CN206180632U - 一种电池充电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池充电装置,包括用于与输入电源连接且受控于主控制器的充电转换电路，所述充电转换电路的输出端用于与充电电池连接，该装置还包括充电电池的输出端顺次连接的放电转换电路和输出接口，所述放电转换电路和输出接口均与所述主控制器控制连接。本申请的电池充电装置在常规的充电器上进行功能扩展，增加移动电源的USB输出功能，为用户的便携式产品充电，可实现一机多用，应急充电等；可提高充电电池的利用率，该充电装置可将输出电压转换成便携式设备所需的供电电压为其充电，降低了用户使用成本。

Description

一种电池充电装置

技术领域

本申请属于电池充电领域，具体涉及一种电池充电装置。

背景技术

随着电子设备的应用越来越广泛，尤其是一些便携式设备，如手机、电子烟，手电筒等，设备的充电就越来越受关注。常规的电池充电器功能都相对单一，只能将外界交流电源转换成直流电源给电池充电，当人们外出遇到手机或电子设备没电时，就只能找到市电接口才能充电，若是在户外没有交流电源的场所，目前的充电器无法为手机等终端设备进行充电，使用非常不方便。为解决这个问题，移动电源应运而生，移动电源能够在自身充满电之后再给手机或其他用电设备充电，但是移动电源却不能直接连接电源给用电设备充电。

发明内容

本申请提供一种电池充电装置，以解决现有电池充电装置使用不便和移动电源独立使用不能自充电的问题。

为解决上述问题，本申请提供一种电池充电装置，包括用于与输入电源连接且受控于主控制器的充电转换电路，所述充电转换电路的输出端用于与充电电池连接，该装置还包括充电电池的输出端顺次连接的放电转换电路和输出接口，所述放电转换电路和输出接口均与所述主控制器控制连接。

在一较优的实施例中，所述输出接口为USB接口，所述USB接口连接有对应的USB电阻识别电路或USB充电协议端口控制芯片。

在一较优的实施例中，所述放电转换电路为DC-DC升压转换电路，所述DC-DC升压转换电路包括同步整流升压芯片U1，同步整流升压芯片U1通过第一控制开关Q7与充电电池电连接。

在一较优的实施例中，所述主控制器上还连接有与所述输入电源的输出端和充电电池的输出端均连接的基准电源模块。

在一较优的实施例中，所述基准电源模块包括稳压器U2，稳压器U2的输入端通过电阻R20与所述输入电源连接，电阻R20的两端分别与三极管Q8的基极和集电极连接，稳压器U2的输出端通过由电阻R21、电阻R22构成的分压电路与三极管Q8的发射极连接，且三极管Q8的发射极即为所述基准电源模块的输出端。

在一较优的实施例中，所述充电电池上还连接有与所述主控制器控制连接的电池采样电路，所述电池采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路包括所述充电电池正极端连接的采样电阻R2及电压采样输出端口V1；所述电流采样电路包括充电电池负极上连接的开关管Q4以及开关管Q4的源极与地之间连接的电流采样电阻R10、所述充电电池的负极与开关管Q4的漏极之间旁接的电流采样输出端口C1。

在一较优的实施例中，所述充电转换电路为DC-DC降压电路，所述DC-DC降压电路包括第二控制开关Q5、由上下两个三极管Q2、三极管Q3连接构成的图腾柱电路和第三控制开关Q1；第二控制开关Q5的基极与所述主控制器的控制输出端PWM1连接，第二控制开关Q5的发射极接地，集电极与所述图腾柱电路的基极连接，三极管Q2、三极管Q3发射极短接后与第三控制开关Q1的栅极连接，第三控制开关Q1的源极用于与所述输入电源连接，其漏极通过储能电感L1与所述充电电池连接。

在一较优的实施例中，所述USB识别电阻网络由电阻R11、电阻R12、电阻R17、电阻R18构成，电阻R11、电阻R17的串联电路与电阻R12、电阻R18的串联电路并联，电阻R11、电阻R17的连接点和电阻R12、电阻R18的连接点分别与所述USB接口的数据正D+、数据负D-连接。

在一较优的实施例中，所述主控制器为MCU。

在一较优的实施例中，所述主控制器上还连接有充电指示电路。

本申请的有益效果是：本申请的电池充电装置在常规的充电器上进行功能扩展，增加移动电源的USB输出功能，为用户的便携式产品充电，可实现一机多用，应急充电等；可提高充电电池的利用率，该充电装置可将输出电压转换成便携式设备所需的供电电压为其充电，降低了用户使用成本。

