CN204243812U - 移动设备电池的快速充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了移动设备电池的快速充电装置，包括QC2.0功能型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器、电脑专用充电USB端口和USB连接线，以及通过所述USB连接线、分别与所述QC2.0功能型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器和电脑专用充电USB端口连接的快充充放电管理单元。本实用新型所述移动设备电池的快速充电装置，含移动电源被快速充电及移动电源对移动设备快速充电的功能，可以克服现有技术中使用不方便、充电时间长和损耗电池等缺陷，以实现使用方便、充电时间短和不损耗电池的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体地，涉及移动设备电池的快速充电装置。
背景技术
便携式式移动设备用锂电池的正常充电耗时约4～8h，如何能快速充电而不损害锂电池的性能和寿命，是人们关注的热门研究课题。
在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在使用不方便、充电时间长和损耗电池等缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出移动设备电池的快速充电装置，以实现使用方便、充电时间短和不损耗电池的优点。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：移动设备电池的快速充电装置，包括QC2.0型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器、电脑专用充电USB端口和USB连接线，以及通过所述USB连接线、分别与所述QC2.0型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器和电脑专用充电USB端口连接的快充充放电管理单元。
进一步地，所述快充充放电管理单元，包括供电电路、电压调整电路、电源管理电路和USB接口，其中：
所述供电电路的输入端为Vbus端，供电电路的输出端与电压调整电路的输入端连接，电压调整电路的第一输出端为D-端、电压调整电路的第二输出端为D+端，电压调整电路的第一输出端通过第一电子模拟开关连接至电源管理电路的第一连接端，电压调整电路的第二输出端通过第二电子模拟开关连接至电源管理电路的第二连接端，电源管理电路的第三连接端为GND端；
所述供电电路的输入端、电压调整电路的第一输出端、电压调整电路的第二输出端、以及电源管理电路的第三连接端，均与USB端口连接；所述USB端口与USB连接线连接。
进一步地，所述电源管理电路，包括电池串并转换开关和智能升压检测电路。
进一步地，所述电池串并转换开关，包括电源管理集成电路PMIC、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第一电池BAT1和第二电池BAT2， 其中：
所述电源管理集成电路PMIC的Vbat端与第一电池BAT1的正极连接，电源管理集成电路PMIC的Vbat端还与第一电子开关的第一连接端连接；第一电子开关的第二连接端与第二电池BAT2的正极连接，第二电池BAT2的负极接地；
所述电源管理集成电路PMIC的EN1端分别与第一电子开关的第一连接端、第二电子开关的第一连接端、第三电子开关的第一连接端和第四电子开关的第一连接端连接，第一电池BAT1的负极分别与第二电子开关的第一连接端和第三电子开关的第三连接端连接；电源管理集成电路PMIC的接地端接地，第四电子开关的第四连接端接地；第四电子开关的第三连接端与第三电子开关的第三连接端连接；
所述第二电子开关的第二连接端与第一电子开关的第二连接端连接，第三电子开关的第二连接端与第二电池BAT2的负极连接。
进一步地，所述智能升压检测电路，包括升压控制电路、第五电子开关、第六电子开关、USB输出电路和D+/D-识别电路，其中：
所述升压控制电路第输入端接直流电源V_BAT，升压控制电路的第一输出端与USB输出电路的+5V/9V/12Vout端连接，升压控制电路的第二输出端与第五电子开关的第一连接端连接，升压控制电路的第三输出端与第六电子开关的第一连接端连接；
