兼容多種通信指令和支持多級升降壓的開關電源電路的製作方法
2023-05-01 01:07:31 1
兼容多種通信指令和支持多級升降壓的開關電源電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兼容多種通信指令和支持多級升降壓的開關電源電路。包括AC輸入整流、EMI濾波電路、反激開關電路、控制電路、供電電路、輸出整流濾波電路、反饋取樣電路、過衝吸收電路、指令協議接收編碼電路以及指令傳輸電路。其中：AC輸入整流、EMI濾波電路的輸入端與交流電源相連接，輸出端與供電電路的輸入端相連接；反激開關電路的輸入端與控制電路的輸出端和過衝吸收電路的輸出端相連接，輸出端與輸出整流濾波電路的輸入端相連接；控制電路的輸入端與供電電路的輸出端、反饋取樣電路的輸入端相連接，輸出端與反激開關電路的輸入端、指令協議接收編碼電路的輸入端以及指令傳輸電路的輸入端相連接。
【專利說明】兼容多種通信指令和支持多級升降壓的開關電源電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電路領域，更具體地涉及一種具備支持接收多種不同的通信指令並且輸出電壓可調節的特徵的開關電源電路。
【背景技術】
[0002]目前，市場上慣常設計的開關電源充電器僅兼容一種通信協議，從而只能為一種相同類型的可攜式設備充電。作為示例，圖1示出了現有技術中僅支持一種協議方案的開關電源系統的示例性框圖。如圖1所述，在僅支持一種協議方案(例如諸如電流信號的A類通信指令)的開關電源系統中，A類可攜式設備100通過其主控晶片101向開關電源200發送A類通信指令，開關電源200中的解碼晶片201解碼指令後通過功率控制模塊202對輸出功率進行控制，從而向該便攜設備的負載模塊102提供具備可調性的電能。然而由於指令的不兼容，該開關電源200無法向A類可攜式設備之外的其它便攜設備提供輸出調節的功能。
[0003]作為另一示例，圖2示出了現有技術中僅支持一種協議方案的副邊控制開關電源快充電路的示例性圖示。如圖2所示，B類可攜式設備僅支持一種協議方案(例如諸如電壓信號的B類通信指令)，通過僅支持B類通信指令的接收器向開關電源的控制電路提供指令，從而控制供電電路對該可攜式設備充電。同樣，該開關電源無法向B類可攜式設備之外的其它便攜設備提供輸出調節的功能。
[0004]而當給不同的可攜式設備進行充電時，由於可攜式設備所發的通信指令不同，往往需要更換不同的電源充電器給其充電。顯然，這給操作者的操作帶來了極大的麻煩。
[0005]因此，迫切需要一種能夠兼容不同通信協議(指令)、且輸出電壓靈活可調的開關電源電路。
實用新型內容
[0006]至少為了解決以上技術難點，本實用新型提供了一種設計和製造成本低，電路結構簡單，兼容性好的輸出電壓電流可調的開關電源電路。
[0007]根據本實用新型的開關電源電路，包括AC輸入整流、EMI濾波電路、反激開關電路、控制電路、供電電路、輸出整流濾波電路、反饋取樣電路、過衝吸收電路、指令協議接收編碼電路以及指令傳輸電路，其中:AC輸入整流、EMI濾波電路的輸入端與交流電源相連接，輸出端與供電電路的輸入端相連接；反激開關電路的輸入端與控制電路的輸出端和過衝吸收電路的輸出端相連接，輸出端與輸出整流濾波電路的輸入端相連接；控制電路的輸入端與供電電路的輸出端、反饋取樣電路的輸入端相連接，輸出端與反激開關電路的輸入端、指令協議接收編碼電路的輸入端以及指令傳輸電路的輸入端相連接；供電電路的輸入端與AC輸入整流、EMI濾波電路的輸出端相連接，輸出端與反饋取樣電路的輸入端以及控制電路的輸入端相連接；輸出整流濾波電路的輸入端與反激開關電路的輸出端相連接，輸出端與負載以及指令協議接收編碼電路的輸入端相連接；反饋取樣電路的輸入端與供電電路的輸出端、控制電路的輸入端相連接，輸出端與過衝吸收電路的輸入端相連接；過衝吸收電路的輸入端與反饋取樣電路的輸出端相連接，輸出端與反激開關電路的輸入端相連接；指令協議接收編碼電路的輸入端與控制電路的輸出端、輸出整流濾波電路的輸出端以及指令傳輸電路的輸出端相連接，輸出端與負載相連接；並且指令傳輸電路的輸入端與控制電路的輸出端相連接，輸出端與輸出整流濾波電路的輸入端、指令協議接收編碼電路的輸入端相連接。
