平衡充电电路和方法与流程

平衡充电电路和方法
【技术领域】
1.本发明涉及一种充电管理领域，特别是涉及一种无线耳机的平衡充电电路和方法。


背景技术：

2.现有技术中的一般无线耳机有两个：左无线耳机和右无线耳机。在使用过程中，由于两个无线耳机的电池制造时也不可能完全相同，另外耳机系统中的电路(芯片)也存在差异，即使是相同的芯片设计，但制造也会存在差异。另外很多设计中，无线耳机有主无线耳机和从无线耳机之分，一般主无线耳机的电流消耗比从无线耳机电流消耗大。
3.还有用户使用习惯的差异导致左右无线耳机电池的电量存在差异。这些差异导致两个无线耳机的剩余电量存在差异，日积月累可能导致较大的差异，比较严重时，一个无线耳机电量充足，另一个无线耳机电量却趋于耗尽，这样会导致电路性能差异，例如影响音频电路的性能，导致音频、射频等特性差异(包括且不限于：输出音量差异、音频信号的抵抗噪声性能差异、射频连接距离差异、两个耳机待机时间差异等)。
4.随着技术不断发展，用户还希望左右无线耳机性能保持一致。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于提供一种平衡充电电路和方法，其可以促使两个无线耳机的剩余电量趋于一致。
6.根据本发明的一个方面，本发明提供一种平衡充电方法，用于给第一无线耳机的第一耳机电池和第二无线耳机的第二耳机电池进行充电管理，其包括：获取第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压；确定第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值；如果是，则配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。
7.根据本发明的另一个方面，本发明提供一种平衡充电电路，其包括：第一无线耳机，其包括第一耳机电池；第二无线耳机，其包括第二耳机电池；充电盒，包括充电盒电池，其用于容纳第一无线耳机和第二无线耳机，并给第一无线耳机供电或充电，给第二无线耳机供电或充电，其中，获取第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压，确定第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值；如果是，则配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。
8.与现有技术相比，本发明中在两个耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值时，会调整第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流，从而平衡两个耳机电池的剩余电量。
9.本发明可获得具体的、更多的有益效果将在下文中结合具体实施例详细描述。
【附图说明】
10.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。其中：
11.图1为本发明中的平衡充电电路在第一实施例中的结构框图；
12.图2为本发明中的平衡充电电路在第二实施例中的结构框图；
13.图3为本发明中的平衡充电电路在第三实施例中的结构框图；和
14.图4为本发明中的充电盒中的耳机充电管理单元在一个实施例中的电路图。
【具体实施方式】
15.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术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技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
16.本发明的原理是通过有线或无线通讯，协调左右无线耳机的充电电流，来补偿左右无线耳机的剩余电量差异，让左右无线耳机的耳机电池保持接近一致的剩余电量，从而让左右无线耳机的各方面性能保持相同。
