中兴通讯股份有限公司 (中国广东省深圳市南山区高新技术产业园科技南路中兴通讯大厦, Guangdong 7, 518057, CN)
| 权利要求书 1、 一种充电电路管理装置， 其特征在于， 包括： 电源管理模块、 降压 型开关式电压转换器和线性充电电路， 所述电源管理模块包括： 可调线性 降压电压转换器和数模转换器； 其中， 所述电源管理模块的可调线性降压 电压转换器的输出端通过第一预设电阻与所述降压型开关式电压转换器的 反馈端相连， 所述电源管理模块的数模转换器的输入端与电池的正极相连， 所述电源管理模块的控制端与所述线性充电电路的控制端相连； 所述降压 型开关式电压转换器的输出端与所述线性充电电路的输入端相连； 所述线 性充电电路的输出端与所述电池正极相连。 2、 根据权利要求 1所述的充电电路管理装置， 其特征在于， 在对所述 电池进行充电时， 所述电源管理模块的数模转换器对所述电池电量进行釆 样， 在判断所述电池有效和电池电量未满时， 根据电池电压将可调线性降 压电压转换器的输出电压反馈到所述降压型开关式电压转换器， 所述降压 型开关式电压转换器根据反馈结果向所述线性充电电路输出电压， 所述线 性充电电路在所述电源管理模块的控制下对所述电池进行充电。 3、 根据权利要求 1所述的充电电路管理装置， 其特征在于， 所述降压 型开关式电压转换器输出电压 Vvdc— out与所述可调线性降压电压转换器输 出电压 Vldo— Ctrl的关系是： ( Vvdc out-Vfb ) /V3+ ( Vldo ctrl-Vfb ) /Vl=Vfb/V2, 其中， Vfb 为 降压型开关式电压转换器的反馈端的电压， VI为所述第一预设电阻的阻值， V2为第二预设电阻的阻值， V3为第三预设电阻的阻值。 4、 一种无线终端， 其特征在于， 包括： 充电电路管理装置； 所述充电 电路管理装置包括： 电源管理模块、 降压型开关式电压转换器和线性充电 电路， 所述电源管理模块包括： 可调线性降压电压转换器和数模转换器； 其中， 所述电源管理模块的可调线性降压电压转换器的输出端通过预设电 阻与所述降压型开关式电压转换器的反馈端相连， 所述电源管理模块的数 模转换器的输入端与电池的正极相连， 所述电源管理模块的控制端与所述 线性充电电路的控制端相连； 所述降压型开关式电压转换器的输出端与所 述线性充电电路的输入端相连； 所述线性充电电路的输出端与所述电池正 极相连。 5、 根据权利要求 4所述的无线终端， 其特征在于， 在对所述电池进行 充电时， 所述电源管理模块的数模转换器对所述电池电量进行釆样， 在判 断所述电池有效和电池电量未满时， 居电池电压将可调线性降压电压转 换器的输出电压反馈到所述降压型开关式电压转换器， 所述降压型开关式 电压转换器根据反馈结果向所述线性充电电路输出电压， 所述线性充电电 路在所述电源管理模块的控制下对所述电池进行充电。 6、 根据权利要求 4所述的无线终端， 其特征在于， 所述降压型开关式 电压转换器输出电压 Vvdc— out 与所述可调线性降压电压转换器输出电压 Vldo— Ctrl的关系是： ( Vvdc out-Vfb ) /V3+ ( Vldo ctrl-Vfb ) /Vl=Vfb/V2, 其中， Vfb为降 压型开关式电压转换器的反馈端的电压， VI 为第一预设电阻的阻值， V2 为第二预设电阻的阻值， V3为第三预设电阻的阻值。 |
本发明涉及线性充电电路管理控制技术领域， 特别涉及一种充电电路 管理装置及无线终端。 背景技术
随着电子产品功能越来越复杂， 而电子产品的外观日趋向小型化、 便 携式方向发展， 特别是随着无线通讯终端的广泛应用， 给设计者提出了更 高的要求： 比如要求功耗要低， 整机发热要少， 而可靠性要更高。 实际上， 产品小型化非常不利于散热， 而散热不良又会导致产品的可靠性降低， 因 此， 降低电子产品整机功率可以有效减少整机发热 ， 提高可靠性。