另外，该装置在相同功能的前提下将电池充电器和移动电源整合成一个产品，减少了用户放置或携带产品的体积，提高了便携性，其成本也会进一步降低。

附图说明

图1为本申请电池充电装置实施例一的原理框图；

图2为本申请电池充电装置实施例二的原理框图；

图3为本申请DC-DC升压转换电路及USB识别电阻电路的电路图；

图4为本申请QC3.0USB接口的USB充电协议端口控制芯片电路图；

图5为本申请QC2.0USB接口的USB充电协议端口控制芯片电路图；

图6为本申请基准电源模块电路图；

图7为本申请主控制器模块电路图；

图8为本申请DC-DC降压电路及电池采样电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

在本申请实施例中，将常规的充电器与移动电源相结合，在原充电电池的硬件电路的基础上，增加放电转换电路和输出接口，在充电器的壳体上预留好充电器的输出接口机械位置以实现移动电源的功能。

实施例一：

请参考图1，图1为本申请电池充电装置实施例一的原理框图,由图可知，该装置包括用于与输入电源连接且受控于主控制器的充电转换电路，充电转换电路的输出端用于与充电电池连接，该装置还包括充电电池的输出端顺次连接的放电转换电路和输出接口，放电转换电路和输出接口均与主控制器控制连接。

本实施例提供的放电转换电路采用的是受控于主控器的电路结构，以便于对电压转换及放电过程进行控制，当然也可以采用不受控于主控制器的电路结构。

现在的便携式设备充电一般都采用USB接口与充电器来连接，因此本实施例的输出接口优选USB接口。而对于连接到任意USB插孔并利用该电源工作或为电池充电的装置，需要了解吸收多大的电流合适。所以在该USB接口处还连接有对应的USB电阻识别电路或USB充电协议端口控制芯片。

另外，本申请的充电电池是可拿取安装于装置内部的，解决了常规移动电源的电池为内置在产品里面无法取出的问题。

本申请的电池充电装置在常规的充电器上进行功能扩展，增加移动电源的USB输出功能，为用户的便携式产品充电，可实现一机多用，应急充电等；可提高充电电池的利用率，该充电装置可将输出电压转换成便携式设备所需的供电电压为其充电，降低了用户使用成本；另外，该装置在相同功能的前提下将电池充电器和移动电源整合成一个产品，减少了用户放置或携带产品的体积，提高了便携性，其成本也会进一步降低。

实施例二：

请参考图2，图2为本申请电池充电装置实施例二的原理框图,由图可知，该装置的放电转换电路采用DC-DC升压转换电路，充电转换电路采用DC-DC降压电路，主控制器采用MCU，主控制器上还连接有与输入电源的输出端和充电电池的输出端均连接的基准电源模块，充电电池上还连接有与主控制器控制连接的电池采样电路；DC-DC升压转换电路与充电电池之间还连接有滤波电路。下面分别对上述电路进行详细描述。

如图3所示，DC-DC升压转换电路包括同步整流升压芯片U1，本实施例的U1选用的型号为SC1515，能够将小于5V的电压升到5V。U1通过第一控制开关Q7与充电电池电连接，Q7采用MOSFET，其栅极分别通过电阻R14、R19与+12V和地相连，其漏极与U1的VIN端连接，并旁接有电容C9；Q7的源极通过二极管D3与VDD连接，且D3的负极与地之间还连接有稳压管D4，Q7的源极旁接有接地电容C7和C8；U1的使能端EN(OUT)与主控制器的对应端口连接，以实现主控制器对DC-DC升压转换电路的控制；U1的转换端LX通过电感L2与充电电池连接。UI的反馈端FB连接有由电阻R13、R16构成的输出反馈电路。

D4起稳压功能，防止DC-DC降压电路瞬间开启时，峰值电压过高烧毁MCU；电阻R14、R19和第一控制开关Q7为保护电路，防止DC-DC降压电路瞬间开启时，峰值电压过高烧毁同步整流升压芯片。

DC-DC升压转换电路的工作原理：当无外接电源时，充电电池经D3给MCU(MCU电源端VDD)供电；当该充电装置作为移动电源为其它设备供电时，Q7导通，充电电池经Q7给U1供电，当MCU的OUT端(如图7所示)输出高电平时，U1的转换端LX内部电路工作，通过OUT端输出5V电压，可以给外接设备供电。通过R13、R16调整外馈电压即可调整输出电压。当OUT输出低电平，U1停止工作。

U1的OUT端与USB接口J1的电源正极连接，J1与U1之间还设有USB识别电阻电路，该USB识别电阻电路由电阻R11、R12、R17、R18构成，R11、R17的串联电路与R12、R18的串联电路并联，R11、R17的连接点和R12、R18的连接点分别与所述USB接口的数据正、负极D-、D+连接。

