用於終端的充電系統及電源適配器的製作方法

2023-04-25 22:17:56

本實用新型涉及電子設備技術領域，特別涉及一種電源適配器以及一種用於終端的充電系統。

背景技術：

目前，移動終端(例如智慧型手機)越來越受到消費者的青睞，但是移動終端耗電量大，需要經常充電。

通常移動終端是通過電源適配器來進行充電，而電源適配器一般採用隔離式開關電源。現階段的隔離式開關電源，其電路架構大多都是將控制器(或者是控制的一部分)放在初級側，並且實現反饋控制的方式有兩種：一是採用初級反饋的控制方式，二是採用次級反饋的控制方式。其中，採用初級反饋的控制方式時，電壓調整率相對較低，而採用次級反饋的控制方式時，會造成次級反饋的動態響應速度較慢。

因此，需要對電源適配器的電路架構進行改進。

技術實現要素：

本實用新型旨在從一定程度上對上述技術存在的問題進行改進。

為此，本實用新型的第一個目的在於提出一種電源適配器，通過將控制單元設置在次級側，實現完全由次級側進行控制，不僅動態響應速度快，還能真正監測次級輸出的電壓，並且能夠輸出脈動波形的電壓並直接加載至電池，實現對電池的快速充電，具有小型化、低成本的特點，還能提高電池的使用壽命。

本實用新型的第二個目的在於提出一種用於終端的充電系統。

為達到上述目的，本實用新型第一方面提出的一種電源適配器，包括：第一整流單元，所述第一整流單元對輸入的交流電進行整流以輸出第一脈動波形的電壓；開關單元，所述開關單元與所述第一整流單元的輸出端相連，所述開關單元根據控制信號對所述第一脈動波形的電壓進行調製；變壓器，所述變壓器包括初級側和次級側，所述變壓器根據調製後的所述第一脈動波形的電壓通過所述次級側輸出第二脈動波形的電壓和第四脈動波形的電壓；第二整流單元，所述第二整流單元設置在所述次級側，所述第二整流單元對所述第二脈動波形的電壓進行整流以輸出第三脈動波形的電壓，以提供給負載；啟動單元，所述啟動單元設置在所述初級側，所述啟動單元與所述第一整流單元的輸出端相連，所述啟動單元用以提供啟動電壓；控制單元，所述控制單元設置在所述次級側，所述控制單元根據所述啟動電壓啟動開始工作，並輸出所述控制信號至所述開關單元，以使所述初級側的電能耦合到所述次級側；供電單元，所述供電單元根據所述第四脈動波形的電壓輸出供電電壓至所述控制單元，以在所述控制單元啟動後給所述控制單元供電。

根據本實用新型提出的電源適配器，將控制單元設置在次級側，實現完全由次級側進行控制，不僅動態響應速度快，還能夠真正監測次級輸出的電壓，電壓調整率高，同時還便於與終端建立雙向通信。並且，還能夠輸出脈動波形的電壓，並可將輸出的脈動波形的電壓直接加載至終端的電池，從而可實現脈動的輸出電壓/電流直接對電池進行快速充電。其中，脈動的輸出電壓/電流的大小周期性變換，與傳統的恆壓恆流相比，能夠降低鋰電池的析鋰現象，提高電池的使用壽命，並且還能夠減少充電接口的觸點的拉弧的概率和強度，提高充電接口的壽命，以及有利於降低電池的極化效應、提高充電速度、減少電池的發熱，保證終端充電時的安全可靠。此外，由於電源適配器輸出的是脈動波形的電壓，從而無需在電源適配器中設置電解電容，不僅可以實現電源適配器的簡單化、小型化，還可大大降低成本。

其中，所述變壓器的初級側對應設置初級繞組，所述變壓器的次級側對應設置第一次級繞組和第二次級繞組，所述初級繞組的一端與所述第一整流單元的輸出端相連，所述初級繞組的另一端與所述開關單元相連，所述第一次級繞組與所述第二整流單元相連，所述第二次級繞組與所述供電單元相連。

進一步地，所述的電源適配器還包括：採樣單元，所述採樣單元與所述控制單元相連，所述採樣單元用於對所述第二整流單元輸出的電壓和/或電流進行採樣以獲得電壓採樣值和/或電流採樣值，其中，所述控制單元還根據所述電壓採樣值和/或電流採樣值調節所述控制信號的佔空比。

