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一种终端及其供电方法、充放电管理电路

文献发布时间:2023-06-19 11:44:10


一种终端及其供电方法、充放电管理电路

本申请要求于2020年01月03日提交国家知识产权局、申请号为202010006218.3、申请名称为“一种电池充放电管理电路及放电切换方法”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及电池充放电技术领域,尤其涉及一种终端及其供电方法、充放电管理电路。

背景技术

用户对终端(例如手机)待机时间的要求越来越高。终端中设置有负载电路、电池以及电池管理电路。电池管理电路向电池提供充电电压VDD,电池向负载电路提供电压。当电池的电池电压U

然而,在低温使用环境下或者电池老化后,电池的等效阻抗R会上升。从而导致流过同样电流时电池等效阻抗上的压降V

发明内容

本申请技术方案提供一种终端及其供电方法、充放电管理电路,可以提高电池的续航能力。例如,可以在低温使用环境下或者电池老化后,可以缓解终端电池续航能力不足的问题。

本申请技术方案的第一方面,提供一种终端。该终端包括负载电路、电池以及充放电管理电路。其中,电池用于向负载电路提供电压。充放电管理电路与负载电路和电池相耦接。该充放电管理电路用于接收输入电压,并对输入电压降压后对电池进行充电。此外,当电池的电池电压大于阈值电压,电池可以通过充放电管理电路向负载电路提供电压。当电池电压降低至阈值电压,充放电管理电路对电池电压进行升压,并将升压后的电压输出给负载电路。其中,阈值电压大于负载电路的最低工作电压。

综上所述,外接充电设备可以通过电压转换电路向电池进行充电。此外,在常温环境下或者电池没有老化的情况下,电池的电池电压通常大于电池的阈值电压。由于该阈值电压大于负载电路的最低工作电压,因此电池可以通过充放电管理电路将向给负载电路提供电压。本申请技术方案提供的阈值电压,例如,阈值电压可以大于负载电路的最低工作电压。在充放电管理电路工作的过程中,可以选取大于负载电路的最低工作电压的任意一个电压作为该阈值电压。其中,当负载电路包括多个电路模块时,各个电路模块的最低工作电压中的一个值可以作为该负载电路的最低工作电压;当然,各个电路模块的最低工作电压中的最小值也可以作为该负载电路的最低工作电压。此外,例如当终端工作在低温环境下,或者,电池处于老化状态时,电池等效阻抗会上升,导致电池电压降低。当该电池电压降低至电池的阈值电压时,如果继续将电池电压提供至负载电路,可能会存在负载电路无法正常工作,可能会存在终端自动关机的风险。为了解决上述问题,本申请技术方案中终端中充放电管理电路还可以对电池电压进行升压,并将升压后的电压输出给负载电路,这样可以确保负载电路正常工作。这样一来,在低温环境和电池老化时,虽然电池电压会有所降低,但是在充放电管理电路的升压作用下,升压后的电压仍然可以驱动负载电路工作,从而能够缓解低温使用环境下或者电池老化后,终端的电池出现续航能力明显不足的问题。

在一种实现方案中,充放电管理电路包括第一开关、第二开关以及电压转换电路。第一开关的第一端与负载电路相耦接。第一开关用于当电池电压大于阈值电压时导通,第一开关还用于当电池电压降低至阈值电压时断开。第二开关的第一端与负载电路相耦接。第二开关用于当电池电压大于阈值电压时断开,第二开关还用于当电池电压降低至阈值电压时导通。电压转换电路与电池、第一开关的第二端以及第二开关的第二端相耦接。电压转换电路用于将输入电压降压至第一电压,并将第一电压输出给电池,对电池进行充电。当电池电压大于阈值电压时,电池通过该电压转换电路、第一开关向负载电路提供电压。当电池电压降低至阈值电压时,电压转换电路还用于对电池电压进行升压,并通过第二开关将升压后的电压输出给负载电路。这样一来,当终端与外接充电设备相耦接时,电压转换电路可以执行降压操作,将外接充电设备提供的电压降压至第一电压,并将第一电压输出给电池对电池进行充电。例如,在常温环境下或者电池没有老化的情况下,电池的电池电压通常大于电池的阈值电压。此时,可以导通第一开关,断开第二开关,电池可以通过电压转换电路以及导通的第一开关向负载电路供电。当终端工作在低温环境下,或者,电池处于老化状态时,该电池电压会降低至上述阈值电压,为了避免终端自动关机,电压转换电路可以将电池电压进行升压,以产生第二电压。然后导通第二开关,这样上述第二电压通过第二开关向负载电路进行供电,从而确保负载电路能够正常工作。此时,再将第一开关断开,将电池与负载电路之间断开。

在一种实现方案中,第一开关包括第一晶体管和第一二极管。第一晶体管的栅极用于接收选通信号。第一晶体管的第一极与负载电路相耦接。第一晶体管的第二极与电压转换电路相耦接。第一二极管的阳极与第一晶体管的第二极相耦接。第一二极管的阴极与第一晶体管的第一极相耦接。上述第一二极管可以是在制作第一晶体管的过程中,同时生成的寄生二极管。或者,也可以是单独制作的二极管。采用一个晶体管和一个二极管构成上述第一开关,可以使得第一开关的结构简单。此外,上述第一开关可以具有单向关断的功能。这样一来,当第一晶体管的栅极接收到的信号控制第一晶体管截止时,该第一开关并不会立刻关断,只有当第一二极管的阴极电压大于阳极电压时,该第一开关才会关断。在此情况下,当电池电压降低至阈值电压,第一晶体管处于截止状态时,第一开关不会立刻关断,只有电压转换电路将电池电压升压后通过第二开关传输至负载电路时,将第一开关中的第一二极管阴极的电压抬升至高于阳极时才关断。从而避免经过电压转换电路升压后的电压未及时传输至负载电路,导致终端关机的现象发生。

在一种实现方案中,第二开关包括第二晶体管和第二二极管。第二晶体管的栅极用于接收选通信号,第二晶体管的第一极与负载电路相耦接,第二晶体管的第二极与电压转换电路相耦接。第二二极管的阳极与第二晶体管的第一极相耦接。第二二极管的阴极与第二晶体管的第二极相耦接。同上所述,上述第二二极管可以是在制作第二晶体管的过程中,同时生成的寄生二极管。或者,也可以是单独制作的二极管。采用一个晶体管和一个二极管构成上述第二开关,可以使得第二开关的结构简单。

在一种实现方案中,第二开关还包括第三二极管。第三二极管的阳极与第二晶体管的第二极相耦接。第三二极管的阴极与第二二极管的阴极相耦接。此外,由上述可知,第二二极管的阳极与第二晶体管的第一极相耦接。该第二开关可以具有双向关断的功能,例如,当第二晶体管处于截止状态时,第二二极管和第三二极管均处于截止状态,第二晶体管的第一极和第二极之间无法进行电流传输。

在一种实现方案中,电压转换电路包括:第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一电感、第一电容、第二电容以及第三电容。第三开关的选通端用于接收选通信号,第三开关的第一端用于接收输入电压,且与第一电容的第一端相耦接,第三开关的第二端与第四开关的第一端、第二开关的第二端以及第二电容的第一端相耦接。第一电容的第二端、第二电容的第二端接地。第四开关的选通端用于接收选通信号,第四开关的第二端与第一电感的第一端相耦接。第一电感的第二端与第五开关的第一端、第一开关的第二端以及第三电容的第一端相耦接,第三电容的第二端接地。第五开关的选通端用于接收选通信号,第五开关的第二端与电池相耦接。第六开关的选通端用于接收选通信号,第六开关的第一端与第四开关的第二端相耦接,第六开关的第二端与接地。在此情况下,一方面,上述第一电容、第四开关、第六开关、第一电感以及第三电容可以构成降压电路,从而可以将电压转换电路输入端的电压,降低至第一电压,以对电池进行充电。另一方面,上述第一电感、第四开关、第六开关、第二电容以及第三电容可以构成升压电路。从而使得电压转换电路完成对电池电压的升压过程,从而升压后的电压通过第二开关传输至负载电路。

在一种实现方案中,第三开关包括第三晶体管、第四二极管以及第五二极管。第三晶体管的栅极用于接收选通信号,第三晶体管的第一极用于接收输入电压,第三晶体管的第二极与第四开关的第一端、第二开关的第二端相耦接。第四二极管的阳极与第三晶体管的第一极相耦接。第四二极管的阴极与第五二极管的阴极相耦接。第五二极管的阳极与第三晶体管的第二极相耦接。在此情况下,第三开关可以具有双向关断的功能。当第三开关关断时,可以避免终端内部的电源向外接电源进行导通。此外,在电压转换电路将电池电压升压后,经过第二开关传输至负载电路的过程中,避免外接电源对上述内部供电过程产生影响。

