充电电路、充电盒、充电系统和方法、无线耳机系统与流程

1.本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电电路、充电盒、充电系统和方法、无线耳机系统。


背景技术：

2.与有线耳机相比，无线耳机具有方便携带的优势，因此越来越受到人们的欢迎。现有技术中，充电盒电路通过升压电路使电压输出端输出设定电压例如5v，无线耳机中设置有充电管理电路，可利用5v电压对耳机电池进行充电管理，例如进行恒流充电或恒压充电。由于需要在充电盒电路中设计升压电路和在无线耳机中设计充电管理电路，使得整个充电电路结构复杂，不利于降低能量消耗，提高充电效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种充电电路、充电盒、充电系统、无线耳机系统和充电方法，简化了充电电路的结构，能够降低充电时的能量消耗，有利于提高充电系统的能量利用效率。
4.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种充电电路，所述充电电路包括：充电电池；充电管理单元，用于对所述充电电池进行充电管理；充电单元；所述充电电池的有效输出电压的最小值高于被充电的便携式电子设备的设备电池的充满电压，所述充电单元为降压型充电单元，所述降压型充电单元用于将所述充电电池的输出电压降低后通过所述电压输出端输出。
5.可选地，所述充电电池包括至少两节串联的锂电池；和/或，所述充电管理单元采用降压方式和/或升压方式对所述充电电池进行充电。
6.可选地，所述电压输出端输出的充电电压，与充电时通过其电压输入端耦接于所述电压输出端的便携式电子设备的设备电池的两极间的电压差正相关；充电单元，用于基于所述充电电池的输出电压，和所述电压输出端输出的充电电压和/或充电电流，动态调整所述电压输出端输出的充电电压或充电电流，实现对所述便携式电子设备的设备电池进行充电管理。
7.可选地，所述充电单元包括反馈控制模块、降压模块以及耦接于所述电压输出端与接地端之间的输出电容，所述反馈控制模块用于采样充电电流并根据采样得到的充电电流调整所述降压模块通过所述电压输出端输出的所述充电电流，以使得所述充电电流等于预定充电电流阈值，实现对便携式电子设备的设备电池进行恒流充电；和/或，所述反馈控制模块用于采样充电电压并根据采样得到的充电电压控制调整所述降压模块通过所述电压输出端输出的所述充电电压，以使得所述充电电压等于预定充电电压阈值，实现对便携式电子设备的设备电池进行恒压充电。
8.可选地，所述降压模块包括第一开关、第二开关和电感，所述第一开关耦接于所述充电电池的输出端和中间节点sw之间，所述第二开关耦接于所述中间节点sw和接地端之
间，所述电感耦接于所述中间节点与所述电压输出端之间，所述反馈控制模块控制所述第一开关和所述第二开关交替导通，并控制所述第一开关的导通和断开的占空比，实现恒流或恒压充电。
9.可选地，所述反馈控制模块的一个输入端耦接所述中间节点sw，所述反馈控制模块根据所述中间节点sw与所述接地端之间的电压差以及所述第二开关的电阻获得所述充电电流或所述反馈控制模块根据所述充电电池的输出端与所述中间节点sw之间的电压差以及所述第一开关的电阻获得所述充电电流；所述反馈控制模块的另一个输入端耦接所述电压输出端，所述反馈控制模块根据所述电压输出端获得所述设备电池的所述充电电压；和/或，耦接于所述中间节点sw和接地端之间的第二开关由二极管替换，所述二极管的阳极与接地端耦接，所述二极管的阴极与中间节点sw耦接，所述二极管的导通或断开的状态与第二开关的导通或断开的状态一致，所述二极管的导通或断开不由所述反馈控制模块控制，而是由所述二极管的两端电压差是否超过导通阈值决定。
10.本发明第二方面提供一种充电盒，所述充电盒包括上述第一方面的充电电路。
11.本发明第三方面提供一种充电电路，用于便携式电子设备，所述充电电路包括设备电池和电压输入端，所述设备电池耦接于所述电压输入端和接地端之间，所述电压输入端的电压直接反映所述设备电池的电压，充电时所述电压输入端与具有上述第一方面的充电电路的外部充电设备的电压输出端直接耦接，以由所述外部充电设备中的充电单元对所述设备电池进行充电。
