一种终端、开关电容升压电路以及供电方法与流程

文档序号:18892396发布日期:2019-10-15 22:07阅读:425来源:国知局
一种终端、开关电容升压电路以及供电方法与流程

本申请涉及终端领域,尤其涉及一种终端、开关电容升压电路以及供电方法。



背景技术:

随着终端的不断普及,终端的续航时间一直是用户关注的主要问题。尤其是当终端在低温环境或者电池老化后电池的等效阻抗升高,导致流过同样电流时电池等效阻抗上的压降vr上升,电池可以等效为一个理想电压源vdd和一个电阻串联,其中,电池的输出电压uo=vdd-vr,当vr上升时电池的输出电压uo就会减小,uo减小到连在电池上的电子电路的最低工作电压时,系统可能关机。

针对上述问题,为了延长终端的续航时间可以尝试降低电池的等效阻抗,不过在其他规格不变的条件下,大幅度降低电池的等效阻抗目前业界还没有什么有效的措施,比较难解决低温或电池老化的情况下终端续航时间大幅缩短的问题。



技术实现要素:

本申请实施例提供了一种终端、开关电容升压电路以及供电方法,可以避免在低温下或者老化后电池容量下降并导致终端突然关机的情形。

本申请第一方面提供一种终端,包括:充电连接端口,充放电管理电路,电池,开关电容升压电路、负载电子电路以及主控模块;充电连接端口,用于连接供电装置;充放电管理电路,用于对电池进行充电管理或放电管理;开关电容升压电路,用于对电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压后的电压为负载电子电路供电,其中,x为大于或等于1的整数;主控模块,用于根据电池的电压控制开关电容升压电路开启或关闭。

由上可以看出,在终端处于低温环境或电池老化后,电池在放电的过程中以(1+1/x)倍对电池的电压进行升压处理,并以升压后的电压为负载电子电路供电,可以避免电池在低温或老化的状态下电池容量明显下降并导致终端突然关机的情形。

其中,开关电容升压电路可以包括n个电容,n为大于或等于1的整数。x可以为大于或等于1且小于或等于n的整数。

在一种实现方式中,主控模块可以根据电池的电压确定x的取值。

在一种实现方式中,由于电池不断的放电,电池的电压也会逐渐下降,随着电池电压的降低,为了保证负载电子电路的正常工作,可以以更大的倍率对电池的电压进行升压处理。在这种情况下,x的取值也会变小,当x取最小值1时,开关电容升压电路可以实现最大倍率的2倍升压。

在一种实现方式中,主控模块用于:获取电池的目标参数,若目标参数满足目标条件,则获取电池的电压,若电池的电压处于预设的电压区间,则输出第一控制信号,所述第一控制信号用于开启所述开关电容升压电路;其中,预设的电压区间的最大值与(1+1/x)的乘积小于或等于负载电子电路的最大工作电压,预设的电压区间的最小值与(1+1/x)的乘积大于或等于负载电子电路的最小工作电压。

可以理解的,负载电子电路可以有多个,考虑到多个负载电子电路的最大工作电压可能不同,所述负载电子电路的最大工作电压可以为所有负载电子电路的最大工作电压的最小值。

可以理解的,负载电子电路可以有多个,考虑到多个负载电子电路的最小工作电压可能不同,所述负载电子电路的最小工作电压可以为所有负载电子电路的最小工作电压的最大值。

可以看出,主控模块可以根据电池的电压控制开关电容升压电路开启和关闭,提高了本方案的可实现性。

在一种实现方式中,目标参数包括电池的温度和/或电池的充放电循环次数,目标条件包括预设的温度阈值和/或预设的充放电循环次数阈值;

若目标参数满足目标条件包括:

若电池的温度低于预设的温度阈值和/或若电池的充放电循环次数大于预设的充放电循环次数阈值。

在本实现方式中,提供了多种涉及本申请实施例的应用场景,例如电池温度低于预设的温度阈值(低温场景)和/或电池的充放电循环次数大于预设的充放电循环次数阈值(老化场景),使得本实现方式具有更好的实用性。

在一种实现方式中,所述终端还包括第一电容以及第二电容,所述充电连接端口与所述充放电管理电路的输入端相连,所述充放电管理电路的电池连接端口与所述电池的正极电气相连,所述充放电管理电路的输出端口与所述负载电子电路相连,所述电池的正极与所述开关电容升压电路的电池连接端口相连,所述电池的负极接地,所述开关电容升压电路的输出端口与所述负载电子电路电气相连,所述主控模块的输出端分别与所述充放电管理电路以及所述开关电容升压电路相连,所述第一电容的一端与所述电池的正极相连,所述第一电容的另一端接地,所述第二电容的一端与所述开关电容升压电路的输出端口相连,所述第二电容的另一端接地。

其中,在电池正常放电的状态下,充放电管理电路中电池连接端口和输出端口之间的内部开关可以为闭合状态。在电池经过开关电容升压电路的升压处理的放电状态下,充放电管理电路中电池连接端口和输出端口之间的内部开关可以为断开状态。

在一种实现方式中,所述终端还包括第一电容以及第二电容,所述充电连接端口与所述充放电管理电路的输入端相连,所述充放电管理电路的电池连接端口与所述开关电容升压电路的输出端口相连,所述电池的正极与所述开关电容升压电路的电池连接端口相连,所述电池的负极接地,所述主控模块的输出端分别与所述充放电管理电路以及所述开关电容升压电路相连,所述第一电容的一端与所述电池的正极相连,所述第一电容的另一端接地,所述第二电容的一端与所述开关电容升压电路的输出端口相连,所述第二电容的另一端接地。

需要说明的是,充放电管理电路的电池连接端口可以通过其内部开关与充放电管理电路的输出端口相连,充放电管理电路的输出端口又与负载电子电路相连,通过这种连接方式,开关电容升压电路即可与负载电子电路相连,这种连接方式可以使得充放电管理电路中电池连接端口和输出端口之间的内部开关可以一直保持闭合状态,对现有终端电路的改动更小。

在一种实现方式中,开关电容升压电路包括双相升压电路组,双相升压电路组包括两个升压子电路,两个升压子电路对电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压后的电压为负载电子电路供电。

其中,两个升压子电路可以呈对称排布。

在本实现方式中,开关电容升压电路还可以是双相升压电路组的形式,这种设计方式使得开关电容升压电路效率更高,其输入的纹波电流更小,输出的纹波电压更小。

在一种实现方式中,终端还包括开关电容降压电路,开关电容降压电路包括m个电容,m为大于或等于1的整数,开关电容降压电路用于对来自充电连接端口的电压进行1/m+1倍的降压处理,并以降压后的电压为电池充电,其中,开关电容降压电路的输入端与充电连接端口相连,开关电容降压电路的电池连接端口与电池的正极相连。

在一种实现方式中,m为大于或等于1且小于或等于n的整数。

在本实现方式中,终端还可以包括开关电容降压电路,通过开关电容降压电路来给电池进行充电的效率更高,发热更小,因此更适合大电流充电的快充场景。同时开关电容降压电路和开关电容升压电路共用了一部分电容和开关器件,即无需将开关电容升压电路和开关电容降压电路完全独立开,节省了整个系统的面积和成本。

在一种实现方式中,开关电容降压电路包括双相降压电路组,双相降压电路组包括两个降压子电路,两个降压子电路对来自充电连接端口的电压进行1/m+1倍的降压处理,并以降压后的电压为电池充电。

其中,两个降压子电路建议呈对称排布。

在本实现方式中,开关电容降压电路以双相降压电路组的形式实现,双相的开关电容降压电路效率更高,其输入的纹波电流更小,输出的纹波电压更小。

在一种实现方式中,所述主控模块,用于在电池的电压达到放电截止电压,关闭所述开关电容升压电路。

在一种实现方式中,电池的电压在放电的过程中,x的取值随着电池电压的减小而减小,所述x的取值最小等于1,所述放电后的电池电压大于或等于放电截止电压。

例如,电池正极到电池负极的网络中串联的电容个数为5,即n=5,那么开关电容升压电路除了可以实现(1+1/5)倍升压外,还可以在不改变电路的前提下通过内部开关切换实现(1+1/4)倍、(1+1/3)倍、(1+1/2)倍以及(1+1/1)倍的升压,随着电池电压的降低逐渐提高升压倍率,即x的取值随着电池电压的减小而减小。

