高压快速充电的充电电路及其充电方法与流程

本发明涉及电源电路，尤其是涉及一种结构简单、不需要电感、充电效率高、发热低的高压快速充电的充电电路及其充电方法。

背景技术：

随着电池技术的发展，允许进入电池充电电流达到1.5c-2c，需求更大的电池充电电流。当下的快速充电技术分为低压快速充电技术与高压快速充电技术；低压快速充电技术均为直通充电技术，过大的电流在充电线上产生大量的线损损耗，对充电线及充电头要求较高，安全风险大，成本压力大；高压快速充电技术均采用普通的带电感的dc-dc降压充电技术，采用两组dc-dc充电并联，充电效率与普通充电效率相同，不能解决发热严重问题，也无法提高充电功率。同时，传统的充电技术都要安装有电感元件，电感元件一是体积较大，会影响产品的空间，二是电感元件在使用时，会产生较高的热量，这就要求产品要留有散热空间，同时电感元件的价格也一直居高不下。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种结构简单、不需要电感、充电效率高、发热低的高压快速充电的充电电路。

本发明通过以下技术措施实现的，一种高压快速充电的充电电路，包括开关模块、降压模块和反馈模块；所述反馈模块包括连接在输入主电路的第一检测电阻、连接在输出主电路的第二检测电阻和由输出主电路充电的充电电池，所述第一检测电阻、第二检测电阻和充电电池二端分别并联有第一信号采集电路、第二信号采集电路和第三信号采集电路的输入端，所述第一信号采集电路、第二信号采集电路和第三信号采集电路的输出端分别将输出信息传输给控制电路；所述开关模块连接在降压模块与输入主电路之间，并由控制电路控制其开关状态；所述降压模块包括第一输入端和第二输出端，所述第一输入端连接在第一开关管的一极，所述第一输入端与第一开关管之间还通过一第一电容接地，所述第一开关管的另一极分别连接第二电容的一极及第三开关管的一极，所述第三开关管的另一极分别连接第二输出端及第四开关管的一极，所述第二输出端通过第二检测电阻连接充电电池，所述充电电池的另一端接地，所述第二输出端还通过第三电容接地，所述第四开关管的另一极分别连接第二电容的另一极及第二开关管的一极，所述第二开关管的另一极接地。

作为一种优选方式，所述第一输入端连接在第一mos管的漏极，所述第一mos管的源极分别连接第二电容的一极及第三mos管的漏极，所述第三mos管的源极分别连接第二输出端的及第四mos管的漏极，所述第二输出端通过第二检测电阻连接充电电池，所述充电电池的另一端接地，所述第二输出端还通过第三电容接地，所述第四mos管的源极分别连接第二电容的另一极及第二mos管的漏极，所述第二mos管的源极分别连接第一电容的另一极及接地。

作为一种优选方式，所述mos管都为n沟道mosfet。

作为一种优选方式，所述第一开关管与第四开关管驱动开关同相，第二开关管与第三开关管驱动开关同相，第一开关管、第四开关管与第二开关管、第三开关管驱动开关反相，并且第一开关管、第四开关管与第二开关管、第三开关管驱动存在死区，防止第一开关管与第三开关管同时导通，及防止第二开关管与第四开关管同时导通。

作为一种优选方式，所述第一mos管与第四mos管驱动开关同相，第二mos管与第三mos管驱动开关同相，第一mos管、第四mos管与第二mos管、第三mos管驱动开关反相，并且第一mos管、第四mos管与第二mos管、第三mos管驱动存在死区，防止第一mos管与第三mos管同时导通，及防止第二mos管与第四mos管同时导通。

作为一种优选方式，所述开关模块包括串联的第五mos管和第六mos管，所述输入主电路通过第一检测电阻连接在第五mos管的源极，所述第五mos管的漏极连接第六mos管的漏极，所述第六mos管的源极连接降压模块的第一输入端，所述五mos管的栅源和第六mos管栅源受控于控制电路。

作为一种优选方式，所述输入主电路通过一第四电容接地。

本发明还公开了一种高压快速充电的充电方法，其包括如下步骤：

(a)控制电路通过第一信号采集电路、第二信号采集电路和第三信号采集电路分别采集第一检测电阻、第二检测电阻和充电电池的压差，从而计算并判断输入电流、电池电流和电池充电电压是否达到设定的最大工作值；

