CN220107605U - 充电管理电路与家用电器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种充电管理电路与家用电器。充电管理电路包括充电支路、采样支路、比较支路与控制器。充电支路与输入电源、电池、比较支路连接，电池与采样支路及比较支路连接，比较支路与控制器连接。输入电源通过充电支路为电池充电。采样支路配置为检测电池的充电电流，并基于充电电流生成第一采样电压。控制器配置为输出占空比可调的脉宽调制信号。比较支路配置为将脉宽调制信号转换为基准电压，比较支路还配置为将基准电压与第一采样电压进行比较，并根据比较结果输出充电信号。充电支路配置为根据充电信号调节输入电源对电池的充电电压，以调节充电电流的大小。通过上述方式，能够需要调节充电电流的应用场景，实用性较强。

Description

充电管理电路与家用电器

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种充电管理电路与家用电器。

背景技术

目前市场上有许多需要使用到电池的产品，例如充电宝、剃须刀以及电动牙刷等。这些产品中通常设置有充电管理芯片，以完成对电池的充电过程的控制。

例如，如图1所示，充电管理芯片UA1用于控制电池BAT的充电过程。具体为，只需通过微控制器(Microcontroller Unit，MCU)发送一个使能信号至充电管理芯片UA1的使能引脚以启动充电管理芯片UA1运行，充电管理芯片UA1就能够自动完成电池的充电过程。

然而，在上述方式中，电池的充电电流完全由充电管理芯片决定，用户无法对充电电流进行调节，亦即该方式无法适用于需要调节充电电流的应用场景。

实用新型内容

本申请旨在提供一种充电管理电路与家用电器，本申请能够需要调节充电电流的应用场景，实用性较强。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种充电管理电路，包括：

充电支路、采样支路、比较支路与控制器；

充电支路的第二端与输入电源连接，充电支路的第三端与电池的第一端连接，充电支路的第一端与比较支路的第三端连接，电池的第二端分别与采样支路的第一端及比较支路的第一端连接，比较支路的第二端与控制器连接；

所述输入电源通过所述充电支路为所述电池充电；

所述采样支路配置为检测所述电池的充电电流，并基于所述充电电流生成第一采样电压；

所述控制器配置为输出占空比可调的脉宽调制信号；

所述比较支路配置为将所述脉宽调制信号转换为基准电压，所述比较支路还配置为将所述基准电压与所述第一采样电压进行比较，并根据比较结果输出充电信号；

所述充电支路配置为根据所述充电信号调节所述输入电源对所述电池的充电电压，以调节所述充电电流的大小。

在一种可选的方式中，所述充电管理电路还包括防倒灌支路；

所述防倒灌支路的第一端与所述输入电源连接，所述防倒灌支路的第二端与所述充电支路的第二端连接；

所述防倒灌支路配置为防止所述电池的充电电流倒灌至所述输入电源。

在一种可选的方式中，所述充电管理电路还包括放大支路；

所述放大支路的第一端分别与所述采样支路的第一端及所述电池的第二端连接，所述放大支路的第二端与所述比较支路的第一端连接；

所述放大支路被配置为对所述第一采样电压放大，并输出放大后的第二采样电压至所述比较支路。

在一种可选的方式中，充电支路包括电感、第一二极管、第一电阻、第二电阻与第一开关管；

第一电阻的第一端分别与输入电源及第一开关管的第二端连接，第一电阻的第二端分别与第二电阻的第一端及第一开关管的第一端连接，第一开关管的第三端分别与电感的第一端及第一二极管的阴极连接，电感的第二端与电池的第一端连接，第二电阻的第二端与比较支路的第三端连接，第一二极管的阳极接地。

在一种可选的方式中，采样支路包括第三电阻；

第三电阻的第一端与电池的第二端连接，第三电阻的第二端接地。

在一种可选的方式中，比较支路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、电容与比较器；

第四电阻的第一端分别与电池的第二端及采样支路的第一端连接，第四电阻的第二端与比较器的第一输入端连接，第五电阻的第一端分别与第六电阻的第一端及电容的第一端连接，第六电阻的第二端与控制器连接，第五电阻的第二端与比较器的第二输入端连接，电容的第二端接地，比较器的输出端与充电支路的第一端连接。

在一种可选的方式中，防倒灌支路包括第二二极管；

第二二极管的阳极与输入电源连接，第二二极管的阴极与充电支路的第二端连接。

在一种可选的方式中，放大支路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻与放大器；

第十电阻的第一端分别与采样支路的第一端及电池的第二端连接，第十电阻的第二端分别与第七电阻的第一端及放大器的第一输入端连接，第七电阻的第二端与第一电源连接，第八电阻的第一端接地，第八电阻的第二端分别与第九电阻的第一端及放大器的第二输入端连接，第九电阻的第二端分别与放大器的输出端及比较支路的第一端连接。