无线终端便携式产品一般自身具有充电功能， 因此对线性充电电路进 行深入研究， 对于提高充电效率， 具有重要意义。 目前， 针对上述问题， 现有技术一公开了如下技术方案： 在充电器中增加动态反馈控制电路调节 输出电压来提高负载的瞬态变化， 使充电器的输出电压接近电池电压， 从 而达到减少功率消耗的目的。 现有技术二公开了如下技术方案： 釆用控制 输出电压和电流的 TL494 (脉宽调制控制电路）脉宽调制组件， 釆取了改 进型恒流充电， 初期大电流低电压， 逐渐减少电流提高电压， 避免过充电。 从现有技术一和现有技术二中可以看出， 两种方案都是从充电器着手， 调 整充电电压或者充电电流， 提高充电效率。
目前， 由于通用串行总线 （ USB , Universal Serial BUS )接口具有优 良的数据传输能力以及可以对外设供电， 使用方便， 应用广， 越来越多有 充电功能的电子产品釆用 USB接口作为充电接口，使得数据接口和充电接 口达到统一。 便携式无线通讯终端如手机等都是釆用线性充 电电路， 一般 可以用适配器或者 PC机的 USB接口充电。 如果把高效率的充电装置放在 电子产品上， 那么不管是用适配器充电还是 PC机的 USB接口充电， 效率 都会提高。 电池电量低时电压低， 随着电量增加， 电池电压也升高， 在充 电过程中， 输入电压和电池电压有一个变化的电压差， 这个电压差主要落 在充电管器件上， 造成不必要的能量损耗， 特别是充电电流比较大的情况 下， 这种能量损耗会更大。 发明内容
本发明提供了一种充电电路管理装置及无线终 端， 以解决现有技术中 充电过程中能耗损耗过大和充电效率低的问题 。
为了解决上述问题， 本发明提供了充电电路管理装置及无线终端， 技 术方案如下：
一种充电电路管理装置， 包括： 电源管理模块、 降压型开关式电压转 换器和线性充电电路， 所述电源管理模块包括： 可调线性降压电压转换器 和数模转换器； 其中， 所述电源管理模块的可调线性降压电压转换器 的输 出端通过第一预设电阻与所述降压型开关式电 压转换器的反馈端相连， 所 述电源管理模块的数模转换器的输入端与电池 的正极相连， 所述电源管理 模块的控制端与所述线性充电电路的控制端相 连； 所述降压型开关式电压 转换器的输出端与所述线性充电电路的输入端 相连； 所述线性充电电路的 输出端与所述电池正极相连。
进一步地， 在对所述电池进行充电时， 所述电源管理模块的数模转换 器对所述电池电量进行釆样， 在判断所述电池有效和电池电量未满时， 根 据电池电压将可调线性降压电压转换器的输出 电压反馈到所述降压型开关 式电压转换器， 所述压型开关式电压转换器根据反馈结果向所 述线性充电 电路输出电压， 所述线性充电电路在所述电源管理模块的控制 下对所述电 池进行充电。 进一步地， 所述降压型开关式电压转换器输出电压 Vvdc— out与所述可 调线性降压电压转换器输出电压 Vldo— Ctrl的关系是：
( Vvdc out-Vfb ) /V3+ ( Vldo ctrl-Vfb ) /Vl=Vfb/V2, 其中， Vfb 为 降压型开关式电压转换器的反馈端的电压， VI为所述第一预设电阻的阻值， V2为第二预设电阻的阻值， V3为第三预设电阻的阻值。
一种无线终端， 包括： 充电电路管理装置； 所述充电电路管理装置包 括： 电源管理模块、 降压型开关式电压转换器和线性充电电路， 所述电源 管理模块包括： 可调线性降压电压转换器和数模转换器； 其中， 所述电源 管理模块的可调线性降压电压转换器的输出端 通过预设电阻与所述降压型 开关式电压转换器的反馈端相连， 所述电源管理模块的数模转换器的输入 端与电池的正极相连， 所述电源管理模块的控制端与所述线性充电电 路的 控制端相连； 所述降压型开关式电压转换器的输出端与所述 线性充电电路 的输入端相连； 所述线性充电电路的输出端与所述电池正极相 连。
