CN207218299U - 一种自适应充电适配器的充电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自适应充电适配器的充电装置，包括输入单元、控制单元、调节单元和充电单元，输入单元的输出端与调节单元的输入端连接，调节单元的输出端与充电单元的输入端连接，输入单元的检测端和充电单元的检测端分别与控制单元的对应检测输入端连接，控制单元的控制输出端与输入单元的开关控制端连接，控制单元的驱动输出端与调节单元的调节控制端连接。本实用新型的自适应充电适配器的充电装置能够通过调节PWM占空比来调整锂电池的充电电流，同时将适配器的输出电压和充电电流加入检测进行充电电流的调节，该装置能够保证功率较小或者质量较差的适配器也能正常充电，不会造成适配器自动保护关机或者损坏的问题。

Description

一种自适应充电适配器的充电装置

技术领域

本申请属于电池充电领域，具体涉及一种自适应充电适配器的充电装置。

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，这类设备给人们的日常生活和工作带来了极大地便利，其充电问题就越来越受关注。这些设备普遍都使用锂电池作为供电电源，锂电池具有体积小、重量轻、使用寿命长等优点，但是不同厂家的电池不具有通用性，一般需要专用的充电器进行充电。

目前市场上销售的电池充电器，大多为固定档位充电(1A/2A)，但是市面上的充电适配器功率不尽相同，当适配器本身输出电流能力小于充电装置的充电电流时会出现充电适配器自动保护关机或者直接损坏的现象。

实用新型内容

本申请提供一种自适应充电适配器的充电装置，以解决常规充电装置使用功率较小或质量较差的充电器会造成适配器自动保护关机或者损坏的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种自适应充电适配器的充电装置，输入单元、控制单元、调节单元和充电单元，所述输入单元的输出端与所述调节单元的输入端连接，所述调节单元的输出端与所述充电单元的输入端连接，所述输入单元的检测输出端和所述充电单元的检测输出端分别与所述控制单元的对应检测输入端连接，所述控制单元的控制输出端与所述输入单元的开关控制端连接，所述控制单元的驱动输出端与所述调节单元的调节控制端连接。

在一较优实施例中，所述输入单元包括用于与外部适配器以及控制单元连接的输入开关电路、与所述控制单元的检测输入端连接的输入电源检测电路。

在一较优实施例中，所述充电单元包括用于连接充电电池组的正极和负极，还包括与所述控制单元连接的电池电压检测电路和电池充电电流检测电路，所述电池电压检测电路的输入端与所述调节单元的输出端连接，所述电池充电电流检测电路的输入端与一防反接电路连接，所述电池电压检测电路的检测输出端和所述电池充电电流检测电路的检测输出端均与所述控制单元的对应检测输入端连接。

在一较优实施例中，所述控制单元包括控制器、以及与控制器的PWM调节输出端连接的PWM驱动电路，所述控制器的对应检测输入端分别与所述输入电源检测电路的检测输出端、所述电池电压检测电路的检测输出端和所述电池充电电流检测电路的检测输出端连接，所述控制器的控制输出端与所述输入开关电路控制连接，所述PWM驱动电路的输出端与所述调节单元的调节控制端连接。

在一较优实施例中，所述输入电源检测电路包括由第一电阻(R1)和第四电阻(R4)串联构成的电阻分压电路，以及用于与外部适配器的输出端连接的电源输入接口(Vin)，所述第一电阻(R1)的一端与所述电源输入接口(Vin) 连接，第一电阻(R1)的另一端与第四电阻(R4)的一端连接，第四电阻(R4) 的另一端接地，所述第一电阻(R1)和第四电阻(R4)的连接点与所述控制器的输入电源检测输入端(Vchg)连接；所述输入开关电路包括第一PMOS晶体管 (Q1)和第二电阻(R2)，所述第一PMOS晶体管(Q1)的栅极与所述控制器的开关控制端(CEN)连接，第一PMOS晶体管(Q1)的漏极与所述电源输入接口 (Vin)连接，第一PMOS晶体管(Q1)的源极分别与第二电阻(R2)的一端和所述调节单元的输入端连接，第二电阻(R2)的另一端与第一PMOS晶体管(Q1) 的栅极连接,第二电容(C2)分别连接所述电源输入接口(Vin)以及地。

