CN103346606A - 一种自适变电压调整模式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适变电压调整模式，该自适变电压调整模式可以通过探测负载设备的接收电流，对输出电压进行自动合理调整，进而做到合理的电压及电流输出，提高容量转化率。此自适变升压模式还可以减少负载设备端的能量损耗，又能提高其蓄电池的使用寿命。该自适变电压调整模式也可以采用先判别负载设备中锂离子电池的充电阶段，再进行相应自适变电压调整动作。此自适变升压模式与不同负载设备具有较好的匹配性，应用领域广泛。

Description

一种自适变电压调整模式

技术领域

本发明涉及一种自适变电压调整模式，属于充电控制技术领域，该方案可用于控制移动电源、充电宝、适配器、手机充电器等输出电压的升降，进而提升容量转化率。该模式还可以减少负载设备端的能量损耗，与不同负载设备具有较好的匹配性。

背景技术

移动电源及充电宝等作为一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，其电芯通常采用锂离子电池，给数码设备充电时，通过DC-DC升压到某一恒定电压值对数码设备电池进行充电，如图1所示，充电过程中必须经过DC-DC升压的能量转换，通常默认输出值为5±0.25V（其实际输出电流大小由负载设备控制）。电源适配器，充电器等充电设备给负载设备充电时，其输出电压一般也默认为5±0.25V。而负载设备中广泛采用锂离子电池作为能量存储。在负载设备充电的不同阶段，充电电源输出电压均高于负载设备充电所需要的电压。负载设备中锂离子电池充电的不同阶段，实际所需电压不同。从附图2中易看出，锂离子电池充电电压范围在3.4V~4.2V，是一个电压逐渐递增的过程。若充电电源输出电压恒定为5±0.25V，负载设备保护电路前期需要分担较高的电压，能耗损失较大。因此，充电电源给负载设备中锂离子电池充电时，根据其内部锂离子电池充电曲线特征，对充电电源输出电压进行相应调整，不仅能减少能量损耗，也起到保护电路的作用。

发明内容

针对现有常规移动电源采用恒压输出模式的现状，本发明提供一种自适变电压输出模式，采用自适变电压调整模式给负载设备供电时，通过探测负载设备的接收电流，对输出电压进行自动合理调整，进而做到合理的电压及电流输出。也可以采用先判断负载设备当前所处充电状态，然后进行相应的自适变电压输出模式。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的： 一种自适变电压调整模式，其特征在于：自适变电压调整步骤包括：测定I_max，寻找并确定V₁，以V₁为起点适变输出；

（1）确定I_max：启充后以V_max恒压输出，充电一定时间后，检测充电端口电流若干次，寻找最大电流值，记为I_max；

（2）寻找并确认V₁：采用下寻法：以V_max为起点，逐级下降输出电压；并检测充电端口电流，直至该电流I≤I_max×β，此时输出电压记为V₁；

所述的V₁满足如下条件：在当前充电过程中，以V₁输出时，检测充电端口电流I≤I_max×β，此时在输出电压V₁基础上再提升一电压变动单元△V，则检测充电端口电流I＞I_max×β；

（3）以V₁为起点适变输出：适变时以V₁为起点，提升一电压变动单元△V₁，以V₂=V₁+△V₁输出；检测充电端口电流，当I≤I_max×β后，输出电压再次提升一个电压变动单元V₃=V₁+2×△V₁；重复以上适变过程，直至输出电压为V_n，检测充电端口电流I≤I_max×β，输出电压再次提升后，检测充电端口电流I≤I_max×β，停止提升输出电压，输出电压以V_n恒压输出，直至充电截止。

还包括初判步骤，启充时依据探测输出电流数值大小及变化特征初步判断负载设备当前所处充电阶段，然后依据上述初步判断结果，做出相应自适变电压调整动作。所述的初判步骤如下，依据电流判断阀值I_x进行判断：启充一段时间后，以V_max充电后检测充电端口电流I；

（1）如果I≥I_x，且持续稳定，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒流充电阶段，进入自适变电压输出模式；