进一步地， 在对所述电池进行充电时， 所述电源管理模块的数模转换 器对所述电池电量进行釆样， 在判断所述电池有效和电池电量未满时， 根 据电池电压将可调线性降压电压转换器的输出 电压反馈到所述降压型开关 式电压转换器， 所述降压型开关式电压转换器根据反馈结果向 所述线性充 电电路输出电压， 所述线性充电电路在所述电源管理模块的控制 下对所述 电池进行充电。
进一步地， 所述降压型开关式电压转换器输出电压 Vvdc— out与所述可 调线性降压电压转换器输出电压 Vldo— Ctrl的关系是：
( Vvdc out-Vfb ) /V3+ ( Vldo ctrl-Vfb ) /Vl=Vfb/V2, 其中， Vfb为降 压型开关式电压转换器的反馈端的电压， VI 为第一预设电阻的阻值， V2 为第二预设电阻的阻值， V3为第三预设电阻的阻值。
本发明通过增加降压型开关式电压转换器， 并利用电源管理模块中的 可调线性降压电压转换器， 可以实现自动调整充电电压， 降低了充电管上 的压降， 即减少了能量损耗， 因此降低了整机功耗， 从而很好地改善了整 机发热。 附图说明
图 1是本发明提供的充电电路管理装置的结构图
图 2是本发明提供的线性充电电路的原理示意图
图 3是本发明提供的充电电压自动调节电路原理 ；
图 4是本发明提供的充电控制的流程图。 具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、 技术方案及有益效果更加清楚、 明白， 以下结合附图和实施例， 对本发明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仅用以解释本发明 ， 并不用于限定本发明。
本发明实施例一提供了一种充电电路管理装置 ， 如图 1 所示， 包括： 电源管理模块、 降压型开关式电压转换器和线性充电电路， 该电源管理模 块包括： 可调线性降压电压转换器和数模转换器； 其中， 该电源管理模块 的可调线性降压电压转换器的输出端通过预设 电阻与该降压型开关式电压 转换器的反馈端相连， 该电源管理模块的数模转换器的输入端与电池 的正 极相连， 该电源管理模块的控制端与该线性充电电路的 控制端相连； 该降 压型开关式电压转换器的输出端与该线性充电 电路的输入端相连； 该线性 充电电路的输出端与该电池正极相连；
在对该电池进行充电时， 该电源管理模块的数模转换器对该电池电量 进行釆样， 在判断该电池有效和电池电量未满时， 根据电池电压将可调线 性降压电压转换器的输出电压反馈到该降压型 开关式电压转换器， 降压型 开关式电压转换器根据反馈结果向该线性充电 电路输出电压， 该线性充电 电路在该电源管理模块的控制下对该电池进行 充电。
其中， 该降压型开关式电压转换器输出电压 Vvdc— out与该可调线性降 压电压转换器输出电压 Vldo— Ctrl的关系是：
( Vvdc out-Vfb ) /V3+ ( Vldo ctrl-Vfb ) /Vl=Vfb/V2, 其中， Vfb为降 压型开关式电压转换器的反馈端的电压， VI为所述第一预设电阻的阻值， V2为第二预设电阻的阻值， V3为第三预设电阻的阻值。
下面结合附图对本发明自动调整充电电压的控 制方法进行说明， 该充 电电路管理装置包括硬件电路部分和软件控制 部分， 其中， 硬件电路部分 包括： 电源管理模块、 降压型开关式电压转换器和线性充电电路。
其中， 如图 2所示， 传统的线性充电电路由 PNP充电管， sense电阻以 及 P沟道增强型场效应管 （P type Metal-Oxide-Semiconductor, PMOS )控 制管等组成。 PNP 充电管的发射集就是充电电路的输入端， 集电极的电压 近似于电池电压， 当充电电压与电池电压的差值较大时， PNP 充电管上的 压降也就较大。 其中， 图 2所示的线性充电电路只是为了举例需要， 本发 明的保护范围并不限于此。