本申请第二方面提供一种开关电容升压电路,包括n个电容,n为大于或等于1的整数,开关电容升压电路的电池连接端口用于连接电池的正极,开关电容升压电路的输出端口用于耦合负载电子电路;

开关电容升压电路用于对电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压后的电压为负载电子电路供电,其中,x为大于或等于1且小于或等于n的整数。

在一种实现方式中,开关电容升压电路的输出端口用于耦合负载电子电路,可以为:开关电容升压电路的输出端口,可以直接连接负载电子电路。

在一种实现方式中,开关电容升压电路的输出端口用于耦合负载电子电路,可以为:开关电容升压电路的输出端口,可以通过充放电管理电路的电池连接端口连接负载电子电路。

在一种实现方式中,所述开关电容升压电路,用于在所述电池的电压大于放电截止电压且小于预设电压时,对所述电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压后的电压为所述负载电子电路供电。

其中,预设电压可以为3.7v,也可以为3.5v。不同的终端可能具有不同的放电截止电压和预设电压。

在一种实现方式中,所述开关电容升压电路包括第三电容、第四电容、第五电容、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、第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关以及第十三开关;

所述第三电容的一端与所述第一开关的一端连接、且连接点与所述第二开关的一端连接,所述第一开关的另一端与所述第三开关的一端连接、且连接点与所述第四开关的一端、所述第五开关的一端以及所述电池的正极连接,所述第二开关的另一端与所述第三开关的另一端连接、且连接点与所述负载电子电路连接;

所述第三电容的另一端与所述第六开关的一端连接、且连接点与所述第七开关的一端连接,所述第七开关的另一端与所述电池的正极连接,所述第六开关的另一端与所述第四电容的一端连接、且连接点与所述第八开关的一端以及所述第四开关的另一端连接,所述第八开关的另一端与所述负载电子电路连接;

所述第四电容的另一端与所述第九开关的一端连接、且连接点与所述第十开关的一端连接,所述第十开关的另一端与所述电池的正极连接,所述第九开关的另一端与所述第五电容的一端连接、且连接点与所述第十一开关的一端以及所述第五开关的另一端连接,所述第十一开关的另一端与所述负载电子电路连接;

所述第五电容的另一端与所述第十二开关的一端连接、且连接点与所述第十三开关的一端连接,所述第十二开关的另一端接地,所述第十三开关的另一端与所述电池的正极连接。

在本实现方式中,以开关电容升压电路中包括三个电容为例描述了开关电容升压电路内部各元件之间的连接关系。可以理解的,开关电容升压电路也可以包括两个电容,也可以包括四个电容等,可以根据具体的应用情况确定开关电容升压电路所包括的电容数量。

在一种实现方式中,开关电容升压电路包括双相升压电路组,双相升压电路组包括两个升压子电路,两个升压子电路对电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压后的电压为负载电子电路供电。

其中,两个升压子电路可以呈对称排布。

在一种实现方式中,双相升压电路组包括第一升压子电路和第二升压子电路,第一升压子电路包括第三电容、第四电容、第五电容、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、第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关以及第十三开关,第二升压子电路包括第六电容、第七电容、第八电容、第十四开关、第十五开关、第十六开关、第十七开关、第十八开关、第十九开关、第二十开关、第二十一开关、第二十二开关、第二十三开关、第二十四开关以及第二十五开关;

第三电容的一端与第一开关的一端连接、且连接点与第二开关的一端连接,第一开关的另一端与第三开关的一端连接、且连接点与第四开关的一端、第五开关的一端以及电池的正极连接,第二开关的另一端与第三开关的另一端连接、且连接点与负载电子电路连接;

第三电容的另一端与第六开关的一端连接、且连接点与第七开关的一端连接,第七开关的另一端与电池的正极连接,第六开关的另一端与第四电容的一端连接、且连接点与第八开关的一端以及第四开关的另一端连接,第八开关的另一端与负载电子电路连接;

第四电容的另一端与第九开关的一端连接、且连接点与第十开关的一端连接,第十开关的另一端与电池的正极连接,第九开关的另一端与第五电容的一端连接、且连接点与第十一开关的一端以及第五开关的另一端连接,第十一开关的另一端与负载电子电路连接;

第五电容的另一端与第十二开关的一端连接、且连接点与第十三开关的一端连接,第十二开关的另一端接地,第十三开关的另一端与电池的正极连接;

第六电容的一端与第十四开关的一端连接、且连接点与第十五开关的一端连接,第十四开关的另一端与第三开关的一端连接、且连接点与第十六开关的一端、第十七开关的一端以及电池的正极连接,第十五开关的另一端与第三开关的另一端连接、且连接点与负载电子电路连接;

第六电容的另一端与第十八开关的一端连接、且连接点与第十九开关的一端连接,第十九开关的另一端与电池的正极连接,第十八开关的另一端与第七电容的一端连接、且连接点与第二十开关的一端以及第十六开关的另一端连接,第二十开关的另一端与负载电子电路连接;

第七电容的另一端与第二十一开关的一端连接、且连接点与第二十二开关的一端连接,第二十二开关的另一端与电池的正极连接,第二十一开关的另一端与第八电容的一端连接、且连接点与第二十三开关的一端以及第十七开关的另一端连接,第二十三开关的另一端与负载电子电路连接;

第八电容的另一端与第二十四开关的一端连接、且连接点与第二十五开关的一端连接,第二十四开关的另一端接地,第二十五开关的另一端与电池的正极连接。

在本实现方式中,提供了一种开关电容升压电路为双相升压电路组形式的内部各元件之间的连接关系,提高了本方案的扩展性。

在一种实现方式中,开关电容升压电路包括开关电容降压电路,开关电容降压电路包括m个电容,m为大于或等于1的整数,开关电容降压电路的输入端与充电连接端口相连,开关电容降压电路的电池连接端口与电池的正极相连;

开关电容降压电路用于对来自充电连接端口的电压进行1/m+1倍的降压处理,并以降压后的电压为电池充电。

在一种实现方式中,m可以为大于或等于1且小于或等于n的整数。

在一种实现方式中,所述开关电容降压电路包括所述第五电容、所述第十二开关、所述第十三开关、第二十六开关以及第二十七开关;

所述第五电容的一端与所述第二十六开关的一端连接、且连接点与所述第九开关的另一端、所述第十一开关的一端、所述第五开关的另一端连接以及所述第二十七开关的一端连接,所述第二十六开关的另一端与所述充电连接端口连接,所述第二十七开关的另一端与所述电池的正极连接。

在本实现方式中,以开关电容降压电路为例,介绍了开关电容降压电路中各元件之间的连接关系,进一步提高了本方案的可实现性。

可以理解的,开关电容降压电路中也可以包括两个电容,也可以包括四个电容等,可以根据具体的应用情况确定开关电容降压电路所包括的电容数量。

在一种实现方式中,开关电容升压电路包括开关电容降压电路,开关降压电路包括双相降压电路组,双相降压电路组包括两个降压子电路,两个降压子电路对来自充电连接端口的电压进行1/m+1倍的降压处理,并以降压后的电压为电池充电。

其中,两个降压子电路可以呈对称排布。

在一种实现方式中,双相降压电路组包括第一降压子电路和第二降压子电路,第一降压子电路包括第五电容、第十二开关、第十三开关、第二十六开关以及第二十七开关,第二降压子电路包括第八电容、第二十四开关、第二十五开关、第二十八开关以及第二十九开关;

第五电容的一端与第二十六开关的一端连接、且连接点与第九开关的另一端、第十一开关的一端、第五开关的另一端以及第二十七开关的一端连接,第二十六开关的另一端与充电连接端口连接,第二十七开关的另一端与电池的正极连接;

第八电容的一端与第二十八开关的一端连接、且连接点与第二十一开关的另一端、第二十三开关的一端、第十七开关的另一端以及第二十九开关的一端连接,第二十八开关的另一端与充电连接端口连接,第二十九开关的另一端与电池的正极连接。

在本实现例中,提供了一种开关电容降压电路为双相降压电路组形式时其内部各元件之间的连接关系,提高了本方案的扩展性。

在一种实现方式中,所述电池的电压在放电的过程中,x的取值随着电池电压的减小而减小,所述x的取值最小等于1,所述放电后的电池电压大于或等于放电截止电压。

例如,电池正极到电池负极的网络中串联的电容个数为5,即n=5,那么开关电容升压电路除了可以实现(1+1/5)倍升压外,还可以在不改变电路的前提下通过内部开关切换实现(1+1/4)倍、(1+1/3)倍、(1+1/2)倍以及(1+1/1)倍的升压,随着电池电压的降低逐渐提高升压倍率,即x的取值随着电池电压的减小而减小。