目前的USB接口不仅可以采用常规的USB1.0/USB2.0输出，还可以采用QC2.0、QC3.0、TYPE C接口和协议的输出，当然也可做成其它方式的接口输出。而USB输出功能是什么样的快充协议主要取决于所使用相应的协议IC，并与放电转换电路的反馈端FB相配合共同完成。如果采用智能识别IC，输出电压为固定的5V，所以不需要用到FB引脚，直接与USB设备的D+,D-进行通信即可。而QC2.0,QC3.0,TYPE C输出电压则都需要调整，因此需要用到FB端的反馈输入，下面结合图4-图5的图来说明。

如图4所示，当USB接口采用QC3.0的快充接口时，采用的USB充电协议端口控制芯片如图所示，该芯片的型号为NT6008，DC-DC升压转换电路的反馈端FB与NT6008的OUT端连接，NT6008的DM、DP端分别与USB接口的数据正负端D-、D+连接。

如图5所示，当USB接口采用QC2.0的快充接口时，采用的USB充电协议端口控制芯片如图所示，该芯片的型号为FP6600/FP6601(图中所示为FP6600)，DC-DC升压转换电路的反馈端FB与NT6008的OUT端连接，FP6600的D-、D+端分别与USB接口的D-、D+连接。

采用QC2.0、QC3.0USB接口的充电协议端口控制芯片的工作原理就是能够根据移动设备发出来的信号，自动调整充电器输出端USB的D+D-，匹配和移动设备一样的充电模式，控制输出电流的大小，来供给充电设备最佳的充电方案。USB充电协议端口控制芯片可以通过USB接口的D+/D-两个引脚，智能识别充电设备的电压大小，通过芯片内部的智能匹配，调节充电器输出电流大小。

采用其它USB接口的充电协议端口控制芯片的工作原理与上述原理相似，这里就不一一说明了。

需要说明的是：一般QC2.0的USB接口的输出电压为5V、9V或12V,而QC3.0和TYPE C的USB接口的电压输出不是档位式电压输出，而是采用步进式输出，步进电压的幅度为0.2V。

进一步地，如图6所示，主控制器上还连接有与输入电源的输出端和充电电池的输出端均连接的基准电源模块。由图可知，该基准电源模块的核心为稳压器U2，U2选用型号为TL431的可控精密稳压源，能够将12V的输入电源或者充电电池的电压降到稳定的5V输出给MCU和其它电路供电。U2的输入端通过电阻R20、二极管D5与+12V的输入电源连接，电阻R20的两端分别与三极管Q8的基极和集电极连接，U2的输出端通过由R21、R22构成的分压电路与Q8的发射极连接，Q8的发射极即为该基准电源模块的输出端VDD，VDD通过二极管D6连接到Boost 5V。本实施例中的Q8可以提高带载能力，三极管发射极的输出变化时，用来调节三极管的饱和导通的量。

如图7所示，该装置的主控制器MCU上还连接有充电指示电路，MCU的第四引脚为输入电源检测端，连接有由电阻R25、R26构成的电阻电路，当输入电压低于或高于某一个值时，充电器均会停止充电，防止烧毁电源或烧毁充电路电路。MCU的第6个引脚为控制输出端PWM1，用于控制充电转换电路；其第13、14引脚上连接分别有指示灯LED2、LED1，LED1为充电指示灯，充电时闪烁，充满后常亮，LED2为电流档位指示灯，LED2熄灭为默认的0.25A档，常亮为0.5A档，闪烁为1.0A档。MCU的地9引脚上连接有按键S1，按S1键可循环切换电流档位，按键处于长按状态时，USB接口有输出，再次长按，则USB接口停止输出。

如图8所示，该电池充电装置的充电转换电路为DC-DC降压电路，该DC-DC降压电路包括第二控制开关Q5、由上下两个三极管Q2、Q3连接构成的图腾柱电路和第三控制开关Q1；Q5的基极与MCU的控制输出端PWM1连接，Q5的发射极接地，集电极与图腾柱电路的基极连接，Q2、Q3发射极短接后与Q1的栅极连接，Q1的源极用于与+12V的输入电源连接，其漏极通过储能电感L1与充电电池。

另外，充电电池上还连接有与MCU控制连接的电池采样电路，该电池采样电路包括电压采样电路和电流采样电路。电压采样电路包括所述充电电池正极端连接的采样电阻R2及电压采样输出端口V1；电流采样电路包括充电电池负极上连接的开关管Q4以及Q4的源极与地之间连接的电流采样电阻R10、充电电池的负极与Q4的漏极之间旁接的电流采样输出端口C1。Q4的栅极与地之间连接有电阻R9，且栅极与VDD之间还连接有电阻R4、R1的串联电路；Q4的漏极与地之间连接有电阻R8。储能电感L1与充电电池B1之间连接有二极管D2，且D2的输出电路上旁接有滤波电容C1和C3。R8、R9和Q4组成电池反接保护电路；R1,R8为充电电池的过放激活电路。C1,C3为滤波电路。

