充电电路及电子设备的制作方法

1.本公开实施例涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电电路及电子设备。


背景技术：

2.随着智能终端的普及，智能终端对电量的需求量以及消耗量变得越来越大，这就导致终端设备的充电频率也变得越来越高，严重影响了终端设备的充电效率，降低了用户的使用体验。
3.目前，业内常采用基于buck switch charger电路的充电电路对终端设备进行大电流的充电。但由于buck switch charger电路中包括存在线圈损耗和磁芯损耗的输出电感，因而可能会导致整个充电电路的降压转换效率较低，使得充电电路无法实现真正的大电流充电，即充电电流仍较小，进而使得充电电路的充电速度慢、充电时间长，因此充电效率较低，且由于输出电感损耗的能量通常会转化成热能，进而还会存在充电电路发热的问题，安全性差。为了缓解上述问题，相关技术中提出基于电荷泵电路的充电电路来对终端设备的电池进行充电，充电效率和发热情况有所改善。
4.然而随着终端设备电池容量增加，充电电流不断加大，目前常用的基于电荷泵电路的充电电路的应用会碰到一些瓶颈。例如目前usb功率传输pd(power delivery)协议规定的充电电流上限为3a。若终端设备内的电池的充电电流较大如为8a，则目前基于电荷泵电路的充电电路的输入端的输入电流会超过pd协议规定的充电电流上限，使得充电电路的发热变得严重，另外，当该充电电路的输入端的输入电流超过pd协议规定的充电电流上限时，根据pd协议规定，充电电路的输入端需要增加e-mark(electronically marked cable)芯片，导致成本增加。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种充电电路及电子设备。
6.第一方面，本公开实施例提供一种充电电路，包括：
7.电荷泵串联电路，所述电荷泵串联电路包括两个串联的三分之一倍电荷泵电路，其中一个所述三分之一倍电荷泵电路的输入端用于与电源适配器电连接，每个所述三分之一倍电荷泵电路的输入电压是输出电压的三倍，输入电流是输出电流的三分之一；
8.电池模组，所述电池模组的输入端与所述电荷泵串联电路中的另一个所述三分之一倍电荷泵电路的输出端电连接。
9.可选的，在本公开的一些实施例中，所述另一个所述三分之一倍电荷泵电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第一电容、第二电容和第三电容；
10.其中，所述第一开关的输入端与所述三分之一倍电荷泵电路的输出端电连接，所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端和所述第一电容连接；
11.所述第一电容与所述第三开关的输出端连接，同时与所述第四开关的输入端连接；
12.所述第三开关的输入端与所述第七开关的输入端连接并接地；
13.所述第四开关的输出端与所述第二电容连接，同时与所述第五开关的输入端连接；
14.所述第二电容与所述第七开关的输出端连接，同时与所述第六开关的输入端连接；
15.所述第二开关的输出端与所述第五开关的输出端连接，同时与所述第六开关的输出端连接，并与所述第三电容连接，所述第三电容接地，其中所述第二开关的输出端作为所述另一个所述三分之一倍电荷泵电路的输出端。
16.可选的，在本公开的一些实施例中，所述第一开关的输入端还连接有第四电容，所述第四电容接地。
17.可选的，在本公开的一些实施例中，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关各自的控制端均连接至充电控制器，所述充电控制器与所述一个所述三分之一倍电荷泵电路连接。
18.可选的，在本公开的一些实施例中，所述一个所述三分之一倍电荷泵电路包括第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第五电容、第六电容和第七电容；
19.其中，所述第八开关的输入端用于与所述电源适配器电连接，所述第八开关的输出端与所述第九开关的输入端和所述第五电容连接；
20.所述第五电容与所述第十开关的输出端连接，同时与所述第十一开关的输入端连接；
21.所述第十开关的输入端与所述第十四开关的输入端连接并接地；
22.所述第十一开关的输出端与所述第六电容连接，同时与所述第十二开关的输入端连接；
23.所述第六电容与所述第十四开关的输出端连接，同时与所述第十三开关的输入端连接；
24.所述第九开关的输出端与所述第十二开关的输出端连接，同时与所述第十三开关的输出端连接，并与所述第七电容连接，所述第七电容接地，其中所述第九开关的输出端作为所述一个所述三分之一倍电荷泵电路的输出端。
25.可选的，在本公开的一些实施例中，所述第八开关的输入端还连接有第八电容，所述第八电容接地。
26.可选的，在本公开的一些实施例中，所述充电控制器与所述第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关各自的控制端连接。
27.可选的，在本公开的一些实施例中，所述电荷泵串联电路和所述电池模组设置于同一印刷电路板上。
28.可选的，在本公开的一些实施例中，所述电池模组包括单电芯电池或者双电芯电池。
29.第二方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括充电接口以及上述任一实施
例所述的充电电路，所述充电接口与所述一个所述三分之一倍电荷泵电路的输入端连接，且用于与所述电源适配器电连接。
