一种充电装置及边充边放电源路径管理方法与流程

本发明涉及电子产品领域，具体涉及一种充电装置及边充边放电源路径管理方法。

背景技术：

现有技术中的充电装置以及移动电源，其实现边充边放功能是通过电池升压给输出usb口供电，然而，当用电设备电量消耗较大时，可能会出现充电装置的电量越充越少的现象，且由于进行了二次升压，充电装置整体的转换效率极低，发热也非常严重。另外，由于现有充电装置，在为外部设备供电时，是经通过电池放电来实现，即电池一边被充电一边又放电，这使得电池的寿命大大缩短。

技术实现要素：

本申请提供一种充电装置，其包括控制单元、调节单元、充电单元和供电单元。所述控制单元连接至所述调节单元、所述充电单元和所述供电单元，所述调节单元连接至所述充电单元；所述充电单元用于为电池充电；所述供电单元用于为外部设备供电；所述调节单元包括第二mos晶体管和第三mos晶体管；所述控制单元用于检测所述充电单元中电池的充电电流与所述供电单元的输出电流，根据检测到的所述充电电流的值与输出电流的值调节所述调节单元中第二mos晶体管和第三mos晶体管的pwm占空比，以维持充电装置的输入总电流稳定的情况下调节所述充电电流。

本申请还提供一种充电装置的边充边放电源路径管理方法，其过程为：检测充电电流以及输出电流的值；根据检测到的所述充电电流的值与输出电流的值调节所述调节单元中第二mos晶体管和第三mos晶体管的pwm占空比，以维持充电装置的输入总电流稳定的情况下调节所述充电电流。

本发明的充电装置及边充边放电源路径管理方法通过监测输出电流iout与充电电流ichg，通过一定的演算方法计算出输入总电流iin，从而调节第二mos晶体管和第三mos晶体管的pwm占空比进而调节ichg，可以维持输入总电流iin稳定。

附图说明

图1为实施例一的充电装置结构示意图；

图2为实施例一的充电装置电路结构示意图；

图3为usb口结构示意图；

图4为实施例二的充电装置电路结构示意图；

图5为实施例三的充电装置电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

如图1所示，本实施例的带边充边放电源路径管理的充电装置包括输入单元05、控制单元01、调节单元02、充电单元03和供电单元04。输入单元05连接至控制单元01、调节单元02和供电单元04，用于为充电装置提供输入电流，使得控制单元01和调节单元02接收外部输入电流；控制单元01连接至调节单元02、充电单元03和供电单元04，调节单元02连接至控制单元01、充电单元03和输入单元05；充电单元03用于为电池充电；供电单元04用于为外部设备供电。调节单元02包括第二pmos(p-metaloxidesemiconductor，pasitivechannelmetaloxidesemiconductor，p型金属氧化物半导体)晶体管q2和第三nmos(n-metaloxidesemiconductor，negativechannelmetaloxidesemiconductor，n型金属氧化物半导体)晶体管q3。控制单元01用于检测充电单元03中电池的充电电流的值与供电单元04的输出电流的值，根据该充电电流与输出电流调整调节单元02中第二pmos晶体管q2和第三nmos晶体管q3的pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)占空比，以维持充电装置的输入总电流(即充电总电流)稳定的情况下调节所述充电电流，由于充电装置的外部电源输入端vin连接到适配器的输出端，因此，充电装置的输入总电流即为适配器的输出总电流。充电装置主体电路架构为同步buck降压电路；需要说明的是，这里的适配器的作用是将交流电源转换成适合充电装置的外部输入电源，在一些实施例中，本充电装置可以包括该适配器，也可以不包括该适配器。

具体地，如图2所示，输入单元05包括第一电阻r1、第五电阻r5、第十八电阻r18和第一pmos晶体管q1。第一电阻r1的第一极和第一pmos晶体管q1的漏极通过外部电源vin端口连接到适配器；第一pmos晶体管q1的源极连接至调节单元02的第二pmos晶体管q2的源极，其栅极连接至控制器011的chg_en口；第一电阻r1的第二极和第五电阻r5的第一极连接至控制器011的chg_det口；第五电阻r5的第二极接地。第十八电阻r18的第一极连接至第一pmos晶体管q1的源极，其第二极连接至第一pmos晶体管q1的栅极。第一pmos晶体管q1可以防止电池电压或电池升压电压倒灌到充电装置vin端。在一些实施例中，控制单元01通过检测端口来检测输入单元05是否与外部电源连接，当检测到与外部电源连接时，则开启第一pmos晶体管q1，反之，则关断pmos晶体管q1，这样可以防止电池电压倒灌到外部电源输入端vin。