在一种实现方案中,电压转换电路包括低压差线性稳压器和升压电路。其中,低压差线性稳压器与电池和第一开关的第二端相耦接。当电池需要充电时,低压差线性稳压器用于将输入电压降压至第一电压,输出给电池。此外,还可以导通第一开关导通、断开第二开关,使得低压差线性稳压器可以在对电池充电的同时,将上述第一电压输出给负载电路,以同时向负载电路进行供电。此外,当电池需要向负载电路进行供电时,可以导通第一开关导通、断开第二开关,电池通过低压差线性稳压器以及第一开关向负载电路提供电压。此外,升压电路与低压差线性稳压器、第二开关的第二端相耦接。当终端工作在低温状态下,或者电池老化时,升压电路可以对电池电压进行升压,并在第二开关导通时,将升压后的电压通过第二开关输出至负载电路。

在一种实现方案中,升压电路包括第二电感、第七开关、第八开关、第四电容以及第五电容。第二电感的第一端与低压差线性稳压器和第四电容的第一端相耦接,第二电感的第二端与第七开关的第一端相耦接。第七开关的第二端与第二开关的第二端以及第五电容的第一端相耦接。第七开关的选通端用于接收选通信号。第四电容的第二端接地。第五电容的第二端接地。第八开关的选通端用于接收选通信号,第八开关的第一端与第二电感的第二端相耦接,第八开关的第二端接地。该升压电路在升压过程中,可以采用PWM(PulseWidthModulation)信号控制第七开关和第八开关交错导通,以升高第五电容两端的电压,使得升压电路输出端的电压大于其输入端的电压,可以实现升压的目的。

在一种实现方案中,充放电管理电路包括低压差线性稳压器和升压电路。其中,低压差线性稳压器,与电池相耦接。低压差线性稳压器用于将输入电压将降压至第一电压,提供至电池。升压电路,与低压差线性稳压器和负载电路相耦接。升压电路用于将第一电压输出给负载电路。当电池电压大于阈值电压时,升压电路还用于将电池电压输出给负载电路。当电池电压降低至阈值电压时,升压电路还用于对电池输出的电池电压进行升压,并将升压后的电压输出给负载电路。这样一来,在低温环境和电池老化时,虽然电池电压会有所降低,但是在电压转换电路的升压作用下,升压后的电压仍然可以驱动电路工作,从而能够缓解低温使用环境下或者电池老化后,终端的电池出现续航能力明显不足的问题。

在一种实现方案中,升压电路包括第二电感、第七开关、第八开关、第四电容以及第五电容。第二电感的第一端与低压差线性稳压器和第四电容的第一端相耦接,第二电感的第二端与第七开关的第一端相耦接。第七开关的第二端与所述负载电路以及第五电容的第一端相耦接。第七开关的选通端用于接收选通信号。第四电容的第二端接地,第五电容的第二端接地。第八开关的选通端用于接收选通信号,第八开关的第一端与第二电感的第二端相耦接,第八开关的第二端接地。低压差线性稳压器将第一电压提供至电池的同时,可以导通第七开关,断开第八开关,低压差线性稳压器将第一电压通过第七开关提供至负载电路。此外,当电池电压大于阈值电压时,导通第七开关,断开第八开关,电池可以通过低压差线性稳压器以及第七开关向负载电路供电。当电池电压降低至所述阈值电压时,第七开关和第八开关交错导通,该升压电路执行升压过程,并将升压后的电压提供给负载电路。上述升压电路的技术效果同上所述,此处不再赘述。

在一种实现方案中,负载电路包括主控模块和检测模块。检测模块用于检测终端的环境温度。主控模块用于判断出环境温度低于预设温度时,判断电池电压是否降低至阈值电压。或者,检测模块与电池相耦接,用于检测电池的充放电循环次数。主控模块用于判断出充放电循环次数大于预设次数时,判断电池电压是否降低至阈值电压。通过检测终端所处的环境温度,以确定出终端是否工作在低温环境下。此外,通过检测电池的充放电次数,可以判断出电池是否老化。因为当终端工作在低温环境下或者电池处于老化状态时,电池等效阻抗会上升,会导致电池电压降低。所以可以当终端处于低温环境下或者电池出现老化时,再去判断电池电压是否降低至阈值电压,而无需对电池电压的大小实时进行判断,从而有利于降低产品功耗。

在一种实现方案中,主控模块还用于在判断环境温度低于预设温度,或者,充放电循环次数大于预设次数,检测电池的放电电流,当放电电流大于或等于阈值电流时,主控模块判断电池电压是否降低至阈值电压。其中,阈值电流可以为0.01C,C为电池的容量。当终端运行较小的程序时,电池需要向负载电路提供较小的电流,所以电池的放电电流较小。此时,电池等效阻抗上的压降也会小,对电池电压影响不大,因此可以无需采用电压转换电路的升压功能。反之,当终端运行较大的程序时,电池的放电电流较大。电池等效阻抗上的压降很大,从而导致电池电压大幅降低,进而存在该电池电压降低至阈值电压的情况,此时需要通过电压转换电路的升压功能对负载电路进行供电。这样一来,在判断电池电压是否降低至阈值电压之前,通过判断放电电流是否大于阈值电流,可以对终端正在运行的程序所需要的电流进行判断。只有当运行的程序需要的电流较大时,才需要启动电压转换电路的升压功能,从而能够达到降低功耗的目的。

在一种实现方案中,主控模块还用于判断出环境温度低于预设温度,或者,充放电循环次数大于预设次数,且电池电压降低至阈值电压时,调低电池的欠压保护电压。其中,负载电路的最低工作电压大于电池当前的放电截止电压。电池当前的放电截止电压大于调低后的欠压保护电压。电池具有放电截止电压,当电池电压小于电池的放电截止电压时,为了将电池与负载电路和电压转换电路断开,避免电池发生损坏,该电池还可以设置有欠压保护电压。其中欠压保护电压小于放电截止电压。在此情况下,当电池电压降低至欠压保护电压时,该电池中的保护板会将电芯与负载电路和电压转换电路断开,避免电芯进一步放电。然而,该放电截止电压会随着温度降低或者电池的老化程度增加而降低,因此需要调低电池的欠压保护电压,使得将电池放电至更低的放电截止电压成为可能,进而可以避免保护板将电芯与电压转换电路断开,导致终端关机。

在一种实现方案中,阈值电压可以小于电池的额定电压。这样一来,在充放电管理电路工作的过程中,可以在大于负载电路的最低工作电压,小于电池的额定电压的范围内选取任意一个电压作为该阈值电压。这样通过将阈值电压的范围限定至负载电路的最低工作电压与电池的额定电压之间,从而能够缩小阈值电压范围,减小电压转换电路启动升压操作的几率。从而达到降低功耗的目的。

本申请技术方案的第二方面,提供一种终端的供电方法,终端包括负载电路、电池以及以及与负载电路和电池相耦接的电压转换电路。方法包括:充放电管理电路接收输入电压,并对所述输入电压降压后对电池进行充电。当电池的电池电压大于阈值电压,电池通过充放电管理电路向负载电路提供电压。当电池电压降低至阈值电压,充放电管理电路对电池电压进行升压,并将升压后的电压输出给负载电路。上述终端的供电方法,与前述实施例提供的终端的技术效果相同,此处不再赘述。

本申请技术方案的第三方面,提供一种充放电管理电路,该充放电管理电路用于:接收输入电压,并对输入电压降压后对电池进行充电。当电池的电池电压大于阈值电压,电池通过该放电管理电路向负载电路提供电压。当电池电压降低至阈值电压时,对电池电压进行升压,并将升压后的电压输出给负载电路。其中,阈值电压大于负载电路的最低工作电压。该充放电管理电路与前述实施例提供的终端的技术效果相同,此处不再赘述。

