充電電源、被充電設備及充電系統的製作方法

2023-06-10 01:59:36

本申請涉及電源電池技術領域，尤其涉及一種充電電源、被充電設備及充電系統。

背景技術：

現有的移動電源一般是將內置的鋰電池電壓升壓到5v後給被充電設備(例如：藍牙耳機、手機等)，被充電設備中內置的降壓型充電電路將5v降壓給被充電設備中的電池充電，這樣能量損失較大。

現有技術不足在於：

移動電源將內置電池升壓輸出給被充電設備後，被充電設備降壓給內置電池充電，導致能量損失較大。

技術實現要素：

本申請實施例提出了一種充電電源、被充電設備和充電系統，以解決現有技術中移動電源將內置電池升壓輸出給被充電設備後，被充電設備降壓給內置電池充電，導致能量損失較大的技術問題。

第一個方面，本申請實施例提供了一種充電電源，包括：充電電路和電池，所述充電電路的第一端與充電端vchg相連、第二端與所述電池的正極相連，所述充電電路的第二端作為供電端vdd用於在為被充電設備供電時與被充電設備的升降壓充電電路相連，所述電池的負極接地並作為地線端用於在為被充電設備供電時與被充電設備的電池負極相連；所述充電電路通過充電端vchg和地線端接入外部電源為所述電池充電，所述電池通過供電端vdd和地線端為所述被充電設備供電。

本申請實施例所提供的充電電源，由於去掉了內部的升壓電路，可以直接輸出給被充電設備，不需要將內置的鋰電池升壓後再輸出，從而減少了能量損失。

第二個方面，本申請實施例提供了一種被充電設備，包括：升降壓充電電路、電池和電量計，所述升降壓充電電路的一端在所述被充電設備充電時與充電電源的供電端vdd相連，所述升降壓充電電路的另一端以及所述電量計的一端均與被充電設備的電池正極相連，所述電量計還用於在所述被充電設備充電時與充電電源的供電端vdd相連，所述被充電設備的電池負極用於在所述被充電設備充電時與充電電源的地線端相連；所述升降壓充電電路根據供電端vdd的電壓與所述被充電設備的電池的電壓的大小將所述供電端vdd的電壓進行升壓或降壓後給所述被充電設備的電池充電。

有益效果如下：

由於本申請實施例所提供的被充電設備，內部包括有升降壓充電電路，可以將充電電源直接輸出的電壓進行升壓或降壓後給被充電設備內置的電池充電，不需要充電電源先在內部升壓後輸出、再由被充電設備降壓後充電，從而減少了能量損失。

第三個方面，本申請實施例提供了一種充電系統，包括充電電源以及上述被充電設備，所述充電電源包括充電電路和電池，所述充電電路的第一端與充電端vchg相連、第二端與所述充電電源的電池的正極相連，所述充電電路的第二端與被充電設備的升降壓充電電路相連，所述電池的負極接地並作為地線端與被充電設備的電池負極相連；所述充電電路通過充電端vchg和地線端接入外部電源為所述充電電源的電池充電，所述充電電源的電池通過供電端vdd和地線端為所述被充電設備供電；所述被充電設備的升降壓充電電路的一端與充電電源的供電端vdd相連，所述被充電設備的電量計的一端與充電電源的供電端vdd相連。

有益效果如下：

由於本申請實施例所提供的充電系統中，被充電設備內部包括有升降壓充電電路，可以將充電電源直接輸出的電壓進行升壓或降壓後給被充電設備內置的電池充電，不需要充電電源先在內部升壓後輸出、再由被充電設備降壓後充電，從而減少了能量損失。

附圖說明

下面將參照附圖描述本申請的具體實施例，其中：

圖1示出了現有技術中移動電源為被充電設備充電的示意圖；

圖2示出了本申請實施例中充電電源與被充電設備連接示意圖；

圖3示出了本申請實施例中升降壓充電電路的結構示意圖；

圖4示出了本申請實施例中電量計的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本申請的技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖對本申請的示例性實施例進行進一步詳細的說明，顯然，所描述的實施例僅是本申請的一部分實施例，而不是所有實施例的窮舉。並且在不衝突的情況下，本說明中的實施例及實施例中的特徵可以互相結合。

