CN102025174B - 一种根据电池电压自动调整输出的新型充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种根据电池电压自动调整输出的新型充电器，包括传统充电器电路模块，其特征在于，还包括降压芯片和控制电路，所述传统充电器电路模块连接降压芯片，所述降压芯片连接控制电路；所述降压芯片的输出端为所述新型充电器的第一外接端口；所述控制芯片的输入端为新型充电器的第二外接端口，所述降压芯片用于将传统充电器电路模块的输出电压根据控制电路的控制调整到适合的大小；所述控制电路用于检测电池当前状态下的电量状态，从而控制降压芯片调整输出的充电电压。采用本发明可根据电池中的当前电压，自动调整输出电压，大大减少充电电路本身因为充电产生的热量。

Description

一种根据电池电压自动调整输出的新型充电器

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及的是一种根据电池电压自动调整输出电压的新型充电器。

背景技术

随着移动终端，例如手机，功能的越来越丰富，用户对手机电池的续航时间也越来越高，导致了手机电池容量的不断提升，现在大部分手机电池的容量都已经达到了1000mAH以上，有的甚至达到了2000mAH以上，这对手机的充电也提出了更高的要求。对于大容量的电池，要求充电时：充电电流大；充电发热小；充电时间快。然而大电流充电会导致大量的热量产生，从而会影响手机的安全性和可靠性。但是要满足充电快的要求则必须要提高电流，因此要降低热量就必须减小充电电路上消耗的电压。而现有的充电器存在只能输出恒定的充电电压。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种根据电池电压自动调整输出电压的新型充电器，旨在解决现有现有的手机充电器，只能输出恒定的充电电压的问题。

本发明的技术方案如下：

一种根据电池电压自动调整输出的新型充电器，包括传统充电器电路模块，其中，还包括降压芯片和控制电路，所述传统充电器电路模块连接降压芯片，所述降压芯片连接控制电路；所述降压芯片的输出端为所述新型充电器的第一外接端口；所述控制芯片的输入端为新型充电器的第二外接端口，所述降压芯片用于将传统充电器电路模块的输出电压根据控制电路的控制调整到适合的大小；所述控制电路用于检测电池当前状态下的电量状态，从而控制降压芯片调整输出的充电电压。

所述的根据电池电压自动调整输出的新型充电器，其中，所述新型充电器对移动终端中的电池进行充电时的连接方式为：所述新型充电器的第一外接端口连接移动终端中的充电电路和电源管理芯片；新型充电器的第二外接端口连接所述移动终端中的电池；所述充电电路和电源管理芯片连接电池，所述充电电路连接所述电源管理芯片。

所述的根据电池电压自动调整输出的新型充电器，其中，所述降压芯片的输出端上还串联设置一电感，电感的输出端为所述新型充电器的第一外接端口。

所述的根据电池电压自动调整输出的新型充电器，其中，所述控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第三二极管，其中，所述第三二极管的阴极为新型充电器的第二外接端口；所述第二电阻串联在第三二极管的阳极和电感的输出端之间；所述第三二极管的阳极、第三电阻和降压芯片的电压控制输入端依次连接；所述第四电阻串联在降压芯片的电压控制输入端和地线之间；传统充电器电路模块的正极连接降压芯片的输出端Vin和片选端CE，负极连接降压芯片的接地端。

本发明的有益效果：本发明通过在传统的充电器中增加一个降压芯片，该降压芯片可以根据电池中的当前电压，自动调整输出电压，大大减少充电电路本身因为充电产生的热量。

附图说明

图1是本发明中实施例提供的移动终端的电池充电系统的硬件框图；

图2是本发明中实施例提供的新型充电器对电池进行充电的电路原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

传统的充电器的输出电压直接加在电源管理芯片(PMIC)和充电电路上的。假如充电器输出为5V，充电电流为1A，电池的剩余电压为3.5V时，则消耗在充电电路上的功率为(5-3.5)V*1A＝1.5W，对于手机来说，1.5W是相当大的热量输出，对充电电路的器件提出了更大功率的要求。需要选择更大功率的MOS管和二极管。移动终端的成本因此会上升，并且随着功率的提升，对电路板面积也会同样加大，并且对LAYOUT也提出了很高的要求。

因为充电电流直接关系到电池的充电时间，充电电流越大，充电时间就越短，充电电流越小，充电时间就越长，所以为了加快充电速度加大充电电流是一种趋势。为了减少消耗在充电电路上的功耗，只要减少消耗在该电路上的电压即可。而传统充电器的输出电压是恒定的，因此本发明通过在传统充电器的输出上增加了一个降压芯片及控制电路，将最终输出到手机的电压根据当前的电池电压自动调整。

