充电装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种充电装置，涉及电源【技术领域】，根据充电电池电压调节充电电流，充分利用USB输出的电能量，提高了充电效率。该充电装置包括：连接于电源输出端的直流/直流转换器DC/DC；连接于DC/DC与充电电池之间的电流调节单元；连接于电流调节单元与充电电池之间的电压反馈单元；电压反馈单元用于，根据充电电池电压调节DC/DC的输出电压，使DC/DC的输出电压与充电电池电压的差值保持不变；电流调节单元用于，为充电电池提供充电电流，并根据DC/DC的输出电压调节充电电流，使充电电流等于电源输出端的输出功率与DC/DC的输出电压的比值。
【专利说明】充电装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电源【技术领域】，尤其涉及一种充电装置。
【背景技术】
[0002]目前支持充电的便携式终端普遍支持通过个人计算机(Personal Computer, PC)的通用串行总线(Universal Serial Bus, USB)接口给电池充电，例如手机。但由于PC的USB接口输出电压和输出电流分别限制为5V和500mA，如图1所示，图中纵坐标Ic为充电电流，横坐标t为充电时间，一般充电的流程为先恒流充电，之后再恒压充电，其中恒流充电使决定充电时间长短的根本因素，而恒流充电的过程并不能有效利用USB输出的电能量，因此充电效率较低。
【发明内容】
[0003]本发明的实施例提供一种充电装置，根据充电电池电压调节充电电流，充分利用USB输出的电能量，提高了充电效率。
[0004]为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0005]一种充电装置，包括:
[0006]连接于电源输出端的直流/直流转换器DC/DC ；
[0007]连接于所述DC/DC与充电电池之间的电流调节单元；
[0008]连接于所述电流调节单元与所述充电电池之间的电压反馈单元；
[0009]所述电压反馈单元用于，根据所述充电电池电压调节所述DC/DC的输出电压，使所述DC/DC的输出电压与所述充电电池电压的差值保持不变；
[0010]所述电流调节单元用于，为所述充电电池提供充电电流，并根据所述DC/DC的输出电压调节所述充电电流，使所述充电电流等于所述电源输出端的输出功率与所述DC/DC的输出电压的比值。
[0011 ] 本发明实施例中的充电装置，将电源输出端即USB接口的输出电压转换为DC/DC的输出电压，并使DC/DC的输出电压以一定值略高于充电电池电压，电流调节单元根据充电电池电压调节充电电流，使充电电流与充电电池电压的乘积接近USB接口的输出功率，充分利用USB输出的电能量，减少了充电时间，提高了充电效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]为了更清楚地说明本发明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，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1为现有技术的充电曲线；
[0014]图2为本发明实施例中一种充电装置的电路示意图；[0015]图3为本发明实施例中的充电曲线与现有技术的充电曲线对比示意图；
[0016]图4为本发明实施例中另一种充电装置的电路示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]如图2所示，本发明实施例提供了 一种充电装置，包括:
[0019]连接于电源输出端的直流/直流转换器(Direct Current/Direct Current, DC/DC);连接于DC/DC与充电电池bat之间的电流调节单元U3 ;连接于电流调节单元U3与充电电池bat之间的电压反馈单元UO ；电压反馈单元UO用于，根据充电电池bat电压Vb调节DC/DC的输出电压\，使DC/DC的输出电压Va与充电电池电压Vb的差值保持不变；电流调节单元U3用于，为充电电池bat提供充电电流Ic，并根据DC/DC的输出电压Va调节充电电流Ic，使充电电流Ic等于电源输出端的输出功率P与DC/DC的输出电压Va的比值。
