一种充电电路、移动电源及机器人的制作方法

本实用新型属于机器人电池充电管理技术领域，尤其涉及一种充电电路、移动电源及机器人。

背景技术：

电源适配器(poweradapter)是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，它的工作原理由交流输入转换为直流输出，广泛配套于安防摄像头、机顶盒、路由器、灯条、按摩仪等设备中。在电力时代的日常生活中，人们对电子设备(例如移动电源、手机、平板电脑等)进行充电时，需要通过电源适配器或充电器将电源电压进行转换以生成并输出充电电压或充电电流对电子设备进行充电。

而通常电源适配器或充电器输出的充电电压一般都是固定值，但被充电的电子设备的电池电压却是随着充电过程不断变化，因此电源适配器或充电器输出的电压要高于电池充满电时的满电电压，这样才能够成功给电池充满电。

传统的给电池(例如机器人的电源电池)进行充电方式中，当输入的电压小于电池充满电时的满电电压时，一般使用具备升压限流功能的集成芯片将电压进行转换处理之后输出充电电压给电池充电，但是这种方式导致发热严重，限制了充电电流，导致充电时间比较长，并由于发热严重，降低了集成芯片的使用寿命，且使得存在较大的用电安全隐患。

因此，传统的技术方案中存在对电池充电时，发热严重，限制了充电电流，导致充电时间比较长，充电效率低以及用电安全隐患大的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种充电电路、移动电源及机器人，旨在解决传统的技术方案中存在的对电池充电时，发热严重，限制了充电电流，导致充电时间比较长，充电效率低以及用电安全隐患大的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种充电电路，包括：

第一开关电路，配置为根据第一控制信号生成第一变压使能信号；

第一变压电路，与所述第一开关电路连接，配置为根据所述第一变压使能信号对输入电压进行电压转换以生成第一电压；

电池电压检测电路，与电池连接，配置为对所述电池的电压进行检测以生成电池电压检测信号；

控制电路，与所述第一开关电路和所述电池电压检测电路连接，配置为根据所述电池电压检测信号生成所述第一控制信号和第二控制信号；

第二变压电路，与所述第一变压电路和所述控制电路连接，配置为根据所述第二控制信号对所述第一电压进行电压转换以生成充电电压。

在其中一个实施例中，所述充电电路还包括：

温度检测电路，与所述第二变压电路连接，配置为检测所述电池的温度以生成温度检测信号；

所述第二变压电路还配置为根据所述充电电压和所述温度检测信号生成充电状态信号；

所述控制电路具体配置为根据所述电池电压检测信号和所述充电状态信号生成所述第一控制信号和所述第二控制信号。

在其中一个实施例中，所述充电电路还包括：

第一滤波电路，与所述第一变压电路连接，配置为对所述输入电压进行滤波降噪；

第二滤波电路，与所述第一变压电路和所述第二变压电路连接，配置为对所述第一电压进行滤波降噪；

第三滤波电路，与所述第二变压电路和所述电池连接，配置为对所述充电电压进行滤波降噪。

在其中一个实施例中，所述充电电路还包括：

防反接保护电路，与所述第一变压电路和所述第二变压电路连接，配置为对所述第一电压进行反接保护。

在其中一个实施例中，所述第一开关电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容以及第一三极管；

所述第一电阻的第一端为所述第一开关电路的第一控制信号输入端；

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端以及所述第一三极管的基极连接，所述第二电阻的第二端、所述第一电容的第二端以及所述第一三极管的发射极与电源地连接；

所述第一三极管的集电极为所述第一开关电路的第一变压使能信号输出端。

在其中一个实施例中，所述第一变压电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容以及第一变压芯片；

所述第三电阻的第一端和所述第一变压芯片的电压输入端与输入电压连接，所述第一变压芯片的开关控制端和所述第七电阻的第一端与所述第一电压连接，所述第七电阻的第二端与所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端与所述第一变压芯片的自举端连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端和所述第一变压芯片的使能端连接，所述第一变压芯片的模式选择端与所述第五电阻的第二端和所述第六电阻的第一端连接，所述第一变压芯片的电源端与所述第五电阻的第一端和所述第二电容的第一端连接，所述第一变压芯片的地端与所述第三电容的第一端连接，所述第四电阻的第二端、所述第六电阻的第二端、所述第二电容的第二端以及所述第三电容的第二端与电源地连接；

