WO2015074378A1 - 一种快速充电终端 - Google Patents

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赵士青
罗德祥
胡学龙
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惠州Tcl移动通信有限公司
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Abstract

一种快速充电终端，包括：电池、USB接口、开关模块、充电电压检测单元、中央处理器、充电管理单元，通过USB接口接入智能充电器，在USB接口输出的充电电压在安全充电电压范围内时控制开关模块导通，以使充电管理单元对充电电压和充电电流进行转换，降低充电电压、增加充电电流对电池充电。

Description

一种快速充电终端 技术领域
本发明涉及电子设备，尤其涉及一种快速充电终端。
 背景技术
当今社会，科技发展迅速，智能手机、智能平板电脑等快速充电终端被大量使用。从智能手机、智能平板电脑等快速充电终端的发展趋势来看，快速充电终端的显示屏会越来越大、功能将越来越强、CPU（central processing unit，中央处理器）的处理速度必然也越来越快，这些变化都会使快速充电终端的耗电急剧增加，为了不影响待机时间，快速充电终端配备的电池的容量也必将越来越大，但由于电池的容量的增大，会使电池充电时间增加，从而会对用户的充电的体验越来越差。
因此，如何能缩短大容量电池的充电时间，已成为电子终端行业的研究方向之一。
 技术问题
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种快速充电终端，能够缩短电池的充电时间。
 技术解决方案
一种快速充电终端，采用输出电压不小于5伏特的智能充电器充电，其包括：电池；通用串行总线接口；开关模块；充电电压检测单元，用于检测通用串行总线接口输出的充电电压；中央处理器，用于判断所述充电电压是否在安全充电电压范围内，当充电电压在安全充电电压范围内时控制开关模块导通；充电管理单元，用于对所述智能充电器输出的充电电压和充电电流进行转换，降低所述充电电压、增加所述充电电流对所述电池快速充电；所述通用串行总线接口的VBUS端通过充电电压检测单元连接中央处理器、还依次通过开关模块和充电管理单元连接电池，所述中央处理器连接开关模块；在开关模块和充电管理单元之间还设置有降压单元，用于对通用串行总线接口输出的充电电压进行降压处理；所述充电管理单元输出的充电电流不小于4安。
所述快速充电终端中，所述电池为支持充电电流为2C的电池。
所述快速充电终端中，所述电池的电芯为：不爆炸、不燃烧、不冒烟的锂聚合物电芯。
所述快速充电终端中，所述智能充电器输出的充电电压为5伏特、9伏特、12伏特、15伏特、20伏特或者25伏特。
所述快速充电终端中，所述中央处理器还用于在充电电压过低或者过高时控制开关模块断开。
所述快速充电终端中，所述通用串行总线接口的VBUS端接入所述充电电压检测单元，所述充电电压检测单元用于将检测到的电压值转换后送到所述中央处理器。
所述快速充电终端中，所述中央处理器还用于在所述充电电压在所述安全充电电压范围内时控制所述开关模块导通，以使充电管理单元给所述电池充电；所述中央处理器还用于在所述智能充电器的输出电压超出了安全充电电压范围时控制开关模块处于断开状态。
所述快速充电终端中，所述降压单元、所述充电管理单元和所述电池之间的印刷电路板走线宽度为3毫米以上。
所述快速充电终端中，所述充电电压是由所述中央处理器按照充电电压曲线来控制的。
一种快速充电终端，采用输出电压不小于5伏特的智能充电器充电，其包括：
电池；
通用串行总线接口；
开关模块；
充电电压检测单元，用于检测通用串行总线接口输出的充电电压；
中央处理器，用于判断所述充电电压是否在安全充电电压范围内，当充电电压在安全充电电压范围内时控制开关模块导通；
充电管理单元，用于对所述智能充电器输出的充电电压和充电电流进行转换，降低所述充电电压、增加所述充电电流对所述电池快速充电；
所述通用串行总线接口的VBUS端通过充电电压检测单元连接中央处理器，以及依次通过开关模块和充电管理单元连接电池，所述中央处理器连接开关模块。
所述的快速充电终端中，在开关模块和充电管理单元之间还设置有降压单元，用于对通用串行总线接口输出的充电电压进行降压处理。
所述的快速充电终端中，所述充电管理单元输出的充电电流不小于4安。
所述的快速充电终端中，所述电池为支持充电电流为2C的电池。
所述的快速充电终端中，所述电池的电芯为：不爆炸、不燃烧、不冒烟的锂聚合物电芯。
所述的快速充电终端中，所述智能充电器输出的充电电压为5伏特、9伏特、12伏特、15伏特、20伏特或者25伏特。
所述快速充电终端中，所述中央处理器还用于在充电电压过低或者过高时控制开关模块断开。
所述快速充电终端中，所述通用串行总线接口的VBUS端接入所述充电电压检测单元，所述充电电压检测单元用于将检测到的电压值转换后送到所述中央处理器。
所述快速充电终端中，所述中央处理器还用于在所述充电电压在所述安全充电电压范围内时控制所述开关模块导通，以使充电管理单元给所述电池充电；所述中央处理器还用于在所述智能充电器的输出电压超出了安全充电电压范围时控制开关模块处于断开状态。
