一種充放電管理電路和便攜設備的製作方法

2023-05-20 17:04:01 1

本申請涉及電池充放電管理技術領域，尤其涉及一種充放電管理電路和便攜設備。

背景技術：

目前很多便攜設備均帶有鋰電池，在對鋰電池進行充電時則需要充電管理電路，通常來說，增大充電電流有助於提高電池充電速度、減小充電時間。

傳統的線性充電管理電路，效率低、發熱嚴重，開關型充電電路越來越受歡迎。

開關型充電電路通常需要一個晶片外的電感器件，導致成本增加，同時增加了印刷電路板的面積。以藍牙耳機為例，一般要求體積小、且成本低，現有技術中一般需要兩個電感，一個電感用於上述開關型充電管理電路，另一個電感則用於降壓型開關電路，為射頻電路提供電源。

現有技術不足在於：

現有充電管理電路成本高、印刷電路板面積較大。

技術實現要素：

本申請實施例提出了一種充放電管理電路和便攜設備，以解決現有技術中充電管理電路成本高、印刷電路板面積較大的技術問題。

第一個方面，本申請實施例提供了一種充放電管理電路，包括：充電控制器、第一開關KC1、第二開關KC2、第一電容C1、第二電容C2、降壓控制器、 第三開關KB1、第四開關KB2、電感L1、第五開關K3和電壓調節器，其中，

所述第一開關KC1的第一端與外部電壓輸入端CHG相連，所述第一開關KC1的第二端和第三端均與所述充電控制器Charger相連，所述第二開關KC2的第一端與所述第一開關KC1的第二端相連，所述第二開關KC2的第二端接地，所述第二開關KC2的第三端與所述充電控制器Charger相連；

所述電感L1的第一端分別與所述第二開關KC2的第一端、所述第五開關K3的第一端相連，所述電感L1的第二端分別與所述第三開關KB1的第二端、所述第四開關KB2的第一端相連，所述第三開關KB1的第一端與電池正極相連，所述電池負極接地；

所述第一電容C1的第一端分別與所述電池正極、所述充電控制器Charger相連，所述第一電容C1的第二端接地，所述電池正極作為電池電壓端BAT；

所述充電控制器Charger的輸出信號CH分別輸出至所述電壓調節器、降壓控制器Buck，所述充電控制器Charger的輸出信號CH與所述降壓控制器Buck的第一輸出信號B1經第一邏輯單元輸出至所述第三開關KB1的第三端，所述第一邏輯單元為在任一輸入信號有效時輸出信號有效；所述充電控制器Charger的輸出信號CH與所述降壓控制器Buck的第二輸出信號B2經第二邏輯單元輸出至所述第四開關KB2的第三端，所述第二邏輯單元為在任一輸入信號有效時輸出信號無效；

所述降壓控制器Buck與所述第五開關K3的第三端相連，所述第五開關K3的第二端、所述第二電容C2的第一端、所述降壓控制器Buck均與射頻電壓輸出端VRF相連，所述第二電容C2的第二端接地；所述電壓調節器分別與外部電壓輸入端CHG、射頻電壓輸出端VRF相連。

第二個方面，本申請實施例提供了一種便攜設備，包括上述充放電管理電路、電池和射頻電路，其中，所述射頻電路以所述VRF為輸入電源，所述射頻電路工作於所述VRF和地之間的電壓上。

有益效果如下：

由於本申請實施例所提供的充放電管理電路和便攜設備，當CHG的電壓大於預設第一閾值時，充電控制器、KC1、KC2、L1、KB1、電池、C1形成充電電路，所述充電控制器通過控制KC1、KC2的交替導通實現對所述電池進行不同模式的充電；當CHG的電壓小於預設第二閾值時，電池、降壓控制器、KB1、KB2、K3、L1、C2形成降壓電路，所述降壓控制器通過控制KB1、KB2交替導通實現VRF電壓的調整，對射頻電路提供電源；本申請實施例中充電過程中利用所述電感L1，所述降壓過程中依然利用所述電感L1，由於本申請實施例對電感L1進行復用，從而解決了現有技術中需要晶片外電感器件的問題，降低了充放電管理電路的成本，同時減少了印刷電路板的面積。

