一种充电模块及电子设备的制作方法

1.本发明实施例涉及充电技术领域，特别涉及一种充电模块及电子设备。


背景技术：

2.随着市面上对用户需要随身携带电子设备的便携化要求越来越高，这类随身电子设备的体积也设计得越来越小，在电源的设计上，电池也通常会采用锂电池这类能量密度大的电池作为电源，且由于电池相比于集成电路结构通常占用的体积也会较多，电池的容量与体积又成正比，因此通常需要在电子设备的体积和电池容量上做取舍。
3.目前，体积较小的便携式电子设备，例如无线蓝牙耳机(tws，true wireless stereo)由于整体体积限制电池容量普遍在40mah以下，为了充分使用电池容量，必须做到电池充满(正常电池充电截止电流的电流按照0.05c)，也就是充电截止电流在2ma-4ma左右。目前能满足该要求的只有线性充电方案，而线性充电方案又存在电流过大容易发热、充电速度慢的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种能够实现满充且充电快、发热少的充电模块及电子设备。
5.本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
6.为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种充电模块，应用于电子设备，所述电子设备包括电池组，所述充电模块包括：
7.电池充电开关，其输出端用于与所述电池组连接；
8.降压电路，其输入端用于与直流电源连接，其输出端与所述电池充电开关的输入端连接；
9.电压采样模块，其包括分别与所述电池充电开关的输入端和输出端连接的两个采样端口，其中一个采样端口用于采集所述直流电源经所述降压电路后的输出电压，另一个采样端口用于采集所述电池组的电压；
10.控制器，其包括与所述电压采样模块连接的数据端口，以及与所述电池充电开关和所述降压电路的控制端连接的控制端口，所述控制器配置为在所述电池组需要充电时打开所述电池充电开关，并根据采集到的所述电池组的电压，以及所述输出电压和所述电池组的电压的压差，线性调整所述输出电压的大小，以使所述直流电源通过所述降压电路为所述电池组充电。
11.在一些实施例中，所述电池充电开关的控制端与所述控制器的第一控制端口连接，所述控制器配置为在确定所述电池组需要充电时通过所述第一控制端口控制所述电池充电开关导通并工作在线性阻抗区。
12.在一些实施例中，所述降压电路包括：
13.第一开关管，其输入端用于与所述直流电源连接，其控制端与所述控制器的第二
控制端口连接；
14.第二开关管，其输入端与所述第一开关管的输出端连接，其控制端与所述控制器的第三控制端口连接，其输出端接地；
15.其中，所述控制器配置为在所述电池组需要充电时打开所述第一开关管，并根据采集到的所述电池组的电压，以及所述输出电压和所述电池组的电压的压差，调整所述第二开关管的导通时间，从而线性调整所述输出电压的大小。
16.在一些实施例中，所述降压电路还包括：
17.第一电感，其一端与所述第一开关管的输出端和所述第二开关管的输入端连接，其另一端与所述电池充电开关的输入端连接。
18.在一些实施例中，所述降压电路还包括：
19.第一电容，其一端与所述电池充电开关的输入端和所述第一电感的另一端连接，其另一端接地。
20.在一些实施例中，所述输出电压和所述电池组的电压的压差小于等于0.1伏特。
21.在一些实施例中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述电池充电开关为mos管或三极管。
22.为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种电子设备，包括：
23.电池组，以及，
24.如第一方面所述的充电模块，其输入端用于直流电源连接，其输出端与所述电池组连接。
25.在一些实施例中，所述电子设备为无线蓝牙耳机。
26.在一些实施例中，所述电池组为锂电池组。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种充电模块，应用于电子设备，该模块包括：输出端与电子设备的电池组连接的电池充电开关，输入端与直流电源连接且输出端与电池充电开关的输入端连接的降压电路，包括与连接电池充电开关的输入端和输出端的两个采样端口的电压采样模块，包括与电压采样模块连接的数据端口以及与电池充电开关和降压电路的控制端连接的控制端口的控制器，配置为在电池组需要充电时打开电池充电开关，且并根据电压采样模块采集到的电池组的电压，以及降压电路的输出电压和电池组的电压的压差，线性调整输出电压的大小，以使直流电源通过所述降压电路充电，本发明实施例提供的充电模块通过调整降压电路的输出来进行线性充电的方式，实现满充且充电速度快、发热少。
附图说明
28.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
29.图1是本发明实施例提供的充电模块的其中一种应用环境的示意图；
30.图2是本发明实施例提供的一种充电模块的原理框图；