[0020]具体地，电源输出端可以为USB接口，USB接口上电，DC/DC将USB接口的输出电压转换为DC/DC的输出电压\，使Va略大于Vb，充电电池bat的正极B连接于电流调节单元U3的输出端，负极接地，在充电过程中，充电电池电压Vb不断增大，电压反馈单元UO根据Vb的变化动态调节DC/DC的输出电压随着Vb的增大Va也增大，且使Va与Vb之间的差值保持不变，例如设定\始终比Vb高0.2V，电流调节单元U3根据Va的大小为充电电池bat提供充电电流Ic，使Ic=P/VA，其中P为USB接口的输出功率，有IcXVa=P,而VA=VB+0.2V，由于Va与Vb之间的差值相对较小，因此IcXVb?P，即充电电流与电池电压的乘积接近USB接口的输出功率。若USB接口的输出功率P=5VX 500mA，充电电池当前电压VB=3.4V，则此时Ic=5VX500mA/(3.4V+0.2V)，在充电的过程中，随着Vb的增大，Ic不断减小，但是始终保持Ic=P/VA。如图1所示，现有技术在恒流充电阶段，充电电流Ic被保持在400mA，不管此时充电电池电压的变化，这样就不能有效利用USB接口的输出电能。如图3所示，图中纵坐标Ic为充电电流，横坐标t为充电时间，11为现有技术的充电曲线，12为本实施例中充电装置的充电曲线，可以看出，本发明实施例中的充电装置减少了充电时间。需要说明的是，上述计算为纯理论计算，未考虑能量损失和转换效率。
[0021]本发明实施例中的充电装置，根据充电电池电压调节充电电流，使充电电流与充电电池电压的乘积接近USB接口的输出功率，充分利用USB输出的电能量，减少了充电时间，提闻了充电效率。
[0022]如图4所示，进一步地，上述DC/DC包括:PWM单元U1、电感L和第一电容Cl。
[0023]其中，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)单元Ul，包括输入端Vin、输出端SW、反馈端FB、开关端EN和接地端GND，其开关端EN连接于输入端Vin，其接地端GND接地；PWM单元Ul的输入端Vin连接于电源输出端，即USB接口 ；电感L，其一端连接于PWM单元Ul的输出端SW，另一端作为DC/DC的输出端A ;第一电容Cl，其一端连接于DC/DC的输出端A，另一端接地。具体地，PWM单元Ul通过控制内部开关管(图中未示出)的导通与断开时间，将电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压，从而可以改变平均输出电压的大小。其中，PWM单元Ul可以为PWM芯片，例如MPS公司的MP2105。
[0024]进一步地,上述电压反馈单元UO包括:
[0025]连接于PWM单元Ul的反馈端FB与DC/DC的输出端A之间的第一电阻Rl ;可调电阻单元U2,其第一端连接于PWM单元Ul的反馈端FB，其第二端接地，其控制端连接于充电电池bat的正极B;可调电阻单元U2用于根据充电电池电压调节自身的电阻值，随着充电电池电压Vb增大，可调电阻单元U2的电阻值减小。由于电压反馈单元UO可以根据可调电阻单元U2的电阻值与第一电阻Rl的电阻值来设定输出电压，例如，上述MP2105作为PWM单元Ul时:可调电阻单元U2的电阻值=R1/(Va/0.6V-1)。因此，随着可调电阻单元U2的电阻值减小，而第一电阻Rl的电阻值不变，使DC/DC的输出电压Va增大，从而使DC/DC的输出电压\与充电端电压Vb之间的差值保持不变。
[0026]进一步地，上述可调电阻单元U2可以包括:
[0027]金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor, M0S)晶体管，其源极接地,其栅极作为可调电阻单元U2的控制端连接于充电电池bat的正极B ;上述MOS晶体管为N型MOS晶体管NMOS ；NM0S工作在可变电阻区，用于根据充电电池电压Vb改变自身的沟道电阻值Rn，随着充电电池电压Vb增大，NMOS的沟道电阻值Rn减小；第二电阻R2，其一端连接于NMOS的漏极，另一端连接于PWM单元Ul的反馈端FB ;第三电阻R3，其一端连接于PWM单元Ul的反馈端FB，另一端接地。具体地，随着Rn减小，使得(R2+Rn)//R3减小，即可调电阻单元U2的电阻值减小。
[0028]进一步地，电流调节单元U3可以包括:
[0029]三极管Q1，其发射极连接于DC/DC的输出端A，其集电极连接于充电电池bat的正极B ;连接于DC/DC的输出端A的三极管控制单元U4，其输出端连接于三极管Ql的基极；三极管控制单元U4用于根据DC/DC的输出电压Va控制三极管Ql的基极电流，三极管Ql用于根据三极管Ql的基极电流调节充电电流Ic。具体地，三极管Ql工作在线性放大区，三极管控制单元U4输出脉冲信号，如方波，根据DC/DC的输出电压Va控制脉冲信号的周期，三极管Ql通过三极管控制单元U4输出到Ql基极的电流信号来控制Ql的集电极电流大小，Ql的集电极电流即充电电流Ic，使Ic=P/VA。
[0030]进一步地，电流调节单元U3还可以包括:
[0031]连接于三极管Ql的集电极与充电电池bat的正极B之间的第四电阻R4 ;第四电阻R4的两端连接于三极管控制单元U4，用于使三极管控制单元U4获得第四电阻R4两端的电压差；三极管控制单元U4根据第四电阻R4两端的电压差和第四电阻R4的电阻值获得充电电流Ic，使充电电流Ic作为反馈调整三极管Ql的基极电流，而三极管Ql的基极电流进一步调整充电电流Ic,从而进一步保证Ic=P/VA。