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示出了現有技術中充電管理電路的結構示意圖；

圖2示出了本申請實施例中充電管理電路的結構示意圖一；

圖3示出了本申請實施例中充電管理電路的結構示意圖二；

圖4示出了本申請實施例中便攜設備的結構示意圖；

圖5示出了本申請實施例中VCHG大於預設第一閾值時的電路示意圖；

圖6示出了本申請實施例中VCHG小於預設第二閾值時的電路示意圖。

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：

圖1示出了現有技術中充電管理電路的結構示意圖，其中包括：開關型充 電管理電路、降壓型開關電路、以及旁路調壓器(或稱電壓調節器)和電池Battery。

開關型充電管理電路由充電控制器(Charger)、開關KC1、開關KC2、電感L1、電容C1組成，當VCHG外接電壓時，可以對電池Battery進行充電。

降壓型開關電路由降壓控制器(Buck)、開關KB1、開關KB2、電感L2、電容C2構成，可以通過電池Battery對VRF節點供電，射頻電路以VRF為輸入電源，射頻電路工作在VRF和地之間的電壓上。

一般便攜設備中採用降壓型開關電路為射頻電路供電的原因是，降壓型開關電路的電源轉換效率較高(相比電壓調節器)，有助於節省電能。

當CHG端插入外部電源時，旁路調壓器提供旁路降壓型開關電路為VRF節點供電。

充電控制器(Charger)根據電池電壓進行預充電、恆流充電、恆壓充電控制。當電池電壓低於3V時，充電控制器控制開關KC1和KC2交替導通，以設置的預充電電流對電池進行充電；當電池電壓高於3V且低於4.2V時，充電控制器控制開關KC1和KC2交替導通，以設置的恆流充電電流對電池進行充電；當電池電壓達到4.2V時，充電控制器控制開關KC1和KC2以恆定電壓模式對電池進行充電。

降壓控制器根據反饋電壓VRF和參考電壓，調節開關KB1和KB2的佔空比，將輸出電壓VRF調整等於參考電壓(即輸出電壓的目標電壓)。

由上述說明及圖1可以看出，現有技術中需要兩個電感(L1和L2)，不利於小型化，且應用成本高。

針對上述不足，本申請實施例提出了一種充放電管理電路和便攜設備，通過復用一個電感，既實現開關型充電管理電路所需，又實現為射頻電路供電的降壓型開關電路所需，下面進行說明。

實施例一、

圖2示出了本申請實施例中充放電管理電路的結構示意圖一，如圖所示， 所述充放電管理電路可以包括：充電控制器Charger、第一開關KC1、第二開關KC2、第一電容C1、第二電容C2、降壓控制器Buck、第三開關KB1、第四開關KB2、電感L1、第五開關K3、電壓調節器，其中：

所述KC1的第一端與外部電壓輸入端CHG相連，所述KC1的第二端和第三端均與所述充電控制器Charger相連，所述KC2的第一端與所述KC1的第二端相連，所述KC2的第二端接地，所述KC2的第三端與所述充電控制器Charger相連；

所述L1的第一端分別與所述KC2的第一端、所述K3的第一端相連，所述L1的第二端分別與所述KB1的第二端、所述KB2的第一端相連，所述KB1的第一端與電池Battery正極相連，所述電池Battery負極接地；

所述C1的第一端分別與所述電池Battery正極、所述充電控制器Charger相連，所述C1的第二端接地，所述電池Battery正極作為電池電壓端BAT；

所述充電控制器Charger的輸出信號CH分別輸出至所述電壓調節器、降壓控制器Buck，所述CH與所述降壓控制器Buck的第一輸出信號B1經第一邏輯單元輸出至所述KB1的第三端，所述第一邏輯單元為在任一輸入信號有效時輸出信號有效；所述CH與所述降壓控制器Buck的第二輸出信號B2經第二邏輯單元輸出至所述KB2的第三端，所述第二邏輯單元為在任一輸入信號有效時輸出信號無效；