在一较优实施例中，所述PWM驱动电路包括第五NPN三极管(Q5)、第三NPN 三极管(Q3)和第四PNP三极管(Q4)；所述第五NPN三极管(Q5)的基极分别与第八电阻(R8)和第九电阻(R9)的一端连接，第八电阻(R8)的另一端与所述控制器的PWM调节输出端(PWM)连接，第九电阻(R9)的另一端与第五NPN 三极管(Q5)的发射极连接后接地；第三NPN三极管(Q3)和第四PNP三极管 (Q4)的基极连接后分别与第五NPN三极管(Q5)的集电极和第三电阻(R3)的一端连接，第三NPN三极管(Q3)和第四PNP三极管(Q4)的发射极连接后与所述调节单元的调节控制端连接，第三NPN三极管(Q3)的集电极分别与第三电阻(R3)的另一端及所述调节单元的输入端连接，第四PNP三极管(Q4) 的集电极接地。

在一较优实施例中，所述调节单元包括第二PMOS晶体管(Q2)和储能电感 (L1)；第二PMOS晶体管(Q2)的栅极与第三NPN三极管(Q3)、第四PNP三极管(Q4)的发射极相连，第二PMOS晶体管(Q2)的源极与第三NPN三极管(Q3) 的集电极相连，第二PMOS晶体管(Q2)的漏极与储能电感(L1)的一端连接，储能电感(L1)的另一端分别与第一电容(C1)的一端和充电电池组的正极连接，第一电容(C1)的另一端接地；所述第二PMOS晶体管(Q2)的漏极与第一二极管(D1)的负极连接，第一二极管(D1)的正极接地。

在一较优实施例中，所述电池电压检测电路包括由第五电阻(R5)和第七电阻(R7)串联构成的电阻分压电路，所述第五电阻(R5)的一端与所述充电电池组的正极连接，第五电阻(R5)的另一端与第七电阻(R7)的一端连接，第七电阻(R7)的另一端接地，且所述第七电阻(R7)并联有第三电容(C3)，所述第五电阻(R5)和第七电阻(R7)的连接点与所述控制器的电池电压检测输入端(Vbat)连接。

在一较优实施例中，所述电池充电电流检测电路包括电流取样电阻(R13)，所述电流取样电阻(R13)的一端接地，另一端与第六NMOS晶体管(Q6)的源极连接、以及通过第十二电阻(R12)与所述控制器的电池充电电流检测输入端 (Iset)连接，且所述第十二电阻(R12)与控制器的电池充电电流检测输入端(Iset) 相连接的一端还连接有一接地的第四电容(C4)。

在一较优实施例中，所述防反接电路的一端与所述充电电池组负极连接，另一端与所述电池充电电流检测电路连接；所述防反接电路包括第六NMOS晶体管(Q6)和第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)，第六NMOS晶体管(Q6)的漏极分别与所述充电电池组的负极和第十电阻(R10)的一端相连，第六NMOS晶体管(Q6)的源极分别与第十电阻(R10)的另一端、第十三电阻(R13)的一端及第十一电阻(R11)的一端连接，第六NMOS晶体管(Q6)的栅极分别与第十一电阻(R11)的另一端及第六电阻(R6)的一端连接，第六电阻(R6)的另一端与充电电池组的正极连接。