17.图1为发明中的平衡充电电路在第一实施例中的结构框图。根据本发明的平衡充电电路应用于tws(true wireless stereo：真无线立体声耳机)耳机充电电路中，该平衡充电电路由两部分组成(如图1所示)。第一部分电路位于充电盒中，充电盒中的电路100包括充电盒充电器110、电源转换电路120、充电盒电池bat3。第二部分电路位于tws耳机(后续简称无线耳机)中，无线耳机至少包括一个可被设置充电电流的耳机充电单元。充电盒中的充电盒充电器110实现给充电盒电池bat3充电的功能，电源转换电路120用于将充电盒电池bat3的电压转换为合适的电压vchg以为无线耳机提供合适的供电电压。通常有两个无线耳机，分别为第一无线耳机200a和第二无线耳机200b。第一无线耳机200a包括第一耳机充电单元、第一耳机电池bat1、第一应用处理器和第一通信单元，在图1的实施例中，第一通信单元为无线射频通信单元rf1。第二无线耳机200b包括第二耳机充电单元、第二耳机电池bat2、第二应用处理器和第二通信单元，其中图1的实施例中，第二通信单元为无线射频通信单元rf2。所述充电盒用于容纳第一无线耳机200a和第二无线耳机200b，并给第一无线耳机供电或充电，给第二无线耳机供电或充电。第一耳机充电单元和第二耳机充电单元均可以提供大小可调整的充电电流。
18.所述第一无线耳机200a还包括有第一模数转换单元adc1。所述第二无线耳机200b还包括有第二模数转换单元adc2。
19.关于如何启动平衡控制机制，有多种实现方式。
20.在第一种实现方式中，第一无线耳机200a和第二无线耳机将各自的耳机电池的电池电压分别通过第一通信单元和第二通信单元发送至外部终端，比如智能手机端、笔记本
电脑、平板电脑等，由外部终端的应用处理器判断两个无线耳机的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值，比如0.1v，0.2v等。如果两个无线耳机的电池电压的差值超过平衡阈值(例如0.1v)，发送控制信号给第一无线耳机200a的第一通信单元和第二无线耳机200b的第二通信单元，以启动平衡控制机制，进而配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。通过这样的差异化设置，经过一段时间后两个无线耳机内的耳机电池电压会趋于一致。
21.在一个实施例中，所述平衡控制机制具体可以是：增大电池电压较低的耳机电池的充电电流，降低或维持电池电压较高的耳机电池的充电电流，或者，可以维持电池电压较低的耳机电池的充电电流，降低电池电压较高的耳机电池的充电电流，以增大两个耳机电池的充电电流的差。优选的，两个耳机电池的充电电流的差可以正比于两个耳机电池的电池电压的差，这样更快的实现电压平衡。
22.具体的，如果第一耳机电池bat1的电池电压较低，则配置第一耳机电池 bat1的充电电流和第二耳机电池bat2的充电电流，使得第一耳机电池bat1 的充电电流大于第二耳机电池的充电电流；如果第一耳机电池bat1的电池电压较高，则配置第一耳机电池bat1的充电电流和/或第二耳机电池bat2的充电电流，使得第一耳机电池bat1的充电电流大于第二耳机电池bat2的充电电流。
23.本发明中的第一耳机充电单元和第二耳机充电单元均可以调整其给对应的耳机电池提供的充电电流。在一个实施例中，耳机充电单元如何给所述耳机电池进行恒流充电和恒压充电均可以参考现有技术。在一个示例中，所述耳机充电单元可以采集提供给所述耳机电池的充电电流，将采集的充电电流与基准电流阈值进行比较，之后根据两者的差异来不断的调整充电电流的大小，使得充电电流稳定于所述基准电流阈值。在本发明中，可以通过调整所述基准电流阈值的大小来调整充提供给所述耳机电池的充电电流的大小。
24.在第二种实现方式中，第一无线耳机200a和第二无线耳机200b可以通过无线射频通讯模块rf1和rf2将各自的耳机电池的电池电压发送至另一个无线耳机，每个无线耳机中的应用处理器比较自身的耳机电池的电池电压与另一个无线耳机的耳机电池的电池电压的大小，如果判断两个耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值，则启动平衡控制机制，否则不启动平衡控制机制。所述平衡控制机制如上所述，比如自身耳机内的电池电压较高，则降低或维持其耳机电池的充电电流，比如自身耳机内的电池电压较低，则维持或增加其耳机电池的充电电流。
25.在一个优选的实施例中，在确定第一耳机电池bat1的电池电压和第二耳机电池bat2的电池电压的差值超过设定平衡阈值时，把电池电压较高的无线耳机的充电电流调小的同时降低提供给其耳机充电单元的供电电压，从而提升能量效率；把电压较低的无线耳机的充电电流调高时同时增加提供给其耳机充电单元的供电电压，从而保证无线耳机内的耳机充电电路获得足够高的电压从而能提供较大的充电电流。