本申请第三方面提供了一种供电方法,该供电方法可以应用于本申请第一方面中任意一种实现方式中的终端,供电方法包括:

获取电池的目标参数;

若目标参数满足目标条件,则获取电池的第一可变电压;

若第一可变电压处于第一电压区间,则对第一可变电压进行(1+1/x)倍的升压处理,得到第二可变电压,x为大于或等于1的整数,第一电压区间的最大值与(1+1/x)的乘积小于或等于负载电子电路的最大工作电压,第一电压区间的最小值与(1+1/x)的乘积大于或等于负载电子电路的最小工作电压;

以第二可变电压为负载电子电路供电。

可以理解的,负载电子电路可以有多个,考虑到多个负载电子电路的最大工作电压可能不同,所述负载电子电路的最大工作电压可以为所有负载电子电路的最大工作电压的最小值。

可以理解的,负载电子电路可以有多个,考虑到多个负载电子电路的最小工作电压可能不同,所述负载电子电路的最小工作电压可以为所有负载电子电路的最小工作电压的最大值。

在一种实现方式中,目标参数为电池的温度和/或电池的充放电循环次数,目标条件为预设的温度阈值和/或预设的充放电循环次数阈值;

若目标参数满足目标条件,则获取电池的第一可变电压包括:

若电池的温度低于预设温度阈值和/或电池的充放电循环次数大于预设的充放电循环次数阈值,则获取电池的第一可变电压。

在本实现例中,本方案具体可以适用于低温环境中,提高了本方案的实用性。

在一种实现方式中,方法还包括:若第一可变电压处于第二电压区间,则对第一可变电压进行(1+1/k)倍的升压处理,得到第三可变电压,k为大于或等于1且小于x的整数,第二电压区间的最大值与(1+1/k)的乘积小于或等于负载电子电路的最大工作电压,第二电压区间的最小值大于或等于电池的放电截止电压,第三可变电压大于或等于负载电子电路的最小工作电压且小于或等于负载电子电路的最大工作电压;

以第三可变电压为负载电子电路供电。

在本实现例中,随着电池放电过程中电池的电压不断降低,可以动态调整开关电容升压电路的升压倍率,以最大限度的保证电池为负载电子电路供电的稳定性。

在一种实现方式中,k的最小值为k的取值中满足预设条件的最小整数,预设条件为1+1/k<u1/u2,其中,u1为负载电子电路的最大工作电压,u2为电池的放电截止电压。

在本实现例中,提供了一种确定开关电容升压电路的最大升压倍率的具体实现方式,提高了本方案的可实现性。

本申请第四方面提供了一种供电方法,包括:

获取电池的目标参数;

若所述目标参数满足目标条件,获取所述电池的电压;

在所述电池的电压大于放电截止电压且小于预设电压时,对所述电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压后的电压为所述负载电子电路供电,其中,x为大于或等于1的整数。

其中,预设电压可以为3.7v,也可以为3.5v。不同的终端可能具有不同的放电截止电压和预设电压。

在一种实现方式中,所述目标参数包括所述电池的温度和/或所述电池的充放电循环次数,所述目标条件包括预设的温度阈值和/或预设的充放电循环次数阈值;

若所述目标参数满足目标条件,获取所述电池的电压包括:

若所述电池的温度低于所述预设温度阈值和/或所述电池的充放电循环次数大于所述预设的充放电循环次数阈值,则获取所述电池的电压。

其中,上述的实现方式中,主控模块可以确定电池的温度是否处于低温。主控模块可以确定充放电的循环次数。

其中,上述的实现方式中,主控模块可以确定电池的温度低于预设温度阈值。主控模块可以确定电池的充放电循环次数大于预设的充放电循环次数阈值。

其中,预设的温度阈值可以为0度,也可以为1度等。充放电循环次数阈值可以为500次,也可以为400次。预设的温度阈值和充放电循环次数阈值可以根据终端的实际情况设置不同的阈值。

其中,所述电池的电压在放电的过程中,x的取值随着电池电压的减小而减小,所述x的取值最小等于1,所述放电后的电池电压大于或等于放电截止电压。

本申请第五方面提供了一种供电方法,包括:

获取电池的电压;

在所述电池的电压大于放电截止电压且小于预设电压时,对所述电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压后的电压为所述负载电子电路供电,其中,x为大于或等于1的整数。

其中,预设电压可以为3.7v,也可以为3.5v。不同的终端可能具有不同的放电截止电压和预设电压。

其中,所述电池的电压在放电的过程中,x的取值随着电池电压的减小而减小,所述x的取值最小等于1,所述放电后的电池电压大于或等于放电截止电压。

其中,上述实现方式中主控模块可以为处理器,例如处理器可以为应用处理器。

其中,上述实现方式中,主控模块可以根据电池的电压确定x的取值。

由上可以看出,电池在放电的过程中,可以对电池电压以(1+1/x)倍的倍率对电池的电压进行升压处理,并以升压后的电压为负载电子电路供电,使用本申请实现方式中的终端可以避免电池在低温或老化的状态下电池容量下降并导致终端突然关机的情形。

附图说明

图1为终端应用于充放电场景中的一种结构示意图;

图2为本申请所提供的终端的一种电路结构的示意图;

图3为本申请所提供的终端的另一种电路结构的示意图;

图4为本申请中单相的开关电容升压电路的一种工作状态的示意图;

图5为本申请中单相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图6为本申请中单相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图7为本申请中单相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图8为本申请中单相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图9为本申请中单相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图10为本申请中双相的开关电容升压电路的一种工作状态的示意图;

图11为本申请中双相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图12为本申请中双相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图13为本申请中双相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图14为本申请中双相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图15为本申请中双相的开关电容升压电路的另一种工作状态的示意图;

图16为本申请中单相的开关电容降压电路的一种工作状态的示意图;

图17为本申请中单相的开关电容降压电路的另一种工作状态的示意图;

图18为本申请中双相的开关电容降压电路的一种工作状态的示意图;

图19为本申请中双相的开关电容降压电路的另一种工作状态的示意图;

图20为本申请终端是手机的结构示意图;

图21为本申请中供电方法的一个实施例示意图。

具体实施方式

本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

本申请实施例可以应用于终端设备中。具体地,终端设备可称之为用户设备(userequipment,ue)、移动台(mobilestation,ms)、移动终端(mobileterminal)、智能终端等。该终端设备可以经无线接入网(radioaccessnetwork,ran)与一个或多个核心网进行通信。例如,终端设备可以是移动电话(或称为“蜂窝”电话)、具有移动终端的计算机等,终端设备还可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置以及未来nr网络中的终端设备,它们与无线接入网交换语音或数据。当然,本申请中的终端也可以是不接入网络的独立设备,例如mp3播放器等。

下面将结合附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述。

图1是适用于本申请实施例的应用场景。在图1所示的场景中,包括终端设备110、线缆120和充电器130,充电器130通过线缆120与终端设备110连接,终端设备110包括:连接器111、充电管理芯片112、电池113和负载114。其中,电池113可以包括电池保护板113-1和电芯113-2。充电时,电流流向为:充电器130→线缆120→连接器111→充电管理芯片112→电池113。放电时,电流流向为:电池113→负载114。

随着终端的不断普及,终端的续航时间一直是用户关注的主要问题,尤其是当终端在低温环境或者老化后电池的等效电阻升高,导致流过同样电流时电池等效阻抗上的压降vr上升,电池可以等效为一个理想电压源vdd和vr串联,其中,电池的输出电压uo=vdd-vr,当vr上升时电池的输出电压uo就会减小,uo减小到连在电池上的电子电路的最低工作电压时,终端将关机。例如,冬天手机在室外低温下拍照突然会关机,即使冬天手机在室内还有很多电量,手机带到室外处于不用的静止状态,也可能会出现电量显著减少的情形。另外,目前手机等锂电池供电的终端设备在使用一两年后会发生电池放电可用容量显著减少的情况,这主要是因为电池经过一定的充放电循环后发生了老化,电池老化后其等效阻抗r升高。