在一种实现方案中,充放电管理电路包括第一开关、第二开关以及电压转换电路。第一开关的第一端与负载电路相耦接。第一开关用于当电池电压大于阈值电压时导通,第一开关还用于当电池电压降低至阈值电压时断开。第二开关的第一端与负载电路相耦接。第二开关用于当电池电压大于阈值电压时断开,第二开关还用于当电池电压降低至阈值电压时导通。电压转换电路与电池、第一开关的第二端以及第二开关的第二端相耦接。电压转换电路用于将输入电压降压至第一电压,并将第一电压输出给电池,对电池进行充电。当电池电压大于阈值电压时,电池通过电压转换电路、第一开关向负载电路提供电压。电压转换电路还用于当电池电压降低至阈值电压时,对电池电压进行升压,并通过第二开关将升压后的电压输出给负载电路。第一开关和第二开关具有与前述实施例相同的技术效果,此处不再赘述。

在一种实现方案中,第一开关包括第一晶体管和第一二极管。第一晶体管的栅极用于接收选通信号。第一晶体管的第一极与负载电路相耦接。第一晶体管的第二极与电压转换电路相耦接。第一二极管的阳极与第一晶体管的第二极相耦接。第一二极管的阴极与第一晶体管的第一极相耦接。第一晶体管和第一二极管具有与前述实施例相同的技术效果,此处不再赘述。

在一种实现方案中,第二开关包括第二晶体管和第二二极管。第二晶体管的栅极用于接收选通信号,第二晶体管的第一极与负载电路相耦接,第二晶体管的第二极与电压转换电路相耦接。第二二极管的阳极与第二晶体管的第一极相耦接。第二二极管的阴极与第二晶体管的第二极相耦接。第二晶体管和第二二极管具有与前述实施例相同的技术效果,此处不再赘述。

在一种实现方案中,电压转换电路包括第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一电感、第一电容、第二电容以及第三电容。第三开关的选通端用于接收选通信号,第三开关的第一端用于接收输入电压,且与第一电容的第一端相耦接,第三开关的第二端与第四开关的第一端、第二开关的第二端以及第二电容的第一端相耦接。第一电容的第二端、第二电容的第二端接地。第四开关的选通端用于接收选通信号,第四开关的第二端与第一电感的第一端相耦接。第一电感的第二端与第五开关的第一端、第一开关的第二端以及第三电容的第一端相耦接,第三电容的第二端接地。第五开关的选通端用于接收选通信号,第五开关的第二端与电池相耦接。第六开关的选通端用于接收选通信号,第六开关的第一端与第四开关的第二端相耦接,第六开关的第二端与接地。电压转换电路具有与前述实施例相同的技术效果,此处不再赘述。

在一种实现方案中,第三开关包括第三晶体管、第四二极管以及第五二极管。第三晶体管的栅极用于接收选通信号,第三晶体管的第一极用于接收输入电压,第三晶体管的第二极与第四开关的第一端、第二开关的第二端相耦接。第四二极管的阳极与第三晶体管的第一极相耦接。第四二极管的阴极与第五二极管的阴极相耦接。第五二极管的阳极与第三晶体管的第二极相耦接。第三晶体管、第四二极管以及第五二极管具有与前述实施例相同的技术效果,此处不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种终端的结构示意图;

图2为图1所述的终端与适配器、数据线相连接的结构示意图;

图3为本申请实施例提供的一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图;

图4a为图3中充放电管理电路的一种供电示意图;

图4b为图3中充放电管理电路的另一种供电示意图;

图4c为图3中充放电管理电路的另一种供电示意图;

图4d为图3中充放电管理电路的另一种供电示意图;

图5a为本申请实施例提供的另一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图;

图5b为本申请实施例提供的另一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图;

图5c为本申请实施例提供的另一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图;

图5d为本申请实施例提供的另一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图;

图6a为图5a中充放电管理电路的一种供电示意图;

图6b为图5a中充放电管理电路的另一种供电示意图;

图6c为图5a中充放电管理电路的另一种供电示意图;

图7为本申请实施例提供的终端的供电方法;

图8为本申请实施例提供的一种充放电管理芯片的示意图;

图9为本申请实施例提供的另一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图;

图10为本申请实施例提供的另一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图;

图11a为图10中充放电管理电路的一种供电示意图;

图11b为图10中充放电管理电路的一种供电示意图;

图11c为图10中充放电管理电路的一种供电示意图;

图12为本申请实施例提供的另一种充放电管理电路与负载电路和电池电连接的示意图。

附图标记:

01-终端;10-显示屏;11-中框;111-边框;110-承载板;12-壳体;13-电池;14-充放电管理电路;15-连接器;02-适配器;03-连接器;20-负载电路;200-主控模块;201-检测模块;202-显示模块;203-音频模块;204-射频模块;205-基带模块;30-电压转换电路;31-第一开关;32-第二开关;33-第三开关;34-第四开关;35-第五开关;36-第六开关;131-电芯;132-保护板;04-充放电管理芯片;37-第七开关;38-第八开关;41-LDO;42-升压电路;411-稳压开关;412-电池控制开关。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。

以下,术语“第一”、“第二”等仅用于描述方便,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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。

此外,本申请实施例中,“上”、“下”、“左”、“右”等方位术语,可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的,应当理解到,这些方向性术语可以是相对的概念,它们用于相对于的描述和澄清,其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请实施例中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。此外,术语“耦接”可以是实现信号和/或功率传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接,也可以通过中间媒介间接电性连接。

本申请实施例的一种终端。该终端包括手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、电视、智能穿戴产品(例如,智能手表、智能手环)、虚拟现实(virtual reality,VR)终端设备、增强现实(augmented reality AR)终端设备等具有充电电池的电子产品。上述终端还可以是充电电动汽车、充电家用小型电器(例如豆浆机、扫地机器人)、无人机等电子产品。本申请实施例对上述终端的具体形式不做特殊限制。以下为了方便说明,是以终端01为如图1所示的手机为例进行的说明。

如图1所示,终端01主要包括显示屏(display panel,DP)10。该显示屏10可以为液晶显示(liquid crystal display,LCD)屏,或者,有机发光二极管(organic lightemitting diode,OLED)显示屏。本申请对此不作限定。此外,上述终端01还可以包括如图1所示的中框11和壳体12。显示屏10和壳体12分别位于中框11的两侧,显示屏10的背面朝向壳体12。其中,中框11可以包括承载板110以及绕承载板110一周的边框111。承载板110靠近壳体12一侧的表面用于设置电池13、印刷电路板(printed circuit board,PCB)、摄像头(Camera)、天线等内部元件。壳体12和中框11构成的密闭空间可以对该内部元件进行保护。

上述PCB上设置有如图2所示的负载电路20。该负载电路20可以包括用于执行不同功能的电路模块,例如,主控模块200(例如处理器)、检测模块201(例如电量计量芯片、传感器,比如温度传感器)、显示模块202(例如显示屏)、音频模块203(例如喇叭、麦克风以及编解码芯片)、射频模块204(例如射频收发电路)以及基带模块205(例如基带处理器)中的一个或多个等。其中,显示模块202可以用于控制显示屏10进行显示。音频模块203以用于处理音频数据。射频模块204可以用于发送或接受射频信号。基带模块205可以用于发送或接收基带信号。

当检测模块201为温度传感器时,可以对终端01所处的环境温度进行检测。或者,当检测模块201为电量计量芯片时,该检测模块201还可以与电池13相耦接,可以检测电池13的充放电循环次数,以获取电池的老化程度。上述主控模块200可以与其余各个电路模块相耦接,用于接收上述各个电路模块的数据,并进行数据处理。上述负载电路20可以与电池13相耦接。电池13提供的电压可以作为负载电路20中各个电路模块的工作电压。

此外,上述终端01还包括与电池13相耦接的充放电管理电路14以及与该充放电管理电路14相耦接的连接器15。当终端01外部的适配器02通过数据线03与连接器15相耦接后,适配器02可以将220V的交流电转换成直流电压(例如当终端01为手机时,该直流电压可以为9V或5V)。该直流电压可以通过数据线03、连接器15后传输至充放电管理电路14,作为该充放电管理电路14的输入电压。

在此情况下,该充电放电电路14可以对上述输入电压(例如,9V或5V)进行降压,并将降压后的电压(例如4.4V)提供给电池13,以对电池13进行充电。此外,为了驱动负载电路20工作,电池13可以向负载电路20提供电压(例如3.7V或3.8V)。当电池的电池电压U

示例一

本示例中,充放电管理电路14可以包括如图3所示的第一开关31、第二开关32以及电压转换电路30。本示例中,该电压转换电路30可以为一个独立封装好的芯片。在此情况下,该电压转换电路30可以包括输入端Vin、第一输出端Vo1、第二输出端Vo2以及第三输出端Vo3。

