WO2016015458A1

WO2016015458A1 - 一种充电控制方法、装置及一种pos终端

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Publication number: WO2016015458A1
Application number: PCT/CN2015/070704
Authority: WO
Inventors: 胡利国
Original assignee: 福建联迪商用设备有限公司
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-02-04
Also published as: CN104158241B; CN104158241A

Abstract

一种充电控制装置的充电控制方法、充电控制装置和POS终端，充电控制装置包括电压监测单元（20）、控制单元（30）和执行单元（10）；电压监测单元与执行单元分别连接于充电器的输出端和控制单元；控制单元用于控制执行单元增大或减小充电器的输出电流；电压监测单元用于判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，并将判断结果发送给控制单元；控制单元用于当充电器的输出电压跌落值大于预设的阀值时，控制执行单元减小充电器的输出电流，当充电器的输出电压跌落值小于或等于预设的阀值时，控制执行单元增大充电器的输出电流。充电控制装置能有效提高充电器的充电效率。

Description

一种充电控制方法、装置及一种POS终端

技术领域

本发明涉及电子设备充电领域，特别是涉及一种充电控制方法、装置及一种POS终端。

背景技术

移动电源，英文mobile power pack(简称MPP)，一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电。一般由锂电芯或者干电池作为储电单元。区别于产品内部配置的电池，也叫外挂电池。一般配备多种电源转接头，通常具有大容量、多用途、体积小、寿命长和安全可靠等特点，是可随时随地为手机、数码相机、MP3、MP4、PDA、掌上电脑、掌上游戏机等多种数码产品供电或待机充电的功能产品。

充电宝(Charge Pal)是指可以直接给移动设备充电且自身具有储电单元的装置，可提供较为充足的电力。由于智能手机盛行，又较为耗电，所以需要移动电源提供用户较为充足的电力。目前市场上功能性的充电宝，都配置的标准的USB输出，基本能满足市场上常见的移动设备手机、MP3、MP4、PDA、PSP、蓝牙耳机、数码相机等多种数码产品的充电需求。

请参阅图1和图2，为充电宝电路的典型结构和及其具体应用。充电宝的实现方法如下：

当充电宝的输入端插入USB充电器时，充电宝处于充电状态下，USB(5V)通过内部充电电路给锂电池(3.7V)充电；

当充电宝的输出端插入手机等终端时，充电宝处于放电状态下，锂电池(3.7V)通过升压电路产生5V，给手机等终端供电。

该技术存在的技术缺点：

1、由于充电宝无法识别前端USB充电器的供电能力，同时无法检测后端用电终端的负载情况，充电宝的充电电流为固定值。因此，无法根据前端USB充电器的供电能力，以及后端用电终端的负载情况，动态调整充电电流。举个例子：当设定充电电流为1A时，无论前端插入的USB充电器能提供1A\2A\3A，它都按照1A电流来充电。无法充分发挥USB充电器的性能。又如，后端用电终端的电流变化，也无法动态调整充电电流。

2、该方案从USB充电器后端用电终端，总共经过3个IC，需要3次能量转换(1.USB充电器通过充电电路转换能量到电池上2.电池通过升压电路转换能量为USB-5V 3.USB-5V接入手机，通过手机内部的充电电路转换能量到手机电池上)。充电装置的集成度低，需要多个IC完成功能，成本高；同时，能量转换次数多，能量流失多，效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种充电控制装置、该充电控制装置的充电控制方法及一种POS机，本发明能够有效提高充电器的充电效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种充电控制装置，包括电压监测单元、控制单元和执行单元；所述电压监测单元与执行单元分别连接于充电器的输出端和所述控制单元；所述控制单元用于控制所述执行单元增大或减小充电器的输出电流；所述电压监测单元用于判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，并将判断结果发送给控制单元；所述控制单元用于当所述充电器的输出电压跌落值大于预设的阀值时，控制所述执行单元减小充电器的输出电流，当充电器的输出电压跌落值小于或等于预设的阀值时，控制所述执行单元增大充电器的输出电流。