具體地，所述啟動單元包括：啟動電源，所述啟動電源與所述第一整流單元的輸出端相連以從所述第一整流單元的輸出端取電；第一DC-DC變換器，所述第一DC-DC變換器與所述啟動電源相連，所述第一DC-DC變換器對所述啟動電源的輸出進行變換以輸出所述啟動電壓。

進一步地，所述的電源適配器還包括：光耦隔離單元，所述光耦隔離單元的輸入端與所述控制單元的禁用管腳相連，所述光耦隔離單元的輸出端與所述第一DC-DC變換器的使能管腳相連，其中，所述控制單元根據所述電壓採樣值判斷所述第二整流單元輸出的電壓上升至預設值時通過所述禁用管腳輸出禁用信號，以使所述第一DC-DC變換器停止工作。

進一步地，所述的電源適配器，還包括：驅動單元，所述驅動單元設置在所述初級側，所述驅動單元用於根據所述控制信號驅動所述開關單元的開通或關斷；數字隔離單元，所述數字隔離單元連接在所述驅動單元與所述控制單元之間以對所述控制信號進行初次級隔離。

進一步地，所述的電源適配器，還包括：第二DC-DC變換器，所述第二DC-DC變換器與所述供電單元相連，所述第二DC-DC變換器從所述供電單元取電，以分別供給所述驅動單元和所述數字隔離單元。

其中，所述控制信號為PWM信號，所述控制單元在啟動階段從零開始線性增加所述PWM信號的佔空比，直至所述第二整流單元輸出的電壓上升至預設值。

具體地，所述採樣單元包括電流採樣電路和/或電壓採樣電路。

進一步地，所述的電源適配器還包括第一充電接口，所述第一充電接口包括：電源線，所述電源線用於為終端的電池充電；數據線，所述數據線用於與所述終端進行通信。

其中，所述控制單元還與所述第一充電接口相連以通過所述第一充電接口與所述終端進行通信以確定充電模式，其中，所述充電模式包括第一充電模式和第二充電模式。

為達到上述目的，本實用新型第二方面提出的一種用於終端的充電系統，包括：上述的電源適配器，所述電源適配器通過所述第一充電接口輸出第三脈動波形的電壓；終端，所述終端具有第二充電接口和與所述第二充電接口相連的電池，所述第二充電接口與所述第一充電接口相連，以將所述第三脈動波形的電壓加載至所述電池。

根據本實用新型提出的用於終端的充電系統，電源適配器通過第一充電接口輸出脈動波形的電壓，並將脈動波形的電壓直接加載至終端的電池，從而可實現脈動的輸出電壓/電流直接對電池進行快速充電。其中，脈動的輸出電壓/電流的大小周期性變換，與傳統的恆壓恆流相比，能夠降低鋰電池的析鋰現象，提高電池的使用壽命，並且還能夠減少充電接口的觸點的拉弧的概率和強度，提高充電接口的壽命，以及有利於降低電池的極化效應、提高充電速度、減少電池的發熱，保證終端充電時的安全可靠。此外，由於輸出的是脈動波形的電壓，從而無需設置電解電容，不僅可以實現電源適配器的簡單化、小型化，還可大大降低成本。

附圖說明

圖1為根據本實用新型一個實施例的電源適配器的電路示意圖；以及

圖2為根據本實用新型一個實施例的用於終端的充電系統的方框示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在描述本實用新型實施例提出的用於終端的充電系統及電源適配器之前，先來描述一下相關技術中給終端等待充電設備充電的電源適配器，即下述可稱為「相關適配器」。

相關適配器工作在恆壓模式下時，其輸出的電壓基本維持恆定，比如5V、9V、12V或20V等。

相關適配器輸出的電壓並不適合直接加載到電池兩端，而是需要先經過待充電設備(如終端)內的變換電路進行變換，以得到待充電設備(如終端)內的電池所預期的充電電壓和/或充電電流。

變換電路用於對相關適配器輸出的電壓進行變換，以滿足電池所預期的充電電壓和/或充電電流的需求。

作為一種示例，該變換電路可指充電管理模塊，例如終端中的充電IC，在電池的充電過程中，用於對電池的充電電壓和/或充電電流進行管理。該變換電路具有電壓反饋模塊的功能，和/或，具有電流反饋模塊的功能，以實現對電池的充電電壓和/或充電電流的管理。