發明人在發明過程中注意到：

目前移動電源中通常內置了電量計，一般通過4顆led燈來指示移動電源的剩餘電量(例如4顆led全亮表示100％剩餘電量，3顆led亮表示75％～99％剩餘電量，2顆led亮表示50％～74％剩餘電量，1顆led亮表示25％～49％剩餘電量，led全滅表示0～24％剩餘電量)。採用這樣的方案，電量顯示不夠精確，細分不夠。另外電量計也增加了成本。

有些移動電源為了在被充電設備上顯示移動電源剩餘電量，還配備了通訊接口。現有技術中的實現方式如圖1所示，虛線框內的是移動電源，charger1給移動電源中的電池bat1充電，移動電源中的電池bat1充電通過升壓電路(boost)產生5v電壓，通過vdd埠輸出給被供電電路。移動電源中的電量計(coulombmeter1)量測bat1的電壓，計算剩餘電量，通過驅動led燈(l1～l4)進行剩餘電量顯示。必要時通過d+、d-接口通訊。被充電設備中，採用降壓型充電電路(step-downcharger)給內置的電池bat2充電，通過電量計(coulombmeter2)量測bat2的電壓來計算bat2的剩餘電量。

針對現有技術的不足，本申請實施例提出了一種充電電源和被充電設備，下面進行說明。

圖2示出了本申請實施例中充電電源與被充電設備連接示意圖，充電電源有部分電路被簡化，本領域技術人員可以根據實際需要或參考現有移動電源進行其他電路的增加。

如圖2所示，所述充電電源包括：充電電路charger1和電池bat1，所述充電電路的第一端與充電端vchg相連、第二端與所述電池的正極相連，所述充電電路的第二端作為供電端vdd用於在為被充電設備供電時與被充電設備的升降壓充電電路相連，所述電池的負極接地並作為地線端用於在為被充電設備供電時與被充電設備的電池負極相連；所述充電電路通過充電端vchg和地線端接入外部電源為所述電池充電，所述電池通過供電端vdd和地線端為所述被充電設備供電。

所述被充電設備包括：升降壓充電電路、電池和電量計，所述升降壓充電電路的一端在所述被充電設備充電時與充電電源的供電端vdd相連，所述升降壓充電電路的另一端以及所述電量計的一端均與被充電設備的電池正極相連，所述電量計還用於在所述被充電設備充電時與充電電源的供電端vdd相連，所述被充電設備的電池負極用於在所述被充電設備充電時與充電電源的地線端相連；所述升降壓充電電路根據供電端vdd的電壓與所述被充電設備的電池的電壓的大小將所述供電端vdd的電壓進行升壓或降壓後給所述被充電設備的電池充電。

本申請實施例所提供的的充電系統如圖2所示，可以包括：充電電源以及上述被充電設備，所述充電電源包括充電電路和電池，所述充電電路的第一端與充電端vchg相連、第二端與所述充電電源的電池的正極相連，所述充電電路的第二端與被充電設備的升降壓充電電路相連，所述電池的負極接地並作為地線端與被充電設備的電池負極相連；所述充電電路通過充電端vchg和地線端接入外部電源為所述充電電源的電池充電，所述充電電源的電池通過供電端vdd和地線端為所述被充電設備供電；所述被充電設備的升降壓充電電路的一端與充電電源的供電端vdd相連，所述被充電設備的電量計的一端與充電電源的供電端vdd相連。

與傳統實現方案不同，本申請實施例中直接將電池bat1的電壓輸出，為被充電設備提供電源。可以通過外部從vchg和g端接入外部電源，通過充電電路charger1給bat1充電。同時電池bat1可以對外通過埠vdd和g為被充電設備供電。而現有技術中需要兩次轉換，先升壓(boost)再降壓(step-downcharger)，每次轉換都有效率損失，與現有技術相比，本申請實施例無需兩次電壓轉換，效率更高。

