片和所述第二芯片之间。

3.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，所述第一芯片和所述第二芯片的间隔距离大于或者等于8厘米。

4.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备还包括第一温度检测组件，检测所述终端设备的内部温度；

在所述第一芯片、第二芯片和第三芯片共同使能，所述第一温度检测组件检测到的温度升高到过热保护阈值的情况下，所述控制组件控制所述电荷泵芯片中一个芯片去使能，并降低所述电荷泵芯片中使能的芯片的功率。

5.根据权利要求4所述的终端设备，其特征在于，所述控制组件控制所述第三芯片去使能，降低所述第一芯片和所述第二芯片的功率。

6.根据权利要求4所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备还包括第二温度检测组件，检测所述电荷泵芯片的温度值；

在所述第二温度检测组件检测到所述电荷泵芯片其中一个使能的芯片的温度值达到关闭阈值的情况下，所述控制组件重新启动所述电荷泵芯片中当前去使能的芯片，并去使能所述电荷泵芯片中温度值达到关闭阈值的芯片。

7.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，在所述主电路板上设置有与所述电荷泵芯片连接的第一电池连接器和第二电池连接器；

所述第一电池连接器到所述第一芯片的距离，以及所述第二芯片到所述第二芯片的距离均小于1厘米。

8.根据权利要求7所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备还包括切换组件；

所述切换组件的一端与所述第三芯片连接，另一端与所述第一电池连接器和所述第二电池连接器切换连接。

9.根据权利要求8所述的终端设备，其特征在于，所述第一电池连接器通过第一连接件与所述电池连接，所述第二电池连接器通过第二连接件与所述电池连接；

所述第一连接件的长度大于所述第二连接件的长度。

10.根据权利要求9所述的终端设备，其特征在于，在所述辅电路板上设置有与所述第三芯片连接的阻抗匹配电路；

所述终端设备还包括电流检测组件，检测所述电池的充电电流；

所述控制组件控制所述阻抗匹配电路启闭；

在所述电流检测组件检测到的充电电流降低至预设阈值的情况下，所述控制组件控制所述第三芯片和所述阻抗匹配电路使能，并控制所述第二芯片去使能，及控制所述切换组件与所述第二电池连接器相连。

11.根据权利要求10所述的终端设备，其特征在于，所述阻抗匹配电路设置在所述第三芯片的输出侧。

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