舉例來說，電池的充電過程可包括涓流充電階段、恆流充電階段和恆壓充電階段中的一個或者多個。在涓流充電階段，變換電路可利用電流反饋環使得在涓流充電階段進入到電池的電流滿足電池所預期的充電電流大小(譬如第一充電電流)。在恆流充電階段，變換電路可利用電流反饋環使得在恆流充電階段進入電池的電流滿足電池所預期的充電電流大小(譬如第二充電電流，該第二充電電流可大於第一充電電流)。在恆壓充電階段，變換電路可利用電壓反饋環使得在恆壓充電階段加載到電池兩端的電壓滿足電池所預期的充電電壓大小。

作為一種示例，當相關適配器輸出的電壓大於電池所預期的充電電壓時，變換電路可用於對相關適配器輸出的電壓進行降壓轉換處理，以使降壓轉換後得到的充電電壓滿足電池所預期的充電電壓需求。作為又一種示例，當相關適配器輸出的電壓小於電池所預期的充電電壓時，變換電路可用於對相關適配器輸出的電壓進行升壓轉換處理，以使升壓轉換後得到的充電電壓滿足電池所預期的充電電壓需求。

作為又一示例，以相關適配器輸出5V恆定電壓為例，當電池包括單個電芯(以鋰電池電芯為例，單個電芯的充電截止電壓為4.2V)時，變換電路(例如Buck降壓電路)可對相關適配器輸出的電壓進行降壓轉換處理，以使得降壓後得到的充電電壓滿足電池所預期的充電電壓需求。

作為又一示例，以相關適配器輸出5V恆定電壓為例，當相關適配器為串聯有兩個及兩個以上單電芯的電池(以鋰電池電芯為例，單個電芯的充電截止電壓為4.2V)充電時，變換電路(例如Boost升壓電路)可對相關適配器輸出的電壓進行升壓轉換處理，以使得升壓後得到的充電電壓滿足電池所預期的充電電壓需求。

變換電路受限於電路轉換效率低下的原因，致使未被轉換部分的電能以熱量的形式散失，這部分熱量會聚焦在待充電設備(如終端)內部，而待充電設備(如終端)的設計空間和散熱空間都很小(例如，用戶使用的移動終端物理尺寸越來越輕薄，同時移動終端內密集排布了大量的電子元器件以提升移動終端的性能)，這不但提升了變換電路的設計難度，還會導致聚焦在待充電設備(如終端)內的熱量很難及時散出，進而會引發待充電設備(如終端)的異常。

舉例來說，比如，變換電路上聚集的熱量，可能會對變換電路附近的電子元器件造成熱幹擾，引發電子元器件的工作異常；和/或，比如，變換電路上聚集的熱量，可能會縮短變換電路及附近電子元件的使用壽命；和/或，比如，變換電路上聚集的熱量，可能會對電池造成熱幹擾，進而導致電池充放電異常；和/或，比如，變換電路上聚集的熱量，可能會導致待充電設備(如終端)的溫度升高，影響用戶在充電時的使用體驗；和/或，比如，變換電路上聚集的熱量，可能會導致變換電路自身的短路，使得相關適配器輸出的電壓直接加載在電池兩端而引起充電異常，當電池長時間處於過壓充電情況下，甚至會引發電池的爆炸，具有一定的安全隱患。

而本實用新型實施例提供的電源適配器能夠獲取電池的狀態信息，電池的狀態信息至少包括電池當前的電量信息和/或電壓信息，該電源適配器根據獲取到的電池的狀態信息來調節電源適配器自身的輸出電壓，以滿足電池所預期的充電電壓和/或充電電流的需求，電源適配器調節後輸出的電壓可直接加載到電池兩端為電池充電，其中，該電源適配器輸出的是脈動波形的電壓。

該電源適配器具有電壓反饋模塊的功能和電流反饋模塊的功能，以實現對電池的充電電壓和/或充電電流的管理。

該電源適配器根據獲取到的電池的狀態信息來調節其自身的輸出電壓可以指：該電源適配器能夠實時獲取到電池的狀態信息，並根據每次所獲取到的電池的實時狀態信息來調節電源適配器自身輸出的電壓，以滿足電池所預期的充電電壓和/或充電電流。

該電源適配器根據實時獲取到的電池的狀態信息來調節其自身的輸出電壓可以指：隨著充電過程中電池的充電電壓不斷上升，電源適配器能夠獲取到充電過程中不同時刻電池的當前狀態信息，並根據電池的當前狀態信息來實時調節電源適配器自身的輸出電壓，以滿足電池所預期的充電電壓和/或充電電流的需求，電源適配器調節後輸出的電壓可直接加載到電池兩端為電池充電。

