CN105450051B - Psr开关电源以及充电器 - Google Patents
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Abstract
PSR开关电源以及充电器，包括功率变压器，还包括分别位于该功率变压器的原边侧与副边侧的第一控制单元与第二控制单元，其中，该第二控制单元可接收一外部设备的指令而给出一负载变化编码，该第一控制单元能够通过该功率变压器获悉该负载变化编码，进而调节该PSR开关电源的输出电压。本发明能够调整充电电压，提升充电速度，并且适用于更多的场合，也降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源，尤其涉及PSR开关电源以及充电器。
背景技术
目前采用USB充电接口的手机以及其他移动便携类设备大都是5V电压充电，USB充电接口兼具通信和充电的功能。
采用USB充电接口的设备受限于连接线缆的内阻以及USB连接接口间的接触电阻，充电电流通常不能太大，USB接口最大电流在2A左右，因此总充电功率被限制在10W左右。随着便携类设备的电池容量越来越大，受限于最大充电功率的限制，充电时间变得越来越长。
如果在不改变最大输出电流的情况下，通过提高输出电压，可以增大输出功率，达到快速充电的效果。但是，普通充电器输出的是固定电压，不具备电压调整的能力。
另外，现有技术的普通充电器需要使用光耦或者变压器来进行反馈以实现调整。请参阅图1，移动设备与次级负载连接后，电源次级侧IC或者电路与次级负载设备通信，确认所需电压或者电流，然后通过光耦反馈到初级侧电源IC或者电路，实现输出电压电流的调整。请参阅图2，次级侧IC或者电路通过信号传输变压器反馈到初级侧IC，实现输出电压或者电流的调整。图1和图2分别需要光耦及相关电路和信号传输变压器及相关电路来实现与初级侧通信从而实现输出电压或者电流的调整。由于光耦以及传输变压器的体积都比较大，因此，使得充电器的体积也增大，增加了充电器的成本，也使得充电器在很多场合使用起来不方便。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术中的问题，而提出一种PSR开关电源以及充电器，能够解决现有技术的普通充电器充电速度较慢、不具备电压调整能力、体积大、成本大以及使用不方便的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种PSR开关电源，包括功率变压器，还包括分别位于该功率变压器的原边侧与副边侧的第一控制单元与第二控制单元，其中，该第二控制单元可接收一外部设备的指令而给出一负载变化编码，该第一控制单元能够通过该功率变压器获悉该负载变化编码，进而调节该PSR开关电源的输出电压。
优选地，该第二控制单元包括：一通信模块，用以与该外部设备通信连接；一编码模块，用以根据该通许模块提供的外部设备的指令而给出负载变化编码；第一开关，受控于该负载变化编码。
优选地，该第二控制单元还包括受控于该第一开关的第一负载，受控于该第一开关而选择性地连接该功率变压器的副边侧。
优选地，该第二控制单元还包括第二开关和受控于该第二开关的第二负载，其中，该第一开关闭合并且该第二开关断开时，该第二控制单元给出该负载变化编码的第一状态，该第二开关闭合并且该第一开关断开时，该第二控制单元给出该负载变化编码的第二状态。
优选地，该负载变化编码的第一状态为0，该负载变化编码的第二状态为1。
优选地，该通信模块包括USB电路。
优选地，该第一控制单元包括检测模块，用以给出输出电压和电流的反馈信号；可调基准电压模块，用以根据一调节信号而给出一基准电压；比较模块，用以将该反馈信号与该基准电压相比较而给出一控制信号；控制模块，用以根据控制信号给出驱动信号以控制该功率变压器初级；解码模块，用以根据该驱动信号解码出该负载变化编码；以及基准编程模块，用以在确定经过解码的负载变化编码符合通信规则后，根据该解码后的负载变化编码而给出该调节信号。
