一种充放电管理电路和便携设备的制作方法

本申请涉及电池充放电管理技术领域，尤其涉及一种充放电管理电路和便携设备。

背景技术：

目前很多便携设备均带有锂电池，在对锂电池进行充电时则需要充电管理电路，通常来说，增大充电电流有助于提高电池充电速度、减小充电时间。

传统的线性充电管理电路，效率低、发热严重，开关型充电电路越来越受欢迎。

开关型充电电路通常需要一个芯片外的电感器件，导致成本增加，同时增加了印刷电路板的面积。以蓝牙耳机为例，一般要求体积小、且成本低，现有技术中一般需要两个电感，一个电感用于上述开关型充电管理电路，另一个电感则用于降压型开关电路，为射频电路提供电源。

现有技术不足在于：

现有充电管理电路成本高、印刷电路板面积较大。

技术实现要素：

本申请实施例提出了一种充放电管理电路和便携设备，以解决现有技术中充电管理电路成本高、印刷电路板面积较大的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种充放电管理电路，包括：充电控制器、第一开关KC1、第二开关KC2、第一电容C1、第二电容C2、降压控制器、 第三开关KB1、第四开关KB2、电感L1、第五开关K3和电压调节器，其中，

所述第一开关KC1的第一端与外部电压输入端CHG相连，所述第一开关KC1的第二端和第三端均与所述充电控制器Charger相连，所述第二开关KC2的第一端与所述第一开关KC1的第二端相连，所述第二开关KC2的第二端接地，所述第二开关KC2的第三端与所述充电控制器Charger相连；

所述电感L1的第一端分别与所述第二开关KC2的第一端、所述第五开关K3的第一端相连，所述电感L1的第二端分别与所述第三开关KB1的第二端、所述第四开关KB2的第一端相连，所述第三开关KB1的第一端与电池正极相连，所述电池负极接地；

所述第一电容C1的第一端分别与所述电池正极、所述充电控制器Charger相连，所述第一电容C1的第二端接地，所述电池正极作为电池电压端BAT；

所述充电控制器Charger的输出信号CH分别输出至所述电压调节器、降压控制器Buck，所述充电控制器Charger的输出信号CH与所述降压控制器Buck的第一输出信号B1经第一逻辑单元输出至所述第三开关KB1的第三端，所述第一逻辑单元为在任一输入信号有效时输出信号有效；所述充电控制器Charger的输出信号CH与所述降压控制器Buck的第二输出信号B2经第二逻辑单元输出至所述第四开关KB2的第三端，所述第二逻辑单元为在任一输入信号有效时输出信号无效；

所述降压控制器Buck与所述第五开关K3的第三端相连，所述第五开关K3的第二端、所述第二电容C2的第一端、所述降压控制器Buck均与射频电压输出端VRF相连，所述第二电容C2的第二端接地；所述电压调节器分别与外部电压输入端CHG、射频电压输出端VRF相连。

第二个方面，本申请实施例提供了一种便携设备，包括上述充放电管理电路、电池和射频电路，其中，所述射频电路以所述VRF为输入电源，所述射频电路工作于所述VRF和地之间的电压上。

有益效果如下：

由于本申请实施例所提供的充放电管理电路和便携设备，当CHG的电压大于预设第一阈值时，充电控制器、KC1、KC2、L1、KB1、电池、C1形成充电电路，所述充电控制器通过控制KC1、KC2的交替导通实现对所述电池进行不同模式的充电；当CHG的电压小于预设第二阈值时，电池、降压控制器、KB1、KB2、K3、L1、C2形成降压电路，所述降压控制器通过控制KB1、KB2交替导通实现VRF电压的调整，对射频电路提供电源；本申请实施例中充电过程中利用所述电感L1，所述降压过程中依然利用所述电感L1，由于本申请实施例对电感L1进行复用，从而解决了现有技术中需要芯片外电感器件的问题，降低了充放电管理电路的成本，同时减少了印刷电路板的面积。