本申请的有益效果是：本实用新型的自适应充电适配器的充电装置通过检测适配器的输出电压来监控外部适配器的工作状态，当检测到此电压已经低于正常工作电压(默认为4.75V)时，通过减小控制单元输出的PWM来降低充电电流使外部适配器的输出电压在正常工作电压以上，由此达到自适应外部充电器的输出能力，该装置能够保证功率较小或者质量较差的适配器也能正常充电，不会造成适配器自动保护关机或者损坏的问题。

附图说明

图1为本申请自适应充电适配器的充电装置实施例一的原理框图；

图2为本申请自适应充电适配器的充电装置实施例二的电路图。

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)。

如图1所示为自适应充电适配器的充电装置实施例一的原理图，由图可知，该充电装置包括输入单元1、控制单元2、调节单元3和充电单元4，输入单元 1的输出端与调节单元3的输入端连接，调节单元3的输出端与充电单元4的输入端连接，输入单元1的检测输出端和充电单元4的检测输出端分别与控制单元2的对应检测输入端连接，控制单元2的控制输出端与输入单元1的开关控制端连接，控制单元2的驱动输出端与调节单元3的调节控制端连接。

本实施例的输入单元1包括用于与外部适配器以及控制单元连接的输入开关电路、与控制单元的输入电源的检测输入端连接的输入电源检测电路，控制单元通过输入电源检测电路检测是否有外部电源接入以及实时检测输入电压 Vin，控制单元通过输入开关电路导通或关断输入单元1，当输入开关电路关断时，可防止电池电压倒灌到输入端。

充电单元4包括用于连接充电电池组的正极和负极，还包括与控制单元连接的电池电压检测电路和电池充电电流检测电路，电池电压检测电路的输入端与调节单元3的输出端连接，电池充电电流检测电路的输入端与一防反接电路连接，电池电压检测电路的检测输出端和电池充电电流检测电路的检测输出端均与控制单元的对应检测输入端连接；其中，控制单元通过电池电压检测电路检测到的电池电压以及电池充电电流检测电路检测到的电池充电电流来输出相应占空比的PWM；PWM驱动电路用于增大该PWM的负载能力。

控制单元2包括控制器、以及与控制器的PWM调节输出端连接的PWM驱动电路，控制器的对应检测输入端分别与输入电源检测电路的检测输出端、电池电压检测电路的检测输出端和电池充电电流检测电路的检测输出端连接，控制器的控制输出端与输入开关电路控制连接，PWM驱动电路的输出端与调节单元的调节控制端连接。控制器用于当接收到输入电源检测电路检测到有电源接入的信号时，控制输入开关电路开启，反之，则控制输入开关电路关断。

调节单元3用于根据增大的PWM来调节并稳定充电单元4输出给充电电池组的电流。具体的，当PWM占空比增大时，相应的充电电流增大，当PWM占空比减小时，相应的充电电流减小。

本实用新型的工作原理和过程如下：输入单元1将适配器输出的电源输出到控制单元2，控制单元2的控制器通过输入电源检测电路来判断是否有电源接入，以控制输入开关电路的开闭，当检测到有电源输入时，输入开关电路开启，同时控制器再根据电池电压检测电路和电池充电电流检测电路检测到的电池电压与电流来输出对应的PWM信号，该信号经过PWM驱动电路放大后，通过调节单元3来调整充电电流，从而使充电单元4达到预期的稳定充电电流，在此过程中，控制器持续的检测输入电源的输出电压，当检测到电压低于标准值(默认为4.75V)时，系统判定外部输入电源达到了最大输出能力，此时PWM减小来控制充电电流减小，优先保证输入电源的电压不低于4.75V，来确保外部输入电源始终处于正常工作状态，不会出现过流或者过热保护。即电池电压检测电路和电池充电电流检测电路用于检测充电电池组的电压和电流，输入电源检测电路用于检测输入电源电压，这三个检测电路均作为反馈电路调节充电电流，且优先保证输入电源电压的正常(即大于4.75V)，满足了此项以后再根据当前电池状态(当前的充电电压以及充电电流)来调节到预期的充电电流，由此实现自适应与外部充电电源的匹配。