現有技術中升壓至較高的5v，但如果被充電設備的電池bat2電壓較低，例如3v，且如果電池bat1電壓較高，例如4v，本申請實施例中無需升壓，而直接將4v通過降壓至3v，直接給bat2充電，電源轉換效率更高。

現有技術中升壓電路一方面需要控制電路，同時還需要外置的電感，一般功率電感體積較大，佔用較多空間，不利於小型化設計，且需要額外成本。而本申請實施例不需要充電電源內置升壓電路更不需要升壓電路的控制電路以及外置的電感，從而減少了空間的佔用，適合小型化設計，且降低了成本。

實施中，所述電量計還可以用於與所述被充電設備的控制單元相連，所述控制單元可以用於將所述電量計測得的剩餘電量信息通過揚聲器進行語音播報，或者，將所述電量計測得的剩餘電量信息通過通信單元發送給另一設備，或者將所述電量計測得的剩餘電量信息通過所述被充電設備的顯示屏進行顯示。

由於本申請實施例所提供的充電電源自身不配置電量計，而是通過被充電設備來為用戶提供電量信息，一般被供電設備功能強大，更加方便為用戶提供移動電源剩餘電量信息。例如被供電設備為藍牙耳機，可以通過語音播報的方式告知用戶移動電源的剩餘電量，還可以通過藍牙耳機把移動電源的剩餘電量信息通過無線通訊(例如基於藍牙協議)的方式發送到手機上，通過手機顯示移動電源的剩餘電量；例如被供電設備為手機，則可以通過顯示屏顯示移動電源的剩餘電量，或者通過語音播報移動電源的剩餘電量。這些方式都非常方便提供精度高達1％甚至0.1％精度的剩餘電量信息，遠比僅通過4顆led燈顯示的信息精確。

實施中，所述電量計測得的剩餘電量信息可以包括充電電源的電池的剩餘電量信息、和/或所述被充電設備的電池的剩餘電量信息。

實施中，所述控制單元還可以用於在所述電量計測量所述充電電源的電池的剩餘電量信息之前，關斷所述升降壓充電電路。

實施中，所述電量計可以用於量測所述充電電源的供電端vdd輸出的電壓以及所述升降壓充電電路的電流，並根據所述充電電源的供電端vdd輸出的電壓以及所述升降壓充電電路的電流計算所述充電電源的電池的剩餘電量信息。

由於本申請實施例中直接將bat1的電壓輸送至被供電設備，因此被供電設備非常方便的可以直接量測bat1的電壓，從而獲知bat1的剩餘電量信息，一般剩餘電量信息可以通過電池電壓得知，可以內置電壓-電量曲線表進行查表獲得。

在一種改進實現方式中，為了精確獲得bat1的開路電壓(即bat1輸出電流為零時的電壓)，一般由於電池存在內阻，當電池輸出電流時，會導致輸出電壓降低。為了提高量測精度，可以短暫的將step-up/downcharger關斷，此時bat1的輸出電流為零，此時量測電量更準確。

在另一種改進實現方式中，不關斷step-up/downcharger，而是同時量測bat1電壓和step-up/downcharger的電流，來計算電池電量。

由於傳統的設計中，移動電源中的電量計量測移動電源bat1的剩餘電量後，為了能在被充電設備上顯示，還需要額外的數據傳輸接口d+、d-來通訊剩餘電量信息。而本申請實施例中則不需要。在被充電設備中電量計(coulombmeter2)通過分時工作的方式分別量測移動電源中bat1和被充電設備中bat2的剩餘電量，將量測的剩餘電量信息發送給應用處理器(ap)，應用處理器根據用戶需求，依託軟體運行，播報剩餘電量信息。例如用戶可以通過選擇菜單進行相應操作。

