CN112803552A - 充电电路、充电系统及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电电路，包括多个电池及开关模块，所述开关模块连接所述多个电池，所述开关模块用于接收第一控制信号以控制所述多个电池串联连接，进而实现充电电源通过充电器直接为所述多个电池充电。本发明还提供一种充电系统及移动终端。本发明提供的充电电路、充电系统及移动终端，能够实现充电功率20W以上的快速充电，无需快充芯片，达到节省快充芯片、节约成本的目的。

Description

充电电路、充电系统及移动终端

【技术领域】

本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电电路、充电系统及移动终端。

【背景技术】

随着用户对于移动终端(例如智能手机)的充电时间要求越来越短，越多的快速协议和充电方案层出不穷，总结起来主要有如下三种：(1)采用平台自带的BUCK(降压)充电电路，充电效率一般在80％-92％，由于其充电效率低，热损耗大，导致充电功率受限，一般是在20W以内。(2)采用充电器直充的方案，手机上不需要充电芯片，由充电器完成电压调整，由于协议限制，充电器的电流最大为5A，充电功率受限，一般在20W以内。(3)采用ChargerPUMP(电荷泵)快充芯片方案，充电效率能做到95％以上，充电效率较高，一般充电功率能做到20W以上，通常，单颗Charger PUMP充电芯片功率能做到30W，两颗Charger PUMP充电芯片功率能做到60W，这种方案效率高，功率大，一般是各品牌公司20W以上方案的首选，但这种方案，成本较高。

鉴于此，实有必要提供一种新型的充电电路、充电系统及移动终端以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种充电电路、充电系统及移动终端，能够实现充电功率20W以上的快速充电，无需快充芯片，达到节省快充芯片、节约成本的目的。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种充电电路，包括多个电池及开关模块，所述开关模块连接所述多个电池，所述开关模块用于接收第一控制信号以控制所述多个电池串联连接，进而实现充电电源通过充电器直接为所述多个电池充电。

在一个优选实施方式中，还包括电源管理芯片，所述电源管理芯片连接所述开关模块及所述多个电池，所述开关模块还用于接收第二控制信号以控制所述多个电池并联连接，进而实现所述充电电源通过所述充电器及所述电源管理芯片为所述多个电池充电。

在一个优选实施方式中，还包括控制模块，所述控制模块连接所述开关模块，所述控制模块向所述开关模块发送第一控制信号或者第二控制信号。

在一个优选实施方式中，所述控制模块还连接所述电源管理芯片，所述电源管理芯片根据所述控制模块发送的控制信号调整所述充电器的输出电压。

在一个优选实施方式中，所述电池包括第一电池及第二电池，所述开关模块包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，所述电源管理芯片包括输入端及电源输出端，所述电源输出端连接所述第二电池的正极；所述第一开关连接于所述电源管理芯片的输入端与所述第一电池的正极之间，所述第二开关连接于所述第一电池的正极与所述第二电池的正极之间，所述第三开关连接于所述第一电池的负极与所述第二电池的正极之间，所述第四开关连接于所述第一电池的负极与所述第二电池的负极之间。

在一个优选实施方式中，当所述开关模块接收到第一控制信号时，所述第一开关及第三开关闭合，所述第二开关及第四开关断开；当所述开关模块接收到第二控制信号时，所述第一开关及第三开关断开，所述第二开关及第四开关闭合。

在一个优选实施方式中，所述第一开关、第二开关及第三开关均为P型MOS管，所述第四开关为N型MOS管。

第二方面，本发明还提供一种充电系统，包括充电器及上述任意一项实施方式所述的充电电路，所述充电器用于为所述充电电路中的电池充电。

第三方面，本发明还提供一种移动终端，包括上述任意一项实施方式所述的充电电路。

相比于现有技术，本发明提供的充电电路、充电系统及移动终端，当开关模块接收到第一控制信号时，开关模块通过改变闭合或断开的状态，以实现多个电池的串联连接，多个电池串联后可承受更大的输入电压，不需要Charger PUMP快充芯片，充电电源通过充电器直接为串联的多个电池充电，能够实现充电功率20W以上的快速充电，无需快充芯片，达到节省快充芯片、节约成本的目的，同时也减小了快充芯片的发热，节省了散热成本。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

【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为本发明提供的充电电路的原理框图；

图2为本发明提供的充电电路的电路图；

图3为本发明提供的充电系统的原理框图；

图4为本发明提供的移动终端的原理框图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中附图，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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