参见图1，手机电池充电系统包括移动终端和新型充电器，所述移动终端中包括电源管理芯片(PMIC)、充电电路、电池；所述新型充电器包括传统充电器电路模块、降压芯片和控制电路。所述传统充电器电路模块连接降压芯片，所述降压芯片连接控制电路；所述降压芯片的输出端为所述新型充电器的第一外接端口，其连接所述移动终端中的充电电路和电源管理芯片。所述控制芯片的输入端为新型充电器的第二外接端口，其连接所述移动终端中的电池。所述充电电路和电源管理芯片连接电池，所述充电电路连接所述电源管理芯片。

所述电源管理芯片PMIC用于完成手机充电电流的设置，范围可以在0mA～1.5A之间设置，步长可设为50mA。所述降压芯片用于完成将传统充电器的输出电压根据控制电路的控制调整到适合的大小。所述控制电路用于检测电池当前状态下的电量状态，从而控制降压芯片根据电池当前的电量，调整充电器输出的充电电压。所述充电电路用于给电池充电，主要功能是配合PMIC实现充电电流和充电电压的控制。

其工作过程为，充电器与移动终端连接，当充电器接电之后输出整流和降压之后的电压，并接入降压芯片；降压芯片根据控制电路检测到的电池当前的剩余电量自动调整输出电压。电源管理芯片根据降压芯片输出的电压控制充电电路的充电电流。

图2所示本发明中实施例提供的手机充电器对电池进行充电的电路原理框图，其包括：传统充电器电路模块的正极连接降压芯片的输出端Vin和片选端CE，负极连接降压芯片的接地端GND。降压芯片的电压控制输入端Vbf连接控制电路，所述控制电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第三二极管D3，所述第三二极管D3的阴极连接电池的阳极，第三二极管D3的阳极、第三电阻R3和降压芯片的电压控制输入端Vbf依次连接；所述第四电阻R4串联在降压芯片的电压控制输入端Vbf和地线之间。所述降压芯片的输出端Lx连接电感L1，通过电感L1将充电电压接至电源管理芯片的Vcharge端口。

所述充电电路包括MOS管Q1、第一二极管D1和充电检测电阻R1，所述MOS管Q1为P型MOS管，其源极连接电源管理芯片的Vcharge端口，其漏极连接第一二极管D1的阳极，其栅极连接至电源管理芯片的GATE-CTRL端口。所述第一二极管D1的阴极、充电检测电阻R1和电池的阳极依次连接。所述第一二极管D1的阴极还连接电源管理芯片的保护引脚ISENSE端口；电池的阳极还连接至电源管理芯片的VBAT端口。

常规的移动终端中其MOS管Q1和第一二极管D1以及充电检测电阻R1的总体功耗一般在0.9W左右，为了保证MOS管和第一二极管D1以及充电检测电阻R1工作的可靠性。将该功率减小30％，因此充电电路上消耗的功率是0.6W，如果以1A的充电电流计算，则消耗在MOS管和第一二极管D1上的电压之和为0.6W/1A＝0.6V，即图中的Vdisp＝0.6V，也就是说，要保证消耗在MOS管和二极管D1上的电压之和不可超过0.6V。

图中第三二极管D3的作用是在充电的时候，将电池的电压接到Vf，因此Vf＝Vbat+Vd，其中Vd是第三二极管D3的压降，一般为0.3V。降压芯片U1的Vfb是电压控制输入端，降压芯片U1的电压输出通过电感L1接到电源管理芯片的Vcharge端，而降压芯片的输出电压Vcharge是受电压控制输入端的输入电压Vfb控制的，即V_charge＝K*V_fb，其中K为U1的电压系数，是个常数。将Vf分压后接到降压芯片U1的Vfb，用于控制降压芯片U1的电压输出。而降压芯片的输出电压Vcharge根据上面的计算，应该为Vbat+Vdisp。因此有下面的公式：

$(V_{\mathrm{bat}}+V_d)\×\frac{R_4}{R_3+R_4}=V_{\mathrm{fb}}=\frac{V_{\mathrm{ch}\arg e}}{K}---\left(1\right)$

所以， $V_{\mathrm{ch}\arg e}=(V_{\mathrm{bat}}+V_d)\×\frac{K\×R_4}{R_3+R_4}---\left(2\right)$

由于Vd相对于Vbat很小，可以忽略不计，所以式(2)可以写成：

$V_{\mathrm{ch}\arg e}=V_{\mathrm{bat}}\×\frac{K\×R_4}{R_3+R_4}---\left(3\right)$

因此根据式(2)可得到V_charge和V_bat之间的关系，为了保证手机充电的安全可靠，我们只需要设定合适的R₃和R₄即可，就可以使V_charge和V_bat之间保持一个相对恒定的比例。而最终消耗在MOS管和二极管上的功耗P_disp为：