附图说明

下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：

图1示出了现有技术中充电管理电路的结构示意图；

图2示出了本申请实施例中充电管理电路的结构示意图一；

图3示出了本申请实施例中充电管理电路的结构示意图二；

图4示出了本申请实施例中便携设备的结构示意图；

图5示出了本申请实施例中V_CHG大于预设第一阈值时的电路示意图；

图6示出了本申请实施例中V_CHG小于预设第二阈值时的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在发明过程中注意到：

图1示出了现有技术中充电管理电路的结构示意图，其中包括：开关型充 电管理电路、降压型开关电路、以及旁路调压器(或称电压调节器)和电池Battery。

开关型充电管理电路由充电控制器(Charger)、开关KC1、开关KC2、电感L1、电容C1组成，当V_CHG外接电压时，可以对电池Battery进行充电。

降压型开关电路由降压控制器(Buck)、开关KB1、开关KB2、电感L2、电容C2构成，可以通过电池Battery对VRF节点供电，射频电路以VRF为输入电源，射频电路工作在VRF和地之间的电压上。

一般便携设备中采用降压型开关电路为射频电路供电的原因是，降压型开关电路的电源转换效率较高(相比电压调节器)，有助于节省电能。

当CHG端插入外部电源时，旁路调压器提供旁路降压型开关电路为VRF节点供电。

充电控制器(Charger)根据电池电压进行预充电、恒流充电、恒压充电控制。当电池电压低于3V时，充电控制器控制开关KC1和KC2交替导通，以设置的预充电电流对电池进行充电；当电池电压高于3V且低于4.2V时，充电控制器控制开关KC1和KC2交替导通，以设置的恒流充电电流对电池进行充电；当电池电压达到4.2V时，充电控制器控制开关KC1和KC2以恒定电压模式对电池进行充电。

降压控制器根据反馈电压VRF和参考电压，调节开关KB1和KB2的占空比，将输出电压VRF调整等于参考电压(即输出电压的目标电压)。

由上述说明及图1可以看出，现有技术中需要两个电感(L1和L2)，不利于小型化，且应用成本高。

针对上述不足，本申请实施例提出了一种充放电管理电路和便携设备，通过复用一个电感，既实现开关型充电管理电路所需，又实现为射频电路供电的降压型开关电路所需，下面进行说明。

实施例一、

图2示出了本申请实施例中充放电管理电路的结构示意图一，如图所示， 所述充放电管理电路可以包括：充电控制器Charger、第一开关KC1、第二开关KC2、第一电容C1、第二电容C2、降压控制器Buck、第三开关KB1、第四开关KB2、电感L1、第五开关K3、电压调节器，其中：

所述KC1的第一端与外部电压输入端CHG相连，所述KC1的第二端和第三端均与所述充电控制器Charger相连，所述KC2的第一端与所述KC1的第二端相连，所述KC2的第二端接地，所述KC2的第三端与所述充电控制器Charger相连；

所述L1的第一端分别与所述KC2的第一端、所述K3的第一端相连，所述L1的第二端分别与所述KB1的第二端、所述KB2的第一端相连，所述KB1的第一端与电池Battery正极相连，所述电池Battery负极接地；

所述C1的第一端分别与所述电池Battery正极、所述充电控制器Charger相连，所述C1的第二端接地，所述电池Battery正极作为电池电压端BAT；

所述充电控制器Charger的输出信号CH分别输出至所述电压调节器、降压控制器Buck，所述CH与所述降压控制器Buck的第一输出信号B1经第一逻辑单元输出至所述KB1的第三端，所述第一逻辑单元为在任一输入信号有效时输出信号有效；所述CH与所述降压控制器Buck的第二输出信号B2经第二逻辑单元输出至所述KB2的第三端，所述第二逻辑单元为在任一输入信号有效时输出信号无效；

