电源电路及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源电路及电子设备。


背景技术：

2.传统的快充方案中，考虑到充电效率的提高，通常使用电荷泵(charge pump)实现快充，但是电荷泵属于开环充电系统，无法完成电池充电过程中的预充和恒压充，因此需要额外增加一个降压充电芯片(buck charger)来完成这两个过程，这使得完整的电池充电过程需要两颗芯片才能实现，元器件多，布板面积大，成本高。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种电源电路，通过元器件复用可实现快充以及预充或恒压充，减少了元器件的使用，降低了布板面积和成本。
4.本实用新型的第二个目的在于提出一种电子设备。
5.为达到上述目的，本实用新型第一方面实施例提出了一种电源电路，包括：电压转换电路，电压转换电路的输入端与供电电源相连；第一选通电路，第一选通电路的一端与电压转换电路的输出端相连，第一选通电路的另一端与电池相连；第二选通电路，第二选通电路的一端通过电感与电压转换电路的输出端相连，第二选通电路的另一端与电池相连，第二选通电路的一端还与负载相连；控制电路，控制电路分别与电压转换电路、第一选通电路和第二选通电路相连，控制电路用于，当第一选通电路处于导通状态时，控制供电电源通过电压转换电路给电池快充；当第二选通电路处于导通状态时，控制供电电源通过电压转换电路给电池预充或恒压充，或者控制电池给负载供电。
6.根据本实用新型的电源电路，通过共用电压转换电路，并通过第一选通电路和第二选通电路的配合可在同一个电路中实现电荷泵功能和降压充电功能，从而通过元器件复用可实现快充以及预充或恒压充，减少了元器件的使用，降低了布板面积和成本。
7.为达到上述目的，本实用新型第二方面实施例提出了一种电子设备，包括前述的电源电路。
8.根据本实用新型的电子设备，通过前述的电源电路，通过共用电压转换电路，并通过第一选通电路和第二选通电路的配合可在同一个电路中实现电荷泵和降压功能，从而通过元器件复用可实现快充以及预充或恒压充，减少了元器件的使用，降低了布板面积和成本。
9.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
10.图1为根据本实用新型一个实施例的电源电路的结构示意图；
11.图2为根据本实用新型一个实施例的电源电路的电路图；
12.图3为根据本实用新型另一个实施例的电源电路的电路图。
具体实施方式
13.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
14.下面参考附图描述本实用新型实施例提出的电源电路及电子设备。
15.图1为根据本实用新型一个实施例的电源电路的结构示意图。参考图1所示，该电源电路100包括：电压转换电路110、第一选通电路120、第二选通电路130和控制电路140。
16.其中，电压转换电路110的输入端与供电电源相连；第一选通电路120的一端与电压转换电路110的输出端相连，第一选通电路120的另一端与电池相连；第二选通电路130的一端通过电感l与电压转换电路110的输出端相连，第二选通电路130的另一端与电池相连，第二选通电路130的一端还与负载相连。
17.控制电路140分别与电压转换电路110、第一选通电路120和第二选通电路130相连，控制电路140用于，当第一选通电路120处于导通状态时，控制供电电源通过电压转换电路110给电池快充；当第二选通电路130处于导通状态时，控制供电电源通过电压转换电路110给电池预充或恒压充，或者控制电池给负载供电。
18.具体来说，图1所示电路可具有电荷泵功能、降压充电功能和放电功能。其中，电荷泵功能是指利用电容储能进行直流-直流的电压变换；降压充电功能是指利用电感储能进行直流-直流的电压变换且输出电压低于输入电压；放电功能是指电池对外放电。
19.电荷泵功能可由电压转换电路110和第一选通电路120实现。基于充电需求，当需要对电池进行大功率快充时，控制电路140可控制第一选通电路120处于导通状态，第二选通电路130处于断开状态，此时供电电源提供的电压经电压转换电路110转换后，通过第一选通电路120直接进入电池，给电池充电，整个充电回路的损耗降低至最低，具有较高的充电效率。