第二方面，本申请提供一种家用电器，包括电池以及如上所述的充电管理电路。

本申请的有益效果是：本申请提供的充电管理电路包括充电支路、采样支路、比较支路与控制器。在为电池充电时，输入电源通过充电支路为电池充电。同时，采样支路基于电池的充电电流生成第一采样电压。第一采样电压输入至比较支路。同时，控制器输出脉宽调制信号。比较支路将脉宽调制信号转换为基准电压。比较支路还将基准电压与第一采样电压进行比较，再根据比较的结果输出充电信号。继而，充电支路配置为根据充电信号调节输入电源对电池的充电电压，以调节充电电流的大小。一方面，当脉宽调制信号保持不变时，基准电压保持不变，最终可实现提供较为稳定的充电电流为电池充电；另一方面，通过调节脉宽调制信号以调节基准电压，就能够实现对充电电流的调节，因此，该充电管理电路能够适用于需要调节充电电流的应用场景，实用性较强。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为相关技术中的采用充电管理芯片控制电池充电的电路结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的充电管理电路的结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的充电管理电路的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的充电管理电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参照图2，图2为本申请实施例提供的充电管理电路100的结构示意图。如图2所示，充电管理电路100包括充电支路10、采样支路20、比较支路30与控制器40。

其中，充电支路10的第二端与输入电源200连接，充电支路10的第三端与电池BAT的第一端连接，充电支路10的第一端与比较支路30的第三端连接，电池BAT的第二端分别与采样支路20的第一端及比较支路30的第一端连接，比较支路30的第二端与控制器40连接。

具体地，输入电源200通过充电支路10为电池BAT充电。采样支路20配置为检测电池BAT的充电电流，并基于电池BAT的充电电流生成第一采样电压。控制器配置为输出占空比可调的脉宽调制信号。比较支路30配置为将脉宽调制信号转换为基准电压。比较支路30还配置为将基准电压与第一采样电压进行比较，并根据比较结果输出充电信号。充电支路10配置为根据充电信号调节输入电源200对电池BAT的充电电压，以调节充电电流的大小。

其中，脉宽调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)是一种电子信号调制方式，通过控制一个固定周期的方波信号的脉宽来传递模拟信息。PWM信号通常包含两个主要参数：占空比和频率。其中，占空比表示高电平持续时间占整个周期的百分比，频率则表示方波信号的重复周期。

控制器40可以采用微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或者数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)控制器40等。

在实际应用中，在为电池BAT充电时，输入电源200通过充电支路10为电池BAT充电。此时，采样支路20能够基于电池BAT的充电电流生成第一采样电压。第一采样电压输入至比较支路30。同时，控制器40输出脉宽调制信号至比较支路30。比较支路30将脉宽调制信号转换为基准电压，比较支路30还将基准电压与第一采样电压进行比较，再根据比较的结果输出充电信号。继而，充电支路10配置为根据充电信号调节输入电源200对电池BAT的充电电压，以调节充电电流的大小。一方面，当脉宽调制信号保持不变时，基准电压保持不变，输入电源200对电池BAT的充电电压保持不变，最终可实现提供较为稳定的充电电流为电池充电；另一方面，通过调节脉宽调制信号的占空比可以调节基准电压的大小，进而调节输入电源200对电池BAT的充电电压，就能够实现对充电电流的调节，因此，该充电管理电路100能够适用于需要调节充电电流的应用场景，实用性较强。

在相关技术中，通常采用充电管理芯片以实现对电池BAT的充电过程的控制。例如如图1所示，图1中示出了相关技术中充电管理芯片UA1控制电池BAT的充电过程的一种电路结构。且该实施例以充电管理芯片UA1的型号为AP5056HSPER为例。在实际应用中，只需通过MCU发送一个使能信号至充电管理芯片UA1的使能引脚(即充电管理芯片UA1的第8引脚)以启动充电管理芯片UA1运行，充电管理芯片UA1就能够自动完成电池BAT的充电过程。然而，此实施例中的电池BAT的充电电流完全由充电管理芯片UA1。一方面，该方式无法适用于需要调节充电电流的应用场景，实用性较差；另一方面，若需要改变充电电流，则需要更换其他类型的充电管理芯片，会导致成本的增加。