所述降压控制器Buck与所述K3的第三端相连，所述K3的第二端、所述C2的第一端、所述降压控制器Buck均与射频电压输出端VRF相连，所述C2的第二端接地；所述电压调节器分别与所述CHG、VRF相连。

具体实施时，在所述CHG没有连接外部电源时，所述充放电管理电路中的充电电路不工作，所述充放电管理电路通过降压电路将所述电池的电压调整为目标电压后输出至VRF、为便携设备供电。

在所述CHG连接外部电源时，所述充放电管理电路中的充电电路工作，所述充放电管理电路通过电压调节器将外部电源的电压调整为目标电压后输 出至VRF、为便携设备供电。

其中，充电电路可以包括充电控制器Charger、第一开关KC1、第二开关KC2、第一电容C1、电感L1、第三开关KB1；所述降压电路可以包括降压控制器Buck、第三开关KB1、第四开关KB2、第五开关K3、电感L1、第二电容C2。

具体实施时，所述充放电管理电路还可以包括反相器INV1，所述反相器INV1可以一端与降压控制器Buck相连，另一端与CH经NOR1后输出至第四开关KB2。采用反相器INV1可以将降压控制器Buck输出的信号B2的相位进行180度反转。

所述电压调节器具体可以为低压差线性稳压器(LDO，Low Drop Out linear regulator)，也可以为其他器件，只要可以实现电压调节的目的即可。

所述第一逻辑单元、所述第二逻辑单元可以采用现有元器件实现，只要分别可以实现在任一输入信号有效时输出信号有效、在任一输入信号有效时输出信号无效的目的即可。

具体实施时，假设电路为高电平有效，那么所述第一逻辑单元可以为或门，所述第二逻辑单元可以为或非门，本领域技术人员可以根据实际需要进行相应的开发设计。

图3示出了本申请实施例中充放电管理电路的结构示意图二，如图所示，以高电平有效为例，电压调节器为LDO，所述第一逻辑单元为或门，所述第二逻辑单元为或非门。

由于本申请实施例所提供的充放电管理电路，当所述CHG的电压大于预设第一阈值时，充电控制器、KC1、KC2、L1、KB1、电池、C1形成充电电路，所述充电控制器通过控制KC1、KC2的交替导通实现对所述电池进行不同模式的充电；当所述CHG的电压小于预设第二阈值时，电池、降压控制器、KB1、KB2、K3、L1、C2形成降压电路，所述降压控制器通过控制KB1、KB2交替导通实现VRF电压的调整，对射频电路提供电源；本申请实施例中充电过程 中利用所述电感L1，所述降压过程中依然利用所述电感L1，由于本申请实施例对电感L1进行复用，从而解决了现有技术中需要芯片外电感器件的问题，降低了充放电管理电路的成本，同时减少了印刷电路板的面积。

实施中，当所述CHG的电压大于预设第一阈值时，所述充电控制器Charger可以根据所述BAT的电压来确定充电模式，以所述充电模式对所述电池Battery进行充电。

本申请实施例中，当外部电源的电压足够大时，所述充电控制器Charger即可启动工作，为所述电池进行充电。其中，足够大可以是开发人员根据实际需要进行设置的值。

实施中，所述预设第一阈值可以为4.5v。

具体实施时，所述预设第一阈值可以为4.5v或其他值。

实施中，所述充电控制器根据所述BAT的电压来确定充电模式，以所述充电模式对所述电池进行充电，可以为：

当所述BAT的电压小于预设第一电压值时，所述充电控制器工作在预充电模式，以预设充电电流的预设比例的电流对所述电池进行充电；

当所述BAT的电压大于预设第一电压值且小于预设第二电压值时，所述充电控制器工作在恒流充电模式，以预设充电电流对所述电池进行充电；

当所述BAT的电压大于预设第二电压值时，所述充电控制器工作在恒压充电模式，维持所述BAT的电压等于所述预设第二电压值。

具体实施时，当电池电压小于预设第一电压值时，所述充电控制器Charger可以以预设充电电流的预设比例的电流对所述电池充电，假设预设充电电流为20A，预设比例为10％，那么充电控制器Charger可以以20*10％＝2A对所述电池进行充电。当电池电压大于预设第一电压值、小于预设第二电压值时，所述充电控制器Charger可以以预设充电电流对所述电池充电，例如可以以20A对所述电池充电。当电池电压大于预设第二电压值时，所述充电控制器Charger可以控制所述电池电压与预设第二电压值一致。