20.降压充电功能可由电压转换电路110、电感l和第二选通电路130实现。基于充电需求，当需要对电池进行预充或恒压充时，控制电路140可控制第二选通电路130处于导通状态，第一选通电路120处于断开状态，此时供电电源提供的电压经电压转换电路110对电感l进行充放电以实现电压转换，再通过第二选通电路130进入电池，给电池充电。需要说明的是，由于电感l还与负载相连，因此在给电池充电过程中还可以给负载供电。
21.放电功能可由第二选通电路130实现。基于放电需求，当需要电池给负载供电时，控制电路140可控制第二选通电路130处于导通状态，第一选通电路120处于断开状态，电压转换电路150不工作，此时电池的电压通过第二选通电路130直接进入负载，且不会经过电感l，不仅实现了电池对负载的供电且电路损耗降低至最低，具有较高的放电效率。
22.上述实施例中，通过共用电压转换电路，并通过第一选通电路和第二选通电路的配合可在同一个电路中实现电荷泵功能和降压充电功能，从而通过元器件复用可实现快充以及预充或恒压充，减少了元器件的使用，降低了布板面积和成本。
23.在一些实施例中，参考图2所示，电压转换电路110包括：第一开关q1、第二开关q2、第三开关q3和第四开关q4，其中，第一开关q1的第一端与电压转换电路110的输入端相连(也即与供电电源相连)，第一开关q1的控制端与控制电路140相连；第二开关q2的第一端与第一开关q1的第二端相连，第二开关q2的控制端与控制电路140相连；第三开关q3的第一端和第二开关q2的第二端相连后与电压转换电路110的输出端相连(也即分别与第一选通电路120和电感l相连)，第三开关q3的控制端与控制电路140相连；第四开关q4的第一端与第三开关q3的第二端相连，第四开关q4的第二端接地gnd，第四开关q4的控制端与控制电路140相连。
24.进一步的，继续参考图2所示，第二开关q2的第一端和第一开关q1的第二端相连后还与第一电容c1的一端相连，第四开关q4的第一端和第三开关q3的第二端相连后还与第一电容c1的另一端相连。
25.需要说明的是，第一开关q1、第二开关q2、第三开关q3和第四开关q4可均为p型mos管，当其为p型mos管时，各个开关的第一端均为漏极，第二端为源极，控制端为栅极。
26.参考图2所示，当需要对电池进行大功率快充时，第一开关q1和第三开关q3作为一组实现同步通断，第二开关q2和第四开关q4作为一组实现同步通断，两组开关互补导通，同时利用第一电容c1的储能功能实现电荷泵功能，并通过第一选通电路120对电池充电。
27.具体来说，设开关的占空比为d，在0＜t＜d*t(t为实时时间，t为开关的开关周期)时，第一开关q1和第三开关q3导通，第二开关q2和第四开关q4关断，此时第一电容c1充电以进行储能，并通过第一选通电路120给电池充电；在d*t＜t＜t时，第一开关q1和第三开关q3关断，第二开关q2和第四开关q4导通，此时第一电容c1放电，并通过第一选通电路120给电池充电。需要说明的是，为了获得最好的电荷转移效率，占空比d可设为50％，此时电源电路100的输出电压与供电电源提供的电压比值为1/2，实现了1/2的电荷泵功能。
28.当需要对电池进行预充或恒压充时，可通过对第一开关q1、第二开关q2、第三开关q3和第四开关q4进行通断控制，并通过第二选通电路130对电池充电。
29.作为一种示例，可将第一开关q1和第二开关q2作为一个主开关，将第三开关q3和第四开关q4作为同步开关(功能与二极管相同)，以实现两电平电压输出。
30.具体来说，设开关的占空比为d，在0＜t＜d*t(t为实时时间，t为开关的开关周期)时，第一开关q1和第二开关q2导通，第三开关q3和第四开关q4关断，此时电感l充电以进行储能，并通过第二选通电路130给电池充电；在d*t＜t＜t时，第一开关q1和第二开关q2关断，第三开关q3和第四开关q4导通，此时电感l放电，并通过第二选通电路120给电池充电。需要说明的是，可根据充电需求调整占空比d的大小，以调整电池的充电电压和充电电流。