第一开关31的第一端b1可以与负载电路20相耦接,该第一开关31的第二端b2可以与电压转换电路30的第一输出端Vo1相耦接。第二开关32的第一端b1可以与负载电路20相耦接,该第二开关32的第二端b2可以与电压转换电路30的第二输出端Vo2相耦接。此外,电压转换电路30的第三输出端Vo3还与电池13相耦接。

在上述充放电管理电路14的第一种工作状态中,如图4a所示,电压转换电路30可以用于将输入端Vin接收到的输入电压(例如5V或9V)降压至第一电压V1(例如4.4V),并沿图4a中的虚线箭头,由电压转换电路30的第三输出端Vo3将第一电压V1输出给电池13,对该电池13进行充电。因此,该第一电压V1可以用于对电池13进行充电。

在上述充放电管理电路14的第二种工作状态中,当电池13的电池电压U

在上述第二种工作状态下,为了确保电池13的电池电压Uo能够驱动负载电路20正常进行工作,Vmin<Vth<Uo≤Vmax。负载电路20的最低工作电压Vmin是指该负载电路20能够正常工作的最低电压,例如3.3V。当负载电路20包括多个电路模块,例如,上述主控模块200、检测模块201、显示模块202、音频模块203、射频模块204以及基带模块205时,为了确保上述各个模块均能够正常工作,各个电路模块的最低工作电压构成的数据集合中的最小值,可以作为该该负载电路20的最低工作电压Vmin。此外,负载电路20的最高工作电压Vmax是指该负载电路20能够正常工作的最高电压,例如4.6V。当负载电路20包括上述多个电路模块时,为了确保上述各个模块均能够正常工作,各个电路模块的最高工作电压构成的数据集合中的最小值,可以作为该负载电路20的最高工作电压Vmax。示例的,当阈值电压Vth为3.5V时,电池电压Uo的范围可以为3.6V≤Uo≤4.6V。

在上述充放电管理电路14的第三种工作状态中,终端01工作在低温环境(例如,10℃以下、5℃或者0℃以下)下,或者终端01的电池老化(例如电池的充放电次数大于300次或者500次)时,电池13等效阻抗上的压降V

在上述第三种工作状态下,为了确保电压转换电路30对电池13的电池电压U

由上述可知,电池13的阈值电压Vth可以大于负载电路20的最低工作电压Vmin(Vth>Vmin),此时,可以对该阈值电压Vth的上限可以不做限定。本申请实施例提供了阈值电压Vth的选取范围,例如,Vth>Vmin。在充放电管理电路14工作于上述第三种工作状态下时,可以选取大于负载电路20的最低工作电压Vmin的任意一个电压作为该阈值电压。这样一来,在Vth>Vmin的情况下,当电池电压U

然而,在Vth>Vmin,且电池电压U

这样一来,只有当阈值电压Vth满足Vmin<Vth<Vr时,电压转换电路30才会执行上述升压操作。而当Vth≥Vr时,电压转换电路30无需升压,电池13直接向负载电路20进行供电。所以通过将阈值电压Vth的范围限定至负载电路20的最低工作电压Vmin与电池13的额定电压Vr之间,能够缩小阈值电压Vth范围,减小电压转换电路30启动升压操作的几率,达到降低功耗的目的。此外,在上述充放电管理电路14的第四种工作状态中,当电压转换电路30的输入端Vin与外接电子设备,例如蓝牙耳机相耦接时,上述第一开关31、第二开关32可以均断开。在此情况下,电压转换电路30可以对电池13提供的电池电压U

由上述可知,电压转换电路30可以将输入端Vin的电压,经过降压处理生成用于向电池13充电的第一电压V1。电压转换电路30还可以将电池13提供的电池电压Uo升高至第二电压V2,给负载电路20供电或者给外接电子设备充电。因此,上述电压转换电路30可以同时具备升压和降压的功能。

需要说明的是,电压转换电路30可以根据与其相耦接的负载(例如负载电路20,或者外接电子设备)的供电需要对输出电压的大小进行调节。因此,该电压转换电路30向负载电路20提供的第二电压V2,与电压转换电路30向外接电子设备提供的第二电压V2的电压值可以相同,也可以不同。以下对上述电压转换电路30的结构和控制过程进行描述时,会详细的对电压转换电路30的升压、降压过程进行详细的描述。

以下对上述第一开关31和第二开关32的结构进行说明。如图5a所示,第一开关31包括第一晶体管S1和第一二极管D1。需要说明的是,本申请实施例中的晶体管可以为N沟道金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor,NMOS)晶体管,或者,也可以为PMOS晶体管。本申请对此不作限定。以下为了方便说明,均是以晶体管为NMOS晶体管为例进行的说明。

在本申请的一些实施例中,上述第一晶体管S1具有栅极(gate,g)、第一极,例如漏极(drain,d)、以及第二极,例如源极(source,s)。该第一晶体管S1的栅极g作为第一开关31的选通端,用于接收选通信号。在本申请的一些实施例中,终端01可以包括如图5b所示的选通控制电路17以及驱动电路16,该选通控制电路17用于生成逻辑信号,驱动电路16可将上述逻辑信号转换成电压信号,并作为选通信号提供至第一晶体管S1的栅极g。第一晶体管S1的第一极(例如漏极d)作为第一开关31的第一端与负载电路20相耦接,第一晶体管S1的第二极(例如源极s)作为第一开关31的第二端与电压转换电路30的第一输出端Vo1相耦接。

此外,上述第一二极管D1可以是在制作第一晶体管S1的过程中,一同生成的寄生二极管。此时,第一二极管D1为第一晶体管S1的寄生二极管。或者,单独制作的二极管。在第一晶体管S1为NMOS晶体管的情况下,第一二极管D1的阳极(anode,a)与第一晶体管S1的第二极(例如源极s)相耦接。第一二极管D1的阴极(cathode,c)与第一晶体管S1的第一极(例如漏极d)相耦接。

需要说明的是,以下均是以晶体管为NMOS晶体管为例进行的说明,在此情况下,该NMOS晶体管的寄生二极管其阳极a与NMOS晶体管的源极s相耦接,寄生二极管的阴极c与NMOS晶体管的漏极d相耦接。

在此情况下,当第一晶体管S1的栅极g接收到的选通信号使得第一晶体管S1导通时,由于第一晶体管S1两端的压降小于第一二极管D1两端的压降,所以电压转换电路30的第一输出端Vo1的电压可以通过第一晶体管S1传输至负载电路20中的各个模块中。

此外,由第一晶体管S1和第一二极管D1构成的第一开关31具有单项关断的功能。当第一晶体管S1的栅极g接收到的选通信号使得第一晶体管S1截止时,电压转换电路30的第一输出端Vo1的电压仍然可以通过第一二极管D1传输至负载电路20中的各个模块中,直到第一二极管D1的阴极c电压大于阳极d的电压后,该第一二极管D1截止,第一开关31断开。因此,本申请实施例中,第一开关31断开可以是指,该第一开关31中的第一晶体管S1以及第一二极管D1均截止。此时,该第一开关31两侧的电压转换电路30和负载电路20之间不再有电信号的传输。

在此情况下,当充放电管理电路14工作于上述第二种工作状态下时,电池13向负载电路20提供的电池电压U

此外,当充放电管理电路14工作于上述第三种工作状态下时,电池13的电池电压U

需要说明的是,上述是对第一开关31结构的一种举例说明。在本申请的另一些实施例中,该第一开关31还可以包括多个与第一晶体管S1并联的晶体管,且该第一开关31还可以包括多个二极管,每个二极管与一个晶体管相耦接,相耦接的一对二极管和晶体管的耦接方式与上述第一二极管D1和第一晶体管S1的耦接方式相同,此处不再赘述。

此外,在本申请的一些实施例中,如图5a所示,第二开关32包括第二晶体管S2和第二二极管D2。同上所述,第二二极管D2可以为第二晶体管S2的寄生二极管。或者,第二二极管D2可以是单独制作的二极管。该第二晶体管S2的栅极g作为第二开关32的选通端,用于接收选通信号。第二晶体管S2的栅极g接收选通信号的过程和方法同上所述,此处不再赘述。第二晶体管S2的第一极(例如源极s)作为第二开关32的第一端与负载电路20相耦接,第二晶体管S2的第二极(例如漏极d)作为第二开关32的第二端与电压转换电路30的第二输出端Vo2相耦接。第二二极管D2的阳极a与第二晶体管S2的第一极(例如源极s)相耦接。第二二极管D2的阴极c与第二晶体管S2的第二极(例如漏极d)相耦接。