(b)当控制电路检测到输入电流、电池电流和电池充电电压均未达到设定的最大工作值时，控制电路控制开关模块工作在直通状态；当控制电路检测到输入电流、电池电流和电池充电电压三个条件的任意一个达到了最大工作值时，控制电路控制开关模块在线性工作状态；当控制电路检测到输入主电路电压小于输出主电路电压两倍时，不足以对电池充电，控制电路控制开关模块关闭。

本发明的充电电路是一种不需要电感即可完成高压快速充电的电路，在工作时电压从输入主电路经过开关模块得到第一输入端电压，第一输入端电压降压模块两倍降压得到第二输出端电压，整个电路系统通过反馈模块对输入主电路电流，进入电池的电流，电池两端的电压反馈给反馈模块，并由反馈模块控制开关模块的工作，从而得到稳定的电池充电电压与充电电流。本发明电路具有结构简单、不需要电感、充电效率高、发热低的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的电路原理图。

图2为本发明实施例降压模块的电路原理图。

图3为本发明实施例q1、q4导通，q2、q3关闭的等效电路原理图。

图4为本发明实施例q2、q3导通，q1、q4关闭的等效电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例的一种高压快速充电的充电电路，参考图1，包括开关模块101、降压模块102和反馈模块103；所述反馈模块103包括连接在输入主电路的第一检测电阻r1、连接在输出主电路的第二检测电阻r2和由输出主电路充电的充电电池，所述第一检测电阻r1、第二检测电阻r2和充电电池二端分别并联有第一比较器u1、第二比较器u2和第三比较器u3的输入端，所述第一比较器u1、第二比较器u2和第三比较器u3的输出端分别将输出信息传输给控制电路gatecontrol；所述开关模块101连接在降压模块102与输入主电路之间，并由控制电路gatecontrol控制其开关状态；所述降压模块102包括第一输入端和第二输出端，所述第一输入端连接第一开关管的一极(在本实施例中为第一mos管q1的漏极)，所述第一输入端与第一开关管之间还通过一第一电容c1接地，所述第一开关管(在本实施例中为第一mos管q1的源极)的另一极分别连接第二电容c2的一极及第三开关管的一极(在本实施例中为第三mos管q3的漏极)，所述第三开关管的另一极(在本实施例中为第三mos管q3的源极)分别连接第二输出端的及第四开关管的一极(在本实施例中为第四mos管q4的漏极)，所述第二输出端通过第二检测电阻r2连接充电电池，所述充电电池的另一端接地，所述第二输出端还通过第三电容c3接地，所述第四开关管的另一极(在本实施例中为第四mos管q4的源极)分别连接第二电容c2的另一极及第二开关管的一极(在本实施例中为第二mos管q2的漏极)，所述第二开关管的另一极(在本实施例中为第二mos管q2的源极)接地，其中的mos管都为n沟道mosfet。在其它实施例中，各开关管也可以是多个mos管的组合。

本高压快速充电的充电电路是一种不需要电感即可完成高压快速充电的电路，在工作时电压从输入主电路经过开关模块101得到第一输入端电压vc1，第一输入端电压vc1降压模块102两倍降压得到第二输出端电压vc3，整个电路系统通过反馈模块103对输入主电路电流，进入电池的电流，电池两端的电压反馈给反馈模块103，并由反馈模块103控制开关模块101的工作，从而得到稳定的电池充电电压与充电电流。

第一mos管q1与第四mos管q4驱动开关同相，第二mos管q2与第三mos管q3驱动开关同相，第一mos管q1(第四mos管q4)与第二mos管q2(第三mos管q3)驱动开关反相，并且第一mos管q1(第四mos管q4)与第二mos管q2(第三mos管q3)驱动存在死区，防止第一mos管q1与第三mos管q3同时导通，第二mos管q2与第四mos管q4同时导通。

其工作原理如下：

外界电压从输入主电路经过开关模块得到第一输入端电压，第一输入端电压经降压模块两倍降压得到第二输出端电压，整个电路系统通过反馈模块103对主输入电路的电流、进入电池的电流和电池两端的电压反馈来控制开关模块101的工作，得到稳定的电池充电电压与充电电流。这种高压快速充电的充电方法，包括如下步骤：(a)控制电路通过第一比较器u1、第二比较器u2和第三比较器u3分别采集第一检测电阻r1、第二检测电阻r2和充电电池的压差，从而计算并判断输入电流、电池电流和电池充电电压是否达到设定的最大工作值；