为解决上述技术问题，本发明提供的另一技术方案为：

一种POS终端，所述POS终端包括以上技术方案所述的充电控制装置。

为解决上述技术问题，本发明还提供一技术方案为：

一种以上所述的充电控制装置的充电控制方法，包括步骤：S1、增大充电器的输出电流；S2、判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，若是，则减小充电器的输出电流，若否，则跳转至步骤S1。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术中，充电器无法动态调整充电电流，充电效率低，本发明技术方案通过主动增大充电器的输出电流，并判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，若所述跌落值小于预设的阀值，则说明充电器的带负载能力充足，此时，继续增大充电器的输出电流，从而充分发挥充电器的充电能力，提高充电器的充电效率；若所述跌落值大于预设的阀值，则说明充电器的供电能力不足，或者充电电流过大，此时，减小充电器的输出电流，从而使充电器能自适应前端供电以及后端充电负载。

附图说明

图1为现有技术中充电宝的电路结构示意图；

图2为现有技术中充电宝给充电负载充电的电路结构示意图；

图3为本发明一实施方式中充电控制装置的电路示意图；

图4为本发明一实施方式中充电控制装置的电路示意图；

图5为本发明一实施方式中充电控制装置的具体电路示意图；

图6为本发明一实施方式中POS终端的示意图；

图7为图5所示充电控制装置的控制执行流程图；

图8为本发明一实施方式中充电控制装置的充电控制方法的执行流程图。

主要标号说明：

10-执行单元；20-电压监测单元；30-控制单元；40-升压单元。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于：通过主动调整充电器的输出电流大小，并监测充电器的输出电压跌落值，充分发挥充电器的充电效率。

请参阅图3，一种充电控制装置，包括电压监测单元20、控制单元30和执行单元10；

所述电压监测单元20与执行单元10分别连接于充电器的输出端和所述控制单元30；

所述控制单元30用于控制所述执行单元10增大或减小充电器的输出电流；

所述电压监测单元20用于判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，并将判断结果发送给控制单元30；

所述控制单元30用于当所述充电器的输出电压跌落值大于预设的阀值时，控制所述执行单元10减小充电器的输出电流，当充电器的输出电压跌落值小于或等于预设的阀值时，控制所述执行单元10增大充电器的输出电流。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本实施方式充电控制装置与不同的充电器连接使用时，通过主动增大充电器的输出电流，并监测充电器的输出电压，判断充电器的输出电压跌落值是否会大于预设的阀值，若检测到充电器的输出电压跌落值小于预设的阀值，则说明该充电器的充电能力充沛，此时，继续增大充电器的输出电流，当所述跌落值大于预设的阀值，则说明该充电器的充电能力不够，此时减小充电器的输出电流，从而能够根据不同的充电器的充电能力选择适当的充电电流，充分发挥充电器的充电能力，提高充电器的充电效率。

进一步的，在本实施方式中，所述执行单元10为MOS管，MOS管的栅极连接于所述控制单元30，MOS管的漏极连接于充电器的输出端，MOS管的源极连接充电负载。

当MOS管的Vgs＜0时(Vgs为栅极与源极电压)，MOS管上的RDSon(导通电阻)为无穷大∞，此时MOS管的输出电流(即充电器的输出电流)约等于0；当MOS管的Vgs逐步增大时，MOS管的RDSon将逐步减小，MOS管的输出电流(即充电器的输出电流)逐步增大。因此，控制单元30通过控制MOS管的Vgs(栅极与源极电压)就可控制执行单元10的输出电流。

在其他一些实施方式中，所述执行单元10可以是恒压源或恒流源，控制单元30根据电压监测单元20的输出结果控制恒压源或恒流源改变其输出电流大小。

请参阅图4，进一步的，在本实施方式中，在所述执行单元10与充电器输出端之间串联有升压单元40，所述升压单元40用于将充电器的输出电压值提升至预定的电压值。因大多数的充电器的输出电压都是固定的，因此，充电器的只能用于给比其输出电压小的充电负载进行充电，本实施方式在充电控制装置的执行单元10之前设置了升压单元40(即所述升压单元40串联于充电器的输出端与所述执行单元10之间)，从而使该充电控制装置可以与更多的充电器适配，具有更大的应用范围，

例如，充电器的输出电压为5V，而充电负载的充电电压为8V，在一般情况下，该充电器是无法给所述充电负载进行充电，但在本实施方式中，所述充电控制装置设置有升压单元40，通过所述升压单元40可以将充电器的输出电压提升至大于8V的其他值，因此，通过本充电控制装置就可对所述充电负载进行充电。

请参阅图5，进一步的，在本实施方式中，所述升压单元40包括电感L1、电容C1、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；

