CN109038734A - 一种自动补偿线损的充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动补偿线损的充电装置，包括输入端、电压变换模块、输出端、补偿电压生成模块和电压调节模块；所述充电装置通过充电线连接待充电设备，并执行以下充电方法：所述输出端接收所述待充电设备每隔预设时间发送的控制信号；所述控制信号至少包括预先获得的所述充电线的电阻值和当前最优充电电压；所述电阻值由所述待充电设备根据预设充电电压获得；所述当前最优充电电压由所述待充电设备根据当前电池电压获得；所述补偿电压生成模块根据所述控制信号生成线损补偿电压；所述电压调节模块根据所述线损补偿电压对所述电压变换模块的输出电压进行调节。本发明能够自动补偿线损，并实时调整充电电压，实现最优效率充电。
Description
技术领域
本发明涉及直流充电技术领域，尤其涉及一种自动补偿线损的充电装置。
背景技术
随着电子产品的不断发展，电子产品所支持的功能越来越多，其电路系统的耗电量也越来越大，在电池容量有限的情况下，电子产品充电后的续航时间越来越短，导致需要频繁对电子产品进行充电操作。传统的充电方式大都使用常规充电器对电子产品进行充电，常规充电器仅支持固定的电压输出，充电时间较长，快速充电技术无疑是一种解决这一难题的有效手段。
图1现有技术提供的一种充电方法的示意图，手机适配器先将220V的市电电压转换为5V～20V的电压VOUT，然后通过充电线传输到手机的Switching Charger输入端VBUS，由于手机的电池电压VBAT一般为3.2V～4.4V，VBUS的电压值要通过二次降压到VBAT才能对手机充电。在对手机进行充电的过程中，VBAT的电压值不断升高，对于任意一个VBAT电压都有一个对应的VBUS电压使充电效率达到最优。在产品的设计过程中，当确定这些使充电效率最优的VBUS电压时，对应调节手机适配器的输出电压VOUT的电压值，使充电效率一直处于效率最优点，从而可以缩短充电时间，实现快速充电。
由于充电线存在直流阻抗，在调节手机适配器的输出电压VOUT时通常会对充电线上的损耗进行补偿，即控制输出电压VOUT＝VBUS+RS*IOUT，其中，RS为充电线的电阻值，IOUT为手机适配器的输出电流。但是，现有技术在确定使充电效率最优的VBUS电压值的过程中，使用的是质量较好的出厂原装充电线进行相关的充电数据测量，由于市面上的充电线的质量参差不齐，不同的充电线的电阻值不同，当用户使用电阻值不同的充电线时，充电线上的损耗不同，导致VBUS的电压值偏离设定好的效率最优点对应的VBUS电压值；另外，由于电池在充电过程中的电压、电流和电化学特性会不断发生变化，而现有技术提供的快速充电技术的手机适配器不能根据电池的变化相应调整输出电压，无法保证充电效率一直处于效率最优点，从而降低了充电效率。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种自动补偿线损的充电装置，能够自动补偿线损，并实时调整充电电压，从而实现最优效率充电。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种自动补偿线损的充电装置，包括输入端、电压变换模块、输出端、补偿电压生成模块和电压调节模块；所述电压变换模块的第一输入端与所述输入端连接，所述电压变换模块的第一输出端与所述输出端连接；所述补偿电压生成模块的第一输入端与所述输出端连接，所述补偿电压生成模块的第一输出端与所述电压调节模块的第一输入端连接；所述电压调节模块的第一输出端与所述电压变换模块的第二输入端连接；所述充电装置通过充电线连接待充电设备，并执行以下充电方法：
所述输出端接收所述待充电设备每隔预设时间发送的控制信号；其中，所述控制信号至少包括预先获得的所述充电线的电阻值和当前最优充电电压；所述电阻值由所述待充电设备根据预设充电电压获得；所述当前最优充电电压由所述待充电设备根据所述待充电设备的当前电池电压获得；
所述补偿电压生成模块根据所述控制信号生成线损补偿电压；
所述电压调节模块根据所述线损补偿电压对所述电压变换模块的输出电压进行调节。
进一步地，所述电压变换模块包括整流单元和电压变换单元；
所述输入端用于连接供电电源以获取交流电；
所述整流单元用于将获取的交流电转换为直流电；
所述电压变换单元用于对所述直流电进行电压变换；
所述输出端用于通过所述充电线连接所述待充电设备，以根据电压变换后的直流电对所述待充电设备充电并与所述待充电设备通信。
进一步地，所述充电装置还包括第一采样模块；所述第一采样模块包括第一电压采样单元和第一电流采样单元；
所述第一电压采样单元用于对所述电压变换单元的输入电压进行采样；