12.本发明第四方面提供一种充电系统，所述充电系统包括：无线耳机电路，包括作为设备电池的耳机电池和与所述耳机电池耦接的电压输入端；上述第一方面的充电电路，所述充电电路的电压输出端与所述电压输入端耦接。
13.本发明第五方面提供一种无线耳机系统，该无线耳机系统包括：上述第二方面的充电盒；无线耳机，能够放入所述充电盒内，且所述无线耳机包括电压输入端和与所述电压输入端耦接的耳机电池；在所述无线耳机放入所述充电盒内时，所述充电电路的电压输出端与所述无线耳机的电压输入端电性耦接。
14.本发明第六方面提供一种充电方法，所述充电方法包括：外部充电设备的充电电路通过充电单元将充电电池的输出电压降低后通过电压输出端输出，其中，所述充电电池的有效输出电压的最小值高于被充电的便携式电子设备的设备电池的充满电压，所述充电单元为降压型充电单元；和/或，所述设备电池直接接收充电电路的电压输出端输出的充电电压和/或充电电流进行充电。
15.在上述技术方案中，充电电池的有效输出电压的最小值高于被充电的便携式电子设备的设备电池的充满电压，充电单元为降压型充电单元，用于将充电电池的输出电压降低后通过电压输出端输出，相对于先利用充电装置如充电盒中的升压电路基于充电电池的电压进行升压(第一次转化)再通过便携式电子设备如无线耳机中的充电管理单元将升高的电压调整为设备电池所需电压(第二次转化)的进行两次转化的方案，本技术仅需通过降压型充电单元即可将充电电池的电压调整为设备电池充电所需电压，即仅需一次转化即可获得所需电压，且由于降压型充电单元的电路简单，包含的开关器件较少，从而简化了充电电路的结构，能够降低充电时的能量消耗，有利于提高充电系统的能量利用效率。
16.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
18.图1为一种现有的无线耳机充电系统的结构示意图；
19.图2为本技术实施例提供的充电电路的结构示意图；
20.图3为图2中的充电电路的充电单元的一种具体实施方式的结构示意图；
21.图4为本技术实施例提供的一种便携式电子设备的充电电路结构示意图；
22.图5为本技术实施例提供的充电系统的结构示意图；
23.图6为本技术实施例提供的充电方法的流程框图。
具体实施方式
24.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做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。
25.应注意，文中所使用的“耦接”的含义包括在两个或更多电路对象之间没有任何插入电路对象的直接连接，也包括在两个或更多电路对象之间通过一个或更多插入电路对象实现的间接连接。例如，两个彼此直接连接的电路对象被称为彼此“耦接”。同样地，两个电路对象若其间连接有一个或更多插入电路对象则也被称为彼此“耦接”。也就是说，“耦接”可以是直接电性连接，也可以是间接电性连接，间接电性连接是指中间间隔有其他元器件，比如电阻、电容等。
26.图1为一种现有的无线耳机充电系统的结构示意图。其中，该系统一般由充电盒和无线耳机两部分构成，无线耳机放置在充电盒中时，充电盒可以给无线耳机充电。该无线耳机可为真无线立体声(true wireless stereo，tws)耳机。如图1所示，该充电系统包括位于tws耳机中的第一部分电路100和位于充电盒中的第二部分电路200。第一部分电路100包括第一电池bat1、第一充电管理电路101、设置模块102、模数转换器adc 103和射频电路rf 104。第一充电管理电路101用于对第一电池bat1进行充电，设置模块102用于设置第一充电管理电路101的充电电流，adc 103用于测量第一电池bat1的电量，rf 104用于实现无线通信，并接收音频信号。第二部分电路200包括第二电池bat2、第二充电管电路201和升压电路202。第二充电管电路201实现给第二电池bat2充电的功能，升压电路202的功能是将第二电池bat2升压至设定电压后输出给充电端vchg，设定电压例如为5v，即vchg的电压为5v，tws耳机中的第一充电管理电路101通过5v电压给第一电池bat1充电。上述方案需要同时设计升压电路和充电管理电路，使得充电电路结构复杂，不利于降低能量消耗，提高充电效率。
