CN104065147A - 一种充电适配器、终端、充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电适配器、终端、充电控制方法，用以解决现有技术中存在的充电电流难以提高的问题，其中充电适配器包括：交流变压器、直流变压器、外置充电芯片以及微控制器；其中，交流变压器的输出端分别与直流变压器以及外置充电芯片相连；微控制器用于在充电适配器与终端有效连接后，控制交流变压器提供直流输出，控制直流变压器进行直流变压输出，以及，在充电适配器与终端建立握手连接后，控制外置充电芯片对终端进行充电，采用本发明实施例的充电适配器可以加大充电电流，提高充电效率。

Description

一种充电适配器、终端、充电控制方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言涉及一种充电适配器、终端、充电控制方法。

背景技术

目前的移动终端多采用通过USB接口连接充电适配器进行充电，如图1所示，充电原理为：当充电适配器11与移动终端12连接后，充电适配器中的变压器111将高压220V的交流电转换成5V的直流电，通过USB接口输出到移动终端12，移动终端12的内置充电芯片121再对5V的直流电进行直流变压，最终以合适的电压和电流强度输入电池122。目前移动终端功耗越来越大，电池容量也越来越大，充电发热和充电慢的问题很突出。该充电方式存在以下问题，充电电流难以提高，主要原因是由于从充电适配器输出到电池输入的路径上有损耗，特别是受移动终端充电芯片转换效率制约，很难把充电电流提高到2A以上，即使可以把电流提高到2A以上，也同时增加了充电损耗，这样会导致更为严重的充电发热问题。

发明内容

本发明提供一种充电适配器、终端、充电控制方法及装置，用以解决现有技术中存在的充电电流难以提高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种充电适配器，包括：交流变压器、直流变压器、外置充电芯片以及微控制器；交流变压器的输出端分别与直流变压器以及外置充电芯片相连；微控制器用于在充电适配器与终端有效连接后，控制交流变压器提供直流输出，控制直流变压器进行直流变压输出，以及，在充电适配器与终端建立握手连接后，控制外置充电芯片对终端进行充电。

进一步的，上述充电适配器还包括：具有扩展直流输入管脚以及扩展接地管脚的通用串行总线USB接口；外置充电芯片的直流输出端与USB接口的扩展直流输入管脚连接，USB接口的扩展接地管脚接地。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种终端，包括：充电保护电路、电池、内置充电芯片以及控制器；电池的正极分别与内置充电芯片以及充电保护电路相连；控制器，用于在终端与充电适配器建立握手连接后，向充电保护电路发送控制信号，以使充电保护电路工作；充电保护电路，用于在接收到来自控制器的控制信号并且充电保护电路的输入端电压低于预设参考电压时，开启由充电适配器中的外置充电芯片为电池充电的充电通路。

其中，充电保护电路包括：电压比较器、逻辑门电路、和可控开关电路；电压比较器的第一输入端与终端的充电接口相连，电压比较器的第二输入端用于接收一预设参考电压，其输出端与逻辑门电路的第一输入端相连；逻辑门电路的第二输入端与终端的CPU相连，逻辑门电路的输出端与可控开关电路的控制端相连；可控开关电路其余两端连接在终端的充电接口与电池之间；当充电保护电路的输入端电压输入到电压比较器的第一输入端时，若电压比较器的第一输出端输入的电压小于预设参考电压，则逻辑门电路的输出控制终端的充电接口与电池之间的电路导通；否则，逻辑门电路的输出控制终端的充电接口与电池之间的电路断开。

进一步的，终端还包括具有扩展直流输入管脚以及扩展接地管脚的USB接口；扩展直流输入管脚与电压比较器的第一输入端相连，USB接口的扩展接地管脚接地。

根据本发明的在一方面，还提供了一种充电控制方法，在充电适配器侧执行的流程，包括：在充电适配器与终端有效连接后，通过微控制器控制交流变压器向直流变压器和外置充电芯片输出直流电压，以及控制直流变压器输出第一充电电压，对终端进行充电；在充电适配器与终端建立握手连接之后，通过微控制器控制外置充电芯片基于交流变压器输出的直流电压输出第二充电电压，对终端进行充电。

其中，充电适配器与终端建立握手连接包括：充电适配器向终端发送握手消息，握手消息包括：充电适配器的识别标志；充电适配器接收来自终端的握手响应消息，握手响应消息包括：是否支持快速充电、输入电压、以及输入电流。

其中，控制外置充电芯片基于交流变压器输出直流电压对终端进行充电，包括：在接收到握手响应信息后，控制开启外置充电芯片，根据握手响应信息配置外置充电芯片，向终端发送充电就绪消息；获取来自终端的充电状态消息；重新向终端发送充电就绪消息，直到获取终端返回的充电结束消息。