31.作为另一种示例，可通过控制第一开关q1、第二开关q2、第三开关q3和第四开关q4交错导通以实现三电平电压输出。需要说明的是，在进行三电平输出时，需要判断电源电路100的输出电压与供电电源提供的电压的比值，若比值小于1/2，则通过对开关的通断使其输出电压在vin/2(vin为供电电源提供的电压，也即电源电路100的输入电压)和0之间切换，以实现0-vin/2的电压输出；若比值大于1/2，则通过对开关的通断使其输出电压在vin/2和vin之间切换，以实现vin/2-vin的电压输出。
32.具体来说，当开关的占空比d＜0.5时，在一个开关周期t中，若0＜t＜d*t，则控制第一开关q1和第三开关q3导通，第二开关q2和第四开关q4关断，第一电容c1和电感l充电，
并通过第二选通电路130给电池充电；若d*t＜t＜0.5t，则控制第一开关q1和第二开关q2关断，第三开关q3和第四开关q4导通，第一电容c1未构成回路，未放电，电感l放电，并通过第二选通电路130给电池充电；若0.5t＜t＜d*t 0.5t，则控制第一开关q1和第二开关q3关断，第二开关q2和第四开关q4导通，此时第一电容c1放电，电感l充电，并通过第二选通电路130给电池充电；若d*t 0.5t＜t＜t，则控制第一开关q1和第二开关q2关断，第三开关q3和第四开关q4导通，第一电容c1未构成回路，未放电，电感l放电，并通过第二选通电路130给电池充电。需要说明的是，在上述第一电容c1充放电过程中，输出电压最高为输入电压的一半，通过调整占空比d，可以实现将输出电压在0至vin/2的范围内调节。
33.当开关的占空比d为0.5≤d＜1时，在一个开关周期t内，若0＜t＜d*t-0.5t，则控制第一开关q1和第二开关q2导通，第三开关q3和第四开关q4关断，第一电容c1未构成回路，电感l充电，并通过第二选通电路130给电池充电；若d*t-0.5t＜t＜0.5t，则控制第一开关q1和第三开关q3导通，第二开关q2和第四开关q4关断，第一电容c1充电以进行储能，电感l放电，并通过第二选通电路130个电池充电；若0.5t＜t＜d*t，则控制第一开关q1和第二开关q2导通，第三开关q3和第四开关q4关断，第一电容c1未构成回路，电感l充电，并通过第二选通电路130给电池充电；若d*t＜t＜t，则控制第一开关q1和第三开关q3关断，第二开关q2和第四开关q4导通，第一电容c1放电，电感l放电，并通过第二选通电路130给电池充电。在以上过程中，当0＜t＜d*t-0.5t或0.5t＜t＜d*t时，由于第一开关q1和第二开关q2均导通，输入电压与输出电压相等，在其余状况下，输出电压为输入电压的一半。通过调整占空比d，可以实现将输出电压在vin/2至vin的范围内调节。
34.上述实施例中，通过共用电压转换电路，并通过第一选通电路和第二选通电路的配合可在同一个电路中实现电荷泵功能和降压充电功能，元器件复用率高，集成度高，成本低，并且在快充时，可直接通过第一选通电路给电池充电，避免了电感和第二选通电路的损耗。
35.在一些实施例中，参考图2所示，第一选通电路120包括：第五开关q5，第五开关q5的第一端与电压转换电路110的输出端相连，第五开关q5的第二端与电池相连，第五开关q5的控制端与控制电路140相连。需要说明的是，第五开关q5可为p型mos管，当其为p型mos管时，其第一端为漏极，第二端为源极，控制端为栅极。
36.第二选通电路130包括：第六开关q6，第六开关q6的第一端通过电感l与电压转换电路110的输出端相连，第六开关q6的第二端与电池相连，第六开关q6的控制端与控制电路140相连。需要说明的是，第六开关q6可为p型mos管，当其为p型mos管时，其第一端均为漏极，第二端为源极，控制端为栅极。
37.控制电路140可根据充电需求控制第五开关q5和第六开关q6的通断，并通过前述方式对电压转换电路110进行控制，以实现电池的快充、预充、恒压充或给负载供电。