请参阅图1，本发明提供一种充电电路100，包括多个电池10及开关模块20。

开关模块20连接多个电池10，开关模块20用于接收第一控制信号以控制多个电池10串联连接，进而实现充电电源通过充电器直接为多个电池10充电。

本发明提供的充电电路100，当开关模块20接收到第一控制信号时，开关模块20通过改变闭合或断开的状态，以实现多个电池10的串联连接，多个电池10串联后可承受更大的输入电压，不需要Charger PUMP快充芯片，充电电源通过充电器直接为串联的多个电池10充电，能够实现充电功率20W以上的快速充电，无需快充芯片，达到节省快充芯片、节约成本的目的，同时也减小了快充芯片的发热，节省了散热成本。

进一步地，充电电路100还包括电源管理芯片U1，具体的，电源管理芯片U1包括输入端VBUS、电源输出端BAT及系统输出端SYS。电源管理芯片U1连接开关模块20及多个电池10，开关模块20还用于接收第二控制信号以控制多个电池10并联连接，进而实现充电电源通过充电器及电源管理芯片U1为多个电池10充电。即开关模块20接收到第二控制信号时，开关模块20通过改变闭合或断开的状态，以实现多个电池10的并联连接，充电电源通过充电器及电源管理芯片U1内部的降压电路为电池10充电，此时，充电方式为常规充电。

充电电路100还包括控制模块30，控制模块30连接开关模块20，控制模块30用于向开关模块20发送第一控制信号或者第二控制信号。具体的，控制模块30为CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)。控制模块30还连接电源管理芯片U1，具体的，控制模块30连接电源管理芯片U1的系统输出端SYS，电源管理芯片U1根据控制模块30发送的控制信号调整所述充电器的输出电压。

可以理解，当电源管理芯片U1的输入端VBUS接入充电器及充电电源时，控制模块30检测接入的充电器是否为支持快充协议的标配充电器。若接入的充电器不是标配充电器，则控制模块30发送第二控制信号，开关模块20根据接收到的第二控制信号改变闭合或断开的状态，实现多个电池10并联连接，此时，充电电源通过充电器及电源管理芯片U1内部的降压电路为电池10充电，充电方式为常规充电。若接入的充电器是支持快充协议的标配充电器，且充电流程在CC(恒流)阶段，则控制模块30发送第一控制信号，开关模块20根据接收到的第一控制信号改变闭合或断开的状态，实现多个电池10串联连接，进而实现充电电源通过充电器直接为多个电池10充电，此时，电源管理芯片U1通过快充协议调整充电器的输出电压，以实现对串联连接的多个电池10进行快速充电；若接入的充电器是支持快充协议的标配充电器，且充电流程进入CV(恒压)阶段，则控制模块30发送第二控制信号，开关模块20根据接收到的第二控制信号改变闭合或断开的状态，实现多个电池10并联连接，充电电源通过充电器及电源管理芯片U1内部的降压电路为电池10充电，充电方式为常规充电。具体的，充电器为支持QC4.0/PD等快充协议的充电器。

请一并参阅图2，本实施方式中，电池10包括第一电池J1及第二电池J2，具体的，两个电池的容量相同，单个电池的容量可以在2000mAH-3000mAH，可以根据实际需求，选择合适容量的电池。

开关模块20包括第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3及第四开关Q4。具体的，第一开关Q1连接于电源管理芯片U1的输入端VBUS与第一电池J1的正极1+之间，第二开关Q2连接于第一电池J1的正极1+与第二电池J2的正极2+之间，第三开关Q3连接于第一电池J1的负极1-与第二电池J2的正极2+之间，第四开关Q4连接于第一电池J1的负极1-与第二电池J2的负极2-之间，具体的，第二电池J2的负极2-接地，电源管理芯片U1的电源输出端BAT连接第二电池J2的正极2+。四个开关用于切换第一电池J1与第二电池J2的串联或并联的连接方式，当进行快速充电时，第一开关Q1及第三开关Q3闭合，第二开关Q2及第四开关Q4断开，以实现第一电池J1与第二电池J2串联连接；当进行常规充电时，第一开关Q1及第三开关Q3断开，第二开关Q2及第四开关Q4闭合，以实现第一电池J1与第二电池J2并联连接。