根据本发明的还一方面，提供了一种充电控制方法，在终端侧执行的流程，包括：在终端与充电适配器有效连接后，通过控制器控制内置充电芯片基于充电适配器输出的第一充电电压为电池充电；在终端与充电适配器建立握手连接之后，通过控制器控制充电保护电路是否开启充电通道，充电通道，用于接收充电适配器输出的第二充电电压为电池充电。

其中，终端与充电适配器建立握手连接包括：当终端接收到充电适配器发来的握手消息时，向充电适配器反馈握手响应消息，握手响应消息包括：是否支持快速充电、输入电压、以及输入电流。

本发明实施例通过对现有充电适配器进行改进，在充电适配器内部增加外置充电芯片，以及为外置充电芯片提供直流电压的交流变压器，可以加大对终端的充电电流，提高充电效率。

附图说明

图1是现有技术中充电适配器与终端的充电电路示意图；

图2为本发明实施例的充电适配器的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的终端的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的终端中充电保护电路的电路原理图；

图5是本实施例提供的充电控制方法在充电适配器侧执行的流程；

图6是本实施例提供的充电控制方法在终端侧执行的流程；

图7是本发明实施例充电适配器对终端的加力充电阶段的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

图2为本发明实施例的充电适配器的电路原理图，如图2所示，该充电适配器，包括：交流变压器、直流变压器、外置充电芯片(即外置charger)以及微控制器；其中，交流变压器的输出端分别与直流变压器以及外置充电芯片相连；微控制器用于在充电适配器与终端有效连接后，控制交流变压器提供直流输出，控制直流变压器进行直流变压输出，以及，在充电适配器与终端建立握手连接后，控制外置充电芯片对终端进行充电，需要说明的是，本文中提到的充电芯片即为charger，它是一个直流变压器，具有将一个高直流电压转换为低直流电压的功能，也具有过压保护等功能；为了表达简洁，本发明的实施例附图中，均用“charger”表示“充电芯片”。

该充电适配器的工作原理为：在充电适配器与充电终端有效连接并且未与终端建立握手连接的情况下，交流变压器将外部提供的交流电压转化为10V左右的直流电压，由直流变压器将该直流电压变压为5V直流电压后，输入给终端，而在充电适配器与终端建立握手连接后，充电适配器中的微控制器，控制开启设置于其内部的外置充电芯片，该外置充电芯片根据来自与交流变压器转换后的直流电压为终端充电。

本实施例提供的充电适配器，是在目前现有的终端充电适配器上额外增加了一个充电通道来对终端进行充电，基于此，需要扩展充电适配器的USB接口，可以在原有的5PIN USB接口基础上，额外扩充或两个电源线，形成7PIN的接口结构，该接口需要兼容标准5PIN USB接口，两个扩展管脚的名称为EX_DC_IN，即扩展直流输入，以及EX_GND，即扩展接地，如图1所示，外置充电芯片的直流输出端与USB的扩展直流输入管脚连接，USB接口扩展接地管脚接地，如图所示，USB接口的扩展接地管脚与接地管脚连接，直流变压器的5V直流输出端与USB接口的VBUS管脚相连。

图3为本发明实施例提供的终端的电路原理图，如图3所示，该终端包括：充电保护电路、电池以及内置充电芯片以及控制器；其中，电池的正极分别与内置充电芯片以及充电保护电路相连；控制器，控制器用于在终端与充电适配器建立握手连接后，向充电保护电路发送控制信号，以使充电保护电路工作；充电保护电路用于在接收到来自控制器的控制信号并且充电保护电路的输入端电压低于预设参考电压时，开启由充电适配器中的外置充电芯片为电池充电的充电通路。

图4是本发明实施例提供的终端中充电保护电路的电路原理图。

如图4所示，该充电保护电路可以包括：电压比较器、逻辑门电路、可控开关电路、该可控开关电路具体可以采用MOS管来实现；电压比较器的第一输入端与终端的充电接口相连，电压比较器的第二输入端用于接收一预设参考电压，其输出端与逻辑门电路的第一输入端相连；逻辑门电路的第二输入端与终端的CPU相连，逻辑门电路的输出端与可控开关电路的控制端相连。

可控开关电路其余两端连接在终端的充电接口与电池之间；当充电保护电路的输入端电压输入到电压比较器的第一输入端时，若电压比较器的第一输出端输入的电压小于预设参考电压，则逻辑门电路的输出控制终端的充电接口与电池之间的电路导通；否则，逻辑门电路的输出控制终端的充电接口与电池之间的电路断开。该充电保护电路的电压比较器用于对充电适配器通过外置充电芯片提供的电压与一参考电压进行比较，以判断外置充电芯片提供的电压是否过高，逻辑门电路用于根据终端内的控制器的信号以及电压比较器的比较结果两个条件来确定是否控制开启MOS管，具体地，在电压比较器判断外置充电芯片提供的电压没有超过一预设值并且控制器向该逻辑门电路输出控制信号时，控制开启MOS管，其中，控制器在检测到终端与充电适配器成功建立握手连接后，即可以向逻辑门电路发出控制信号，二级管起到防止电流反向的作用。