38.具体来说，在电源电路100给电池充电过程中，可先对电池进行小电流预充，此时可控制第六开关q6导通，第五开关q5关断，以使电压转换电路110的输出端通过电感l与电池相连，并通过前述方式对电压转换电路110进行控制，以给电池预充；在预充结束后，可进行恒流充，此时可进行快充，可控制第五开关q5导通，第六开关q6关断，以使电压转换电路100的输出端与电池直接相连，并通过前述方式对电压转换电路110进行控制，以给电池进行快充；当电池电压达到一定值时，可对电池进行恒压充，此时可控制第六开关q6导通，第
五开关q5关断，以使电压转换电路110的输出端通过电感l与电池相连，并通过前述方式对电压转换电路110进行控制，以给电池恒压充。
39.当需要给负载供电时，可控制第六开关q6导通，第五开关q5关断，以使电池直接与负载相连，以使电池直接给负载供电。
40.上述实施例中，通过根据充电需求控制第五开关q5和第六开关q6的通断，并通过前述方式对电压转换电路110进行控制，能够实现电池的快充、预充、恒压充，进而实现电池的整个充电流程，且电路元器件复用率高，电路集成度高，成本低，同时可给负载供电。
41.在一些实施例中，参考图3所示，第五开关q5的第二端还通过第二电容c2接地gnd，以在对电池快充时，对电压转换电路110的输出电压进行滤波和平滑处理，提升电池充电的稳定性。第六开关q6的第一端还通过第三电容c3接地gnd，以在对电池预充或恒压充时，对输出电压进行滤波和平滑处理，提升电池充电的稳定性，以及在电池给负载供电时，提升电池供电的稳定性。
42.在一些实施例中，继续参考图3所示，上述的电源电路100还包括：第七开关q7，第七开关q7的第一端与供电电源相连，第七开关q7的第二端与电压转换电路110的输入端相连，第七开关q7的控制端与控制电路140相连。
43.需要说明的是，第七开关q7可为p型mos管，当其为p型mos管时，其第一端为漏极，第二端为源极，控制端为栅极。
44.当供电电源通过电源电路100给电池充电时，控制电路140控制第七开关q7导通；当电池给负载供电时，控制电路140控制第七开关q7关断，保证了电池提供的电压不会通过第一开关q1和第二开关q2倒灌入供电电源，例如当第一开关q1和第二开关q2为具有体二极管的pmos管时，可以保证电池提供的电压不会通过第一开关q1和第二开关q2的体二极管倒灌入供电电源，从而达到保护设备安全的效果。
45.在一些实施例中，参考图3所示，控制电路140包括：驱动器141和控制器142，控制器142通过驱动器141与电压转换电路110、第一选通电路120、第二选通电路130和第七开关q7相连。其中，控制器142写入了对电源电路100的控制逻辑，以实现对电池的快充、预充或恒压充，以及电池对负载的供电，具体参考前述，此处不再赘述；驱动器141内部集成了升压电路，能够将驱动电压升高到足以打开上述各开关，该驱动器141为常规设计，此处不做详细说明。
46.进一步的，继续参考图3所示，上述的电压转换电路110、第一选通电路120、第二选通电路130、控制电路140及第七开关q7，可集成设置在同一芯片200中，由于电压转换电路110的复用，使得芯片200集成度高，元器件复用率高，不均能够同时实现电荷泵功能、降压充电功能和放电功能，而且有利于芯片小型化和降低成本。
47.综上所述，根据本实用新型的电源电路，通过共用电压转换电路，并通过第一选通电路和第二选通电路的配合可在同一个电路中实现电荷泵功能和降压充电功能，从而通过元器件复用可实现快充以及预充或恒压充，减少了元器件的使用，降低了布板面积和成本。
48.在一些实施例中，还提供一种电子设备，其包括前述的电源电路。
49.根据本实用新型的电子设备，通过前述的电源电路，通过共用电压转换电路，并通过第一选通电路和第二选通电路的配合可在同一个电路中实现电荷泵和降压功能，从而通过元器件复用可实现快充以及预充或恒压充，减少了元器件的使用，降低了布板面积和成
本。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
52.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
53.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。