针对以上应用场景的问题,可以通过降低电池等效阻抗、降低连在电池上的电子电路的工作电压、增加升压电路把电池电压抬升到一定范围后再给后级负载电子电路供电这三种思路来解决。在其他规格不变的条件下,大幅度降低电池的等效阻抗目前业界还没有什么有效的措施,是难于实现的。芯片产业经历了这么多年发展,在现有基础上再继续降低连在电池上的电子电路的最小输入电压规格也不是能短期内能实现的;因为多节电芯串联起来的电压高,所以针对电池组的应用在低温下或者电池老化后等效阻抗增加时,可以通过调整电池放电截止电压来增加放电容量。但是对于手机等由单电芯供电的终端设备,在这种情况下是无法通过调整电池放电截止电压来增加放电容量,因为继续下调电池放电截止电压时超出了连在电池上的电子电路的最小输入电压范围,连在电池上的电子电路将不能工作。

为解决上述问题,本申请实施例提供了一种终端,在终端处于低温环境或电池老化后,电池在放电的过程中以(1+1/x)倍的倍率对电池的电压进行升压处理,当电池的电压在放电的过程中不断降低时,升压电路的输出也不断降低。若x取值固定后,升压电路的输出与输入之间维持(1+1/x)倍的倍率保持不变。当电池电压进一步降低时,升压电路的输出也进一步降低,此时可以通过把x取更小的值,以实现更大倍数的升压。例如初始启动时x=3,可以实现1+1/3倍的升压,当电池电压下降到一定程度时可以把x取值为2以实现1+1/2倍的升压。

本申请实施例提供了应用于终端的多种不同的电路结构,下面分别进行说明。

第一种,请参阅图2,图2为本申请实施例提供的终端的一种电路结构示意图。终端包括充电连接端口101(例如,充电连接端口可以为usb连接器),充放电管理电路102,电池103,开关电容升压电路104、负载电子电路105以及主控模块106。其中,充电连接端口101通过vbus线路连接到充放电管理电路102的输入端,充放电管理电路102的输出端sys通过vsys线路连接到负载电子电路105,充放电管理电路102的sys端口通过内部开关q4连接到电池103的正极,电池103的正极还与开关电容升压电路104的电池连接端口bat相连,电池103的负极接地,开关电容升压电路104的sys端口也通过vsys线路连接到负载电子电路105,主控模块106的输出端分别与充放电管理电路102以及开关电容升压电路104相连。另外,终端还包括第一电容c0与第二电容csys,c0与电池103并联,即c0的一端连接电池103的正极,c0的另一端接地,电容csys的一端与开关电容升压电路104的输出端sys相连,电容csys的另一端接地,其中,c0与csys用于存储电能。

其中,开关电容升压电路104的输出端口用于耦合负载电子电路105,如图2所示,开关电容升压电路104的输出端口,可以直接连接负载电子电路105。

可以理解的是,本申请实施例中的主控模块106具体可以是终端的处理器。例如,处理器可以是应用处理器。

需要说明的是,在电池正常状态下的放电过程中按图2中第一电流走向进行放电(q4闭合)。在低温或电池老化的状态下的放电过程中按图2中第二电流走向进行放电(q4断开)。

第二种,请参阅图3,图3为本申请实施例提供的终端的另一种电路结构示意图,终端包括充电连接端口101(例如,充电连接端口为usb连接器),充放电管理电路102,电池103,开关电容升压电路104、负载电子电路105以及主控模块106。图3与图2的区别在于,充放电管理电路102的sys端口通过内部开关q4连接到开关电容升压电路104的sys端口。电池103的正极与开关电容升压电路104的电池端口bat相连,不再与充放电管理电路102的bat端口相连。另外,负载电子电路105可以连接到图3中的vsys1上,也可以连接到vsys2上,又或者一部分连接到vsys1上,另一部分连接到vsys2上,具体此处不做限定。

需要说明的是,电池在放电过程中按照图3中的电流走向进行放电(q4一直闭合),可以看出,图3所示的方案相对于图2所示的方案不会因为开关电容升压电路104的引入而切换q4,q4一直保持闭合的状态。开关电容升压电路104的输出端口,用于耦合负载电子电路105,如图3所示,开关电容升压电路104的输出端口,可以通过充放电管理电路102的电池连接端口连接负载电子电路105。

下面结合图2和图3所示的实施例对各部件的功能进行描述:

充电连接端口101用于连接外部供电装置,例如充电连接端口101连接充电器。这样充电连接端口101通过外部供电装置对电池103进行充电或者对终端设备进行供电。充放电管理电路102用于对电池103进行充电或放电管理,主控模块106用于控制开关电容升压电路104开启或关闭,开关电容升压电路104用于对电池103的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,并以升压处理后的电压为负载电子电路105供电,其中x为大于或等于1的整数。其中,随着电池103的电压在放电过程中逐渐降低,x的取值也可以逐渐变小。

需要说明的是,当系统(例如系统可以为处理器)判断出由于低温或老化造成电池输出端电压不足以维持负载电子电路正常工作时,主控模块106就开启开关电容升压电路104,对电池103的电压进行(1+1/x)倍的升压处理,其中,开关电容升压电路104中可以包括n个电容,x的最大取值由电池正极到电池负极的网络中所串联的n个电容的个数决定。其中,这些串联在电池正极到电池负极网络中的n个电容的电容参数可以是一致的。

x的取值越大升压比例越小,所需要的元器件越多,x的取值越小升压比例越大,所需要的元器件越少。当x取最小值1时,开关电容升压电路104实现最大的升压比例,即2倍升压。例如,电池正极到电池负极的网络中串联的电容个数为5,即n=5,那么开关电容升压电路104除了可以实现(1+1/5)倍升压外,还可以在不改变电路的前提下通过内部开关切换实现(1+1/4)倍、(1+1/3)倍、(1+1/2)倍以及(1+1/1)倍的升压,随着电池电压的降低逐渐提高升压倍率。

下面分别结合低温环境和电池老化后的两个场景对开关电容升压电路由开启到关闭的过程进行详细的描述:

第一、在低温环境的场景中,终端采集电池的电流,若电池的放电电流大于预设的放电电流阈值(例如放电电流阈值可以为0.5a,放电电流阈值也可以为1a,也可以为0.2a或其他值,放电电流阈值可以根据实际应用情况确定),则判定电池处于放电状态。终端检测电池的温度,若检测出的温度低于预设温度阈值(例如预设温度阈值可以为0度,预设温度阈值也可以为10度,预设温度阈值可以根据实际应用情况确定),则判定电池处于低温环境中,进而终端检测电池的电压。若电池的电压处于预设的电压区间(例如2.55v-3.525v),则开启开关电容升压电路,当终端检测到电池的电压达到该放电截止电压时,则关闭开关电容升压电路,停止电池放电。可以理解的是,系统(例如可以为处理器)可以根据负载电子电路的最大工作电压和最小工作电压确定初始的升压倍率以及预设的电压区间。系统(例如可以为处理器)可以实时监测电池的电压,随着电池电压的下降,当电池电压下降到预设的电压区间时,主控模块106就会控制开启开关电容升压电路104。而当电池电压下降到电池的放电截止电压,电池不再放电,那么主控模块106就会控制关闭开关电容升压电路104。关于升压倍率以及预设的电压区间的确定方式会在下面的实施例中进行详细描述。

需要说明的是,电池的放电截止电压可以根据以下方式计算得到:电池的放电截止电压edvti=edvi-i*(rti-ri),其中edvti是电池在温度为t时,放电电流为i的条件下放电截止电压点,温度t是低于预设温度阈值的电池温度;edvi是电池在常温下(其中,常温可以理解为温度为22-28度。例如常温可以为25度,也可以为22度或28度等。)放电电流为i的条件下放电截止电压点;i是测量到的电池放电电流;rti是电池在温度为t时放电电流为i的条件下的等效直流阻抗;ri是电池在常温下放电电流为i的条件下的等效直流阻抗。其中,edvi、rti以及ri可以通过实验方法测得并存储在终端的存储器中,终端在运行过程中可以通过查表获得。另外电池的放电截止电压edvti也可以根据实验的方法测试得出来储在终端的存储器中,终端在运行过程中可以通过电池温度t和放电电流i查表获得。可以理解的是,上述的放电电流i并不随温度的变化而变化,例如采集到的电池电流为2a,确定电池处于放电状态,上述edvi、rti以及ri都是基于2a的放电电流测出的。另外由于低温下电池的等效阻抗升高,因此rti大于ri,可以通过i*(rti-ri)计算出由常温变化到低温(温度为t)环境后电池的等效电阻的压降,进而由edvi减去计算得到的压降即可得到edvti。