其中， 电源管理模块包括可调线性降压电压转换器 （Low Dropout ( LDO ) Linear Regulator )和模数转换器 ( Analog-to-Digtial Conventor )。 其中， 降压型开关式电压转换器是本发明的核心， 使用高效率的降压型开 关式电压转换器， 由电源管理模块内部的可调线性降压电压转换 器的输出 电压来控制降压型开关式电压转换器的反馈端 ， 达到其输出电压可调目的。 需要说明的是， 本实施例中是以高通 PM7540型电源管理模块为例， 本发 明的保护范围并不限于此。
电源管理模块的可调线性降压电压转换器的输 出电压是根据电池电压 来设置的， 这样就构成了一个反馈控制电路， 根据电池电压实时调整降压 型开关式电压转换器的输出电压从而对电池进 行充电。 根据电池电压自动 调整降压型开关式电压转换器的输出电压通常 比电池电压高 0.3V左右， 可 以利用此输出电压作为充电电路的输入。恒流 充电时， PMOS控制管和 sense 电阻合在一起的压降约 0.1V, PNP充电管的饱和电压最大可为 0.08V, 因 此充电电路的输入电压与电池电压的压差为 0.3V即可保证正常充电， 那么 充电电路上的压降近似 0.3V。 而传统充电方式， 充电电压恒定为 5V, 锂电 池电压为 3.7V,那么充电电路上的压降为 1.3V左右。根据锂电池的电特性， 正常工作电压范围是 3.3V~4.2V, PNP充电管上的压降为一个动态范围。需 要说明的是， 降压型开关式电压转换器和充电电路的压差 0.3V只是一个优 选地数值， 本发明的保护范围并不限于此。
降压型开关式电压转换器为本发明的核心， 如图 3 所示， 输出电压可 调的电压转换器是在传统固定输出的降压型开 关式电压转换器基础上改进 的， 反馈端的控制是该电路的核心， 组成了根据电池电压自动调节充电电 压的控制系统。 反馈电压受电源管理模块内部可调 LDO 输出电压 ( VBAT— CTRL )和动态输出电压 （VDC— OUT ) 的共同影响， 选取恰当的 反馈电阻可以得到合适的降压型开关式电压转 换器芯片的输出电压范围。
下面对电压转换器的输出电压可调节的工作原 理进行详细说明： 电压转换器是以低成本高效率降压型开关式电 压转换器为基础的， 在 本实施例中以 ZU 153 降压型开关式电压转换器芯片为例进行说明， 此芯片 在本发明的使用场景是， 输入电压为 5 V ± 10%, 输出电压为 3.5~4.4V, 输 出电流在 700mA左右， 从器件资料上可以得知， 电源效率在 90%以上； 反 馈端门限电压是 0.6V ( Vfb ), 反馈输入偏置电流小于 30nA, 相当于虚断， 输出电压由分压电阻决定的。 从图 3可以看出， 除了电阻 R26, 电阻 R34 构成分压外， 另外增加了电阻 R62控制反馈端。 电阻 R62—端的电压由电 源管理模块内置的可调 LDO电压转换器输出， 此 LDO电压转换器的输出 电压是根据电池电压进行设置的。 对以上三个电阻选择合适的阻值（至少 1%精度 ), 降压型开关式电压转换器的输出电压范围可以 满足充电要求。 如图 3所示 , 电阻 R26 , R34和 R62所选取的阻值分别是 121K欧姆， 19.1K欧姆， 121K欧姆。 由于降压型开关式电压转换器芯片反馈端的输 入 电流小于 30nA, 而流过三个电阻的电流是在几十微安， 可以把流入反馈端 的电流忽略。 由 KCL 定律得知， 降压型开关式电压转换器输出电压 ( Vvdc out )与可调 LDO电压转换器输出电压 （Vldo— Ctrl ) 的关系是： ( Vvdc out-Vfb ) /VR26+ ( Vldo ctrl-Vfb ) /VR62=Vfb/VR34 ( 1 ) 其中， Vfb为降压型开关式电压转换器的反馈端的电压 ， VR26为电阻 R26的阻值， VR34为电阻 R34的阻值， VR62为电阻 R62的阻值。