优选地，该控制模块包括PWM/PFM电路，该驱动信号可控制该功率变压器初级的开关频率/导通时间。
本发明还提出一种充电器，包括如上所述的PSR开关电源。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过初级侧的芯片以及次级侧的芯片的通信，能够把次级负载的充电需求通过编码的形式传送至初级侧的芯片，这样就使得了充电器能够调整充电电压，提升了充电的速度，另外，免去了使用光耦合器以及变压器所带来的麻烦，减小了充电器的体积，使得充电器的使用更为方便，也降低了充电器的使用成本。
附图说明
图1为现有技术的采用光耦反馈的充电器的电路图。
图2为现有技术的采用变压器反馈的充电器的电路图。
图3为本发明的PSR开关电源的电路示意图。
图4为本发明的PSR开关电源在PWM控制模式下的初级控制芯片相应次级控制芯片的解码信号的波形示意图。
图5为本发明的PSR开关电源在PFM控制模式下的初级控制芯片相应次级控制芯片的解码信号的波形示意图。
图6为本发明的充电方法的次级控制芯片的流程图。
图7为本发明的充电方法的初级控制芯片的流程图。
其中，附图标记说明如下：功率变压器T1 第一控制单元1 检测模块11 可调基准电压模块12 比较模块13 控制模块14 解码模块15 基准编程模块16 第二控制单元2 通信模块21 编码模块22 第一开关S1 第一负载R1 第二开关S2 第二负载R2。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
PSR开关电源的实施例
请参阅图3，本发明的PSR开关电源，包括功率变压器T1以及分别位于该功率变压器T1的原边侧与副边侧的第一控制单元1与第二控制单元2。其中，该第二控制单元2可接收一外部设备的指令而给出一负载变化编码，该第一控制单元1能够通过该功率变压器T1获悉该负载变化编码，进而调节该PSR开关电源的输出电压。
请继续参阅图3，该第二控制单元2包括：一通信模块21、一编码模块22、开关以及负载。
通信模块21用以与该外部设备通信连接，编码模块22用以根据该通许模块提供的外部设备的指令而给出负载变化编码，开关受控于该负载变化编码，负载受控于该开关而选择性地连接该功率变压器T1的副边侧。在这里，负载并不是必要的，可以在在外部设备上固定假负载来代替。
本实施例中，该通信模块21包括USB电路。现在大多数的电器设备，比如手机、平板电脑等均具有USB电路，USB电路上具有D+、D-的通信接口，外部设备可以通过D+、D-的通信接口发送充电需求至第二控制单元2。
本实施例中，该第二控制单元2包括第一开关S1和受控于该第一开关S1的第一负载R1，以及第二开关S2和受控于该第二开关S2的第二负载R2。其中，该第一开关S1闭合并且该第二开关S2断开时，该第二控制单元2给出该负载变化编码的第一状态，该第二开关S2闭合并且该第一开关S1断开时，该第二控制单元2给出该负载变化编码的第二状态。本实施例中，该负载变化编码的第一状态为0，该负载变化编码的第二状态为1。在其它实施例中，该第二控制单元2仅包括第一开关S1和第一负载R1，该第一开关S1闭合，则第二控制单元2给出该该负载变化编码的第一状态，该第一开关S1断开，则第二控制单元2给出该该负载变化编码的第二状态。
虽然仅采用一个开关和一个负载也可以实现上述同样的功能，但是采用两个开关和两个负载来实现通信的可靠性更高。这是因为：原边侧的第一控制单元1的芯片在负载较小的时候动态响应比较差，第一控制单元1的开关频率较低，若是想要快速且可靠地通信，必须把开关频率加快，并且增加次级负载，这样才能够提高原边侧的第一控制单元1的开关频率。
在其他实施例中，也可以只采用一个开关，在外部设备内使用假负载来代替负载的功能即可。
本实施例中，该第一负载R1的阻值小于该第二负载R2。
本实施例中，开关的速度受到初级IC的响应速度限制，因此速度不会特别快，开关的周期是mS级的。
