CN103944219A - 一种可以免除电源适配器的智能放电端及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可以免除电源适配器的智能放电端及其控制方法，智能放电端隐藏于墙体内或者地面内，其包括控制器、第一级整流电路、逆变电路、高频变压器、第二级整流电路、蓄电池、直流斩波电路、开关S、有线或者无线放电端口、有线或者无线通信口。当移动设备的充电口、通信口与放电端的放电口、通信口相接时，通过判断检测到的用电设备接入信息，智能的给移动设备充电。本发明免除了传统移动设备的电源适配器的携带，方便了使用；同时，将高压隐藏起来，提高了安全性。

Description

一种可以免除电源适配器的智能放电端及其控制方法

技术领域

本发明属于电气及控制领域，涉及一种智能放电端，具体的说是一种可以免除电源适配器的智能放电端及其控制方法。

背景技术

随着科技的发展，移动电话、笔记本电脑在人群中的普及率越来越高，这些设备给人类的生活提供了极大的便利。一方面作为电子产品，它们的正常运转需要额外的能量---电能供应；另一方面市电是220V的交流电，而用电设备的供电电压一般为低电压的直流电。

为了解决上述问题，目前的移动设备，都佩带相应的电源适配器（Power adapter）；电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于移动电话、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本电脑、蜂窝电话等设备中。电源适配器的一端接目前通用的充电端口（三口或者二口，220V的交流电），另一端根据用电端的需求不同，输出不同等级的直流电压或者交流电压。

由于上述解决问题的方式需要携带额外的电源适配器，从而给移动电话、笔记本电脑的使用、充电、携带带来了不便；此外，目前通用的220VAC充电端口直接暴露在空气中，存在人误触电的风险。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种可以免除电源适配器的智能放电端及其控制方法，其免除了现有的电源适配器，供电电压能够根据用电设备的不同，智能、自动的选择，并且将传统的高压交流电隐藏起来，方便了使用、增加了安全性。

所述的一种可以免除电源适配器的智能放电端其特征在于：智能放电端隐藏于墙体内或者地面内，其包括控制器、第一级整流电路、逆变电路、高频变压器、第二级整流电路、蓄电池、直流斩波电路、开关S、有线或者无线放电端口、有线或者无线通信口；所述智能放电端的控制器与有线或者无线通信口连接，所述的通信连接方式为RS485；所述智能放电端的控制器通过控制线与直流斩波电路连接，采用PWM调节方式，控制直流斩波电路的输出电压；所述控制器通过电压传感器与蓄电池连接，检测其端口电压从而判断蓄电池的是否具有电量；所述控制器通过电压、电流传感器与直流斩波电路的输出口连接，检测其端口电压、电流从而判断输出口的端电压是否满足要求以及防止电流过大而烧坏器件。所述第一级整流电路的输入口与220V的交流电连接；所述第一级整流电路的输出口与逆变电路连接；所述逆变电路的输出口与高频变压器连接；所述高频变压器与第二级整流电路的输入口连接；所述第二级整流电路的输出口与直流斩波电路的输入口连接，所述第二级整流电路的输出口还与蓄电池正极连接；所述直流斩波电路的输出口通过开关S与有线或者无线放电端口连接；所述开关S的控制端与所述控制器连接；所述的一种可以免除携带式电源适配器的智能放电端，其适用充电的移动设备，包括电源接口与通信口（有线或者无线）。

在一个示例中，所述的一种可以免除电源适配器的智能放电端，采用无线放电口、无线通信口；所述的无线放电端口为电磁感应式，其工作频率为20MHz；所述的无线放电端口包括逆变电路、发送线圈、电压电流传感器；所述的逆变电路通过开关S与直流斩波电路的输出口连接；所述的逆变电路的输出口与发送线圈连接；所述放电端的控制器通过电压传感器与线圈两端连接，检测线圈的电压；所述放电端的控制器通过电流传感器与线圈串联连接，检测流过线圈的电流；所述的无线通信口包括RS485收发器、AX22001转换电路、802.11射频及天线电路；所述的RS485收发器一端与控制器的通信口相连，另一端与AX22001转换电路相连；所述的AX22001转换电路的另一端与802.11射频及天线电路连接。