所述快速充电终端中，所述降压单元、所述充电管理单元和所述电池之间的印刷电路板走线宽度为3毫米以上。
所述快速充电终端中，所述充电电压是由所述中央处理器按照充电电压曲线来控制的。
 有益效果
相较于现有技术，本发明提供的快速充电终端，包括：电池、USB接口、开关模块、充电电压检测单元、中央处理器、充电管理单元，通过USB接口接入智能充电器，在USB接口输出的充电电压在安全充电电压范围内时控制开关模块导通，从而能使充电管理单元对所述智能充电器输出的充电电压和充电电流进行转换，降低所述充电电压、增加所述充电电流对电池充电。本发明采用了智能充电器输出大于5V的充电电压，充电管理单元根据充电功率不变的原理，采用降低充电电压增加充电电流的方式，通过大电流给电池充电，使能电池在短时间内充满电，缩短了充电时间。
 附图说明
图1为本发明提供的快速充电终端的结构框图。
 本发明的最佳实施方式
为更大的提高电池的充电效率，本发明提供一种快速充电终端，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
目前，电子终端的USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口为标准的USB接口，标准USB接口的供电电流由于受USB连接器、USB数据线及PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）走线的限制，其供电电流最大值会受到限制，标准USB接口标称电流为500mA（毫安），标准USB接口电流超过500mA就有风险，所以用增大输入电流的方法来增加输入功率会受到物理器件特性的限制，所以通过增大充电器输出电流的方法达不到要求的输出功率。
Figure SZ140055PCT-appb-I000001
本发明提供的快速充电终端可采用输出电压不小于5V（伏特）的智能充电器快速充电。如申请号为201310126487.3的专利中公开的充电器，该充电器可根据移动终端自身的状态，输出高于5V的充电电压，如9V、12V、15V等，而由于USB数据线能承载的电流有限，在充电时，充电电流需保持500mA不变，在增加充电电压的情况下增加充电器输出功率来缩短电池的充电时间。
所述为快速充电终端手机、平板电脑等便携式移动终端，为保证在充电器输出电流不变的情况下，有高电压的输出，所述智能充电器的输出的充电电压为5V（伏特）、9V、12V、15V、20V、25V或者更高，具体可根据快速充电终端的硬件性能，输出能使移动终端在最短时间内完成充电的充电电压。
请参阅图1，图1为本发明提供的快速充电终端的结构框图。如图1所示，所述的快速充电终端包括：电池100、USB接口200、开关模块300、充电电压检测单元400、中央处理器500、充电管理单元600。所述USB接口200的VBUS端通过电压检测单元400连接中央处理器500，还依次通过开关模块300、充电管理单元600连接电池100，所述中央处理器500连接开关模块300。
Figure SZ140055PCT-appb-I000001
其中，所述充电电压检测单元400用于检测USB接口200输出的充电电压，并将电压值反馈给中央处理器500。所述中央处理器500用于判断所述充电电压是否在安全充电电压范围内，当充电电压在安全充电电压内时控制开关模块300导通，使充电管理单元600开始工作；当充电电压过低或者过高时，控制开关模块300断开，保护后级电路。所述充电管理单元600用于对所述智能充电器输出的充电电压和充电电流进行转换，降低所述充电电压、增加所述充电电流对所述电池100快速充电。
具体实施时，所述USB接口200是连接外置充电器的接口，一般为小型通用的USB接口，如：Micro USB等；所述充电管理单元600包括电压检测、电压调整、充电电流检测及控制、充电电池的电压检测等。所述开关模块300可采用模拟开关或者开关芯片等，其常态下为断开状态。
充电时，由智能充电器向USB接口200输入5V以上的高电压，由USB接口200的VBUS端接入充电电压检测单元400，由充电电压检测单元400将检测到的电压值转换后送到中央处理器500，通过中央处理器500判断充电电压是否在安全充电电压范围内，若在，则中央处理器500控制开关模块300导通，使充电管理单元600工作给电池100充电；若智能充电器的输出电压超出了安全充电电压范围，如太高或太低，则中央处理器500控制开关模块300处于断开状态，此时无法进行充电，防止损坏移动终端。
充电管理单元600在对电池100充电时，通过降低充电器输出的充电电压，在充电功率不变的原理下，相应升高充电器输出的充电电流，通过大电流来给电池100充电，来缩短电池的充电时间实现快速充电。
在进一步的实施例中，本发明提供的快速充电终端中，在开关模块300和充电管理单元600之间还设置有降压单元700，所述降压单元700用于对USB接口200输出的充电电压进行降压处理。本实施例主要用于充电管理单元600不支持高电压输入的场合，通过降压单元700降低开关模块300输出的电压，同样根据功率不变的原理，相应身高充电电流，防止充电管理单元600损坏。