而对于本申请的实施例而言，通过调节脉宽调制信号的占空比，就能够调节基准电压的大小，进而调节电池BAT充电电流的大小。可见，用户只需根据需求调节脉宽调制信号的占空比，就能够实现对电池BAT的充电电流的调节。从而，该充电管理电路100能够适用于需要调节充电电流的应用场景，实用性较强。并且，在调节充电电流时，无需增加或更换元器件，不会导致成本的增加。

在一实施例中，如图3所示，充电管理电路100还包括防倒灌支路50。

其中，防倒灌支路50的第一端与输入电源200连接，防倒灌支路50的第二端与充电支路10的第二端连接。

具体地，防倒灌支路50被配置为防止电池BAT的充电电流倒灌至输入电源200，有利于对输入电源200起到保护作用，以使该充电管理电路100能够保持稳定运行。

在一实施例中，充电管理电路100还包括放大支路60。

其中，放大支路60的第一端分别与采样支路20的第一端及电池BAT的第二端连接，放大支路60的第二端与比较支路30的第一端连接。

具体地，放大支路60配置为对第一采样电压放大，并输出放大后的第一采样电压至比较支路30。比较支路30还被配置为将基准电压与第一采样电压进行比较，并根据比较结果输出充电信号。

在该实施例中，通过设置放大支路60对第一采样电压进行放大，能够提高第一采样电压这一信号的强度，增强该信号质量，有利于实现对该信号的精准控制。

请参照图4，图4中示例性示出了充电管理电路100的一种电路结构。

在一实施例中，如图4所示，防倒灌支路50包括第二二极管D2。

其中，第二二极管D2的阳极与输入电源200连接，第二二极管D2的阴极与充电支路10的第二端连接。

具体地，第二二极管D2用于防止第二二极管D2的阴极所连接的电路中的电流倒灌至输入电源200，以对输入电源200起到保护作用。

在一实施例中，充电支路10包括电感L1、第一二极管D1第一电阻R1、第二电阻R2与第一开关管Q1。

其中，第一电阻R1的第一端分别与输入电源200及第一开关管Q1的第二端连接，第一电阻R1的第二端分别与第二电阻R2的第一端及第一开关管Q1的第一端连接，第一开关管Q1的第三端分别与电感L1的第一端及第一二极管D1的阴极连接，电感L1的第二端与电池BAT的第一端连接，第二电阻R2的第二端与比较支路30的第三端连接，第一二极管D1的阳极接地GND。

其中，第一电阻R1的第一端为充电支路10的第二端，第二电阻R2的第二端为充电支路10的第一端，电感L1的第二端为充电支路10的第三端。

具体地，第一电阻R1与第二电阻R2用于对输入电源200的电压分压，以通过第一电阻R1上的电压为第一开关管Q1提供导通压降。

在第一开关管Q1导通时，输入电源200通过电感L1为电池BAT充电；在第一开关管Q1断开时，由于电感L1上的电流不能突变，即由于电感L1的自感作用，电感L1输出电流为电池BAT充电。第一二极管D1用于在电感L1输出电流为电池BAT充电时进行续流。

其中，在该实施例中，以第一开关管Q1为PMOS管为例。PMOS管的栅极为第一开关管Q1的第一端，PMOS管的源极为第一开关管Q1的第二端，PMOS管的漏极为第一开关管Q1的第三端。

除此之外，第一开关管Q1可以是任何可控开关，比如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、集成门极换流晶闸管(IGCT)器件、门极关断晶闸管(GTO)器件、可控硅整流器(SCR)器件、结栅场效应晶体管(JFET)器件、MOS控制晶闸管(MCT)器件等。

在一实施例中，采样支路20包括第三电阻R3。

其中，第三电阻R3的第一端与电池BAT的第二端连接，第三电阻R3的第二端接地GND。

具体地，电池BAT的充电电流流经第三电阻R3，第三电阻R3上生成电压，该电压即为第一采样电压。在第三电阻R3的电阻值确定时，由欧姆定律可确定电池BAT的充电电流与第一采样电压之间的关系。

在一实施例中，放大支路60包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10与放大器U2。

其中，第十电阻R10的第一端分别与采样支路20的第一端及电池BAT的第二端连接，第十电阻R10的第二端分别与第七电阻R7的第一端及放大器U2的第一输入端连接，第七电阻R7的第二端与第一电源V1连接，第八电阻R8的第一端接地GND，第八电阻R8的第二端分别与第九电阻R9的第一端及放大器U2的第二输入端连接，第九电阻R9的第二端分别与放大器U2的输出端及比较支路30的第一端连接。其中，该实施例以放大器U2的第一输入端为同相输入端，且放大器U2的第二输入端为反向输入端为例。

