本實用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及對于被充電池電壓高于充電電源電壓的電池進行充電的裝置及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛。電子設(shè)備所使用的電源的種類也越來越越豐富，然而，各類電子設(shè)備的電源往往都是專用的，這是由于電子設(shè)備產(chǎn)品的內(nèi)部電池電壓不同所引起的。目前，市場上所銷售的電源主要包括5V USB電源、19V筆記本電腦電源、12V電源以及一些專用電源等。因此，需要相對通用的充電電路或裝置以滿足用戶對具有不同電壓的電池進行充電的需求。

此外，從目前的趨勢來看，5V USB電源已占據(jù)了主要市場。然而對于大部份音響、平板電腦、移動電源、電腦和移動數(shù)字電話等電子產(chǎn)品，其使用的電壓通常高于5V，因此，無法使用5V USB電源充電。在現(xiàn)有技術(shù)中，對于電壓高于電源的電池進行充電時，通常采用直流轉(zhuǎn)直流升壓電路，例如，將5V升至充電電路所需要的電壓值，再利用該電壓值的電源對充電電路供電，以完成對電池充電，這種先升壓再降壓的充電電路，電路設(shè)計非常復(fù)雜，成本較高。另外，如果升壓過程和充電過程的開關(guān)頻率不同步，還會造成電磁干擾、電磁輻射、電路元器件發(fā)熱、充電轉(zhuǎn)換效率較低、充電電流過大等問題。

因此，需要對現(xiàn)有技術(shù)進行改進以解決上述至少一個技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的一個目的是提供一種用于電池充電的新技術(shù)方案，可以對于被充電池電壓高于電源電壓的電池進行充電，并提高充電效率。

根據(jù)本實用新型的第一方面，提供了一種用于電池充電的裝置。該裝置包括充電電源、電磁轉(zhuǎn)換單元、開關(guān)器件、二極管D1、電能暫存單元、電流檢測單元、電壓檢測單元以及控制單元，其中：

所述電磁轉(zhuǎn)換單元的第一端與充電電源的正極連接，用于將所述充電電源提供的電能轉(zhuǎn)換為磁能存儲或?qū)⒋拍苻D(zhuǎn)換為電能以提供電池充電所需的電壓；

所述開關(guān)器件連接于所述電磁轉(zhuǎn)換單元的第二端節(jié)點N1和接地端之間，其中，當(dāng)所述開關(guān)器件導(dǎo)通時，所述電磁轉(zhuǎn)換單元將電能轉(zhuǎn)換為磁能并進行存儲，當(dāng)所述開關(guān)器件斷開時，所述電磁轉(zhuǎn)換單元將磁能轉(zhuǎn)換為電能以提供電池充電所需的電壓；

所述二極管D1的正極連接節(jié)點N1，負極連接節(jié)點N2；

所述電能暫存單元連接于節(jié)點N2和接地端之間，用于暫時存儲由所述電磁轉(zhuǎn)換單元的磁能所轉(zhuǎn)換的電能；

所述電流檢測單元連接于節(jié)點N2和N3之間，用于檢測充電電流的強度；

所述電壓檢測單元連接于節(jié)點N3和接地端之間，用于檢測所述充電電池兩端的電壓；

所述控制單元連接于所述開關(guān)器件，被設(shè)置為基于所述電流檢測單元所檢測的電流強度和電壓檢測單元所檢測的充電電壓來輸出具有不同占空比的信號以控制充電電流的強度或控制所述充電電池兩端的電壓。

優(yōu)選地，所述電磁轉(zhuǎn)換單元是具有磁芯的電感。

優(yōu)選地，所述電能暫存單元是電容。

優(yōu)選地，所述開關(guān)器件是N溝道MOS管，其源極連接于接地端，漏極連接節(jié)點N1，柵極連接所述控制單元。

優(yōu)選地，所述電壓檢測單元包括連接于節(jié)點N3和接地端之間的串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3，其中，所述第二電阻R2和第三電阻R3之間的電壓值輸出至所述控制單元。

優(yōu)選地，所述控制單元包括充電邏輯分析電路和比較器，所述充電邏輯分析電路基于所述電流檢測單元所檢測的電流強度和電壓檢測單元所檢測的充電電壓來控制所述比較器，所述比較器基于所述充電邏輯分析電路的控制以及參考波形來輸出具有不同占空比的信號，以控制充電電流的強度或控制充電電池兩端的電壓。

