充電器及充電系統的製作方法

2023-07-29 11:14:16

專利名稱：充電器及充電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子技術，尤其涉及一種充電器及充電系統。
背景技術：
圖I為現有技術中提供的充電器的結構示意圖，從圖I中可以看出，充電器通過其內部的電壓採樣反饋單元檢測電容C兩端的電壓(也即充電器的輸出電壓)，然後將檢測到的電壓通過電壓採樣反饋單元處理後反饋給脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation,簡稱為PWM)控制器，從而控制輸出電壓，將充電器的輸出電壓維持在用戶預先設定的電壓(比如5V)。終端與圖I所示的充電器建立連接之後，可以採用低壓差線性穩壓器(Low DropOut regulator,簡稱為LD0)線性模式或者直流電(Direct Current,簡稱為DC)開關模式為終端的內置電池充電。在線性充電模式下，在為終端電池充電的過程中，終端電池電壓會隨著充電的進行而不斷升高，當電池電壓處於比較低的水平的時候，使用5V的恆定電壓 給電池充電會造電能的多餘損耗，如何在提高充電的有效性的基礎上，降低充電器的能耗，是本領域技術人員有待解決的問題。

實用新型內容本實用新型提供一種用於有效節約能耗的充電器，包括整流器、變壓器、第一二極體、電容、電壓採樣反饋單元、PWM控制器以及半導體開關器件；所述整流器與交流電網相連；所述變壓器的初級一端與所述整流器的輸出端相連，另一端與半導體開關器件相連；所述變壓器的次級一端與所述第一二極體的正極相連，另一端接地；所述電容的一端與所述第一二極體的負極相連，另一端接地；所述電壓採樣反饋單元的兩個輸入端與所述電容並聯；所述PWM控制器的反饋輸入端與所述電壓採樣反饋單元的輸出端相連，所述PWM控制器的輸出端與所述半導體開關器件的控制端相連；其特徵在於，所述充電器還包括電池電壓反饋單元；所述電池電壓反饋單元的兩個輸入端分別連接在終端電池的正負極，輸出端與所述電壓採樣反饋單元相連。如上所述的充電器，所述電壓採樣反饋單元包括光電稱合器，由發光二極體和光敏三極體組成，發光二極體的正極與第一電阻的第二端相連，第一電阻的第一端與所述第一二極體的負極相連；光敏三極體的集電極與所述PWM控制器的輸入端相連，光敏三極體的發射極接地；由第二電阻和第三電阻組成的電壓分壓網絡，第二電阻的第一端與所述第一二極體的負極相連，第二電阻的第二端與第三電阻的第一端相連，第三電阻的第二端接地；為第三電阻提供電壓基準的電壓基準源，電壓基準源的參考端與第三電阻的第一端相連，電壓基準源的導通端與所述發光二極體的負極相連，電壓基準源的接地端接地；所述電池電壓反饋單元包括三極體，發射極和集電極分別與第二電阻的第一端和第二端相連，基極與第三二極體的正極相連；第三二極體的負極與第四電阻的第一端相連，第四電阻的第二端與終端電池正極相串聯。本實用新型還提供一種充電系統，包括終端以及如上所述的充電器；所述充電器中第一二極體的負極為所述充電器的電壓輸出端，所述充電器與所述終端的電池共地；所述電池電壓反饋單元的兩個輸入端分別與所述終端的電池的正極和負極相連。本實用新型的技術效果是在充電器中增設電池電壓反饋單元，用以檢測終端電 池電壓，並將檢測到的終端電池電壓反饋給充電器內部的電壓採樣反饋單元，使得電壓採樣反饋單元可以根據該終端電池的實際電壓實時調整充電器的輸出電壓，從而使得充電器的輸出電壓可以隨著終端電池電壓的升高而逐漸升高，從而有效降低充電器的能耗，達到節能目的。

圖I為現有技術中提供的充電器的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的充電器的結構示意圖；圖3為本實用新型實施例提供的充電系統的結構示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的充電器的具體實現電路圖；圖5為現有技術與本方案的充電器輸出電壓對比不意圖。
具體實施方式