（2）如果I≥I_x，但持续降低，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段；此时以V_max恒压输出，或进入自适变电压输出模式；

 （3）如果I＜I_x，进一步检测充电端口电流，直至出现如下情况：电流跃迁增大，则负载设备充电时当前所处阶段初判为预充电阶段，然后进入自适变电压输出模式；电流持续下降或持续不变，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段或脉冲充电阶段，输出电压以V_max恒压输出。

所述的V₁的寻找并确认，也可采取上寻法，替代下寻法；

所述的上寻法：以设定值V₀为基础，以V₀输出，若充电端口电流I＞I_max×β，则记V₁=V₀；若确认充电端口电流I≤I_max×β，则逐级提升输出电压△V，并检测充电端口电流I，直至I＞I_max×β，当前输出电压记为V₂，则记 V₁=V₂-△V。

所述的V₁的寻找并确认时，所述的△V、△V₁为恒定变量或非恒定变量。

在上述适变过程中，相邻两次检测电流差值记为△I=I_n+1-I_n；如出现电流急剧下降，则判定为负载设备出现温度保护；此时以当前电压输出，直至出现电流急剧回升，则判定为负载设备温度保护结束，继续适变过程。

所述的V_max设定在5±0.25V范围内；△V设定在0≤△V≤2.0V之间；△V₁设定在0≤△V₁≤2.0V之间；β为适变电流下限系数，设定在0.8≤β≤1.0之间；I_x为电流判断阀值，一般地I_x可设定在≥300mA。

所述的V₀设定在3.0≤V₀≤5.0V之间。

所述的△I设定在-200mA≤△I≤-900mA之间。

本发明的有益效果：本发明采用上述方案，通过自适变电压调整模式提高容量转化率的同时，还可以减少负载设备端的能量损耗。既可以用于移动电源的输出电压控制，也可以用于充电器，或其它充电装置的输出电压控制。控制实现形式即可用PCBA中的相应模块实现，也可以用IC集成或其它方式实现。此自适变电压调整模式与不同负载设备具有较好的匹配性，应用领域广泛。

附图说明

图1为移动电源给数码设备电池充电过程中能量转换示意图。

图2为锂离子电池充电过程中电压-时间变化曲线。

图3为不同升压模式的移动电源给手机充电过程中，移动电源输出电压-时间变化曲线。

具体实施方式

1本发明涉及的自适变电压调整步骤包括：测定I_max，寻找并确定V₁，以V₁为起点适变输出：

1.1确定I_max。启充后以V_max输出，充电一定时间后，检测充电端口电流若干次，记录最大电流值为I_max；

1.2 寻找并确认V₁。以V_max为起点，逐级下降输出电压。并检测充电端口电流，直至该电流I≤I_max×β，此时输出电压记为V₁。V₁的特征在于，在当前充电过程中，以V₁输出时，检测充电端口电流I≤I_max×β，此时输出电压V₁基础上再提升一电压变动单元△V，则检测充电端口电流I＞I_max×β。上述方法称为下寻法。其中△V是为寻找最低电压而设定的变动单元；

1.3 以V₁为起点适变输出。适变时以V₁为起点，提升一电压变动单元△V，以V₂=V₁+△V₁输出。检测充电端口电流，当I≤I_max×β后，输出电压再次提升一个电压变动单元V₃=V₁+2×△V₁。重复以上适变过程，直至输出电压为V_n，检测充电端口电流I≤I_max×β，输出电压再次提升后，再次检测充电端口电流I，若I≤I_max×β，停止提升输出电压，输出电压以V_n恒压输出，直至充电截止。其中△V₁作为适变执行电压变动单元。

2前述的自适变电压调整模式，也可以先初判，然后再适变。所述初判是启充时依据探测输出电流数值大小及变化特征初步判断负载设备当前所处充电阶段，然后依据上述初判结果，做出相应自适变电压调整动作。适变时依据初判结果采取不同方式：

2.1 依据电流判断阀值I_x进行判断。启充一段时间后，以V_max充电后检测充电端口电流I；

如果I≥I_x，且持续稳定，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒流充电阶段，进入自适变电压输出模式；