[0008]本實用新型開關電源充電電路內含市場上多種主流通信協議的解碼電路，對不同類型的可攜式設備所發出的通信指令都能得到很好的加以識別，從而判別是A類型設備、B類型設備、還是C類設備，採用本實用新型開關電源電路所設計的開關電源充電器可以僅用一個充電器給市場上不同類型的設備進行充電，並且根據不同的通信指令輸出不同的等級的電壓，在極大提高系統充電效率的同時，也極大的提高了對各種不同類型可攜式設備的兼容性。
[0009]例如當生產廠家在生產可攜式設備的充電器時，僅需針對該解碼電路製造一種充電設備就能夠很好的兼容幾乎市場上所有的可攜式設備，極大的節約了系統製造成本、安規認證成本。並且在未來可能大大的減少市場上充電器的數量，從而極大的減少以往由於大量的廢舊充電器廢棄所造成的環境汙染。
[0010]將本實用新型提供的開關電源應用在可攜式設備電池充電領域應用，可以應用在多種不同類型的可攜式設備的充電場合，可以極大的節約系統成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]從下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】的描述中可以更好地理解本實用新型，其中:
[0012]圖1示出了現有技術中僅支持一種協議方案的開關電源系統的示例性框圖；
[0013]圖2示出了現有技術中僅支持另一種協議方案的副邊控制開關電源快充電路的示例性圖示；
[0014]圖3示出了根據本實用新型實施例的多通信協議兼容方案的概要性框圖；
[0015]圖4示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的一種示例性接法；
[0016]圖5示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的另一種示例性接法；
[0017]圖6示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的一種接法的詳細圖示；
[0018]圖7示出了外部電阻降壓時控制下降時間的一種示例性方法；
[0019]圖8示出了外部電阻降壓時控制下降時間的另一種示例性方法；
[0020]圖9示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的供電電路的一種示例性接法;
[0021]圖10示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的供電電路的另一種示例性接法；以及
[0022]圖11示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的過衝吸收電路的多種示例性接法。
【具體實施方式】[0023]下面將詳細描述本實用新型各個方面的特徵和示例性實施例。下面的描述涵蓋了許多具體細節，以便提供對本實用新型的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說顯而易見的是，本實用新型可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本實用新型的示例來提供對本實用新型更清楚的理解。本實用新型絕不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本實用新型的精神的前提下覆蓋了相關元素或部件的任何修改、替換和改進。
[0024]根據本實用新型實施例的開關電源電路由兩部分組成，一部分為原邊反饋PWM控制主控晶片，另外一部分為通信協議接收和編碼晶片。