所述第一变压芯片的地端与电源地连接，所述第一变压芯片的误差放大输出端与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端与所述第八电阻的第一端连接，所述第一变压芯片的反馈输入端与所述第九电阻的第一端和所述第十电阻的第二端连接，所述第一变压芯片的输出端与所述第十电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端和所述第九电阻的第二端与电源地连接；

所述第四电阻的第一端和所述第一变压芯片的使能端共同构成为所述第一变压电路的第一变压使能信号输入端；

所述第一变压芯片的输出端为所述第一变压电路的第一电压输出端。

在其中一个实施例中，所述第二变压电路包括：第二变压芯片、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第一电感以及第一二极管管；

所述第十二电阻的第一端与第二电压连接，所述第十二电阻的第二端与所述第十五电阻的第一端和所述第八电容的第一端连接，所述第十五电阻的第二端与所述第二变压芯片的热敏电阻输入端连接，所述第二变压芯片的使能端与所述第十六电阻的第二端连接，所述第十六电阻的第一端与所述第七电容的第一端和所述第十一电阻的第一端连接，所述第七电容的第二端、所述第十一电阻的第二端以及所述第八电容的第二端与电源地连接，所述第二变压芯片的电池数量信号输入端与所述第十三电阻的第一端连接，所述第二变压芯片的参考电压端与所述第十四电阻的第一端、所述第十三电阻的第二端、以及所述第六电容的第一端连接，所述第十四电阻的第二端与所述第二变压芯片的充电状态指示端连接，所述第二变压芯片的电源端和所述第二变压芯片的电压输入端与所述第一电压连接，所述第二变压芯片的地端与电源地连接；

所述第二变压芯片的计数周期设置端与所述第十三电容的第一端连接，所述第二变压芯片的电压补偿端与所述第二十电阻的第一端连接，所述第二十电阻的第二端与所述第十二电容的第一端连接，所述第二变压芯片的电流补偿端与所述第十九电阻的第一端连接，所述第十九电阻的第二端与所述第十一电容的第一端连接，所述第十三电容的第二端、所述第十二电容的第二端以及所述第十一电容的第二端与电源地连接，所述第二变压芯片的电池电压检测端与所述第十八电阻的第二端连接，所述第二变压芯片的电池充电电流检测端与所述第十八电阻的第一端和所述第一电感的第二端连接，所述第二变压芯片的自举端与所述第十七电阻的第一端连接，所述第十七电阻的第二端与所述第十电容的第一端连接，所述第十电容的第二端与所述第一二极管的阴极、所述第一电感的第二端连接，所述第一二极管的阳极与电源地连接，所述第二变压芯片的开关输出端与所述第一电感的第一端连接；

所述第二变压芯片的充电状态指示端为所述第二变压电路的充电状态信号输出端；

所述第十五电阻的第一端为所述第二变压电路的温度检测信号输入端；

所述第十六电阻的第一端为所述第二变压电路的第二控制信号输入端；

所述第十八电阻的第二端为所述第二变压电路的充电电压输出端。

在其中一个实施例中，所述第一滤波电路包括：第十四电容和第二电感；

所述第十四电容的第一端为所述第一滤波电路的输入电压输入端，所述第二电感的第二端为所述第一滤波电路的输入电压输出端；

所述第十四电容的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述第十四电容的第二端与电源地连接。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种移动电源，所述移动电源包括上述所述的充电电路。

本实用新型实施例的第三方面提供了一种机器人，所述机器人包括上述所述的移动电源。

上述的充电电路通过第一变压电路根据第一变压使能信号将低电压值的输入电压进行升压转换以生成第一电压，第二变压电路根据第二控制信号将第一电压进行降低转换以生成第充电电压，控制电路根据电池电压检测信号生成第一控制信号和第二控制信号，第一开关电路根据第一控制信号生成第一变压使能信号，达到将低于电池满电电压的输入电压进行电压转换以生成合适的充电电压对电池充电的目的，通过控制开关电路和两个分立的变压电路实现将较小的输入电压转换为充电电压对电池高效充电，有效降低了充电过程中的发热量，降低了给电池充电时的用电安全隐患；同时，提高了充电效率，降低了充电时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的充电电路的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的充电电路的另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的充电电路的另一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的充电电路的另一种结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的充电电路的一种示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的充电电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实用新型实施例的第一方面提供了一种充电电路，包括：第一变压电路11、第一开关电路12、电池电压检测电路13、控制电路14以及第二变压电路15。