舉例來說，電池的充電過程可包括涓流充電階段、恆流充電階段和恆壓充電階段中的一個或者多個。在涓流充電階段，電源適配器可在涓流充電階段輸出一第一充電電流對電池進行充電以滿足電池所預期的充電電流的需求(第一充電電流可為脈動波形的電流)。在恆流充電階段，電源適配器可利用電流反饋環使得在恆流充電階段由電源適配器輸出且進入到電池的電流滿足電池所預期的充電電流的需求(譬如第二充電電流，同樣是脈動波形的電流，該第二充電電流可大於第一充電電流，可以是恆流充電階段的脈動波形的電流峰值大於涓流充電階段的脈動波形的電流峰值，而恆流充電階段的恆流可以指的是脈動波形的電流峰值或平均值保持基本不變)。在恆壓充電階段，電源適配器可利用電壓反饋環使得在恆壓充電階段由電源適配器輸出到待充電設備(如終端)的電壓(即脈動波形的電壓)保持恆定。

舉例來說，本實用新型實施例中提及的電源適配器可主要用於控制待充電設備(如終端)內電池的恆流充電階段。在其他實施例中，待充電設備(如終端)內電池的涓流充電階段和恆壓充電階段的控制功能也可由本實用新型實施例提及的電源適配器和待充電設備(如終端)內額外的充電晶片來協同完成；相較於恆流充電階段，電池在涓流充電階段和恆壓充電階段接受的充電功率較小，待充電設備(如終端)內部充電晶片的效率轉換損失和熱量累積是可以接受的。需要說明的是，本實用新型實施例中提及的恆流充電階段或恆流階段可以是指對電源適配器的輸出電流進行控制的充電模式，並非要求電源適配器的輸出電流保持完全恆定不變，例如可以是泛指電源適配器輸出的脈動波形的電流峰值或平均值保持基本不變，或者是一個時間段保持基本不變。例如，實際中，電源適配器在恆流充電階段通常採用分段恆流的方式進行充電。

分段恆流充電(Multi-stage constant current charging)可具有N個恆流階段(N為一個不小於2的整數)，分段恆流充電以預定的充電電流開始第一階段充電，所述分段恆流充電的N個恆流階段從第一階段到第(N-1)個階段依次被執行，當恆流階段中的前一個恆流階段轉到下一個恆流階段後，脈動波形的電流峰值或平均值可變小；當電池電壓到達充電終止電壓閾值時，恆流階段中的前一個恆流階段會轉到下一個恆流階段。相鄰兩個恆流階段之間的電流轉換過程可以是漸變的，或，也可以是臺階式的跳躍變化。

進一步地，需要說明的是，本實用新型實施例中所使用到的「終端」可包括，但不限於被設置成經由有線線路連接(如經由公共交換電話網絡(PSTN)、數字用戶線路(DSL)、數字電纜、直接電纜連接，以及/或另一數據連接/網絡)和/或經由(例如，針對蜂窩網絡、無線區域網(WLAN)、諸如DVB-H網絡的數位電視網絡、衛星網絡、AM-FM廣播發送器，以及/或另一通信終端的)無線接口接收/發送通信信號的裝置。被設置成通過無線接口通信的終端可以被稱為「無線通信終端」、「無線終端」以及/或「移動終端」。移動終端的示例包括，但不限於衛星或蜂窩電話；可以組合蜂窩無線電電話與數據處理、傳真以及數據通信能力的個人通信系統(PCS)終端；可以包括無線電電話、尋呼機、網際網路/內聯網接入、Web瀏覽器、記事簿、日曆以及/或全球定位系統(GPS)接收器的PDA；以及常規膝上型和/或掌上型接收器或包括無線電電話收發器的其它電子裝置。

此外，在實用新型的實施例中，電源適配器輸出的脈動波形的電壓直接加載到終端的電池上以對電池進行充電時，充電電流是以脈動波例如饅頭波的形式表徵出來，可以理解是充電電流以間歇的方式為電池充電，該充電電流的周期跟隨輸入交流電例如交流電網的頻率進行變化，例如，充電電流的周期所對應的頻率為電網頻率的整數倍或倒數倍。並且，充電電流以間歇的方式為電池充電時，該充電電流對應的電流波形可以是與電網同步的一個或一組脈衝組成。

