CN105871040A - 一种ac-dc反激式充电电路及充电器 - Google Patents

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马勋
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Abstract

本发明适用于集成电路领域，提供了一种AC‑DC反激式充电电路及充电器，该电路包括：整流单元，用于对交流电进行整流；输出电压控制单元，用于根据输出电压生成电压转换控制信号；电压转换单元，用于根据电压转换控制信号进行电压转换，分别生成第一直流电压和第二直流电压；反馈单元，用于将直流电压反馈给输出电压控制单元；第一、第二降压单元，用于分别对第一、第二直流电压进行降压处理，输出第一、第二路快充充电电压以及第一普通充电电压。本发明全部采用降压方式进行AC‑DC转换，输出多组充电电压，比升压方式大大节省了成本，效率高，并且可以同时输出多组快充电压和普通充电电压，进一步满足了更多的用户需求，提高了用户体验。

Description

一种AC-DC反激式充电电路及充电器
技术领域
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种AC-DC反激式充电电路及充电器。
背景技术
为满足便携式设备长时间供电的要求，设备内部配备的电池容量越来越大。根据传统的充电模式，对于电池充电的时间越来越长。为提升充电速度，缩短充电时间，很多公司都发布了快速充电方法和相关协议。在这种状况下，为便携式设备配备的AC/DC充电器也需要具有相应的快速充电功能。这些AC/DC充电器一般都配备了一个或多个标准的USB输出端口。近期又出现了装备有多个USB输出口的电源排插。
在现有的电源排插解决方案中，多采用单绕组输出一个固定电压，后续采用多个升压(BOOST)控制器，辅以快速充电接口协议芯片来实现快速充电的输出。这种实现方式主要的缺陷是方案成本高，整体的转换效率低。本发明采用了全新的拓扑架构，可以实现成本与性能的双重优化。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种AC-DC反激式充电电路，旨在解决现有AC-DC快电方案无法同时进行普通充电和快速充电，以及成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种AC-DC反激式充电电路，所述电路包括：
整流单元，用于对交流电进行整流，所述整流单元的输入端与交流电源连接；
输出电压控制单元，用于根据输出电压生成电压转换控制信号，所述输出电压控制单元的第一输入端与所述整流单元的输出端连接；
电压转换单元，用于根据所述电压转换控制信号进行电压转换，所述电压转换单元具有两路输出，分别生成第一直流电压和第二直流电压，所述第一直流电压高于所述第二直流电压，所述电压转换单元的第一输入端与所述整流单元的输出端连接，所述电压转换单元的第二输入端与所述输出电压控制单元的第一输出端连接，所述电压转换单元的第三输入端与所述输出电压控制单元的第二输出端连接；
反馈单元，用于将所述电压转换单元输出的第二直流电压反馈给所述输出电压控制单元，所述反馈单元的一个或多个输入端与所述电压转换单元的一个或多个输出端分别对应连接，所述反馈单元的输出端与所述输出电压控制单元的反馈端连接；
第一降压单元，用于对所述第一直流电压进行降压处理，并根据负载端要求的电压指令转换并输出第一路快充充电电压，所述第一降压单元的输入端与所述电压转换单元的第一路输出连接；
第二降压单元，用于对第二直流电压进行降压处理，生成第二路快充充电电压和第一普通充电电压，所述第一路快充充电电压高于所述第二路快充充电电压，所述第二降压单元的输入端与所述电压转换单元的第二路输出连接。
本发明实施例的另一目的在于，提供一种包括上述AC-DC反激式充电电路的充电器。
本发明实施例由于全部采用降压方式进行AC-DC转换，输出多组充电电压，比升压方式大大节省了成本，效率高，并且可以同时输出多组快充电压和普通充电电压，可同时满足多用户需求，提高了用户体验。
附图说明
图1为本发明实施例提供的AC-DC反激式充电电路的结构图；