(b)当控制电路gatecontrol检测到输入电流、电池电流和电池充电电压均未达到设定的最大工作值时，控制电路gatecontrol控制开关模块101工作在直通状态；当控制电路gatecontrol检测到输入电流、电池电流和电池充电电压三个条件的任意一个达到了最大工作值时，控制电路gatecontrol控制开关模块101在线性工作状态；当控制电路gatecontrol检测到输入主电路电压小于输出主电路电压两倍时，不足以对电池充电，甚至电池电流反向流出，控制电路gatecontrol控制开关模块101关闭。

与本电路配合工作的有一个可调输出电压的适配器，且通过数字信号(d+d-或pd或其它)通信。由于数字通信需要时间，所以当此电路出现过流，过压时，通过反馈模块103控制开关模块101的线性工作或关闭来进行迅速调整，安全得到了保障。然后通过数字信号调整适配器输出电压，又可以使得开关模块101部分工作在直通状态，减少了电路损耗，提高了充电效率。特别是在移动终端系统中，系统从第二输出端取电，一部分电流从第二输出端分流出去。且此部分电流随用户对手机的使用情况而改变。普通快速充电系统中，一般固定输入电流，若移动终端系统部分拉电流较大，则进入电池的电流不足，充电速度降低。此充电系统可以最大利用适配器的输出能力。若输出能力足够，r1充电电流可以设置为大于r2充电电流的一半，就能保证进入电池的电流大小，提高充电速度。本高压快速充电电路，输入电压大于等于2倍电池电压，输入电流为进入电池的电流一半，减少了充电线上的损耗，弥补了低压快速充电技术的不足，2:1降压无电感电路，体积小且充电效率可达98％。

降压模块102的工作过程是：图2为降压模块102的电路原理图，当第一输入端有电压vc1输入时，即电容c1二端有压差，电容c2、电容c3二端的电压为0，mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4常闭；首先开通mos管q1与mos管q4，图3为其等效电路原理图，电容c2与电容c3串联，串联后与电容c1并联，由于存在压差，则电容c1开始对电容c2及电容c3充电，由于电容分压的固有特性，电容c2与电容c3电容两边的电压相等，(vc2t-vc2b)＝v2；然后关闭mos管q1与mos管q4，开通mos管q2与mos管q3，图4为其等效电路原理图，此时电容c2与电容c3并联，若第二端s2没有负载，则电压v2不变，电容c2与电容c3电容两边的电压相等，电容c2不会对电容c3充电；若第二端s2有负载，则电压v2下降，电容c3电容两边电压小于电容c2电容两边电压(vc2t-vc2b)，则电容c2上电流流向电容c3，电容c2对电容c3充电；

忽略线上阻抗，mos阻抗等因素，在开通mos管q1与mos管q4时，电容c1瞬时对电容c2与电容c3完成充电，vc1＝vc2t，在一个开关周期内即可使得vc3＝1/2*vc1；

由于mos有导通电阻，mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4的导通阻抗均为r，在开通mos管q1与mos管q4时，r与电容c2、r、电容c3串联，电容c1给电容c2，电容c3充电，要使得vc1＝vc2t，则需要一定的时间才使得vc3＝1/2*vc1。本电路变换电压具有固定的关系式，第一输入端的电压为vc1，第二出端电压为vc3，当此拓扑工作时，从第一端降压到第二端，vc1与vc3保持固定关系，其关系式为vc1＝2*vc3。本电路结构简单，不需要电感就能完成升压或降压的变换，从而能节约产品的安装空间，并能节约产品成本。

在一高压快速充电的充电电路的实施例中，请参考附图1和图2，在前面技术方案的基础上具体还可以是，开关模块101包括串联的第五mos管q5和第六mos管q6，输入主电路通过第一检测电阻连接在第五mos管q5的源极，所述第五mos管q5的漏极连接第六mos管q6的漏极，所述第六mos管q6的源极连接降压模块的第一输入端，所述五mos管q5的栅源和第六mos管q6的栅源受控于控制电路，输入主电路通过一第四电容c4接地。

以上是对本发明高压快速充电的充电电路和充电方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围的内。