在此情况下,由上述第二晶体管S2和第二二极管D2构成的第二开关32具有单项关断的功能,例如,当第二晶体管S2的栅极g接收的选通信号控制第二晶体管S2截止时,只要第二二极管D2的阴极c电压大于阳极d,该第二开关32即关断。从而在选通信号控制第二晶体管S2截止时,避免电压转换电路30向负载电路20传输电压。

或者,在本申请的另一些实施例中,如图5c所示,上述第二开关32除了包括第二晶体管S2和第二二极管D2以外,还可以包括单独制作的第三二极管D3。该第三二极管D3的阳极a与第二晶体管S2的第二极(例如漏极d)相耦接,第三二极管D3的阴极c与第二二极管D2的阴极c相耦接。

在此情况下,由第二晶体管S2、第二二极管D2以及第三二极管D3构成的第二开关32具有双向关断的功能。例如当第二晶体管S2的栅极g接收到的选通信号控制第二晶体管S2截止时,第二晶体管S2第二极(例如漏极d)的信号无法传输至第二晶体管S2的第一极(例如源极s)。第二晶体管S2第一极(例如源极s)的信号无法也无法传输至第二晶体管S2第二极(例如漏极d)。

需要说明的是,上述是对第二开关32结构的举例说明。在本申请的另一些实施例中,该第二开关32可以包括多个与第二晶体管S2并联的晶体管,以及与每一个晶体管相耦接的一个二极管(或者两个相对设置的二极管)。相耦接的晶体管与二极管的耦接方式同上所述,此处不再赘述。

以下对上述电压转换电路30的结构进行说明。如图5c所示,电压转换电路30可以包括:第三开关33、第四开关34、第五开关35、第六开关36、第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3。

其中,如图5c所示,第三开关33可以包括第三晶体管S3、第四二极管D4以及第五二极管D5。第三晶体管S3的栅极g可以作为第三开关33的选通端,用于接收选通信号。该选通信号的接收方式可以同上所述,此处不再赘述。第三晶体管S3的第一极(例如源极s)可以作为第三开关33的第一端用于接收输入电压。例如,第三晶体管S3的第一极(例如源极s)可以与电压转换电路30的信号输入端Vin相耦接。第三晶体管S3的第二极(例如漏极d)作为第三开关33的第二端与第四开关34的第一端(该第四开关34中晶体管的漏极d)以及第二电容C2的第一端b1相耦接。第三晶体管S3的第二极(例如漏极d)还可以通过电压转换电路30的第二输出端Vo2与第二开关32的第二端(该第二开关32中第二晶体管S2的漏极d)相耦接。

其中,第四二极管D4可以为第三晶体管S3的寄生二极管,或者为单独制作的二极管。第五二极管D5为单独制作的二极管,该第四二极管D4的阳极a与第三晶体管S3的第一极(例如源极s)相耦接。第四二极管D4的阴极c与第五二极管D5的阴极c相耦接。第五二极管D5的阳极a与第三晶体管S3的第二极(例如漏极d)相耦接。

在此情况下,上述由第三晶体管S3、第四二极管D4以及第五二极管D5构成的第三开关33具有双向关断的功能。例如,当第三晶体管S3的栅极g接收到的选通信号控制第三晶体管S3截止时,第三晶体管S3源极s的信号不能传输至第三晶体管S3的漏极d,该第三晶体管S3的漏极d的信号也不能传输至第三晶体管的源极s。在之后对上述充放电管理电路14的控制过程进行描述时,会详细的对第三开关33的双向关断功能进行详细的描述。

此外,上述电压转换电路30中的第四开关34以及第六开关36均包括一个晶体管和与该晶体管相耦接的一个寄生二极管,晶体管与其寄生二极管耦接的方式在此不再一一赘述。上述第四开关33以及第六开关36可以具有单项关断的功能。

在本申请的一些实施例中,如图5c所示,第五开关35可以包括一个晶体管S5以及该晶体管S5的寄生二极管,例如二极管D6。该二极管D6与晶体管S5的耦接方式同上所述,此处不再赘述。此外,在本申请的另一些实施例中,如图5d所示,该第五开关35还包括单独制作的二极管D7。二极管D7与二极管D6反向设置,从而使得第五开关35可以具有上述双向关断的功能。

此外,如图5d所示,第四开关34的选通端(该第四开关中晶体管的栅极g)用于接收选通信号,第四开关34的第二端(该第四开关中晶体管的源极s)与第一电感L1的第一端b1相耦接。第一电感L1的第二端b2与第五开关35的第一端(晶体管S5的漏极d)、第一开关31的第二端(第一晶体管S1的源极s)以及第三电容C3的第一端b1相耦接。第三电容C3的第二端b2接地。

此外,第五开关35的选通端(晶体管S5的栅极g)用于接收选通信号,第五开关35的第二端(晶体管S5的源极s)与电池13相耦接。第六开关36的选通端(第六开关中晶体管的栅极g)用于接收选通信号。第六开关36的第一端(第六开关中晶体管的漏极d)与第四开关34的第二端(第四开关34中晶体管的源极s)相耦接,第六开关36的第二端(第六开关中晶体管的源极s)与接地。

需要说明的是,本申请实施例中的晶体管均是以NMOS晶体管为例进行的说明。当上述晶体管为PMOS晶体管时,可以将附图中晶体管的源极s和漏极d的标注位置互换。此外,PMOS晶体管的寄生二极管其阳极a可以与PMOS晶体管的漏极d相耦接,寄生二极管的阴极c可以与PMOS晶体管的源极s相耦接。

此外,上述电池13可以包括电芯131。该电芯131用于对电量进行存储和释放。电池13还可以包括保护板132,保护板132用于断开外部电路与电芯131,以避免电芯131出现过压、欠压、过流、短路、过温等现象。

以下,基于图5a所示的电路结构,对该终端01工作模式进行详细的举例说明。

例如,在终端01的第一种工作模式中,需要向终端01进行充电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括:

首先,将上述终端01外接供电网络(例如220V)相耦接,例如终端01通过数据线03和适配器02与外接供电网络相耦接。适配器02可以将220V转换成直流电压(例如5V或者9V)。该直流电压可以作为电压转换电路30的输入端Vin的输入电压。

此外,当电压转换电路30无需降压时,图6a中的第四开关34和第六开关36均断开时,第三电容C3上的电压为零,此时电压转换电路30的第三输出端Vo3的输出等于零。接下来,当电压转换电路30进行降压时,该电压转换电路30中的第三开关33导通、第五开关35导通。然后采用脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)信号控制第四开关34中晶体管的栅极g和第六开关36中晶体管的栅极g,使得第四开关34和第六开关36能够交错导通。

示例的,在电压转换电路30降压的第一阶段,可以导通第四开关34、断开第六开关36。电压转换电路30输入端Vin的电流经过第三开关33、第四开关34、第一电感L1向第三电容C3充电,从而使得第三电容C3上的电压不断上升。这样一来,通过调节用于控制第四开关34导通和第六开关36断开的PWM信号的占空比,可以调节第三电容C3的充电电压。接下来,在电压转换电路30降压的第二阶段,断开第四开关34、导通第六开关36。此时由于第一电感L1的电流保持特性,流经第一电感L1的电流不会马上变为零,而是缓慢的变为零。由于第三电容C3的第二端b2以及第六开关36中晶体管的第二端(例如,源极s)接地,因此,电流可以从第一电感L1到第三电容C3,再经过第六开关36回到第一电感L1而形成放电回路。在此过程中,第三电容C3的电压继续上升,直到第一电感L1的电流为零。

接下来,上述用于向第四开关34和第六开关36中晶体管的栅极g提供PWM信号的选通控制电路可以判断第三电容C3向电池13提供的电压是否达到上述第一电压V1,如果已经达到,第三电容C3向电池13提供上述第一电压V1。在向电池13供电的过程中,第三电容C3的电压下降,此时上述选通控制电路可以继续向第四开关34和第六开关36中晶体管的栅极g提供PWM,以重复执行上述第一阶段,继续对第三电容C3进行充电,以使得第三电容C2能够稳定的向电池13提供第一电压V1。因此可以通过控制第四开关34、第六开关36导通和断开的时长,达到控制第三电容C3向电池13提供的电压的大小,实现降压的目的。

在此情况下,上述第一电容C1、第四开关34、第六开关36、第一电感L1以及第三电容C3可以构成降压电路,从而可以将电压转换电路30输入端Vin的电压,降低至第一电压V1(例如,4.4V)。并沿如图6a中虚线箭头所示方向,将该第一电压V1由电压转换电路30第三输出端Vo3传输至电池13,以对电池13进行充电。