第二,在电池老化后的场景中,终端采集电池的电流,若电池的放电电流大于预设的放电电流阈值(例如,放电电流阈值为0.5a),则判定电池处于放电状态。终端读取电池的充放电循环次数,若电池的充放电循环次数大于预设的充放电循环次数阈值(例如充放电循环次数阈值为500次),则判定电池处于老化状态,进而终端检测电池的电压,若电池的电压处于预设的电压区间,则开启开关电容升压电路,当终端检测到电池的电压达到该放电截止电压时,则关闭开关电容升压电路并停止电池放电。

需要说明的是,电池的放电截止电压可以根据以下方式计算得到:电池的放电截止电压edvai=edvi-i*(rai-ri),其中edvai是电池在老化后放电电流为i的条件下放电截止电压点;edvi是未老化的电池在放电电流为i的条件下放电截止电压点;i是测量到的电池放电电流;rai是电池在老化后放电电流为i的条件下的等效直流阻抗;ri是新电池在放电电流为i的条件下的等效直流阻抗。其中,edvi、rai和ri可以通过实验方法测得并存储在终端的存储器中,终端在运行过程中可以通过查表获得。另外电池的放电截止电压edvai也可以根据实验的方法测试得出来存储在终端的存储器中,终端在运行过程中可以通过电池的充放电循环次数和放电电流i查表获得。可以理解的是,上述的放电电流i并不随温度的变化而变化,例如采集到的电池电流为2a,确定电池处于放电状态,上述edvi、rai以及ri都是基于2a的放电电流测出的。另外由于老化后电池的等效电阻升高,因此rai大于ri,可以通过i*(rai-ri)计算出由未老化状态变化到老化状态后电池的等效电阻的压降,进而由edvi减去计算得到的压降即可得到edvai。

通过上述描述可以看出,在终端处于低温环境或电池老化后,电池在放电的过程中以(1+1/x)倍的倍率对电池的电压进行升压处理,并以升压处理后的电压为负载电子电路供电,使用本申请实施例中的终端可以有效避免电池在低温或老化的状态下电池容量明显下降并导致终端突然关机的情形。

下面结合附图对本申请终端中的开关升压电路的工作原理进行描述:

请参阅图4,图4是本申请实施例所提供的终端中开关电容升压电路的一种电路结构示意图,图4作为示例电池正极到电池负极的网络中串联的电容个数为3,可以理解的是,实际应用中电池正极到电池负极的网络中串联的电容还可以是其他的数量,具体此处不做限定。

从图4中可以看出,开关电容升压电路由电容和开关组成,对应图2所示的实施例终端在正常放电的状态下,电池通过充放电管理电路102内部的开关q4连接到供电总线vsys对系统进行供电。对应图3所示的实施例终端在正常放电的状态下,电池可以通过闭合开关电容升压电路104内部的第三开关q44、第四开关s91和第八开关s13、第五开关s93和第十一开关s15、第一开关s1和第二开关s11连接到开关电容升压电路104的供电总线vsys2,然后连接到充放电管理电路102的bat管脚,再通过充放电管理电路102内部的开关q4连接到供电总线vsys1对系统进行供电。

下面以图4所示的x=3时实现(1+1/3)倍升压为例描述开关升压电路的工作原理:

第一步,对于图2和图3的两个实施例中开启开关电容升压电路的方式稍有不同,下面分别进行说明。第一、结合图2和图4所示的实施方式,通过闭合q44并断开q4来开启开关电容升压电路,并按照图2中虚线所示的第二电流走向为负载电子电路供电。第二、结合图3和图4所示的实施方式,通过闭合第三开关q44并断开第四开关s91、第八开关s13、第五开关s93、第十一开关s15、第一开关s1和第二开关s11来开启开关电容升压电路,并按照图3中虚线所示的电流走向为负载电子电路供电。

第二步,闭合第一开关s1、第六开关s3、第九开关s5以及第十二开关s7,并且第二开关s11、第八开关s13、第十一开关s15、第七开关s21、第十开关s23、第十三开关s25、第四开关s91、第五开关s93保持断开。此时电池给电容第三电容c1、第四电容c3以及第五电容c5充电,当检测到无电流流过c1、c3以及c5(或者延时一定时间)时表明c1、c3以及c5已充满电,那么c1、c3以及c5每个电容上的电压就等于1/3倍的电池电压。其中,此时的电流走向如图4中的虚线所示。

第三步,请参阅图5,断开s1、s3、s5、s7以及q44,闭合s11、s13、s15、s21、s23以及s25,并且s91以及s93保持断开。此时c1、c3以及c5的正极连接到vsys上,c1、c3以及c5的负极连接到电池的正极上,即c1、c3以及c5并联后作为一个整体再与电池串联。因为c1、c3以及c5每个电容上的电压等于1/3倍的电池电压,所以c1、c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联后得到的总电压为(1+1/3)倍电池电压。因为电容csys与前述的c1、c3以及c5并联后作为一个整体再与电池串联后的总电路并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/3)倍电池电压。其中,此时的电流走向如图5中的虚线所示。

循环往复上述第二步和第三步即可在电容csys上得到稳定的(1+1/3)倍的电池电压。

在此基础上,若电池的电压下降,开关电容升压电路还可以实现(1+1/2)倍的升压,具体方式如下:

第一步,请参阅图6,闭合s91、s5以及s7,断开s11、s13、s15、s21、s23、s25、s1、s3以及s93,此时给c3以及c5充电。当c3以及c5充满电后,c3和c5上的电压均为1/2倍的电池电压。其中,此时的电流走向如图6中的虚线所示。

第二步,请参阅图7,断开s1、s3、s5、s7以及q44,闭合s13、s15、s23以及s25,并断开s11、s21、s91以及s93。此时c3、c5的正极连接到vsys上,c3、c5的负极连接到电池的正极上,即c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联。因为c3、c5每个电容上的电压就等于1/2倍的电池电压,所以c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联后得到的总电压为(1+1/2)倍电池电压,因为电容csys与前述的c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联后的总电路并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/2)倍电池电压。其中,此时的电流走向如图7中的虚线所示。

循环往复上述第一步和第二步即可在电容csys上得到稳定的(1+1/2)倍的电池电压。

在此基础上,若电池的电压进一步下降,开关电容升压电路还可以实现(1+1/1)倍的升压,具体方式如下:

第一步,请参阅图8,闭合s93以及s7,s11、s13、s15、s21、s23、s25、s1、s3、s5、s91断开。此时电池给c5充电,当电池给c5充满电后,c5电容上的电压就等于电池电压。其中,此时的电流走向如图8中的虚线所示。

第二步,请参阅图9,断开s1、s3、s5、s7以及q44,闭合s15以及s25,并断开s91、s93、s11、s21、s13、s23。此时c5的正极连接到vsys上,c5的负极连接到电池的正极上,即c5与电池串联。因为c5电容上的电压就等于电池电压,所以c5与电池串联后得到的总电压为2倍电池电压,因为电容csys和前述的c5与电池串联后的总电路并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/1)倍电池电压。其中,此时的电流走向如图9中的虚线所示。

循环往复上述第一步和第二步即可在电容csys上得到稳定的(1+1/1)倍的电池电压。

上面通过示例描述了开关升压电路的工作原理,下面对开关升压电路的升压倍率的确定方法,即x的取值方法进行说明:

第一步,首先根据终端中电池供电的负载电子电路105的规格确定系统能够正常工作的最大工作电压vmax和最小工作电压vmin(比如vmin=3.4和vmax=4.7)。需要说明的是,针对不同的终端,系统能够正常工作的最大工作电压和最小工作电压可以是不同的,具体此处不做限定。

第二步,根据vmax以及vmin确定开关电容升压电路的最大初始升压倍率,其中,该升压倍率(1+1/x)需要满足(1+1/x)≤vmax/vmin。以vmin=3.4和vmax=4.7为例,因为4.7/3.4=1.382352941176471,所以最大初始升压倍率为(1+1/3)倍。可以理解的是,(1+1/3)倍是最大的初始升压倍率,在条件允许的情况下,开关升压电路的初始升压倍率也可以是(1+1/4)以及(1+1/5)等更小的倍率,具体此处不做限定。