31.图3是本发明实施例提供的一种充电模块的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
33.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
34.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。且有，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
35.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.目前，市面上电子设备中的锂电池的充电方案主要可以分为开关充电和线性充电两种。
38.其中，开关充电的方案通过直接控制至少一个开关管来控制充电模块是否充电，其充电效率较高(可达90％以上)，系统热耗散较低，整机温升可控，但是由于开关控制充电截止电流基本上在20ma以上，不能满足如无线蓝牙耳机tws(截止电流通常在2ma-4ma左右)这类小电池容量的电子设备的充满要求。开关充电器虽然可以满足电子设备电池充的快且不发热的问题，但是不能解决电子设备充的满的问题，无法充分利用电子设备的电池容量，不能满足用户对整机续航时间的需求。
39.而线性充电的方案通过控制与电池组并联的开关管的阻抗来控制充电电流，充电模块输出电流和电池的充电电流基本一致，充电截止电流精度控制容易，可以做到2ma(0.05c)截止，以满足大部分小电池容量电子设备的电池满充截止要求。但是线性充电整体热耗散p＝(v
bus-v
bat
)*i
charge
，恒流充电阶段充电效率小于70％，且超过100ma充电电流将会引起电子设备温升超10℃，若该电子设备为贴身的电子设备，温升超过7℃人体又很容易感受到发热的情况，因此采用线性充电的方案时充电电流不能过大。线性充电的方案可以满足小容量电池的电子设备充的满的问题，但是不能解决充的快的问题，不能满足用户对快充的需求。
40.为了解决目前充电模块无法兼顾快充和满充，以及减少发热的问题，本发明实施例提供了一种新的充电模块，结合线性充电和开关充电的优点，通过电压采样模块采集到的电池组的电压，以及降压电路的输出电压和电池组的电压的压差，然后控制器根据采集
到的电压数据调整降压电路的输出的方式，来实现线性充电，从而有效解决电子设备中电池或电池组既要充的快且不发热，又要充的满的需求。图1为本发明实施例提供的充电模块的其中一种应用环境的示意图，其中，该应用环境中包括：电子设备200，该电子设备200包括：电池组b 和充电模块100，充电模块100的输入端用于直流电源dc连接，充电模块100的输出端与所述电池组b 连接。
41.所述电池组b 包括至少一个电池，所述电池组b 可以是锰锌电池、铅蓄电池、锂电池等。优选地，可以是锂电池等能量密度较大的电池材料，所述电池组b 的电池型号、种类、数量及大小可根据实际所述电子设备200的种类及对电池容量的需求进行设置。
42.所述电子设备可以是手机、平板、笔记本电脑、手环、相机、耳机如无线蓝牙耳机、充电宝等内置有电池作为电源的设备。采用本发明实施例提供的充电模块对设置有小容量电池的电子设备改进效果更佳明显。
43.具体地，下面结合附图，对本发明实施例提供的充电模块100作进一步阐述。
44.本发明实施例提供了一种充电模块，请一并参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种充电模块的原理框图，该充电模块100可以应用于上述电子设备200中，所述电子设备200包括电池组b ，所述充电模块100包括：电池充电开关k、降压电路110、电压采样模块120和控制器130。
45.所述电池充电开关k，其输出端用于与所述电池组b 连接；所述电池充电开关k为直接用于控制所述电池组b 是否进行充电的开关，优选地，选用mos管作为所述电池充电开关k，其包括三种工作状态，当其工作在饱和区时，充电模块100通过所述开关充电电路110为所述电池组b 快速充电，当其工作在线性阻抗区时，充电模块100通过所述线性充电电路120为所述电池组b 缓慢充电，当其工作在截止区时，充电模块100不为所述电池组b 充电。优选地，在充电时使所述电池充电开关k在线性阻抗区工作，从而实现线性充电。
46.所述降压电路110，其输入端用于与直流电源dc连接，其输出端与所述电池充电开关k的输入端连接；所述充电模块100通过所述降压电路110实现为所述电池组b 充电充电。所述降压电路110的输出电压为可调节的，通过调节其输出电压可实现线性充电。
47.所述电压采样模块120，其包括分别与所述电池充电开关k的输入端和输出端连接的两个采样端口，其中一个采样端口用于采集所述直流电源dc经所述降压电路110后的输出电压，另一个采样端口用于采集所述电池组b 的电压。优选地，所述电压采样模块120可采用模数转换器adc。
48.所述控制器130，其包括与所述电压采样模块120连接的数据端口，以及与所述电池充电开关k和所述降压电路110的控制端连接的控制端口，所述控制器130配置为在所述电池组b 需要充电时打开所述电池充电开关k，并根据采集到的所述电池组b 的电压，以及所述输出电压和所述电池组b 的电压的压差，线性调整所述输出电压的大小，以使所述直流电源dc通过所述降压电路110为所述电池组b 充电。