第一开关电路12，配置为根据第一控制信号生成第一变压使能信号；第一变压电路11，与第一开关电路12连接，配置为根据第一变压使能信号对输入电压进行电压转换以生成第一电压；电池电压检测电路13，与电池连接，配置为对电池的电压进行检测以生成电池电压检测信号；控制电路14，与开关电路和电池电压检测电路13连接，配置为根据电池电压检测信号生成第一控制信号和第二控制信号；第二变压电路15，与第一变压电路11和控制电路14连接，配置为根据第二控制信号对第一电压进行电压转换以生成充电电压。

具体实施中，控制电路14包括微处理器、单片机以及专用芯片中的一种。

可选的，控制电路14采用微处理器。在需要对电池进行充电时，微处理器生成第一电平的第一控制信号和第一电平的第二控制信号。可选的，第一电平为低电平，第二电平为高电平。低电平的第一控制信号控制第一开关电路12截止，第一开关电路12对应生成高电平的第一变压使能信号，控制第一变压电路11将输入电压进行转换以生成第一电压，其中，第一电压的电压值大于电池满电时的电池电压值；第一电平的第二控制信号控制第二变压电路15根据第一电压生成充电电压以对电池进行充电。具体实施中，还可以通过第一电平的第二控制信号控制第二变压电路15根据第一电压生成充电电流对电池进行充电，以保障能够根据较小的输入电压生成合适的充电电压对电池充电，且能够使电池充满电。

在电池电压检测电路13检测到电池充满电或充电异常需要关断充电电压时，控制电路14生成第二电平的第一控制信号和第二电平的第二控制信号；第一开关电路12根据第二电平的第一控制信号导通，生成低电平的第一变压使能信号，控制第一变压电路11停止对输入电压进行转换以生成第一电压；第二变压电路根据第二电平的控制信号停止生成充电电压。

本实用新型实施例能够实现根据大范围的输入电压(输入电压小于电池满电电压或者输入电压大于电池满电电压均可以)生成合适的充电电压对电池充电，并在电池充满电之后完全断开充电电路，有效降低了充电过程中的发热量，降低了给电池充电时的用电安全隐患；同时，降低了充电时间，提高了充电效率。

请参阅图2，在其中一个实施例中，充电电路还包括：温度检测电路16。

温度检测电路16，与第二变压电路15连接，配置为检测电池的温度以生成温度检测信号；第二变压电路15还配置为根据充电电压和温度检测信号生成充电状态信号；控制电路14具体配置为根据电池电压检测信号和充电状态信号生成第一控制信号和第二控制信号。

具体实施中，通过温度检测电路16能够对电池温度和变压电路(第一变压电路11和第二变压电路15)的温度进行检测，第二电压电路15自身还可以检测充电电流和充电电压，在检测到温度过高等异常状态或充电状态(例如充电电压或电流，或者电池电压等)异常时，及时反馈给控制电路14，使得控制电路14及时控制关断变压电路，停止对电池充电，提高了充电电流的安全可靠性。

请参阅图3，在其中一个实施例中，充电电路还包括：第一滤波电路17、第二滤波电路18以及第三滤波电路19。

第一滤波电路17，与第一变压电路11连接，配置为对输入电压进行滤波降噪；第二滤波电路18，与第一变压电路11和第二变压电路15连接，配置为对第一电压进行滤波降噪；第三滤波电路19，与第二变压电路15和电池连接，配置为对充电电压进行滤波降噪。

具体实施中，通过滤波电路能够有效滤除和抑制输入电压、第一电压以及充电电压中的噪声干扰，提高了充电电路的充电精度和稳定可靠性。

请参阅图4，在其中一个实施例中，充电电路还包括：防反接保护电路20。

防反接保护电路20，与第一变压电路11和第二变压电路15连接，配置为对第一电压进行反接保护。

具体实施中，防反接保护电路能够防止第一电压反接或倒灌，从而避免电压反接或倒灌损坏充电电路。

请参阅图5，在其中一个实施例中，第一开关电路12包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1以及第一三极管q1。

第一电阻r1的第一端为第一开关电路12的第一控制信号输入端。

第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端、第一电容c1的第一端以及第一三极管q1的基极连接，第二电阻r2的第二端、第一电容c1的第二端以及第一三极管q1的发射极与电源地连接。