30.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
31.本公开实施例提供的充电电路及电子设备，电荷泵串联电路包括两个串联的三分之一倍电荷泵电路，其中一个所述三分之一倍电荷泵电路的输入端用于与电源适配器电连接，每个所述三分之一倍电荷泵电路的输入电压是输出电压的三倍，输入电流是输出电流的三分之一，电池模组的输入端与所述电荷泵串联电路中的另一个所述三分之一倍电荷泵电路的输出端电连接。这样，本实施例中采用一个三分之一倍电荷泵电路即1/3倍电荷泵降压电路做为第一级降压电路，另一个三分之一倍电荷泵电路即1/3倍电荷泵降压电路作为第二级降压电路，两者串联后与电池模组连接，以为电池模组充电，如此可使前一个三分之一倍电荷泵电路的输入电流减小，如通常会小于pd协议规定的3a。因此采用这种充电电路，大大降低了充电电路的输入端的输入电流，输入端的发热降低，进而充电电路的整体发热降低，安全性能提高。且充电电路的输入端的输入电流通常会小于3a，根据pd协议规范，不需要增加e-mark芯片，节省了成本。
附图说明
32.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
33.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。
34.图1为本公开实施例的充电电路的电路框图；
35.图2为图1中一个三分之一倍电荷泵电路的电路原理示意图；
36.图3为图1中一个三分之一倍电荷泵电路的另一电路原理示意图；
37.图4为本公开实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
38.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
40.应当理解，在下文中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可
以是多个。
41.图1示意性示出本公开实施例的一种充电电路，该充电电路10包括电荷泵串联电路和电池模组103，该电荷泵串联电路包括两个串联的三分之一倍电荷泵电路(101、102)。其中一个三分之一倍电荷泵电路101的输入端用于与电源适配器20电连接，该一个三分之一倍电荷泵电路101的输入电压是输出电压的三倍，输入电流是输出电流的三分之一，即三分之一倍电荷泵电路101是1/3倍电荷泵降压电路。另一个三分之一倍电荷泵电路102的输入端与所述一个三分之一倍电荷泵电路101的输出端电连接，该另一个三分之一倍电荷泵电路102的输入电压是输出电压的三倍，输入电流是输出电流的三分之一，即三分之一倍电荷泵电路101也是1/3倍电荷泵降压电路。所述电池模组103的输入端与所述电荷泵串联电路中的另一个三分之一倍电荷泵电路102的输出端电连接。
42.本实施例中采用三分之一倍电荷泵电路101即1/3倍电荷泵降压电路做为第一级降压电路，另一个三分之一倍电荷泵电路102即1/3倍电荷泵降压电路作为第二级降压电路，两者串联后与电池模组103连接，以为电池模组103充电。
43.在一个示例中，对于电池模组例如单电芯电池，电池电压充满电为4.5v左右，若电池充电电流为12a，由于采用两级1/3倍电荷泵降压电路串联，因此第二级1/3倍电荷泵降压电路的输入电流为4a，输入电压为13.5v左右，而第一级1/3倍电荷泵降压电路的输入电流为1.3a左右，输入电压40.5v左右。这样可以大大降低输入电流，如此可使三分之一倍电荷泵电路的输入电流减小，如通常会小于pd协议规定的3a。
44.因此采用两级1/3倍电荷泵降压电路串联的充电电路，大大降低了充电电路的输入端的输入电流，输入端的发热降低，进而充电电路的整体发热降低，安全性能提高。且充电电路的输入端的输入电流通常会小于3a，根据pd协议规范，不需要增加e-mark芯片，节省了成本。
45.可选的，在本公开的一些实施例中，所述另一个三分之一倍电荷泵电路102包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第一电容、第二电容和第三电容；其中，所述第一开关的输入端与所述三分之一倍电荷泵电路的输出端电连接，所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端和所述第一电容连接；所述第一电容与所述第三开关的输出端连接，同时与所述第四开关的输入端连接；所述第三开关的输入端与所述第七开关的输入端连接并接地；所述第四开关的输出端与所述第二电容连接，同时与所述第五开关的输入端连接；所述第二电容与所述第七开关的输出端连接，同时与所述第六开关的输入端连接；所述第二开关的输出端与所述第五开关的输出端连接，同时与所述第六开关的输出端连接，并与所述第三电容连接，所述第三电容接地，其中所述第二开关的输出端作为所述另一个所述三分之一倍电荷泵电路的输出端。
46.示例性的，如图2中所示，第二级的三分之一倍电荷泵电路102可包括第一开关q1、第二开关q2、第三开关q3、第四开关q4、第五开关q5、第六开关q6、第七开关q7、第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3。其中，所述第一开关q1的输入端作为该三分之一倍电荷泵电路102的输入端vin，与所述三分之一倍电荷泵电路101的输出端电连接，所述第一开关q1的输出端与所述第二开关q2的输入端和所述第一电容c1连接，所述第一电容c1与所述第三开关q3的输出端连接，同时与所述第四开关q4的输入端连接。所述第三开关q3的输入端与所述第七开关q7的输入端连接并接地。所述第四开关q4的输出端与所述第二电容c2连接，同时