下面參照附圖來描述根據本實用新型實施例提出的用於終端的充電系統、電源適配器。

結合附圖1所示，本實用新型實施例提出的電源適配器包括第一整流單元101、開關單元102、變壓器103、第二整流單元104、啟動單元105、供電單元106和控制單元107。

其中，第一整流單元101對輸入的交流電進行整流以輸出第一脈動波形的電壓，開關單元102與第一整流單元101的輸出端相連，開關單元102根據控制信號對第一脈動波形的電壓進行調製。變壓器103包括初級側和次級側，變壓器103根據調製後的第一脈動波形的電壓通過次級側輸出第二脈動波形的電壓和第四脈動波形的電壓，第二整流單元104設置在次級側，第二整流單元104對第二脈動波形的電壓進行整流以輸出第三脈動波形的電壓，以通過第一充電接口提供給負載。啟動單元105設置在初級側，啟動單元105與第一整流單元101的輸出端相連，啟動單元105用以提供啟動電壓給控制單元107。控制單元107設置在次級側，控制單元107根據啟動電壓啟動開始工作，並輸出控制信號至開關單元102，以使初級側的電能耦合到次級側。供電單元106根據第四脈動波形的電壓輸出供電電壓至控制單元107，以在控制單元107啟動後給控制單元107供電。

具體地，根據本實用新型的一個實施例，如圖1所示，變壓器103的初級側對應設置初級繞組1031，變壓器103的次級側對應設置第一次級繞組1032和第二次級繞組1033，初級繞組1031的一端與第一整流單元101的輸出端相連，初級繞組1031的另一端與開關單元102相連，第一次級繞組1032與第二整流單元104相連，第二次級繞組1033與供電單元106相連。

其中，在本實用新型的一個具體示例中，輸入的交流電可以是市電，例如AC220V，第一整流單元101可以是四個二極體D1-D4構成的全橋整流電路，第一整流單元101對市電進行整流以輸出第一脈動波形的電壓例如饅頭波電壓，並且在第一整流單元101的正負輸出端之間還可並聯一個小電容C1，起到濾除紋波幹擾的作用；開關單元102可由MOS管構成，例如可以是NMOS管，這樣，通過對MOS管進行PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)控制以對饅頭波電壓進行斬波調製；第二整流單元104可由二極體或MOS管組成，例如為二極體D5，能夠實現次級同步整流，從而第三脈動波形與調製後的第一脈動波形保持同步。

需要說明的是，第三脈動波形與調製後的第一脈動波形保持同步，具體是指第三脈動波形的相位與調製後的第一脈動波形的相位保持一致，第三脈動波形的幅值與調製後的第一脈動波形的幅值變化趨勢保持一致。控制單元107在啟動後輸出控制信號至開關單元102，並對控制信號的佔空比進行調節，以使第二整流單元104輸出的第三脈動波形的電壓滿足負載的充電需求。

根據本實用新型的一個實施例，如圖1所示，上述的電源適配器還包括採樣單元108，採樣單元108與控制單元107相連，採樣單元108用於對所述第二整流單元104輸出的電壓和/或電流進行採樣以獲得電壓採樣值和/或電流採樣值，其中，控制單元107還根據所述電壓採樣值和/或電流採樣值調節所述控制信號的佔空比。

其中，採樣單元108可包括電流採樣電路和/或電壓採樣電路，電流採樣電路可以包括電阻R1和電流檢測晶片U1，電流檢測晶片U1的輸出端與控制單元107的電流採樣端相連，電壓採樣電路可包括電阻R2和電阻R3，電阻R2的一端與第二整流單元104的正輸出端例如二極體D5的陰極相連，電阻R2的另一端與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端接地，電阻R2的另一端與電阻R3的一端之間的節點與控制單元107的電壓採樣端相連。並且，如圖1所示，在第二整流單元104的正輸出端與負輸出端之間還並聯一個小電容C3，起到濾除紋波的作用，第二整流單元104的負輸出端接地。

在本實用新型的實施例中，需要說明的是，第三脈動波形的電壓滿足充電需求，是指第三脈動波形的電壓和電流需滿足電池充電時的充電電壓和充電電流。也就是說，控制單元107根據採樣到的電源適配器輸出的電壓和/或電流來調節控制信號例如PWM信號的佔空比，實時地調整第二整流單元104的輸出，實現閉環調節控制，從而使得第三脈動波形的電壓滿足負載例如終端的充電需求，保證終端的電池被安全可靠地充電。