进一步地，该装置的充电单元中还设置了防反接电路，该防反接电路的一端与充电电池组负极连接，另一端与电池充电电流检测电路连接。

下面结合具体的电路对本实用新型的电池充电装置进行说明。

如图2所示为本申请自适应充电适配器的充电装置实施例二的电路图，由图可知，本实施例的输入单元1用于提供外部电源检测端口以供控制单元2检测，以及防止电池电压倒灌到输入端，包括输入开关电路和输入电源检测电路，其中，输入电源检测电路包括由第一电阻R1和第四电阻R4串联构成的电阻分压电路，以及用于与外部适配器的输出端连接的电源输入接口Vin，电源输入接口Vin的另一端连接有第二电容C2，第二电容C2的另一端接地；第一电阻R1 的一端与电源输入接口Vin连接，第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地，第一电阻R1和第四电阻R4的连接点与所述控制器的输入电源检测输入端Vchg连接。

输入开关电路包括第一PMOS晶体管Q1和第二电阻R2，第一PMOS晶体管 Q1的栅极与控制器的开关控制端CEN连接，Q1的漏极与电源输入接口Vin连接， Q1的源极分别与第二电阻R2的一端和调节单元的输入端连接，第二电阻R2的另一端与Q1的栅极连接。

本实施例的控制单元2包括控制器controller和PWM驱动电路，PWM驱动电路包括第五NPN三极管Q5、第三NPN三极管Q3和第四PNP三极管Q4；第五 NPN三极管Q5的基极分别与第八电阻R8和第九电阻R9的一端连接，第八电阻 R8的另一端与控制器的PWM调节输出端PWM连接，第九电阻R9的另一端与第五 NPN三极管Q5的发射极连接后接地；第三NPN三极管Q3和第四PNP三极管Q4 的基极连接后分别与第五NPN三极管Q5的集电极和第三电阻R3的一端连接，第三NPN三极管Q3和第四PNP三极管Q4的发射极连接后与调节单元的调节控制端连接，第三NPN三极管Q3的集电极分别与第三电阻R3的另一端及调节单元的输入端连接，第四PNP三极管Q4的集电极接地。

调节单元3包括第二PMOS晶体管Q2和储能电感L1；第二PMOS晶体管Q2 的栅极与第三NPN三极管Q3、第四PNP三极管Q4的发射极相连，第二PMOS晶体管Q2的源极与第三NPN三极管Q3的集电极相连，第二PMOS晶体管Q2的漏极与储能电感L1的一端连接，储能电感L1的另一端分别与第一电容C1的一端和充电电池组的正极连接，第一电容C1的另一端接地；第二PMOS晶体管Q2的漏极与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1的正极接地。

控制单元2中的PWM驱动电路是用同一信号(Q5的输出信号)驱动Q3、Q4 的两个基极，驱动信号为高时，上三极管Q3导通，下三极管Q4关断，调节开关Q2开通；信号为低时，上三极管Q3关断，下三极管Q4导通，调节开关Q2 关断。本实施例利用两个晶体管构成推挽输出，用来提高IO口的驱动能力，增大PWM驱动电流。本实施例的PWM驱动电路可快速的开通和关断调节开关Q2的 PMOS场效应管，降低场效应管的损耗。

本实施例的充电单元4包括充电电池组、电池电压检测电路、电池充电电流检测电路和防反接电路。其中，电池电压检测电路包括由第五电阻R5和第七电阻R7串联构成的电阻分压电路，第五电阻R5的一端与充电电池组的正极连接，第五电阻R5的另一端与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端接地，且第七电阻R7并联有第三电容C3，第五电阻R5和第七电阻R7的连接点与控制器的电池电压检测输入端Vbat连接。