终端还包括具有扩展直流输入管脚以及扩展接地管脚的USB接口；扩展直流输入管脚与电压比较器的第一输入端相连，USB接口的扩展接地管脚接地，即，USB接口的接地管脚与扩展接地管脚连接，USB接口的VBUS脚与内置充电芯片的输入端相连，为其提供输入电源。

图5是本实施例提供的充电控制方法在充电适配器侧执行的流程，如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤401：在充电适配器与终端有效连接后，通过微控制器控制交流变压器向直流变压器和外置充电芯片输出直流电压，以及控制直流变压器输出第一充电电压，对终端进行充电；

步骤402：在充电适配器与终端建立握手连接之后，通过微控制器控制外置充电芯片基于交流变压器输出的直流电压输出第二充电电压，对终端进行充电。

其中充电适配器与终端建立握手连接具体可以包括：充电适配器向终端发送握手消息，握手消息包括：充电适配器的识别标志；充电适配器接收来自终端的握手响应消息，握手响应消息包括：是否支持快速充电、输入电压、输入电流。

控制外置充电芯片基于交流变压器输出直流电压对终端进行充电，包括：

在接收到握手响应消息后，控制开启外置充电芯片，根据握手响应信息配置外置充电芯片，向终端发送充电就绪消息；获取来自终端的充电状态信息；重新向终端发送充电就绪消息，直到获取终端返回的充电结束消息。其中，终端的充电状态消息为其在接收到充电配置器的充电就绪消息后的反馈消息，该充电状态消息用于指示终端目前的充电状态，以便充电适配器根据该充电状态消息确定是否继续为终端充电。

图6是本实施例提供的充电控制方法在终端侧执行的流程，如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤501：在终端与充电适配器有效连接后，通过控制器控制内置充电芯片基于充电适配器输出的第一充电电压为电池充电；

步骤502：在终端与充电适配器建立握手连接之后，通过控制器控制充电保护电路是否开启充电通道，充电通道，用于接收充电适配器输出的第二充电电压为电池充电。

其中，终端与充电适配器建立握手连接包括：当终端接收到充电适配器发来的握手消息时，向充电适配器反馈握手响应消息，握手响应消息包括：是否支持快速充电、输入电压、以及输入电流。

本发明实施例提供的充电适配器对终端进行充电的过程可以分为常规充电阶段和加力充电阶段两部分：

初始阶段下，充电适配器与终端连接后，充电适配器的直流变压器的5V直流输出默认打开，其与USB接口的VBUS脚相连，DC-DC输出端与USB扩展引脚EX_DC_IN相连。支持快速充电的移动终端的内置充电芯片关闭，该内置充电芯片的输入端与VBUS相连，输出端与电池正极相连；USB扩展管脚X_DC_IN与快速充电通道相连，快速充电通道的MOS管开关默认处于断开状态，末端与电池正极相连。

常规充电阶段即为充电适配器与终端连接后，充电适配器的直流变压器的5V直流输出通过USB的VBUS端进入终端的VBUS端；终端内的控制器检测到VUBS有效，则打开内置充电芯片对VBUS输入进行直流变压后输入电池正极。

图7是本发明实施例充电适配器对终端的加力充电阶段的流程图。

其中，充电适配器侧的充电流程如下：

步骤601：充电适配器与终端连接；

步骤602：充电适配器启动充电流程，输出5V直流电压；

步骤603：充电适配器向终端发送握手消息1；

步骤604：如果设备连接异常，则关闭加力充电，返回初始状态；

其中加力充电即为通过充电适配器中的外置充电芯片对终端进行充电。

步骤605：等待来自终端的握手消息2；

步骤606：判断与充电适配器的握手连接是否成功，如果是，则执行步骤607，如果否，则返回步骤604；

步骤607：根据握手消息2中的信息配置外置充电芯片，启动充电；

步骤608：向终端发送充电就绪消息3；

步骤609：等待来自终端的充电状态消息4；

步骤610：判断终端是否及时响应，如果是则返回步骤608，如果否，则返回步骤604，指导终端反馈充电完成消息。

其中，终端侧的充电流程包括：

步骤701：终端与充电适配器连接；

步骤702：检测到VBUS有效，则启动内置充电芯片进行充电；

步骤703：等待来自充电适配器侧的握手消息1；

步骤704：如果设备连接异常，则关闭充电通道，返回初始状态；

步骤705：判断握手连接是否成功，如果握手连接成功，则执行步骤706，如果握手连接失败，则返回步骤704；

步骤706：向充电适配器发送握手消息2；

步骤707：等待来自充电适配器侧的充电就绪消息3；

步骤708：判断终端侧是否及时响应充电就绪消息3，如果是，则执行步骤709，如果否，则返回步骤705。

本发明实施例的提供的充电适配器，通过在常规充电适配器中增加外置充电芯片，可以灵活的提供常规充电功能和加力充电功能，以增加充电电流，从而达到快速充电的目的。同时，由于在充电适配器中增加了外置充电芯片，可以分担由于充电在终端侧产生的热量，不会将热量集中在一侧设备上，即使在超大电流充电时也不会引起任何一侧设备过度发热。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种充电适配器，其特征在于，包括：交流变压器、直流变压器、外置充电芯片以及微控制器；