在对电池13充电的过程中,需要断开第二开关32,例如向该第二开关32中第二晶体管S2的栅极g输入信号,控制第二晶体管S2截止。第一开关31可以导通。例如,向第一开关31中第一晶体管S1的栅极g输入选通信号,控制第一晶体管S1导通。这样一来,在对电池13进行充电的过程中,电压转换电路30可以将输入端Vin的电压降低至第一电压V1后,可以将该第一电压V1施加至电池13的同时,还可以通过第一开关31中的第一晶体管S1施加至负载电路20。从而可以在终端01充电的过程中,使用终端01的一些功能,例如拍照、发信息、观看视频等。

又例如,在终端01的第二种工作模式中,终端01中的电池13向负载电路20进行供电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括:

首先,断开如图6b所示的第三开关33。由上述可知第三开关33具有双向关断的功能,因此,当控制第三开关33中的第三晶体管S3截止时,第三晶体管S3的源极s和漏极d无法通过第四二极管D4和第五二极管D5进行传输。这样一来,在终端01与外接充电器相耦接的情况下,不会因此充放电管理电路14内部电压较高,外接充电器电压较低时,发生终端01的电池13向外接充电器倒灌的现象。

此外,还需要断开电压转换电路30中的第四开关34、第六开关36,并导通第五开关35。例如,向第四开关34中的晶体管的栅极g输入选通信号,控制该晶体管截止,使得第四开关34断开。向第六开关36中的晶体管的栅极g输入选通信号,控制该晶体管截止,使得第六开关36断开。此外,向第五开关35中的晶体管的栅极g输入选通信号,控制该晶体管导通,使得第五开关35导通。

由上述可知,阈值电压Vth大于负载电路20的最低工作电压Vmin(Vth>Vmin)。因此,当该电池电压Uo大于阈值电压Vth,可以确保电池13向负载电路20输出的电池电压Uo能够正常驱动负载电路20进行工作。因此可以通过主控模块200检测电池13向负载电路20输出的电池电压Uo是否大于电池13的阈值电压Vth。当阈值电压Vth大于电池13的阈值电压Vth时,可以将图6b所示的第一开关31导通、第二开关32断开。例如,向第一开关31中第一晶体管S1的栅极g输入选通信号,控制第一晶体管S1导通,使得第一开关31导通。向第二开关32中的第二晶体管S2的栅极g输入选通信号,控制第二晶体管S2截止,使得第二开关32断开。这样一来,电池13可以通过电压转换电路30中的第五开关35,沿图6b中的虚线箭头,通过第一开关31向负载电路20提供电压。

需要说明的是,本申请实施例提供的终端01的上述第一种工作模式和第二种工作模式可以同时进行。例如,当通过外接充电器对终端01中的电池13进行充电的时,如果终端01运行较大的程序,例如拍照,外接充电器的充电电流通过电压转换器30,可以与电池13提供的充电电流同时输出至负载电路20。此外,当充电器只对终端01进行充电,而不使用终端01中的程序时,则终端01只进行上述第一种工作模式。或者,当该终端01运行应用程序,可以不对终端01进行充电时,则终端01可以只进行上述第二种工作模式。

又例如,在终端01的第三种工作模式中,终端01工作在低温环境(例如,10℃以下、5℃或者0℃以下)下,或者终端01的电池老化(例如电池的充放电次数大于300次或者500次)时,电池13的电池电压Uo会降低至阈值电压Vth,从而使得电池电压Uo存在无法正常驱动负载电路20进行工作的可能。由上述可知,电压转换电路30具有升压功能,因此可以通过电压转换电路30对电池电压Uo进行升压,并将升压后的电压,例如第二电压V2向负载电路20进行供电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法可以包括如图7所示的S101~S105。

S101、检测模块201进行检测。

在负载电路20包括如图6c所示的主控模块200和与该主控模块200相耦接的检测模块201的情况下,在本申请的一些实施例中,检测模块201可以为上述温度传感器,其检测终端01的环境温度,并将检测结果传输至主控模块200。或者检测模块201可以为上述电量计量芯片,其检测电池13的充放电循环次数,并将检测结果传输至主控模块200。

S102、判断终端01是否处于低温环境,或者电池13是否老化。

接下来,主控模块200可以将检测模块201检测的终端01的环境温度,与预设温度(例如,10℃以下、5℃或者0℃)进行比对,当上述环境温度低于预设温度,说明终端01在低温环境中进行使用。

或者,主控模块200可以将检测模块201检测的电池13的充放电循环次数,与预设次数(300次或者500次)进行比对,当上述电池13的充放电循环次数大于预设次数,说明电池13处于老化状态。

当终端01处于低温环境,或者电池13老化时,主控模块200可以检测电池13的放电电流I

其中,阈值电流可以为Ith=0.01C。其中,C为电池的容量。其中,当上述终端01为手机时,该电池13的容量C可以为3000mAh~5000mAh,此时,上述阈值电流Ith可以为(30mA~50mA)。本申请实施例对阈值电流Ith的具体数值的设定不做限制,只要能够保证执行S103的判断条件为放电电流I

在此情况下,当终端01运行较小的程序(例如,运行微信程序)时,电池13需要向负载电路20提供较小的电流,电池13的放电电流I

这样一来,在判断电池电压20是否降低至阈值电压Vth之前,通过判断放电电流I

此外,当终端01未处于低温环境,或者电池13未发生老化,则执行图7所示的S105,例如,电池13通过第一开关31向负载电路20供电。

S103、判断电池电压U

当终端01处于低温环境,或者电池13老化时,电池13等效阻抗R会上升,导致电池电压U

当电池电压U

S104、电压转换电路30对电池13的电池电压U

电压转换电路30升压之前,第六开关36(如图6c所示)断开,而第四开关34可以导通也可以断开,电压转换电路30的第二输出端Vo2的电压与电池13的电池电压U

此外,电压转换电路30升压过程为:首先,断开第三开关33,导通第五开关35。然后采用PWM信号控制第四开关34中晶体管的栅极g和第六开关36中晶体管的栅极g,使得第四开关34和第六开关36能够交错导通。在电压转换电路30升压的第一阶段,先导通第六开关36,断开第四开关34。电池13的电池电压U

接下来,在电压转换电路30升压的第二阶段,导通第四开关34,断开第六开关36。此时,由于第一电感L1的电流保持特性,第三电容C3放电过程中流经第一电感L1的电流不会马上变为零,而是缓慢的由充电完毕时的值变为零,但是由于第六开关36已断开,所以第一电感L1只能通过第四开关34放电,并在放电过程中对第二电容C2进行充电。第二电容C2两端的电压(即第二输出端Vo2的电压)升高,此时电压已经高于电池13的电池电压U

在此情况下,上述第一电感L1、第四开关34、第六开关36、第二电容C2以及第三电容C3可以构成升压电路。从而使得电压转换电路30完成对电池电压U

当电压转换电路30对电池电压U

此外,由上述可知,第一开关31的第一端(第一晶体管S1的漏极d)也与负载电路20相耦接,且该第一开关31具有单向关断的功能。在电压转换电路30执行上述升压过程中,向第一晶体管S1的栅极g提供的选通信号控制第一晶体管S1截止。当电压转换电路30将电池电池U

由上述可知,电池13的电池电压U

综上所述,本申请实施例提供的终端01中,设置有与电池13相耦接的电压转换电路30,以及与该电压转换电路30相耦接的第一开关31和第二开关32。上述电池13、第一开关31以及第二开关32还与终端01中的负载电路20相耦接。外接充电设备可以通过电压转换电路30向电池13提供第一电压V1,以对该电池13进行充电。此外,在常温环境下或者电池13没有老化的情况下,电池13的电池电压U

此外,当终端01工作在低温环境下,或者,电池13处于老化状态时,电池13等效阻抗R会上升,导致电池电压U

这样一来,一方面,在低温环境和电池13老化时,虽然电池电压U

此外,电池13放电过程中,电池电压U

常温(例如20℃)状态,或者电池13未老化(例如,充放电次数为200次)时,电池13的放电截止电压Voff_a可以为3.0V,由上述可知,当电池电压U

此时,电池13的阈值电压Vth(例如,3.7V)、负载电路20的最低工作电压Vmin(例如3.3V)、放电截止电压Voff_a(例如,3.0V)以及欠压保护电压V0_a(2.5V)满足公式:Vth>Vmin>Voff_a>V0_a。