P_disp＝(V_charge-V_bat)×I............................................(4)

其中I为充电电流，根据式(4)只需要减少V_charge-V_bat的值，就可以实现减少消耗在MOS管和二极管上的功耗，达到减少发热的效果。而根据式(3)可得：

$V_{\mathrm{ch}\arg e}-V_{\mathrm{bat}}=V_{\mathrm{bat}}\×(\frac{K\×R_4}{R_3+R_4}-1),$

所述第三电阻R3和第四电阻R4的阻值确定方法为：

$V_{\mathrm{bat}\max }\&times;(\frac{K{\&times;R}_4}{R_3+R_4}-1)<A$

其中，V_bat max为电池的最大电压，K为降压芯片的电压系数，R₃和R₄分别为第三和第四电阻的阻值，A为充电电路设定的最大压降。

例如，而为了保证消耗在充电电路上的电压要小于0.6V即压降A小于0.6V，以Vbat最大为4.2V计算，就可以得到R4和R3的比值。推导如下：

$4.2\&times;(\frac{K\&times;R_4}{R_3+R_4}-1)<0.6V,$

最终得到

在本实施例中选择

这样，就可以在电池电压达到最大的时候，MOS管和二极管上的压降最大为0.6V，其他的电池电压下，都可以保证MOS管和二极管上的压降小于0.6V，这样就可以保证了功耗，降低了发热量。

图2中，在第三二极管D3的阳极和电感L1的输出端还串联有第二电阻R2，所述第二电阻R2用于在充电的时候，将电池电压Vbat通过二极管连接到Vf。并且在不充电，即充电器空载的时候，将降压芯片的输出电压Vcharge通过第二电阻R2连接到降压芯片U1的反馈线上，使得在充电器空载的时候也可以输出恒定的电压。空载时降压芯片的电压控制输入端的输入电压为：

$V_{\mathrm{ch}\arg e}\&times;\frac{R_4}{R_2+R_3+R_4}=V_{\mathrm{fb}},$

而V_charge＝K*V_fb，

因此可以得到根据上面得到的R3和R4，就可以计算出R2的值的大小，即：

R₂＝(K-1)×R₄-R₃。

本方案设计了一种根据电池电压自动调整充电器的输出电压的充电器，可以将好散在手机充电电路上的功率降低到一定的限度，同时也可以保证充电的电流不变。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种根据电池电压自动调整输出的新型充电器，包括传统充电器电路模块，其特征在于，还包括降压芯片和控制电路，所述传统充电器电路模块连接降压芯片，所述降压芯片连接控制电路；所述降压芯片的输出端为所述新型充电器的第一外接端口；所述控制电路的输入端为新型充电器的第二外接端口，所述降压芯片用于将传统充电器电路模块的输出电压根据控制电路的控制调整到适合的大小；所述控制电路用于检测电池当前状态下的电量状态，从而控制降压芯片调整输出的充电电压；

所述降压芯片的输出端上还串联设置一电感，电感的输出端为所述新型充电器的第一外接端口；

所述控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第三二极管，其中，所述第三二极管的阴极为新型充电器的第二外接端口；所述第二电阻串联在第三二极管的阳极和电感的输出端之间；所述第三二极管的阳极、第三电阻和降压芯片的电压控制输入端依次连接；所述第四电阻串联在降压芯片的电压控制输入端和地线之间；传统充电器电路模块的正极连接降压芯片的输出端Vin和片选端CE，负极连接降压芯片的接地端。

2.根据权利要求1所述的根据电池电压自动调整输出的新型充电器，其特征在于，所述新型充电器对移动终端中的电池进行充电时的连接方式为：所述新型充电器的第一外接端口连接移动终端中的充电电路和电源管理芯片；新型充电器的第二外接端口连接所述移动终端中的电池；所述充电电路和电源管理芯片连接电池，所述充电电路连接所述电源管理芯片。

3.根据权利要求1所述的根据电池电压自动调整输出的新型充电器，其特征在于，所述第三电阻和第四电阻的阻值确定公式为：

$V_{\mathrm{bat}\max }\&times;(\frac{K\&times;R_4}{R_3+R_4}-1)<A$

其中，V_batmax为电池的最大电压；K是常数，为降压芯片的电压系数；R₃和R₄分别为第三和第四电阻的阻值；A为充电电路设定的最大压降。

4.根据权利要求3所述的根据电池电压自动调整输出的新型充电器，其特征在于，所述第二电阻的阻值确定公式为：

$\frac{R_2+R_3+R_4}{R_4}=K$

其中，R₂为第二电阻的阻值；R₃和R₄分别为第三和第四电阻的阻值；K是常数，为降压芯片的电压系数。

Images