所述降壓控制器Buck與所述K3的第三端相連，所述K3的第二端、所述C2的第一端、所述降壓控制器Buck均與射頻電壓輸出端VRF相連，所述C2的第二端接地；所述電壓調節器分別與所述CHG、VRF相連。

具體實施時，在所述CHG沒有連接外部電源時，所述充放電管理電路中的充電電路不工作，所述充放電管理電路通過降壓電路將所述電池的電壓調整為目標電壓後輸出至VRF、為便攜設備供電。

在所述CHG連接外部電源時，所述充放電管理電路中的充電電路工作，所述充放電管理電路通過電壓調節器將外部電源的電壓調整為目標電壓後輸 出至VRF、為便攜設備供電。

其中，充電電路可以包括充電控制器Charger、第一開關KC1、第二開關KC2、第一電容C1、電感L1、第三開關KB1；所述降壓電路可以包括降壓控制器Buck、第三開關KB1、第四開關KB2、第五開關K3、電感L1、第二電容C2。

具體實施時，所述充放電管理電路還可以包括反相器INV1，所述反相器INV1可以一端與降壓控制器Buck相連，另一端與CH經NOR1後輸出至第四開關KB2。採用反相器INV1可以將降壓控制器Buck輸出的信號B2的相位進行180度反轉。

所述電壓調節器具體可以為低壓差線性穩壓器(LDO，Low Drop Out linear regulator)，也可以為其他器件，只要可以實現電壓調節的目的即可。

所述第一邏輯單元、所述第二邏輯單元可以採用現有元器件實現，只要分別可以實現在任一輸入信號有效時輸出信號有效、在任一輸入信號有效時輸出信號無效的目的即可。

具體實施時，假設電路為高電平有效，那麼所述第一邏輯單元可以為或門，所述第二邏輯單元可以為或非門，本領域技術人員可以根據實際需要進行相應的開發設計。

圖3示出了本申請實施例中充放電管理電路的結構示意圖二，如圖所示，以高電平有效為例，電壓調節器為LDO，所述第一邏輯單元為或門，所述第二邏輯單元為或非門。

由於本申請實施例所提供的充放電管理電路，當所述CHG的電壓大於預設第一閾值時，充電控制器、KC1、KC2、L1、KB1、電池、C1形成充電電路，所述充電控制器通過控制KC1、KC2的交替導通實現對所述電池進行不同模式的充電；當所述CHG的電壓小於預設第二閾值時，電池、降壓控制器、KB1、KB2、K3、L1、C2形成降壓電路，所述降壓控制器通過控制KB1、KB2交替導通實現VRF電壓的調整，對射頻電路提供電源；本申請實施例中充電過程 中利用所述電感L1，所述降壓過程中依然利用所述電感L1，由於本申請實施例對電感L1進行復用，從而解決了現有技術中需要晶片外電感器件的問題，降低了充放電管理電路的成本，同時減少了印刷電路板的面積。

實施中，當所述CHG的電壓大於預設第一閾值時，所述充電控制器Charger可以根據所述BAT的電壓來確定充電模式，以所述充電模式對所述電池Battery進行充電。

本申請實施例中，當外部電源的電壓足夠大時，所述充電控制器Charger即可啟動工作，為所述電池進行充電。其中，足夠大可以是開發人員根據實際需要進行設置的值。

實施中，所述預設第一閾值可以為4.5v。

具體實施時，所述預設第一閾值可以為4.5v或其他值。

實施中，所述充電控制器根據所述BAT的電壓來確定充電模式，以所述充電模式對所述電池進行充電，可以為：

當所述BAT的電壓小於預設第一電壓值時，所述充電控制器工作在預充電模式，以預設充電電流的預設比例的電流對所述電池進行充電；

當所述BAT的電壓大於預設第一電壓值且小於預設第二電壓值時，所述充電控制器工作在恆流充電模式，以預設充電電流對所述電池進行充電；

當所述BAT的電壓大於預設第二電壓值時，所述充電控制器工作在恆壓充電模式，維持所述BAT的電壓等於所述預設第二電壓值。

具體實施時，當電池電壓小於預設第一電壓值時，所述充電控制器Charger可以以預設充電電流的預設比例的電流對所述電池充電，假設預設充電電流為20A，預設比例為10％，那麼充電控制器Charger可以以20*10％＝2A對所述電池進行充電。當電池電壓大於預設第一電壓值、小於預設第二電壓值時，所述充電控制器Charger可以以預設充電電流對所述電池充電，例如可以以20A對所述電池充電。當電池電壓大於預設第二電壓值時，所述充電控制器Charger可以控制所述電池電壓與預設第二電壓值一致。