優(yōu)選地，所述充電邏輯分析電路是單片機或邏輯門電路或比較放大電路。

優(yōu)選地，所述電流檢測單元包括用于電流取樣的第一電阻R1和用于放大所述第一電阻R1兩端的電壓信號的電流取樣放大電路。

優(yōu)選地，所述電流取樣放大電路是三極管放大電路或運算放大器電路。

優(yōu)選地，所述裝置還包括第一電容C1以及第二電容C3，所述第一電容C1并聯(lián)于所述充電電源兩端，所述第二電容C3連接于節(jié)點N3和接地端之間。

優(yōu)選地，所述裝置還包括充電顯示單元，所述充電顯示單元連接至所述控制單元以接收充電電池信息并進行顯示。

優(yōu)選地，當(dāng)所述控制單元檢測到充電電池的電壓低于第一電壓閾值時，輸出周期性脈沖信號以控制進行脈沖式充電。

優(yōu)選地，當(dāng)所述控制單元檢測到充電電池的電壓高于第一電壓閾值時，控制進行恒電流式充電。

優(yōu)選地，當(dāng)所述控制單元檢測到所述充電電池的電壓高于第二電壓閾值時，控制進行恒電壓式充電，所述充電電池兩端電壓不再上升。

優(yōu)選地，在恒壓式充電時，當(dāng)所述控制單元檢測到充電電流的強度低于第一電流閾值時，控制停止充電。

根據(jù)本實用新型的第二方面，提供了一種電子設(shè)備，其包括根據(jù)本實用新型的第一方面所述的用于電池充電的裝置。

本實用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，對于高于電源電壓的電池進行充電時，采用先升壓再降壓的充電電路，電路復(fù)雜，充電效率低。而根據(jù)本實用新型的充電裝置，只有升壓過程，充電轉(zhuǎn)換效率高。

通過以下參照附圖對本實用新型的示例性實施例的詳細描述，本實用新型的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。

附圖說明

被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本實用新型的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本實用新型的原理。

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的用于電池充電的裝置的示意框圖。

圖2是根據(jù)本實用新型的用于電池充電的裝置的一種實施結(jié)構(gòu)的示意電路圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將參照附圖來詳細描述本實用新型的各種示例性實施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本實用新型的范圍。

以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本實用新型及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的用于電池充電的裝置的示意框圖。其中，可用于充電的電池包括鋰電池、鉛酸電池、鎳鎘電池等。

根據(jù)圖1所示，該裝置包括充電電源110、電磁轉(zhuǎn)換單元120、開關(guān)器件130、二極管D1、電能暫存單元180、電流檢測單元140、電壓檢測單元150以及控制單元160。

所述電磁轉(zhuǎn)換單元120的第一端與充電電源110的正極連接，用于將所述充電電源110提供的電能轉(zhuǎn)換為磁能存儲或?qū)⒋拍苻D(zhuǎn)換為電能以提供電池充電所需的電壓。

所述充電電源110是電源適配器或USB接口的電源，用于提供充電的電能。充電電源110可以內(nèi)置于根據(jù)本實用新型的供電裝置，或者是外置的供電裝置。

所述開關(guān)器件130連接于在所述電磁轉(zhuǎn)換單元120的第二端節(jié)點N1和接地端之間，其中，當(dāng)所述開關(guān)器件130導(dǎo)通時，所述電磁轉(zhuǎn)換單元120將電能轉(zhuǎn)換為磁能并進行存儲，當(dāng)所述開關(guān)器件130斷開時，所述電磁轉(zhuǎn)換單元120將磁能轉(zhuǎn)換為電能以提供電池充電所需的電壓。

在一個例子中，所述電磁轉(zhuǎn)換單元120是具有磁芯的電感，例如，選用軟磁體材料的磁芯。

例如，在所述開關(guān)器件130導(dǎo)通時，對電感充電，所述電感將電能轉(zhuǎn)換為磁能并進行存儲，電感轉(zhuǎn)換和存儲的能量與流經(jīng)該電感的電流值和電感值有關(guān)。在所述開關(guān)器件130斷開時，電感放電，電感輸出的電壓與電流值、電感值和負載電阻有關(guān)。因此，在開關(guān)器件130斷開時，電感的輸出電壓與充電電源110的電壓相加用于為充電電池170提供充電電壓。