所述第一电流采样单元用于对所述电压变换单元的输入电流进行采样；
所述电压调节模块用于根据所述线损补偿电压、采样获得的所述电压变换单元的输入电压和采样获得的所述电压变换单元的输入电流对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
进一步地，所述电压调节模块包括调节电压生成单元、电压调节信号生成单元和开关单元；
所述调节电压生成单元用于根据所述线损补偿电压、参考电压和采样获得的所述电压变换单元的输入电压生成调节电压；
所述电压调节信号生成单元用于根据所述调节电压和采样获得的所述电压变换单元的输入电流生成电压调节信号；
所述开关单元用于根据所述电压调节信号对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
进一步地，所述开关单元包括开关管；所述开关单元用于根据所述电压调节信号控制所述开关管的开通与关断，从而对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
进一步地，所述充电装置还包括第二采样模块；所述第二采样模块包括第二电压采样单元和第二电流采样单元；
所述第二电压采样单元用于对所述电压变换单元的输出电压进行采样；
所述第二电流采样单元用于对所述电压变换单元的输出电流进行采样；
所述补偿电压生成模块用于根据所述控制信号、采样获得的所述电压变换单元的输出电压和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成所述线损补偿电压。
进一步地，所述补偿电压生成模块包括控制信号解析单元和补偿电压生成单元；
所述控制信号解析单元用于根据所述控制信号解析获得电压调制基准源和电流调制基准源；
所述补偿电压生成单元用于根据所述电压调制基准源、所述电流调制基准源、采样获得的所述电压变换单元的输出电压和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成所述线损补偿电压。
进一步地，所述控制信号解析单元包括解码控制器、带隙基准源和功率控制器；
所述解码控制器用于对所述控制信号进行解码；
所述带隙基准源用于根据解码后的所述控制信号生成所述电压调制基准源；
所述功率控制器用于根据解码后的所述控制信号生成所述电流调制基准源。
进一步地，所述补偿电压生成单元包括电压调制子单元、电流调制子单元和光耦子单元；
所述电压调制子单元用于根据所述电压调制基准源和采样获得的所述电压变换单元的输出电压生成电压调制信号；
所述电流调制子单元用于根据所述电流调制基准源和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成电流调制信号；
所述光耦子单元用于根据所述电压调制信号和所述电流调制信号生成所述线损补偿电压。
进一步地，所述光耦子单元至少包括光电耦合器；所述光电耦合器的发光端用于根据所述电压调制信号和所述电流调制信号控制所述光电耦合器的受光端的导通电阻以生成所述线损补偿电压。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种自动补偿线损的充电装置，根据接收到的待充电设备每隔预设时间发送的控制信号生成线损补偿电压，其中，控制信号至少包括预先获得的充电线的电阻值和当前最优充电电压，电阻值由待充电设备根据预设充电电压获得，当前最优充电电压由待充电设备根据待充电设备的当前电池电压获得；并根据线损补偿电压对充电装置的充电电压进行调节，能够自动补偿线损，并实时调整充电电压，从而实现最优效率充电。
附图说明
图1是现有技术提供的一种充电方法的示意图；
图2是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的一个优选实施例的结构框图；
图3是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的充电方法的一个优选实施例的流程图；
图4是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的另一个优选实施例的结构框图；
图5是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的又一个优选实施例的结构框图；
