CN215646224U - 电源管理电路、耳机充电盒以及无线耳机系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电源管理电路、耳机充电盒以及无线耳机系统。所述电源管理电路，其包括：电池；充电及升压电路，其具有充电输入端、与所述电池连接的电池充电端、电压输出端和一个电感，其具有充电模式以及升压供电模式，在所述充电及升压电路处于充电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感利用外部电源通过所述电池充电端对所述电池进行充电控制，在所述充电及升压电路处于升压供电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感将所述电池的电压进行升压变换后通过所述电压输出端输出电压以对外供电，所述电感在同一时刻处于充电模式和升压供电模式中的一个模式中。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种电源管理领域，特别是涉及一种电源管理电路、耳机充电盒以及无线耳机系统。
【背景技术】
如图1所示，现有技术中的TWS(True Wireless Stereo：真无线立体声耳机)耳机充电电路由两部分组成：第一部分电路10位于充电盒中，充电盒中的电路包括第二充电器、升压(Boost)电路；第二部分电路20位于无线耳机中。充电盒中线性充电器实现给充电盒中电池BAT2充电的功能，升压电路的功能是将电池BAT2的升压至预定电压，比如5V，即VCHG的电压为5V电压，无线耳机中第一充电器通过5V电压给耳机电池VBAT1充电。传统设计中第二充电器一般为线性充电电路，其缺点是充电速度慢，发热较大。一种改进方式是将其用开关型充电电路替换，但开关型充电电路需要额外的一个电感器，这样增加了较大的成本，且此电感占用较大的空间。
【实用新型内容】
本实用新型的目的之一在于提供一种电源管理电路，其充电速度快、发热小，成本低、占用空间小。
本实用新型的目的之二在于提供一种耳机充电盒，其采用了充电速度快、发热小，成本低、占用空间小的电源管理电路。
本实用新型的目的之三在于提供一种无线耳机系统，其耳机充电盒采用了充电速度快、发热小，成本低、占用空间小的电源管理电路。
根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种充电管理电路，其包括：电池；充电及升压电路，其具有充电输入端、与所述电池连接的电池充电端、电压输出端和一个电感，其具有充电模式以及升压供电模式，在所述充电及升压电路处于充电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感利用外部电源通过所述电池充电端对所述电池进行充电控制，在所述充电及升压电路处于升压供电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感将所述电池的电压进行升压变换后通过所述电压输出端输出电压以对外供电，所述电感在同一时刻处于充电模式和升压供电模式中的一个模式中。
根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供一种耳机充电盒，其包括：其包括盒体以及设置于所述盒体内的电源管理电路，所述盒体内设置有能够容纳无线耳机的耳机仓。所述充电管理电路包括：电池；充电及升压电路，其具有充电输入端、与所述电池耦接的电池充电端、电压输出端和一个电感，其具有充电模式以及升压供电模式，在所述充电及升压电路处于充电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感利用外部电源通过所述电池充电端对所述电池进行充电控制，在所述充电及升压电路处于升压供电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感将所述电池的电压进行升压变换后通过所述电压输出端输出电压以对外供电，所述电感在同一时刻处于充电模式和升压供电模式中的一个模式中。
根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供一种无线耳机系统，其包括：上文所述的耳机充电盒；无线耳机，能够被放置于所述耳机充电盒的耳机仓内。在所述无线耳机被放置入所述耳机仓内时，所述电源管理电路的电压输出端与所述无线耳机的充电输入端电性耦接。
与现有技术相比，本实用新型中的充电及升压电路具有充电模式以及升压供电模式，在不同模式时是基于同一个电感进行工作的，只有一个电感就可以支持充电模式和升压供电模式，由于采用了基于电感的开关充电方案，其充电速度快、发热小，由于并未增加电感，成本相对较低、占用空间小。
本实用新型可获得具体的、更多的有益效果将在下文中结合具体实施例详细描述。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为现有技术中的无线耳机系统的电路图
