CN201590668U - 一种用于移动终端的充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于移动终端的充电装置，包括集成有控制电路、限流电路、降压电路、预充电路和驱动电路的充电管理IC以及外置于所述充电管理IC的电池开关。所述电池开关用于对电池的充电以及电池放电的通路控制，受所述充电管理IC中的驱动电路的控制处于截止或或导通状态，还可以处于半导通状态。所述控制电路具有电池电压检测功能，并根据检测到的电池电压状况对所述充电管理IC中其它各模块电路进行控制，实现电池的充电和放电管理。所述控制电路同时接受移动终端处理器的控制，并向移动终端处理器输出信息。本实用新型将电池开关外置，在实现了类似的电源路径管理功能的同时，有效地节省了成本。

Description

一种用于移动终端的充电装置

技术领域

本实用新型属于移动通信电源技术领域，尤其涉及一种移动终端用的电池充电装置。

背景技术

随着移动通讯技术的迅速发展，手机已经成为人们生活中不可或缺的一部分。手机的平民化越来越普遍，所以手机厂商也开始注重提高手机易用性，以方便用户的使用。

目前，大多数手机均采用图1所示的充电技术。由于电池同手机系统并联，所以当电池电压较低时，如2.5V，即便用户已将充电器插入手机，由于手机系统一般要求电压高于3.0V以上才可以启动，手机系统仍然无法立即启动，因而无法提示用户手机的充电状态。电池电压较低时充电，电池一开始将处于预充状态，此时充电电流小，电压上升速度慢，手机的LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)屏将会有较长时间处于黑屏状态，直到电池电压上升至手机系统的开机电压后，手机才可以在LCD屏上显示充电图标，提示用户手机的充电状态。

根据电池容量、电池电压和充电电流大小不同，手机黑屏的时间长短不尽相同，有时甚至可以达到1分钟以上。用户虽然已经正确地连接了充电器和手机，但是手机却没有任何提示，这很有可能会给用户带来误解，误认为手机、电池或者充电器已经损坏，或者误认为充电器没有连接正确。由此，带来较差的用户体验。

为了解决这一用户体验问题，在手机充电改进方案中，出现了一种带有电源路径管理功能的方案。该方案中，充电管理电路有两个输出端，一个连接手机系统，一个连接电池。当手机插入充电器时，充电管理电路可向手机系统输送能量，同时向电池充电。这种充电方案有两个优点：一个是电池被充满后，手机可以直接使用充电器供电，从而避免电池重复的开启二次充电，延长电池寿命；另外一个是，电池电压很低时，插入充电器后，手机系统可以立即启动，提高用户体验。

一般的，带有电源路径管理功能的充电方案如图2所示。充电管理电路通常被集成于集成电路中，其中电池开关使用极低导通电阻(Rdson)的MOS(metaloxide semicondutor，金属氧化物半导体)管。因为无充电器时，电池通过开关向手机供电，如果Rdson过大，将会在开关上消耗过多的电能，影响手机的待机时间和通话时间。在集成电路工艺中，设计低Rdson的MOS管所需要的面积极大，因此通过这种方法设计的充电IC成本高，无法广泛应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有手机充电技术中带有电源路径管理功能的充电IC成本高的问题，提供一种用于移动终端的充电装置。这种充电装置可以实现类似的电源路径管理功能，但是可以显著降低成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的用于移动终端的充电装置，包括集成有控制电路、限流电路、降压电路、预充电路和驱动电路的充电管理IC以及外置于该充电管理IC的电池开关。

所述电池开关用于对电池的充电以及电池向终端系统放电的通路控制，受所述充电管理IC中的驱动电路的控制处于截止或导通状态。

所述控制电路具有电池电压检测功能，并根据检测到的电池电压状况对所述充电管理IC中其它各模块电路进行控制，实现电池的充电和放电管理，同时接受移动终端处理器的控制，并向移动终端处理器输出信息。所述限流电路受所述控制电路的控制，对输入电流进行限制。所述降压电路受所述控制电路的控制，将充电器电压降到适合电池充电的电压。所述预充电路受所述控制电路的控制，实现对电池的小电流预充电。所述驱动电路受所述控制电路的控制，对所述电池开关进行开关控制。

