充电控制方法、充电设备及充电系统的制作方法_3

文档序号:9923218阅读:来源:国知局
有技术相比具有如下优点:通过获取充电电池的电压值,来输出控制信号,控制第一充电模块打开,对电池进行快速充电,从而可以根据充电电池的实际电压情况进行充电控制,保证了充电过程的高效、安全。
[0086]进一步的,可以通过充电设备与电子终端的通讯,监控充电设备的当前输出电压、当前输出电流、电子终端的输入电流和输入电压等,进而控制快充设置,进一步的提高了快速充电的速度及安全性。
【附图说明】
[0087]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0088]图1是现有技术的充电设备与电子终端的充电示意框图;
[0089]图2是现有技术的电缆、充电设备与电子终端的连接示意框图;
[0090]图3是本发明的电子终端的一个实施例的示意框图;
[0091]图4是本发明的电流增大模块的一个实施例的示意图;
[0092]图5是本发明的物理通信编解码单元的一个实施例的示意图;
[0093]图6是本发明的信号线过压防护单元的一个实施例的示意图;
[0094]图7是本发明的过压过流保护单元的一个实施例的示意图;
[0095]图8是本发明的充电设备的一个实施例的示意图;
[0096]图9是本发明的充电设备的另一个实施例的示意图;
[0097]图10是本发明的充电方法的一个实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0098]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0099]如图3所示,是本发明的充电系统中的电子终端的一个实施例,其包括充电输入连接器301、过压过流保护单元302、输入电压电流检测单元307、电流增大模块308、充电控制单元340、物理通信编解码单元313、信号线过压防护单元312、连接器温度检测单元306、常规充电单元309、主控机电源管理单元、输出电压电流检测单元310、电池连接器321、充电电池320等。可以理解的,各单元、模块可以根据需要进行增减。
[0100]该充电输入连接器301的输入端连接充电线缆,可接入充电电源和通信信号。充电输入连接器301的电源输出端连接过压过流保护单元302的电源输入端,过压过流保护单元302的电源输出端连接输入电压电流检测单元307的电源输入端、电流增大模块308的输入端以及常规充电单元309的电源输入端,用于过压过流的保护。
[0101]常规充电单元309的第一电源输出端连接主控及电源管理单元330的电源输入端;常规充电单元309的第二电源输出端连接电池连接器321的电源输入端,为充电电池320进行充电。
[0102]其中,充电控制单元340可以为单片机或者基于数字逻辑电路设计的状态机。充电控制单元340也可以被集成在主控及电源管理单元330之中。其中,常规充电单元309可以是现有高压快充技术中的基于电感充放电的DCDC直流降压单元,也可以是现有低压快充技术中的电源开关。
[0103]连接器温度检测单元306用于检测充电输入连接器301的温度,可以为常规的正温度系数元件或者负温度系数元件等,检测的温度信号传送至充电控制单元340进行温度监控控制。
[0104]输出电压电流检测单元310配置在电池连接器321与充电控制单元340之间,用于检测输出至充电电池320的充电输出电流、电池电压等数据,并输出至充电控制单元340。
[0105]信号线过压防护单元312连接在充电输入连接器301的后端,用于保护通信线路。物理通信编解码单元313被插入在充电输入连接器301后端的信号线过压防护单元312与充电控制单元340之间。
[0106]充电控制单元340分别与物理通信编解码单元313、过压过流保护单元302、输入电压电流检测单元307、电流增大单元、常规充电单元309、主控及电源管理单元330、输出电压电流检测单元310、电池连接器321连接,并根据接入信号输出对应的控制信号,详后述。
[0107]如图4所示,是本发明电流增大模块308的一个实施例的原理框图。该电流增大模块308可以用于电子终端电池320的充电中,特别是用于电子终端电池320的快充中;其中,该快充可以为符合现有的各种快速充电标准,如OPPO Vooc标准,高通的QC 2.0标准,MTK的Pump Express Plus标准等等,当然,也可以符合其他快速充电标准。在本实施例中,该电流增大模块308设置在电子终端上,当然,电流增大模块也可以根据需要配置到电子终端电池中或充电设备中。
[0108]该电流增大模块308包括转换电容Cfly、输出端电容Cout、切换开关组、以及切换控制单元。进一步的,在本实施例中,还设置有输入端电容Cin,输入端电容Cin的第一端连接在充电电源输入端、第二端接地,可用于作为一个低内阻缓冲池,在转换电容Cfly和输出端电容Cout周期性抽载时保证输入电压的稳定;当然,也可以根据需要选用其他的稳压器件或根据设计需要省略输入端电容。