可以理解的是，在對PWM信號的佔空比進行調節時，可根據電壓採樣值、也可根據電流採樣值、或者根據電壓採樣值和電流採樣值來生成調節指令。

因此，在本實用新型的實施例中，通過控制開關單元102，直接對整流後的第一脈動波形的電壓即饅頭波電壓進行PWM斬波調製，送到高頻變壓器，通過高頻變壓器從初級耦合到次級，然後經過同步整流後還原成饅頭波電壓/電流，可以直接輸送到負載例如終端的電池，實現對電池的快速充電。其中，饅頭波的電壓幅值，可通過PWM信號的佔空比進行調節，實現電源適配器的輸出滿足電池的充電需求。由此可知，本實用新型實施例的電源適配器，取消初級、次級的電解電容器，通過饅頭波電壓直接對電池充電，從而可以減小電源適配器的體積，實現電源適配器的小型化，並可大大降低成本。

在本實用新型的一個實施例中，變壓器103為高頻變壓器，其工作頻率可以為50KHz-2MHz，高頻變壓器將調製後的第一脈動波形的電壓耦合到次級，由次級繞組進行輸出。在本實用新型的實施例中，採用高頻變壓器，可以利用高頻變壓器相較於低頻變壓器(低頻變壓器又被稱為工頻變壓器，主要用於指市電的頻率,比如，50Hz或者60Hz的交流電)體積小的特點，從而能夠實現電源適配器的小型化。

具體地，控制單元107可以為MCU(Micro Controller Unit，微控制處理器)，例如可以是集成有開關驅動控制功能、同步整流功能、電壓電流調節控制功能的微處理器。

根據本實用新型的一個實施例，控制單元107還用於根據電壓採樣值和/或電流採樣值對控制信號的頻率進行調節，即可控制輸出至開關單元102的PWM信號持續輸出一段時間後再停止輸出，停止預定時間後再次開啟PWM信號的輸出，這樣使得加載至電池的電壓是斷續的，實現電池斷續充電，從而可避免電池連續充電時發熱嚴重而導致的安全隱患，提高了電池充電可靠性和安全性。

對於鋰電池而言，在低溫條件下，由於鋰電池自身離子和電子導電能力的下降，充電過程中容易引起極化程度的加劇，持續充電的方式會使得這種極化表現的愈加明顯，同時也增加了析鋰形成的可能性，從而影響電池的安全性能。並且，持續的充電會引起由於充電而形成熱的不斷積累，造成電池內部溫度的不斷上升，當溫度超過一定限值時，會使得電池性能的發揮受到限制，同時增加了安全隱患。

而在本實用新型的實施例中，通過對控制信號的頻率進行調節，使得電源適配器間斷性輸出，即相當於在電池充電的過程中引入電池靜置過程，能夠緩解持續充電中可能由極化引起的析鋰現象，並且減弱生成熱的持續積累的影響，達到降溫的效果，保證電池充電的可靠和安全。

根據本實用新型的一個實施例，上述的電源適配器還包括第一充電接口(圖中未示出)，第一充電接口包括：電源線，所述電源線用於為終端的電池充電；數據線，所述數據線用於與所述終端進行通信。

並且，控制單元107還與所述第一充電接口相連以通過所述第一充電接口與所述終端進行通信以確定充電模式，其中，所述充電模式包括第一充電模式和第二充電模式。

當終端與第一充電接口連接時，電源適配器與終端之間可相互發送通信詢問指令，並在接收到相應的應答指令後，電源適配器與終端之間建立通信連接，控制單元107可以獲取到終端的狀態信息，從而與終端協商充電模式和充電參數(如充電電流、充電電壓)，並對充電過程進行控制。

其中，電源適配器和/或終端支持的充電模式可以包括第二充電模式和第一充電模式。第一充電模式的充電速度大於第二充電模式的充電速度(例如，第一充電模式的充電電流大於第二充電模式的充電電流)。一般而言，第二充電模式可以理解為額定輸出電壓為5V，額定輸出電流小於等於2.5A的充電模式，此外，在第二充電模式下，電源適配器輸出埠數據線中的D+和D-可以短路。而本實用新型實施例中的第一充電模式則不同，本實用新型實施例的第一充電模式下電源適配器可以利用數據線中的D+和D-與終端進行通信以實現數據交換，即電源適配器與終端之間可相互發送快速充電指令：電源適配器向終端發送快速充電詢問指令，在接收到終端的快速充電應答指令後，根據終端的應答指令，電源適配器獲取到終端的狀態信息，開啟第一充電模式，第一充電模式下的充電電流可以大於2.5A，例如，可以達到4.5A，甚至更大。但本實用新型實施例對第二充電模式不作具體限定，只要電源適配器支持兩種充電模式，其中一種充電模式的充電速度(或電流)大於另一種充電模式的充電速度，則充電速度較慢的充電模式就可以理解為第二充電模式。相對充電功率而言，第一充電模式下的充電功率可大於等於15W。