所述的一种可以免除电源适配器的智能放电端的控制方法，其特征在于：

在一个示例中，所述的一种可以免除携带式电源适配器的智能放电端，其工作过程是，当移动用电设备的充电端口、通信口与本发明系统中的放电端口、通信口通过有线形式相接时：

a）控制器唤醒睡眠状态，然后通过通信端口验证移动用电设备的身份信息，所述身份信息包括移动设备的型号信息、是否需要充电、需要的充电电压、需要的充电电流。

b）如果经过验证后，移动设备不需要充电，则通过通信给移动设备发送已充满信息并退出放电过程。

c）如果经过验证后，移动设备需要充电，则通过电压传感器检测蓄电池的端电压，判断蓄电池是否有可用电量。

d）如果蓄电池有可用电量，则根据移动设备提供的充电电压、充电电流信息计算直流斩波电路PWM控制中的占空比，然后根据此占空比产生细分PWM信号启动直流斩波电路。

e）产生固定占空比的PWM信号启动逆变电路。

f）如果蓄电池没有可用电量，则首先进行e）步骤，然后则根据移动设备提供的充电电压、充电电流信息计算直流斩波电路PWM控制中的占空比，然后根据此占空比产生细分PWM信号启动直流斩波电路。

g）通过电压传感器，检测直流斩波电路输出口的端电压，判断其大小是否满足移动设备发送的充电电压信息以及是否稳定；如果不满足则重复执行步骤d）、e）、f），如果满足则进行步骤h）。

h）闭合开关S，通过通信端口判断移动用电设备是否需要充电；如果需要则根据检测到的直流斩波电路输出端的电流值、移动用电设备提供的电流值产生细分的PWM信号控制直流斩波电路，然后重复步骤h），否则进入步骤i）。

i）断开开关S，并通过通信端口给移动用电设备发送已充满信息，停止给逆变器发送PWM控制信号；然后控制器进入睡眠状态，退出放电过程。

在一个示例中，当移动用电设备的充电端口、通信口与本发明系统中的放电端口、通信口通过无线形式相接时，其工作过程是，前面的a）、b）、c）、d）、e）、f）步骤与上述有线形式接口的电路相同；g）闭合开关S，通过通信端口判断移动用电设备是否需要充电；如果需要则根据检测到的线圈电流、移动设备提供的充电电流信息，通过控制器产生固定占空比的细分PWM信号启动无线放电端口的逆变电路，然后重复执行步骤g）；否则执行步骤i）。

i）断开开关S，并通过通信端口给移动用电设备发送已充满信息；停止给逆变器发送PWM控制信号，然后控制器进入睡眠状态，退出放电过程。

与现有技术相比，本发明所述的一种可以免除携带式电源适配器的智能放电端具有下述的有益效果：

首先，本发明通过控制器、整流电路、逆变电路、高频变压器、蓄电池、直流斩波电路、开关S、有线或者无线放电端口、有线或者无线通信口实现智能放电，从而免除了传统移动设备的电源适配器的携带，方便了使用。

其次，本发明通过将传统的电源适配器隐藏于建筑体内或者地面下，将高压部分隐藏起来，避免了传统高压电源插座直接暴露于空气中造成误触电的风险，提高了安全性。

附图说明

图1为本发明的有线接口系统框图。

图2为本发明的无线接口系统框图。

图3为本发明的有线接口的硬件框图。

图4为本发明的有线接口的软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供一种可以免除电源适配器的智能放电端，智能放电端隐藏于墙体内或者地面内，其包括控制器、第一级整流电路、逆变电路、高频变压器、第二级整流电路、蓄电池、直流斩波电路、开关S、有线放电端口、有线通信口；所述智能放电端的控制器与有线通信口连接，所述的通信连接方式为RS485；所述智能放电端的控制器通过控制线与直流斩波电路连接，采用PWM调节方式，控制直流斩波电路的输出电压；所述控制器通过电压传感器与蓄电池连接，检测其端口电压从而判断蓄电池的是否具有电量；所述控制器通过电压、电流传感器与直流斩波电路的输出口连接，检测其端口电压、电流从而判断输出口的端电压是否满足要求以及防止电流过大而烧坏器件。所述第一级整流电路的输入口与220V的交流电连接；所述第一级整流电路的输出口与逆变电路连接；所述逆变电路的输出口与高频变压器连接；所述高频变压器与第二级整流电路的输入口连接；所述第二级整流电路的输出口与直流斩波电路的输入口连接，所述第二级整流电路的输出口还与蓄电池正极连接；所述直流斩波电路的输出口通过开关S与有线连接；所述开关S的控制端与所述控制器连接。