所述控制电路可以调节充电电流的大小，开启或者关闭充电功能，设置充电有关的参数。

作为一种优选方案，所述降压电路的最小输出电压不低于使得终端系统启动的最低电压，这样可以保证充电开始时，即便电池电压过低，终端系统仍然能够得到供电。

在现有技术中，路径管理充电IC中需要集成电池开关，而电池开关需要极低的导通电阻。为了实现这样的电池开关，就需要更大的硅片面积，也就增加了充电IC的成本。而独立的MOS管，由于采用了不同的工艺，在保证了极低的Rdson的同时，还可以达到较低的成本。本实用新型将电池开关外置，在实现了类似的电源路径管理功能的同时，有效地节省了成本，成本可接近于目前普通的充电IC的水平。

附图说明

图1是现有普通充电装置的充电电路示意图；

图2是现有带电源路径管理的充电装置的充电电路示意图；

图3是本实用新型第一实施例充电装置的充电电路示意图；

图4是使用本实用新型第一实施例充电装置的一种充电过程示意图；

图5是使用本实用新型第一实施例充电装置的另一种充电过程示意图；

图6是本实用新型充电装置电池开关半导通状态时的驱动电路示意图；

图7是本实用新型充电装置降压电路中的保护电路示意图；

图8是本实用新型第二实施例充电装置的充电电路示意图；

图9是使用本实用新型第二实施例充电装置的一种充电过程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对本实用新型提出的用于移动终端的充电装置详细说明如下。

实施例1：

如图3所示，本实施例的充电装置具体包括集成有控制电路、限流电路、降压电路、预充电路和驱动电路的充电管理IC以及外置于该充电管理IC的电池开关。充电器输入电流先后经过限流电路和降压电路后进入终端系统；预充电路的输出分别接到电池和电池开关；电池开关接在电池和终端系统之间。图3中还示例性地给出了现有技术中多种常见的电路连接方式中的一种。比如，降压电路的输出还接到驱动电路的电压反馈点用作电压反馈使用，这仅在电池开关工作在半导通状态时需要，当然也可以通过其他的信号进行反馈，只要反馈信号能够反映输出电压的变化即可；预充电路的输入按照通常做法接到限流电路和降压电路之间，当然也可以直接连接充电器输入或者连接至降压电路之后；控制电路的电池电压检测点还可以连接其他位置，只要可以反应电池电压的状况即可。各模块电路之间的控制关系如下：

控制电路负责充电管理IC中其它所有模块电路的控制，实现电池的充电和放电管理，同时接受移动终端处理器的控制，可以调节充电电流的大小，开启或者关闭充电功能，或者进行一些其它充电有关的参数设置。而且，控制电路还可以向移动终端处理器输出信息，可能包括输入电流的大小、充电的状态、充电器的状态等等。同时，控制电路也包含有电池电压检测功能，可以检测电池的电压。

限流电路受到控制电路的控制，对输入电流进行限制。本实施例中，为了简化设计，该限流电路设计成有M档电流选项，M为正整数，通常取值在2～10之间。电流选项可以通过必要数量的逻辑线来进行控制，如取M等于4，电流选项具体设置成0mA、100mA、500mA和1000mA等，则可以用两根逻辑线来进行控制，如‘00’代表0mA，‘01’代表100mA等。

降压电路根据控制电路的控制，将充电器电压降到适合电池充电的电压，可以通过线性或者DC-DC方式等不同方式实现。本实施例中，降压电路通过电压反馈的方式实现降压。降压电路可以根据控制电路的控制输出合适的电压，也可以通过设置实现全通方式，即不对输出的电流和电压做任何的限制，直接将输入和输出联通。降压电路也可以采用类似限流电路的做法，通过逻辑线来进行控制，如‘00’代表全通，‘01’代表输出电压3.4V等。

预充电路根据控制电路的控制，实现对电池的小电流预充电，一般是以恒流源的方式向电池输送电流。控制电路对预充电路的控制方法同限流电路和降压电路类似，预充电流的大小可以是受到控制电路的控制，也可以是固定的电流值，如40mA，预充电路可以被控制电路关闭电流输出。