其中，可以根據(jù)實際應(yīng)用來選擇適當(dāng)?shù)碾姼兄?。電感值越大，效率越高、?qū)動電流越小，電感量越小，效率越低、驅(qū)動電流越大，越容易飽和，而電感飽和可能會導(dǎo)致磁芯過熱。

所述二極管D1的正極連接節(jié)點N1，負極連接節(jié)點N2。通過這種方式，電磁轉(zhuǎn)換單元120和充電電源110所提供的電流可以流經(jīng)二極管D1，并防止電流的回流。

在一個例子中，二極管D1是快速肖特基二極管，肖特基二極管正向壓降小，功耗低并且效率高。

所述電能暫存單元180連接于節(jié)點N2和接地端之間，用于暫時存儲所述電磁轉(zhuǎn)換單元120所提供的電能。

在一個例子中，所述電能暫存單元180是電容。所述電容能夠暫時儲存電荷(即電能)，形成一定的電壓，并在其負載電壓低于電容電壓時，釋放電能。由上述可知，所述電容可以儲存來自于電磁轉(zhuǎn)換單元120(例如電感)的電能，并且可以通過控制開關(guān)器件130的導(dǎo)通和斷開，使所述電容兩端的電壓升高至所需值。

所述電流檢測單元140連接于節(jié)點N2和N3之間，用于檢測節(jié)點N2和N3之間的電壓差，并據(jù)此獲得充電回路的電流強度。

例如，所述電流檢測單元140包括用于電流取樣的第一電阻R1和用于放大所述第一電阻R1兩端的電壓信號的電流取樣放大電路。

例如，所述用于電流取樣的第一電阻R1是指通過測量已知阻值的R1兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律計算流經(jīng)電阻R1的電值，即可獲得充電回路的電流強度。

為了提高充電過程的轉(zhuǎn)換效率，第一電阻R1的阻值非常小，一般在幾毫歐至幾十毫歐之間，例如，選擇0.01歐的第一電阻R1。另外，由于流經(jīng)第一電阻R1的電流也可能非常小，因此，第一電阻R1兩端的電壓可能較低，為了提高電流強度的檢測精度，可以設(shè)置電流取樣放大電路以放大第一電阻R1兩端的電壓信號。

例如，所述電流取樣放大電路包括但不限于三極管放大電路或運算放大器電路。

所述電壓檢測單元150連接于節(jié)點N3和接地端之間，用于檢測所述充電電池170兩端的電壓。例如，直接檢測電池170兩端的電壓或檢測電池170兩端電壓的分壓。

例如，所述電壓檢測單元150包括連接于節(jié)點N3和接地端之間的串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3，其中，所述第二電阻R2和第三電阻R3之間的電壓值反饋至所述控制單元。例如，所述控制單元160可以直接利用所獲得的分壓值或利用分壓原理將所述分壓值轉(zhuǎn)換為充電電池170兩端的電壓。

所述控制單元160連接于所述開關(guān)器件130，被設(shè)置為基于所述電流檢測單元140所檢測的電流強度和電壓檢測單元160所檢測的充電電壓來輸出具有不同占空比的信號以控制充電電流的強度或控制所述充電電池170的充電電壓。

所述開關(guān)器件130是可控開關(guān)。例如，包括但不限于各種類型的MOS管或三極管。

例如，所述開關(guān)器件130是N溝道MOS管，其源極連接于接地端，漏極連接節(jié)點N1，柵極連接所述控制單元160。

所述控制單元160可以是分離的器件或集成器件，例如，單片機或微處理器。

在一個例子中，所述控制單元140包括充電邏輯分析電路和比較器，所述充電邏輯分析電路基于所述電流檢測單元140所檢測的電流強度和電壓檢測單元150所檢測的充電電壓來控制所述比較器，所述比較器基于所述充電邏輯分析電路的控制以及參考波形來輸出具有不同占空比的信號，以控制充電電流的強度或控制充電電池170兩端的電壓。

其中，所述參考波形包括三角波或鋸齒波等，其作為比較器的一路輸入，當(dāng)三角波或鋸齒波信號高于比較器的另一端輸入時，比較器輸出高電平；反之，則輸出低電平。通過這種方式，隨著比較器另一端輸入信號的電平變化，比較器即可輸出占空比可變的信號。

在一個例子中，所述充電邏輯分析電路包括但不限于單片機或邏輯門電路或比較放大電路。

在另一個例子中，所述裝置還包括第一電容C1以及第二電容C3，所述第一電容C1并聯(lián)于所述充電電源110的兩端，所述第二電容C3連接于節(jié)點N3和接地端之間。