所述电感的一端连接于充电器的输出端，电感L1的另一端分别连接于第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的漏极，所述第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的栅极分别连接于所述控制单元30，第一MOS管Q1的漏极分别连接所述电容C1以及执行单元10(MOS管Q3)。

所述升压单元40的工作原理为：

控制单元通过控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的栅极，来控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的打开和关闭。在初始状态下，Q1打开，C1电压等于USB输入电压5V；控制单元控制关闭Q1，打开Q2，那么电感上的电压差为5V，所以电感上的电流以

的斜率增加，随着电感电流增加，电感里储存了一定能量；控制单元控制打开Q1，关闭Q2，由于电感电流不能突变的特性，电感电流继续通过Q1流向C1，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高；控制单元重复控制打开和关闭Q1 Q2，保持C1电压高于输入电压。C1升压电压值取决于打开和关闭Q1 Q2的PWM占空比。根据电感的秒伏平衡

Ion＝Ioff

可得：Vo＝(Ton/Toff+1)*Vin，即通过控制Ton Toff可以控制升压电压值。

所述第一MOS管和第二MOS管接收控制单元30发送PWM信号(脉宽调制信号)，控制所述第一MOS管和第二MOS管的导通占空比，从而控制第一MOS管的源极的输出电压。因此，控制单元30通过输出不同占空比的PWM信号给第一MOS管和第二MOS管即可控制升压单元40输出不同的输出电压。

本实施方式中，所述控制单元30控制PWM信号输出，使得升压单元40的输出电压等于电池电压再加上0.2V，即保持Q3两端的电压差始终等于0.2V。控制单元30同时控制Q3的RDSon(导通电阻)，使得充电电流＝0.2V/RDSon，RDSon(导通电阻)的大小，决定了充电电流的大小。所述升压单元40的输出电压可以根据控制单元30输出的PWM信号升高或降低，实现升压单元40输出电压可调，从而，可以与更多的充电器适配使用，进一步扩大的该充电控制装置的使用范围。

请参阅图7，以下就图5所示的充电控制装置的工作过程及原理进行说明：

1、首先，升压单元内的电感L1和2个MOS管第一MOS管L1和第二MOS管L2以及电容C1，构成一个“升压输出”电路，充电器USB 5V通过这一升压单元，产生一个Vbat+0.2V的输出电压。

2、初始状态下，MOS管Q3(执行单元)的Vgs＜0，那么MOS管Q3上的RDSon为无穷大∞，那么充电电流＝0.2V/RDSon≈0。

3、控制单元开始工作后，会按照步进逐步增加MOS管Q3的Vgs电压，MOS管Q3上的RDSon按步进减小，那么充电电流＝0.2V/RDSon步进增大。

4、增加充电电流，会使得输入端的USB 5V电压跌落。电压监测单元会监测输入电压的跌落情况，当输入电压跌落幅值达到电压监测单元内部比较器触发值后，控制单元会立即按10mS的步进减小MOS管Q3的Vgs电压到0，来增大MOS管Q3上的RDSon，最终使得充电电流＝0.2V/RDSon，步进减小。

5、当充电器输出电压恢复到另一触发值后，控制单元会控制MOS管Q3按100mS的步进增大MOS FET的Vgs电压，来减小MOS FET的RDSon，进而重新增大充电电流。

整个充电电流在4、5步骤间不断重复，这样可以达到充电效率最大化。

进一步的，在本实施方式中，所述充电控制装置的电压监测单元、控制单元、升压单元和执行单元集成在同一IC里面，大大减小了充电控制装置的成本和PCB板空间；同时也减小了电能转换过程的能量流失。

请参阅图6，本发明还提供另一实施方式，一种POS终端，该POS终端设置有以上实施方式所述的充电控制装置，所述充电控制装置设置于POS终端的充电输入接口与POS终端的内置电池间。因所述充电控制装置能够根据与之连接的充电器的充电能力，相应的调整充电电流(即执行单元输出电流和充电器输出电流)，当充电器的充电能力(即带充电负载能力)强时，提高充电电流，当充电器的充电能力较小时，适当的降低充电电流，从而能够充分发挥充电器的充电能力，提高充电效率。

以下是采用不同充电能力的充电器对本发明POS终端和现有POS终端进行充电的比对数据：

对比充电电流，如表一所示：

	现有技术充电电流	新技术充电电流
	现有技术充电电流	新技术充电电流	使用5V-1A适配器	0.6A	0.6A
使用5V-2A适配器	0.6A	1.22A	使用5V-1A适配器	0.6A	0.6A
使用5V-2A适配器	0.6A	1.22A	使用5V-3A适配器	0.6A	1.82A