如图2所示，本发明提供了一种可以免除电源适配器的智能放电端，其包括控制器、第一级整流电路、逆变电路、高频变压器、第二级整流电路、蓄电池、直流斩波电路、开关S、无线放电端口、无线通信口；所述智能放电端的控制器与无线通信口连接，所述的通信为控制器通过RS485收发器与AX22001转换电路连接，AX22001转换电路与802.11射频及天线电路连接；所述智能放电端的控制器通过控制线与直流斩波电路连接，采用PWM调节方式，控制直流斩波电路的输出电压；所述控制器通过电压传感器与蓄电池连接，检测其端口电压从而判断蓄电池的是否具有电量；所述控制器通过电压、电流传感器与直流斩波电路的输出口连接，检测其端口电压、电流从而判断输出口的端电压是否满足要求以及防止电流过大而烧坏器件。所述第一级整流电路的输入口与220V的交流电连接；所述第一级整流电路的输出口与逆变电路连接；所述逆变电路的输出口与高频变压器连接；所述高频变压器与第二级整流电路的输入口连接；所述第二级整流电路的输出口与直流斩波电路的输入口连接，所述第二级整流电路的输出口还与蓄电池正极连接；所述直流斩波电路的输出口通过开关S与无线放电端口连接；所述的无线放电端口为电磁感应式，其工作频率为20MHz；所述的无线放电端口包括逆变电路、发送线圈、电压电流传感器；所述的逆变电路通过开关S与直流斩波电路的输出口连接；所述的逆变电路的输出口与发送线圈连接；所述放电端的控制器通过电压传感器与线圈两端连接，检测线圈的电压；所述放电端的控制器通过电流传感器与线圈串联连接，检测流过线圈的电流；所述开关S的控制端与所述控制器连接；

所述控制器在所述通信口上没有检测到接入信息（包括身份识别验证、需求的电压、电流）时，断开所述开关S、输出占空比D为零的PWM波形控制直流斩波电路、逆变电路，使所述放电口的电压、电流为零。

所述控制器在所述通信口上检测到用电设备接入信息时，验证通过后，闭合所述开关S，并以需求电压、电流为设定值，通过所述电压、电流传感器的数值，组成负反馈控制，产生相应占空比的PWM波形控制逆变电路、直流斩波电路；产生符合需求的电压等级通过所述放电口传给用电设备。

所述控制器在所述通信口上检测到用电设备接入信息时，验证没有通过后，控制器的输出没有变化。

所述控制器在所述通信口上检测到用电设备退出信息时，断开所述开关S，并输出占空比D为零的PWM波形控制逆变电路、直流斩波电路，使所述放电口的电压、电流为零。

如图3所示，为本发明的有线接口的硬件框图；所述的第一整流电路由4个二极管组成，在图中依次编号为VR1、VR2、VR3、VR4，经整流后输出的是198V左右的直流电压；所述的第一整流电路中的二极管参数为：耐压为500V、耐流为1A；所述的滤波电容C1的参数为：耐压为250V、大小为100uF；所述的逆变电路由4个MOSFET组成，在图中的依次编号为V1、V2、V3、V4，每个MOSFET的控制端与控制器相连，控制器通过产生固定占空比的PWM波形控制MOSFET的开关动作，所述PWM波形的频率为50MHz；所述逆变电路中MOSFET开关管的参数为：耐压为300V、耐流为1A；所述的高频变压的变比为3.7:1，耐压为300VAC，耐流为3A；所述的二级整流电路由4个二极管组成在图中依次编号为VR5、VR6、VR7、VR8，经整流后输出的是48V左右的直流电；所述的二级整流电路的参数为：耐压为60V、耐流为2A；所述的蓄电池为48V、4Ah；所述的直流斩波电路为Sepic斩波电路，其输入电压为48V，输入电流为1A；所述的Sepic斩波电路的参数为：L3=0.5mH、耐压为60V，C2=30uF、耐压60V，L4=0.5mH、耐压为50V，C3=45uF、耐压为60V，开关管V5的耐压为60V、工作频率为50KHz，二极管VD9的耐压为50V、耐流为4A。所述的主控器为PIC16F877单片机；所述的开关电源为220VAC转5V、12V的；所述的UART转485模块为MAX485芯片；所述的电流传感器为霍尔传感器，测量范围为0~2A，型号为CSM002A；所述的电压传感器为霍尔电压传感器，型号为HBV10A5。