驱动电路接受控制电路的控制，对电池开关进行开关控制，现有技术中可以有多种实现方式，甚至可以简化成一根逻辑线。

电池开关用于对电池充电以及电池向终端系统放电的通路控制。它受到驱动电路的控制，进行打开或关闭。

充电装置在对电池进行充电时，会根据电池电压的不同有几种不同的工作阶段。控制电路通过判断电池电压来识别不同的状态，根据状态的不同对其它模块电路进行控制。

为了叙述简便，以下以Vbat代表电池电压；以Vcharge代表充电器电压；以Vsys代表降压电路的输出电压，该电压也为终端系统供电；以Vpre_charge代表电池的预充电压门限，当Vbat≤Vpre_charge时，电池应使用较小的电流充电，对于锂电池优选2.8V；以Vsys_power_up代表使得终端系统启动的最低电压，当终端系统的供电高于Vsys_power_up时，终端系统的软件才可以正常运行，一般情况下Vsys_power_up＞Vpre_charge；以Vsys_max代表终端系统的最高耐受电压，当终端系统供电高于Vsys_max时，终端系统将会因为电压过高而损坏；以Vcv代表恒压充电阶段的充电电压，对锂电池而言该电压一般为4.2V；以Iin代表充电电路输入电流；以Iterm代表充电结束电流，即锂电池恒电压充电时，充电电流小于该值则充电结束。

为了保证电池电压过低时，终端系统仍然能够得到供电，此时要求Vsys≥Vsys_power_up，设降压电路的最小输出电压为Vsys_min，而且Vsys_min≥Vsys_power_up。接下来以锂电池充电为例，详细介绍充电的各个阶段，如图4所示。

第一阶段：即Vbat＜Vsys_min时。

此时，电池开关处于打开状态，即截止状态，使得终端系统同电池断开；预充电路向电池输出预充电流，预充电流的大小可以是预先设定的固定值，也可以由控制电路控制，一般由移动终端处理器设置；降压电路输出的电压Vsys≥Vsys_power_up。为了减少降压电路的功耗，优选的，Vsys应尽可能的靠近Vcharge，即Vsys应尽可能的高，但是需要保证Vsys＜Vsys_max，可输出Vcv。限流电路可以根据移动终端处理器设置的充电电流大小，对输入电流予以限制，也可以不限制输入电流；

当电池电压上升至Vsys_min时，进入第二阶段。

第二阶段：即Vsys_min≤Vbat＜Vcv时。

此时，限流电路根据移动终端处理器设置的充电电流大小，对输入电流予以限制；电池开关处于闭合状态，即导通状态，使得终端系统和电池通过电池开关连接起来；预充电路被关闭，即不再向电池输出预充电电流；降压电路处于全通状态。

当电池电压上升至Vcv时，进入第三阶段。

第三阶段：即Vbat＝Vcv时。

此时，电池开关处于闭合状态，即导通状态；预充电路被关闭；降压电路恒压输出Vcv。限流电路可以根据移动终端处理器设置的充电电流大小，对输入电流予以限制，也可以不限制输入电流；

当Iin＜Iterm时，充电结束。

采用如上的状态控制就可以保证任何时刻，尤其是Vbat＜Vsys_power_up时，降压电路输出的电压都高于Vsys_power_up，使得在Vbat电压较低时，插入充电器的终端系统可以立即得到供电，启动软件，提示用户充电状态。

应当理解，上述充电过程中的各阶段控制是可以相互独立的。其中，第一阶段的控制是与本实用新型密切相关的，其他各阶段的控制都采用的是现有技术，当然也可以采用现有技术中的其他控制方式。

在锂电池应用系统中，Vpre_charge一般为2.8V，而Vsys_power_up一般为3.4V，而且当Vpre_charge＜Vbat＜Vsys_power_up时，采用了预充电电流进行充电，该电流远低于恒流充电阶段的充电电流，由于锂电池的容量较大，所以这样的做法影响了充电速度的提高。为了提高锂电池的充电速度，可以按以下四个阶段对电池进行充电，如图5所示：

阶段A：即Vbat＜Vpre_charge时。

此时，充电装置在该阶段的工作方式同上述第一阶段，此处不再累述。

当电池电压上升至Vpre_charge时，进入阶段B。

阶段B：即Vpre_charge≤Vbat＜Vsys_min时。

此时，降压电路工作于全通状态；电池开关需要处于半导通状态，驱动电路通过控制电池开关的导通电阻，使得Vsys≥Vsys_min，优选的，Vsys＝Vsys_min。限流电路可以根据移动终端处理器设置的充电电流大小，对输入电流予以限制，也可以不限制输入电流。电池开关处于半导通状态，相当于一个有导通电阻的开关。在本实用新型中，电池开关需要较低的导通电阻，一般要求小于100mohm。本实施例中，电池开关采用的是P沟道的MOS管，充电管理IC通过控制MOS管的栅极电压来关断或者导通MOS管，或者使MOS管工作在可变电阻区，即半导通状态。