26.图2为发明中的平衡充电电路在第二实施例中的结构框图。在该实施例中，采用有线通讯来传递电池电压，如图2所示。与图1相比，增加了com1、com2、 com3三个有线通讯单元，可以通过充电的线路(vchg节点)进行信息传输，在此实施例中，第一通信单元为有线通信单元com1，第二通信单元为有线通信单元com2，所述充电盒中包括有线通信单元com3，三
个有线通信单元均连接至节点vchg。在一种实现方式中，第一无线耳机的第一有线通信单元com1可以将第一无线耳机中的电池电压直接通过节点vchg发送到第二无线耳机的第二有线通信单元com2中；第二有线通信单元com2也可以将第二无线耳机中的电池电压直接通过节点vchg发送到第一无线耳机的第一有线通信单元 com1中。在另一种实现方式中，第一有线通信单元com1先将第一无线耳机中的电池电压发送至充电盒的第三有线通信单元com3，然后由第三有线通信单元com3将此信息发送至第二无线耳机的第二有线通信单元com2；同样，第二有线通信单元com2先将第二无线耳机中的电池电压发送至充电盒的第三有线通信单元com3，然后由第三有线通信单元com3将此信息发送至第一无线耳机的第一有线通信单元com1模块。当每个无线耳机获知另一无线耳机的电池电压后，每个无线耳机中的应用处理器比较自身的耳机电池的电池电压与另一个无线耳机的耳机电池的电池电压的大小，如果判断两个耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值，则启动平衡控制机制，否则不启动平衡控制机制。
27.图3为本发明中的平衡充电电路在第三实施例中的结构框图。如图3所示的，第一无线耳机和第二无线耳机在需要充电时被放置于充电盒中，所述充电盒包括有充电盒电池bat3以及耳机充电管理单元140，所述耳机充电管理单元 140具有第一电源输出端和第二充电输出端，所述充电盒的第一电源输出端 vo1与第一无线耳机200a的电源输入端耦接，所述充电盒的第二电源输出端 vo2与第二无线耳机200b的电源输入端耦接，第一无线耳机200a的电源输入端与第一耳机电池bat1耦接，第二无线耳机200b的电源输入端与第二耳机电池bat2耦接。所述耳机充电管理单元140通过第一电源输出端、第一无线耳机的电源输入端给第一耳机电池bat1进行充电管理，所述耳机充电管理单元 140通过第二电源输出端、第二无线耳机的电源输入端给第二耳机电池bat1 进行充电管理。所述耳机充电管理单元140通过第一电源输出端获取第一耳机电池bat1的电池电压，通过第二电源输出端获取第二耳机电池bat2的电池电压，所述耳机充电管理单元140确定第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值，如果是，启动平衡控制机制，即所述耳机充电管理单元140配置通过第一电源输出端输出的第一耳机电池的充电电流和/或第二电源输出端输出的第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。
28.根据本发明的一个方面，本发明实现为一种平衡充电方法，用于给第一无线耳机200a的第一耳机电池bat1和第二无线耳机200b的第二耳机电池bat2 进行充电管理，其包括：获取第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压；确定第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值；如果是，则配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。
29.在一个实施例中，所述配置第一耳机电池的充电电流和第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流，包括：如果第一耳机电池的电池电压较低，则配置第一耳机电池的充电电流和第二耳机电池的充电电流，使得第一耳机电池的充电电流大于第二耳机电池的充电电流；如果第一耳机电池的电池电压较高，则配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得第一耳机电池的充电电流小于第二耳机电池的充电电流。
30.在一个实施例中，所述配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流包括：增大或维持电池电压较低的耳机电池的充电电流，降低或维持电池电压较高的耳机电池的充电电流，以增大两个耳机电池的充电电流的差。
31.在一个实施例中，所述配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流包括：两个耳机电池的充电电流的差正比于两个耳机电池的电池电压的差。