所述D+/D-识别电路的第一输入端与第五电子开关的第二连接端连接，D+/D-识别电路的第二输入端与第六电子开关的第二连接端连接，D+/D-识别电路的第一输出端与USB输出电路的D+端连接，D+/D-识别电路的第二输出端与USB输出电路的D-端连接。
本实用新型各实施例的移动设备电池的快速充电装置，由于包括QC2.0型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器、电脑专用充电USB端口和USB连接线，以及通过USB连接线，分别与QC2.0型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器和电脑专用充电USB端口连接的快充充放电管理单元；含移动电源被快速充电及移动电源对移动设备快速充电的功能，可以对有内嵌或是外接电池的设备作快速充电；从而可以克服现有技术中使用不方便、充电时间长和损耗电池的缺陷，以实现使用方便、充电时间短和不损耗电池的优点。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型移动设备电池的快速充电装置的工作原理示意图；
图2为本实用新型中快充充放电管理单元的工作原理示意图；
图3为本实用新型中D+/D-Pin输出的电压由电压调整电路的工作原理示意图；
图4为本实用新型中电池串并转换开关的工作原理框图；
图5为本实用新型中电池串并转换开关电路的电气原理示意图；
图6为本实用新型中智能升压检测电路的工作原理框图；
图7为本实用新型中智能升压检测电路的电气原理示意图；
图8为本实用新型移动设备电池的快速充电装置的充电效果截图。
结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：
1-带有快充QC2.0功能的AC/DC充电器；2-通用型AC/DC USB 5V充电器；3-计算机专用充电USB端口(DCP)；4-USB cable，含Vbus、GND、D+/D-功能Pin；5-快充充放电管理单元。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
根据本实用新型实施例，如图1-图8所示，提供了移动设备电池的快速充电装置，是移动电源(Power Bank)对有内嵌或是外接电池的设备作快速充电的应用。
本发明的技术方案，将QC2.0技术应用到移动电源中，从而实现：支持QC2.0技术的电源适配器对移动电源的快速充电；移动电源对支持QC2.0技术的移动设备的快速充电；支持QC2.0技术的电源适配器对移动电源的快速充电，参见图1。
在本发明的技术方案中，当有快充QC2.0功能的AC/DC充电器1，通过USB cable4与有快充充放电管理单元5连接时，根据QC2.0原理，快充充放电管理单元5在D+/D-端输出特定电平，经AC/DC充电器1内部芯片识别后输出特定的电压，用于提高充电的功率，AC/DC充电器1输出电压与D+/D-电平值对应表如下：
| D+ | D- | Vout(输出电压) |
| GND | GND | 5V(Default) |
| 0.6V | GND | 5V |
| 3.3V | 0.6V | 9V |
| 0.6V | 0.6V | 12V |
快充充放电管理单元5实现D+/D-输出不同电压的方框图，参见图2。
从图2中可以看到，D+/D-Pin输出的电压由电压调整电路提供，经过模拟电子开关的切换后输出至USB端口，并通过USB cable 4到达AC/DC充电器，电路图如图3所示。详细说明如下：
⑴Vbus电压经过R17给U06，D05供电，由于U06_R Pin与U06_K Pin短接，所以，Vka＝2.5V，同时，由于D05正偏，所以，电容C013两端的电压约等于3.3V，即D-＝3.3V，D+＝0.6V。
⑵EN Pin控制电子开关的通断，在缺省状态下，USB D+/D-与PMIC/MCU相连，当PMIC识别输入的充电器为电脑专用充电端口(DCP)3时，EN Pin输出电平，电子开关保持原来的状态不变，即电压调整电路产生的3.3V和0.6V不会通过电子开关SW1输出到USB。
⑶当PMIC识别到输入的充电器为一个标准的充电器时，电子开关切换到D-＝3.3V，D+＝0.6V，如果这个充电器为有快充QC2.0功能的AC/DC充电器1，则充电器1输出9V；否则，充电器输出电压保持不变(5V)。
