CN205610243U - 一种支持多电池快速充电的设备及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种支持多电池快速充电的设备及装置，其中，所述装置包括适配器、处理器、充电芯片以及电压调节电路，所述适配器上包括DP端口，DM端口，充电电压输出端口以及接地端口，所述处理器上设置有第一调节端口和第二调节端口，所述电压调节电路包括第一调节支路和第二调节支路，其中，所述充电电压输出端口与所述充电芯片相连，所述第一调节支路分别与所述DP端口和所述第一调节端口相连，所述第二调节支路分别与所述DM端口和所述第二调节端口相连。本实用新型实施例提供的一种支持多电池快速充电的设备及装置，以解决当前使用多电池的电子设备无法进行快速充电的问题。

Description

一种支持多电池快速充电的设备及装置

技术领域

本实用新型实施例涉及快速充电技术领域，尤其涉及一种支持多电池快速充电的设备及装置。

背景技术

随着电子产品行业的飞速发展，便携的电子设备越来越多地被人们使用。以手机为例，手机的体验好坏受到很多因素的影响。其中一点就是能量问题。手机的能量来自于电池，电池性能直接影响手机的使用时间。除了电池性能本身，手机的使用方式也影响手机电池性能对手机体验的影响。

起初，诺基亚智能机或MTK功能机，1000mAh左右的电池足以保证这些手机一天以上的使用时间。300-500mA的充电电流足以让这些手机以较为合理的速度充电。采用标准的USB供电或者专用线充已经能够满足这些手机充电的需求。

再后来，Windows Mobile智能机和早期安卓智能机陆续出现，电池容量增加到了1500mAh左右。这时出现了USB BC1.1协议，所述USBBC1.1协议提供了DCP(专用充电端口模式)，从而可以利用USB的数据引脚对充电器进行识别和区分，从而将标准USB端口的500mA电流扩展到1.5A，满足了这些设备的充电需求。

时代在变迁，大屏幕的智能手机当前已经十分普及，大屏幕智能手机的耗电达到了一个新的高度。人对于手机的依赖程度也在日益加深。如今，手机已经成为人与世界沟通(包括但不限于上网、通话)，与自己内心沟通(包括游戏等)的工具。手机实际使用的时间比率大大提高了。这对手机电池能量提出了极高的要求。同时手机设计趋向轻薄，不支持快速更换电池，能量输入完全依赖充电、数据端口来进行。

然而，手机的充电端口大小非但没有任何增加，反而朝着不断微型化的方向发展。端口电接触面积的减小，随之而来的是接触电阻的增加和散热能力的下降，这使得端口能够通过的电流降低，加大了对于手机充电的难度。

目前，高通QC2.0HVDCP(高电压专用充电端口)的诞生可以较好地解决单节电池的快速充电问题，然而QC2.0并不支持多电池的快速充电，这就使得某些使用多电池的电子设备(例如微型投影仪)的快速充电无法得到保障，从而制约了这些电子设备的应用。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种支持多电池快速充电的设备及装置，以解决当前使用多电池的电子设备无法进行快速充电的问题。

本实用新型实施例提供一种支持多电池快速充电的设备，所述设备包括处理器、充电芯片以及电压调节电路，其中，

所述处理器上设置有第一调节端口和第二调节端口；

所述电压调节电路包括第一调节支路和第二调节支路；

所述第一调节支路的一端与所述第一调节端口相连，所述第二调节支路的一端与所述第二调节端口相连。

本实用新型实施例提供一种支持多电池快速充电的装置，所述装置包括适配器和上述的支持多电池快速充电的设备，其中，

所述适配器上包括DP端口、DM端口、充电电压输出端口以及接地端口；

所述充电电压输出端口与所述充电芯片相连，所述第一调节支路分别与所述DP端口和所述第一调节端口相连，所述第二调节支路分别与所述DM端口和所述第二调节端口相连。

本实用新型实施例提供的支持多电池快速充电的设备及装置，通过在支持多电池充电的普通充电芯片的基础上，增加了适配器、电压调节电路以及处理器，从而可以根据快速充电所需的电压，对适配器上的DP端口电压和DM端口电压进行调节，从而可以通过所述DP端口电压和DM端口电压协同限定充电电压输出端口的电压，使得电子设备的充电电压能够在5V，9V，12V以及20V这四个电压值中根据需要而变化，满足了多电池快速充电的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种支持多电池快速充电的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种支持多电池快速充电的装置结构示意图。如图1所示，所述快速充电的装置包括适配器、处理器、充电芯片以及电压调节电路，所述适配器上包括DP端口，DM端口，充电电压输出端口以及接地端口，所述处理器上设置有第一调节端口和第二调节端口，所述电压调节电路包括第一调节支路和第二调节支路，其中，所述充电电压输出端口与所述充电芯片相连，所述第一调节支路分别与所述DP端口和所述第一调节端口相连，所述第二调节支路分别与所述DM端口和所述第二调节端口相连。