实施中，所述预设第一电压值可以为3v，所述预设第二电压值可以为4.2v。

具体实施时，所述预设第一电压值可以小于所述预设第二电压值，所述预设第一电压值、所述预设第二电压值分别可以根据电池的实际情况进行设置。

实施中，当所述CHG的电压大于预设第一阈值时，所述KC1和KC2受所述充电控制器控制交替导通，所述CH为第一电平，在所述CH为第一电平时所述电压调节器工作、所述降压控制器不工作，所述CH经第一逻辑单元输出有效信号控制所述KB1导通，经第二逻辑单元输出无效信号控制所述KB2断开，所述K3断开；所述电压调节器对所述CHG的电压调节后为所述VRF供电。

具体实施时，假设电路设计为高电平有效，那么所述第一电平可以为高电平，所述第一逻辑单元可以为或门OR1，经过第一逻辑单元输出的有效信号可以为高电平信号，所述第二逻辑单元可以为或非门NOR1，经过第二逻辑单元输出的无效信号可以为低电平信号；假设电路设计为低电平有效，那么所述第一电平可以为低电平，所述第一逻辑单元可以为与门，经过第一逻辑单元输出的有效信号可以为低电平信号，所述第二逻辑单元可以为与非门，经过第二逻辑单元输出的无效信号可以为高电平信号。

以高电平有效为例，所述CHG的电压大于预设第一阈值时，所述CH为高电平，所述降压控制器Buck不工作，由于所述CH为高电平、所述降压控制器Buck的B1信号为低电平，因此，经OR1后输出高电平信号，控制所述KB1导通；由于所述CH为高电平、所述降压控制器Buck的B1信号为低电平，因此，经NOR1后输出低电平信号，控制所述KB2断开。由于所述CH为高电平，所述电压调节器工作，所述电压调节器可以对所述CHG的电压调节后为所述VRF供电。

实施中，当所述CHG的电压小于预设第二阈值时，所述充电控制器停止工作，所述KC1和KC2均断开，所述CH为第二电平，在所述CH为第二电平时所述降压控制器工作、所述电压调节器不工作，所述K3导通，所述KB1 和KB2受所述降压控制器控制交替导通，所述降压控制器根据所述VRF的电压，将所述VRF的电压调整为目标电压。

具体实施时，可以由充电控制器检测CHG的电压，如果所述CHG的电压小于预设第二阈值，那么充电控制器停止工作。

所述第二电平可以为低电平，所述充电控制器的输出信号为低电平，KC1、KC2断开，CH也为低电平。此时，CH低电平可以使得降压控制器工作。所述降压控制器可以根据VRF端的电压与目标电压的差距，交替控制输出信号B1、B2，使得KB1、KB2交替导通，最终将VRF的电压调整为目标电压。

实施中，所述预设第二阈值可以为4.3v。

具体实施时，所述预设第二阈值可以小于所述预设第一阈值，所述预设第二阈值可以为4.3v或其他值。

实施中，所述降压控制器根据所述VRF的电压，将所述VRF的电压调整为目标电压，可以为：

所述降压控制器根据所述VRF的电压，调整第一输出信号B1和第二输出信号B2的占空比，控制所述KB1和所述KB2交替导通，将所述VRF的电压调整为目标电压。

具体实施时，所述占空比可以是脉冲信号的通电时间与通电周期之比，调整第一输出信号B1和第二输出信号B2的占空比，可以为调整第一输出信号B1高电平持续时间和第二输出信号B2高电平持续时间之间的比例。