调节单元02通过控制单元01输出的pwm来调节电池充电电流，包括第一电容c1、第二pmos晶体管q2、第三nmos晶体管q3、第一电感l1和第二电容c2。第一电容c1的第一极和第二pmos晶体管q2的源极连接至输入单元05的第一pmos晶体管q1的源极，还连接至供电单元04，还连接至工作电压端vcc；第一电容c1的第二极接地；第二pmos晶体管q2的漏极和第三nmos晶体管q3的漏极连接至第一电感l1的第一极；第二pmos晶体管q2的栅极可以直接连接至控制器011的pwm1口，第三nmos晶体管q3的栅极可以直接连接至控制器011的pwm2口；第三nmos晶体管q3的源极接地；第一电感l1的第二极和第二电容c2的第一极连接至充电单元03的第二电阻r2第一极；第二电容c2的第二极接地。

为使电路更加详细、优化，本实施例的控制单元包括控制器011、第六电阻r6、第四npn型三极管q4、第八pnp型三极管q8、第九npn型三极管q9、第九电阻r9、第十四电阻r14、第十二电阻r12、第十npn型三极管q10、第十一pnp型三极管q11、第十二npn型三极管q12、第十六电阻r16、第十七电阻r17。控制器011优选地采用单片机，其包括chg_en口、chg_det口、pwm1口、pwm2口等端口。

第六电阻r6的第一极和第四npn型三极管q4的集电极连接至第二pmos晶体管q2的源极；第四npn型三极管q4的发射极和第八pnp型三极管q8的发射极连接至第二pmos晶体管q2的栅极；第四npn型三极管q4的基极和第八pnp型三极管q8的基极连接至第六电阻r6的第二极和第九npn型三极管q9的集电极；第九npn型三极管q9的基极连接至第九电阻r9的第二极和第十四电阻r14的第一极；第八pnp型三极管q8的集电极、第九npn型三极管q9的发射极和第十四电阻r14的第二极接地；第九电阻r9的第一极连接至控制器011的pwm1口。

第十二电阻r12的第一极和第十npn型三极管q10的集电极连接至工作电压端vcc；第十npn型三极管q10的发射极和第十一pnp型三极管q11的发射极连接至第三nmos晶体管q3的栅极；第十npn型三极管q10的基极和第十一pnp型三极管q11的基极连接至第十二电阻r12的第二极和第十二npn型三极管q12的集电极；第十二npn型三极管q12的基极连接至第十六电阻r16的第二极和第十七电阻r17的第一极；第十一pnp型三极管q11的集电极、第十二npn型三极管q12的发射极和第十七电阻r17的第二极接地；第十六电阻r16的第一极连接至控制器011的pwm2口。

充电单元03包括第二电阻r2、第三电阻r3、第七电阻r7、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十五电阻r15、第三电容c3、第五电容c5和第七nmos晶体管q7。第二电阻r2的第一极和第三电阻r3的第一极连接至调节单元02的第一电感l1第二极，还用于连接至待充电电池正极(vbat为电池正极连接端)；第二电阻r2的第二极和第三电容c3的第一极连接至控制器011的vset口；第三电容c3的第二极接地；第七电阻r7的第一极和第七nmos晶体管q7的漏极用于连接至待充电电池负极；第七电阻r7的第二极和第七nmos晶体管q7的源极连接至第十电阻r10的第二极，还连接至第十五电阻r15的第一极；第十电阻r10的第一极和第五电容c5的第一极连接至控制器011的ichg口；第五电容c5的第二极接地；第三电阻r3的第二极和第七nmos晶体管q7的栅极连接至第十一电阻r11的第一极；第十一电阻r11的第二极连接至第十五电阻r15的第一极，第十五电阻r15的第二极接地。

充电单元03包含了由第七nmos晶体管q7、第七电阻r7、第三电阻r3、第十一电阻r11构成的电池防反接电路结构，这部分电路用来防止电池反接后造成电路烧毁的现象，与本专利的主要功能并无直接关系，主要用来强化产品功能；由第二电阻r2、第三电容c3构成电池电压检测接口电路结构，用来提供检测电池电压端口供控制单元01来检测；由第十五电阻r15、第十电阻r10、第五电容c5构成的电池充电电流检测电路结构，用来提供检测电池充电电流端口供控制单元01来检测。