即言，控制單元107通過第一充電接口與終端進行通信以確定充電模式，其中，充電模式包括第一充電模式和第二充電模式。

具體地說，所述電源適配器與終端通過通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)接口相連，該USB接口可以是普通的USB接口，也可以是micro USB接口，或者是其他類型的接口。USB接口中的數據線即第一充電接口中的數據線用於所述電源適配器和所述終端進行雙向通信，該數據線可以是USB接口中的D+線和/或D-線，所謂雙向通信可以指電源適配器和終端雙方進行信息的交互。

其中，所述電源適配器通過所述USB接口中的數據線與所述終端進行雙向通信，以確定使用所述第一充電模式為所述終端充電。

需要說明的是，在電源適配器與終端協商是否採用第一充電模式為所述終端充電的過程中，電源適配器可以僅與終端保持連接狀態，不充電，也可以採用第二充電模式為終端充電，還可以採用小電流為終端充電，本實用新型實施例對此不作具體限定。

所述電源適配器將充電電流調整至所述第一充電模式對應的充電電流，為所述終端充電。電源適配器確定採用第一充電模式為終端充電之後，可以直接將充電電流調整至第一充電模式對應的充電電流，也可以與終端協商第一充電模式的充電電流，例如，根據終端中的電池的當前電量來確定第一充電模式對應的充電電流。

在本實用新型實施例中，電源適配器並非盲目地增大輸出電流進行快速充電，而是需要與終端進行雙向通信，協商是否可以採用第一充電模式，從而大大提升了快速充電過程的安全性。

根據本實用新型的一個實施例，如圖1所示，啟動單元105包括：啟動電源1051即高壓啟動電源和第一DC-DC變換器1052，啟動電源1051與第一整流單元101的輸出端相連以從第一整流單元101的輸出端取電，第一DC-DC變換器1052與啟動電源1051相連，第一DC-DC變換器1052對啟動電源1051的輸出進行變換以輸出啟動電壓。並且，在第一DC-DC變換器1052的正負輸入端之間還可並聯有一個電容C2，第一DC-DC變換器1052為隔離式DC-DC變換器。

也就是說，電源適配器接入交流電源上電後，高壓啟動電源從第一整流單元101的輸出端VLine取電，其輸出經過隔離式DC-DC轉換器1052進行電壓變換，當隔離式DC-DC轉換器1052的輸出電壓上升到控制單元107的運行電壓後，控制單元107啟動開始工作，並輸出PWM信號至初級側的MOSFET，初級側的MOSFET開始開關動作，初級側的電能通過變壓器103耦合到次級側。

在本實用新型的一個實施例中，如圖1所示，上述的電源適配器還包括：光耦隔離單元U2，光耦隔離單元U2可以設在初級側，也可設置在次級側，光耦隔離單元U2的輸入端與控制單元107的禁用管腳Disable相連，光耦隔離單元U2的輸出端與第一DC-DC變換器1052的使能管腳相連，其中，控制單元107根據電壓採樣值判斷第二整流單元104輸出的電壓上升至預設值時通過禁用管腳Disable輸出禁用信號，以使第一DC-DC變換器1052停止工作。即言，當第二整流單元104的輸出端VBus上的電壓上升到預設值後，控制單元107可將Disable引腳拉高，光耦隔離單元U2將這一信號傳遞到隔離式DC-DC轉換器1052，隔離式DC-DC轉換器1052停止工作，然後控制單元107根據採樣得到的電壓或者電流調節PWM信號的佔空比，從而根據負載情況實現電源適配器恆壓或者恆流輸出。

其中，如圖1所示，上述的電源適配器還包括驅動單元109例如功率MOSFET驅動器和數字隔離單元110例如高速數字隔離器，驅動單元109設置在初級側，驅動單元109用於根據控制信號驅動開關單元102的開通或關斷，數字隔離單元110連接在驅動單元109與控制單元107之間以對控制信號進行初次級隔離。