其中， 电阻 R62即为第一预设电阻， 电阻 R34即为第二预设电阻， 电 阻 R26即为第三预设电阻， 它们的取值不限于上述的阻值， Vfb的值取决 于所用的降压型开关式电压转换器芯片。
根据关系式（1 ), 将本实施例选取的参数代入， 可得到化简后的关系 式为 Vvdc—out=5.0- Vldo— Ctrl, 因此 Vvdc— out与 Vldo— Ctrl是单调递减关系。 可调 LDO电压转换器的输出范围是 0.75~1.5V之间， 从而降压型开关式电 压转换器的输出电压也随之确定。 例如设置可调 LDO电压转换器输出电压 为 1.5V, 那么降压型开关式电压转换器的输出电压就是 3.5V。 设置 LDO 电压转换器输出 0.75V , 那么降压型开关式电压转换器的输出电压就是 4.25V。 电池电压在 3.2~3.95V之间， 可以设置为恒流充电状态， 此时降压 型开关式电压转换器的输出电压在 3.5~4.25V内调节。电池电压在 3.95~4.2V 之间， 可以设置为恒压充电状态或者脉冲充电状态， 在此充电状态下关掉 可调 LDO电压转换器的输出， 相当于与降压型开关式电压转换器芯片的反 馈端断开。这时降压型开关式电压转换器的输 出电压仅由 R26和 R34决定， 输出电压为 Vvdc— out=Vfbx ( 1+R26/R34 ) =0.6x ( 1+121K/19.1K ) =4.4V。 在整机上电过程中，电源管理模块内置的可调 LDO电压转换器还没有输出， 此时降压型开关式电压转换器的输出电压为 4.4V, 满足开机要求。
降压型开关式电压转换器输出电压可调的实现 需要软件控制， 软件控 制流程如图 4所示。 在硬件上电开机（步骤 SO )过程中， 电源管理模块的 内置可调 LDO电压转换器还没有输出电压， 降压型开关式电压转换器的输 出电压为 4.4V, 可以正常为整机供电， 完成开机。 等软件启动后， 电源管 理模块的 ADC检测电池 ID和对电池电压进行釆样 (步骤 S1 ), 如果 ID有 效且电池电量未满， 则根据电池电压设置可调 LDO电压转换器的输出电压 (步骤 S2 ) , 可调 LDO电压转换器输出电压的变化反馈到降压型开 关式电 压转换器， 从而完成降压型开关式电压转换器输出电压的 自动调整（步骤 S4 )。 然后检测充电电流和电压是否在容许范围内 （步骤 S5 ), 如果正常， 则对电池进行正常充电 （步骤 S7 ), 电池电压在持续增加， 可调 LDO电压 转换器的输出电压设置逐渐降低， 可调 LDO电压转换器设置输出电压与降 压型开关式电压转换器输出电压的对应关系如 表 1所示， 方便编程实现。
表 1 如果检测到电池电压达到 4.2V (即充满 )或者电池 ID无效， 则关闭可 调 LDO电压转换器的输出， 这样可保证整机是外供电， 不消耗电池电量， 对电池寿命和安全性都有好处。 同时， 降压型开关式电压转换器输出固定 电压（步骤 S3 ), 然后充电完成或充电异常终止（步骤 S6 )。 在整个充电控 制过程中，电池电压是一个变化量，可调 LDO电压转换器的输出跟随变化， 从而自动调整降压型开关式电压转换器的输出 电压， 使得充电电压高于电 池电压， 并保持一定的差值， 这样既能满足充电要求， 又能减少 PNP充电 管的损耗， 在整个充电系统中达到最佳的充电效率。
在本发明中， 降压型开关式电压转换器的效率在 90%以上， 降压型开 关式电压转换器的输出电压作为充电电路的输 入， 典型值是 4.0V (电池电 压 3.7V+0.3V ), 充电电路效率为 3.7V/4V=92.5%, 把两部分电路组合起来 的效率即为本发明充电电路的效率 90% X 92.5%=83.25%, 需要说明的是， 电压的比值， 是一个动态过程， 可以取一个典型值为 3.7V/5V=74%。 对比 两者的效率， 可以看出提高了 83.25%-74%=9.75%。 由于电池的容量是一定 的， 充电效率的提高， 必然带来输入功率的减少， 从而降低了整机功率。