具体的，第一开关Q1、第二开关Q2及第三开关Q3均为P型MOS管，第四开关Q4为N型MOS管，四个MOS管均为内部双向MOS管，具有防倒灌功能。第一开关Q1的栅极连接控制模块30，第一开关Q1的源极连接电源管理芯片U1的输入端VBUS，第一开关Q1的漏极连接第一电池J1的正极1+；第二开关Q2的栅极连接控制模块30，第二开关Q2的源极连接第一电池J1的正极1+，第二开关Q2的漏极连接第二电池J2的正极2+；第三开关Q3的栅极连接控制模块30，第三开关Q3的源极连接第一电池J1的负极1-，第三开关Q3的漏极连接第二电池J2的正极2+；第四开关Q4的栅极连接控制模块30，第四开关Q4的源极连接第一电池J1的负极1-，第四开关Q4的漏极接地，第二电池J2的负极2-接地，电源管理芯片U1的电源输出端BAT连接第二电池J2的正极2+。具体的，四个开关的栅极(即图2中的CPU_S1、CPU_S2、CPU_S3、CPU_S4)均连接控制模块30，用于接收控制模块30发出的控制信号。

电源管理芯片U1为PMIC(Power Management IC，电源管理集成电路)，用于整体电路的充电管理，电源管理芯片U1需要支持QC4.0/PD快充协议，可以调整充电器的输出电压。具体的，电源管理芯片U1的输入端VBUS连接有第一电容C1、第二电容C2，第一电容C1、第二电容C2为滤波电容，用于稳定电源管理芯片U1的输入端VBUS的电压。电源管理芯片U1的电源输出端BAT还连接有第三电容，第三电容C3为滤波电容，用于稳定电源管理芯片U1的电源输出端BAT的电压。电源管理芯片U1的系统输出端还连接有第四电容C4、第五电容C5，第四电容C4、第五电容C5为滤波电容，用于稳定电源管理芯片U1的系统输出端SYS的电压。本实施方式中，电源管理芯片U1的系统输出端SYS还通过电感L1连接电源管理芯片U1的开关控制端SW，开关控制端SW还通过第六电容C6连接电源管理芯片U1的自举端BTST。

图2所示的充电电路100应用于例如手机的移动终端中，原理如下：

当电源管理芯片U1的输入端VBUS接入充电器及充电电源时，控制模块30检测接入的充电器是否为支持快充协议的标配充电器。若接入的充电器不是标配充电器，则控制模块30发送第二控制信号，控制第一开关Q1及第三开关Q3断开，第二开关Q2及第四开关Q4闭合，实现多个电池10并联连接，此时，充电电源通过充电器及电源管理芯片U1内部的降压电路为电池10充电，充电方式为常规充电。若接入的充电器是支持快充协议的标配充电器，且充电流程在CC(恒流)阶段，则控制模块30发送第一控制信号，第一开关Q1及第三开关Q3闭合，第二开关Q2及第四开关Q4断开，实现多个电池10串联连接，进而实现充电电源通过充电器直接为多个电池10充电，此时，电源管理芯片U1通过快充协议调整充电器的输出电压，以实现对串联连接的多个电池10进行快速充电；若接入的充电器是支持快充协议的标配充电器，且充电流程进入CV(恒压)阶段，则控制模块30发送第二控制信号，第一开关Q1及第三开关Q3断开，第二开关Q2及第四开关Q4闭合，实现多个电池10并联连接，充电电源通过充电器及电源管理芯片U1内部的降压电路为电池10充电，充电方式为常规充电。

可以理解，第一控制信号即使第一开关Q1及第三开关Q3闭合、第二开关Q2及第四开关Q4断开的信号，第二控制信号即使第一开关Q1及第三开关Q3断开、第二开关Q2及第四开关Q4闭合的信号，控制模块通过30通过改变输出的电平进而控制开关的闭合或断开。

本发明提供的充电电路，通过四个MOS开关实现两个电池的并联和串联，默认电池是并联，输出3.4V-4.5V的电压给系统供电。快速充电时，通过控制MOS开关，使两个电池是串联方式，单个电池的输入电压范围是3.3-4.5V，两个电池串联，可承受的充电输入电压是6.7-9V，不需要Charger PUMP快充芯片，让充电器直接给电池充电，电源管理芯片U1通过快充协议，调整充电器的输出电压在6.7-10V之间，直接为两个电池充电，从而达到节省充电芯片的目的，同时也减小了充电芯片的发热，节省了散热成本。具体的，当充电功率为30W时，充电器的输出电流最大是3A，当充电功率为60W时，充电器的输出电流最大能达到5A。