如果I≥I_x，但持续降低，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段。此时可以以V_max恒压输出，也可以进入自适变电压输出模式；

如果I＜I_x，进一步检测充电端口电流，直至出现如下情况：电流跃迁增大，则负载设备充电时当前所处阶段初判为预充电阶段，然后进入自适变电压输出模式；电流持续下降或持续不变，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段，或脉冲充电阶段，输出电压以V_max恒压输出。

前述的V₁的寻找并确认，也可以采取下述方法：设定值V₀为基础，以V₀输出，若电端口电流I＞I_max×β，则记V₁=V₀；若确认充电端口电流I≤I_max×β，则逐级提升输出电压△V，并检测充电端口电流I，直至I＞I_max×β，当前输出电压记为V₂，则记 V₁=V₂-△V。上述方法称为上寻法。其中△V是为寻找最低电压而设定的变动单元。 

前述的V₁的寻找及确定，电压适变过程中涉及的输出电压的提升或下降可以等电压变动单元进行，也可以非等电压变动单元进行。

上述适变过程中，相邻两次检测电流差值记为△I=I_n+1-I_n。如出现电流急剧下降，则判定为负载设备出现温度保护。此时以当前电压输出，直至出现电流急剧回升，则判定为负载设备温度保护结束，继续适变过程。

为了让本发明的上述技术方案能更明显易懂，下文特举较佳应用实例，并配合所附图示，做详细说明。

实施例1：

一种移动电源，其采用自适变电压调整模式，如下： 

1. 启充后以V_max=5.0V输出，充电3min后，检测充电端口电流若干次，记录最大电流值为I_max；

2. 以V_max=5.0V为起点，△V=0.1V为电压变动单元，逐级下降输出电压。检测充电端口电流，直至电流I>I_max×0.9，此时输出电压记为V₁；

3. 以V₁为起点，提升△V₁=0.1V，以V₂=V₁+0.1V输出。检测充电端口电流，当I≤I_max×0.9后，输出电压再次提升一个电压变动单元V₃=V₁+2×0.1V。重复以上适变过程，直至输出电压为V_n，检测充电端口电流I≤I_max×0.9，输出电压再次提升后，再次检测充电端口电流I，若I≤I_max×0.9，停止提升输出电压。输出电压以V_n恒压输出，直至充电截止。

在上述适变过程中，相邻两次检测电流差值记为△I=I_n+1-I_n。如出现电流急剧下降，如△I＜-200mAh，此时以当前电压V_n输出，直至出现电流急剧回升至原数值I_n，则判定为负载设备温度保护结束，继续适变过程。

具体应用例如下： 采用上述自适变升压模式的移动电源和常规DC-DC升压模式的移动电源（移动电源电芯容量分别为4523mAh和4507mAh，测试前，将电芯在测试平台上充满电），分别给某品牌同一手机（电池容量为1507mAh，充电前先将手机电池在测试平台放电至3.0V）充电。充电过程中，始终监控移动电源输出电压变化。

移动电源给手机充电完毕后，分别将移动电源电池和手机电池取出，在测试仪上放电至3.0V。两种移动电源放电容量分别为2376mAh和2171mAh，即移动电源电芯给手机充电过程中输出容量分别为2147mAh和2336mAh。而手机电池放出的电量分别为1510mAh和1506mAh，也就是手机电池获得的容量。得出，移动电源电芯到手机电池端的容量转化率分别为70.3% 和64.5%，详见表1。可以看出不同升压模式的移动电源给手机充电过程中，采用自适变升压模式移动电源的容量转化率较高，远高于常规DC-DC恒定升压模式移动电源；

移动电源类型	移动电源电芯输出容量/mAh	手机电池获得容量/mAh	容量转化率/%
				1、自适变升压移动电源	2147	1510	70.3
2、普通DC-DC升压移动电源	2336	1506	64.5

表1 不同升压模式移动电源应用实例测试结果              。

在2种移动电源分别连续给手机充电1小时后，我们使用红外线测温仪记录手机正面和背面最高温度，计算出平均值。根据手机的最高平均温度与测试时的环境温度之差评价，详见表2：