第三步,在确定了开关电容升压电路的初始升压倍率后,进一步确定当电池的电压满足什么条件时开启开关电容升压电路。具体地,以(1+1/3)倍作为初始升压倍率为例,例如,vmax=4.7,4.7/(1+1/3)=3.525,那么在电池放电的过程中当电池的电压低于3.525v时即可开启开关升压电路并对电池的电压进行(1+1/3)倍的升压处理。另外,由于3.4/(1+1/3)=2.55,当电池的电压在大于2.55且小于3.525这个区间时均可以进行(1+1/3)倍的升压处理。

需要说明的是,随着电池电压的不断下降,若对电池的电压进行(1+1/3)倍的升压处理后电压接近vmin,则需要考虑以更大倍率对电池的电压进行升压处理,因此需要确定终端所允许的最大升压倍率。通过上面的描述可知,终端可以获取电池在低温或老化状态下的放电截止电压vbat,即若电池的电压达到放电截止电压,电池将停止放电。终端所允许的最大升压倍率(1+1/x)需要满足(1+1/x)≤vmax/vbat。以vbat=2.5和vmax=4.7为例,因为4.7/2.5=1.88,所以终端所允许的最大升压倍率为(1+1/2)倍。

在确定了终端所允许的最大升压倍率,参照上述方式可以确定当电池的电压满足什么条件时开启更高倍率的升压方式。例如,vmax=4.7以及vmin=3.4,4.7/(1+1/2)=3.133且3.4/(1+1/3)=2.55,说明当电池的电压小于3.133v时即可采用(1+1/2)倍的升压倍率,当电池的电压达到2.55v时进行(1+1/3)倍升压处理后的电压将无法满足系统要求,因此在电池的电压下降的过程中,当电池的电压达到3.133之后且还未达到2.55时切换到(1+1/2)倍的升压倍率,直到电池的电压达到vbat之前可以采用(1+1/2)倍的升压倍率。

参照上述的描述,在实际应用中可以根据终端的vmax、vmin以及vbat确定不同的升压倍率以及电池的电压在不同的阶段所采用的升压倍率。由开关升压电路对电池的电压倍压后再对负载电子电路供电。一般来说,电池的电压越高,所需要的倍率越小。

上面的实施例对开关电容升压电路的一种结构类型进行了描述,下面结合开关电容升压电路的另一种结构对开关电容升压电路的工作原理进行介绍:

请参阅图10,图10是本申请实施例所提供的终端中开关电容升压电路的另一种电路结构示意图,可以看出,图10相对于图4的区别在于,图4所示的实施例为单相电路,而图10所示的实施例为双相电路。该图10所示的开关电容升压电路可以视作一个双相升压电路组,并且该双相升压电路组包括两个升压子电路,两个升压子电路中的元件数量相同,各元件的摆放及连接关系也相同,如果图4中电池和q44左侧部分的电路视作一个升压子电路,那么图10在图4的基础上以电池和q44为中轴线实现了对中轴线左侧电路的对称复制。图10所示实施例的优点在于双相的开关电容升压电路效率更高,其输入的纹波电流更小,输出的纹波电压更小。

从图10中可以看出,开关电容升压电路由电容和开关组成,对应图2所示的实施例终端在正常放电的状态下,电池通过充放电管理电路102内部的开关q4连接到供电总线vsys对系统进行供电。对应图3所示的实施例终端在正常放电的状态下,电池可以通过闭合开关电容升压电路104内部的开关q44、s1和s11、s91和s13、s93和s15、第十四开关s2和第十五开关s12、第十六开关s92和第二十开关s14、第十七开关s94和第二十三开关s16、连接到开关电容升压电路104的供电总线vsys2,然后连接到充放电管理电路102的bat管脚,再通过充放电管理电路102内部的开关q4连接到供电总线vsys1对系统进行供电。

下面结合图10并以x=3时实现(1+1/3)倍升压为例描述开关升压电路的工作原理:

第一步,对于图2和图3的两个实施例中开启开关电容升压电路的方式稍有不同,下面分别进行说明。第一、结合图2和图10所示的实施方式,通过闭合q44并断开q4来开启开关电容升压电路,并按照图2中虚线所示的第二电流走向为负载电子电路供电。结合图3和图10所示的实施方式,通过闭合q44并断开s1和s11、s91、s13、s93、s15、s2和s12、s92、s14、s94和s16来开启开关电容升压电路,并按照图3中虚线所示的电流走向为负载电子电路供电。

第二步,闭合s1、s3、s5、s7、第十五开关s12、第二十开关s14、第二十三开关s16、第十九开关s22、第二十二开关s24以及第二十五开关s26,断开s11、s13、s15、s21、s23、s25、第十四开关s2、第十八开关s4、第二十一开关s6、第二十四开关s8、s91、s93、第十六开关s92以及第十七开关s94。此时电池给c1、c3、c5充电,当电池给c1、c3、c5充满电后,c1、c3、c5每个电容上的电压就等于1/3倍的电池电压。与此同时,可以结合电池以及c2、c4、c6为负载电子电路供电。其中,此时的电流走向如图10中的虚线所示。

第三步,请参阅图11,断开s1、s3、s5、s7、s12、s14、s16、s22、s24、s26、s91、s93、s92、s94以及q44,闭合s11、s13、s15、s21、s23、s25、s2、s4、s6以及s8。此时电池给c2、c4、c6充电,当电池给c2、c4、c6充满电后,c2、c4、c6每个电容上的电压就等于1/3倍的电池电压。与此同时,c1、c3、c5的正极连接到vsys上,c1、c3、c5的负极连接到电池的正极上,即c1、c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联。因为c1、c3、c5每个电容上的电压就等于1/3倍的电池电压,所以c1、c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联后得到的总电压为(1+1/3)倍电池电压,因为电容csys与前述的c1、c3、c5并联后作为一个整体与电池串联后的总电路并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/3)倍电池电压。与此同时,可以结合电池以及c1、c3、c5为负载电子电路供电。其中,此时的电流走向如图11中的虚线所示。

第三步完成之后再重复第二步的状态,此时电池给c1、c3、c5充电,当电池给c1、c3、c5充满电后,c1、c3、c5每个电容上的电压就等于1/3倍的电池电压;同时c2、c4、c6的正极连接到vsys上,c2、c4、c6的负极连接到电池的正极上,即c2、c4、c6并联后作为一个整体再与电池串联。因为c2、c4、c6每个电容上的电压就等于1/3倍的电池电压,所以c2、c4、c6并联后作为一个整体再与电池串联后得到的总电压为(1+1/3)倍电池电压,因为电容csys与前述的c2、c4、c6并联后作为一个整体与电池串联后的总电路再并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/3)倍电池电压。

循环往复上述第二步和第三步即可在电容csys上得到稳定的(1+1/3)倍的电池电压。

从上述描述中可以看出,本实施例轮流对c1、c3、c5和c2、c4、c6充电,即使当c1、c3、c5的电压不足需要充电时,该开关电容升压电路仍可以使用c2、c4、c6保持(1+1/3)倍的升压倍率,而无需像图4和图5所示实施例中需要等待c1、c3、c5充满电,提高了开关电容升压电路的工作效率。

在此基础上,若电池的电压下降,开关电容升压电路还可以实现(1+1/2)倍的升压,具体方式如下:

第一步,请参阅图12,闭合s91、s5、s7、s14、s16、s24以及s26;断开s11、s13、s15、s21、s23、s25、s2、s4、s6、s8、s1、s3、s12、s22、s93、s92以及s94;此时电池给c3、c5充电,当电池给c3、c5充满电后,c3、c5每个电容上的电压就等于1/2倍的电池电压。与此同时,可以结合电池以及c4、c6为负载电子电路供电。其中,此时的电流走向如图12中的虚线所示。

第二步,请参阅图13,闭合s13、s15、s23、s25、s92、s6以及s8,断开s1、s3、s5、s7、s12、s14、s16、s22、s24、s26、s2、s4、s11、s21、s91、s93、s94以及q44。此时电池给c4、c6充电,当电池给c4、c6充满电后,c4、c6每个电容上的电压就等于1/2倍的电池电压;同时c3、c5的正极连接到vsys上,c3、c5的负极连接到电池的正极上,即c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联。因为c3、c5每个电容上的电压就等于1/2倍的电池电压,所以c3、c5并联后作为一个整体再与电池串联后得到的总电压为(1+1/2)倍电池电压,因为电容csys与前述的c3、c5并联后作为一个整体与电池串联后的总电路再并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/2)倍电池电压。与此同时,可以结合电池以及c3、c5为负载电子电路供电。其中,此时的电流走向如图13中的虚线所示。

