CN104283416A - 自适应电源系统及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应电源系统及其供电方法。该自适应电源系统及方法采用设备电源接口向电源提供单元传送对应设备电源需求的两个电压信号，电源提供单元根据该电压信号改变输出电源的电压水平，从而实现自适应的电源供应。通过上述系统和方法，可以对设备进行准确的供电电源匹配，同时不仅可以自适应的根据已知设备的输入电源要求而改变电源系统输出，还可以通过外部控制改变电源系统输出。提高了电源系统的便携性，通用性和灵活性。

Description

自适应电源系统及供电方法

技术领域

本发明涉及一种电源系统和供电方法，尤其涉及一种根据用电设备需要而自适应改变输出的电源系统和供电方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，越来越多的数码产品以不同功能提供者的形式进入到生活当中，如笔记本电脑、平板电脑、手机、数码相机、摄像机、便携式DVD、PDA、MP3、MP4、GPS、保暖设备、医疗保健设备等。

通常在室内环境中，这些设备可以使用电源适配器（Power adapter）直接连接市电电源插座从而获得电力。电源适配器是一种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，广泛配套于各类电子设备中。

而在室外环境没有市电电源插座的情况下，这些设备通常使用电池获得电力，但通常原配电池都会因为容量低而不能满足设备的长时间使用。当出差或旅游时又是这些设备的工作高峰期，经常在关键时刻电池没有电了，譬如在手机正在打电话时，数码相机正在拍照时，PDA正在工作时等等。尽管可以使用备用电池延长设备使用时间，但是通常不可能为每种设备都配一个备用电池，不但成本高而且也不方便。

移动电源的出现解决这个问题，现有的移动电源一般采用聚合物锂离子电芯，容量可达14000mAh到20000mAh，同时还具备短路、过充、过放、恒流、恒压等保护措施，从而可以解决众多移动设备的电源供给问题。

目前的各类电子设备由于生产厂家及应用要求的不同，在输入、充电电压/电流上各不相同，如果使用输入/输出电压不相匹配的电源适配器或移动电源为电子设备供电或充电，容易导致电子设别的负载电池充不满或充电后使用时间短的问题，甚至造成设备损坏。

现有技术中的电源适配器和移动电源普遍采用的输出电压多为固定模式（例如输出电压为3.7V，5V，12V等等），为了提供不同的输出电压，电源适配器可能带有多个不同输出电压的输出电缆，移动电源带有多个不同输出电压的输出接口。

同时，如果用户同时拥有多个不同电子设备时，就需要多个不同电源适配器或者移动电源，或者是带有多个电缆输出端的电源适配器或者带有多个接口的移动电源，显然这样的电源适配器或者移动电源将占用较大的体积或者复杂的结构而不便于携带。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种根据用电设备需要而自适应改变输出的电源系统和供电方法。

一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端，第一电阻，第二电阻和稳压二极管；其中，

第一电阻与第二电阻串联，第一电阻的一端同时连接第一数据端与稳压二极管的一端，第二电阻的一端连接地电压端；第一电阻与第二电阻的公共端连接第二数据端，稳压二极管的另一端连接地电压端；

电源输出接口的第一数据端和电源端之间连接有限流电阻，或者设备电源接口的电源端与第一数据端之间连接有限流电阻；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端和第一，第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

其中所述电源提供单元进一步包括可充电电池和充电单元，所述充电单元的输入连接外部电源输入端，所述充电单元的输出连接可充电电池的充电端口；可充电电池的输出连接到可变电压输出单元的输入端。

其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息；

其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

一种自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

一种自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

如果控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；如果控制单元根据第一电压信号获知需要通过外部控制来获得设备需要输入的电压信号，那么输出控制信息到外部显示端或外部控制端，控制单元接收来自外部控制端的调整信息，并根据调整信息输出控制信号到可变电压输出单元；；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端和稳压二极管，并且还包括可插入电路板卡的插槽；其中，

稳压二极管的一端与第一数据端同时连接插槽内的第一触点，稳压二极管的另一端连接地电压端，第二数据端连接插槽内的第二触点，地电压端连接插槽内的第三触点；

电源输出接口的第一数据端和电源端之间连接有限流电阻，或者设备电源接口的第一数据端和电源端之间连接有限流电阻；

所述电路板卡包括串联的第一电阻与第二电阻，以及第四至第六触点，其中第一电阻的一端连接第四触点，第一电阻与第二电阻的公共端连接第五触点，第二电阻的另一端连接第六触点；

当电路板卡插入插槽时，第一至第三触点与第四至第六触点依次电性连接；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端，第一和第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

其中所述电源提供单元进一步包括可充电电池和充电单元，所述充电单元的输入连接外部电源输入端，所述充电单元的输出连接可充电电池的充电端口；可充电电池的输出连接到可变电压输出单元的输入端。

其中所述设备电源接口不包括稳压二极管且所述电路板卡包括稳压二极管，稳压二极管的一端连接第四触点，另一端连接第六触点。

其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息；

其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

一种自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，将电路板卡插入插槽，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

一种自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，将电路板卡插入插槽，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

如果控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；如果控制单元根据第一电压信号获知需要通过外部控制来获得设备需要输入的电压信号，那么输出控制信息到外部显示端或外部控制端，控制单元接收来自外部控制端的调整信息，并根据调整信息输出控制信号到可变电压输出单元；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端，第一电阻，第二电阻和三端稳压器；其中，

第一电阻与第二电阻串联，第一电阻的一端同时连接第一数据端与三端稳压器的输出端，第二电阻的一端连接地电压端；第一电阻与第二电阻的公共端连接第二数据端，三端稳压器的接地连接地电压端，三端稳压器的输入端连接设备电源接口的电源端；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端和第一，第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

其中所述电源提供单元进一步包括可充电电池和充电单元，所述充电单元的输入连接外部电源输入端，所述充电单元的输出连接可充电电池的充电端口；可充电电池的输出连接到可变电压输出单元的输入端。

其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息；

其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端和三端稳压器，并且还包括可插入电路板卡的插槽；其中，

三端稳压器的输出端与第一数据端同时连接插槽内的第一触点，三端稳压器的接地端连接地电压端，三端稳压器的输入端连接电源端，第二数据端连接插槽内的第二触点，地电压端连接插槽内的第三触点；

所述电路板卡包括串联的第一电阻与第二电阻，以及第四至第六触点，其中第一电阻的一端连接第四触点，第一电阻与第二电阻的公共端连接第五触点，第二电阻的另一端连接第六触点；

当电路板卡插入插槽时，第一至第三触点与第四至第六触点依次电性连接；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端，第一和第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息；

其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

 通过上述系统和方法，可以对设备进行准确的供电电源匹配，同时不仅可以自适应的根据已知设备的输入电源要求而改变电源系统输出，还可以通过外部控制改变电源系统输出。提高了电源系统的便携性，通用性和灵活性。

 

附图说明

下列附图在此作为本发明的一部分以便于理解，附图中：

图1A为本发明第一实施例的自适应电源系统；

图1B为本发明第一实施例的自适应电源系统的供电方法；

图1C为本发明第一实施例的另一种结构；

图2A为本发明第二实施例的自适应电源系统；

图2B为本发明第二实施例的另一种结构；

图3A为本发明第三实施例的自适应电源系统。

图3B为本发明第三实施例的自适应电源系统的供电方法；

图3C为本发明第三实施例的另一种结构。

图4A为本发明第四实施例的自适应电源系统；

图4B为本发明第四实施例的另一种结构；

图5为本发明第五实施例的自适应电源系统。

 

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。下面结合附图，说明本发明的实施方式。

实施例一

由于不同的电子设备具有不同的额定输入电压，因此为了实现电源系统输出电压的自适应变化，需要从设备端向电源端提供提示信息，以提示所需要的电压信号水平。

图1显示了本发明第一实施例的自适应电源系统。自适应电源系统100包括电源提供单元101，设备电源接口120和设备130。

设备电源接口120包含电源端VCC121，地电压端GND122，数据端D+和D-，第一电阻121，第二电阻122和稳压二极管123。电源端VCC121和地电压端GND122连接到设备130的电源输入端。

第一电阻121与第二电阻122串联，第一电阻121的一端同时连接数据端D+与稳压二极管123的一端，第二电阻122的一端连接地电压端GND122。第一电阻121与第二电阻122的公共端连接数据端D-，稳压二极管123的另一端连接地电压端GND122。

电源提供单元101包含可变电压输出单元102，控制单元103，外部电源输入端104和电源输出接口105。

可变电压输出单元102包括电源输入端，电源输出端以及控制端。其电源输入端经由外部电源输入端104接收来自外部电源（例如100-240V市电）的输入，同时其电源输出端通过电源线106和地线107连接到电源输出接口105的电源端VCC108和地电压端GND109，从而可以根据控制端的信息经由电源输出接口105输出电压到设备。

可变电压输出单元102可以使用UC3842AN及其外围电路构成，控制单元可以使用C8051F320/STM32F103/PIC18F4550及其外围电路构成，显然也可以使用其他本领域技术人员习知的电路构成。

控制单元103的输入端连接到电源输出接口105的数据端D+和D-，同时控制单元103的输出端连接到可变电压输出单元102的控制端，从而可以根据来自数据端D+和D-的电压信号控制可变电压输出单元102的输出。同时电源输出接口105的数据端D+与电源端VCC108之间连接有限流电阻110。

限流电阻110也可以位于设备电源接口120中，连接在电源端VCC121与数据端D+之间，如图1C所示。

当设备需要供电时，设备电源接口与电源输出接口相连，此时两个接口的电源端，接地端，两个数据端对应连接，可变电压输出单元102通过限流电阻110,向数据端D+提供初始电压，稳压二极管工作在稳压区从而把串联电阻121，122的两端（也就是稳压二级管的两端）之间的电压差限定在一个固定值。由于接地端接地，这样即是把设备电源接口的数据端D+的电压限制在一个固定值，也就是说连接到数据端D+的控制单元103的输入端将接收第一固定电压信号。例如初始电压为5V，稳压二极管将两端电压差稳定在3V(例如1N4619或者1N4727)，控制单元103的一个输入端将接收到3V的电压信号。

为了表示设备所需的电源电压，第一电阻121的阻值R1与第二电阻122的阻值R2之间比例为一特定值，那么由于数据端D+的电压固定，第一电阻121与第二电阻122之间公共端的电压值也将是固定值，也就是说连接到数据端D-的控制单元103的输入端将接收第二固定电压信号。例如，当稳压二极管将两端电压差稳定在3V，R1：R2=1:4，那么公端的电压将是2.4V，控制单元103的另一个输入端将接收到2.4V电压信号。

同时，控制单元103存储有电压信号与对应设备电源电压控制信号的映射表，因此控制单元可以根据接收到的两个电压信号获知设备所需的电源电压，并据此向可变电压输出单元102输出控制信号，可变电压输出单元102根据控制信号改变初始输出电压为合适的输出电压。例如，当接收到的第一电压为3V，第二电压为2.4V，那么对应电压控制信号表示将控制可变电压输出单元102的输出24V电压；当接收到的第一电压为3V，第二电压为1.2V，那么对应电压控制信号表示将控制可变电压输出单元102的输出12V电压。

注意，即使可变电压输出单元102改变了输出电压信号，但由于稳压二极管的特性，稳压二极管两端的电压仍然可以保持固定值（例如3V）而不受输出电压信号的影响，那么也就是说控制单元103自电源端D+，D-上接受到的两个电压信号也不会有改变，因此不会出现由于电压输出单元102的输出改变导致串联电阻公共端电压发声改变的情况发生。

图1B显示了自适应电源系统的供电方法。当设备需要电源输入时，设备电源接口120连接到电源输出接口105，且两个接口中的电源端VCC，地电压端GND，数据端D+和D-都对应的连接。

可变电压输出单元102经由限流电阻和电源输出接口105提供初始的输出电压至设备电源接口120的电源端VCC和地电压端GND，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值。

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，并输出第一电压信号和第二电压信号。

控制单元103根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元102。

可变电压输出单元102根据控制信号改变输出电压并输出设备需要输入的电压信号到设备电源接口120和电源输出接口105的电源端VCC，从而为设备供电。

 

实施例二

尽管可以由连接设备的设备电源接口装置向电源提供单元提供指示信息，但是由于的设备电源接口内的串联电阻比例以及稳压二极管参数固定，因此在供电过程中只能表示出两个固定的电压值，也就只能用于需要相同输入电源的一类电子设备。为了适用于不同电压需求的电子设备，在一种情况下需要更改设备电源接口中电阻值比例，从而使得设备电源接口装置能够通用于不同的电子设备的供电，然而这就需要更改硬件结构。