所述交流变压器的输出端分别与所述直流变压器以及外置充电芯片相连；

所述微控制器用于在所述充电适配器与终端有效连接后，控制所述交流变压器提供直流输出，控制所述直流变压器进行直流变压输出，以及，在所述充电适配器与终端建立握手连接后，控制所述外置充电芯片对所述终端进行充电。

2.如权利要求1所述的充电适配器，其特征在于，所述充电适配器还包括：具有扩展直流输入管脚以及扩展接地管脚的通用串行总线USB接口；

所述外置充电芯片的直流输出端与所述USB接口的扩展直流输入管脚连接，所述USB接口的扩展接地管脚接地。

3.一种终端，其特征在于，包括：充电保护电路、电池、内置充电芯片以及控制器；

所述电池的正极分别与所述内置充电芯片以及所述充电保护电路相连；

所述控制器，用于在所述终端与充电适配器建立握手连接后，向所述充电保护电路发送控制信号，以使所述充电保护电路工作；

所述充电保护电路，用于在接收到来自所述控制器的控制信号并且所述充电保护电路的输入端电压低于预设参考电压时，开启由充电适配器中的外置充电芯片为电池充电的充电通路。

4.根据权利要求3所述的终端，其特征在于，所述充电保护电路包括：

电压比较器、逻辑门电路、和可控开关电路；

所述电压比较器的第一输入端与所述终端的充电接口相连，所述电压比较器的第二输入端用于接收一预设参考电压，其输出端与所述逻辑门电路的第一输入端相连；

所述逻辑门电路的第二输入端与所述终端的CPU相连，所述逻辑门电路的输出端与所述可控开关电路的控制端相连；

所述可控开关电路其余两端连接在所述终端的充电接口与电池之间；

当所述充电保护电路的输入端电压输入到所述电压比较器的第一输入端时，若所述电压比较器的第一输出端输入的电压小于预设参考电压，则所述逻辑门电路的输出控制所述终端的充电接口与电池之间的电路导通；否则，所述逻辑门电路的输出控制所述终端的充电接口与电池之间的电路断开。

5.根据权利要求4所述的终端，其特征在于，所述终端还包括具有扩展直流输入管脚以及扩展接地管脚的USB接口；

所述扩展直流输入管脚与所述电压比较器的第一输入端相连，所述USB接口的扩展接地管脚接地。

6.一种充电控制方法，其特征在于，在充电适配器侧执行的流程，包括：

在充电适配器与终端有效连接后，通过微控制器控制交流变压器向直流变压器和外置充电芯片输出直流电压，以及控制直流变压器输出第一充电电压，对所述终端进行充电；

在所述充电适配器与终端建立握手连接之后，通过微控制器控制外置充电芯片基于交流变压器输出的直流电压输出第二充电电压，对所述终端进行充电。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述充电适配器与所述终端建立握手连接包括：

所述充电适配器向所述终端发送握手消息，所述握手消息包括：所述充电适配器的识别标志；

所述充电适配器接收来自所述终端的握手响应消息，所述握手响应消息包括：是否支持快速充电、输入电压、以及输入电流。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制外置充电芯片基于交流变压器输出直流电压对所述终端进行充电，包括：

在接收到所述握手响应信息后，控制开启所述外置充电芯片，根据所述握手响应信息配置所述外置充电芯片，向所述终端发送充电就绪消息；

获取来自所述终端的充电状态消息；

重新向所述终端发送充电就绪消息，直到获取所述终端返回的充电结束消息。

9.一种充电控制方法，其特征在于，在终端侧执行的流程，包括：

在终端与充电适配器有效连接后，通过控制器控制内置充电芯片基于充电适配器输出的第一充电电压为电池充电；

在终端与充电适配器建立握手连接之后，通过控制器控制充电保护电路是否开启充电通道，所述充电通道，用于接收充电适配器输出的第二充电电压为电池充电。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述终端与充电适配器建立握手连接包括：

当终端接收到充电适配器发来的握手消息时，向所述充电适配器反馈握手响应消息，所述握手响应消息包括：是否支持快速充电、输入电压、以及输入电流。