图2为本实用新型中的无线耳机系统在一个实施例中的电路图；
图3为图2中的充电及升压电路在一个实施例中的电路图；
图4为图3中的充电及升压电路在充电模式下的电感电流波形图；
图5为图3中的充电及升压电路在升压供电模式下的电感电流波形图；
图6为图3中的充电及升压电路在充电模式和升压供电模式的交替模式下的电感电流波形图；
图7为图3中的充电及升压电路的电压选择电路在一个实施例中的电路图；
图8为图3中的充电及升压电路的混合控制单元在一个实施例中的电路图。
【具体实施方式】
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图2为本实用新型中的无线耳机系统在第一实施例中的电路图。如图2所示的，所述无线耳机系统包括耳机充电盒和无线耳机200。所述耳机充电盒包括盒体以及设置于所述盒体内的电源管理电路100，所述盒体包括盒盖，所述盒体内设置有耳机仓，在所述盒盖打开后，所述无线耳机200能够被放置于所述耳机仓内或从所述耳机仓中取出。所述无线耳机为真无线立体声(TWS)耳机，其可以通过蓝牙与智能终端，比如智能手机、平板电脑等，进行通讯，以便接听电话或听音乐。
如图2所示的，所述电源管理电路100包括充电及升压电路110、电池BAT2和充电器130。所述充电及升压电路110具有充电输入端VIN、与所述电池BAT2耦接的电池充电端VBAT2和电压输出端VO1。
所述无线耳机200包括与充电输入端VCHG1耦接的耳机充电器210、耳机电池BAT1，所述耳机充电器210基于所述充电输入端输入的电压对所述耳机电池BAT1进行充电。在所述无线耳机200被放入所述耳机充电盒中的充电仓中时，所述无线耳机的充电输入端VCHG与所述电源管理电路100的电压输出端VO1耦接，所述无线耳机的接地输入端与所述充电管理电路100的接地输出端耦接。所述无线耳机200还包括模数转换模块220、射频模块230和设置模块240。
所述充电及升压电路110包括一个电感，且具有充电模式以及升压供电模式。在所述充电及升压电路110处于充电模式时，所述充电及升压电路110被配置的基于所述电感利用自充电输入端VIN引入的外部电源通过所述电池充电端VBAT2对所述电池BAT2进行充电控制，在所述充电及升压电路110处于升压供电模式时，所述充电及升压电路110被配置的基于所述电感将所述电池BAT2的电压进行升压变换后通过所述电压输出端VO1输出电压以对外供电。所述电感在同一时刻处于充电模式和升压供电模式中的一个模式中，在充电模式下时，是利用所述电感作为所述充电及升压电路110的储能元件进行能量搬运，在所述充电模式下时，也是利用同一个电感作为所述充电及升压电路110的储能元件进行能量搬运，这样不需要像现有技术中那样采用两个电感，降低了成本，减小了占用的面积。另外，由于在充电模式下，利用了电感进行能量搬运，较现有的线性充电器的方式具有更高的能量效率、更快的充电速度、更小的发热量。
在一个实施例中，在充电输入端VIN的电压高于第一预定阈值VR1且所述电池充电端VBAT2的电压低于第二预定阈值VR2时，所述充电及升压电路110处于充电模式；在充电输入端VIN的电压低于第一预定阈值VR1且所述电池充电端VBAT2的电压高于第二预定阈值VR2时，所述充电及升压电路110处于升压供电模式；在充电输入端VIN的电压高于第一预定阈值VR1且所述电池充电端VBAT2的电压高于第二预定阈值VR2时，所述充电及升压电路110工作在升压供电模式和充电模式的交替模式。在所述交替模式下，一段时间工作于升压供电模式，接下来的一段时间工作于充电模式，之后又返回到升压供电模式，如此循环往复。第一预定阈值VR1高于第二预定阈值VR2。充电输入端VIN的电压高于第一预定阈值VR1意味着所述充电输入端VIN与外部电源建立了连接，充电输入端VIN的电压低于第一预定阈值VR1意味着所述充电输入端VIN未与外部电源建立了连接。所述电池充电端VBAT2高于第二预定阈值VR2意味着所述电池BAT2还有足够的能量对外供电，所述电池充电端VBAT2低于第二预定阈值VR2意味着所述电池BAT2没有足够的能量对外供电。举例来说，第一预定阈值VR1可以是4.5V，第二预定阈值VR2可以是3.2V。图3为图2中的充电及升压电路110在一个实施例中的电路图。如图3所示的，所述充电及升压电路110还包括混合控制单元111、输出电容C1和多个开关器件。所述混合控制单元111用于控制所述多个开关器件的导通和截止，利用所述电感L1作为储能元件进行能量搬运，以实现在充电模式对所述电池进行充电控制，和在所述升压供电模式下通过所述电压输出端输出电压；所述输出电容C1用于稳定所述电压输出端输出的电压。