實施中，所述升降壓充電電路可以包括：升降壓控制器、第一開關k1、第二開關k2、第三開關k3、第四開關k4、電感l1和電容c1，所述升降壓控制器分別與第一開關k1、第二開關k2、第三開關k3、第四開關k4的控制端相連，所述第一開關k1的一端與供電端vdd相連、另一端與第二開關k2以及電感l1的一端相連，所述第二開關k2的另一端接地；所述第三開關k3的一端與被充電設備的電池正極相連、另一端與第四開關k4的一端相連，所述第四開關k4的另一端接地；所述電感l1的另一端分別與電容c1的一端、升降壓控制器相連，所述電容c1的另一端接地；所述第一開關k1和所述第四開關k4為控制信號有效性相同的一組，所述第二開關k2和所述第三開關k3為控制信號有效性相同的一組，兩組開關交替導通。

圖3示出了本申請實施例中升降壓充電電路(step-up/downcharger)的實現方式，其中，包括：控制器和開關k1～k4，電感l1、電容c1。開關k1～k4，電感l1、電容c1組成一個可升壓可降壓的功率級電路，開關k1和k4同時導通，開關k2和k3同時導通，兩組開關交替導通，通過控制開關的導通佔空比即可實現升壓-降壓功能。

實施中，被充電設備的電池正極電壓vbat2和供電端電壓vdd滿足下面關係：

其中，d為第一開關k1和第四開關k4導通的佔空比。

假設開關k1、開關k4導通的佔空比為d，則vbat2電壓和vdd電壓滿足下面關係：

其中，vbat2為節點vbat2的電壓值；vdd為節點vdd的電壓值，d為開關k1和k4導通的佔空比。

實施中，所述電量計可以包括振蕩器osc、模數轉換器adc、第五開關s1和第六開關s2，振蕩器分別輸出控制信號至第五開關s1和第六開關s2，所述第五開關s1和所述第六開關s2的控制信號的有效性相反，所述第五開關s1的一端與供電端vdd相連，所述第六開關s2的一端與被充電設備的電池正極相連，所述第五開關s1和所述第六開關s2的另一端均與模數轉換器的輸入端相連；當第五開關s1導通時，所述模數轉換器將輸入的供電端vdd電壓由模擬信號轉換為數位訊號輸出；當第六開關s2導通時，所述模數轉換器將輸入的被充電設備的電池電壓由模擬信號轉換為數位訊號輸出。

實施中，所述電量計還可以包括反相器inv1，所述反相器的一端與振蕩器相連、另一端與第五開關s1或第六開關s2的控制端相連。

圖4示出了本申請實施例中電量計(coulombmeter2)的實現方式，其中，包括：振蕩器osc，反相器inv1，模數轉換器(adc)，開關s1、s2。當ck1為高電平時，ck2為低電平，此時開關s1導通，將vdd電壓輸入到模數轉換器adc中，模數轉換器adc將模擬信號轉換為數位訊號，即實現對vdd電壓的量測；當ck2為高電平時，ck1為低電平，此時開關s2導通，將vbat2電壓輸入到模數轉換器adc中，模數轉換器adc將模擬信號轉換為數位訊號，即實現對vbat2電壓的量測，可以實現電量檢測功能。應用處理器ap可以根據量測的電壓，查表得到剩餘電量數據。然後通過應用軟體為用戶提供剩餘電量信息。

本申請實施例與現有技術相比，至少具有如下優點：

第一、充電效率更高，相同容量的移動電源可以提供更多可利用充電能量，且發熱更小；

第二、移動電源中無需升壓電路，節省空間，同時也節省成本；

第三、移動電源中無需電量計，節省成本；

第四、移動電源中無需為了顯示剩餘電量的led，節省成本；

第五、移動電源與被充電設備之間的接口簡單，只需兩個接口：電源線(vdd)、地線(g)。

儘管已描述了本申請的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本申請範圍的所有變更和修改。