32.在一个实施例中，如图1和2，第一无线耳机还包括有第一通信单元和第一耳机充电单元，第二无线耳机还包括有第二通讯单元和第二耳机充电单元，第一耳机充电单元给第一耳机电池提供充电电流，第二耳机充电单元给第二耳机电池提供充电电流，第一无线耳机和第二无线耳机在需要充电时被放置于充电盒100中，所述充电盒给第一无线耳机的第一耳机充电单元供电，给第二无线耳机的第二耳机充电单元供电。
33.在一个实施例中，第一无线耳机200a通过第一通信单元将第一耳机电池的电池电压发送给外部终端，比如手机上，第二无线耳机200b通过第二通信单元将第二耳机电池的电池电压发送给外部终端，比如手机上，所述外部终端确定第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值，在差值超过设定平衡阈值时，发送控制信号给第一无线耳机的第一通信单元和第二无线耳机的第二通信单元，进而配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。
34.在一个实施例中，第一无线耳机200a通过第一通信单元将第一耳机电池的电池电压发送给第二无线耳机200b，第二无线耳机通过第二通信单元将第二耳机电池的电池电压发送给第一无线耳机，每个无线耳机各自确定第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值，在差值超过设定平衡阈值时，配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。
35.在一个实施例中，第一无线耳机200a通过第一通信单元将第一耳机电池的电池电压发送给所述充电盒，第二无线耳机200b通过第二通信单元将第二耳机电池的电池电压发送给所述充电盒100，所述充电盒将第一耳机电池的电池电压转发给第二无线耳机，将第二耳机电池的电池电压转发给第一无线耳机，每个无线耳机各自确定第一耳机电池的电池电压和第二耳机电池的电池电压的差值是否超过设定平衡阈值，在差值超过设定平衡阈值时，配置第一耳机电池的充电电流和/或第二耳机电池的充电电流，使得电池电压较低的耳机电池的充电电流大于电池电压较高的耳机电池的充电电流。
36.如图1所示的，所述第一通信单元为第一射频通信单元rf1，所述第二通信单元为第二射频通信单元rf2，第一无线耳机和第二无线耳机之间的通讯，以及与外部终端或充电盒的通讯是无线通讯。
37.如图2所示的，所述第一通信单元为第一有线通信单元com1，所述第二通信单元为第二有线通信单元com2，所述充电盒100具有第三有线通信单元 com3，充电盒的电源输出端与第一无线耳机的电源输入端耦接，充电盒的电源输出端与第二无线耳机的电源输入端耦接，第三通信单元耦接于充电盒的电源输出端，第一有线通信单元com1与第一无线耳机的电源输入端耦接，第二有线通信单元com2与第二无线耳机的电源输入端耦接，第一无线耳机的电源输入端和第二无线耳机的电源输入端之间借助充电盒的电源输出端和/或第三
有线通信单元建立有线通路，第一无线耳机和第二无线耳机之间的通讯是通过第一无线耳机的电源输入端和第二无线耳机的电源输入端之间的有线通路进行的，第一无线耳机和充电盒之间的通讯是通过第一无线耳机的电源输入端和充电盒的电源输出端之间的有线通路进行的，第二无线耳机和充电盒之间的通讯是通过第二无线耳机的电源输入端和充电盒的电源输出端之间的有线通路进行的。
38.图4为图3中的具有充电管理功能的耳机充电管理单元140在一个实施例中的电路图。
39.所述耳机充电管理单元140包括：
40.耦接于第一中间节点sw和第二中间节点a之间的电感l1；
41.耦接于第一中间节点sw和电源输入端之间的第一开关s1；
42.耦接于第一中间节点sw和接地端之间的第二开关s2；
43.耦接于第二中间节点a和接地端之间的第三开关s3；
44.耦接于第二中间节点a和第一电压输出端vo1之间的第一输出支路开关 so1；
45.耦接于第二中间节点a和第二电压输出端vo2之间的第二输出支路开关 so2；
46.耦接于第一电压输出端和接地端之间的第一输出电容c1；
47.耦接于第一电压输出端和接地端之间的第一输出电容c2；
48.反馈控制电路126，其输入端与所述电压输出端vo1和vo2耦接，其输出端分别与各个开关的控制端耦接。