如图3所示的，在一个实施例中，所述开关器件包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3。所述电感L1耦接于中间节点LX和电池充电端VBAT2之间，第一开关S1耦接于充电输入端VIN和中间节点LX之间，第二开关S2耦接于中间节点LX和接地端之间，第三开关S3耦接于中间节点LX和所述电压输出端VO1之间，所述输出电容C1耦接于所述电压输出端VO1和接地端之间，所述混合控制单元111的第一输入端与所述电压输出端VO1耦接，所述混合控制单元111的第二输入端与所述中间节点LX耦接，所述混合控制单元111的三个输出端GS1、GS2、GS3分别耦接至第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3的控制端。所述充电及升压电路110处于充电模式时，所述混合控制单元111控制所述第三开关S3持续断开，基于中间节点LX的电压获得充电电流，并根据充电电流或所述电压输出端VO1的输出电压控制第一开关S1和第二开关S2交替导通，以实现恒压或恒流充电。具体的，所述混合控制单元111控制第一开关S1的占空比(第一开关在一个周期中的导通时间与该周期的比值)，可以使得所述电压输出端VO1输出的充电电压等于第一预定参考电压值，实现恒压充电，也可以使得所述电压输出端VO1输出的充电电流等于预定参考电流值，实现恒流充电。所述充电及升压电路110处于升压供电模式时，所述混合控制单元111控制所述第一开关S1持续断开，根据所述电压输出端VO1的输出电压以及第二预定参考电压值控制第二开关S2和第三开关S3交替导通以根据所述电池BAT2的电压得到升压后的预定输出电压，此时，所述预定输出电压可以给所述无线耳机200的充电输入端VCHG供电。
如图3所示的，所述充电及升压电路110还包括电压选择电路112，所述电压选择电路112选择充电输入端VIN的电压、电池充电端VBAT2的电压、电压输出端VO1的电压中电压最高的电压并将其输出作为所述混合控制单元111的电源电压。这样可以保证对开关S1、S2、S3进行正常的导通和断开的控制。
图4为图3中的充电及升压电路在充电模式下的电感电流波形图。如图4所示的，定义电感电流从中间节点LX流向电池充电端VBAT2为正值，即图3中从右向左为正值，图4中电感电流始终大于或等于零，在T1时段，混合控制单元MixCTRL控制第一开关S1导通，此时第二开关S2、第三开关S3都断路，电流从充电输入端VIN流经第一开关S1和电感L1，流向电池充电端VBAT2，电感L1电流以(VIN-VBAT2)/L的斜率上升，这段时间内对电感储能，其中VIN为充电输入端VIN的电压值，VBAT2为电池充电端VBAT2节点的电压值(即电池BAT2的电压值)，L为电感L1的电感值。在T2时段，混合控制单元MixCTRL控制第二开关S2导通，此时第一开关S1、第三开关S3都断路，电流从地流经第二开关S2和电感L1，流向电池充电端VBAT2(参考图3)，电感L1电流以(-VBAT2)/L的斜率下降(这段时间内对电感释放能量)。
图5为图3中的充电及升压电路在升压供电模式下的电感电流波形图。如图5所示的，定义电感电流从中间节点LX流向VBAT2为正值，即图3中从右向左流为正值，图5中电感电流始终小于或等于零，图5中的虚线表示零电流参考线，即为0安培，在T1时段，混合控制单元MixCTRL控制开关S2导通(此时S1、S3都断路)，电流从VBAT2流经L1和S2，流向地(参考图3)，电感L1电流以-VBAT2/L的斜率下降(这段时间内对电感储能，电感电流的绝对值增加，因此电感储能增加)。T2时段，混合控制单元MixCTRL控制开关S3导通(此时S1、S2都断路)，电流从VBAT2流经L1和S3，流向VO1(参考图3)，电感L1电流以(VO1-VBAT2)/L的斜率上升(这段时间内对电感释放能量，电感电流的绝对值减小，因此电感储能减小)，其中VO1为电压输出端VO1的电压值。
图6为图3中的充电及升压电路在充电模式和升压供电模式的交替模式下的电感电流波形图。如图6所示的，(定义电感电流从SW流向VBAT2为正值，即图3中从右向左流为正值，图6中电感电流有时候为正值，有时候为负值，其中点划线为0电流参考线，高于此线的部分为正值，低于此线的部分为负值，T1时段，混合控制单元MixCTRL控制开关S1导通(此时S2、S3都断路)，电流从VIN流经S1和L1，流向VBAT2(参考图3)，电感L1电流以(VIN-VBAT2)/L的斜率上升(这段时间内对电感储能)。T2时段，混合控制单元MixCTRL控制开关S2导通(此时S1、S3都断路)，电流从地流经S2和L1，流向VBAT2(参考图3)，电感L1电流以(-VBAT2)/L的斜率下降(这段时间内对电感释放能量)。T3时段，混合控制单元MixCTRL继续控制开关S2导通(此时S1、S3都断路)，电流从VBAT2流经L1和S2，流向地(参考图3)，电感L1电流以-VBAT2/L的斜率下降(这段时间内对电感储能，电感电流的绝对值增加，因此电感储能增加)。T4时段，混合控制单元MixCTRL控制开关S3导通(此时S1、S2都断路)，电流从VBAT2流经L1和S3，流向VO1(参考图3)，电感L1电流以(VO1-VBAT2)/L的斜率上升(这段时间内对电感释放能量，电感电流的绝对值减小，因此电感储能减小)，其中VO1为VO1节点的电压值，VBAT2为VBAT2节点的电压值(即电池BAT2的电压值)，L为电感L1的电感值。