图6是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的一个优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2和图3所示，其中，图2是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的一个优选实施例的结构框图，图3是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的充电方法的一个优选实施例的流程图，自动补偿线损的充电装置包括输入端10、电压变换模块20、输出端30、补偿电压生成模块40和电压调节模块50；所述电压变换模块20的第一输入端与所述输入端10连接，所述电压变换模块20的第一输出端与所述输出端30连接；所述补偿电压生成模块40的第一输入端与所述输出端30连接，所述补偿电压生成模块40的第一输出端与所述电压调节模块50的第一输入端连接；所述电压调节模块50的第一输出端与所述电压变换模块20的第二输入端连接；所述充电装置通过充电线连接待充电设备，并执行步骤S11至步骤S13的充电方法：
步骤S11、所述输出端接收所述待充电设备每隔预设时间发送的控制信号；其中，所述控制信号至少包括预先获得的所述充电线的电阻值和当前最优充电电压；所述电阻值由所述待充电设备根据预设充电电压获得；所述当前最优充电电压由所述待充电设备根据所述待充电设备的当前电池电压获得；
步骤S12、所述补偿电压生成模块根据所述控制信号生成线损补偿电压；
步骤S13、所述电压调节模块根据所述线损补偿电压对所述电压变换模块的输出电压进行调节。
具体的，充电装置通过充电线连接待充电设备(例如手机)并在输入端10接通电源时对待充电设备进行充电，在初始充电阶段，待充电设备向充电装置发送一个命令，让充电装置的输出电压VOUT调节到预先设置的充电电压(例如5V)，待充电设备检测自身充电接口获得的充电电压VBUS和充电电流IOUT，从而根据公式VOUT＝VBUS+RS*IOUT可以计算获得充电线的电阻值RS。
待充电设备在获得充电线的电阻值RS之后，每隔预设时间检测自身的当前电池电压VBAT，以根据当前电池电压VBAT确定与当前电池电压VBAT相对应的使充电效率最优的当前最优充电电压VBUSM，并将至少包括电阻值RS和当前最优充电电压VBUSM的控制信号发送至充电装置；充电装置通过输出端30接收待充电设备发送的控制信号，补偿电压生成模块40根据该控制信号相应生成线损补偿电压，电压调节模块50则根据该线损补偿电压对电压变换模块20的输出电压进行调节，使充电装置的输出电压VOUT达到VBUSM+RS*IOUT，从而根据调节后的输出电压VOUT对待充电设备进行充电。
另外，在整个充电过程中，充电装置和待充电设备保持实时通信，以根据控制信号实时调节输出电压，保证充电的稳定进行。
需要说明的是，当充电装置根据控制信号进行电压调节之后，待充电设备检测此时充电接口获得的充电电压VBUS并判断是否调节到预期的当前最优充电电压VBUSM，若是，则表示电压调节过程完成，根据调节后的输出电压VOUT进行充电，并实时检测自身的电池电压VBAT，以确定对应的最优充电电压VBUSM，从而实时调整充电装置的输出电压VOUT；若否，则表示电压调节未完成，需要再次向充电装置发送控制信号使充电装置根据控制信号重复上述电压调节过程，直至调节完成为止。
优选地，待充电设备在判断充电电压VBUS是否调节到预期的当前最优充电电压VBUSM时会加入一个错误判断机制，用来记录连续判断次数，如果连续N次(例如3次)待充电设备都检测到充电电压VBUS未调节到预期的当前最优充电电压VBUSM，则判断该充电装置可能发生故障，并向充电装置发送相应的提醒信号表明此时充电处于异常状态，同时，根据BC1.2充电协议以5V电压充电。
需要补充的是，为了获得不同的电池电压VBAT所对应的使充电效率最优的最优充电电压VBUSM，通常做法是使用不同的VBUS对电池充电，并记录电池从低电量到满电量时各个电压点的效率，从而得到电池在充电过程中不同的电池电压VBAT所对应的使充电效率最优的最优充电电压VBUSM，由于不同的待充电设备采用的charger和电池以及充电电路设计都不一样，所以对于每一类待充电设备，都需要预先通过充电实验获取相应的最优充电电压VBUSM。
本发明实施例所提供的一种自动补偿线损的充电装置，根据接收到的待充电设备每隔预设时间发送的至少包括充电线的电阻值和当前最优充电电压的控制信号生成线损补偿电压，并根据线损补偿电压对充电装置的输出电压进行调节，由于充电线的电阻值由待充电设备预先根据预设充电电压获得，因此能够根据不同的充电线自动补偿线损，并且当前最优充电电压随着待充电设备的当前电池电压的变化而相应变化，能够实现充电电压的实时调整，从而实现最优效率充电。
在另一个优选实施例中，所述电压变换模块包括整流单元和电压变换单元；
所述输入端用于连接供电电源以获取交流电；
所述整流单元用于将获取的交流电转换为直流电；