49.在一些实施例中，请参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种充电模块的电气连接结构，其中，所述电池充电开关k的控制端与所述控制器130的第一控制端口10连接，所述控制器130配置为在确定所述电池组b 需要充电时通过所述第一控制端口10控制所述电池充电开关k导通并工作在线性阻抗区。
50.在一些实施例中，请继续参见图3，所述降压电路110包括：第一开关管q1，其输入
端用于与所述直流电源dc连接，其控制端与所述控制器130的第二控制端口20连接；第二开关管q2，其输入端与所述第一开关管q1的输出端连接，其控制端与所述控制器130的第三控制端口30连接，其输出端接地；其中，所述控制器130配置为在所述电池组b 需要充电时打开所述第一开关管q1，并根据采集到的所述电池组b 的电压，以及所述输出电压和所述电池组b 的电压的压差，调整所述第二开关管q2的导通时间，从而线性调整所述输出电压的大小。
51.在一些实施例中，请继续参见图3，所述降压电路110还包括：第一电感l1，其一端与所述第一开关管q1的输出端和所述第二开关管q2的输入端连接，其另一端与所述电池充电开关k的输入端连接。
52.在一些实施例中，请继续参见图3，所述降压电路110还包括：第一电容c1，其一端与所述电池充电开关k的输入端和所述第一电感l1的另一端连接，其另一端接地。
53.在一些实施例中，所述输出电压和所述电池组的电压的压差小于等于0.1伏特。在本发明实施例中，需要将所述输出电压和所述电池组的电压的压差尽量缩小，以减少所述充电模块100的热耗散。
54.在一些实施例中，请继续参见图3，所述第一开关管q1、所述第二开关管q2和所述电池充电开关k为mos管或三极管。具体地，可根据实际需要选择所述第一开关管q1、所述第二开关管q2和所述电池充电开关k的型号和参数，不需要拘泥于本发明实施例的限定。
55.本发明实施例提供的充电模块100在工作，即为所述电池组b 充电时，所述第一开关管q1、所述第二开关管q2、所述第一电感l1和所述第一电容c1组成降压电路，将输入电压降压后输出，同时所述电池充电开关k工作在线性阻抗区，所述电压采样模块120采集所述电池组b 两端的电压v
bat
、以及所述降压电路110的输出电压v
buck
，所述控制器130获取到所述电池组的电压v
bat
和所述输出电压v
buck
后，确定所述电池组的电压v
bat
和所述输出电压v
buck
的压差，并根据上述电压数据控制所述第二开关管q2导通关闭时间从而调节所述输出电压v
buck
，满足线性充电的要求。
56.其中，设定所述直流电源dc的输出电压为v
bus
，所述第二开关管q2的开关周期为t，导通时间为t
on
,则所述电池充电开关k的输入端的电压，即所述降压电路110的输出电压v
buck
为v
buck
＝v
bus
*t
on
/t，设定所述降压电路110的工作效率为η
buck
(通常η
buck
大于90％)，设定充电电流为i(小电池容量的电池组充电电流基本在200ma以内)，则整机热耗散为：p＝i*v
buck
*(1-η
buck
) i*(v
buck-v
bat
)。
57.进一步地，以小电池容量的电子设备为例，为了控制充电模块100的热耗散，需要将所述电池组b 的电压v
bat
和所述降压电路110的输出电压v
buck
之间压差v
drop
尽可能缩小，目前v
drop
可以做到0.1v，由于所述电池组b 的电压v
bat
通常不高于4.4v，所述降压电路110的输出电压v
buck
可以做到不高于4.6v，充电电流i小于200ma的情况下，整机热耗散p《0.2*4.6*0.1w 0.2*0.2w＝0.092w 0.04w＝132mw。通过上述减小所述电池组b 的电压v
bat
和所述降压电路110的输出电压v
buck
之间压差v
drop
的方式，能够在快充同时将整机快充温升控制在5℃，采用线性充电架构可以满足整机电池满充需求。
58.本发明实施例中提供了一种充电模块，应用于电子设备，该模块包括：输出端与电子设备的电池组连接的电池充电开关，输入端与直流电源连接且输出端与电池充电开关的输入端连接的降压电路，包括与连接电池充电开关的输入端和输出端的两个采样端口的电
压采样模块，包括与电压采样模块连接的数据端口以及与电池充电开关和降压电路的控制端连接的控制端口的控制器，配置为在电池组需要充电时打开电池充电开关，且并根据电压采样模块采集到的电池组的电压，以及降压电路的输出电压和电池组的电压的压差，线性调整输出电压的大小，以使直流电源通过所述降压电路充电，本发明实施例提供的充电模块通过调整降压电路的输出来进行线性充电的方式，实现满充且充电速度快、发热少。
59.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
60.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。