当电池电压升至Vsys_min后，充电装置的工作方式同上述第二、第三阶段，此处不再累述。同样，充电过程中的各阶段控制是可以相互独立的。采用如上的阶段控制就可以保证任何时刻，尤其是Vbat＜Vsys_power_up时，降压电路输出的电压都高于Vsys_power_up，使得在Vbat电压较低时，插入充电器终端系统可以立即得到供电，启动软件，提示用户充电状态，而且还可以保证较快的充电速度。

上述充电过程中，电池开关不仅需要工作在导通或截止两种状态下，还需要工作在半导通状态下，这种情形下建议电池开关的控制采用电压负反馈控制电路来实现，如前文描述，一般将降压电路的输出作为反馈信号引入，当然也可以通过引入降压电路中其他相关信号实现信号反馈的功能，只要反馈信号可以反映降压电路的输出情况即可。如图6所示，假设其中电压负反馈控制电路输入给电池开关的电压越高，其导通电阻越大；而输入电压越低，导通电阻越小。电压负反馈控制电路工作时，Vf＝Vref，取样电路会使得Vf和Vsys成固定的比例关系，如Vf＝Vsys/n，则Vsys会稳定在电压nVref，适当选取n和Vref就能使Vsys稳定保持某电压，为了降低外部电池开关的功耗，一般Vsys越低越好，优选Vsys_min。

在没有电池或者电池损坏时，要求降压电路处于全通状态，但Vsys的输出有可能过高，甚至会高于Vsys_max，所以本实用新型还建议在降压电路中设置防止输出电压过高的保护电路，使得其输出的电压永远不会超过Vsys_max。该保护电路可以采用电压负反馈控制电路来实现。如图7所示，假设其中降压调整管的输入电压越高，其导通电阻越小；输入电压越低，导通电阻越大。在没有电池时，电压负反馈控制电路起作用，Vf＝Vref，取样电路使得Vf和Vsys成固定的比例关系，如Vf＝Vsys/n，则Vsys会稳定输出电压nVref，适当选取n和Vref就能保证Vsys不会超过Vsys_max。

实施例2：

本实施例充电装置的电路模块及控制关系与前述实施例的相类似，不同的是电池开关采用的是N沟道的MOS管。如图8所示，充电器输入电流先后经过限流电路和降压电路后进入终端系统，降压电路的输出还接到电池正极；预充电路的输出接到电池负极和电池开关；电池接在电池开关和终端系统之间，并且电池负极接电池开关；电池开关和充电管理IC分别接地。与实施例1类似，图8中还示例性地给出了现有技术中多种常见的电路连接方式中的一种。比如，降压电路的输出接到控制电路的电压检测端用作电压反馈使用，这仅在电池开关工作在半导通状态时需要，当然也可以通过其他的信号进行反馈，只要反馈信号能够反映输出电压的变化即可；预充电路的控制端接到控制电路。这样，电池电压Vbat等于降压电路输出电压Vsys减去电池开关电压Vswitch，当然也可以通过其他方式检测电池的电压，本发明不做限制。

参见图9，本实施例充电装置的充电过程与前述实施例的类似，具体包括以下三个阶段：

第一阶段：即Vbat＜Vsys_min时。

此时，电池开关处于打开状态，即截止状态，使得终端系统同电池断开；预充电路从电池拉出预充电流，电流的大小由控制电路控制，一般由移动终端处理器设置；降压电路输出的电压Vsys＞Vsys_power_up。为了减少降压电路的功耗，优选的，Vsys应尽可能的靠近Vcharge，即Vsys应尽可能的高，但是需要保证Vsys＜Vsys_max，可输出Vcv。限流电路可以根据移动终端处理器设置的充电电流大小，对输入电流予以限制，也可以不限制输入电流。