然而,上述放电截止电压Voff会随着温度降低或者电池13的老化程度增加而降低。例如,低温(例如。0℃)状态,或者电池13老化(例如,充放电次数为500次)时,电池13的放电截止电压Voff_b可以下降为2.4V。此时,放电截止电压Voff_b已经小于常温或电池未老化时设定的欠压保护电压V0_a(例如,2.5V)。如果此时不调低欠压保护电压V0_a,当电池13的电池电压U

为了解决上述问题,在上述S104之前,例如,电压转换电路30对电池电压U

此时,电池13的阈值电压Vth(例如,3.7V)、负载电路20的最低工作电压Vmin(例如3.3V)、放电截止电压Voff_b(例如,2.4V)以及欠压保护电压V0_a(2.0V)满足以下公式:Vth>Vmin>Voff_b>V0_a。

这样一来,在低温或者电池老化的情况下,当电池13电压降低至阈值电压Vth时,该电池13在进一步放电的过程中,其电池电压U

由上述可知,电池13的放电截止电压Voff会随温度、电池老化程度等因素变化的,而电池13的阈值电压Vth、负载电路20的最低工作电压Vmin不会随着温度、电池老化程度等因素变化。此外,无论电池13的放电截止电压Voff如何变化,而引起欠压保护电压V0发生相应的调节,电池13当前状态的上述各个电压均满足公式:Vth>Vmin>Voff>V0。

此外,终端01还有第四种工作模式。在该工作模式中,电池13的电池电压Uo通过电压转换电路30的升压后,可以由该电压转换电路30的输入端Vin向外接装置,例如给蓝牙耳机进行充电或给手机等电子设备充电。

示例二

本申请实施例提供一种充放电管理芯片04,如图8所示,该充放电管理芯片04包括如图8所示的第一开关31、第二开关32以及电压转换电路30。

与示例一的相同之处在于,第一开关31可以包括第一晶体管S1和第一二极管D1。第二开关32可以包括第二晶体管S2和第二二极管D2。或者,在本申请的另一些实施例中,第二开关32还可以包括第三二极管D3(如图5c所示)。此外,电压转换电路30可以包括如上所述的第三开关33、第四开关34、第五开关35、第六开关36、第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3。该电压转换电路30中各个元器件的连接关系同上所述,此处,不再赘述。

与示例一的不同之处在于,第一开关31、第二开关32以及电压转换电路30集成于同一个芯片,即例如上述充放电管理芯片04中。如图8所示,充放电管理芯片04具有输入端Vin、第一输出端Vo1、第二输出端Vo2以及第三输出端Vo3。其中,如图9所示,第一输出端Vo1、第二输出端Vo2与负载电路20相耦接。第三输出端Vo3与电池13相耦接。

基于此,第一开关31的第一端(第一晶体管S1的漏极d)与第一输出端Vo1相耦接。在此情况下,当电池电压U

本示例中,具有该充放电管理电路芯片04的终端01的与示例一中的终端01相同,均具有上述工作模式。并且,在各个工作模式下,终端01中充放电管理电路芯片04的工作过程与充放电管理电路14的工作过程同理可得,此处不再赘述。

示例三

本示例中,与示例一相同,上述充放电管理电路14可以包括如图10所示的电压转换电路30、第一开关31和第二开关32。其中,第一开关31和第二开关32的结构同上所述,此处不再赘述。与示例一不同之处在于,该电压转换电路30包括如图10所示的低压差线性稳压器41和升压电路42。

其中,低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO)41可以具有输入端Vin,该输入端Vin用于接收输入端电压,例如5V或9V。此外,该低压差线性稳压器41还具有第一输出端Vo1和第二输出端Vo2。该低压差线性稳压器41的第一输出端Vo1与第一开关31的第二端(例如第一开关31中第一晶体管S1的源极s)相耦接。该低压差线性稳压器41的第二输出端Vo2与电池13相耦接。该低压差线性稳压器41用于将输入端Vin接收到的输入电压降压至第一电压V1(例如4.4V),并将第一电压V1提供至电池13,以对该电池13进行充电。

此外,控制第一开关31导通、第二开关32断开。例如,向第一开关31中的第一晶体管S1的栅极g输入选通信号,控制第一晶体管S1导通,从而使得第一开关31导通。此外,向第二开关32中的第二晶体管S2的栅极g输入选通信号,控制第二晶体管S2截止,从而使得第二开关32断开。LDO41可以将上述第一电压V1(例如4.4V)通过第一开关31中的第一晶体管S1提供至负载电路20,以驱动负载电路20进行工作。

在本申请实施例中,上述LDO41可以包括稳压开关411。该稳压开关411可以由一个晶体管和两个相对设置的二极管构成,其中一个二极管,例如阳极c与该晶体管的源极s相耦接,阴极c与该晶体管的漏极d相耦接的二极管为该晶体管的寄生二极管。此外,另一个二极管可以为单独设置的二极管。使得具有上述两个二极管的稳压开关411具有上述双向关断的功能。当稳压开关411耦接于输入端Vin和第一输出端Vo1之间,该稳压开关411能够调节其自身导通阻抗的大小,从而使得上述第一电压V1的电压值可以稳定在预设的范围内,而不会受到输入电压或者负载电路20的波动的影响。

在本申请的一些实施例中,上述LDO41还可以包括电池控制开关412,该电池控制开关412也可以由一个晶体管和两个相对设置的二极管构成,其中一个二极管为该晶体管的寄生二极管。寄生二极管的设置方式同上所述,此处不再赘述。此外,另一个二极管可以为单独设置的二极管。使得具有上述两个二极管的电池控制开关412具有上述双向关断的功能。电池控制开关412耦接于稳压开关411和电池13之间,用于将稳压开关411输出的第一电压V1通过第二输出端Vo2传输至电池13之间。或者,为了防止电池13发生过充、过放等现象而及时将稳压开关411和电池13断开。

此外,升压电路42与LDO41、第二开关32的第二端(例如该第二开关32中第二晶体管S2的漏极d)相耦接。同理可得,向第二开关32中的第二晶体管S2的栅极g输入选通信号,控制第二晶体管S2截止,使得第二开关32断开。此外,向第一开关31中的第一晶体管S1的栅极g输入选通信号,控制第一晶体管S1截止。此时,电池13的电池电压U

接下来,升压电路42对电池电压U

同上所述,当电压转换电路30将电池电压U

在本申请的一些实施例中,如图10所示,上述升压电路42可以包括:第二电感L2、第七开关37、第八开关38、第四电容C4以及第五电容C5。其中第七开关37包括一个晶体管和该晶体管的寄生二极管。第八开关38包括一个晶体管和该晶体管的寄生二极管。寄生二极管的设置方式同上所述,此处不再赘述。

第二电感L2的第一端b1与LDO41和第四电容C4的第一端b1相耦接。第二电感L2的第二端b2与第七开关37的第一端(第七开关37中晶体管的源极s)相耦接。第七开关37的第二端(第七开关37中晶体管的漏极d)与第二开关32的第二端(第二开关32中的第二晶体管S2的漏极d)以及第五电容C5的第一端b1相耦接。第七开关37的选通端用于接收选通信号。第四电容C4的第二端b2接地,第五电容C5的第二端b2接地。第八开关38的选通端用于接收选通信号。上述第七开关37和第八开关38的选通端接收上述选通信号的过程同上所述,此处不再赘述。第八开关38的第一端(第八开关38中晶体管的漏极d)与第二电感L2的第二端b2相耦接,第八开关38的第二端(第八开关38中晶体管的源极s)接地。

以下,基于图10所示的电路结构,对该终端01工作模式进行详细的举例说明。

在终端01的第一种工作模式中,需要向终端01进行充电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括:

首先,将上述终端01通过数据线03和适配器02与外接供电网络(例如220V)或者外接充电器相耦接。同上所述,适配器02可以将220V转换成直流电压(例如5V或者9V)。该直流电压可以作为LDO41输入端Vin的输入电压。

接下来,LDO41中的稳压开关411和电池控制开关412导通。例如,向稳压开关411中晶体管的栅极g输入选通信号,控制该晶体管导通,从而使得稳压开关411导通。此外,向电池控制开关412中的晶体管的栅极g输入选通信号,控制该晶体管导通,从而使得电池控制开关412导通。LDO41将输入端Vin接收到的输入电压降压至第一电压V1(例如4.4V)。然后,沿如图11a中的虚线箭头所示方向,经过该LDO41的第二输出端Vo2传输至电池13,以对该电池13进行充电。