圖2為本實用新型實施例提供的充電器的結構示意圖，圖3為本實用新型實施例提供的充電系統的結構示意圖，結合圖2與圖3所示的內容，本實用新型實施例提供的充電器包括整流器21、變壓器22、第一二極體23、電容24、電壓採樣反饋單元25、PWM控制器26以及半導體開關器件27 ;其中，整流器21與交流(AC)電網20相連；變壓器22的初級一端與整流器21的輸出端相連，變壓器22的初級另一端與半導體開關器件27相連；變壓器22的次級一端與第一二極體23的正極相連，變壓器22的次級另一端接地；電容24的一端與第一二極體23的負極相連，電容24的另一端接地；電壓採樣反饋單元25與電容24並聯；PWM控制器26的反饋輸入端與電壓採樣反饋單元25的輸出端相連，PWM控制器26的輸出端與半導體開關器件27的控制端相連；充電器還包括電池電壓反饋單元28 ;該電池電壓反饋單元28的兩個輸入端分別連接在終端電池的正負極，電池電壓反饋單元28的輸出端與電壓採樣反饋單元25相連。第一二極體23的負極即為充電器的電壓輸出端，充電器與終端的電池共地，電池電壓反饋單元28的兩個輸入端分別與終端的電池的正極和負極相連。其中，需要說明的是，該電池電壓反饋單元28的兩個輸入端可以藉助於充電器中充電線纜上的輔助線而實現，例如標準USB接口的D+/D-信號線。該電池電壓反饋單元28可以是控制晶片或者分立電路，實現對終端電池電壓的測量。參見圖4所示的本實用新型提供的充電器的具體實現電路圖，其中第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、光電耦合器U2、電壓基準源U3所組成的電路為初始的電壓採樣反饋單元25，新增三極體Q2、第三二極體D3、第四電阻R4組成電池電壓反饋單元28。其中，如圖4所示，光電耦合器U2由發光二極體和光敏三極體組成。初始電壓採樣反饋單元25中，R2和R3組成輸出電壓分壓網絡，R3上的電壓和電壓基準源U3中的基準電壓進行比較，只有當R3上的電壓超過電壓基準源U3中的基準電壓，電壓基準源的K端到A端才會有電流流過，從而使得 從R1、光電耦合器U2的I端到2端、電壓基準源U3的K端到A端形成一條電流的通路。而當光電耦合器U2的I端到2端導通時，U2的Vce會導通。通過設置R2和R3的阻值比例，從而獲得固定的輸出電壓Vout。新增Q2、D3、R4後，當Vbat和電池正端連接後，從Vout經過三極體Q2、二極體D3、電阻R4形成一個反饋電流分流迴路，這個分流迴路相當於給R2並聯一個可變電阻(阻值隨著電池電壓的升高而升高)；這樣就相當於動態調整了 R2和R3的比例，從而動態的調整了輸出電壓Vout的實際值。具體的，當Vout仍然大於Vbat時,Q2的Vbe會導通,繼而Vce導通，使得Q2上有電流流過，這樣，流過R2的電流被分流迴路分走一部分，電壓會有所改變，從而可以改變上述電壓採樣反饋單元25中固定的分壓比例，達到動態調整輸出電壓Vout的目的。通過上述電池電壓反饋單元28、電壓採樣反饋單元25以及PWM控制器26的共同作用，可以有效根據實際的電池電壓對充電器的輸出電壓進行動態調整，此時充電器的輸出電壓Vout=Vbat+ Λ V，其中，Λ V為保持最大電流線性充電時，在充電功率器件上(指終端設備側的一個三極體，該三極體連接電源管理單元(Power Management Unit,簡稱為PMU)和電池)的最小壓降，一般可以在O. 2V以下，本方案將AV控制在O. 5V左右，因為Vbat的範圍為3. O疒4. 2V之間，故Vout的範圍可以在3. 5V^4. 7V之間，相比較於之前始終維持在5V，電壓下降了 O. 3V^1. 5V左右，這樣保持終端設備在高效充電的同時，充電器的輸出功率大幅下降，因此，充電器的輸入功率也隨之降低，從而節約了電能。具體的，圖I所示的現有技術中，假設使用5V/1A的充電器(AC/DC轉換效率假設為80%)，給一部內置IOOOmAH電池的終端充電，充電時間為1H，那麼充電器消耗的能量P=5V*1A/80%*1H=6WH。在本實用新型實施例提供的方案中，使用同樣IA輸出電流的充電器，但是輸出電壓隨著電池電壓逐漸升高，那麼充電器的平均輸出電壓V= (3. 5+4. 