第二步完成之后再重复第一步的状态,此时电池给c3、c5充电,当电池给c3、c5充满电后,c3、c5每个电容上的电压就等于1/2倍的电池电压;同时c4、c6的正极连接到vsys上,c4、c6的负极连接到电池的正极上,即c4、c6并联后作为一个整体再与电池串联。因为c4、c6每个电容上的电压就等于1/2倍的电池电压,所以c4、c6并联后作为一个整体再与电池串联后得到的总电压为(1+1/2)倍电池电压,因为电容csys与前述的c4、c6并联后作为一个整体与电池串联后的总电路再并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/2)倍电池电压。

循环往复上述第一步和第二步即可在电容csys上得到稳定的(1+1/2)倍的电池电压。

在此基础上,若电池的电压进一步下降,开关电容升压电路还可以实现(1+1/1)倍的升压,具体方式如下:

第一步,请参阅图14,闭合s93、s7、s16以及s26,断开s11、s13、s15、s21、s23、s25、s2、s4、s6、s8、s1、s3、s5、s12、s14、s22、s24、s91、s92以及s94。此时电池给c5充电,当电池给c5充满电后,c5的电压就等于1/1倍的电池电压。与此同时,可以结合电池以及c6为负载电子电路供电。其中,此时的电流走向如图14中的虚线所示。

第二步,请参阅图15,闭合s15、s25、s8以及s94,断开s1、s3、s5、s7、s12、s14、s16、s22、s24、s26、s2、s4、s6、s11、s13、s21、s23、s91、s93、s92以及q44。此时电池给c6充电,当电池给c6充满电后,c6的电压就等于1/1倍的电池电压;同时c5的正极连接到vsys上,c5的负极连接到电池的正极上,即c5与电池串联。因为c5的电压就等于1/1倍的电池电压,所以c5与电池串联后得到的总电压为(1+1/1)倍电池电压,因为电容csys与前述的c5和电池串联后的总电路并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/1)倍电池电压。与此同时,可以结合电池以及c5为负载电子电路供电。其中,此时的电流走向如图15中的虚线所示。

第二步完成之后再重复第一步的状态,此时电池给c5充电,当电池给c5充满电后,c5的电压就等于1/1倍的电池电压;同时c6的正极连接到vsys上,c6的负极连接到电池的正极上,即c6与电池串联。因为c6上的电压就等于1/1倍的电池电压,所以c6和电池串联后得到的总电压为(1+1/1)倍电池电压,因为电容csys与前述的c6和电池串联后的总电路并联,所以电容csys上的电压就为(1+1/1)倍电池电压。

循环往复上述第一步和第二步即可在电容csys上得到稳定的(1+1/1)倍的电池电压。

上面的实施例描述了利用开关电容升压电路对电池的电压进行(1+1/x)倍的升压处理后对负载电子电路供电。除此之外,从图2以及图3所示的实施例可以看出,通常状态下对电池的充电是通过充放电管理电路102实现的,即充电连接端口101通过充电总线vbus与充放电管理电路102连接,再通过充放电管理电路102对电池充电。

为此,本申请实施例所提供的终端还可以包括开关电容降压电路,充电总线vbus可以经过开关电容降压电路的降压处理后给电池进行充电,具体地,参照图2和图3所示的实施例,充电总线vbus还与开关电容降压电路的bus端相连。其中,开关电容降压电路与上述的开关电容升压电路共用了部分元器件,下面结合附图对开关电容降压电路的电路结构以及工作原理进行介绍:

请参阅图16,图16是本申请所提供的终端中开关电容降压电路的一种电路结构示意图,图16作为示例电池正极到电池负极的网络中串联的电容个数为3,可以理解的是,实际应用中电池正极到电池负极的网络中串联的电容还可以是其他的数量,具体此处不做限定。

相对于图4从图16中可以看出,图16中的开关电容降压电路还包括vbus输入后所连接的s17以及s27,并且该开关电容降压电路还与图4所示的开关电容升压电路共用c5、s7以及s25。

在此基础上下面对开关电容降压电路的工作原理进行介绍:

第一步,闭合第二十六开关s17、s25,断开s7、第二十七开关s27,此时vbus通过s17、s25对c5、co和电池进行充电,由于co和电池并联,所以co上的电压等于电池电压,另外c5和c0的电容参数可以是一致的,那么在电容充满以后vc5=vco=1/2vbus。其中,此时的电流走向如图16中的虚线所示。

第二步,请参阅图17,闭合s7、s27,断开s17、s25。此时由电容给电池充电。其中,此时的电流走向如图17中的虚线所示。

循环往复上述第一步和第二步即可得到稳定的电池电压,即vbat=1/2vbus。

需要说明的是,上述实施例开关电容降压电路是以1/2倍的降压倍率进行描述的,在实际应用中也可以实现如1/3、1/4、1/5…1/x等其他降压倍率。

本实施例中,vbus总线通过开关电容降压电路来给电池进行充电的效率更高,发热更小,可以适合大电流充电的快充场景。同时开关电容降压电路和开关电容升压电路共用了一部分电容和开关器件,即无需将开关电容升压电路和开关电容降压电路完全独立开,节省了整个系统的面积和成本。

上面的实施例对开关电容降压电路的一种结构类型进行了描述,下面结合开关电容降压电路的另一种结构对开关电容降压电路的工作原理进行介绍:

请参阅图18,图18是本申请所提供的终端中开关电容降压电路的另一种电路结构示意图,可以看出,图18相对于图16的区别在于,图16所示的实施例为单相电路,而图18所示的实施例为双相电路。具体的,该图18所示的开关电容降压电路可以是视作一个双相降压电路组,并且该双相降压电路组包括两个降压子电路,两个降压子电路中的元件数量相同,各元件的摆放及连接关系也可以相同,如果图16中电池和q44左侧部分的电路视作一个降压子电路,那么图18在图16的基础上以电池和q44为中轴线实现了对中轴线左侧电路的对称复制。图18所示实施例的优点在于双相的开关电容降压电路效率更高,其输入的纹波电流更小,输出的纹波电压更小。

下面结合图18对本实施例中开关电容降压电路的工作原理进行介绍:

第一步,闭合s17、s25、第二十九开关s28、s8,断开s7、s27、第二十八开关s18、s26,此时vbus通过s17、s25对c5、co和电池进行充电。与此同时,c6也对co和电池进行充电。此时的电流走向如图18中的虚线所示。

第二步,请参阅图19,断开s17、s25、s28、s8,闭合s7、s27、s18、s26,此时vbus通过s18、s26对c6、co和电池进行充电。与此同时,c5也对co和电池进行充电。此时的电流走向如图19中的虚线所示。

循环往复上述第一步和第二步即可得到稳定的电池电压,即电池电压=1/2vbus。

同理也可以实现如1/3、1/4、1/5…1/x等其他降压倍率,具体过程此处不再赘述。

下面以本申请实施例中的终端是手机为例,对手机中的各组件及功能进行介绍:

请参阅图20,该手机200包括:射频(radiofrequency,rf)电路210、存储器220、输入单元230、一个或多个传感器240、处理器250、电源260、显示单元270、音频电路280等部件。本领域技术人员可以理解,图20中示出的手机结构并不构成对手机的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。

下面分别对手机200的各功能组件进行介绍:

其中,rf电路210可用于收发信息或通话过程中,信号的接收和发送。其中,将基站的下行信息接收后,给处理器250处理;另外,将上行的数据发送给基站。通常,rf电路210不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器(lownoiseamplifier,lna)、双工器等。此外,rf电路210还可以通过无线通信与网络和其他设备通信。所述无线通信可以使用任一通信标准或协议,包括但不限于全球移动通讯系统(globalsystemofmobilecommunication,gsm)、通用分组无线服务(generalpacketradioservice,gprs)、码分多址(codedivisionmultipleaccess,cdma)、宽带码分多址(widebandcodedivisionmultipleaccess,wcdma)、长期演进(longtermevolution,lte)、5g标准或协议、后续演进的标准或协议、电子邮件、短消息服务(shortmessagingservice,sms)等。

存储器220可用于存储软件程序,该处理器250通过运行存储在存储器220的软件程序,从而执行手机200的各种功能应用。存储器220可包括存储程序区,其中,存储程序区可存储操作系统、也可以存储所需的应用程序(application,app)等,比如声音播放功能、图像播放功能等。此外,存储器220可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