可以理解，当手机在工作状态且快速充电的场景时，系统电VPH_PWR由电源管理芯片U1供电，电源管理芯片U1的输入端VBUS的电压经过内部降压，使VPH_PWR电压为4.2V，为整个系统供电。并且，进行30W、60W充电时，充电过程在CC阶段，电源管理芯片U1的输入端VBUS上的最大电流3A、6A，如果系统工作在重载场景，电源管理芯片U1从输入端VBUS抽电流较多，会导致进入电池的电流降低。充电过程在CV阶段，如果系统抽电流较多，两个电池会放电，维持系统正常工作。

在其他实施方式中，为了获取更大的充电功率，充电电路100可以包括更多的电池及开关，例如，当充电功率扩展到100W时，则充电电路100需要四个电池和十个MOS开关，同样可以省掉Charger PUMP快充芯片，达到缩短充电时间的目的。

请一并参阅图3，本发明还提供一种充电系统200，包括充电器201及上述任意一项实施方式所述的充电电路100，充电器201用于为充电电路100中的电池10充电。具体的，充电器201通过充电线202为充电电路100提供充电电流，充电功率为30W时，充电器201的输出电流最大是3A，数据线202的额定电流是3A，充电功率为60W时，充电器201的输出电流最大能达到5A，数据线202的额定电流是3A。

请一并参阅图4，本发明还提供一种移动终端300，包括上述任意一项实施方式所述的充电电路100。移动终端可以为，但不限于手机、平板电脑、充电宝、笔记本电脑等。具体的，充电电路100中的开关模块20、电源管理芯片U1、控制模块30均设置于移动终端的主板上，主板与充电电路100中的电池10电性连接。移动终端还包括与主板203电性连接的小板，小板上设置有USB连接器，USB连接器用于接入充电电源。

需要说明的是，本发明提供的充电电路100的所有实施例均适用于本发明提供的充电系统200及移动终端300，且均能够达到相同或相似的有益效果。

综上，本发明提供的充电电路100、充电系统200及移动终端300，当开关模块20接收到第一控制信号时，开关模块20通过改变闭合或断开的状态，以实现多个电池10的串联连接，多个电池10串联后可承受更大的输入电压，不需要Charger PUMP快充芯片，充电电源通过充电器直接为串联的多个电池10充电，能够实现20W以上的快速充电，无需快充芯片，达到节省快充芯片、节约成本的目的，同时也减小了快充芯片的发热，节省了散热成本。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种充电电路，其特征在于，包括多个电池及开关模块，所述开关模块连接所述多个电池，所述开关模块用于接收第一控制信号以控制所述多个电池串联连接，进而实现充电电源通过充电器直接为所述多个电池充电。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，还包括电源管理芯片，所述电源管理芯片连接所述开关模块及所述多个电池，所述开关模块还用于接收第二控制信号以控制所述多个电池并联连接，进而实现所述充电电源通过所述充电器及所述电源管理芯片为所述多个电池充电。

3.如权利要求2所述的充电电路，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块连接所述开关模块，所述控制模块向所述开关模块发送第一控制信号或者第二控制信号。

4.如权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述控制模块还连接所述电源管理芯片，所述电源管理芯片根据所述控制模块发送的控制信号调整所述充电器的输出电压。

5.如权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述电池包括第一电池及第二电池，所述开关模块包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，所述电源管理芯片包括输入端及电源输出端，所述电源输出端连接所述第二电池的正极；所述第一开关连接于所述电源管理芯片的输入端与所述第一电池的正极之间，所述第二开关连接于所述第一电池的正极与所述第二电池的正极之间，所述第三开关连接于所述第一电池的负极与所述第二电池的正极之间，所述第四开关连接于所述第一电池的负极与所述第二电池的负极之间。

6.如权利要求5所述的充电电路，其特征在于，当所述开关模块接收到第一控制信号时，所述第一开关及第三开关闭合，所述第二开关及第四开关断开；当所述开关模块接收到第二控制信号时，所述第一开关及第三开关断开，所述第二开关及第四开关闭合。

7.如权利要求5所述的充电电路，其特征在于，所述第一开关、第二开关及第三开关均为P型MOS管，所述第四开关为N型MOS管。

8.一种充电系统，其特征在于，包括充电器及如权利要求1-7任意一项所述的充电电路，所述充电器用于为所述充电电路中的电池充电。

9.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的充电电路。

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