[0032]进一步地，上述充电装置还包括滤波电路，滤波电路具体包括:第二电容C2，作为电源输入滤波，其一端连接于PWM单元Ul的输入端Vin，其另一端接地；第三电容C3，其一端连接于DC/DC的输出端A，另一端连接于PWM单元Ul的反馈端FB ;连接于充电电池bat的正极B与NMOS的栅极之间的第五电阻R5 ;第四电容C4，其一端连接于NMOS的栅极，其另一端接地；第五电容C5，其一端连接于PWM单元Ul的反馈端FB，另一端接地。其中，第二电容C2作为USB接口的输入滤波，第三电容C3和第五电容C5作为电压反馈单元UO的滤波，第四电容C4和第五电阻R5作为NMOS的栅极信号输入滤波。[0033]具体的工作原理与上述实施例相同，在此不再赘述。
[0034]本发明实施例中的充电装置，根据充电电池电压调节充电电流，使充电电流与充电电池电压的乘积接近USB接口的输出功率，充分利用USB输出的电能量，减少了充电时间，提闻了充电效率。
[0035]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种充电装置，其特征在于，包括: 连接于电源输出端的直流/直流转换器DC/DC ； 连接于所述DC/DC与充电电池之间的电流调节单元； 连接于所述电流调节单元与所述充电电池之间的电压反馈单元； 所述电压反馈单元用于，根据所述充电电池电压调节所述DC/DC的输出电压，使所述DC/DC的输出电压与所述充电电池电压的差值保持不变； 所述电流调节单元用于，为所述充电电池提供充电电流，并根据所述DC/DC的输出电压调节所述充电电流，使所述充电电流等于所述电源输出端的输出功率与所述DC/DC的输出电压的比值。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于， 所述DC/DC包括: 脉冲宽度调制PWM单元，其输入端连接于所述电源输出端； 电感，其第一端连接于所述PWM单元的输出端，其第二端作为所述DC/DC的输出端连接于所述电流调节单元； 第一电容，其一端连接于所述DC/DC的输出端，另一端接地。
3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于， 所述电压反馈单元包括: 连接于所述PWM单元的反馈端与所述DC/DC的输出端之间的第一电阻； 可调电阻单元，其第一端连接于所述PWM单元的反馈端，其第二端接地，其控制端连接于所述充电电池； 所述可调电阻单元用于根据所述充电电池电压调节自身的电阻值，随着所述充电电池电压增大，所述可调电阻单元的电阻值减小，以使所述DC/DC的输出电压增大。
4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于， 所述可调电阻单元包括: 金属氧化物半导体MOS晶体管，其源极接地，其栅极作为所述可调电阻单元的控制端连接于所述充电电池； 所述MOS晶体管为N型MOS晶体管NMOS ； 所述NMOS用于根据所述充电电池电压改变自身的沟道电阻值，随着所述充电电池电压增大，所述NMOS的沟道电阻值减小； 第二电阻，其一端连接于所述NMOS的漏极，另一端连接于所述PWM单元的反馈端； 第三电阻，其一端连接于所述PWM单元的反馈端，另一端接地。
5.根据权利要求4所述的充电装置，其特征在于， 所述电流调节单元包括: 三极管，其发射极连接于所述DC/DC的输出端，其集电极连接于所述充电电池； 连接于所述DC/DC的输出端的三极管控制单元，其输出端连接于所述三极管的基极； 所述三极管控制单元用于根据所述DC/DC的输出电压控制所述三极管的基极电流； 所述三极管用于根据所述三极管的基极电流调节所述充电电流。
6.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于， 所述电流调节单元还包括:连接于所述三极管的集电极与所述充电电池之间的第四电阻； 所述第四电阻的两端连接于所述三极管控制单元，用于使所述三极管控制单元获得所述第四电阻两端的电压差； 所述三极管控制单元根据所述第四电阻两端的电压差和所述第四电阻的电阻值获得所述充电电流，使所述充电电流作为反馈调整所述三极管的基极电流。
7.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于，还包括: 第二电容，其一端连接于所述PWM单元的输入端，其另一端接地； 第三电容，其一端连接于所述DC/DC的输出端，另一端连接于所述PWM单元的反馈端； 连接于所述充电电池与所述NMOS的栅极之间的第五电阻； 第四电容，其一端连接于所述NMOS的栅极，其另一端接地； 第五电容，其一端 连接于所述PWM单元的反馈端,另一端接地。
【文档编号】H02J7/00GK103457306SQ201210183264
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月5日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】罗汝林 申请人:华为终端有限公司