其中，第十电阻R10的第一端为放大支路60的第一端，放大器U2的输出端为放大支路60的第二端。

具体地，第七电阻R7为上拉电阻，以为放大器U2的第一输入端输入一个微弱的正向信号，从而保证在脉宽调制信号的占空比为0时，比较支路30能够输出高电平，以控制第一开关管Q1断开，来停止为电池BAT充电。第八电阻R8与第九电阻R9用于确定放大支路60的放大倍数，该放大倍数为1+r9/r8，其中，r8为第八电阻R8的电阻值，r9为第九电阻R9的电阻值。第十电阻R10与第八电阻R8为限流电阻。

在一实施例中，比较支路30包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、电容C1与比较器U1。

其中，第四电阻R4的第一端分别与电池BAT的第二端及采样支路20的第一端连接，第四电阻R4的第二端与比较器U1的第一输入端连接，第五电阻R5的第一端分别与第六电阻R6的第一端及电容C1的第一端连接，第六电阻R6的第二端与控制器40连接，第五电阻R5的第二端与比较器U1的第二输入端连接，电容C1的第二端接地GND，比较器U1的输出端与充电支路10的第一端连接。其中，该实施例以比较器U1的第一输入端为同相输入端，且比较器U1的第二输入端为反向输入端为例。

其中，第四电阻R4的第一端为比较支路30的第一端，第六电阻R6的第二端为比较支路30的第二端，比较器U1的输出端为比较支路30的第三端。

具体地，第四电阻R4与第五电阻R5为限流电阻。

电容C1基于脉宽调制信号而充电，以生成基准电压，从而实现了将脉宽调制信号转换为基准电压。通过改变脉宽调整信号的占空比，就能够改变电容C1被充电的电能，进而改变基准电压的大小。第十电阻R10为限流电阻。

以下对图4所示的电路结构的原理进行说明。

在为电池BAT充电时，控制器40输出脉宽调制信号。脉宽调制信号经过第十电阻R10后为第一电容C1充电，以在第一电容C1上形成稳定的基准电压。基准电压输入至比较器U1的反相输入端。

与此同时，第三电阻R3基于电池BAT的充电电流形成第一采样电压，第一采样电压被放大支路60放大后输出放大后的第一采样电压。放大后的第一采样电压输入至比较器U1的同相输入端。

当基准电压大于或等于放大后的第一采样电压时，可确定此时电池BAT的充电电流较小。比较器U1输出低电平信号(即此时基于比较结果所输出的充电信号为低电平信号)至第一开关管Q1，以使第一开关管Q1导通。输入电源200通过第二二极管D2、第一开关管Q1与电感L1为电池BAT充电。由于电感L1上的电流不可突变，电池BAT的充电电流逐渐增大。第三电阻R3上的电压(即上述实施例中的第一采样电压)也逐渐增大。第一采样电压的增大导致放大后的第一采样电压也随着增大。

当放大后的第一采样电压增大至大于基准电压时，比较器U1输出高电平信号(即此时基于比较结果所输出的充电信号为低电平信号)至第一开关管Q1，以使第一开关管Q1断开。此时，电感L1输出电流为电池BAT充电。电池BAT的充电电流又呈现减小趋势，从而形成了负反馈的过程，以稳定电池BAT的充电电流。

在上述过程中，当脉宽调制信号保持不变时，基准电压保持不变，比较器U1交替输出高电平信号与低电平信号，以使第一开关管Q1交替导通与关断。并且，第一开关管Q1在一个开关周期内导通的时长保持不变。从而输入电源200对电池BAT的充电电压在每个开关周期的平均值保持不变，此时，充电电流在每个开关周期的平均值(记为平均电流值)也保持不变。其中，第一开关管Q1导通并关断一次之间的时间记为一个开关周期。同时，由于当脉宽调制信号保持不变时，第一开关管Q1处于不断交替导通与断开的状态，所以使充电电流最终沿着一个电流(该电流即为上述中的平均电流值)上下以较小的范围波动。当第一开关管Q1交替导通与关断的速度较快时，充电电流可近似等于上述中的平均电流值。从而，实现了提供较为稳定的充电电流为电池BAT充电的过程。

当脉宽调制信号的占空比改变时，基准电压的大小改变，比较器U1仍交替输出高电平信号与低电平信号，以使第一开关管Q1交替导通与关断。但是，此时，第一开关管Q1在一个开关周期内导通的时长会随着脉宽调制信号的占空比改变而改变。之后，输入电源200对电池BAT的充电电压在每个开关周期的平均值改变，继而充电电流在每个开关周期的平均值(记为平均电流值)也随着改变。并且，脉宽调制信号的占空比越大，该平均电流值越大；反之，脉宽调制信号的占空比越小，该平均电流值越小。可见，脉宽调制信号的占空比与该平均电流值呈现正相关关系。亦即，脉宽调整信号的占空比与电池BAT的充电电流呈现正相关关系。进而，通过调节脉宽调制信号的占空比，就能够调节电池BAT的充电电流。