请再次参阅图3，该第一控制单元1包括：检测模块11、可调基准电压模块12、比较模块13、控制模块14、解码模块15以及基准编程模块16。
检测模块11，用以给出输出电压和电流的反馈信号；可调基准电压模块12，用以根据一调节信号而给出一基准电压；比较模块13，用以将该反馈信号与该基准电压相比较而给出一控制信号；控制模块14，用以根据控制信号给出驱动信号以控制该功率变压器T1初级；解码模块15，用以根据该驱动信号解码出该负载变化编码；以及基准编程模块16，用以在确定经过解码的负载变化编码符合通信规则后，根据该解码后的该负载变化编码而给出该调节信号。
本实施例中，该控制模块14包括PWM/PFM电路，该驱动信号可控制该功率变压器T1初级的开关频率/导通时间。
下面结合图3对本发明的工作原理进行详细说明。
首先，外部设备与本发明的PSR开关电源连接，第二控制单元2与PSR开关电源进行通信，确认是否需要调整输出电压，如果需要调整输出电压，则按照通信规则调整负载变化，从而达到向初级侧发送信号的目的。具体为：第二控制单元2通过切换第一开关S1与第二开关S2的导通关断来实现负载状态的变化，从而实现编码的功能。
因为第一控制单元1本身是一原边检测的恒压/恒流电源控制IC，在未接收完第二控制单元2的负载变化编码之前，第一控制单元1需要主动维持充电器输出侧的恒压/恒流状态。当在变压器的次级侧的次级负载发生变化时，也即是当第二控制单元2输出负载变化编码后，为了维持输出的恒压/恒流状态，第一控制单元1需要主动调整驱动信号，次级负载的变化就会在第二控制单元2的驱动信号变化上得到体现，这样就相当于把第二控制单元2的负载变化编码传输到第一控制单元1。通过信号的传输方式，避免使用了光耦合器或者功率变压器T1这种大体积元件，可以减小了充电器的体积。
然后，第一控制单元1根据检测到的输出电压和电流变化调整PWM/PFM控制电路的驱动信号，解码模块15根据PWM/PFM控制电路驱动信号的变化解码，若解码结果符合规格，则基准编程模块16根据解码所得数据的要求编程基准电压，基准电压变化后PWM/PFM控制电路重新调整驱动信号，实现输出电压或电流的调整功能。
具体为，若该控制模块14为PWM电路，则第一控制单元1控制该功率变压器T1初级的开关频率发生变化。若该控制模块14为PFM电路，则该第一控制单元1控制该功率变压器T1初级的导通时间发生变化。
请继续参阅图4和图5，假设一固定时间为T，当次级负载变小时，在固定时间T内，总的初级导通时间Ton_all在减小，总的占空比DT_on_all=Ton_all/T变小；当次级负载变大时，DT_on_all=Ton_all/T变大。第一开关S1和第二开关S2切换对应的DT_on_all分别为DT_on_all_S1和DT_on_all_S2。初级侧对DT_on_all进行解码，从而识辨次级侧通信IC的信号。采用PFM模式或者PWM模式控制的初级侧原边控制IC都满足上述DT_on_all变化关系，采用PFM/PWM混合控制方式的原边控制IC也同样满足上诉DT_on_all变化关系。
本实施例中，该通信规则为第一控制单元1与第二控制单元2通信时，通信数据必须包含起始位、数据位和结束位。在第一控制单元1实现解码的时候，假设以8次的开关频率来表示负载变化编码的状态，则中间的数据为可以规定10101010代表状态1，01010101代表状态0。同时，限定该通信数据的起始位必须为10101000以及结束位必须为01010111。如果基准编程模块16无法识别起始位和结束位，则认为该通信数据无效，第一控制单元1不进行电流和电压的调整。这里对通信规则不作限制，可以根据实际的需求进行调整，比如改变开关频率的次数来表示负载变化编码的状态，或者改变起始位和结束位的表示方式。这样就能够使得负载变化编码的抗干扰能力进一步加强。
充电器的实施例
一种充电器，包括上述的PSR开关电源。
充电方法的实施例
请参阅图6和图7，本发明的充电方法，其包括：