图2A显示了本发明第二实施例的自适应电源系统。自适应电源系统200包括电源提供单元201，设备电源接口220和设备230。

电源提供单元201，设备电源接口220和设备230之间的连接关系以及电源提供单元201的结构与第一实施例相同，在此不再重述。

与第一实施例不同的是，设备电源接口220包含电源端VCC121，地电压端GND122，数据端D+和D，稳压二极管223。

同时，设备电源接口220还具有插槽，可用于可更换的插入不同的电路板卡, 且插槽内具有三个触点A,B,C，数据端D+和D-以及地电压端GND222分别连接到插槽内的第一，二，三触点A,B,C。稳压二极管223的另一端连接地电压端GND122，另一端连接第一触点A。

串联电阻221,222集成在对应于上述插槽形状大小的外部电路板卡card上，其电阻221的一端，电阻221与电阻222的公共端，电阻222的另一端，分别连接到电路板卡上的三个触点A’，B’，C’。可以具有多个这样的电路板卡，不同板卡中的电阻221与电阻222的阻值比例不同使得第二电压信号可以改变，以代表不同的设备电源电压信号水平。

优选的，还可以将稳压二级管也集成在电路板卡上，且稳压二极管的一端连接触点A’，另一端连接触点C’。同时在设备电源接口220内去掉稳压二级管，这样做得好处在于不同的板卡可以更改稳压二级管的参数以使得第一电压信号也可以改变。

同样的，限流电阻110也可以位于设备电源接口220中，连接在电源端VCC121与数据端D+之间，如图2B所示。

第二实施例自适应电源系统的供电方法与第一实施例的不同之处在于，在将设备电源接口220连接到电源输出接口205之前，首先将包含对应于设备所需电压信号水平的电阻比例和/或稳压二极管的电路板卡card插入设备电源接口220，使得触点A,B,C与A’，B’，C’电性连接，从而使得控制单元224可以通过电源端接收两个电压信号，然后再连接电源提供单元201和设备230。从而使得不同的电子设备在使用同一个设备电源接口接收电源信号时，可以通过更换包含不同电阻比例信息的电路板卡，以便提示电源提供单元201提供对应于不同比例信息的电源电压信号。

例如，当接收到的第一电压为3V，第二电压为2.4V，那么对应电压控制信号表示将控制可变电压输出单元102的输出24V电压；当接收到的第一电压为3V，第二电压为1.2V，那么对应电压控制信号表示将控制可变电压输出单元102的输出12V电压。

 

实施例三

在第二实施例中，尽管插卡式的设备电源接口可以通过更换不同的电路板卡，从而使用一个设备电源接口就可以为不同电子设备供电，但是由于电子设备种类繁多，同时不容易知晓所有已知或者未知电子设备电源需求。这样可能使得用户需要携带数量庞大的电路板卡，或者由于没有对应的电路板卡而不能使用电源系统。

图3A显示了本发明第三实施例的自适应电源系统。自适应电源系统300包括电源提供单元301，设备电源接口320和设备330。

电源提供单元301，设备电源接口220和设备230的连接关系与第一，二实施例中相同，设备电源接口220的内部结构与第二实施例相同（或者也可以与第一实施例中相同，即采用固定内部连接关系的设备电源接口），在此不再重复描述。

与第一，二实施例不同的是，电源提供单元301除了包含可变电压输出单元302，控制单元303，外部电源输入端304和电源输出接口305，控制单元303连接有外部显示端（例如LED）和外部控制端。

与第一实施例相同，可变电压输出单元302包括电源输入端，电源输出端以及控制端。其电源输入端经由外部电源输入端104接收来自外部电源（例如100-240V市电）的输入，同时其电源输出端通过电源线306和地线307连接到电源输出接口305的电源端VCC308和地电压端GND309，从而可以根据控制端的信息经由电源输出接口305输出电压到设备。

控制单元303的输入端连接到电源输出接口305的数据端D+和D-，同时控制单元303的输出端连接到可变电压输出单元302的控制端，从而可以根据来自数据端D+和D-的两个电压信号控制可变电压输出单元102的输出。同时电源输出接口305的数据端D+与电源端VCC108之间连接有限流电阻311。

限流电阻311也可以连接在设备电源接口320的数据端D+与电源端之间，如图3C所示。

同时，控制单元303通过接口连接外部显示端（例如LED）和外部控制端（例如键盘或者外部计算机），可以通过外部显示端用于显示来自控制单元303的输出信息，以及通过外部控制端接收来自外部的输入信息。进一步的，控制单元303还可以通过有线/无线接口与外部控制端相连，利于控制单元303与外部控制端之间交换信息。

例如，如果没有对应的电路板卡能够提示设备需要输入的电源电压，那么即插入带有稳压二极管参数为特定值的电路板卡（或者使用实施例一中不能跟换插卡的设备电源接口），该特定值表示电子设备的输入电压不能由设备电源接口确定而需要从外部控制端确定。那么在设备电源接口连接设备与电源提供单元时，控制单元303接收到来自设备电源接口的第一电压信号为特定值时（例如由于稳压二极管的参数设置使得来自电源端D+的电压信号固定为4V），那么表示电子设备的输入电压不能由设备电源接口确定而需要由外部控制，那么控制单元303将向外部显示端输出提示信息以提示需要调整输出电压信号，同时也可以向外部控制端输出提示信息提示需要调整输出电压信号，然后控制单元303接收到来自外部控制端的电压控制信号（例如外部控制端确定设备需要7V输入电压，那么就传送代表7V输出电压的控制信号）后，控制单元303向可变电压输出单元102提供控制信号以使得可变电压输出单元102改变初始输出电压到设备需要的电压（例如7V）。

图3B显示了第三实施例的自适应电源系统的供电方法。当设备需要电源输入时，设备电源接口320连接到电源输出接口305，且两个接口中的电源端VCC，地电压端GND，数据端D+和D-都对应的连接。显然，如果自适应电源系统采用实施例二中可以插入电路板卡的方式，那么在这一步骤之前同样可以采用实施例二的方式插入电路板卡到设备电源接口。

可变电压输出单元302经由限流电阻和电源输出接口305提供初始的输出电压至设备电源接口320的电源端VCC和地电压端GND，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值。

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，并输出第一电压信号和第二电压信号。

如果控制单元303根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元102。如果控制单元303根据第一电压信号获知需要通过外部控制来获得设备需要输入的电压信号，那么输出控制信息到外部显示端或者外部控制端，控制单元303接收来自外部控制端的调整信息并根据调整信息输出控制信号到可变电压输出单元302。

可变电压输出单元302根据控制信号改变输出电压并输出设备需要输入的电压信号到设备电源接口320和电源输出接口305的电源端VCC，从而为设备供电。

 

实施例四

尽管上述三个实施例采用外部电源对可变电压输出单元提供输入电源，显然也可以采用可充电电池单元为可变电压输出单元提供输入电源，这样就可以自适应电源系统实现为移动电源系统。

图4显示了本发明第四实施例的自适应电源系统。自适应电源系统400包括电源提供单元401，设备电源接口420和设备430。

电源提供单元401，设备电源接口420和设备430的连接关系可以与第一，二，三实施例中相同，设备电源接口220的内部结构与第一，二实施例相同，在此不再重复描述。

电源提供单元401的内部结构以及连接关系可以与第一，二，三实施例大致相同，在此不再重复描述。

与第一，二，三实施例不同的是，电源提供单元401还包括可充电电池411和充电单元412。充电单元412的输入连接外部电源输入端404，接收外部电源输入。充电单元412的输出连接可充电电池411的充电端口，用于对电池充电。可充电电池411的输出连接到可变电压输出单元402的输入端，可变电压输出单元402根据控制信号将可充电电池411的输出电压转换为设备所需要的电源电压。

同样的，限流电阻410可以位于电源提供单元401中电源端与数据端D+之间，也可以位于设备电源接口420中，连接在电源端与数据端D+之间，如图4B所示。

上述实施例中的设备电源接口和电源输出接口可以使各种标准USB接口，其电源端和数据端分别利用USB接口中的电源线和数据线。同样的也可以利用其他接口装置，只要满足具有电源端和数据端的要求，例如火线接口等。

 

实施例五

由于稳压二极管的稳压性能通常不高，电压的稳定范围有限，因此可以将稳压二极管可以替换为三端稳压器。

图5显示了本发明第四实施例的自适应电源系统。自适应电源系统500包括电源提供单元，设备电源接口和设备。

电源提供单元，设备电源接口和设备的连接关系可以与第一到四实施例中相同。与第一到四实施例不同的是，电源提供单元或者设备电源接口中都没有限流电阻，同时采用三端稳压器替换稳压二极管，其中三端稳压器的接地端连接设备电源接口的地电压端GND端，三端稳压器的输入端连接设备电源接口的电源端VCC，三端稳压器的输出端连接设备电源接口的D+端。其中电压控制方法可以参见前四个实施例，三端稳压器可以使用现有的元器件，例如79L05/-5V,79L06/-6V,LM7805/5V,LM7806/6V等等。

尽管本发明是通过上述优选实施方式进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到，在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (31)

1.一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端，第一电阻，第二电阻和稳压二极管；其中，

第一电阻与第二电阻串联，第一电阻的一端同时连接第一数据端与稳压二极管的一端，第二电阻的一端连接地电压端；第一电阻与第二电阻的公共端连接第二数据端，稳压二极管的另一端连接地电压端；

电源输出接口的第一数据端和电源端之间连接有限流电阻，或者设备电源接口的电源端与第一数据端之间连接有限流电阻；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端和第一，第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

2.如权利要求1所述的自适应电源系统，其中所述电源提供单元进一步包括可充电电池和充电单元，所述充电单元的输入连接外部电源输入端，所述充电单元的输出连接可充电电池的充电端口；可充电电池的输出连接到可变电压输出单元的输入端。

3.如权利要求1所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息。

4.如权利要求1所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

5.如权利要求4所述的自适应电源系统，其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

6.如权利要求4所述的自适应电源系统，其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

7.一种用于权利要求1、2任一所述自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

8.一种用于权利要求3-6任一所述自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

如果控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；如果控制单元根据第一电压信号获知需要通过外部控制来获得设备需要输入的电压信号，那么输出控制信息到外部显示端或外部控制端，控制单元接收来自外部控制端的调整信息，并根据调整信息输出控制信号到可变电压输出单元；；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

9.一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端和稳压二极管，并且还包括可插入电路板卡的插槽；其中，

稳压二极管的一端与第一数据端同时连接插槽内的第一触点，稳压二极管的另一端连接地电压端，第二数据端连接插槽内的第二触点，地电压端连接插槽内的第三触点；

电源输出接口的第一数据端和电源端之间连接有限流电阻，或者设备电源接口的第一数据端和电源端之间连接有限流电阻；

所述电路板卡包括串联的第一电阻与第二电阻，以及第四至第六触点，其中第一电阻的一端连接第四触点，第一电阻与第二电阻的公共端连接第五触点，第二电阻的另一端连接第六触点；

当电路板卡插入插槽时，第一至第三触点与第四至第六触点依次电性连接；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端，第一和第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

10.如权利要求9所述的自适应电源系统，其中所述电源提供单元进一步包括可充电电池和充电单元，所述充电单元的输入连接外部电源输入端，所述充电单元的输出连接可充电电池的充电端口；可充电电池的输出连接到可变电压输出单元的输入端。

11.如权利要求9所述的自适应电源系统，其中所述设备电源接口不包括稳压二极管且所述电路板卡包括稳压二极管，稳压二极管的一端连接第四触点，另一端连接第六触点。

12.如权利要求9所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息。

13.如权利要求9所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

14.如权利要求13所述的自适应电源系统，其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

15.如权利要求13所述的自适应电源系统，其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

16.一种用于权利要求9-11任一所述自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，将电路板卡插入插槽，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

17.一种用于权利要求12-15任一所述自适应电源系统的供电方法，包括以下步骤：

当设备需要电源输入时，将电路板卡插入插槽，设备电源接口连接到电源输出接口，且两个接口中的电源端，地电压端，第一和第二数据端都对应的连接；

可变电压输出单元经由限流电阻和电源输出接口提供初始的输出电压至设备电源接口的电源端和地电压端，由此稳压二极管将两端的电压限制在固定电压值；

串联的第一电阻和第二电阻将所述固定电压值分压，从设备电源接口的第一数据端和第二数据端分别输出第一电压信号和第二电压信号；

如果控制单元根据第一电压信号和第二电压信号获知设备需要输入的电压信号，并输出控制信号到可变电压输出单元；如果控制单元根据第一电压信号获知需要通过外部控制来获得设备需要输入的电压信号，那么输出控制信息到外部显示端或外部控制端，控制单元接收来自外部控制端的调整信息，并根据调整信息输出控制信号到可变电压输出单元；

可变电压输出单元根据控制信号改变初始输出电压为设备所需电压，并经由设备电源接口和电源输出接口输出设备所需电压到设备的电源输入端。

18.一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端，第一电阻，第二电阻和三端稳压器；其中，

第一电阻与第二电阻串联，第一电阻的一端同时连接第一数据端与三端稳压器的输出端，第二电阻的一端连接地电压端；第一电阻与第二电阻的公共端连接第二数据端，三端稳压器的接地连接地电压端，三端稳压器的输入端连接设备电源接口的电源端；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端和第一，第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

19.如权利要求18所述的自适应电源系统，其中所述电源提供单元进一步包括可充电电池和充电单元，所述充电单元的输入连接外部电源输入端，所述充电单元的输出连接可充电电池的充电端口；可充电电池的输出连接到可变电压输出单元的输入端。

20.如权利要求18所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息。

21.如权利要求18所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

22.如权利要求21所述的自适应电源系统，其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

23.如权利要求21所述的自适应电源系统，其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

24.一种自适应电源系统，包括连接外部电源的电源提供单元和连接设备的设备电源接口，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端；

设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端和三端稳压器，并且还包括可插入电路板卡的插槽；其中，

三端稳压器的输出端与第一数据端同时连接插槽内的第一触点，三端稳压器的接地端连接地电压端，三端稳压器的输入端连接电源端，第二数据端连接插槽内的第二触点，地电压端连接插槽内的第三触点；

所述电路板卡包括串联的第一电阻与第二电阻，以及第四至第六触点，其中第一电阻的一端连接第四触点，第一电阻与第二电阻的公共端连接第五触点，第二电阻的另一端连接第六触点；

当电路板卡插入插槽时，第一至第三触点与第四至第六触点依次电性连接；

设备电源接口和电源输出接口的电源端，地电压端，第一和第二数据端在需要向设备提供电源时相互连接。

25.如权利要求24所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部显示端，以输出提示信息。

26.如权利要求24所述的自适应电源系统，其中所述控制单元连接外部控制端，以实现二者之间的消息通信。

27.如权利要求26所述的自适应电源系统，其中所述外部控制端包括键盘或计算机系统。

28.如权利要求26所述的自适应电源系统，其中所述控制单元与所述外部控制端通过有线/无线链路相互连接。

29.一种用于自适应电源系统中的设备电源接口，用于将来自电源提供单元输出的电源信号提供给设备，其特征在于：

所述设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端，第一电阻，第二电阻和稳压二极管；其中，

第一电阻与第二电阻串联，第一电阻的一端同时连接第一数据端与稳压二极管的一端，第二电阻的一端连接地电压端；第一电阻与第二电阻的公共端连接第二数据端，稳压二极管的另一端连接地电压端；

电源输出接口的第一数据端和电源端之间连接有限流电阻，或者设备电源接口的电源端与第一数据端之间连接有限流电阻；

进一步的，在需要通过设备电源接口向设备提供电源时，设备电源接口的电源端，地电压端和第一，第二数据端与电源提供单元对应的电源端，地电压端和第一，第二数据端相互连接。

30.一种用于自适应电源系统中的电源提供单元，其特征在于：

电源提供单元包含可变电压输出单元，控制单元，外部电源输入端和电源输出接口；其中，

所述可变电压输出单元的输入连接外部电源输入端，可变电压输出单元的两个输出连接电源输出接口的电源端和地电压端，可变电压输出单元的控制端连接控制单元的输出；

所述控制单元的输入连接电源输出接口的第一和第二数据端。

31.一种用于自适应电源系统中的设备电源接口，用于将来自电源提供单元输出的电源信号提供给设备，其特征在于：

所述设备电源接口包含电源端，地电压端，第一和第二数据端，第一电阻，第二电阻和三端稳压器；其中，

第一电阻与第二电阻串联，第一电阻的一端同时连接第一数据端与三端稳压器的输出端，第二电阻的一端连接地电压端；第一电阻与第二电阻的公共端连接第二数据端，三端稳压器的接地连接地电压端，三端稳压器的输入端连接设备电源接口的电源端；

进一步的，在需要通过设备电源接口向设备提供电源时，设备电源接口的电源端，地电压端和第一，第二数据端与电源提供单元对应的电源端，地电压端和第一，第二数据端相互连接。