在对电池13充电的过程中,需要断开第二开关32。第一开关31可以导通。例如,向第二开关32中的第二晶体管S2的栅极g输入选通信号,控制第二晶体管S2截止,以断开第二开关32。此外,向第一开关31中的第一晶体管S1的栅极g输入选通信号,控制第一晶体管S1导通,以导通该第一开关31。这样一来,在对电池13进行充电的过程中,LDO41可以将输入端Vin的电压(例如5V或9V)降低至第一电压V1(例如4.4V)后,可以将该第一电压V1施加至电池13的同时,还可以通过第一开关31中的第一晶体管S1施加至负载电路20。从而可以在终端01充电的过程中,使用终端01的一些功能,例如拍照、发信息、观看视频等。

又例如,在终端01的第二种工作模式中,终端01中的电池13向负载电路20进行供电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括:

首先,导通电池控制开关412,导通方式同上所述此处不再赘述。然后,可以通过主控模块200检测电池13向负载电路20输出的电池电压Uo是否大于电池13的阈值电压Vth。当电池电压Uo大于电池13的阈值电压Vth时,可以将图11b所示的第一开关31导通、第二开关32断开。例如,向第二开关32中的第二晶体管S2的栅极g输入选通信号,控制第二晶体管S2截止,以断开第二开关32。此外,向第一开关31中的第一晶体管S1的栅极g输入选通信号,控制第一晶体管S1导通,以导通该第一开关31。这样一来,电池13可以通过LDO41中的电池控制开关412,沿图11b中的虚线箭头,通过第一开关31中的第一晶体管S1向负载电路20输出上述电池电压Uo。由上述可知,阈值电压Vth大于负载电路20的最低工作电压Vmin。因此,当该电池电压Uo大于阈值电压Vth,可以确保电池13向负载电路20提供的电压能够正常驱动负载电路20进行工作。

同上所述,本示例中的终端01的上述第一种工作模式和第二种工作模式可以同时进行。例如当通过外接充电器对终端01中的电池13进行充电的时,如果终端01运行较大的程序,例如拍照,外接充电器的充电电流通过电压转换器30,可以与电池13提供的充电电流同时输出至负载电路20。同上所述,当仅对终端01进行充电时,终端01工作于第一种工作模式。当仅使用终端01的程序时,终端01工作于第二种工作模式。

又例如,在终端01的第三种工作模式中,LDO41的输入端Vin与外接充电设备断开,且终端01工作在低温环境下,或者终端01的电池老化时,电池电压Uo通过电压转换电路30的升压后,如图11c所示,再向负载电路20进行供电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括如图7所示的S101~S105。其中,S101、S102、S103、S105的执行过程与示例一相同,此处不再赘述。

与示例一的不同之处在于,由于本示例中,电压转换电路30包括如图10所示的LDO41和升压电路42。升压电路42升压之前,第八开关38断开,第七开关37可以导通也可以断开,LDO41的第一输出端Vo1的电压与升压电路42输出的电压相等。

此外,执行图7中的S104具体包括:升压电路42中,采用PWM信号控制第七开关37和第八开关38交错导通。在升压电路42升压的第一阶段,先导通第八开关38,断开第七开关37。LDO41的第一输出端Vo1向第二电感L2和第四电容C4充电。第八开关38的导通时长和第七开关37的断开时长能够决定第四电容C4的充电电量的大小。此时,LDO41的第一输出端Vo1的电压与升压电路42输出的电压仍然相等。

接下来,在升压电路42升压的第二阶段,导通第七开关37,断开第八开关38。此时,由于第二电感L2的电流保持特性,第四电容C4在放电的过程中流经第二电感L2的电流不会马上变为零,而是缓慢的由充电完毕时的值变为零,但是由于第八开关38已断开,所以第二电感L2只能通过第七开关37放电,并在放电过程中对第五电容C5进行充电。第五电容C5两端的电压(即升压电路42输出的电压)升高,此时电压已经高于LDO41的第一输出端Vo1的电压,从而实现升压过程。

第七开关37、第八开关38、第四电容C4、第五电容C5以及第二电感L2构成的上述升压电路42对电池电压UO进行升压,生成第二电压V2,并将第二电压V2提供至负载电路20。

在升压电路42执行上述升压操作的过程中,可以控制第一开关31中的第一晶体管S1截止,并控制第二开关32断开。例如,向第一开关31中的第一晶体管S1的栅极g输入选通信号,控制第一晶体管S1截止。向第二开关32中的第二晶体管S2的栅极g输入选通信号,控制第二晶体管S2截止,以断开第二开关32。

此外,当升压电路42执行上述升压操作生成第二电压V2后,可以导通第二开关32。例如,向第二开关32中的第二晶体管S2的栅极g输入选通信号,控制第二晶体管S2导通,以导通第二开关32。由上述可知,第一开关31的第一端(第一晶体管S1的漏极d)也与负载电路20相耦接,且该第一开关31具有单项关断的功能。因此当升压电路42升压成的第二电压V2通过第二开关32传输至负载电路20时,该第一开关31中第一晶体管S1漏极d的电压大于第一晶体管S1的源极s的电压,从而使得该第一开关31中的第一二极管D1处于截止状态。此时,由于第一晶体管S1已经截止,从而使得整个第一开关31处于断开的状态。电池13的电池电压U

这样一来,在低温环境和电池13老化时,虽然电池电压U

此外,同上所述,在低温或者电池老化的情况下,在上述S104之前,例如升压电路42对电池电压U

示例四

本示例提供的终端01中的充放电管理电路14,如图12所示,可以包括LDO41和升压电路42。LDO41与电池13相耦接。升压电路42与LDO41和负载电路20相耦接。其中,上述升压电路42与示例三的结构相同,可以包括:第二电感L2、第七开关37、第八开关38、第四电容C4以及第五电容C5。该升压电路42中各个部件的连接方式同上所述,此处不再罪数。

以下,基于图12所示的电路结构,对该终端01工作模式进行详细的举例说明。

在终端01的第一种工作模式中,需要向终端01进行充电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括:

首先,将上述终端01通过数据线03和适配器02与外接供电网络(例如220V)或者外接充电器相耦接。同上所述,适配器02可以将220V转换成直流电压(例如5V或者9V)。该直流电压可以作为LDO41输入端Vin的输入电压。

接下来,LDO41中的稳压开关411和电池控制开关412导通,导通方式同上所述,此处不再赘述。LDO41将输入端Vin接收到的输入电压降压至第一电压V1。然后,将升压电路42中的第七开关37导通,使得LDO41将通过输入电源Vin接收到的输入电压(例如5V或者9V)降压至第一电压V1(例如,4.4V),并提供至电池13。

又例如,在终端01的第二种工作模式中,终端01中的电池13向负载电路20进行供电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括:

首先,导通电池控制开关412,导通方式同上所述,此处不再赘述。然后,可以通过主控模块200检测电池13向负载电路20输出的电池电压Uo是否大于电池13的阈值电压Vth。当电池电压Uo大于电池13的阈值电压Vth时,可以将升压电路42中的第七开关37导通,例如向该第七开关37中的晶体管的栅极g输入选通信号,控制该晶体管导通,使得电池13可以通过LDO41中的电池控制开关412,再通过第七开关37中的晶体管向负载电路20提供电压。

同上所述,本示例中的终端01的上述第一种工作模式和第二种工作模式可以同时进行。例如,当通过外接充电器对终端01中的电池13进行充电的时,终端01可以运行上述较大的程序。

又例如,在终端01的第三种工作模式中,终端01工作在低温环境下,或者终端01的电池老化时,电池13的电池电压Uo通过电压转换电路30的升压向负载电路20进行供电。在该工作模式下,上述终端01的供电方法包括:

首先,检测模块201进行检测。例如,在本申请的一些实施例中,检测模块201可以为上述温度传感器,其检测终端01的环境温度,并将检测结果传输至主控模块200。或者检测模块201可以为上述电量计量芯片,其检测电池13的充放电循环次数,并将检测结果传输至主控模块200。

接下来,判断终端01是否处于低温环境,或者电池13是否老化。

当终端01未处于低温环境,或者电池13未发生老化时,电池13通过第一开关31向负载电路20供电。而当终端01处于低温环境,或者电池13老化时,可以先判断电池13的放电电流I

接下来,当电池电压U

这样一来,在低温环境和电池13老化时,虽然电池电压U

此外,同上所述,在低温或者电池老化的情况下,在升压电路42对电池电压U

以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

相关技术
  • 一种终端及其供电方法、充放电管理电路
  • 一种充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统和管理方法
技术分类

06120113032046