图7为图3中的充电及升压电路110的电压选择电路112在一个实施例中的电路图。所述电压选择电路112包括第三比较器com3、第一选通电路1121、第四比较器com4和第二选通电路1122。第三比较器com3比较充电输入端VIN的电压、电池充电端VBAT2的电压、电压输出端VO1的电压中二个电压的大小，第一选通电路1121根据第三比较器com3的比较结果选通二个电压中的大者。第四比较器com4比较第一选通电路1121选通的电压和充电输入端VIN的电压、电池充电端VBAT2的电压、电压输出端VO1中剩下一个电压的大小，第二选通电路1122根据第四比较器com4的比较结果选通二个电压中的大者。
具体的，第一选通电路1121包括第一反相器INV1、耦接于充电输入端VIN和临时比较端Vm之间的第一选择开关K1和耦接于电池充电端VBAT2和临时比较端Vm之间的第二选择开关K2，第三比较器com2的反相输入端与充电输入端VIN耦接，第三比较器com2的正相输入端与电池充电端VBAT2耦接，第三比较器com2的输出端耦接至第二选择开关K2的控制端，第三比较器的输出端经过第一反相器INV1后耦接至第一选择开关K1。这样，在充电输入端VIN的电压高于电池充电端VBAT2的电压时，第一选择开关K1就会导通，第二选择开关K2就会断开，选择两者中电压高的那个；在充电输入端VIN的电压低于电池充电端VBAT2的电压时，第一选择开关K1就会断开，第二选择开关K2就会导通，选择两者中电压高的那个。第二选通电路1122包括第二反相器INV2、耦接于临时比较端Vm和最终输出端VX之间的第三选择开关K3和耦接于电压输出端VO1和最终输出端VX之间的第四选择开关K4，第四比较器com4的反相输入端与临时比较端Vm耦接，第四比较器com4的正相输入端与电压输出端VO1耦接，第四比较器com4的输出端耦接至第四选择开关K4的控制端，第四比较器com4的输出端经过第二反相器后耦接至第三选择开关K3。这样，在电压输出端VO1的电压高于临时比较端Vm的电压时，第四选择开关K4就会导通，第三选择开关K3就会断开，选择两者中电压高的那个；在电压输出端VO1的电压低于临时比较端Vm的电压时，第四选择开关K4就会断开，第三选择开关K3就会导通，选择两者中电压高的那个。
图8为图3中的充电及升压电路的混合控制单元111在一个实施例中的电路图。如图8所示，所述混合控制单元111包括第一比较器Com1、第二比较器Com2、模式控制单元1111。
第一比较器Com1比较充电输入端VIN的电压和第一预定阈值VR1，第二比较器Com1比较所述电池充电端VBAT2的电压和第二预定阈值VR2，所述模式控制单元1111根据第一比较器Com1和第二比较器Com2的结果选择充电模式、升压供电模式以及升压供电模式和充电模式的交替模式中的一个模式，所述模式控制单元1111的三个输出端分别耦接至第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3的控制端，所述模式控制单元1111的第一输入端与所述电压输出端VO1耦接，所述模式控制单元1111的第二输入端与所述中间节点LX耦接。
在本实用新型中，“耦接”、“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则其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/相连”。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/相连”。也就是说，“耦接”、“相连”等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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
Claims (10)
1.一种电源管理电路，其特征在于：其包括：
电池；
充电及升压电路，其具有充电输入端、与所述电池连接的电池充电端、电压输出端和一个电感，其具有充电模式以及升压供电模式，在所述充电及升压电路处于充电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感利用外部电源通过所述电池充电端对所述电池进行充电控制，在所述充电及升压电路处于升压供电模式时，所述充电及升压电路被配置的基于所述电感将所述电池的电压进行升压变换后通过所述电压输出端输出电压以对外供电，所述电感在同一时刻处于充电模式和升压供电模式中的一个模式中。
2.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于：