所述第一電容C1用于濾出充電電源110的饋線所產(chǎn)生的交流電。

所述第二電容C3用于儲能和濾波，當(dāng)未接入充電電池170時，第二電容C3用于穩(wěn)定輸出電壓。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)未接入充電電池170時，所述電壓檢測單元150所檢測的電壓即電容C3兩端的電壓。

在一個例子中，所述裝置還包括充電顯示單元，所述充電顯示單元連接至所述控制單元160以接收充電電池信息并進行顯示。例如，采用二極管或數(shù)字電路顯示電池的電量等級、電池狀態(tài)及充電電壓等信息。

在對電池170進行充電的過程中，需要考慮電池的充電效率，同時也需防止電池因電流過大或電壓過大而損壞。例如，可以基于電流檢測單元140所檢測的電流強度和電壓檢測單元150所檢測的電池兩端的電壓來控制充電過程。例如，可以采用三段式充電方式。具體包括：

第一階段，當(dāng)所述控制單元160檢測到充電電池170兩端的電壓低于第一電壓閾值時，輸出周期性脈沖信號以控制進行脈沖式充電。在此階段，充入電量增加，電池電壓上升，同時控制充電電流不能過大以避免電池充壞。

第二階段，當(dāng)所述控制單元160檢測到充電電池170兩端的電壓高于第一電壓閾值時，控制進行恒電流式充電。在此階段，充電電流保持恒定，充入電量增加，電池電壓逐漸上升。

其中，上述第一電壓閾值也稱作恒流限制電壓值，即當(dāng)電池170兩端的電壓低于恒流限制電壓時，采用小電流脈沖式充電，當(dāng)電池170兩端的電壓高于恒流限制電壓時，采用恒定電流進行充電。例如，對于5V電池，恒流限制電壓可預(yù)定為3.3V，對于12V的電池，恒流限制電壓可以設(shè)定為9.6V。

第三階段，當(dāng)所述控制單元160檢測到充電電池170兩端的電壓高于第二電壓閾值時，控制進行恒電壓式充電，充電電池170兩端的電壓不再上升。在此階段，充電電壓保持恒定，充入電量繼續(xù)增加，充電電流逐漸變小。例如，對于5V的電池，第二電壓閾值可設(shè)定為4.2V，對于12V的電池，第二電壓閾值可設(shè)定為14.4V。

進一步地，在電池電量充滿后，可以控制停止繼續(xù)充電以避免電池損耗。

例如，當(dāng)所述控制單元160檢測到充電電流的強度低于第一電流閾值時，控制停止充電。其中，所述第一電流閾值可以設(shè)置為恒電流充電時的電流的1/10。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述的電流閾值和/或電壓閾值的取值，只是用于說明實施例，而不作為對本實用新型的限制。在實際應(yīng)用中，上述閾值，可以根據(jù)具體的充電電池種類或根據(jù)本實用新型的充電裝置的器件類型或取值而有所不同。

由上述方案可以看出，根據(jù)本實用新型的用于電池充電的裝置可以利用電感式升壓原理，將低電壓直接升高到被充電池所需的電壓值，直接對電池充電。另外，通過增加電流檢測單元和電壓檢測單元，由控制單元監(jiān)測充電電池兩端的電壓值和充電電流的強度來調(diào)節(jié)或確定充電狀態(tài)，可以提供充電效率并防止電池損壞。此外，由于根據(jù)本實用新型的充電裝置只有一個震蕩電路，一個開關(guān)器件，不存在開關(guān)不同步現(xiàn)象，因此，充電轉(zhuǎn)換效率較高。