第一三极管q1的集电极为第一开关电路12的第一变压使能信号输出端。

请参阅图5，在其中一个实施例中，第一变压电路11包括：第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第二电容c3、第三电容c4、第四电容c5、第五电容c6以及第一变压芯片u1。

第三电阻r3的第一端和第一变压芯片u1的电压输入端vin与输入电压连接，第一变压芯片u1的开关控制端sw和第七电阻r7的第一端与第一电压连接，第七电阻r7的第二端与第四电容c5的第一端连接，第四电容c5的第二端与第一变压芯片u1的自举端bst连接，第三电阻r3的第二端与第四电阻r4的第一端和第一变压芯片u1的使能端en连接，第一变压芯片u1的模式选择端mode与第五电阻r5的第二端和第六电阻r6的第一端连接，第一变压芯片u1的电源端vdd与第五电阻r5的第一端和第二电容c3的第一端连接，第一变压芯片u1的地端ss与第三电容c4的第一端连接，第四电阻r4的第二端、第六电阻r6的第二端、第二电容c3的第二端以及第三电容c4的第二端与电源地连接。

第一变压芯片u1的地端gnd与电源地连接，第一变压芯片u1的误差放大输出端comp与第五电容c6的第一端连接，第五电容c6的第二端与第八电阻r8的第一端连接，第一变压芯片u1的反馈输入端fb与第九电阻r9的第一端和第十电阻r10的第二端连接，第一变压芯片u1的输出端out与第十电阻r10的第一端连接，第八电阻r8的第二端和第九电阻r9的第二端与电源地连接。

第四电阻r4的第一端和第一变压芯片u1的使能端en共同构成为第一变压电路11的第一变压使能信号输入端。

第一变压芯片u1的输出端out为第一变压电路11的第一电压输出端。

请参阅图5，在其中一个实施例中，第二变压电路15包括：第二变压芯片u2、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r11、第十六电阻r11、第十七电阻r11、第十八电阻r11、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第六电容c8、第七电容c9、第八电容c10、第九电容c11、第十电容c12、第十一电容c13、第十二电容c14、第十三电容c15、第一电感l2以及第一二极管管d1。

第十二电阻r12的第一端与第二电压连接，第十二电阻r12的第二端与第十五电阻r15的第一端和第八电容c10的第一端连接，第十五电阻r15的第二端与第二变压芯片u2的热敏电阻输入端ntc连接，第二变压芯片u2的使能端en与第十六电阻r16的第二端连接，第十六电阻r16的第一端与第七电容c9的第一端和第十一电阻r11的第一端连接，第七电容c9的第二端、第十一电阻r11的第二端以及第八电容c10的第二端与电源地连接，第二变压芯片u2的电池数量信号输入端cells与第十三电阻r13的第一端连接，第二变压芯片u2的参考电压端vref33与第十四电阻r14的第一端、第十三电阻r13的第二端、以及第六电容c8的第一端连接，第十四电阻r14的第二端与第二变压芯片u2的充电状态指示端chgok连接，第二变压芯片u2的电源端vcc和第二变压芯片u2的电压输入端vin与第一电压连接，第二变压芯片u2的地端与电源地连接。

第二变压芯片u2的计数周期设置端tmr与第十三电容c15的第一端连接，第二变压芯片u2的电压补偿端compv与第二十电阻r20的第一端连接，第二十电阻r20的第二端与第十二电容c14的第一端连接，第二变压芯片u2的电流补偿端compi与第十九电阻r19的第一端连接，第十九电阻r19的第二端与第十一电容c13的第一端连接，第十三电容c15的第二端、第十二电容c14的第二端以及第十一电容c13的第二端与电源地连接，第二变压芯片u2的电池电压检测端batt与第十八电阻r18的第二端连接，第二变压芯片u2的电池充电电流检测端csp与第十八电阻r18的第一端和第一电感l1的第二端连接，第二变压芯片u2的自举端bst与第十七电阻r17的第一端连接，第十七电阻r17的第二端与第十电容c10的第一端连接，第十电容c10的第二端与第一二极管d1的阴极、第一电感l1的第二端连接，第一二极管d1的阳极与电源地连接，第二变压芯片u2的开关输出端sw与第一电感l1的第一端连接。