所述电压变换单元用于对所述直流电进行电压变换；
所述输出端用于通过所述充电线连接所述待充电设备，以根据电压变换后的直流电对所述待充电设备充电并与所述待充电设备通信。
具体的，整流单元的输入端为电压变换模块的第一输入端，整流单元的输出端与电压变换单元的第一输入端连接，电压变换单元的第二输入端为电压变换模块的第二输入端，电压变换单元的输出端为电压变换模块的第一输出端；充电装置通过输入端连接供电电源，例如220V的市电，通过整流单元将从供电电源获取的交流电转换为直流电，通过电压变换单元对直流电进行电压变换，将直流电的电压变换为适合对待充电设备进行充电的电压，通过输出端连接充电线，并通过充电线连接待充电设备，以根据电压变换后的直流电对待充电设备进行充电并在充电时与待充电设备建立通信。
优选地，充电装置的输出端为USB接口，在充电时，充电装置通过USB接口的D+引脚和D-引脚与待充电设备进行通信，并且在建立通信之后，充电装置和待充电设备之间互相发送一次确认信号进行确认，从而保证通信成功。
在又一个优选实施例中，所述充电装置还包括第一采样模块；所述第一采样模块包括第一电压采样单元和第一电流采样单元；
所述第一电压采样单元用于对所述电压变换单元的输入电压进行采样；
所述第一电流采样单元用于对所述电压变换单元的输入电流进行采样；
所述电压调节模块用于根据所述线损补偿电压、采样获得的所述电压变换单元的输入电压和采样获得的所述电压变换单元的输入电流对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
具体的，充电装置通过第一电压采样单元对电压变换单元的输入电压进行采样，并通过第一电流采样单元对电压变换单元的输入电流进行采样，从而使得电压调节模块根据补偿电压生成模块生成的线损补偿电压、采样获得的电压变换单元的输入电压和采样获得的电压变换单元的输入电流对电压变换单元的输出电压进行调节。
参见图4所示，是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的另一个优选实施例的结构框图，所述电压调节模块50包括调节电压生成单元501、电压调节信号生成单元502和开关单元503；
所述调节电压生成单元501用于根据所述线损补偿电压、参考电压和采样获得的所述电压变换单元202的输入电压生成调节电压；
所述电压调节信号生成单元502用于根据所述调节电压和采样获得的所述电压变换单元202的输入电流生成电压调节信号；
所述开关单元503用于根据所述电压调节信号对所述电压变换单元202的输出电压进行调节。
具体的，结合上述实施例，充电装置通过第一采样模块60的第一电压采样单元601对电压变换单元202的输入电压进行采样，并将采样获得的电压变换单元202的输入电压输入调节电压生成单元501；通过第一采样模块60的第一电流采样单元602对电压变换单元202的输入电流进行采样，并将采样获得的电压变换单元202的输入电流输入电压调节信号生成单元502；调节电压生成单元501根据补偿电压生成模块40生成的线损补偿电压、参考电压Vref和第一电压采样单元601输入的电压变换单元202的输入电压生成调节电压，并将调节电压输入电压调节信号生成单元502；电压调节信号生成单元502根据调节电压和第一电流采样单元602输入的电压变换单元202的输入电流生成电压调节信号，并将电压调节信号发送至开关单元503；开关单元503根据该电压调节信号对电压变换单元202的输出电压进行调节。
作为上述方案的优选方案，所述开关单元包括开关管；所述开关单元用于根据所述电压调节信号控制所述开关管的开通与关断，从而对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
具体的，开关单元包括开关管(例如MOS管)，电压调节信号优选为占空比可变的PWM波，开关单元根据PWM波来控制开关管的开通与关断，从而改变电压变换单元的输出电压的大小，实现对充电电压的调节。
在又一个优选实施例中，所述充电装置还包括第二采样模块；所述第二采样模块包括第二电压采样单元和第二电流采样单元；
所述第二电压采样单元用于对所述电压变换单元的输出电压进行采样；
所述第二电流采样单元用于对所述电压变换单元的输出电流进行采样；
所述补偿电压生成模块用于根据所述控制信号、采样获得的所述电压变换单元的输出电压和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成所述线损补偿电压。
具体的，充电装置通过第二电压采样单元对电压变换单元的输出电压进行采样，并通过第二电流采样单元对电压变换单元的输出电流进行采样，从而使得补偿电压生成模块根据接收到的待充电设备发送的控制信号、采样获得的电压变换单元的输出电压和采样获得的电压变换单元的输出电流相应生成线损补偿电压。
在又一个优选实施例中，所述补偿电压生成模块包括控制信号解析单元和补偿电压生成单元；
所述控制信号解析单元用于根据所述控制信号解析获得电压调制基准源和电流调制基准源；
所述补偿电压生成单元用于根据所述电压调制基准源、所述电流调制基准源、采样获得的所述电压变换单元的输出电压和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成所述线损补偿电压。
在又一个优选实施例中，所述控制信号解析单元包括解码控制器、带隙基准源和功率控制器；
所述解码控制器用于对所述控制信号进行解码；
所述带隙基准源用于根据解码后的所述控制信号生成所述电压调制基准源；
所述功率控制器用于根据解码后的所述控制信号生成所述电流调制基准源。
参见图5所示，是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的又一个优选实施例的结构框图，所述补偿电压生成单元402包括电压调制子单元4021、电流调制子单元4022和光耦子单元4023；
所述电压调制子单元4021用于根据所述电压调制基准源和采样获得的所述电压变换单元202的输出电压生成电压调制信号；
所述电流调制子单元4022用于根据所述电流调制基准源和采样获得的所述电压变换单元202的输出电流生成电流调制信号；
所述光耦子单元4023用于根据所述电压调制信号和所述电流调制信号生成所述线损补偿电压。
具体的，结合上述实施例，充电装置通过第二采样模块70的第二电压采样单元701对电压变换单元202的输出电压进行采样，并将采样获得的电压变换单元202的输出电压输入电压调制子单元4021；通过第二采样模块70的第二电流采样单元702对电压变换单元202的输出电流进行采样，并将采样获得的电压变换单元202的输出电流输入电流调制子单元4022；通过控制信号解析单元401的解码控制器4011对接收到的待充电设备发送的控制信号进行解码分析，根据解码结果控制带隙基准源4012生成电压调制基准源Vrefv，控制功率控制器4013生成电流调制基准源Vrefc，并将电压调制基准源Vrefv输入电压调制子单元4021，将电流调制基准源Vrefc输入电流调制子单元4022；电压调制子单元4021根据电压调制基准源Vrefv和第二电压采样单元701输入的电压变换单元202的输出电压生成电压调制信号，并将电压调制信号发送至光耦子单元4023；电流调制子单元4022根据电流调制基准源Vrefc和第二电流采样单元702输入的电压变换单元202的输出电流生成电流调制信号，并将电流调制信号发送至光耦子单元4023；光耦子单元4023根据该电压调制信号和该电流调制信号相应生成线损补偿电压。
作为上述方案的优选方案，所述光耦子单元至少包括光电耦合器；所述光电耦合器的发光端用于根据所述电压调制信号和所述电流调制信号控制所述光电耦合器的受光端的导通电阻以生成所述线损补偿电压。
具体的，由于光电耦合器受光端导通电阻值与加在发光端电压成正比，因此，光电耦合器的发光端根据电压调制信号和电流调制信号控制光电耦合器的受光端的导通电阻以生成相应的线损补偿电压。
参见图6所示，是本发明提供的一种自动补偿线损的充电装置的一个优选实施例的电路原理图，下面结合图6以及上述实施例对本发明实施例提供的一种自动补偿线损的充电装置的具体工作过程进行详细描述：
充电装置的输入端为LN接口，整流单元为整流桥U1，电压变换单元为变压器T1，输出端为USB接口；优选地，在充电装置的输入端和整流单元之间连接有保险丝F1和共模滤波器L1，在整流单元和电压变换单元之间连接有电容C1，在电压变换单元和输出端之间连接有二极管D1和电容C2；在充电过程中，LN接口接通220V供电电源，保险丝F1起到过流保护的作用，共模滤波器L1可以滤除220V市电中的高频成分，使充电装置工作稳定，并在接通供电电源的一瞬间减小浪涌电流的影响，整流桥U1将220V交流电变为直流电，电容C1将经过整流桥U1整流之后的波浪形的直流电变成比较稳定的直流电，变压器T1将比较稳定的直流电按原边绕组和副边绕组的匝数比传递到副边，实现电压变换，同时，变压器T1起到隔离原边和副边的作用，二极管D1和电容C2一起构成了半波整流电路，负责对经过变压器T1变换后的直流电进一步整流，获得稳定的输出电压VOUT，USB接口通过充电线连接待充电设备，对待充电设备进行充电，并通过USB接口的D+引脚和D-引脚与待充电设备进行通信；另外，电容C9用来隔离模拟接地GND1和数字地GND2，起到滤除高频噪声的作用；充电装置的输入端、整流单元、电压变换单元和输出端统称为功率电路，功率电路可采用反激式开关电源电路。