供电单元04包括供电口、第六nmos晶体管q6、第十三电阻r13、第八电阻r8和第四电容c4。供电口用于与外部设备连通，供电口包括多个引脚，其中一个引脚连接至输入单元05的第一pmos晶体管q1的源极，另一个引脚连接至第六nmos晶体管q6的漏极。

供电口优选地采用任一规格的usb(universalserialbus)口，例如，如图3所示，本实施例的usb口06包括第一引脚061、第二引脚062、第三引脚063、第四引脚064、第五引脚065和第六引脚066。其中，第一引脚061连接至输入单元01的第一pmos晶体管q1的源极，第二引脚062与第三引脚063相连接，第四引脚064、第五引脚065和第六引脚066连接至第六nmos晶体管q6的漏极。第六nmos晶体管q6的栅极连接至控制器011的en口，其源极连接至第十三电阻r13的第一极；第十三电阻r13的第二极接地。第八电阻r8的第一极连接至第六nmos晶体管q6的源极，其第二极连接至第四电容c4的第一极，还连接至控制器011的iout口；第四电容c4的第二极接地。在一实施例中，供电口也可以不包括第五引脚065和第六引脚066。

在本发明的另一种实施方式中，供电单元04还可以包括第四电阻r4、第五npn型三极管q5，当然，本领域技术人员应当理解，也可以不设置这几个元件，并不影响充电装置的功能。第四电阻r4的第一极连接至供电口的第四引脚064，其第二极连接至第五npn型三极管q5的基极；第五npn型三极管q5的集电极连接至控制器011的load_det口，其发射极接地。

控制器011采用单片机，其chg_en口连接至第一pmos晶体管q1的栅极，chg_det口连接至第一电阻r1的第二极和第五电阻r5的第一极，load_det口通过第五npn型三极管q5及第四电阻r4连接至usb口的第四引脚064，pwm1口可以直接连接至第二pmos晶体管q2的栅极，pwm2口可以直接连接至第三nmos晶体管q3的栅极，vset口连接至第二电阻r2的第二极和第三电容c3的第一极，ichg口连接至第十电阻r10的第一极和第五电容c5的第一极，iout口连接至第八电阻r8的第二极，en口连接至第六nmos晶体管q6的栅极。在更详细的电路图中，pwm1口连接至第九电阻r9的第一极，pwm2口连接至第十六电阻r16的第一极。

en用来控制usb放电路径，en为高电平时，第六nmos晶体管q6开启，路径vin到usb形成完整放电回路，usb有输出；en为低电平时，第六nmos晶体管q6关断，回路路径被截断，usb没有输出。

控制单元01中，由第八pnp型三极管q8、第四npn型三极管q4、第九npn型三极管q9、第六电阻r6、第十四电阻r14、第九电阻r9构成图腾柱驱动电路结构，其用来增大pwm驱动电流，控制器011则负责通过检测chg_det来判断是否有外部电源接入，从而控制chg_en由高电平到低电平来开启第一pmos晶体管q1，再通过vset口与ichg口检测到的电池电压与电流以及iout口检测到的外部输出电流来综合调节pwm占空比，从而控制调节单元达到预期的稳定充电电流。

本实施例充电装置实现边充边放功能的电流调节方法如下：当充电装置进入边充边放模式时(即充电装置的外部电源输入端vin插入了适配器，且充电装置有待充电电池置入且给待充电电池充电，且同时在充电装置的输出usb口插入外部设备)，此时充电装置的控制器011的iout口与ichg口分别采集usb输出电流值iout与充电电流值ichg，并进行内部演算从而得到适配器的输入总电流iin(即充电装置的输入电流)，演算公式为iin＝iout+ichg/η；其中，η为转换效率。则控制单元通过检测iout与ichg即可计算出适配器的实际输入总电流，在保证充电装置所连接的外设正常工作的情况下，通过控制器011的pwm1口与pwm2口来调节第二pmos晶体管q2的pwm占空比以及第三nmos晶体管q3的pwm占空比，进而调节充电电流ichg以维持输入总电流iin恒定，由此即实现了边充边放且电量优先外设的分配，而且由于输出usb由适配器直接供电，不存在电池进行升压转换的二次效率损失，不会出现电池越充越少以及发热严重的问题。