其次，由于用户只需根据需求调节脉宽调制信号的占空比，就能够实现对电池BAT的充电电流的调节。从而，该充电管理电路100能够适用于需要调节充电电流的应用场景，实用性较强。并且，在调节充电电流时，无需增加或更换元器件，不会导致成本的增加。

此外，相关技术中所采用的充电管理芯片通常价格较高，一般为几块钱，而且也得设置与充电管理芯片连接的电路结构，导致整体的成本较高。而对于本申请而言，采用的是二极管、电阻、电感、电容、放大器与比较器这部分常见的元器件，一般单个元器件的价格为几分钱，整体的成本较低。从而，还能够达到节省成本的目的。

本申请实施例还提供一种家用电器。该家用电器包括电池以及本申请任一实施例中的充电管理电路100。家用电器可以是充电宝、剃须刀、电动牙刷等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种充电管理电路，其特征在于，包括：

充电支路、采样支路、比较支路与控制器；

所述充电支路的第二端与输入电源连接，所述充电支路的第三端与电池的第一端连接，所述充电支路的第一端与所述比较支路的第三端连接，所述电池的第二端分别与所述采样支路的第一端及所述比较支路的第一端连接，所述比较支路的第二端与所述控制器连接；

所述输入电源通过所述充电支路为所述电池充电；

所述采样支路配置为检测所述电池的充电电流，并基于所述充电电流生成第一采样电压；

所述控制器配置为输出占空比可调的脉宽调制信号；

所述比较支路配置为将所述脉宽调制信号转换为基准电压，所述比较支路还配置为将所述基准电压与所述第一采样电压进行比较，并根据比较结果输出充电信号；

所述充电支路配置为根据所述充电信号调节所述输入电源对所述电池的充电电压，以调节所述充电电流的大小。

2.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述充电管理电路还包括防倒灌支路；

所述防倒灌支路的第一端与所述输入电源连接，所述防倒灌支路的第二端与所述充电支路的第二端连接；

所述防倒灌支路配置为防止所述电池的充电电流倒灌至所述输入电源。

3.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述充电管理电路还包括放大支路；

所述放大支路的第一端分别与所述采样支路的第一端及所述电池的第二端连接，所述放大支路的第二端与所述比较支路的第一端连接；

所述放大支路配置为对所述第一采样电压放大，并输出放大后的第一采样电压至所述比较支路。

4.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述充电支路包括电感、第一二极管、第一电阻、第二电阻与第一开关管；

所述第一电阻的第一端分别与所述输入电源及所述第一开关管的第二端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端及所述第一开关管的第一端连接，所述第一开关管的第三端分别与所述电感的第一端及所述第一二极管的阴极连接，所述电感的第二端与所述电池的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述比较支路的第三端连接，所述第一二极管的阳极接地。

5.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述采样支路包括第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述电池的第二端连接，所述第三电阻的第二端接地。

6.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述比较支路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、电容与比较器；

所述第四电阻的第一端分别与所述电池的第二端及所述采样支路的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述比较器的第一输入端连接，所述第五电阻的第一端分别与所述第六电阻的第一端及所述电容的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述控制器连接，所述第五电阻的第二端与所述比较器的第二输入端连接，所述电容的第二端接地，所述比较器的输出端与所述充电支路的第一端连接。

7.根据权利要求2所述的充电管理电路，其特征在于，所述防倒灌支路包括第二二极管；

所述第二二极管的阳极与所述输入电源连接，所述第二二极管的阴极与所述充电支路的第二端连接。

8.根据权利要求3所述的充电管理电路，其特征在于，所述放大支路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻与放大器；

所述第十电阻的第一端分别与所述采样支路的第一端及所述电池的第二端连接，所述第十电阻的第二端分别与所述第七电阻的第一端及所述放大器的第一输入端连接，所述第七电阻的第二端与第一电源连接，所述第八电阻的第一端接地，所述第八电阻的第二端分别与所述第九电阻的第一端及所述放大器的第二输入端连接，所述第九电阻的第二端分别与所述放大器的输出端及所述比较支路的第一端连接。

9.一种家用电器，其特征在于，包括电池以及如权利要求1-8任意一项所述的充电管理电路。