27.鉴于此，本技术实施例提供一种充电电路、充电盒、充电系统、无线耳机系统和充电方法，简化了充电电路的结构，能够降低充电时的能量消耗，有利于提高充电系统的能量利用效率。
28.图2为本技术实施例提供的充电电路的结构示意图。如图2所示，充电电路包括充
电电池、充电管理单元11和充电单元12。充电管理单元11用于对充电电池进行充电管理。充电电池的有效输出电压的最小值高于被充电的便携式电子设备的设备电池的充满电压，充电单元12为降压型充电单元，降压型充电单元用于将充电电池的输出电压降低后通过电压输出端输出。
29.需说明的是，通常电池能够对设备电池充电的电压需要高于一定的电压阈值，比如锂电池的放电电压在0～4.2v，但能够对设备电池充电的电压通常是3v以上，因此将能够对设备电池充电的电压定义为有效输出电压。
30.由于充电电路中的充电电池通常采用一节锂电池，提供3～4.2v有效充电电压，因此，在设备电池电压过低时，需要降压，在充电电池电压低时需要升压。而降压和升压电路都需要用到开关，会产生能量损耗，造成充电效率低。而在本技术的上述方案中，仅需降压，即充电单元12为降压型充电单元，用于将充电电池的输出电压降低后通过电压输出端输出，由于降压型充电单元的电路简单，包含的开关器件较少，从而简化了充电电路的结构，能够降低充电时的能量消耗，有利于提高充电系统的能量利用效率。
31.另外，上述充电电路可用于充电盒，也可用于充电宝等其它可为便携式电子设备提供充电服务的充电装置。上述充电电路与便携式电子设备在物理上是分离设置的，即所述便携式电子设备在使用时是与上述充电电路分离开的，所述便携式电子设备在需要充电时或其他需要时，可以与上述充电电路结合。下面以充电电路应用于充电盒为例进行介绍。此时便携式电子设备为无线耳机。
32.在一个实施例中，电压输出端vo输出的充电电压与充电时通过其电压输入端耦接于电压输出端的便携式电子设备的设备电池的两极间的电压差正相关。即电压输出端vo输出的充电电压随设备电池的两极间的电压差变化，电压差增加，电压输出端vo输出的充电电压增大；电压差减少，电压输出端vo输出的充电电压减小。
33.充电单元12用于基于充电电池的输出电压和电压输出端vo输出的充电电压和/或充电电流，动态调整电压输出端输出的充电电压或充电电流，实现对便携式电子设备的设备电池进行充电管理。也就是说，充电电路的充电单元12能够利用充电电池的输出电压按照对便携式电子设备中的设备电池的充电管理要求调整电压输出端输出的充电电压和/或充电电流，例如，在进行恒流充电时，调整电压输出端输出的充电电流，在进行恒压充电时，调整电压输出端输出的充电电压，使得设备电池可直接利用充电电路的电压输出端输出的充电电压和/或充电电流进行充电，无需在便携式电子设备中设置充电管理电路，简化了便携式电子设备中的电路结构，有利于便携式电子设备小型化的设计或在便携式电子设备中安装更大容量的电池。
34.作为一种具体实施方式，充电电路还可包括模数转换器adc1和射频单元rf1，adc1用于测量充电电池的电压。此时，无线耳机电路可包括射频单元rf2，通过rf1和rf2之间的通信，可将充电盒中的充电电池的电压信息发送给无线耳机。
35.继续参考图2，其中，充电电池可包括至少两节串联的锂电池bat1和bat2。在图1所示的电路结构中，由于分别设计升压电路202和用于耳机电池的第一充电管理电路101时，升压电路202和充电管理电路101均存在效率损失，导致充电效率较低。本技术中充电电池的电压经过降压型充电单元降低后可直接用于对耳机电池进行充电，仅存在降压型充电单元的效率损失，这使得充电系统的能量效率较高。
36.并且，由于一般通用输入电压为5v，例如使用普通适配器(adapter)或usb供电，通常每个锂电池的充满电压为4.2v，采用了两个锂电池bat1和bat2串联时，充满电压为4.2vx2＝8.4v，则需要从5v升压到更高的电压来对其进行充电，而当两个电池的电压都非常低时，例如各为1v时，则需要降压方式进行充电。因此，充电管理单元11可采用降压方式和/或升压方式对充电电池进行充电。