对于新兴的 MIFI产品， 要求可以长时间边工作边充电， 产品的小型化 给整机发热提出了挑战， 而终端产品解决发热问题最好的办法是降低整 机 功耗， 利用本发明的充电电路可以有效降低整机发热 。 除此同时还带来了 另外一个好处， MIFI产品在最坏情况下的工作电流在 600mA 以上， 由于 USB接口电流输出能力是 500mA,传统充电电路用 USB供电会存在电流不 够用的情况， 因为外供电电流不够用情况下会导致电池放电 ， 电池电压降 低， 降压型开关式电压转换器的输出电压也跟随降 低， 而一般是电池电压 低于 3.3V会自动关机， 根据上文介绍， 那么降压型开关式电压转换器的输 出电压至少是 3.6V才能保证正常工作。 釆用本发明， 降压型开关式电压转 换器电流输出能力最大约为 5Vx500mAx90%/3.6V=625mA, 可以大大降低 电流不够用的概率。
本发明实施例二还提供了一种无线终端， 包括： 充电电路管理装置； 该充电电路管理装置包括： 电源管理模块、 降压型开关式电压转换器和线 性充电电路， 该电源管理模块包括： 可调线性降压电压转换器和数模转换 器； 其中， 该电源管理模块的可调线性降压电压转换器的 输出端通过第一 预设电阻与该降压型开关式电压转换器的反馈 端相连， 该电源管理模块的 数模转换器的输入端与电池的正极相连， 该电源管理模块的控制端与该线 性充电电路的控制端相连； 该降压型开关式电压转换器的输出端与该线性 充电电路的输入端相连； 该线性充电电路的输出端与该电池正极相连； 在对该电池进行充电时， 该电源管理模块的数模转换器对该电池进行 釆样， 在判断该电池有效和电池电量未满时， 根据电池电压将可调线性降 压电压转换器的输出电压反馈到该降压型开关 式电压转换器， 降压型开关 式电压转换器根据反馈向该线性充电电路输出 电压， 该线性充电电路在该 电源管理模块的控制下对该电池进行充电。
其中， 该降压型开关式电压转换器输出电压 Vvdc— out与该可调线性降 压电压转换器输出电压 Vldo— Ctrl的关系是：
( Vvdc out-Vfb ) /V3+ ( Vldo ctrl-Vfb ) /Vl=Vfb/V2, 其中， Vfb为降 压型开关式电压转换器的反馈端的电压， VI为所述第一预设电阻的阻值， V2为第二预设电阻的阻值， V3为第三预设电阻的阻值。
其中， 关于充电电路管理装置可以参照实施例一的相 应描述， 在此不 再赘述。
本发明通过增加降压型开关式电压转换器， 并利用电源管理模块中的 可调线性降压电压转换器， 可以实现自动调整充电电压， 降低了充电管上 的压降， 即减少了能量损耗， 因此降低了整机功耗， 从而很好地改善了整 机发热。
上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施 例， 但如前所述， 应当 理解本发明并非局限于本文所披露的形式， 不应看作是对其他实施例的排 除， 而可用于各种其他组合、 修改和环境， 并能够在本文所述发明构想范 围内， 通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改 动。 而本领域人员所 进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围 ， 则都应在本发明所附权力 要求的保护范围内。
Next Patent: CLUSTER MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD