CN104052090A - 基于实时状态监测的节能充电方案 - Google Patents

Abstract

一种对充电器节约能耗的改进方法。无论是有线充电器，还是符合Qi标准的无线充电器，通过改进电路和优化程序逻辑对被充电设备进行实时状态监测，若判断为无效充电状态后实时关闭充电功能，并且在有效充电状态下再开启充电功能，从而达到节约能耗的目的。

Description

基于实时状态监测的节能充电方案

技术领域  本发明及无线充电方案中的一种节电改进，通过实时状态监测实现按需关闭与开启充电功能。 

背景技术  目前，市面上现行的充电器，都没有状态监测进行实时关闭与开启充电的节能功能。充电器插上电源后，主要有三个状态：被充电对象有效充电(充电)、被充电对象满载维持(维持)和无被充电对象的空载(空载)。据加利福尼亚能源委员会统计：移动电话设备约40％时间空载、约50％时间维持，仅有约10％时间在进行有效充电；基于各状态平均时间，再乘以各状态下平均能耗，得出惊人结论是一个充电器约50％的能量是被浪费掉的。人们往往鲜有及时插拔充电器的习惯，而插在电源上的充电器就像吸血鬼一样无缘无故吸掉了流经其50％的能量。 

发明内容  为了响应国家绿色环保号召，帮助用户节电省钱，本发明在现有无线充电方案中加入状态监测功能，区分辨别充电器充电、维持和空载状态：充电状态下开启充电功能；而维持和空载状态下关闭充电功能，从而节约能耗，节省那50％被浪费掉的能量。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：有线充电方案中，本发明在充电器中加入8位单片机(10管脚，4KB闪存，计时器)通过与充电器负载USB输入端连接的监测管脚，判断充电器负载状态(是否空载)，若有负载，则再判断负载电量饱和状态(是否维持)，在无负载或负载电量饱和状态下，通单片机会发出指令要求继电器及时关断模拟数字转换器，停止从交流电缆上继续获取电能；另外在有线充电方案中，还需要加入大电容从而保证断开获取交流电缆电能后单片机有足够的电量可以被唤醒。无线充电方案中，本发明通过对发射端与接收端间控制流程逻辑进行改进，在每次开始能量传输前分步判断接收端状态(是否空载或维持)，从而实现状态监测实时控制能量传递。 

本发明的有益效果是：实时监测充电器的负载状态，并在空载和维持状态下及时关断充电器充电功能，从而节电省能。 

附图说明  下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明有线充电方案电路原理图。 

图2是本发明有线充电方案的逻辑原理图。 

图3是无线充电方案Qi标准的系统概览。 

图4是本发明无线充电控制流程的省电改进。 

具体实施方式

对于有线充电器： 

本发明是对现有有线充电器的节能改进，主要原理是利用初级8位单片机控制器件，对有线充电器的连接状态(充电、维持、空载)做出具体判断，然后根据判断结果开启(充电状态下)或关闭(维持或空载状态下)充电功能，从而保证电能的有效利用。 

在图1所示示例中，基于现有有线充电方案的标准配置(1)USB端口、(2)模拟/数字转换器、(3)AC交流电，增加了(4)8位单片机、(5)半桥电路、(6)继电器和(7)大电容。其中，(1)UBS端口的Vbus电源线和Gnd接地线与(4)8位单片机输入管脚连接，用作监测状态信息输入；(5)半桥电路连接于(3)AC交流电与(7)大电容之间，将(3)AC交流电输出的交流电流转化为直流电流为大电容充电；(6)继电器与(4)8位单片机的输出管脚连接，同时分别连接于(1)USB端口、(2)模拟/数字转换器、(3)AC交流电回路和(3)AC交流电、(5)半桥电路、(7)大电容回路中，(6)继电器将根据(4)8位单片机发出的指示，控制两个回路的通断电，起到受控制的开关作用；(7)大电容于(3)AC交流电和(5)半桥电路共同构成充电回路，保证(4)8位单片机的可持续电源。 

本发明在普通的充电方案(USB端口-模拟/数字转换器-交流AC输入端)中加入了单片机及其他辅助元器件，从而实现实时监测并控制实时充电的功能。单片机会根据与USB端口连接的监测管脚(即Vbus电源线和Gnd接地线)，监测被充电设备负载的状态，判断是否空载(Vbus电压为0时判定负载状态为空载)或者是否电量饱和(Vbus电压为4.2V时判定负载状态为饱和)：如果判断结果为是空载或电量饱和，单片机将发命令给继电器断开开关，此时交流电流过电路的电流为0；如果判断结果为否，单片机将发名利给继电器闭合开关，此时交流电流将流过模拟/数字转换器为负载充电。另一方面，单片机维持工作的能量源泉将来自于与其串联的大电容，所以单片机在监测被充电设备的状态的同时，也要监测大电容的电量，如果大电容的电量过低，哪怕被充电设备判断为不需要充电的状态下，单片机也会发命令给继电器闭合开关，使交流电流流向大电容充电。 

在图2所示示例中，列述了8位单片机控制代码的逻辑原理。(0)开始是一个循环起始点，经过(1)有负载？(2)负载电量饱和？两次判断可排除无负载的空载状态和电量饱和的维持状态，进入(4)继电器闭合的充电状态，充电一段时间(建议60秒)后，重新进入(0)开始进行新一轮判断；若在(1)有负载？或(2)负载电量饱和判断为没有负载或电量饱和的情况下，会进入(3)大电容电量？进行第三次判断，若电量不足，系统同样进入(4)继电器闭合的充电状态，但若电量充足，系统则会进入(5)继电器断开的不充电状态，一段时间(建议15秒)后，重新进入(0)开始进行新一轮判断。 

对于无线充电器： 

本发明是在现有通用无线充电Qi标准框架下的节电改进，主要原理是在Qi标准的系统概览中，对充电平台和移动终端之间的控制和通信过程进行逻辑改进。因为Qi标准框架已经建立了充电平台和移动终端之间的控制和通信通道，所以只需要在逻辑流程上改进。 

在图3所示示例中，本发明是对Qi标准的系统概览中，控制和通信过程进行节能改进与优化。 

在图4所示示例中，在Qi标准的控制流程中，有开始、连通、识别与配置和能量传输四个步骤，本发明是在步骤(2)连通和步骤(4)识别与配置间加入步骤(3)状态监测，在步骤(5)能量传输与步骤(1)开始间加入步骤(6)状态监测，从而排除维持或空载状态下无效充电的电能浪费。此改进后的控制流程下，除了Qi标准的结束传输、错误和超时会触发重新进入步骤(1)开始外，无对象、满电、状态错误也会触发流程进入步骤(1)开始。 

Claims (1)

1.在普通充电器中加入负载检测和电池充电完成模块进而实现对充电器的控制，以避免漏电流的产生。检测USB中的Vbus的电压Vb，当Vb＞0时，说明有负载，可以进行充电，鉴于主流电池充满后电压是4.2V，当Vb＞＝4.2V时，认为电池已经充满。