[0025]根據一個實施例，圖3示出了根據本實用新型實施例的多通信協議兼容方案的概要性框圖。如圖3所示，開關電源300包括連接至供電輸入310的功率器件301、指令協議接收編碼電路(指令接收器)302和305、控制晶片304、以及可選地包括上述組件之間的隔離組件303。功率器件301向所連接的可攜式設備302輸出功率，而不同類型的可攜式設備向開關電源發送不同的輸出電壓調節指令(例如指令A、指令B)。
[0026]在圖3中，供電部分適用交流或直流供電等各種供電方式。不同類型的可攜式設備向開關電源發送不同的輸出電壓調節指令，其傳輸方式可以有電流傳輸或電壓傳輸，包括單線或多線等多種編碼方式。指令類型包括電流脈衝、電壓脈衝、數字脈衝信號、PWM脈衝電壓等多種指令。開關電源類型包括隔離型和非隔離型等各種電路結構，隔離型電路結構中其反饋方式適用於原邊反饋方式，另外開關電源功率轉換拓撲結構包括降壓Buck、升壓Boost、升降壓Buck-Boost、反激Flyback、正激Forward等各種電路拓撲結構。
[0027]為便於闡述本實用新型的內容，根據一個實施例，以下以一種用於手機外置充電器的反激式開關電源為例進行說明，但是，本領域技術人員應當理解，本實用新型覆蓋範圍並不僅限於以下實例應用，而是具有更廣泛的應用範圍。
[0028]圖4示出了根據本實用新型實施例的開關電源的一種示例性接法。在圖4中，電路採用交流輸入，電路結構為隔離型反激式開關電源電路。二次側負載設備的發出的A類指令，其方法是通過輸出負載電流按特定規律變化的方式，將其變化通過反激變壓器Tl-A傳輸至原邊晶片U1，來控制輸出電壓的變化。而如果負載設備發出了 B類指令(例如電壓脈衝或電壓準位按特定規律(pattern)變化)，則B類指令可以通過數據接收端D-和/或D+進入晶片U3，晶片U3識別B類指令後對其進行編碼，從而將經編碼的信號經由光電耦合器U2-A傳輸至原邊晶片Ul,用於控制輸出電壓的變化。
[0029]圖5示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的另一種示例性接法。如圖5所示，根據線路啟動方式和供電方式的不同，電路還可以衍生出另外一種形式的電路接法。例如，控制電路的控制晶片Ul可以是8引腳的。並且輸入整流濾波電路與供電電路之間的電阻R2可以被連接至輸入整流濾波電路與控制電路的控制晶片Ul的GATE引腳之間，以提供不同的可控供電方式。
[0030]圖6示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的一種接法的詳細圖示。如圖6所示，根據本實用新型實施例的可調反激式開關電路主要包括以下組件:AC輸入整流、EMI濾波電路⑴、反激開關電路(2)、控制電路(3)、供電電路⑷、輸出整流濾波電路(5)、反饋取樣電路(6)、過衝吸收電路(7)、指令協議接收編碼電路(8)、以及指令傳輸電路(9)。
[0031]AC輸入整流、EMI濾波電路⑴可以包括保險絲FUSE、橋式整流器、X電容部分。AC輸入整流、EMI濾波電路(I)的AB兩點之間還可以包括本領域的其它常見接法。
[0032]反激開關電路(2)可以包括反激變壓器T1-A、開關MOSFET管或BJT三極體Q2、以及原邊電流取樣電阻部分R7。
[0033]控制電路(3)的主要器件是一顆PWM控制晶片及必要的外圍輔助元件，本實施例中是一顆六個功能腳(Pin)或八個功能腳的控制晶片，其中(不按腳位順序):
[0034]VDD:供電輸入腳，用於晶片供電啟動，與供電電路⑷相連，
[0035]FB:反饋取樣腳，用於檢測輸出電壓，與反饋取樣電路(6)相連，
[0036]GND:晶片地腳，晶片的參考地，
[0037]GATE =Gate驅動腳，用於控制功率MOSFET或BJT三極體的開關，與反激開關電路
(2)相連，
[0038]CS:電流採樣腳，用於檢測變壓器原邊電流，在採樣電阻R7上採集電壓信息，與反激開關電路⑵相連，
[0039]DATA:通信指令腳，用於接收負載設備傳送的調節輸出電壓和電流的指令信息，與指令協議傳輸電路(8)相連，