移动电源类型	手机正面	手机背面	平均值	环境温度	温度差
						1、自适变升压移动电源	27.8	30.7	29.3	25.9	3.4
2、普通DC-DC升压移动电源	32.5	32.6	32.6	25.3	7.3

表2不同升压模式移动电源给手机充电1小时，手机温度情况/℃       。

由表2可以看出，采用自适变升压模式移动电源给手机充电产生的温度最低。即自适变升压调整模式的移动电源降低了手机的充电温度，热量损失较小，起到保护手机的作用。

而且从附图3不难看出，自适变电压调整模式移动电源的输出电压变化和锂离子电池充电曲线比较接近。充电过程中，移动电源不断根据随着负载设备的需求，逐步增加电压。当进入后期，即使增加电压，电流也不增大，充电默认进入恒压充电状态，系统以低电压恒定输出。而采用普通DC-DC恒压5V输出的移动电源，一直以恒定5.0V输出。

实施例2：

1. 启充后以V_max=5.2V输出，充电1min，检测充电端口电流若干次，记录最大值为I_max；

2. 以V₀=4.2V输出，若充电端口电流I＞I_max×0.85，则记V₁=V₀；若确认充电端口电流I≤I_max×0.85，则以△V=0.05V为电压变动单元，然后逐级提升输出电压，并检测充电端口电流I，直至I＞I_max×0.85，当前输出电压记为V₂，则记V₁=V₂-△V；

 3以V₁为起点，提升一电压变动单元△V₁=0.05V，以V₂=V₁+0.05V输出。检测充电端口电流，当I≤I_max×0.85后，输出电压再次提升一个电压变动单元V₃=V₁+2×△V₁。重复以上适变过程，直至输出电压为V_n，检测充电端口电流I≤I_max×0.85，输出电压再次提升后，检测充电端口电流I，若I≤I_max×0.85，停止提升输出电压。输出电压以V_n恒压输出，直至充电截止。

在上述适变过程中，相邻两次检测电流差值记为△I=I_n+1-I_n。如出现电流急剧下降，若△I＜-100mAh，此时以当前电压V_n输出，直至出现电流急剧回升至原数值I_n，则判定为负载设备温度保护结束，继续适变过程。

实施例3：

1. 启充一段时间后，以V_max充电后检测充电端口电流I；

1.1如果I≥300mAh，且持续稳定，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒流充电阶段，进入自适变电压输出模式；

1.2如果I≥300mAh，但持续降低，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段。此时可以以V_max恒压输出；

1.3如果I＜300mAh，进一步检测充电端口电流，直至出现如下情况：电流跃迁增大，则负载设备充电时当前所处阶段初判为预充电阶段，然后进入自适变电压输出模式；电流持续下降或持续不变，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段，或脉冲充电阶段，输出电压以V_max恒压输出。

上述中的自适变电压输出模式采取下述方法：

     2.1 启充后以V_max=5.0V输出，充电2min后，检测充电端口电流若干次，记录最大值为I_max；

     2.2 以V_max=5.0V为起点，以△V=0.01V为电压变动单元，逐级下降输出电压。并检测充电端口电流，直至该电流I≤I_max×0.95，此时输出电压记为V₁；

2.3适变时以V₁为起点，提升两个电压变动单元△V₁=0.02V，以V₂=V₁+0.02V输出。检测充电端口电流，当I≤I_max×0.95后，输出电压再次提升2个电压变动单元V₃=V₁+4×△V₁。重复以上适变过程，直至输出电压为V_n，检测充电端口电流I≤I_max×0.95，输出电压再次提升后，检测充电端口电流I，若I≤I_max×0.85，停止提升输出电压。输出电压以V_n恒压输出，直至充电截止。

在上述适变过程中，相邻两次检测电流差值记为△I=I_n+1-I_n。如出现电流急剧下降，若△I＜-400mAh，则判定为负载设备出现温度保护。此时以当前电压输出，直至出现电流急剧回升，则判定为负载设备温度保护结束，继续适变过程。