37.图3为图2中的充电电路的充电单元12的一种具体实施方式的结构示意图。如图3所示，充电单元12包括反馈控制模块121、降压模块122以及耦接于电压输出端vo与接地端之间的输出电容c。反馈控制模块121用于采样充电电流并根据采样得到的充电电流调整降压模块122通过电压输出端vo输出的充电电流，以使得充电电流等于预定充电电流阈值，实现对便携式电子设备的设备电池进行恒流充电。反馈控制模块121用于采样充电电压并根据采样得到的充电电压调整降压模块122通过电压输出端vo输出的充电电压，以使得充电电压等于预定充电电压阈值，实现对便携式电子设备的设备电池进行恒压充电。
38.在一种具体实施例中，如图3所示，降压模块122包括第一开关s1、第二开关s2和电感l，第一开关s1耦接于充电电池的输出端如bat2和中间节点sw之间，第二开关s2耦接于中间节点sw和接地端之间，电感l耦接于中间节点sw与电压输出端vo之间，反馈控制模块121控制第一开关s1和第二开关s2交替导通，并控制所述第一开关s1的导通和断开的占空比，实现恒流或恒压充电。其中，“第一开关s1的导通和断开的占空比”是指在第一开关s1和第二开关s2交替导通的一个周期内，第一开关s1导通时间相对于该周期所占的比例。第一开关s1和第二开关s1可为gaas开关，其导通电阻比普通基于硅开关的导通电阻更小。
39.在另一种具体实施例中，耦接于中间节点sw和接地端之间的第二开关由二极管替换，二极管的阳极与接地端耦接，二极管的阴极与中间节点sw耦接，二极管的导通或断开的状态与第二开关的导通或断开的状态一致，二极管的导通或断开不由反馈控制模块121控制，而是由二极管的两端电压差是否超过导通阈值决定。也就是说，第二开关s2可采用二极管替代，这样，反馈控制模块121只需要控制第一开关s1的导通状态，进而控制第一开关s1的导通的占空比，实现恒流或恒压充电。
40.反馈控制模块121的一个输入端耦接中间节点sw，反馈控制模块121根据中间节点sw与接地端之间的电压差以及第二开关s2的电阻获得充电电流。反馈控制模块121根据充电电池的输出端如vbat2与中间节点sw之间的电压差以及第一开关s1的电阻获得充电电流。反馈控制模块121的另一个输入端耦接电压输出端vo，反馈控制模块121根据电压输出端vo获得设备电池如耳机电池的充电电压。
41.也就是说，首先，反馈控制模块121通过中间节点sw处的采样再结合接地端和第二开关s2的电阻或者再结合vbat2和第一开关s1的电阻可得到充电电流，通过采样电压输出端vo的电压得到耳机电池电压，即充电电压。接着，反馈控制模块121模块根据采样的充电电流和充电电压，以负反馈方式工作，使开关s1和s2交替导通，并控制开关s1的占空比，从而实现恒流或恒压控制。
42.图4为本技术实施例提供的一种便携式电子设备的充电电路的结构示意图。如图4所示，该充电电路包括设备电池bat3和电压输入端vchg，设备电池bat3耦接于电压输入端vchg和接地端gnd1之间，电压输入端vchg的电压可以直接反映设备电池bat3的电压，电压输入端vchg与外部充电设备的电压输出端直接耦接，以由外部充电设备中的充电单元对设
备电池进行充电。其中，外部充电设备可为充电宝或充电盒。外部设备中的充电电路可为图2和图3所示的充电电路。
43.当外部充电设备为充电盒时，便携式电子设备可为无线耳机。由于电压输入端vchg与充电电路的电压输出端vo耦接，充电盒的接地端与所述无线耳机的接地端gnd1耦接，电池bat3直接与电压输入端vchg耦接来获取电能。该无线耳机中的电路不需要设置充电管理单元来对电池bat3进行充电管理，从而简化了无线耳机电路的结构，可节省耳机的空间，将更多空间用于安装更大容量的电池，或者，可减小耳机的体积，有助于实现耳机的小型化。
44.并且，无线耳机中的电路还包括模数转换器adc2、无线通信单元如射频单元rf2、应用处理器ap和音频单元21。模数转换器adc2可用于获取电池bat3的电压。射频单元rf2可用于将数据信息发送给终端设备如手机。数据信息可包括电池bat3的电压的信息。音频单元21可用于播放应用处理器ap中的信息。
45.图5为本技术实施例提供的充电系统的结构示意图。充电系统包括无线耳机电路(如图5的右边虚线框中的电路所示)和上述的充电电路(图5中左边虚线框中的电路所示)。无线耳机电路位于无线耳机中，包括作为设备电池的耳机电池bat3和与耳机电池bat3耦接的电压输入端vchg。充电电路位于充电盒中，其电压输出端vo与电压输入端vchg耦接，充电盒的接地端gnd2与所述无线耳机的接地端gnd1耦接。