49.图4中的反馈控制电路126控制各个开关实现恒压和/或恒流充电功能。如图4所示的，所述反馈控制电路126还包括有电流检测单元1261。所述电流检测单元可以根据第二中间节点a、电压输出端vo1的电压差以及输出支路开关 so1上的导通电阻得到电压输出端vo1的输出电流，根据第二中间节点a、电压输出端vo2的电压差以及输出支路开关so2上的导通电阻得到电压输出端 vo2的输出电流。
50.在所述反馈控制电路126针对一个电压输出端处于升压模式时，以针对第一电压输出端vo1处于升压模式为例进行介绍，所述反馈控制电路126控制第二开关常s2断开、第一开关s1常导通，其余电压输出端vo2对应的输出支路开关so2常断开，控制第三开关s3和该一个电压输出端vo1对应的输出支路开关so1交替导通，所述反馈控制电路126根据采样得到的该一个电压输出端vo1的输出电压来调整对应的输出支路开关so2以及第三开关s3交替导通时该对应的输出支路开关so1的占空比，以使得该一个电压输出端vo1的输出电压稳定于目标电压，从而利用该固定的目标电压实现对所述耳机电池bat1 的恒压充电；所述反馈控制电路126根据采样得到的该一个电压输出端vo1的输出电流来调整对应的输出支路开关so2以及第三开关s3交替导通时该对应的输出支路开关so1的占空比，以使得该一个电压输出端vo1的输出电流稳定于恒定目标电流值，从而实现对所述耳机电池bat1的恒流充电。此时，该一个电压输出端vo1的输出电压大于所述电源输入端vbat3的电压。
51.在所述反馈控制电路126针对一个电压输出端处于降压模式时，以针对第一电压输出端vo1处于降压模式为例进行介绍，所述反馈控制电路126控制该一个电压输出端vo1对应的输出支路开关常so1导通、其余电压输出端vo2 对应的输出开关so2支路常断开、第三开关常s3断开，控制第一开关s1和第二开关s2交替导通，所述反馈控制电路126根据采样得到的该一个电压输出端vo1的输出电压来调整第一开关s1和第二开关s2交替导通时第一
开关s1 的占空比，以使得该一个电压输出端vo1的输出电压稳定于目标电压，从而利用该固定的目标电压实现对所述耳机电池bat1的恒压充电；所述反馈控制电路126根据采样得到的该一个电压输出端vo1的输出电流来调整第一开关s1 和第二开关s2交替导通时第一开关s1的占空比，以使得该一个电压输出端 vo1的输出电流稳定于目标电流值，从而利用该目标电流实现对所述耳机电池 bat1的恒压充电。此时，该一个电压输出端vo1的输出电压小于所述电源输入端vbat3的电压。
52.在所述反馈控制电路126针对一个电压输出端处于升降压模式时，以针对第一电压输出端vo1处于升降压模式为例进行介绍，所述反馈控制电路126控制其余电压输出端vo2对应的输出开关so2支路常断开，控制第一开关s1和第二开关s2交替导通，第一开关s1导通时第三开关s3同时导通，第二开关 s2导通时该一个电压输出端vo1对应的输出支路开关so1同时导通，所述反馈控制电路126根据采样得到的该一个电压输出端的vo1输出电压来调整第一开关s1和第二开关s2交替导通时第一开关s1的占空比，以使得该一个电压输出端的输出电压稳定于目标电压，从而利用该固定的目标电压实现对所述耳机电池bat1的恒压充电；所述反馈控制电路126根据采样得到的该一个电压输出端的vo1的输出电流来调整第一开关s1和第二开关s2交替导通时第一开关s1的占空比，以使得该一个电压输出端的输出电流稳定于目标电流值，从而利用该目标电流实现对所述耳机电池bat1的恒压充电。此时，该一个电压输出端vo1的输出电压既可以小于所述电源输入端vbat3的电压，又可以大于所述电源输入端vbat3的电压。
53.具有充电管理功能的反馈控制电路126针对第二电压输出端vo2或其他新增的电压输出端处于升压模式、降压模式或升降压模式的原理与针对第一电压输出端vo1处于升压模式、降压模式或升降压模式的原理相同，这里就不在重复了。
54.在本发明中，“耦接”、“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则其含义包括在两个或更多电路对象之间没有任何插入电路对象的直接连接，也包括在两个或更多电路对象之间通过一个或更多插入电路对象实现的间接连接。例如，两个彼此直接连接的电路对象被称为彼此“耦接/相连”。同样地，两个电路对象若其间连接有一个或更多插入电路对象则也被称为彼此“耦接/相连”。也就是说，“耦接”、“相连”等可以是直接电性连接，也可以是间接电性连接，间接电性连接是指中间间隔有其他元器件，比如电阻、电容等。
55.尽管已描述了本技术的优选实施例，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技术范围的所有变更和修改。