DC-DC降压电路及电池采样电路的工作原理：PWM1由MCU通过对应的端口控制输出，根据不同的充电阶段，来调整占空比输出，从而控制不同电压阶段的充电电流。当PWM1为高电平时，Q5导通，集电极输出低电平，Q3导通将Q1的栅极置低，Q1开通，输入电源12V通过Q1,其电流依次经电感L1、二极管D2、电池B1、开关管Q4、电流采样电阻R10构成的主回路(实际上R8也会有小电流流过)流回输入电源，同时储能电感L1充电，电池B1也会充电。当PWM1为低电平时，Q5截止，Q2导通，Q1栅极的电压为高电平，Q1截止。L1此时的电压为左负右正，电感L1释放能量，经二极管D2、电池B1、开关管Q4、电流采样电阻R10构成的主回路经D1组成回路，给电池充电。如此反复工作即可让电流持续流过充电电池，达到给电池充电的目的。

本申请的电池充电装置将传统电池充电器和移动电源进行整合，提供一种具有移动电源功能的电池充电器，即在传统的电池充电器的基础上增加独立电池(可拆取)、DC-DC升压转换电路及USB输出接口组件，通过DC-DC升压转换电路将电压升到充电设备所需的电压，利用USB电阻识别电路或USB充电协议端口控制芯片来识别，从而自动调整充电电流。该装置提高了充电器的利用率，为用户节省了成本，也可作为应急充电用，给用户提供了方便。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明，例如上述实施例中具体给出的芯片信号只是为了更清楚地介绍方案的结构和连接关系，但是不能理解为对技术方案的限制，对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，这样的改变都落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池充电装置,包括用于与输入电源连接且受控于主控制器的充电转换电路，所述充电转换电路的输出端用于与充电电池连接，其特征在于：该装置还包括充电电池的输出端顺次连接的放电转换电路和输出接口，所述放电转换电路和输出接口均与所述主控制器控制连接。

2.如权利要求1所述的电池充电装置，其特征在于，所述输出接口为USB接口，所述USB接口连接有对应的USB电阻识别电路或USB充电协议端口控制芯片。

3.如权利要求2所述的电池充电装置，其特征在于，所述放电转换电路为DC-DC升压转换电路，所述DC-DC升压转换电路包括同步整流升压芯片U1，同步整流升压芯片U1通过第一控制开关Q7与充电电池电连接。

4.如权利要求2所述的电池充电装置，其特征在于，所述主控制器上还连接有与所述输入电源的输出端和充电电池的输出端均连接的基准电源模块。

5.如权利要求4所述的电池充电装置，其特征在于，所述基准电源模块包括稳压器U2，稳压器U2的输入端通过电阻R20与所述输入电源连接，电阻R20的两端分别与三极管Q8的基极和集电极连接，稳压器U2的输出端通过由电阻R21、电阻R22构成的分压电路与三极管Q8的发射极连接，且三极管Q8的发射极即为所述基准电源模块的输出端。

6.如权利要求2所述的电池充电装置，其特征在于，所述充电电池上还连接有与所述主控制器控制连接的电池采样电路，所述电池采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路包括所述充电电池正极端连接的采样电阻R2及电压采样输出端口V1；所述电流采样电路包括充电电池负极上连接的开关管Q4以及开关管Q4的源极与地之间连接的电流采样电阻R10、所述充电电池的负极与开关管Q4的漏极之间旁接的电流采样输出端口C1。

7.如权利要求2所述的电池充电装置，其特征在于，所述充电转换电路为DC-DC降压电路，所述DC-DC降压电路包括第二控制开关Q5、由上下两个三极管Q2、三极管Q3连接构成的图腾柱电路和第三控制开关Q1；第二控制开关Q5的基极与所述主控制器的控制输出端PWM1连接，第二控制开关Q5的发射极接地，集电极与所述图腾柱电路的基极连接，三极管Q2、三极管Q3发射极短接后与第三控制开关Q1的栅极连接，第三控制开关Q1的源极用于与所述输入电源连接，其漏极通过储能电感L1与所述充电电池连接。

8.如权利要求2至7中任一项所述的电池充电装置，其特征在于，所述USB识别电阻网络由电阻R11、电阻R12、电阻R17、电阻R18构成，电阻R11、电阻R17的串联电路与电阻R12、电阻R18的串联电路并联，电阻R11、电阻R17的连接点和电阻R12、电阻R18的连接点分别与所述USB接口的数据正D+、数据负D-连接。

9.如权利要求8所述的电池充电装置，其特征在于，所述主控制器为MCU。

10.如权利要求9所述的电池充电装置，其特征在于，所述主控制器上还连接有充电指示电路。