本发明实施例中，所述充电管理单元600所输出的充电电流不小于4A（安），以满足快速充电需要。为了让降压单元700、充电管理单元600和电池100之间能够流过大电流（如4A以上的电流），本发明还需要对PCB板走线进行改进，采用增加降压单元700、充电管理单元600和电池100之间PCB走线宽度，使其能流过大电流，而不烧坏PCB板。本实施例中，所述降压单元700、充电管理单元600和电池100之间的PCB走线宽度为3mm（毫米）以上。
Figure SZ140055PCT-appb-I000001
本实施例中，为了满足快速充电需求，所述电池100为支持充电电流为2C（C为充电电池容量，如：充电电流为2C，电池容量为2.5AH，则充电电流就是5A）的电池，充电电流越大，充电时间越短，本发明采用充电电流为2C，可使充电时间缩短至原来的1/2、1/3、1/4、1/5，甚至更短。为了适应大电流充电，本发明对电池100也作出一些改进，以防止电池100充爆，其电芯选择不爆炸、不燃烧、不冒烟等安全的锂聚合物材质电芯及相关电芯，安全性高。上述所述电池100的具体规格如下表所示：
Figure SZ140055PCT-appb-I000002
充电时，USB接口200的VBUS端输入5V或以上的高电压，提供大功率输入，充电电压检测单元400将电压值传入中央处理器500，然后中央处理器500控制开关模块300导通，此时输入的高电压经过充电管理单元600的等功率降压处理，提高充电电流后对所述电池100进行充电。
具体的，智能充电器输出功率（即，快速充电终端输入的功率）为P1=U1×I1,其中P1为智能充电器输出功率（等于快速充电终端输入功率），U1为智能充电器输出电压（等于快速充电终端输入电压），I1为智能充电器输出电流（等于快速充电终端输入电流）。在充电时，智能充电器的输出连接到快速充电终端的充电管理单元600，充电管理单元600的输入功率等于智能充电器的输出功率，既为P1=U1×I1，充电管理单元600经充电管理、DC/DC电压变换及电流变换后的输出功率为P2=U2×I2，其中P2为充电管理单元600的输出功率，U2为充电管理单元600的输出电压，也即电池的充电电压，该充电电压是按照充电电压曲线由中央处理器500来控制并由充电管理单元600执行，I2为充电管理单元600的输出电流，也即电池100的充电电流，该充电电流是按照充电电流曲线由中央处理器500来控制并由充电管理单元600执行。此中所述U1大于U2，I1小于I2。
在理想状态下，上述智能充电器输出的功率P1与充电管理单元600经过转换后的输出功率P2相等，即P1=P2。如此，则可以实现在保证功率不变的情况下，降低充电电压的同时提高充电电流，进行对电池100的快速充电。
当然，具体实施时，根据能量守恒，设快速充电终端的充电管理单元600的能量转换效率为η,则P2=P1×η，从该公式可看出，在转换效率η恒定时（高电压输入和低电压输入，充电管理单元600的转换效率η基本不变或变化非常小），输入功率增加，充电管理单元600的输出功率按比例增加，即充电功率按比例增加。
从以上分析可知：智能充电器输出电压U1越高、输出电流I1越大，则智能充电器输出功率P1也越大，在智能充电器输出电流I1不变时，只提高输出电压U1，智能充电器输出功率P1也按比例增大，智能充电器输出功率等于快速充电终端中充电管理单元600输入功率，在充电管理单元600的转换效率η恒定时，充电管理单元600输入功率提高，其输出功率也按比例提高，本发明通过提高输入电压的方法提高输入功率，打破了传统的以输入电压恒定增大输出电流来增大功率的方法，本发明采用大电流充电的方式使电池的充电时间急剧缩短，充分展示了快速充电的优越性。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
本发明的实施方式
工业实用性
序列表自由内容

Claims (20)

  1. 一种快速充电终端，采用输出电压不小于5伏特的智能充电器充电，其包括：
    电池；
    通用串行总线接口；
    开关模块；
    充电电压检测单元，用于检测通用串行总线接口输出的充电电压；
    中央处理器，用于判断所述充电电压是否在安全充电电压范围内，当充电电压在安全充电电压范围内时控制开关模块导通；
    充电管理单元，用于对所述智能充电器输出的充电电压和充电电流进行转换，降低所述充电电压、增加所述充电电流对所述电池快速充电；
    所述通用串行总线接口的VBUS端通过充电电压检测单元连接中央处理器、还依次通过开关模块和充电管理单元连接电池，所述中央处理器连接开关模块；
    在开关模块和充电管理单元之间还设置有降压单元，用于对通用串行总线接口输出的充电电压进行降压处理；
    所述充电管理单元输出的充电电流不小于4安。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  2. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述电池为支持充电电流为2C的电池。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  3. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述电池的电芯为：不爆炸、不燃烧、不冒烟的锂聚合物电芯。