图2为本发明实施例提供的AC-DC反激式充电电路的示例电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例全部采用降压方式进行AC-DC转换，输出多组充电电压，比升压方式大大节省了成本，提高了效率，并且可以同时输出多组快充电压和普通充电电压，可同时满足了多用户的需求，提高了用户体验。
图1示出了本发明实施例提供的AC-DC反激式充电电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
该AC-DC反激式充电电路可应用于各种电源充电器中，该电路包括：
整流单元11，用于对交流电进行整流，整流单元11的输入端与交流电源连接；
在本发明的一个实施例中，整流单元可以采用整流桥和储能器件实现。
输出电压控制单元12，用于根据输出电压要求生成电压转换控制信号，输出电压控制单元12的第一输入端与整流单元11的输出端连接；
在本发明实施例中，输出电压控制单元12根据维持输出电压恒定的要求，生成对电源转换单元的控制信号，电源转换单元将整流单元输出的高压直流电压转换为要求的低压直流输出，以满足对负载充电的要求。
电压转换单元13，用于根据电压转换控制信号进行电压转换，电压转换单元13具有两路输出，分别生成第一直流电压(例如20V/2A)和第二直流电压(例如5V/3A)，第一直流电压高于第二直流电压，电压转换单元13的第一输入端与整流单元11的输出端连接，电压转换单元13的第二输入端与输出电压控制单元12的第一输出端连接，电压转换单元13的第三输入端与输出电压控制单元12的第二输出端连接；
作为本发明一优选实施例，电压转换单元13还可以包括第三路输出，生成第三直流电压，该第三直流电压高于第二直流电压且低于第一直流电压；
该AC-DC反激式充电电路还包括第三降压单元，第三降压单元的输入端与电压转换单元13的第三路输出连接。
当然根据用户需要电压转换单元还可以包括第四及第五路输出，每一路输出的电压高低可以根据用户需求设置。
反馈单元14，用于将电压转换单元13输出的直流电压反馈给输出电压控制单元12，反馈单元14的多个输入端与电压转换单元13的多个输出端分别对应连接，反馈单元14的输出端与输出电压控制单元12的反馈端连接；
第一降压单元15，用于对第一直流电压进行降压处理，并通过快速充电协议检测单元检测负载所要求的电压指令，根据电压指令输出第一路快充充电电压，第一降压单元15的输入端与电压转换单元13的第一路输出连接；
在本发明实施例中，第一降压单元主要针对于较高电压的快充方式，例如可以提供9V、12V、20V的大电流充电，并且可以自动识别负载端所要求的输出电压进行选择性输出，例如负载要求提供12V充电电源，那么第一降压单元检测到负载的指令后后向负载输出12V的充电电压，此处并不限定输出电压以及电流的大小，可以根据用户需求具体设置。
第二降压单元16，用于对第二直流电压进行降压处理，生成第二路快充充电电压和第一普通充电电压，第一路快充充电电压高于所述第二路快充充电电压，第二降压单元16的输入端与电压转换单元13的第二路输出连接。
在本发明实施例中，第二降压单元16可以以并联的方式输出多个充电电压，既可以是大电流的快充模式，也可以是小电流的普通充电模式，且第二降压单元输出的电压要小于第一降压单元输出的电压。
本发明实施例由于全部采用降压方式进行AC-DC转换，输出多组充电电压，比升压方式大大节省了成本，效率高，并且可以同时输出多组快充电压和普通充电电压，可以同时满足多个的用户需求，提高了用户体验。
图2示出了本发明实施例提供的AC-DC反激式充电电路的示例电路结构。
其中，整流单元11包括整流桥和电容C1，将输入的交流电整流变换为高压直流电，通过电容C1进行储能，并与输出电压控制单元12和电压变换单元13相连；所述电容C1的一端与整流单元11输出的正电压相连，C1的另一端与整流单元11输出的地线相连；
输出电压控制单元12包括：
电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及脉宽调制模块PWM IC；
脉宽调制模块PWM IC的HV引脚为输出电压控制单元12的第一输入端与电容C1的正电压一端连接，脉宽调制模块PWM IC的驱动信号GATE引脚与第一开关管Q1的控制端连接，第一开关管Q1的输入端为输出电压控制单元12的第一输出端，第一开关管Q1的输出端与脉宽调制模块PWM IC的CS引脚连接，脉宽调制模块PWM IC的CS引脚还通过所述电阻R1接地，脉宽调制模块PWM IC的FB引脚为输出电压控制单元的反馈端与反馈单元的输出端连接，所述脉宽调制模块的FB引脚为所述输出电压控制单元的反馈端，脉宽调制模块PWM IC的VS引脚同时与电容C2的一端、电阻R2的一端和电阻R3的一端连接，电容C2的另一端和电阻R3的另一端同时接地，电阻R2的另一端为输出电压控制单元12的第二输出端与电压转换单元13中变压器绕组NA的一端相连。