7)/2=4. IV，充電時間IH不變，那麼充電器消耗的能量P=4. 1V*1A/80%*1H=5. 1W，相對原始充電器節約了 15%的電量。參見圖5所不的現有技術與本方案的充電器輸出電壓對比不意圖。現在全球約有59億部手機，假設全球每天有10%的手機會充電，那麼每天節約的電量Pt= (6-5. 1)*5900000000*10%=5. 3億WH=53萬KWH，相當於一座大型發電站的發電功率。還需要說明的是，如果電池電壓反饋單元28沒有接收到反饋過來的電池電壓，則充電器還是可以按照原始設定的恆定輸出電壓如5V為終端進行充電。本實用新型提供的充電器，在充電器中增設電池電壓反饋單元，用以檢測終端電池電壓，並將檢測到的終端電池電壓反饋給電壓採樣反饋單元，使得電壓採樣反饋單元可以根據該終端電池電壓適時調整充電器的輸出電壓，以使得輸出電壓可以隨著終端電池電壓的升高而逐漸升高，從而有效節約充電器的能耗。最後應說明的是以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部 技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。
權利要求1.一種充電器，包括整流器、變壓器、第一二極體、電容、電壓採樣反饋單元、脈衝寬度調製PWM控制器以及半導體開關器件； 所述整流器與交流電網相連； 所述變壓器的初級一端與所述整流器的輸出端相連，另一端與半導體開關器件相連； 所述變壓器的次級一端與所述第一二極體的正極相連，另一端接地； 所述電容的一端與所述第一二極體的負極相連，另一端接地； 所述電壓採樣反饋單元的兩個輸入端與 所述電容並聯； 所述PWM控制器的反饋輸入端與所述電壓採樣反饋單元的輸出端相連，所述PWM控制器的輸出端與所述半導體開關器件的控制端相連； 其特徵在於，所述充電器還包括電池電壓反饋單元； 所述電池電壓反饋單元的兩個輸入端分別連接在終端電池的正負極，輸出端與所述電壓採樣反饋單元相連。
2.根據權利要求I所述的充電器，其特徵在於，所述電壓採樣反饋單元包括 光電耦合器，由發光二極體和光敏三極體組成，發光二極體的正極與第一電阻的第二端相連，第一電阻的第一端與所述第一二極體的負極相連；光敏三極體的集電極與所述PWM控制器的輸入端相連，光敏三極體的發射極接地； 由第二電阻和第三電阻組成的電壓分壓網絡，第二電阻的第一端與所述第一二極體的負極相連，第二電阻的第二端與第三電阻的第一端相連，第三電阻的第二端接地； 為第三電阻提供電壓基準的電壓基準源，電壓基準源的參考端與第三電阻的第一端相連，電壓基準源的導通端與所述發光二極體的負極相連，電壓基準源的接地端接地； 所述電池電壓反饋單元包括 三極體，發射極和集電極分別與第二電阻的第一端和第二端相連，基極與第三二極體的正極相連；第三二極體的負極與第四電阻的第一端相連，第四電阻的第二端與終端電池正極相串聯。
3.一種充電系統，其特徵在於，包括終端以及如權利要求I或2所述的充電器； 所述充電器中第一二極體的負極為所述充電器的電壓輸出端，所述充電器與所述終端的電池共地；所述電池電壓反饋單元的兩個輸入端分別與所述終端的電池的正極和負極相連。
專利摘要本實用新型提供一種充電器及充電系統。充電器包括整流器、變壓器、第一二極體、電容、電壓採樣反饋單元、PWM控制器以及半導體開關器件；整流器與交流電網相連；變壓器的初級一端與整流器的輸出端相連，另一端與半導體開關器件相連；變壓器的次級一端與第一二極體的正極相連，另一端接地；電容的一端與第一二極體的負極相連，另一端接地；電壓採樣反饋單元的兩個輸入端與電容並聯；PWM控制器的反饋輸入端與電壓採樣反饋單元的輸出端相連，PWM控制器的輸出端與半導體開關器件的控制端相連；其中，充電器還包括電池電壓反饋單元；電池電壓反饋單元的兩個輸入端分別連接在終端電池的正負極，輸出端與電壓採樣反饋單元相連。
文檔編號H02J7/10GK202651863SQ201220308669
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者朱雄偉, 魏孔剛, 郭祖峰 申請人:華為終端有限公司