输入单元230可用于接收用户输入的数字或字符信息,以及产生与手机200的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。具体地,输入单元230可包括触摸屏231以及其他输入设备232。触摸屏231,也称为触控面板,可收集用户在其上或附近的触摸操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触摸屏231上或在触摸屏231附近的操作),并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。可选的,触摸屏231可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中,触摸检测装置检测用户的触摸方位,并检测触摸操作带来的信号,将信号传送给触摸控制器;触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给处理器250,并能接收处理器250发来的命令并加以执行。此外,可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触摸屏231。除了触摸屏231,输入单元230还可以包括其他输入设备232。具体地,其他输入设备232可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、电源开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种。

传感器240包括用于进行生物特征识别的传感器,如指纹识别传感器、人脸识别传感器以及虹膜识别传感器等。以指纹识别传感器为例,指纹识别传感器能够采集用户的指纹信息并将采集的指纹信息上报给处理器250,处理器250根据该指纹信息对用户进行身份识别。

传感器240还包括重力传感器(gravitysensor),可以检测手机在各个方向上(一般为三轴)加速度的大小,静止时可检测出重力的大小及方向,可用于识别手机姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等。

手机200还可以包括其它传感器,比如光传感器。具体地,光传感器可包括环境光传感器及接近光传感器。其中,环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节触摸屏231的亮度;接近光传感器可以检测是否有物体靠近或接触手机,可在手机200移动到耳边时,关闭触摸屏231和/或背光。手机200还可配置的陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器,在此不再赘述。

显示单元270可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及手机200的各种菜单。显示单元270可包括显示面板271,可选的,可以采用液晶显示器(liquidcrystaldisplay,lcd)、有机发光二极管(organiclight-emittingdiode,oled)等形式来配置显示面板271。进一步的,触摸屏231可覆盖显示面板271,当触摸屏231检测到在其上或附近的触摸操作后,传送给处理器250以确定触摸事件的类型,随后处理器250根据触摸事件的类型在显示面板271上提供相应的视觉输出。虽然在图20中,触摸屏231与显示面板271是作为两个独立的部件来实现手机200的输入和输入功能,但是在某些实施例中,可以将触摸屏231与显示面板271集成而实现手机200的输入和输出功能,例如触摸屏与显示面板271集成可以叫做触摸显示屏。

音频电路280、扬声器281、麦克风282可提供用户与手机200之间的音频接口。音频电路280可将接收到的音频数据转换后的电信号,传输到扬声器281,由扬声器281转换为声音信号输出;另一方面,麦克风282将收集的声音信号转换为电信号,由音频电路2180接收后转换为音频数据,再将音频数据输出至rf电路210以发送给比如另一手机,或者将音频数据输出至存储器220以便进一步处理。

处理器250是手机200的控制中心,利用各种接口和线路连接整个手机的各个部分,通过运行或执行存储在存储器220内的软件程序,以及调用存储在存储器220内的数据,执行手机200的各种功能。在一种实现方式中,处理器250可包括一个或多个处理单元。在一种实现方式中,处理器250可集成应用处理器和调制解调处理器,其中,应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等,调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是,上述调制解调处理器也可以不集成到处理器250中。

手机200还包括给各个部件供电的电源260(比如电池),可选的,电源260可以通过电源管理系统与处理器250逻辑相连,从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。需要说明的是,电源260以及电源管理系统具体可以是以上述图2-图19中任意实施例中的电路结构来实现,此处不再赘述。

尽管未示出,手机200还可以包括天线、无线保真(wireless-fidelity,wi-fi)模块、近距离无线通信(nearfieldcommunication,nfc)模块、蓝牙模块、扬声器、加速计、陀螺仪等。

上面主要从硬件结构的方面对本申请实施例中的终端以及开关电容升压电路进行了描述,下面对本申请实施例提供的一种供电方法进行介绍:

本申请实施例所提供的供电方法具体可以应用于上述图2-19任意一个实施例中所示的终端中。

请参阅图21,本申请实施例中供电方法的一个实施例包括:

201、获取电池的目标参数。

本实施例中,终端获取电池103的目标参数,其中,该目标参数可以是电池103的温度或者电池103的充放电循环次数,也可以是电池103的温度和电池103的充放电循环次数。具体的,在电池103正常状态下的放电过程中按图2中第一电流走向进行放电(q4闭合),主控模块106采集电池103的电流,若电池103的放电电流大于预设的放电电流阈值,则判定电池103处于放电状态。进而充放电管理电路102检测电池的温度或读取电池的充放电循环次数,即可获取电池的目标参数。

202、若目标参数满足目标条件,则获取电池的第一可变电压。

本实施例中,终端获取了目标参数后,需要判断目标参数是否满足目标条件。具体的,若该目标参数为电池103的温度,那么主控模块106判断当前电池103的温度是否低于预设温度阈值,若是,则判定电池103处于低温环境中。若该目标参数为电池103的充放电循环次数,那么主控模块106判断当前电池103的充放电循环次数是否大于预设的充放电循环次数阈值,若是,则判定电池103处于老化状态。综上,当终端判定电池103处于低温环境或老化状态时,终端获取电池103的第一可变电压,可以理解的是,由于电池103处于放电状态,电池103的电压会随着放电不断下降,因此终端可以实时获取的电压是动态变化的,即第一可变电压。在一种实现方式中,终端也可以周期性的获取电池电压。对应上述的实施例,假设终端在低温或老化状态下的放电截止电压vbat=2.5,负载电子电路的最大工作电压vmax=4.7,那么该第一可变电压可以是在2.5-4.7之间变化的电压,例如,第一可变电压初始值为4.5,并随着电池的放电逐渐下降。

203、若第一可变电压处于第一电压区间,则对第一可变电压进行(1+1/x)倍的升压处理,得到第二可变电压。

本实施例中,若第一可变电压处于第一电压区间,则主控模块106控制开启开关电容升压电路104,并对第一可变电压进行(1+1/x)倍的升压处理,得到第二可变电压。其中,第一电压区间的最大值与(1+1/x)的乘积小于或等于负载电子电路105的最大工作电压,第一电压区间的最小值与(1+1/x)的乘积大于或等于负载电子电路105的最小工作电压。对应上述实施例,第一电压区间可以是2.55-3.525,x=3,即若第一可变电压处于2.55-3.525的电压区间中,开关电容升压电路对第一可变电压进行(1+1/3)倍的升压处理,得到第二可变电压,那么可以理解的是,第二可变电压的取值范围在3.4-4.7之间。

需要说明的是,关于第一电压区间以及(1+1/x)初始值的确定方式在上述实施例中已经进行了描述,此处不再赘述。

204、以第二可变电压为负载电子电路供电。

本实施例中,终端以升压后的第二可变电压为负载电子电路105供电。随着电池103的放电,电池103的电压降进一步下降,因此第二可变电压也是呈下降的趋势在变化,如果第二可变电压也无法满足对负载电子电路105的供电要求,终端需要调整升压的倍率。具体的,若第一可变电压处于第二电压区间,则主控模块106控制开关电容升压电路104提高升压倍率,开关电容升压电路104对第一可变电压进行(1+1/k)倍的升压处理,得到第三可变电压,并以第三可变电压为负载电子电路105供电,其中,k为大于或等于1且小于x的整数。对应上述实施例,第二电压区间可以是2.5-3.133,x=2,即若第一可变电压处于2.5-3.133的电压区间中,开关电容升压电路对第一可变电压进行(1+1/2)倍的升压处理,得到第三可变电压,那么可以理解的是,第三可变电压的取值范围在3.75-4.7之间。

需要说明的是,k的最小值为k的取值中满足预设条件的最小整数,其中,该预设条件为1+1/k<u1/u2,其中,u1为负载电子电路105的最大工作电压,u2为所述电池103的放电截止电压。其中,关于电池103的放电截止电压的计算方式在在上述实施例中已经进行了描述,此处不再赘述。

可以理解的是,上述实施例中提到的c1、c3、c5、c2、c4和c6的参数可以是一样的。可以根据终端的实际情况选择c1、c3、c5、c2、c4和c6。其中,c0和csys的参数可以与c1、c3、c5、c2、c4和c6的参数不同,也可以相同。

本申请实施例中的终端可以为带有电池的终端,例如手机、平板电脑、穿戴式设备、耳机、虚拟现实眼镜、电子阅读器等。

以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

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