⑷为了能确认充电器是否为有快充QC2.0功能的AC/DC充电器1，在USB端特设一个输入电压检测(Vin_CHK)，如果Vin_CHK所检测到的电压达到PMIC设定的阈值，则确认充电器为有快充QC2.0功能的AC/DC充电器1，否则，PMIC将按BC1.2规范和预先设定的充电曲线工作。
在本发明的技术方案中，当通用型AC/DC USB 5V充电器2接入到快充充放电管理单元5时，按QC2.0原理，AC/DC USB 5V充电器2不做电压变换，输出仍为5V，且充电电流的大小由充放电管理单元5根据预定的充电曲线来设定。
在本发明的技术方案中，当电脑专用充电端口(DCP)3接入到快充充放电管理单元5时，按QC2.0原理，DCP 3不做电压变换，输出仍为5V，且按BC1.2规范来输出最大充电电流。
本发明的技术方案，具有以下特点：
⑴根据QC2.0快充实现的原理，如果有快充功能的充电器，接入到这个移动电源充电USB端口，则快充充电器依D+/D-要求输出不同的电压5V/9V/12V，这样就提高了充电功率，加速了充电完成时间.同等条件下比传统通用型5V USB充电器在充到90％所需的时间节约70％；
⑵兼容传统通用型AC/DC 5V USB充电器，即，如果是传统通用型AC/DC 5V USB充电器接入这个移动电源USB端口，则输出电压保持5V不变，充电电流的大小依BC1.2规范和预先PMIC设定的曲线进行；
⑶兼容电脑专用USB充电端口(DCP)，按BC1.2规范和预先PMIC设定的曲线进行充电，不会损坏DCP端口或造成其过载。
在本发明的技术方案中，电池串并转换开关具有以下特点：
⑴为了能实现对电池快速充电及提高放电效率，需要对电池的串并作特殊要求，在充电状态时，内置的2颗同等特性电池要作并联；而在放电状态，则根据负载的特性来决定是否要改变串并关系，即如果负载支持快充充电且收到了QC2.0所规范的D+/D-识别讯息，则2颗电池呈串联关系，否则2颗电池呈并联关系。
⑵电池串并转换开关方框图，参见图4。详细说明如下：
①当电池BAT1与电池BAT2要求呈串联状态时，电子开关1开路，电子开关2闭合，电子开关3断开，同时，为了能确保电子开关3的状态，特设电子开关4作安全保护开关，此时电子开关4闭合；
②当电池BAT1与电池BAT2要求呈并联状态时，电子开关1闭合，电子开关2断开，电子开关3闭合，同时，为了能确保电子开关1的状态，特设电子开关4作安全保护开关，此时电子开关4断开；
⑶电池串并转换开关电路图，参见图5。详细说明如下：
①Mosfet_Q06是电子开关1，Mosfet_Q09的导通与关断决定Mosfet_Q06的导通与关断。
②Mosfet_Q04是电子开关2，Mosfet_Q05的导通与否控制Mosfet_Q04的通断。
③Mosfet_Q07是电子开关3，当Mosfet_Q04导通时，Mosfet_Q07关断，否则Mosfet_Q07闭合。
④Mosfet_Q03/Q010组成电子开关4，当BAT1与BAT2串联时，Mosfet_Q03/Q010导通；当BAT1与BAT2并联时，Mosfet_Q03/Q010断开。
⑤Mosfet_Q08受控于PMIC_EN1，从而决定BAT1与BAT2的串并关系。
在本发明的技术方案中，智能升压检测电路具有以下特点：
⑴按QC2.0规范，输出电压能依照负载(如手机)的要求自动提升或是降低，有两个输出电压等级，分别是Class-A和Class-B；
⑵Class-A包含5V，9V和12V；Class-B包含Class-A，并增加20V电压等级；
⑶智能升压检测电路方框图，参见图6。详细说明如下：
①USB输出端口接受来自负载(如手机)提供的D+/D-信号，如果符合QC2.0规范，则D+/D-识别电路工作并驱动电子开关5或电子开关6，用以控制升压控制电路的输出电压参考点，使得输出电压符合负载的充电要求(如5V/9V/12V)。
②如果负载提供的信号D+/D-是不符合QC2.0规范所要求的，则输出电压保持初始值5.0V(Default)不变，从而兼容所有传统的5V USB充电器的输出规格；
⑷智能升压检测电路图，参见图7。详细说明如下：