上述实例仅用来进一步说明本发明中的三种自适变电压调整模式。但本发明并不局限于实施例，在基于本发明技术方案内对上述实施例所做的任何修改、等同变化与修饰，均属于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自适变电压调整模式，其特征在于：自适变电压调整步骤包括：测定I_max，寻找并确定V₁，以V₁为起点适变输出；

（1）确定I_max：启充后以V_max输出，充电一定时间后，检测充电端口电流若干次，寻找最大值，记为I_max；

（2）寻找并确认V₁：采用下寻法：以V_max为起点，逐级下降输出电压；并检测充电端口电流，直至该电流I≤I_max×β，此时输出电压记为V₁；

所述的V₁满足如下条件：在当前充电过程中，以V₁输出时，检测充电端口电流I≤I_max×β，此时在输出电压V₁基础上再提升一电压变动单元△V，则检测充电端口电流I＞I_max×β；

（3）以V₁为起点适变输出：适变时以V₁为起点，提升一电压变动单元△V₁，以V₂=V₁+△V₁输出；检测充电端口电流，当I≤I_max×β后，输出电压再次提升一个电压变动单元V₃=V₁+2×△V₁；重复以上适变过程，直至输出电压为V_n，检测充电端口电流I≤I_max×β，输出电压再次提升后，检测充电端口电流I≤I_max×β，则停止提升输出电压，输出电压以V_n恒压输出，直至充电截止。

2.根据权利要求1所述的一种自适变电压调整模式，其特征在于：还包括初判步骤，启充时依据探测输出电流数值大小及变化特征初步判断负载设备当前所处充电阶段，然后依据上述初步判断结果，做出相应自适变电压调整动作；所述的初判步骤如下，依据电流判断阀值I_x进行判断：启充一段时间后，以V_max充电后检测充电端口电流I；

（1）如果I≥I_x，且持续稳定，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒流充电阶段，进入自适变电压输出模式；

（2）如果I≥I_x，但持续降低，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段；此时以V_max恒压输出，或进入自适变电压输出模式；

（3）如果I＜I_x，进一步检测充电端口电流，直至出现如下情况：电流跃迁增大，则负载设备充电时当前所处阶段初判为预充电阶段，然后进入自适变电压输出模式；电流持续下降或持续不变，则负载设备充电时当前所处阶段初判为恒压充电阶段或脉冲充电阶段，输出电压以V_max恒压输出。

3.根据权利要求1所述的一种自适变电压调整模式，其特征在于：采用上寻法替代下寻法寻找并确认V₁，所述的上寻法如下：以设定值V₀为基础，以V₀输出，若充电端口电流I＞I_max×β，则记V₁=V₀；若确认充电端口电流I≤I_max×β，则逐级提升输出电压△V，并检测充电端口电流I，直至I＞I_max×β，当前输出电压记为V₂，则记 V₁=V₂-△V。

4.根据权利要求1或3所述的一种自适变电压调整模式，其特征在于：所述的V₁的寻找并确认时，所述的△V、△V₁为恒定变量或非恒定变量。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种自适变电压调整模式，其特征在于：在上述适变过程中，相邻两次检测电流差值记为△I=I_n+1-I_n；如出现电流急剧下降，则判定为负载设备出现温度保护；此时以当前电压输出，直至出现电流急剧回升，则判定为负载设备温度保护结束，继续适变过程。

6.根据权利要求1或2所述的一种自适变电压调整模式，其特征在于：所述的V_max设定在5±0.25V范围内；△V设定在0≤△V≤2.0V之间；△V₁设定在0≤△V₁≤2.0V之间；β为适变电流下限系数，设定在0.8≤β≤1.0之间；I_x为电流判断阀值，I_x设定在≥300mA。

7.根据权利要求3所述的一种自适变电压调整模式，其特征在于：所述的V₀设定在3.0≤V₀≤5.0V之间。

8.根据权利要求5所述的一种自适变电压调整模式，其特征在于：所述的△I设定在-200mA≤△I≤-900mA之间。

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