如图4所示，为本发明的有线接口的软件流程图；当移动设备的充电口、通信口与放电端的放电口、通信口相接时，其工作过程为：

a）控制器唤醒睡眠状态，然后通过通信端口验证移动用电设备的身份信息，所述身份信息包括移动设备的型号信息、是否需要充电、需要的充电电压、需要的充电电流；然后进行步骤b）。

b）如果经过验证后，移动设备不需要充电，则通过通信给移动设备发送已充满信息并退出放电过程。

c）如果经过验证后，移动设备需要充电，则通过电压传感器检测蓄电池的端电压，判断蓄电池是否有可用电量；然后进行步骤d）。

d）如果蓄电池有可用电量，则根据移动设备提供的充电电压、充电电流信息计算直流斩波电路PWM控制中的占空比，然后根据此占空比产生细分PWM信号启动直流斩波电路；然后进行步骤e）。

e）产生固定占空比的PWM信号启动逆变电路；然后进行步骤f）。

f）如果蓄电池没有可用电量，则首先进行e）步骤，然后则根据移动设备提供的充电电压、充电电流信息计算直流斩波电路PWM控制中的占空比，然后根据此占空比产生细分PWM信号启动直流斩波电路；然后进行步骤g）。

g）通过电压传感器，检测直流斩波电路输出口的端电压，判断其大小是否满足移动设备发送的充电电压信息以及是否稳定；如果不满足则重复执行步骤d）、e）、f），如果满足则进行步骤h）。

h）闭合开关S，通过通信端口判断移动用电设备是否需要充电；如果需要则根据检测到的直流斩波电路输出端的电流值、移动用电设备提供的电流值产生细分的PWM信号控制直流斩波电路，然后重复步骤h），否则进入步骤i）。

i）断开开关S，并通过通信端口给移动用电设备发送已充满信息，停止给逆变器发送PWM控制信号；然后控制器进入睡眠状态，退出放电过程。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定。

Claims (7)

1.一种可以免除电源适配器的智能放电端的控制方法，其特征在于：

所述的一种可以免除携带式电源适配器的智能放电端，其工作过程是，当移动用电设备的充电端口、通信口与本发明系统中的放电端口、通信口通过有线形式相接时，按照如下步骤进行：

a）控制器唤醒睡眠状态，然后通过通信端口验证移动用电设备的身份信息，所述身份信息包括移动设备的型号信息、是否需要充电、需要的充电电压、需要的充电电流；

b）如果经过验证后，移动设备不需要充电，则通过通信给移动设备发送已充满信息并退出放电过程；

c）如果经过验证后，移动设备需要充电，则通过电压传感器检测蓄电池的端电压，判断蓄电池是否有可用电量；

d）如果蓄电池有可用电量，则根据移动设备提供的充电电压、充电电流信息计算直流斩波电路PWM控制中的占空比，然后根据此占空比产生细分PWM信号启动直流斩波电路；

e）产生固定占空比的PWM信号启动逆变电路；

f）如果蓄电池没有可用电量，则首先进行e）步骤，然后则根据移动设备提供的充电电压、充电电流信息计算直流斩波电路PWM控制中的占空比，然后根据此占空比产生细分PWM信号启动直流斩波电路；

g）通过电压传感器，检测直流斩波电路输出口的端电压，判断其大小是否满足移动设备发送的充电电压信息以及是否稳定；如果不满足则重复执行步骤d）、e）、f），如果满足则进行步骤h）；

h）闭合开关S，通过通信端口判断移动用电设备是否需要充电；如果需要则根据检测到的直流斩波电路输出端的电流值、移动用电设备提供的电流值产生细分的PWM信号控制直流斩波电路，然后重复步骤h），否则进入步骤i）；