實施中，所述預設第一電壓值可以為3v，所述預設第二電壓值可以為4.2v。

具體實施時，所述預設第一電壓值可以小於所述預設第二電壓值，所述預設第一電壓值、所述預設第二電壓值分別可以根據電池的實際情況進行設置。

實施中，當所述CHG的電壓大於預設第一閾值時，所述KC1和KC2受所述充電控制器控制交替導通，所述CH為第一電平，在所述CH為第一電平時所述電壓調節器工作、所述降壓控制器不工作，所述CH經第一邏輯單元輸出有效信號控制所述KB1導通，經第二邏輯單元輸出無效信號控制所述KB2斷開，所述K3斷開；所述電壓調節器對所述CHG的電壓調節後為所述VRF供電。

具體實施時，假設電路設計為高電平有效，那麼所述第一電平可以為高電平，所述第一邏輯單元可以為或門OR1，經過第一邏輯單元輸出的有效信號可以為高電平信號，所述第二邏輯單元可以為或非門NOR1，經過第二邏輯單元輸出的無效信號可以為低電平信號；假設電路設計為低電平有效，那麼所述第一電平可以為低電平，所述第一邏輯單元可以為與門，經過第一邏輯單元輸出的有效信號可以為低電平信號，所述第二邏輯單元可以為與非門，經過第二邏輯單元輸出的無效信號可以為高電平信號。

以高電平有效為例，所述CHG的電壓大於預設第一閾值時，所述CH為高電平，所述降壓控制器Buck不工作，由於所述CH為高電平、所述降壓控制器Buck的B1信號為低電平，因此，經OR1後輸出高電平信號，控制所述KB1導通；由於所述CH為高電平、所述降壓控制器Buck的B1信號為低電平，因此，經NOR1後輸出低電平信號，控制所述KB2斷開。由於所述CH為高電平，所述電壓調節器工作，所述電壓調節器可以對所述CHG的電壓調節後為所述VRF供電。

實施中，當所述CHG的電壓小於預設第二閾值時，所述充電控制器停止工作，所述KC1和KC2均斷開，所述CH為第二電平，在所述CH為第二電平時所述降壓控制器工作、所述電壓調節器不工作，所述K3導通，所述KB1 和KB2受所述降壓控制器控制交替導通，所述降壓控制器根據所述VRF的電壓，將所述VRF的電壓調整為目標電壓。

具體實施時，可以由充電控制器檢測CHG的電壓，如果所述CHG的電壓小於預設第二閾值，那麼充電控制器停止工作。

所述第二電平可以為低電平，所述充電控制器的輸出信號為低電平，KC1、KC2斷開，CH也為低電平。此時，CH低電平可以使得降壓控制器工作。所述降壓控制器可以根據VRF端的電壓與目標電壓的差距，交替控制輸出信號B1、B2，使得KB1、KB2交替導通，最終將VRF的電壓調整為目標電壓。

實施中，所述預設第二閾值可以為4.3v。

具體實施時，所述預設第二閾值可以小於所述預設第一閾值，所述預設第二閾值可以為4.3v或其他值。

實施中，所述降壓控制器根據所述VRF的電壓，將所述VRF的電壓調整為目標電壓，可以為：

所述降壓控制器根據所述VRF的電壓，調整第一輸出信號B1和第二輸出信號B2的佔空比，控制所述KB1和所述KB2交替導通，將所述VRF的電壓調整為目標電壓。

具體實施時，所述佔空比可以是脈衝信號的通電時間與通電周期之比，調整第一輸出信號B1和第二輸出信號B2的佔空比，可以為調整第一輸出信號B1高電平持續時間和第二輸出信號B2高電平持續時間之間的比例。