电压转换单元13包括：
多绕组变压器T1和低压侧整流单元131，该低压侧整流单元131包括整流管D1、整流管D2、电容C3、电容C4；
多绕组变压器T1的绕组个数和低压侧整流单元131的电流个数可根据需要进行调整。图2所示的为一个两路输出的实施例。
多绕组变压器T1的原边包括第一线圈NP和第二线圈NA，多绕组变压器T1的副边包括第三线圈NS1和第四线圈NS2；
第一线圈NP的异名端为电压转换单元13的第一输入端，第一线圈NP的同名端为电压转换单元13的第二输入端，第二线圈NA的同名端为电压转换单元13的第三输入端，第二线圈NA的异名端接地；
第三线圈NS1的同名端与整流管D1的阳极连接，整流管D1的阴极为电压转换单元13的第一输出端与电容C3的一端连接，第三线圈NS1的异名端为电压转换单元13的第二输出端与电容C3的另一端连接；
第四线圈NS2的同名端与整流管D2的阳极连接，整流管D2的阴极为电压转换单元13的第三输出端与电容C4的一端连接，第四线圈NS2的异名端为电压转换单元13的第四输出端与电容C4的另一端连接。
整流管D1和电容C3将由多绕组变压器T1传送过来的交流电压整流变换成为低压的第一直流电压。整流管D1的一端与多绕组变压器T1的一个绕组NS1的一端相连，另一端与电容C3的一端相连，构成了第一直流电压的正电压端，绕组NS1的另一端与电容C3的另一端相连，并构成第一直流电压的地线端。整流管D2和电容C4将由多绕组变压器T1传送过来的交流电压整流变换成为低压的第一直流电压。整流管D2的一端与多绕组变压器T1的一个绕组NS2的一端相连，另一端与电容C4的一端相连，构成了第二直流电压的正电压端。绕组NS2的另一端与电容C4的另一端相连，并构成第二直流电压的地线端。
电压转换单元13的第二路输出通过光耦反馈电路14采样到脉宽调制模块PWM IC的FB引脚，输出电压控制单元12根据该反馈信号产生控制电压转换单元13中第一开关管Q1的控制信号，通过调节第一开关管的导通时间，通过多绕组变压器T1的原边圈NP和副边圈NS2的匝比关系，可控制电压转换单元的第二路输出电压；同时，多绕组变压器T1的原边圈NP和副边圈NS1的匝比关系可调节电压转换单元13的第一路输出电压。
优选地，第一开关管Q1为N型MOS管，N型MOS管的栅极为第一开关管Q1的控制端，N型MOS管的漏极为第一开关管Q1的输入端，N型MOS管的源极为第一开关管Q1的输出端。
优选地，第一降压单元15为基于QC2.0或QC3.0的智能降压芯片(BUCKIC)，可根据负载所要求的指令，提供所需的输出电压。
优选地，第二降压单元16为USB开关限流芯片(SWITCH)，可根据负载的要求配置为快速充电输出端口或者普通充电端口。
作为本发明一优选实施例，反馈单元14为光耦反馈电路。
本发明实施例的另一目的在于，提供一种包括上述AC-DC反激式充电电路的充电器。
本发明实施例由于全部采用降压方式进行AC-DC转换，输出多组充电电压，比升压方式大大节省了成本，提高了效率高，并且可以同时输出多组快充电压和普通充电电压，可以满足多个的用户需求，提高了用户体验。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种AC-DC反激式充电电路，其特征在于，所述电路包括：
整流单元，用于对交流电进行整流，所述整流单元的输入端与交流电源连接；
输出电压控制单元，用于根据输出电压生成电压转换控制信号，所述输出电压控制单元的第一输入端与所述整流单元的输出端连接；
电压转换单元，用于根据所述电压转换控制信号进行电压转换，所述电压转换单元具有两路输出，分别生成第一直流电压和第二直流电压，所述第一直流电压高于所述第二直流电压，所述电压转换单元的第一输入端与所述整流单元的输出端连接，所述电压转换单元的第二输入端与所述输出电压控制单元的第一输出端连接，所述电压转换单元的第三输入端与所述输出电压控制单元的第二输出端连接；