充电装置的控制信号解析单元包括解码控制器U8、带隙基准源U9和功率控制器U10，解码控制器U8的输入端与USB接口的D+引脚和D-引脚连接以获得待充电设备发送的控制信号并进行解码分析，从而控制带隙基准源输出电压调制基准源Vrefv，控制功率控制器输出电流调制基准源Vrefc；充电装置的第二电压采样单元包括电阻R6和电阻R7，电阻R6和电阻R7组成的分压电路对变压器T1的输出电压VOUT进行分压处理，采样获得电压VOUTS；充电装置的电压调制子单元包括误差放大器U11、电阻R8和电容C6；将采样的获得的电压VOUTS和电压调制基准源Vrefv一同输入误差放大器U11得到电压调制信号，电阻R8和电容C6构成输出电压反馈网络的环路补偿电路；充电装置的第二电流采样单元包括电阻R9和电阻R10，通过电阻R9和电阻R10对输出电流IO进行采样，获得相应的电压VIS；充电装置的电流调制子单元包括误差放大器U12、电阻R11和电容C7，将采样的获得的电压VIS和电流调制基准源Vrefc一同输入误差放大器U12得到电流调制信号，电阻R11和电容C7构成输出电流反馈网络的环路补偿电路；充电装置的光耦子单元包括光电耦合器U7、电阻R3和电容C4，根据获得的电压调制信号和电流调制信号改变光电耦合器U7的发光端的电压，通过控制发光端的电压的大小来控制受光端的导通电阻，电阻R3和电容C4构成了一个线损补偿信号采样电路，光电耦合器U7的引脚4的电压通过受光端的导通电阻和电阻R3分压得到线损补偿电压VS，从而可以根据不同的控制信号获得对应的线损补偿电压VS。
充电装置的第一电压采样单元包括电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2组成的分压电路对变压器T1的辅助绕组感应到的电压进行分压处理，采样获得变压器T1的原边输入电压VP对应的电压VPS，运算放大器U2和电容C3构成一个采样保持电路，对前级采样的获得的电压VPS进行保存并传递到后级；充电装置的第一电流采样单元包括电阻R5，变压器T1的原边输入电流IP流过电阻R5之后产生电压V1；电压V1(即光电耦合器U7的引脚4的电压)通过光电耦合器U7的受光端的导通电阻和电阻R3分压得到线损补偿电压VS，由于变压器T1的原边输入电流IP与副边输出电流IO之比等于原边绕组和副边绕组的匝数的反比，从而将电压线损补偿电压VS和输出电流IO联系起来，并且有VS＝K*IO，其中，K为补偿因子，K本质上代表的是一个电阻的量纲，因此可以用光电耦合器U7的受光端的导通电阻来实现K值所代表的功能；充电装置的调节电压生成单元包括加法器U4和误差放大器U3，将参考电压Vref和电压线损补偿电压VS一同输入加法器U4得到电压Vref+VS，将电压Vref+VS和采样的获得的电压VPS一同输入误差放大器U3得到调节电压VC；充电装置的电压调节信号生成单元包括电阻R4、电容C5、运算放大器U5和RS触发器U6，将调节电压VC和电压V1一同输入运算放大器U5形成环路反馈，并将运算放大器U5的输出通过RS触发器相应生成电压调节信号(占空比可变的PWM波)，其中，电阻R4和电容C5用来对环路进行补偿；充电装置的开关单元包括开关管Q1，根据PWM波来控制开关管Q1的开通与关断，可以改变电压变压器T1的输出电压VOUT的大小；充电装置的电压调节模块由电压反馈和电流反馈两个反馈环路组成，共同调节开关管Q1的驱动PWM波的占空比，实现对充电电压的调节。
需要说明的是，电流反馈是为了调节充电装置的输出电流的限额值，也就是限制最大的输出电流不能超过一定额度，例如，很多给手机充电的适配器上标示的规格为5V/1A，是指输出电流最大不能超过1A，输出电流大小是由负载端决定的，手机的恒流充电是通过控制Switching Charger中的串联在充电回路中的MOS管的导通阻抗来实现的，当电池电压升高而适配器的输出电压不变时，适配器的输出电压与电池电压之间的压差减小，这样就可以减小MOS管的导通阻抗从而实现保持充电电流不变。另外，之所以要改变不同输出电压下的输出电流的限额值是因为适配器的输出功率是一定的，假设输出功率最大为20W，那么当输出电压为5V的时候，输出电流最大为4A，当输出电压上升到10V的时候，适配器就必须限制最大输出电流为2A。