与所述第五开关q5的输入端连接。所述第二电容c2与所述第七开关q7的输出端连接，同时与所述第六开关q6的输入端连接。所述第二开关q2的输出端与所述第五开关q5的输出端连接，同时与所述第六开关q6的输出端连接，并与所述第三电容c3连接，所述第三电容c3接地，其中所述第二开关q2的输出端作为三分之一倍电荷泵电路102的输出端vout。
47.采用上述实施例的三分之一倍电荷泵电路102，电路结构简单，且未采用电感元件，因此使得充电电路的电源转换效率提升，如充电效率最高可达98％左右，同时减少发热量，进而提高安全性。
48.可选的，在本公开的一些实施例中，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关各自的控制端均连接至充电控制器，所述充电控制器与所述三分之一倍电荷泵电路连接。
49.示例性的，如图3中所示，所述第一开关q1、第二开关q2、第三开关q3、第四开关q4、第五开关q5、第六开关q6和第七开关q7各自的控制端均连接至充电控制器104，也即该充电电路10还可以包括充电控制器104，充电控制器104可以与三分之一倍电荷泵电路101连接。示例性的，第一开关q1、第二开关q2、第三开关q3、第四开关q4、第五开关q5、第六开关q6和第七开关q7可均为mos管开关，但也不限于此。
50.也即是说，1/3倍电荷泵降压电路可以由7个mos开关和3个电容构成。充电控制器104控制各mos管的开通与关断，来实现电容c1/c2/c3的串联和并联，从而实现降压。具体的，1/3倍电荷泵降压电路的工作原理如下：
51.阶段1：充电控制器104输出控制信号使得开关q1，q4，q6都闭合，开关q2，q3，q7断开，此时电容c1，c2，c3串联，输出电压vout约等于1/3vin。
52.阶段2：充电控制器104输出控制信号使得开关q2，q3，q5，q7都闭合，而开关q1，q4，q6断开，此时电容c1，c2，c3并联，输出电压vout约等于1/3vin。
53.可选的，在本公开的一些实施例中，所述一个三分之一倍电荷泵电路101包括第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第五电容、第六电容和第七电容；其中，所述第八开关的输入端用于与所述电源适配器电连接，所述第八开关的输出端与所述第九开关的输入端和所述第五电容连接；所述第五电容与所述第十开关的输出端连接，同时与所述第十一开关的输入端连接；所述第十开关的输入端与所述第十四开关的输入端连接并接地；所述第十一开关的输出端与所述第六电容连接，同时与所述第十二开关的输入端连接；所述第六电容与所述第十四开关的输出端连接，同时与所述第十三开关的输入端连接；所述第九开关的输出端与所述第十二开关的输出端连接，同时与所述第十三开关的输出端连接，并与所述第七电容连接，所述第七电容接地，其中所述第九开关的输出端作为所述三分之一倍电荷泵电路101的输出端。
54.需要说明的是，第一级的三分之一倍电荷泵电路101的电路原理图与图2或图3所示的第二级的三分之一倍电荷泵电路102基本相同，此处不再赘述。区别在于第九开关的输出端作为第一级的三分之一倍电荷泵电路101的输出端，与第一开关q1的输入端连接，另外第九开关的输入端与电源适配器20连接。
55.可选的，在本公开的一些实施例中，所述第八开关的输入端还连接有第八电容，所述第八电容接地。此处第八电容可以参考图2中所示第四电容c4。
56.可选的，在本公开的一些实施例中，所述充电控制器104与所述第八开关、第九开
关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关各自的控制端连接(图未示)，具体可以参考类似的如图3所示的连接关系。也即充电控制器104也可控制三分之一倍电荷泵电路101中各开关的开通与关断，来实现第五电容、第六电容和第七电容的串联和并联，从而实现降压，具体可以参考前述实施例中的具体描述，其原理相同，此处不再赘述。
57.可选的，在本公开的一些实施例中，所述电荷泵串联电路即三分之一倍电荷泵电路101、三分之一倍电荷泵电路102和所述电池模组103设置于同一印刷电路板pcb(printed circuit board)上。这样可以提高充电电路的电路的集成度，便于设备小型化。
58.可选的，在本公开的一些实施例中，所述电池模组103可以包括但不限于单电芯电池或者双电芯电池。采用双电芯电池时，可以实现更大功率的充电，提高充电效率。
59.本公开实施例还提供一种电子设备，如图4所示电子设备30包括充电接口301以及上述任一实施例所述的充电电路10，所述充电接口301与所述一个所述三分之一倍电荷泵电路101的输入端连接，且用于与所述电源适配器20电连接。
60.示例性的，充电接口301可以是但不限于通用串行总线usb(universal serial bus)接口。在一实施例中，充电接口301例如是usb type-c接口，但也不限于此。该电子设备30可以包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、或者可穿戴设备等，在此不做限定。
61.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。