当电池电压上升至Vsys_min时，进入第二阶段。

第二阶段：即Vsys_min≤Vbat＜Vcv时。

此时，限流电路根据移动终端处理器设置的充电电流大小，对输入电流予以限制；电池开关处于闭合状态，即导通状态，使得终端系统和电池通过电池开关连接起来；预充电路被关闭，即不再从电池拉出预充电电流；降压电路处于全通状态。

当电池电压上升至Vcv时，进入第三阶段。

第三阶段：即Vbat＝Vcv时。

此时，电池开关处于闭合状态，即导通状态；预充电路被关闭；降压电路恒压输出Vcv。限流电路可以根据移动终端处理器设置的充电电流大小，对输入电流予以限制，也可以不限制输入电流。

当Iin＜Iterm时，充电结束。

采用如上的状态控制就可以保证任何时刻，尤其是Vbat＜Vsys_power_up时，降压电路输出的电压都高于Vsys_power_up，使得在Vbat电压较低时，插入充电器的终端系统可以立即得到供电，启动软件，提示用户充电状态。当然，为了实现较快的充电速度，也可以采用类似第一实施例中的四阶段充电过程。同样，充电过程中的各阶段控制是可以相互独立的。

通过上述具体实施方式的说明，当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而具体实施方式及所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。比如，充电装置中的几个功能模块电路只是为了叙述的方便，根据各模块的功能不同人为进行的划分。当然，也可以根据实际情况对各模块进行整合，甚至进行拆分，只要保证经过拆分重组之后的模块仍然包含以上各模块的功能和连接关系即可。

Claims (10)

1.一种用于移动终端的充电装置，其特征在于包括集成有控制电路、限流电路、降压电路、预充电路和驱动电路的充电管理IC以及外置于所述充电管理IC的电池开关；

所述电池开关用于对电池的充电以及电池向终端系统放电的通路控制，受所述充电管理IC中的驱动电路的控制处于截止或导通状态；

所述控制电路具有电池电压检测功能，并根据检测到的电池电压状况对所述充电管理IC中其它各模块电路进行控制，实现电池的充电和放电管理，同时接受移动终端处理器的控制，并向移动终端处理器输出信息；

所述限流电路受所述控制电路的控制，对输入电流进行限制；所述降压电路受所述控制电路的控制，将充电器电压降到适合电池充电的电压；所述预充电路受所述控制电路的控制，实现对电池的小电流预充电；所述驱动电路受所述控制电路的控制，对所述电池开关进行开关控制。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述降压电路的最小输出电压不低于使得终端系统启动的最低电压。

3.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述电池开关采用P沟道的MOS管；充电器输入电流先后经过所述限流电路和所述降压电路后进入终端系统；所述预充电路的输出分别接到电池和所述电池开关；所述电池开关接在电池和终端系统之间。

4.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述电池开关采用N沟道的MOS管；充电器输入电流先后经过所述限流电路和所述降压电路后进入终端系统，所述降压电路的输出还接到电池正极；所述预充电路的输出接到电池负极和所述电池开关；电池接在所述电池开关和终端系统之间，并且电池负极接所述电池开关；所述电池开关和所述充电管理IC分别接地。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述限流电路设有M档电流选项，M为正整数。

6.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于，所述各档电流选项通过必要数量的逻辑线来进行控制。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述电池开关在所述驱动电路的控制下还可处于半导通状态，所述驱动电路采用的是电压负反馈控制电路。

8.根据权利要求1、2、3、4和6中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述降压电路中设置有防止输出电压过高的保护电路。

9.根据权利要求8所述的充电装置，其特征在于，当电池电压小于所述降压电路的最小输出电压时，所述电池开关处于截止状态；所述预充电路向电池输出预充电流；所述降压电路的输出电压不低于使得终端系统启动的最低电压。

10.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于，若电池的预充电压门限小于使得终端系统启动的最低电压，在电池电压上升至电池的预充电压门限之前，所述电池开关处于截止状态；所述预充电路向电池输出预充电流；所述降压电路的输出电压不低于使得终端系统启动的最低电压；

当电池电压不低于电池的预充电压门限但在达到所述降压电路的最小输出电压之前，所述降压电路工作于全通状态；所述电池开关处于半导通状态；所述驱动电路通过控制电池开关的导通电阻，使得所述降压电路的输出电压不低于所述降压电路的最小输出电压。

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