[0109]该输出端电容Cout的第一端连接在充电电源输出端、第二端接地;转换电容CfIy通过切换开关组连接在充电电源输入端和输出端电容Cout之间,形成第一充电线路和第二充电线路。其中,第一充电线路为充电电源输入端接入的输入电压经过转换电容Cf Iy到达输出端电容Cout的充电线路;第二充电线路为断开充电电源输入端接入的输入电压、并且转换电容Cf Iy的输出叠加到输出端电容Cout的输出的充电线路;
[0110]切换控制单元与切换开关组连接,根据接入的控制信号控制切换开关组在第一充电线路和第二充电线路之间切换。
[0111]在本实施例中,切换开关组包括第一电源开关SW1、第二电源开关SW2、第三电源开关SW3、以及第四电源开关SW4。切换控制单元包括正向缓冲器Buf1、反向缓冲器Buf2。
[0112]充电电源输入端与输入端电容Cin的第一端、第一电源开关SWl的电源输入端连接,第一电源开关SWl的电源输出端连接转换电容Cfly的第一端,以及第四电源开关SW4的电源输入端;转换电容Cfly的第二端连接第二电源开关SW2的电源输入端,以及第三电源开关SW3的电源输入端;第二电源开关SW2的电源输出端接地。第四电源开关SW4的电源输出端连接第三电源开关SW3的电源输出端,然后连接到输出端电容Cout。
[0113]第一电源开关SWl以及第三电源开关SW3的控制输入端连接到正向缓冲器仙匕的输出端;第二电源开关SW2以及第四电源开关SW4的控制输入端连接到反向缓冲器Buf2的输出端。
[0114]正向缓冲器Buf1的输入端以及反向缓冲器Buf2的的输入端一起连接到控制输入端,如充电控制单元340的时钟输入端;在本实施例中,接入的控制信号为充电控制单元340输出的时钟源信号;当然,控制信号也可以采用其他的形式。
[0115]当时钟源elk处于上升沿时,elk—输出低电平,第二电源开关SW2以及第四电源开关SW4关断,闭合第一电源开关SWl和第三电源开关SW3;clk+输出高电平,第一电源开关SWl以及第三电源开关SW3导通,接通第一充电线路,充电电源Vin从电源输入端经过转换电容Cfly,第三电源开关SW3到达输出端电容Cout;
[0116]当时钟源elk处于下降沿时,elk+输出低电平,第一电源开关SWl以及第三电源开关SW3关断;elk—输出高电平,第二电源开关SW2以及第四电源开关SW4导通,接通第二充电线路,转换电容Cfly上的电荷经过第二电源开关SW2以及第四电源开关SW4叠加到输出端电容Cout上。
[0117]在本实施例中,时钟源信号elk被配置为占空比为50%,以及使得转换电容Cfly的充放电时间与输出端电容Cout的充放电时间相等。由公式i = C*dv/dt,当转换电容Cf Iy与输出端电容Cout容值相等,elk占空比为50%时,输出电压Vout,即输出端电容Cout上的电压与Cfly的电压相等,均为l/2Vin。由公式P = V*I,输出电流1ut即为输入电流Iin的两倍。可以理解的,转换电容与输出端电容的容值、时钟源信号的占空比,可以根据实际需要进行调整。
[0118]而电子终端上安装上述电流增大模块308后,线缆输入电流只需要传统低压快充电流的1/2,故线缆传输电流为4.5A/2 = 2.25A。由P = I2*R计算线缆功率损耗为0.61W,相同方式计算平均传输效率为96.4%,线缆传输效率提高了 10%。
[0119]另外,在一个相同的典型快速充电行为中,线缆的功率损耗大幅降低,传输效率得到大幅提升,大大降低了线缆发热。
[0120]另外,由于线缆最大传输电流降低一半,为2.25A。与现有技术相同的方法计算线缆损耗为1.27W,连接器功率损耗为0.2W,平均传输效率为91.6%。比较可见,同样的典型USB充电线缆,传输效率提高了 18%。功率损耗降低了 4.4W,直接降低了 4倍。线缆损耗和连接器损耗造成的发热水平低到完全可以安全使用。
[0121]连接器位置的功率损耗仅为使用在现有低压快充装置中的四分之一。由R= P/I2,连接器回路阻抗要增加到160mR时,功率损耗才能达到0.81W。由此可见,充电线缆用在本发明电子终端的充电中,插拔寿命将大大增长。
[0122]如图6所示,是本发明的信号线过压防护单元312的一个实施例的示意图。该信号线过压防护单元312包括插入在充电输入连接器301的信号线与物理通信编解码单元313之间的至少一个WOS管。在本实施例中,该匪OS管为增强型匪OS。可以理解的,也可以采用其他过压保护器件来实现线路的过压保护。
[0123]充电输入连接器301的信号线接匪OS的漏级(D),匪OS的源级(S)接物理通信编解码单元313的信号线输入端,NMOS的栅极(G)接信号线电压域(如3.3V)。
[0124]充电连接器或者充电线缆由于某种异常出现时,导致信号线缆与充电线缆短路时,匪OS的漏极(D)电压升高到通信线缆电压域以上,由于WOS栅极(G)接到了通信线缆电压域,可以始终确保源级(S)电压不高于通信线缆电压域。起到保护物理通信编解码单元313以及其他内部电路的作用。
[0125]如图
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