根據(jù)本實用新型的用于電池充電的裝置通過改變器件的取值，可以適應(yīng)不同場合充電，例如，應(yīng)用于小功率充電或大功率充電機。

為了進一步明確上述用于電池充電裝置，下面根據(jù)一個具體的實施例來說明其工作原理。

圖2是根據(jù)本實用新型的用于電池充電的裝置的一種實施結(jié)構(gòu)的示意電路圖。

如圖2所示，利用電感式升壓原理對電池進行充電的工作原理具體如下(以對5V電池充電為例)：

例如,當(dāng)未接入充電電池時，開關(guān)器件TR1首先被控制導(dǎo)通，充電電源DC IN、電感L1和TR1組成回路，L1兩端的電壓逐漸升高，L1將電能轉(zhuǎn)換為磁能儲存在L1的電感磁芯上；在L1達到飽和之前，TR1被控制斷開，此時，DCIN電感L1，二極管D1和電容C2組成回路，電感L1上的磁能轉(zhuǎn)換為電能經(jīng)整流二極管D1對電容C2充電，在此過程中，C2兩端的電壓不斷升高，然后經(jīng)電流取樣電阻R1給C3充電，C3上的電壓(取樣電壓)經(jīng)電阻R2和R3分壓后反饋至PWM(脈寬調(diào)制)比較器，與三角波信號發(fā)生器產(chǎn)生的三角波信號進行比較，因此，比較器輸出占空比受取樣電壓控制的方波信號，隨著取樣電壓的升高，TR1的導(dǎo)通時間變短。在C3的電壓逐漸升高的過程中，TR1導(dǎo)通時間變短，而TR1導(dǎo)通時間的變短起到恒壓的作用，因此，C3兩端的電壓逐漸達到恒壓狀態(tài)。

當(dāng)充電電池BT1被接入充電電路后，C3上的電壓會被逐漸降低至接近BT1兩端的電壓，這時R2和R3的電壓取樣失去作用，R1上有較大電流流過形成壓降，而為了提高充電過程的轉(zhuǎn)換效率，通常電阻R1取值非常小，例如10到100毫歐，因此R1兩端的壓降非常小，經(jīng)用于放大所述取樣電流信號的電流取樣放大電路將R1兩端的電壓放大后，同樣送到PWM端與三角波比較，而當(dāng)電流逐漸變大時，TR1導(dǎo)通時間變短。反之，當(dāng)電流逐漸變小時，TR1導(dǎo)通時間變長，從而起到恒流作用。

同時，電壓取樣數(shù)據(jù)和電流取樣數(shù)據(jù)還被輸出到充電邏輯分析電路中。充電邏輯分析電路被設(shè)置為：

當(dāng)電池電壓低于最低恒流電壓時，例如3.3V，則輸出周期性的脈沖信號，例如，每0.5至5秒輸出一個脈沖,脈沖寬度在0.1至1秒之間以控制PWM比較器，并且控制流過電池的電流很小，例如，一般為1/10的充電電流。

隨著充電的進行，當(dāng)電池BT1的電壓上升到大于一個閾值時，例如，恒流限制電壓，充電邏輯分析電路被設(shè)置為不輸出信號，此時只有電流取樣電路的反饋起作用，整個充電電路進入恒流充電狀態(tài)。

當(dāng)電池電壓繼續(xù)上升時，例如，上升至4.2V時(電壓取樣限定值)，這時電壓取樣電路的反饋信號大于電流取樣電路的反饋信號，電流取樣電路的反饋失去作用，電池BT1兩端的電壓被恒定在一個固定的值，充電過程進入恒壓充電狀態(tài)，電流逐漸變小。

當(dāng)電流降低至一個閾值時，例如，小于恒流充電時的電流的1/10時，充電邏輯分析電路輸出關(guān)閉信號(即高阻狀態(tài))，從而關(guān)閉PWM，停止TR1導(dǎo)通，完成一次充電過程。

充電完成之后，如果電池未取出，則電池會因內(nèi)阻而產(chǎn)生自耗電，使得電池電壓降低，當(dāng)充電邏輯分析電路檢測到電池電壓低于設(shè)定值時，例如，電池充滿時電壓的90％時，再次啟動恒壓充電狀態(tài)，周而復(fù)始循環(huán)，這就是浮充狀態(tài)。

在圖2所示的電路中，電容C1用于濾出。整流二極管D1用于防止充電過程中，電流的回流，從而能夠完成升壓充電。電容C2也用于充電回路的儲能。電容C3主要起濾波以及穩(wěn)定輸出電壓的作用。電流取樣放大電路設(shè)置為將電阻R1兩端的電壓進行放大，例如，放大700倍?？刹捎萌龢O管或運算放大器來實現(xiàn)。并聯(lián)在電池兩端的電阻R2和R3，用于獲取充電電池的電壓或開路電壓。

本實用新型還提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括根據(jù)本實用新型的用于電池充電的裝置。該電子設(shè)備例如是音響、無線耳機、移動電源、平板電腦、數(shù)字移動電話、筆記本電腦、汽車、太陽能發(fā)電系統(tǒng)等。

雖然已經(jīng)通過例子對本實用新型的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本實用新型的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本實用新型的范圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求來限定。