i）断开开关S，并通过通信端口给移动用电设备发送已充满信息，停止给逆变器发送PWM控制信号；然后控制器进入睡眠状态，退出放电过程；

当移动用电设备的充电端口、通信口与本发明系统中的放电端口、通信口通过无线形式相接时，其工作步骤是，前面的a）、b）、c）、d）、e）、f）步骤与上述有线形式接口的电路相同；然后按照如下的步骤进行：

g）闭合开关S，通过通信端口判断移动用电设备是否需要充电；如果需要则根据检测到的线圈电流、移动设备提供的充电电流信息，通过控制器产生固定占空比的细分PWM信号启动无线放电端口的逆变电路，然后重复执行步骤g）；否则执行步骤h）；

h）断开开关S，并通过通信端口给移动用电设备发送已充满信息；停止给逆变器发送PWM控制信号，然后控制器进入睡眠状态，退出放电过程。

2.一种实现权利要求1的可以免除电源适配器的智能放电端，其特征在于，智能放电端隐藏于墙体内或者地面内，其包括控制器、第一级整流电路、逆变电路、高频变压器、第二级整流电路、蓄电池、直流斩波电路、开关S、有线或者无线放电端口、有线或者无线通信口，其中：

所述智能放电端的控制器与有线或者无线通信口连接，所述的通信连接方式为RS485；

所述智能放电端的控制器通过控制线与直流斩波电路连接，采用PWM调节方式，控制直流斩波电路的输出电压；

所述控制器通过电压传感器与蓄电池连接，检测其端口电压从而判断蓄电池的是否具有电量；

所述控制器通过电压、电流传感器与直流斩波电路的输出口连接，检测其端口电压、电流从而判断输出口的端电压是否满足要求以及防止电流过大而烧坏器件；

所述第一级整流电路的输入口与220V的交流电连接；所述第一级整流电路的输出口与逆变电路连接；

所述逆变电路的输出口与高频变压器连接；

所述高频变压器与第二级整流电路的输入口连接；

所述第二级整流电路的输出口与直流斩波电路的输入口连接，所述第二级整流电路的输出口还与蓄电池正极连接；

所述直流斩波电路的输出口通过开关S与有线或者无线放电端口连接；

所述开关S的控制端与所述控制器连接；

所述的一种可以免除携带式电源适配器的智能放电端，其适用充电的移动设备，包括电源接口与通信口（有线或者无线）。

3.如权利2要求的一个示例中，所述的一种可以免除电源适配器的智能放电端，采用无线放电口、无线通信口；

所述的无线放电端口为电磁感应式，其工作频率为20MHz；

所述的无线放电端口包括逆变电路、发送线圈、电压电流传感器；

所述的逆变电路通过开关S与直流斩波电路的输出口连接；

所述的逆变电路的输出口与发送线圈连接；

所述放电端的控制器通过电压传感器与线圈两端连接，检测线圈的电压；

所述放电端的控制器通过电流传感器与线圈串联连接，检测流过线圈的电流；

所述的无线通信口包括RS485收发器、AX22001转换电路、802.11射频及天线电路；

所述的RS485收发器一端与控制器的通信口相连，另一端与AX22001转换电路相连；

所述的AX22001转换电路的另一端与802.11射频及天线电路连接。

4.如权利要求2、权利要求3所述的控制器，其特征在于所述控制器在所述通信口上没有检测到接入信息（包括身份识别验证、需求的电压、电流）时，断开所述开关S、输出占空比D为零的PWM波形控制直流斩波电路、逆变电路，使所述放电口的电压、电流为零。

5.如权利要求2、权利要求3所述的控制器，其特征在于所述控制器在所述通信口上检测到用电设备接入信息时，验证通过后，闭合所述开关S，并以需求电压、电流为设定值，通过所述电压、电流传感器的数值，组成负反馈控制，产生相应占空比的PWM波形控制逆变电路、直流斩波电路；产生符合需求的电压等级通过所述放电口传给用电设备。

6.如权利要求2、权利要求3所述的控制器，其特征在于所述控制器在所述通信口上检测到用电设备接入信息时，验证没有通过后，控制器的输出没有变化。

7.如权利要求2、权利要求3所述的控制器，其特征在于所述控制器在所述通信口上检测到用电设备退出信息时，断开所述开关S，并输出占空比D为零的PWM波形控制逆变电路、直流斩波电路，使所述放电口的电压、电流为零。