在充电输入端的电压高于第一预定阈值且所述电池充电端的电压低于第二预定阈值时，所述充电及升压电路处于充电模式；
在充电输入端的电压低于第一预定阈值且所述电池充电端的电压高于第二预定阈值时，所述充电及升压电路处于升压供电模式；
在充电输入端的电压高于第一预定阈值且所述电池充电端的电压高于第二预定阈值时，所述充电及升压电路工作在升压供电模式和充电模式的交替模式。
3.如权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于：所述充电及升压电路还包括混合控制单元、输出电容和多个开关器件；
所述混合控制单元用于控制所述多个开关器件的导通和截止，利用所述电感作为储能元件进行能量搬运，以实现在充电模式对所述电池进行充电控制，和在所述升压供电模式下通过所述电压输出端输出电压；
所述输出电容用于稳定所述电压输出端输出的电压。
4.如权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于：所述多个开关器件包括第一开关、第二开关、第三开关，
所述电感连接于中间节点和电池充电端之间，第一开关连接于充电输入端和中间节点之间，第二开关连接于中间节点和接地端之间，第三开关连接于中间节点和所述电压输出端之间，所述输出电容连接于所述电压输出端和接地端之间，所述混合控制单元的第一输入端与所述电压输出端耦接，所述混合控制单元的第二输入端与所述中间节点耦接，所述混合控制单元的三个输出端分别连接至第一开关、第二开关和第三开关的控制端，
所述充电及升压电路处于充电模式时，所述混合控制单元控制所述第三开关持续断开，基于中间节点的电压获取充电电流，并根据充电电流或所述电压输出端的输出电压控制第一开关和第二开关交替导通，以实现恒压或恒流充电，
所述充电及升压电路处于升压供电模式时，所述混合控制单元控制所述第一开关持续断开，根据所述电压输出端的输出电压以及参考电压值控制第二开关和第三开关交替导通以根据所述电池电压得到升压后的预定输出电压。
5.如权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于：
所述充电及升压电路还包括：电压选择电路，其选择充电输入端的电压、电池充电端的电压、电压输出端的电压中电压最高的电压并将其输出作为所述混合控制单元的电源电压。
6.如权利要求5所述的电源管理电路，其特征在于：
所述电压选择电路包括第三比较器、第一选通电路、第四比较器和第二选通电路，
第三比较器比较充电输入端的电压、电池充电端的电压、电压输出端的电压中二个电压的大小，第一选通电路根据第三比较器的比较结果选通二个电压中的大者，
第四比较器比较第一选通电路选通的电压和充电输入端的电压、电池充电端的电压、电压输出端的电压中剩下一个电压的大小，第二选通电路根据第四比较器的比较结果选通二个电压中的大者。
7.如权利要求6所述的电源管理电路，其特征在于：
第一选通电路包括第一反相器、连接于充电输入端和临时比较端之间的第一选择开关K1和连接于电池充电端和临时比较端之间的第二选择开关K2，第三比较器的反相输入端与充电输入端耦接，第三比较器的正相输入端与电池充电端耦接，第三比较器的输出端连接至第二选择开关K2的控制端，第三比较器的输出端经过第一反相器后连接至第一选择开关K1，
第二选通电路包括第二反相器、连接于临时比较端和最终输出端VX之间的第三选择开关K3和连接于电压输出端和最终输出端VX之间的第四选择开关K4，第四比较器的反相输入端与临时比较端耦接，第四比较器的正相输入端与电压输出端耦接，第四比较器的输出端连接至第四选择开关K4的控制端，第四比较器的输出端经过第二反相器后连接至第三选择开关K3。
8.如权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于：
所述混合控制单元包括第一比较器、第二比较器、模式控制单元，
第一比较器比较充电输入端的电压和第一预定阈值，第二比较器比较所述电池充电端的电压和第二预定阈值，所述模式控制单元根据第一比较器和第二比较器的结果选择充电模式、升压供电模式以及升压供电模式和充电模式交替模式中的一个模式，
所述模式控制单元的三个输出端分别连接至第一开关、第二开关和第三开关的控制端，所述模式控制单元的第一输入端与所述电压输出端耦接，所述模式控制单元的第二输入端与所述中间节点耦接。
9.一种耳机充电盒，其特征在于，其包括：
其包括盒体以及设置于所述盒体内的如权利要求1-8任一所述的电源管理电路，所述盒体内设置有能够容纳无线耳机的耳机仓。
10.一种无线耳机系统，其特征在于，其包括：
如权利要求9所述的耳机充电盒；
无线耳机，能够被放置于所述耳机充电盒的耳机仓内，
在所述无线耳机被放置入所述耳机仓内时，所述电源管理电路的电压输出端与所述无线耳机的充电输入端电性耦接。
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