並且，如圖2所示，上述的電源適配器還包括：第二DC-DC變換器111，第二DC-DC變換器也可以是隔離式DC-DC變換器，其與供電單元106相連，第二DC-DC變換器111從供電單元106取電，以分別供給驅動單元109和數字隔離單元110。

也就是說，如圖1所示，隔離式DC-DC轉換器111從供電單元106的輸出端AUX取電，並為初級側的功率MOSFET驅動器109供電以及為高速數字隔離器110供電。高速數字隔離器110實現PWM波的初次級隔離，功率MOSFET驅動器109用於提升PWM信號的驅動能力，實現對初級側的開關管MOSFET進行驅動。

根據本實用新型的一個實施例，控制信號為PWM信號，其中，控制單元107在啟動階段從零開始線性增加PWM信號的佔空比，直至第二整流單元104輸出的電壓上升至預設值，從而電源適配器的軟啟動，防止啟動階段輸出過衝。

在本實用新型的實施例中，通過設置高速數字隔離器110，方便控制單元107設置在電源適配器的次級側(或變壓器103的次級繞組側)，實現完全由次級側進行控制，不僅動態響應速度快，還能真正監測次級輸出的電壓，提高電壓調整率，也便於與終端進行通信，使得電源適配器的空間設計變得更為簡單、容易。

其中，如圖1所示，供電單元106可包括二極體D6和電容C4，二極體D6的陽極與第二次級繞組1033的一端相連，第二次級繞組1033的另一端接地，二極體D6的陰極與電容C4的一端相連，電容C4的另一端接地。供電單元106還可以是由濾波小電容、穩壓晶片等器件構成，實現對第四脈動波形的電壓進行處理、轉換，輸出3.3V或5V等低電壓直流電，分別給控制單元107、功率MOSFET驅動器109和高速數字隔離器110供電。

綜上所述，根據本實用新型實施例提出的電源適配器，將控制單元設置在次級側，實現完全由次級側進行控制，不僅動態響應速度快，還能夠真正監測次級輸出的電壓，電壓調整率高，同時還便於與終端建立雙向通信。並且，還能夠輸出脈動波形的電壓，並可將輸出的脈動波形的電壓直接加載至終端的電池，從而可實現脈動的輸出電壓/電流直接對電池進行快速充電。其中，脈動的輸出電壓/電流的大小周期性變換，與傳統的恆壓恆流相比，能夠降低鋰電池的析鋰現象，提高電池的使用壽命，並且還能夠減少充電接口的觸點的拉弧的概率和強度，提高充電接口的壽命，以及有利於降低電池的極化效應、提高充電速度、減少電池的發熱，保證終端充電時的安全可靠。此外，由於電源適配器輸出的是脈動波形的電壓，從而無需在電源適配器中設置電解電容，不僅可以實現電源適配器的簡單化、小型化，還可大大降低成本。

此外，本實用新型實施例還提出了一種用於終端的充電系統，如圖2所示，該充電系統包括上述的電源適配器1和終端2，電源適配器1通過第一充電接口100輸出第三脈動波形的電壓；終端2具有第二充電接口201和與第二充電接口201相連的電池202，第二充電接口201與第一充電接口100相連，以將第三脈動波形的電壓加載至電池202。

在本實用新型的實施例中，終端可以為移動終端例如手機、移動電源例如充電寶、多媒體播放器、筆記本電腦、穿戴式設備等。

根據本實用新型實施例的用於終端的充電系統，電源適配器通過第一充電接口輸出脈動波形的電壓，並將脈動波形的電壓直接加載至終端的電池，從而可實現脈動的輸出電壓/電流直接對電池進行快速充電。其中，脈動的輸出電壓/電流的大小周期性變換，與傳統的恆壓恆流相比，能夠降低鋰電池的析鋰現象，提高電池的使用壽命，並且還能夠減少充電接口的觸點的拉弧的概率和強度，提高充電接口的壽命，以及有利於降低電池的極化效應、提高充電速度、減少電池的發熱，保證終端充電時的安全可靠。此外，由於輸出的是脈動波形的電壓，從而無需設置電解電容，不僅可以實現電源適配器的簡單化、小型化，還可大大降低成本。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。

本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、或者計算機軟體和電子硬體的結合來實現。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本實用新型的範圍。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統、裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統、裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

另外，在本實用新型各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

所述功能如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本實用新型的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本實用新型各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。

儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。