电池充电电流检测电路包括电流取样电阻R13，电流取样电阻R13的一端接地，另一端分别用于与充电电池组的负极以及通过第十二电阻R12与控制器的电池充电电流检测输入端Iset连接，且第十二电阻R12与控制器的电池充电电流检测输入端Iset相连接的一端，还连接有一接地的第四电容C4。

本实施例的防反接电路包括第六NMOS晶体管Q6和第十电阻R10、第十一电阻R11，第六NMOS晶体管Q6的漏极分别与所述充电电池组的负极和电阻R10的一端相连，第六NMOS晶体管Q6的源极分别与第十电阻R10的另一端、第十三电阻R13的一端及第十一电阻R11的一端连接，第六NMOS晶体管Q6的栅极分别与第十一电阻R11的另一端及第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与充电电池组的正极连接。该电路主要用来防止电池反接造成电路烧毁。

本实施例的Q1、Q2及Q6均采用的是PMOS场效应管，需要说明的是，Q1、 Q2和Q6也可采用其他具有相同功能的开关管，例如NMOS场效应管、晶体管等。

本实用新型的自适应充电适配器的充电装置通过输入电源检测电路和控制器的输入电源检测输入端Vchg来判断输入单元是否有充电电源接入并实时检测输入电源电压，如有电源接入，则由控制器的控制输出端CEN由高电平到低电平的变化来开启控制开关Q1，再通过电池电压检测电路与电池充电电流检测电路来检测电池电压与电流，根据检测结果来调节PWM占空比，从而控制调节单元达到预期的稳定充电电流。在此过程中实时的检测输入电源电压，当电压低于正常值时，控制器降低PWM占空比来减小充电电流，优先保证输入电压正常，由此实现自动适应外部适配器。

本实用新型的自适应充电适配器的充电装置采用降压式变换电路，通过调整充电控制模块的PWM占空比，从而调整对充电电池组的充电电流，以达到自适应匹配适配器进行充电的效果。

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。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。

Claims (10)

1.一种自适应充电适配器的充电装置,其特征在于，包括：输入单元、控制单元、调节单元和充电单元，所述输入单元的输出端与所述调节单元的输入端连接，所述调节单元的输出端与所述充电单元的输入端连接，所述输入单元的检测输出端和所述充电单元的检测输出端分别与所述控制单元的对应检测输入端连接，所述控制单元的控制输出端与所述输入单元的开关控制端连接，所述控制单元的驱动输出端与所述调节单元的调节控制端连接。

2.如权利要求1所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述输入单元包括用于与外部适配器以及控制单元连接的输入开关电路、与所述控制单元的检测输入端连接的输入电源检测电路。

3.如权利要求2所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述充电单元包括用于连接充电电池组的正极和负极，还包括与所述控制单元连接的电池电压检测电路和电池充电电流检测电路，所述电池电压检测电路的输入端与所述调节单元的输出端连接，所述电池充电电流检测电路的输入端与一防反接电路连接，所述电池电压检测电路的检测输出端和所述电池充电电流检测电路的检测输出端均与所述控制单元的对应检测输入端连接。

4.如权利要求3所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述控制单元包括控制器、以及与控制器的PWM调节输出端连接的PWM驱动电路，所述控制器的对应检测输入端分别与所述输入电源检测电路的检测输出端、所述电池电压检测电路的检测输出端和所述电池充电电流检测电路的检测输出端连接，所述控制器的控制输出端与所述输入开关电路控制连接，所述PWM驱动电路的输出端与所述调节单元的调节控制端连接。