第二变压芯片u2的充电状态指示端chgok为第二变压电路15的充电状态信号输出端。

第十五电阻r15的第一端为第二变压电路15的温度检测信号输入端。

第十六电阻r16的第一端为第二变压电路15的第二控制信号输入端。

第十八电阻r18的第二端为第二变压电路15的充电电压输出端。

请参阅图5，在其中一个实施例中，第一滤波电路17包括：第十四电容c2和第二电感l2。

第十四电容c2的第一端为第一滤波电路17的输入电压输入端，第二电感l2的第二端为第一滤波电路17的输入电压输出端。

第十四电容c2的第一端与第二电感l2的第一端连接，第十四电容c2的第二端与电源地连接。

具体实施中，温度检测电路16包括温敏电阻，电池电压检测电路13包括分压电阻，能够对电池温度和电池电压进行有效检测，使得控制电路能够根据对电池温度和电池电压的检测结果控制充电电路对电池进行高效、低发热的充电控制。

可选的，第一变压芯片u1为升压芯片，例如第一变压芯片u1采用型号为mp9185gl-z的升压芯片；第二变压芯片u2为降压芯，例如第二变压芯片u2采用型号为mp26123dr-z的降压芯片。

以下将结合图5对充电电路的工作原理做简单说明：

需要对电池进行充电时，控制电路14输出低电平的第一控制信号或者不输出第一控制信号，控制第一开关电路12的第一三级管q1截止，通过第一变压电路11的两个分压电阻(第三电阻r3、第四r4)，第一变压电路11(在第四电阻r4的第一端)生成高电平的第一变压使能信号使能第一变压芯片u1对输入电压(12vdc_in)进行升压处理以生成第一电压14v(大于电池充满电的电压)；同时，控制电路14生成第一电平的第二控制信号使能第二变压芯片u2，将第一电压进行降压处理以生成3.3v(或者5v)的充电电压bat_charge对电池进行稳定、有效的充电。

控制电路14通过电池电压检测电路13监控电池电压的情况，通过温度检测电路16检测电池温度和充电电路的温度，第二变压电路15还能够检测充电电压和充电电流的情况并结合温度检测信号以生成充电状态信号反馈给控制电路14；在充满电或者发生充电异常或温度异常的情况下，需要关断充电电路时，控制电路14生成高电平的第一控制信号，控制第一开关电路12的第一三极管q1导通，拉低第四电阻r4第一端的电平，也即在第四电阻r4的第二端生成低电平的第一变压使能信号，使能第一变压芯片u1停止将输入电压转换生成第一电压；同时，控制电路14生成第二电平的第二控制信号使能第二变压芯片u2以停止生成充电电压，从而停止对电池充电。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种移动电源，包括上述所述的充电电路。

具体实施中，移动电源是一种自身能储备电能和释放电能的便携式电子设备，能够将输入直流电压转换为充电电压或充电电流以对小型便携式电子设备及电子电器(例如无线电话、笔记本电脑)进行充电，以满足电子设备及电子电器的用电需求。

本实用新型实施例能够实现将较小的输入电压转换高于电池满电的电压再转换为充电电压对电池高效充电，有效降低了充电过程中的发热量，降低了给电池充电时的用电安全隐患；同时，降低了充电时间，提高了充电效率，适用于较大输入电压范围，提高了移动电源的兼容性和实用性。

本实用新型实施例的第三方面提供了一种机器人，包括上述所述的移动电源。

具体实施中，机器人的能源系统包括以上所述的移动电源，以便为所有的控制子系统、驱动及执行子系统提供能源，且能够拆卸、移动，便于对机器人进行充电以补充电能。

本实用新型实施例的机器人充电方便，能够根据较小的输入电压进行高效充电，适用于较大输入电压范围，且充电效率高，充电时间短；同时，降低了机器人的电池电源在充电过程中的发热量，降低了用电安全隐患，提高了机器人的可靠性和实用性。

本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。虽然上面以某个详细程度描述了某些实施方式，但是本领域中的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更而不偏离本公开的范围。连接参考(例如，附接、耦合、连接等)应被广泛地解释，并可包括在元件的连接之间的中间构件和在元件之间的相对运动。因此，连接参考并不一定暗示两个元件直接连接/耦合且彼此处于固定关系中。意图是包含在上述描述中或在附图中示出的所有事务应被解释为仅仅是例证性的而不是限制性的。可做出在细节或结构上的变化而不偏离本公开。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。