[0040]SOURCE:源級腳，在採用八腳晶片的電路中帶有此腳，與反激開關電路(2)中的MOSFET源級或BJT三極體的發射極相連，以及
[0041]CMP:環路補償腳，在採用八腳晶片的電路中帶有此腳，外接環路補償電容，用於改善負反饋系統環路響應及穩定性。
[0042]指令協議接收編碼電路(8)是6功能腳的解碼編碼晶片，可以接收但不限於以下信號:電壓準位信號、電流準位信號、PWM脈衝調製信號、數字編碼信號等。並且在本實施例中，指令協議接收編碼電路(8)的引腳如下(不按腳位順序):
[0043]VDD:供電腳，用於晶片供電啟動與主控制電路輸出部分(5)相連，
[0044]GND:晶片地腳，晶片的參考地，
[0045]D+:數據正接收端腳，
[0046]D-:數據負接收端腳，
[0047]VD:信號傳輸腳，該腳的編碼脈衝通過光稱傳輸電路(9)傳輸到PWM控制晶片
(3)，以及
[0048]VP:通過R8接PWM主控制晶片(3)輸出Vbus，控制輸出電壓下降時的時間長短。作為一個示例，圖7示出了外接電阻用於控制輸出電壓下降時間的一種示例性方法。
[0049]根據另一個實施例，圖8示出了無外接電阻輸出電壓下降控制的另一種示例性方法。
[0050]此外，除了圖6中示出的接法之外，供電電路⑷的A、B兩點之間還有其它接法。例如，根據一個實施例，圖9示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的供電電路的一種示例性接法；圖10示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的供電電路的另一種示例性接法。如圖9所示,A點可以通過電阻R3,經由開關Ql連接至B點；或者,如圖10所示，A點可以通過電阻R3直接連接至B點。
[0051]如圖6所示，輸出整流濾波電路(5)可以包括輸出整流二極體D8、濾波電容C6、及輸入假負載三個主要部分，根據EMI的需要，輸出整流二極體視D8可以並聯RC吸收電路，針對不同的輸出紋波要求，輸出濾波電路可以增加η型濾波電路或者共模濾波電路。輸出整流濾波電路(5)AB兩點之間還可以包括本領域的其它常見接法。
[0052]反饋取樣電路(6)可以包括變壓器輔助繞組T1-B、以及由一個或多個電阻R4、R5組成的分壓電阻網絡，從而檢測輸出電壓信息。
[0053]過衝吸收電路(7)可以包括吸收電阻R6、吸收電容C5和單向二極體D7三部分。根據一個實施例，圖11示出了根據本實用新型實施例的開關電源電路的過衝吸收電路的多種示例性接法。此外，過衝吸收電路(7)中A、B兩點之間還可以包括但不限於如圖11所述的接法。
[0054]指令傳輸電路(9)可以包括一個或多個限流電阻R9、光耦合器U2-BA、U2_B。指令傳輸電路(9)被連接在原邊反饋PWM控制器(3)、輸出電路(5)以及指令協議接收編碼電路
(8)之間。當指令協議接收編碼電路(8)接收到可攜式行動裝置提供的升壓或降壓信號時，通過內部轉換給出不同類型的信號包括但不限於:電壓準位信號、PWM脈衝調製信號、數字編碼信號等。信號通過光耦傳輸到PWM控制器(3)的一次測實現二次側輸出電壓的多級輸出。
[0055]本實用新型提供的開關電源電路具有以下優點:製造成本低，電路結構簡單，兼容性好且輸出電壓電流可調。
[0056]以上已經參考本實用新型的具體實施例來描述了本實用新型，但是本領域技術人員均了解，可以對這些具體實施例進行各種修改、組合和變更，而不會脫離由所附權利要求或其等同物限定的本實用新型的精神和範圍。此外，附圖中的任何信號箭頭應當被認為僅是示例性的，而不是限制性的，除非另有具體指示。當術語被預見為使分離或組合的能力不清楚時，組件或者步驟的組合也將被認為是已經記載了。
【權利要求】