5.如权利要求2所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述输入电源检测电路包括由第一电阻(R1)和第四电阻(R4)串联构成的电阻分压电路，以及用于与外部适配器的输出端连接的电源输入接口(Vin)，所述第一电阻(R1)的一端与所述电源输入接口(Vin)连接，第一电阻(R1)的另一端与第四电阻(R4)的一端连接，第四电阻(R4)的另一端接地，所述第一电阻(R1)和第四电阻(R4)的连接点与所述控制器的输入电源检测输入端(Vchg)连接；所述输入开关电路包括第一PMOS晶体管(Q1)和第二电阻(R2)，所述第一PMOS晶体管(Q1)的栅极与所述控制器的开关控制端(CEN)连接，第一PMOS晶体管(Q1)的漏极与所述电源输入接口(Vin)连接，第一PMOS晶体管(Q1)的源极分别与第二电阻(R2)的一端和所述调节单元的输入端连接，第二电阻(R2)的另一端与第一PMOS晶体管(Q1)的栅极连接,第二电容(C2)分别连接所述电源输入接口(Vin)以及地。

6.如权利要求4所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述PWM驱动电路包括第五NPN三极管(Q5)、第三NPN三极管(Q3)和第四PNP三极管(Q4)；所述第五NPN三极管(Q5)的基极分别与第八电阻(R8)和第九电阻(R9)的一端连接，第八电阻(R8)的另一端与所述控制器的PWM调节输出端(PWM)连接，第九电阻(R9)的另一端与第五NPN三极管(Q5)的发射极连接后接地；第三NPN三极管(Q3)和第四PNP三极管(Q4)的基极连接后分别与第五NPN三极管(Q5)的集电极和第三电阻(R3)的一端连接，第三NPN三极管(Q3)和第四PNP三极管(Q4)的发射极连接后与所述调节单元的调节控制端连接，第三NPN三极管(Q3)的集电极分别与第三电阻(R3)的另一端及所述调节单元的输入端连接，第四PNP三极管(Q4)的集电极接地。

7.如权利要求1所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述调节单元包括第二PMOS晶体管(Q2)和储能电感(L1)；第二PMOS晶体管(Q2)的栅极与第三NPN三极管(Q3)、第四PNP三极管(Q4)的发射极相连，第二PMOS晶体管(Q2)的源极与第三NPN三极管(Q3)的集电极相连，第二PMOS晶体管(Q2)的漏极与储能电感(L1)的一端连接，储能电感(L1)的另一端分别与第一电容(C1)的一端和充电电池组的正极连接，第一电容(C1)的另一端接地；所述第二PMOS晶体管(Q2)的漏极与第一二极管(D1)的负极连接，第一二极管(D1)的正极接地。

8.如权利要求3所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述电池电压检测电路包括由第五电阻(R5)和第七电阻(R7)串联构成的电阻分压电路，所述第五电阻(R5)的一端与所述充电电池组的正极连接，第五电阻(R5)的另一端与第七电阻(R7)的一端连接，第七电阻(R7)的另一端接地，且所述第七电阻(R7)并联有第三电容(C3)，所述第五电阻(R5)和第七电阻(R7)的连接点与所述控制器的电池电压检测输入端(Vbat)连接。

9.如权利要求3所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述电池充电电流检测电路包括电流取样电阻(R13)，所述电流取样电阻(R13)的一端接地，另一端与第六NMOS晶体管(Q6)的源极连接、以及通过第十二电阻(R12)与所述控制器的电池充电电流检测输入端(Iset)连接，且所述第十二电阻(R12)与控制器的电池充电电流检测输入端(Iset)相连接的一端还连接有一接地的第四电容(C4)。

10.如权利要求9所述的自适应充电适配器的充电装置，其特征在于，所述防反接电路的一端与所述充电电池组负极连接，另一端与所述电池充电电流检测电路连接；所述防反接电路包括第六NMOS晶体管(Q6)和第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)，第六NMOS晶体管(Q6)的漏极分别与所述充电电池组的负极和第十电阻(R10)的一端相连，第六NMOS晶体管(Q6)的源极分别与第十电阻(R10)的另一端、第十三电阻(R13)的一端及第十一电阻(R11)的一端连接，第六NMOS晶体管(Q6)的栅极分别与第十一电阻(R11)的另一端及第六电阻(R6)的一端连接，第六电阻(R6)的另一端与充电电池组的正极连接。