反馈单元，用于将所述电压转换单元输出的第二直流电压反馈给所述输出电压控制单元，所述反馈单元的一个或多个输入端与所述电压转换单元的一个或多个输出端分别对应连接，所述反馈单元的输出端与所述输出电压控制单元的反馈端连接；
第一降压单元，用于对所述第一直流电压进行降压处理，并根据负载端要求的电压指令转换并输出第一路快充充电电压，所述第一降压单元的输入端与所述电压转换单元的第一路输出连接；
第二降压单元，用于对第二直流电压进行降压处理，生成第二路快充充电电压和第一普通充电电压，所述第一路快充充电电压高于所述第二路快充充电电压，所述第二降压单元的输入端与所述电压转换单元的第二路输出连接。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压转换单元还包括第三路输出，生成第三直流电压，所述第三直流电压高于所述第二直流电压且低于所述第一直流电压；
所述电路还包括第三降压单元，所述第三降压单元的输入端与所述电压转换单元的第三路输出连接。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输出电压控制单元包括：
电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、第一开关管Q1以及脉宽调制模块；
所述脉宽调制模块的HV引脚为所述输出电压控制单元的第一输入端，所述脉宽调制模块的驱动信号GATE引脚与所述第一开关管Q1的控制端连接，所述第一开关管Q1的输入端为所述输出电压控制单元的第一输出端，所述第一开关管Q1的输出端与所述脉宽调制模块的CS引脚连接，所述脉宽调制模块的CS引脚还通过所述电阻R1接地，所述脉宽调制模块的FB引脚为所述输出电压控制单元的反馈端，所述脉宽调制模块的VS引脚同时与所述电容C2的一端、所述电阻R2的一端和所述电阻R3的一端连接，所述电容C2的另一端和所述电阻R3的另一端同时接地，所述电阻R2的另一端为所述输出电压控制单元的第二输出端。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一开关管Q1为N型MOS管，所述N型MOS管的栅极为所述第一开关管Q1的控制端，所述N型MOS管的漏极为所述第一开关管Q1的输入端，所述N型MOS管的源极为所述第一开关管Q1的输出端。
5.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电压转换单元的第一路输出包括第一输出端和第二输出端，所述电压转换单元的第二路输出包括第三输出端和第四输出端，所述电压转换单元还包括多绕组变压器T1和整流管D1、整流管D2、电容C3、电容C4；
所述多绕组变压器T1的原边包括第一线圈NP和第二线圈NA，所述多绕组变压器的副边包括第三线圈NS1和第四线圈NS2；
所述第一线圈NP的异名端为所述电压转换单元的第一输入端，所述第一线圈NP的同名端为所述电压转换单元的第二输入端，所述第二线圈NA的同名端为所述电压转换单元的第三输入端，所述第二线圈NA的异名端接地；
所述第三线圈NS1的同名端与所述整流管D1的阳极连接，所述整流管D1的阴极为所述电压转换单元的第一输出端与所述电容C3的一端连接，所述第三线圈NS1的异名端为所述电压转换单元的第二输出端与所述电容C3的另一端连接；
所述第四线圈NS2的同名端与所述整流管D2的阳极连接，所述整流管D2的阴极为所述电压转换单元的第三输出端与所述电容C4的一端连接，所述第四线圈NS2的异名端为所述电压转换单元的第四输出端与所述电容C4的另一端连接。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一降压单元为基于QC2.0或QC3.0的智能降压芯片，所述第一快充电压高于所述第二快充电压。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二降压单元为USB开关降压芯片，可输出第二路快充充电电压，以及普通充电电压。
8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反馈单元为光耦反馈电路，用于采样输出电压到输出电压控制单元，从而控制电压转换单元的输出。
9.一种充电器，其特征在于，所述充电器包括如权利要求1至8任一项所述的AC-DC反激式充电电路。
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