转换效率η可以为通过实际测试充电装置得到的常量，关于转换效率η的确定方法，例如，可以采用如下公式，η＝pout/pin＝(vbat*ibat)/(vin*iin)，其中，vbat为电池电压，ibat为电池充电电流，vin为适配器输出电压，iin为充电装置的输入总电流，例如在一次测试中，电池电压为3.7v时，ibat＝1a，vin＝5v，iin＝0.8a，可计算出η＝(3.7*1)/(5*0.8)＝92.5％。

本实施例中，第二pmos晶体管q2的pwm占空比(pwm2占空比)以及第三nmos晶体管q3的pwm占空比(pwm3占空比)是同步调节的，一起变大或者变小。当pwm2占空比以及pwm3占空比变大时，ichg变小，当pwm2占空比以及pwm3占空比变小时，ichg变大。由此，根据公式iin＝iout+ichg/η，当iout较大导致iin超过标准数值时，则增大pwm2占空比以及pwm3占空比从而降低ichg，必要时直至ichg减小至0；当iout较小导致iin低于标准数值时，则减小pwm2占空比以及pwm3占空比从而增大ichg，从而维持iin的恒定，使得iin维持在正常数值范围。外部供电电流iout通常由手机或者其他设备自主控制。

本实施例的充电装置能够同时检测输出电流iout与充电电流ichg，通过一定的演算方法计算出输入总电流iin，通过调节pwm2与pwm3占空比以调节ichg从而维持输入总电流iin恒定，进而实现对适配器的最大化利用，智能分配usb输出电流iout与电池充电电流ichg。控制单元对来自适配器的电量进行智能分配，优先保证外部设备的使用，多余的电量同时为电池充电，最大化的利用了适配器电量。充电装置不会出现电量越充越少的现象，提高了客户体验度；且不存在二次转换，由适配器直接供电，提高了转换效率，减少了系统发热。实施例二：

如图4所示，本实施例的充电装置与实施例一的区别在于控制单元部分，本实施例的控制单元包括控制器011,调节单元02包括第一电容c1、第二pmos晶体管q2、第三nmos晶体管q3、第一电感l1和第二电容c2。第一电容c1的第一极和第二pmos晶体管q2的源极连接至输入单元05的第一pmos晶体管q1的源极，还连接至供电单元04；第一电容c1的第二极接地；第二pmos晶体管q2的漏极和第三nmos晶体管q3的漏极连接至第一电感l1的第一极；第二pmos晶体管q2的栅极连接至控制器011的pwm1口，第三nmos晶体管q3的栅极连接至控制器011的pwm2口；第三nmos晶体管q3的源极接地；第一电感l1的第二极和第二电容c2的第一极连接至充电单元03的第二电阻r2第一极；第二电容c2的第二极接地。

本实施例充电装置的其它部分以及电源路径管理方法与实施例一一致，故不再赘述。

实施例三：

如图5所示，本实施例的充电装置与实施例一的区别在于控制单元与供电单元部分，与实施例二的区别在于其供电单元部分，本实施例的供电单元包括第四pmos晶体管q4、供电口06、第十三电阻r13、第八电阻r8、第四电容c4。

供电口用于与外部设备连通，供电口包括多个引脚，其中一个引脚连接至第四pmos晶体管的漏极，另一个引脚连接至第十三电阻r13的第一极和第八电阻r8的第一极。

供电口优选地采用任一规格的usb口，例如，采用如图3所示的usb口06，其包括第一引脚061、第二引脚062、第三引脚063、第四引脚064、第五引脚065和第六引脚066。其中，第一引脚061连接至第四pmos晶体管q4的漏极，第二引脚062与第三引脚063相连接，第四引脚064、第五引脚065和第六引脚066连接至第十三电阻r13的第一极和第八电阻r8的第一极。第十三电阻r13的第二极接地；第八电阻r8的第二极和第四电容c4的第一极连接至控制器011的iout口；第四电容c4的第二极接地；第四pmos晶体管q4的栅极连接至控制器011的en口，其源极连接至第二pmos晶体管q2的源极。需要说明的是，在一实施例中，供电口也可以不包括第五引脚065和第六引脚066。

本实施例的其它电路结构部分以及电源路径管理方法与实施例一相同，故不再赘述。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。