①U3：智能D+/D-识别电路，负责检测/识别来自USB端口的D+/D-讯号；Q18：是电子开关5，用于切换9V电压的输出；Q17：是电子开关6，用于切换12V电压的输出；U4：是一个DC/DC升压电路，电压经过滤波后输送至USB2端口；Q16：接受来自MCU/PMIC Out_EN讯号，用于控制U4的工作与否；
②当负载(如手机)提供的D+/D-经U3识别后，如果符合QC2.0规范，则相应的电子开关工作，用于改变U4_FB的反馈量，从而切换不同的输出电压；
③而如果这个D+/D-讯号不符合QC2.0规范，则电子开关不工作，输出缺省电压5V(Default)，或是由MCU/PMIC控制U4_SD Pin，使其进入待命状态。
与现有技术相比，本发明在移动电源上的应用具有的优点和有益效果：
⑴能缩短充电时间，经过实际测试，与传统5V USB充电器相比，在达到电池90％容量所需的时间提高了70％的速度，参见图8。
⑵QC2.0充电器，30分钟内能为一个3300mAH电池充到最少60％；
⑶传统的5W USB充电器约25％快速提升充电效率，由于提升了输出电压，所以提高了充电效率，节约了能源。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.移动设备电池的快速充电装置，其特征在于，包括QC2.0型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器、电脑专用充电USB端口和USB连接线，以及通过所述USB连接线、分别与所述QC2.0型AC/DC充电器、通用型AC/DC USB 5V充电器和电脑专用充电USB端口连接的快充充放电管理单元；
所述快充充放电管理单元，包括供电电路、电压调整电路、电源管理电路和USB接口，其中：
所述供电电路的输入端为Vbus端，供电电路的输出端与电压调整电路的输入端连接，电压调整电路的第一输出端为D-端、电压调整电路的第二输出端为D+端，电压调整电路的第一输出端通过第一电子模拟开关连接至电源管理电路的第一连接端，电压调整电路的第二输出端通过第二电子模拟开关连接至电源管理电路的第二连接端，电源管理电路的第三连接端为GND端；
所述供电电路的输入端、电压调整电路的第一输出端、电压调整电路的第二输出端、以及电源管理电路的第三连接端，均与USB端口连接；所述USB端口与USB连接线连接。
2.根据权利要求1所述的移动设备电池的快速充电装置，其特征在于，所述电源管理电路，包括电池串并转换开关和智能升压检测电路。
3.根据权利要求2所述的移动设备电池的快速充电装置，其特征在于，所述电池串并转换开关，包括电源管理集成电路PMIC、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第一电池BAT1和第二电池BAT2，其中：
所述电源管理集成电路PMIC的Vbat端与第一电池BAT1的正极连接，电源管理集成电路PMIC的Vbat端还与第一电子开关的第一连接端连接；第一电子开关的第二连接端与第二电池BAT2的正极连接，第二电池BAT2的负极接地；
所述电源管理集成电路PMIC的EN1端分别与第一电子开关的第一连接端、第二电子开关的第一连接端、第三电子开关的第一连接端和第四电子开关的第一连接端连接，第一电池BAT1的负极分别与第二电子开关的第一连接端和第三电子开关的第三连接端连接；电源管理集成电路PMIC的接地端接地，第四电子开关的第四连接端接地；第四电子开关的第三连接端与第三电子开关的第三连接端连接；
所述第二电子开关的第二连接端与第一电子开关的第二连接端连接，第三电子开关的第二连接端与第二电池BAT2的负极连接。
4.根据权利要求2所述的移动设备电池的快速充电装置，其特征在于，所述智能升压检测电路，包括升压控制电路、第五电子开关、第六电子开关、USB输出电路和D+/D-识别电路，其中：
所述升压控制电路第输入端接直流电源V_BAT，升压控制电路的第一输出端与USB输出电路的+5V/9V/12Vout端连接，升压控制电路的第二输出端与第五电子开关的第一连接端连接，升压控制电路的第三输出端与第六电子开关的第一连接端连接；
所述D+/D-识别电路的第一输入端与第五电子开关的第二连接端连接，D+/D-识别电路的第二输入端与第六电子开关的第二连接端连接，D+/D-识别电路的第一输出端与USB输出电路的D+端连接，D+/D-识别电路的第二输出端与USB输出电路的D-端连接。
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