实施例二、

图4示出了本申请实施例中便携设备的结构示意图一，如图所示，所述便携设备可以包括上述充放电管理电路、电池和射频电路，所述射频电路以所述VRF为输入电源，所述射频电路工作于所述VRF和地之间的电压上。

具体实施时，所述电压调节器可以为LDO，所述第一逻辑单元可以为或门，所述第二逻辑单元可以为或非门。

由于本申请实施例所提供的便携设备，采用上述充放电管理电路对所述电 池的充电、放电进行管理，所述充放电管理电路对所述电池的充电控制过程、以及所述充放电管理电路对所述射频电路的放电控制过程，均利用同一电感，通过对所述电感的复用实现充放电管理，不仅降低了成本，而且缩小了印刷电路板的面积，使得印刷电路板的整体体积变小，使用起来更加方便、节省空间。

实施例三、

下面对本申请实施例中充放电管理电路的充电、放电的具体过程进行说明。

1、充电过程：

当CHG插入外部输入电压时，充电控制器Charger模块检测到V_CHG大于预设第一阈值(例如4.5V)时，判断为有外部电压输入至VCHG，则充电控制器Charger开始工作、降压控制器不工作，K3断开。

图5示出了本申请实施例中V_CHG大于预设第一阈值时的电路示意图，如图所示，在图3的基础上，当充电控制器Charger模块检测到V_CHG大于预设第一阈值(例如4.5V)时开始工作，判断BAT的电压来选择工作在预充电模式、恒流充电模式或恒压充电模式。

当电池电压小于3V时，充电控制器Charger工作在预充电模式，即以设定的充电电流的10％的电流对电池进行充电；

当电池电压大于3V且小于4.2V时，充电控制器Charger工作在恒流充电模式，即以设定的充电电流对电池进行充电；

当电池电压达到4.2V时，充电控制器Charger工作在恒压充电模式，维持BAT电压等于4.2V；

随着对电池不断充电，电池越来越接近充满状态，充电电流会逐步减小。

需要说明的是，本申请实施例中，无论充电控制器Charger工作在哪种模式，只要充电控制器Charger检测到V_CHG大于预设第一阈值(例如4.5V)时(即判断已插入外部电源)，充电控制器Charger都可以让输出信号CH为高电平，控制KB1完全导通。

具体的，图3中的或门OR1可以帮助实现此功能：

当CH为高电平时，OR1输出为恒定的高电平，控制KB1一直导通。

同时，NOR1可以实现：当CH为高电平时，NOR1输出信号为低电平，控制开关KB2处于关断状态。

当CH为高电平时，控制调压器(例如可以为LDO)工作，由CHG电压经过电压调节器为VRF供电。

2、放电过程：

当检测到V_CHG小于预设第二阈值(例如4.3V)时，判断为外部输入的充电电源电压被移除，充电控制器Charger停止工作，输出GC1和GC2都为低电平，此时开关KC1和KC2都保持断开状态。

图6示出了本申请实施例中V_CHG小于预设第二阈值时的电路示意图，如图所示，在图3的基础上，V_CHG小于预设第二阈值时，充电控制器停止工作，输出信号CH为低电平，降压控制器开始工作，K3导通。

输出信号CH为低电平，不会对或门OR1以及或非门NOR1的输出造成任何影响，此时或门OR1以及或非门NOR1的输出信号GB1和GB2仅受降压控制器Buck输出信号B1和B2控制。

CH为低电平时，本申请实施例所提供的电路也可以控制让降压控制器Buck工作。

降压控制器Buck根据反馈电压VRF来调整输出信号B1和B2的占空比，即控制开关KB1和KB2交替导通的占空比，来实现让VRF电压被调整等于参考电压(即VRF输出电压的目标电压值)。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。