其中，所述第一调节端口和所述第一调节端口均为通用输入输出GPIO。

需要说明的是，所述支持多电池快速充电的装置可以分为两部分，其中一部分为适配器，另一部分为支持多电池快速充电的设备。所述设备可以包括处理器、充电芯片以及电压调节电路，其中，所述处理器上设置有第一调节端口和第二调节端口；所述电压调节电路包括第一调节支路和第二调节支路；所述第一调节支路的一端与所述第一调节端口相连，所述第二调节支路的一端与所述第二调节端口相连。

在实际应用场景中，所述适配器与所述快速充电的设备可以分开独立使用，在需要对快速充电的设备进行充电时，可以通过type-C接口将适配器与快速充电的设备相连。当然，所述适配器与所述快速充电的设备也可以组合使用，作为一套产品进行生产，本实用新型对此并不做限定。

在本实用新型实施例中，所述充电芯片为支持多电池充电的普通芯片，通过设置电压调节电路以及适配器和处理器，从而可以对该普通芯片的充电电压进行调节，以满足快速充电的需求。具体地，充电电压输出端口的输出电压可以由DM端口电压和DP端口电压协同确定，具体地，所述充电电压输出端口的输出电压与DM端口电压和DP端口电压之间的关系可以如表1所示：

表1充电电压输出端口电压示意表

DP端口	DM端口	充电电压输出端口
			0.6V	0.6V	12V
3.3V	0.6V	9V
			3.3V	3.3V	20V
0.6V	GND	5V

由表1可见，当所述DP端口的电压为0.6V并且所述DM端口的电压为0.6V时，所述充电电压输出端口的电压为12V；

当所述DP端口的电压为3.3V并且所述DM端口的电压为0.6V时，所述充电电压输出端口的电压为9V；

当所述DP端口的电压为3.3V并且所述DM端口的电压为3.3V时，所述充电电压输出端口的电压为20V；

当所述DP端口的电压为0.6V并且所述DM端口接地时，所述充电电压输出端口的电压为5V。

由此可见，通过改变DP端口以及DM端口的电压，从而可以使得DP端口电压和DM端口电压符合预设的对应关系，从而进一步地可以确定出充电电压输出端口的电压。这样，充电电压输出端口的电压便可以在5V，9V，12V以及20V这四个电压值中根据需要而变化。由于充电的功率为充电电压与充电电流的乘积，那么在充电电流较小的情况下，可以通过增加充电电压而增加充电的功率，从而可以实现快速充电。

在本实用新型实施例中，所述第一调节支路和所述第二调节支路的电路构成均可以相同。以第一调节支路为例，所述第一调节支路可以由串联的MOS管和电阻构成，其中，MOS管的第一端口可以与所述处理器上的第一调节端口相连，第二端口可以与电阻值为10kΩ的电阻相连，第三端口可以与0.6V的直流电压相连。这样，处理器可以通过第一调节端口，向所述MOS管下达升压或者降压驱动信号，从而可以控制MOS管的第二端口的输出电流，这样便可以改变加载于DP端口上的电压值。

对于DM端口电压值的改变过程与DP端口类似，这里便不再赘述。

需要说明的是，在表1中注明的0.6V，3.3V均可以视为电压的标称值，在实际应用场景中，电压值范围在0.325V至2V之间的电压均可以视为0.6V，而电压值大于2V的电压均可以视为3.3V。这样，一旦DM端口和DP端口的电压满足上述的电压范围时，便可以对充电电压输出端口的电压进行限定。

下面，本实用新型实施例将描述该快速充电装置的工作原理。

在电子设备内的电池充电电路，按照功能进行划分可以分为两个部分，一个为测量、反馈控制部分，另一个为电压电流变化部分。在实际应用中，这两个部分往往可以集成在一个模块中。