46.充电盒中的充电电路包括电池bat1和电池bat2、充电管理单元11、充电单元12、模数转换器adc1和射频单元rf1。模数转换器adc1可检测电池bat1和电池bat2的电压，来获得剩余电量，并输出给射频模块rf1，射频模块rf1将此剩余电量信息发送至无线耳机的rf2模块，无线耳机也可以将此信息进一步发送至手机进行显示。其中，充电单元12的具体结构可参见上文关于图3的描述。
47.充电管理单元11可通过降压或升压给电池bat1和电池bat2进行充电。并且，充电单元12用于以降压方式给电池bat3充电。因为一般锂电池的电量主要在3v～4.2v区间，当其充满时为4.2v，当放电至3v以下时几乎没有输出能力。两个电池串联电压为3v
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2＝6v，大于电池bat3的电压，因此可以采用降压型充电电路。通过将两个电池串联，可采用比较简单的降压充电电路对电池bat3进行充电，工作效率较高。优选地，充电单元12中的功率开关采用gaas开关，其导通电阻比普通基于硅开关的导通电阻更小，其效率更高。另外，本技术将无线耳机电路中的电池bat3的充电电路都设计在充电盒的充电单元中，节省了无线耳机内的空间，可将更多空间留给设计更大容量的电池或可实现无线耳机的小型化。
48.无线耳机电路包括电池bat3、模数转换器adc2、射频单元rf2、应用处理器ap和音频单元21。模数转换器adc2通过检测电池bat3的电压，获取电池bat3的剩余电量信息，将此信息输出给射频单元rf2，并通过射频单元rf2发送到手机端进行显示。应用处理器ap可以控制音频单元21和射频单元rf2，进行功耗优化，例如可以间歇式工作以节省电量消耗。
49.本技术的充电系统，简化了无线耳机中的电路结构，可以将无线耳机内的空间用于设计更大电流的电池，或者，可将耳机设计得更轻便，利于佩戴。同时，充电时的能量效率更高，充电系统的结构简单，有助于降低成本。具体地，在图1中，采用升压电路202和耳机电池的充电管理电路101时，升压电路输出5v电压，当耳机电池的电压较低时，充电效率很低，例如，电池电压为3v时，效率为3/5＝60％，同时升压电路202也存在效率损失，例如其效率
为90％，则综合效率为(60％)
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(90％)＝54％。而本技术的充电系统，充电系统的效率主要与充电单元12的效率相关，当充电单元12的效率为90％时，则综合效率为90％。
50.另外，本技术实施例还提供一种无线耳机系统，该无线耳机系统包括充电盒和无线耳机，充电盒包括上述的充电电路，如图5中左侧虚线框所示的电路，无线耳机包括上述的无线耳机电路，如图5中右侧虚线框所示的电路。无线耳机能够放入充电盒内，且无线耳机包括电压输入端和与电压输入端耦接的耳机电池，在无线耳机放入充电盒内时，充电电路的电压输出端vo与无线耳机的电压输入端vchg电性耦接。
51.图6为本技术实施例提供的充电方法的流程框图。如图6所示，充电方法包括以下步骤：
52.步骤s602，外部充电设备的充电电路通过充电单元将充电电池的输出电压降低后通过电压输出端输出，其中，充电电池的有效输出电压的最小值高于被充电的便携式电子设备的设备电池的充满电压，充电单元为降压型充电单元。
53.步骤s604，便携式电子设备的设备电池直接接收充电电路的电压输出端输出的充电电压和/或充电电流进行充电。
54.综上所述，充电电池的有效输出电压的最小值高于被充电的便携式电子设备的设备电池的充满电压，充电单元为降压型充电单元，用于将充电电池的输出电压降低后通过电压输出端输出，由于降压型充电单元的电路简单，包含的开关器件较少，从而简化了充电电路的结构，能够降低充电时的能量消耗，有利于提高充电系统的能量利用效率。
55.专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
56.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。