1.一種開關電源電路，包括AC輸入整流、EMI濾波電路、反激開關電路、控制電路、供電電路、輸出整流濾波電路、反饋取樣電路、過衝吸收電路、指令協議接收編碼電路以及指令傳輸電路，其中: 所述AC輸入整流、EMI濾波電路的輸入端與交流電源相連接，輸出端與所述供電電路的輸入端相連接； 所述反激開關電路的輸入端與所述控制電路的輸出端和所述過衝吸收電路的輸出端相連接，輸出端與所述輸出整流濾波電路的輸入端相連接； 所述控制電路的輸入端與所述供電電路的輸出端、所述反饋取樣電路的輸入端相連接，輸出端與所述反激開關電路的輸入端、所述指令協議接收編碼電路的輸入端以及所述指令傳輸電路的輸入端相連接； 所述供電電路的輸入端與所述AC輸入整流、EMI濾波電路的輸出端相連接，輸出端與所述反饋取樣電路的輸入端以及所述控制電路的輸入端相連接； 所述輸出整流濾波電路的輸入端與反激開關電路的輸出端相連接，輸出端與負載以及所述指令協議接收編碼電路的輸入端相連接； 所述反饋取樣電路的輸入端與所述供電電路的輸出端、所述控制電路的輸入端相連接，輸出端與所述過衝吸收電路的輸入端相連接； 所述過衝吸收電路的輸入端與所述反饋取樣電路的輸出端相連接，輸出端與所述反激開關電路的輸入端相連接； 所述指令協議接收編碼電路的輸入端與所述控制電路的輸出端、所述輸出整流濾波電路的輸出端以及所述指令傳輸電路的輸出端相連接，輸出端與負載相連接；並且 所述指令傳輸電路的輸入端與所述控制電路的輸出端相連接，輸出端與所述輸出整流濾波電路的輸入端、所述指令協議接收編碼電路的輸入端相連接。
2.根據權利要求1所述的開關電源電路，其特徵在於，所述控制電路包括脈衝寬度調製PWM控制晶片，該PWM控制晶片包括: 供電輸入腳，用於為所述控制晶片供電，與所述供電電路的輸出端相連接； 反饋取樣腳，用於檢測所述開關電源電路的輸出電壓，與所述反饋取樣電路的輸入端相連接； 晶片接地腳，用作所述控制晶片的參考地； 驅動腳，用於驅動所述反激開關電路中的開關管，與所述反激開關電路的輸入端相連接; 電流採樣腳，用於對所述反激開關電路中的變壓器的原邊電流進行採樣，與所述反激開關電路的輸出端相連接；以及 通信指令腳，用於接收所述負載傳送的調節輸出電壓和電流的指令信息，與所述指令傳輸電路的輸入端相連。
3.根據權利要求2所述的開關電源電路，其特徵在於，在採用八腳晶片的電路中，該PWM控制晶片還包括:環路補償腳，外接環路補償電容，用於改善負反饋系統環路響應及穩定性。
4.根據權利要求2所述的開關電源電路，其特徵在於，在採用八腳晶片的電路中，該PWM控制晶片還包括:源級腳，用於與所述反激開關電路中的MOSFET源級或BJT三極體的發射極相連。
5.根據權利要求2所述的開關電源電路，其特徵在於，所述指令協議接收編碼電路包括解碼編碼晶片，該解碼編碼晶片包括: 供電腳，用於所述晶片的供電啟動，與所述控制電路的輸出端相連接； 晶片接地腳，用作所述控制晶片的參考地； C:D+腳，用作數據正接收端； D:D-腳，用作數據負接收端；以及 E:VD腳，用於信號傳輸的腳，該E:VD腳的編碼脈衝傳輸到所述PWM控制晶片。
6.根據權利要求5所述的開關電源電路，其特徵在於，該解碼編碼晶片還包括:F:VP腳，通過電阻連接到所述PWM控制晶片、或者直接連接到所述PWM控制晶片，用於輸出電壓信號以控制輸出電壓下降時時間長短。
7.根據權利要求1所述的開關電源電路，其特徵在於，該開關電源電路還包括光耦傳輸電路，連接在所述控制電路和所述指令協議接收編碼電路之間，用處傳輸編碼脈衝。
8.根據權利要求1所述的開關電源電路，其特徵在於，輸出整流濾波電路包括輸出整流二極體和濾波電容。
9.根據權利要求8所 述的開關電源電路，其特徵在於，輸出整流濾波電路還包括π型濾波電路和/或共模濾波電路。
10.根據權利要求1所述的開關電源電路，其特徵在於，反饋電路由取樣電阻組成。
11.根據權利要求1所述的開關電源電路，其特徵在於，通過輸出負載電流有規律性的變化及通過變壓器耦合，來控制輸出電壓的方法。
【文檔編號】H02M3/335GK203827185SQ201420231400
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】張昌山, 方烈義, 孫志強, 張秀紅 申請人:昂寶電子（上海）有限公司