  4. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述智能充电器输出的充电电压为5伏特、9伏特、12伏特、15伏特、20伏特或者25伏特。
  5. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述中央处理器还用于在充电电压过低或者过高时控制开关模块断开。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  6. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述通用串行总线接口的VBUS端接入所述充电电压检测单元，所述充电电压检测单元用于将检测到的电压值转换后送到所述中央处理器。
  7. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述中央处理器还用于在所述充电电压在所述安全充电电压范围内时控制所述开关模块导通，以使充电管理单元给所述电池充电；
    所述中央处理器还用于在所述智能充电器的输出电压超出了安全充电电压范围时控制开关模块处于断开状态。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  8. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述降压单元、所述充电管理单元和所述电池之间的印刷电路板走线宽度为3毫米以上。
  9. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述充电电压是由所述中央处理器按照充电电压曲线来控制的。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  10. 一种快速充电终端，采用输出电压不小于5伏特的智能充电器充电，其包括：
    电池；
    通用串行总线接口；
    开关模块；
    充电电压检测单元，用于检测通用串行总线接口输出的充电电压；
    中央处理器，用于判断所述充电电压是否在安全充电电压范围内，当充电电压在安全充电电压范围内时控制开关模块导通；
    充电管理单元，用于对所述智能充电器输出的充电电压和充电电流进行转换，降低所述充电电压、增加所述充电电流对所述电池快速充电；
    所述通用串行总线接口的VBUS端通过充电电压检测单元连接中央处理器，以及依次通过开关模块和充电管理单元连接电池，所述中央处理器连接开关模块。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  11. 根据权利要求10所述的快速充电终端，其中
    在开关模块和充电管理单元之间还设置有降压单元，用于对通用串行总线接口输出的充电电压进行降压处理。
  12. 根据权利要求10所述的快速充电终端，其中
    所述充电管理单元输出的充电电流不小于4安。
  13. 根据权利要求12所述的快速充电终端，其中
    所述电池为支持充电电流为2C的电池。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  14. 根据权利要求12所述的快速充电终端，其中
    所述电池的电芯为：不爆炸、不燃烧、不冒烟的锂聚合物电芯。
  15. 根据权利要求1所述的快速充电终端，其中
    所述智能充电器输出的充电电压为5伏特、9伏特、12伏特、15伏特、20伏特或者25伏特。
  16. 根据权利要求10所述的快速充电终端，其中
    所述中央处理器还用于在充电电压过低或者过高时控制开关模块断开。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  17. 根据权利要求10所述的快速充电终端，其中
    所述通用串行总线接口的VBUS端接入所述充电电压检测单元，所述充电电压检测单元用于将检测到的电压值转换后送到所述中央处理器。
  18. 根据权利要求10所述的快速充电终端，其中
    所述中央处理器还用于在所述充电电压在所述安全充电电压范围内时控制所述开关模块导通，以使充电管理单元给所述电池充电；
    所述中央处理器还用于在所述智能充电器的输出电压超出了安全充电电压范围时控制开关模块处于断开状态。
    Figure SZ140055PCT-appb-I000001
  19. 根据权利要求10所述的快速充电终端，其中
    所述降压单元、所述充电管理单元和所述电池之间的印刷电路板走线宽度为3毫米以上。
  20. 根据权利要求10所述的快速充电终端，其中
    所述充电电压是由所述中央处理器按照充电电压曲线来控制的。
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