實施例二、

圖4示出了本申請實施例中便攜設備的結構示意圖一，如圖所示，所述便攜設備可以包括上述充放電管理電路、電池和射頻電路，所述射頻電路以所述VRF為輸入電源，所述射頻電路工作於所述VRF和地之間的電壓上。

具體實施時，所述電壓調節器可以為LDO，所述第一邏輯單元可以為或門，所述第二邏輯單元可以為或非門。

由於本申請實施例所提供的便攜設備，採用上述充放電管理電路對所述電 池的充電、放電進行管理，所述充放電管理電路對所述電池的充電控制過程、以及所述充放電管理電路對所述射頻電路的放電控制過程，均利用同一電感，通過對所述電感的復用實現充放電管理，不僅降低了成本，而且縮小了印刷電路板的面積，使得印刷電路板的整體體積變小，使用起來更加方便、節省空間。

實施例三、

下面對本申請實施例中充放電管理電路的充電、放電的具體過程進行說明。

1、充電過程：

當CHG插入外部輸入電壓時，充電控制器Charger模塊檢測到VCHG大於預設第一閾值(例如4.5V)時，判斷為有外部電壓輸入至VCHG，則充電控制器Charger開始工作、降壓控制器不工作，K3斷開。

圖5示出了本申請實施例中VCHG大於預設第一閾值時的電路示意圖，如圖所示，在圖3的基礎上，當充電控制器Charger模塊檢測到VCHG大於預設第一閾值(例如4.5V)時開始工作，判斷BAT的電壓來選擇工作在預充電模式、恆流充電模式或恆壓充電模式。

當電池電壓小於3V時，充電控制器Charger工作在預充電模式，即以設定的充電電流的10％的電流對電池進行充電；

當電池電壓大於3V且小於4.2V時，充電控制器Charger工作在恆流充電模式，即以設定的充電電流對電池進行充電；

當電池電壓達到4.2V時，充電控制器Charger工作在恆壓充電模式，維持BAT電壓等於4.2V；

隨著對電池不斷充電，電池越來越接近充滿狀態，充電電流會逐步減小。

需要說明的是，本申請實施例中，無論充電控制器Charger工作在哪種模式，只要充電控制器Charger檢測到VCHG大於預設第一閾值(例如4.5V)時(即判斷已插入外部電源)，充電控制器Charger都可以讓輸出信號CH為高電平，控制KB1完全導通。

具體的，圖3中的或門OR1可以幫助實現此功能：

當CH為高電平時，OR1輸出為恆定的高電平，控制KB1一直導通。

同時，NOR1可以實現：當CH為高電平時，NOR1輸出信號為低電平，控制開關KB2處於關斷狀態。

當CH為高電平時，控制調壓器(例如可以為LDO)工作，由CHG電壓經過電壓調節器為VRF供電。

2、放電過程：

當檢測到VCHG小於預設第二閾值(例如4.3V)時，判斷為外部輸入的充電電源電壓被移除，充電控制器Charger停止工作，輸出GC1和GC2都為低電平，此時開關KC1和KC2都保持斷開狀態。

圖6示出了本申請實施例中VCHG小於預設第二閾值時的電路示意圖，如圖所示，在圖3的基礎上，VCHG小於預設第二閾值時，充電控制器停止工作，輸出信號CH為低電平，降壓控制器開始工作，K3導通。

輸出信號CH為低電平，不會對或門OR1以及或非門NOR1的輸出造成任何影響，此時或門OR1以及或非門NOR1的輸出信號GB1和GB2僅受降壓控制器Buck輸出信號B1和B2控制。

CH為低電平時，本申請實施例所提供的電路也可以控制讓降壓控制器Buck工作。

降壓控制器Buck根據反饋電壓VRF來調整輸出信號B1和B2的佔空比，即控制開關KB1和KB2交替導通的佔空比，來實現讓VRF電壓被調整等於參考電壓(即VRF輸出電壓的目標電壓值)。

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。