所述测量、反馈控制部分负责监测电池充电的关键参数(例如电池充电电流、电池当前电压、电池温度)，根据预先设定好的电池充电算法，调节如充电电流等参数，或者关断充电。以手机为例，手机充电电路的测量和反馈控制部分，通常可以通过软件编程来调节某些参数。甚至有些手机充电的测量、反馈控制部分大部分功能都是由软件来完成。大多数手机对锂电池充电的控制算法都是基于恒流-恒压过程或者其变种。恒流恒压充电的过程，大体上可以理解为：首先在电池低于其充电限制电压(以往手机是4.2v，现在常见4.35v)时，以一个恒定电流对电池充电。

这个恒定电流的大小与电池容量的比值(称为充电电流倍率)与手机电池充电速度关系密切。要提高手机的充电速度，提高充电电流倍率是一个有效的手段。但是手机电池对充电电流倍率的接受能力有限，过大的充电电流倍率会导致手机电池的循环衰减增加，甚至有可能导致电池安全问题。目前大多数手机电池可以接受0.5-1倍的充电电流倍率。比如对3000mAh的手机电池，0.5-1倍的充电电流倍率就对应着1500mA-3000mA的充电电流。通过优化电池结构和配方，可以让电池接受更大的充电电流倍率。

当电池通过恒定电流充电达到电池的充电限制电压后，通过逐渐减小充电电流来维持这个充电限制电压不变。因为锂离子电池电压除了随电池充满度提高而上升外，充电电流越大，电池的电压也越高，因此在充满度不断提高的情况下，减小充电电流可以让电池电压维持恒定，这就是恒压过程。当充电电流减小到预定值后，充电电流会关断，充电即告完成。

同样以手机为例，所述电压电流变换部分的电路功能是将从手机充电端口得到的电能，在测量、反馈控制部分的控制下，转换为电池的充电电流。由于手机充电端口输入的电压通常是5v、9v之类的电压，与电池电压(3.0v-4.35v，随电量和充电电流发生变化)并不匹配，因此需要进行变换。也就是说，决定手机电池充电电压、电流的是测量、反馈控制部分预先设定好的充电程序。输入电压高一点或者低一点，只要还在电压电流变换部分允许的范围内，都会由电压电流变换部分变换成程序设定好的值。

所述电压电流变换部分的电路类型，往往可以分为以下两种：

i.线性变换电路。

所述线性变换电路实质上是一个由测量、反馈控制部分调控的可变电阻。通过电阻将充电器电压高于电池电压的部分，通过发热的形式消耗掉。举例说明，比如当充电端口输入的电压是5v，电池电压是3.7v，需要1000mA的充电电流。那么让可变电阻的阻值刚好为1.3Ω即可满足。这个可变电阻的阻值只要能够不断变化，就能够完成恒流恒压的全过程。由基尔霍夫定律可知，这个电路的输入电流等于输出电流。因此，提高输入电压对于这个电路来说，只会使更多的输入功率通过电阻耗散掉，而不会提高电池的充电功率。此外，当充电电流很大的时候，发热功率也很大。因此，这种电路不适用于现在需要大电流充电且空间有限的手机充电。

ii.开关变换电路。

所述开关变换电路可以利用高速开关(通常由MOSFET来实现)和电感来使输入电压降低到电池电压。并在测量、反馈控制部分调控下控制充电电流。这个电路的输出电流和电压与输入电流和电压的关系可以能量守恒定律求得：输入电压*输入电流*效率＝输出电压*输出电流。现在新型手机中，所述的效率可以达到90％以上。正是利用了这种开关变换电路，本实用新型实施例才能够将输入的高电压和较小的电流转换为电池的电压和较大的充电电流。

举例说明：电池电压为3.7v，需要2A电池充电电流。充电电路效率90％，忽略其他电阻造成的压降。输入端口电压为9.0v，则输入端口通过的电流需要：3.7V*2.0A/90％/9.0v＝0.91A，可见本实用新型实施例通过提高输入电压确实能够有效降低输入端口的电流。

在本实用新型实施例中，当支持多电池快速充电装置与电子设备建立连接时，所述快速充电装置可以与所述电子设备建立握手过程。以Android手机为例，所述握手过程可以如下所述：