其中，第二控制单元2部分：
步骤S101：该第二控制单元2与外部设备进行通信，并接收外部设备的指令。
步骤S102：该第二控制单元2根据该次级负载判断是否需要调整充电电压，如果是就继续下一步，否则，保持继续接收外部设备指令的状态。
步骤S103：该第二控制单元2根据该指令给出负载变化编码。
步骤S104：该次级控制芯片检测该PSR开关电源的充电电压是否满足次级负载，如果是，则继续接收该充电设备的次级负载，否则，继续进行上一步。
第一控制单元1部分：
步骤S201：该第一控制单元1根据该负载变化编码调整驱动信号。
步骤S202：该第一控制单元1根据该驱动信号解调该负载变化编码。
步骤S203：该第一控制单元1判断该解码信号是否符合通信数据格式要求，如果是，则该第一控制单元1根据该解码信号输出该调节信号，否则继续进行上一步。
步骤S204：该第一控制单元1根据一调节信号而调整基准电压。
步骤S205：该第一控制单元1将该反馈信号与该基准电压相比较而给出一控制信号，并根据该控制信号给出驱动信号以控制该功率变压器T1初级，调整输出电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过初级侧的芯片以及次级侧的芯片的通信，能够把次级负载的充电需求通过编码的形式传送至初级侧的芯片，这样就使得了充电器能够调整充电电压，提升了充电的速度，另外，免去了使用光耦合器以及变压器所带来的麻烦，减小了充电器的体积，使得充电器的使用更为方便，也降低了充电器的使用成本。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围。凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种PSR开关电源，包括功率变压器，其特征在于，还包括分别位于该功率变压器的原边侧与副边侧的第一控制单元与第二控制单元，其中，该第二控制单元可接收一外部设备的指令而给出一负载变化编码，该第一控制单元能够通过该功率变压器获悉该负载变化编码，进而调节该PSR开关电源的输出电压，该第一控制单元包括检测模块，用以给出输出电压和电流的反馈信号；可调基准电压模块，用以根据一调节信号而给出一基准电压；比较模块，用以将该反馈信号与该基准电压相比较而给出一控制信号；控制模块，用以根据控制信号给出驱动信号以控制该功率变压器初级；解码模块，用以根据该驱动信号解码出该负载变化编码；以及基准编程模块，用以在确定经过解码的负载变化编码符合通信规则后，根据该解码后的负载变化编码而给出该调节信号。
2.如权利要求1所述的PSR开关电源，其特征在于，该第二控制单元包括：一通信模块，用以与该外部设备通信连接；一编码模块，用以根据该通信模块提供的外部设备的指令而给出编码控制信号；第一开关，受控于该编码控制信号，该第二控制单元还包括受控于该第一开关的第一负载，受控于该第一开关而选择性地连接该功率变压器的副边侧。
3.如权利要求2所述的PSR开关电源，其特征在于，该第二控制单元还包括第二开关和受控于该第二开关的第二负载，其中，该第一开关闭合并且该第二开关断开时，该第二控制单元给出该负载变化编码的第一状态，该第二开关闭合并且该第一开关断开时，该第二控制单元给出该负载变化编码的第二状态。
4.如权利要求3所述的PSR开关电源，其特征在于，该负载变化编码的第一状态为0，该负载变化编码的第二状态为1。
5.如权利要求1所述的PSR开关电源，其特征在于，该通信模块包括USB电路。
6.如权利要求1所述的PSR开关电源，其特征在于，该控制模块包括PWM/PFM电路，该驱动信号可控制该功率变压器初级的开关频率/导通时间。
7.一种充电器，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的PSR开关电源。
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