表一

对比充电时间，如表二所示：(电池为1800mAH)

	现有技术充电时间	新技术充电时间
	现有技术充电时间	新技术充电时间	使用5V-1A适配器	3小时40分	3小时40分
使用5V-2A适配器	3小时40分	2小时	使用5V-1A适配器	3小时40分	3小时40分
使用5V-2A适配器	3小时40分	2小时	使用5V-3A适配器	3小时40分	1小时20分

表二

新旧两种方案的PCB空间比较如表三所示：

	现有技术	新技术
	现有技术	新技术	PCB空间	18mm*35mm	16mm*18mm

表三

从以上对比数据可以明显得出，本发明带有充电控制装置的POS终端的充电电流和充电时间随充电适配器的充电能力而变化，充电器的充电能力越强，充电电流就随之提高，充电时间就相应的减小，从而充电发挥不同充电器的充电能力，提高充电器的充电效率。

请参阅图8，本发明还提供的另一实施方式为：一种以上所述的充电控制装置的充电控制方法，该方法包括步骤：

S1、增大充电器的输出电流；

S2、判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，若是，则减小充电器的输出电流，若否，则跳转至步骤S1。

从以上描述可得，本实施方式充电控制方法主动增大充电器的输出电流，并判断在增大输出电流时充电器的输出电压的跌落值是否超过预设的阀值，若是，则说明该充电器的充电能力较小，目前的充电电流已经超过其额定最大充电电流，所以应适当减小充电器的输出电流；若所述充电器的输出电流的跌落值较小，小于预设的阀值，则说明该充电器的充电能力较强，目前的充电电流还未达到额定的最大充电电流，因此，可以适当的增大充电器的充电电流。因此，本充电控制方法可以充电发挥不同充电器的充电能力，提高充电器的充电效率，缩短充电器的充电时间。

进一步的，在所述步骤S2后还包括步骤：

S3、判断充电器的输出电压是否恢复到预设的触发值，若是，则跳转至步骤S1，若否，则减小充电器的输出电流。

综上所述，本发明提供的充电控制装置、POS终端和充电控制方法不仅能够充分发挥不同充电器的充电能力，提高其充电效率，而且可以根据不同的充电负载的充电电压调整充电电压，使充电负载具有更大范围的适用充电器。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

一种充电控制装置，其特征在于，包括电压监测单元、控制单元和执行单元；

所述电压监测单元与执行单元分别连接于充电器的输出端和所述控制单元；

所述控制单元用于控制所述执行单元增大或减小充电器的输出电流；

所述电压监测单元用于判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，并将判断结果发送给控制单元；

所述控制单元用于当所述充电器的输出电压跌落值大于预设的阀值时，控制所述执行单元减小充电器的输出电流，当充电器的输出电压跌落值小于或等于预设的阀值时，控制所述执行单元增大充电器的输出电流。
根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，在所述执行单元与充电器输出端之间串联有升压单元，所述升压单元用于将充电器的输出电压值提升至预定的电压值。
根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，所述执行单元为恒压源或恒流源。
根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，所述执行单元为MOS管，MOS管的栅极连接于所述控制单元，MOS管的漏极连接于充电器的输出端，MOS管的源极连接充电负载。
根据权利要求2所述的充电控制装置，其特征在于，所述升压单元包括电感、电容、第一MOS管和第二MOS管；

所述电感的一端连接于充电器的输出端，电感的另一端分别连接于第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极，所述第一MOS管和第二MOS管的栅极分别连接于所述控制单元，第一MOS管的漏极分别连接所述电容以及执行单元。
根据权利要求5所述的充电控制装置，其特征在于，所述电压监测单元、控制单元、升压单元和执行单元集成在同一IC里面。
一种POS终端，其特征在于，所述POS终端包括上述权利要求1～6任一所述的充电控制装置。
一种权利要求1至6任一所述的充电控制装置的充电控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1、增大充电器的输出电流；

S2、判断充电器的输出电压跌落值是否大于预设的阀值，若是，则减小充电器的输出电流，若否，则跳转至步骤S1。
根据权利要求8所述的充电控制装置的充电控制方法，其特征在于，在所述步骤S2后还包括步骤：

S3、判断充电器的输出电压是否恢复到预设的触发值，若是，则跳转至步骤S1，若否，则减小充电器的输出电流。