当将所述快速充电装置通过数据线连到手机上时，所述快速充电装置默认让DM端口和DP端口短接，此时，手机端探测到的充电器类型为DCP(专用充电端口模式)。此时充电电压输出端口的电压为5v，手机可以按照默认的速度正常充电。若手机开启了快速充电模式，那么Android用户空间的hvdcp进程将会启动，从而可以与所述快速充电装置中的处理器建立连接，并且通过所述处理器上的第一调节端口向第一调节支路中MOS管的第一端口发送升压信号。这样便可以开始在DP端口上加载0.325V的电压。当这个电压维持1.25s后，所述快速充电装置将断开DP端口和DM端口的短接状态。此时，DM端口上的电压将会下降。当手机端检测到DM端口上的电压下降后，hvdcp进程会读取手机内部/sys/class/power_supply/usb/voltage_max的值，如果该值是9000000(mV)，那么手机便可以继续与所述快速充电装置中的处理器进行指令传输，从而可以设置DP端口上的电压为3.3V，DM端口上的电压为0.6V。这样，充电电压输出端口的输出电压便可以为9v。当然，随着上述voltage_max的值的改变，所述DP端口和DM端口上的电压也会随之改变，从而可以实现在5V，9V，12V以及20V这四个电压值中根据需要而变化。

由上可见，本实用新型实施例通过在支持多电池充电的普通充电芯片的基础上，增加了适配器、电压调节电路以及处理器，从而可以根据快速充电所需的电压，对适配器上的DP端口电压和DM端口电压进行调节，从而可以通过所述DP端口电压和DM端口电压协同限定充电电压输出端口的电压，使得电子设备的充电电压能够在5V，9V，12V以及20V这四个电压值中根据需要而变化，满足了多电池快速充电的需求。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后应说明的是：上面对本实用新型的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本实用新型限制于单个公开的实施方式。如上所述，本实用新型的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本实用新型旨在包括在此已经讨论过的本实用新型的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (8)

1.一种支持多电池快速充电的设备，其特征在于，所述设备包括处理器、充电芯片以及电压调节电路，其中，

所述处理器上设置有第一调节端口和第二调节端口；

所述电压调节电路包括第一调节支路和第二调节支路；

所述第一调节支路的一端与所述第一调节端口相连，所述第二调节支路的一端与所述第二调节端口相连。

2.根据权利要求1所述的支持多电池快速充电的设备，其特征在于，所述第一调节支路包括第一MOS管和第一电阻，所述第一MOS管上设置有第一端口、第二端口以及第三端口，其中，

所述第一端口与所述第一调节端口相连，所述第二端口与所述第一电阻的一端相连，所述第三端口与直流电压相连，所述第一电阻的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的支持多电池快速充电的设备，其特征在于，所述第二调节支路包括第二MOS管和第二电阻，所述第二MOS管上设置有第一端口、第二端口以及第三端口，其中，

所述第一端口与所述第二调节端口相连，所述第二端口与所述第二电阻的一端相连，所述第三端口与直流电压相连，所述第二电阻的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的支持多电池快速充电的设备，其特征在于，所述第一调节端口和所述第一调节端口均为通用输入输出GPIO。

5.一种支持多电池快速充电的装置，其特征在于，所述装置包括适配器和如权利要求1-4任一项所述的支持多电池快速充电的设备，其中，

所述适配器上包括DP端口、DM端口、充电电压输出端口以及接地端口；

所述充电电压输出端口与所述充电芯片相连，所述第一调节支路分别与所述DP端口和所述第一调节端口相连，所述第二调节支路分别与所述DM端口和所述第二调节端口相连。

6.根据权利要求5所述的支持多电池快速充电的装置，其特征在于，所述充电电压输出端口的电压由所述DP端口的电压以及所述DM端口的电压协同限定。

7.根据权利要求6所述的支持多电池快速充电的装置，其特征在于，所述充电电压输出端口的电压由所述DP端口的电压以及所述DM端口的电压协同限定具体包括：

当所述DP端口的电压为0.6V并且所述DM端口的电压为0.6V时，所述充电电压输出端口的电压为12V；

当所述DP端口的电压为3.3V并且所述DM端口的电压为0.6V时，所述充电电压输出端口的电压为9V；

当所述DP端口的电压为3.3V并且所述DM端口的电压为3.3V时，所述充电电压输出端口的电压为20V；

当所述DP端口的电压为0.6V并且所述DM端口接地时，所述充电电压输出端口的电压为5V。

8.根据权利要求5所述的支持多电池快速充电的装置，其特征在于，所述适配器与所述支持多电池快速充电的设备之间的接口为type-C接口。