优选地，充电装置还包括第一供电模块、第二供电模块和电路保护模块；第一供电模块包括电源管理器U15，电源管理器U15的输入端与电阻R1的第一端连接，从而对获得的电压进行降压处理，生成电压±VCC，以为电压调节模块提供电源；第二供电模块包括电源管理器U12，电源管理器U12的输入端与USB接口的VOUT连接，从而对获得的电压进行降压处理，生成电压VDD，以为补偿电压生成模块和电路保护模块提供电源，同时生成过压保护基准电压UVLO；电路保护模块包括运算放大器U12、电阻R12、电阻R13和电容C8，输出电压VOUT在经过电阻R12和电阻R13分压之后与过压保护基准电压UVLO一通输入运算放大器U12进行比较，当输出电压VOUT大于预先设置的阈值电压时，运算放大器U12输出复位信号RESET将电路复位以对充电装置进行过压保护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自动补偿线损的充电装置，其特征在于，包括输入端、电压变换模块、输出端、补偿电压生成模块和电压调节模块；所述电压变换模块的第一输入端与所述输入端连接，所述电压变换模块的第一输出端与所述输出端连接；所述补偿电压生成模块的第一输入端与所述输出端连接，所述补偿电压生成模块的第一输出端与所述电压调节模块的第一输入端连接；所述电压调节模块的第一输出端与所述电压变换模块的第二输入端连接；所述充电装置通过充电线连接待充电设备，并执行以下充电方法：
所述输出端接收所述待充电设备每隔预设时间发送的控制信号；其中，所述控制信号至少包括预先获得的所述充电线的电阻值和当前最优充电电压；所述电阻值由所述待充电设备根据预设充电电压获得；所述当前最优充电电压由所述待充电设备根据所述待充电设备的当前电池电压获得；
所述补偿电压生成模块根据所述控制信号生成线损补偿电压；
所述电压调节模块根据所述线损补偿电压对所述电压变换模块的输出电压进行调节。
2.如权利要求1所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述电压变换模块包括整流单元和电压变换单元；
所述输入端用于连接供电电源以获取交流电；
所述整流单元用于将获取的交流电转换为直流电；
所述电压变换单元用于对所述直流电进行电压变换；
所述输出端用于通过所述充电线连接所述待充电设备，以根据电压变换后的直流电对所述待充电设备充电并与所述待充电设备通信。
3.如权利要求2所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述充电装置还包括第一采样模块；所述第一采样模块包括第一电压采样单元和第一电流采样单元；
所述第一电压采样单元用于对所述电压变换单元的输入电压进行采样；
所述第一电流采样单元用于对所述电压变换单元的输入电流进行采样；
所述电压调节模块用于根据所述线损补偿电压、采样获得的所述电压变换单元的输入电压和采样获得的所述电压变换单元的输入电流对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
4.如权利要求3所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述电压调节模块包括调节电压生成单元、电压调节信号生成单元和开关单元；
所述调节电压生成单元用于根据所述线损补偿电压、参考电压和采样获得的所述电压变换单元的输入电压生成调节电压；
所述电压调节信号生成单元用于根据所述调节电压和采样获得的所述电压变换单元的输入电流生成电压调节信号；
所述开关单元用于根据所述电压调节信号对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
5.如权利要求4所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述开关单元包括开关管；所述开关单元用于根据所述电压调节信号控制所述开关管的开通与关断，从而对所述电压变换单元的输出电压进行调节。
6.如权利要求2所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述充电装置还包括第二采样模块；所述第二采样模块包括第二电压采样单元和第二电流采样单元；
所述第二电压采样单元用于对所述电压变换单元的输出电压进行采样；
所述第二电流采样单元用于对所述电压变换单元的输出电流进行采样；
所述补偿电压生成模块用于根据所述控制信号、采样获得的所述电压变换单元的输出电压和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成所述线损补偿电压。
7.如权利要求6所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述补偿电压生成模块包括控制信号解析单元和补偿电压生成单元；
所述控制信号解析单元用于根据所述控制信号解析获得电压调制基准源和电流调制基准源；
所述补偿电压生成单元用于根据所述电压调制基准源、所述电流调制基准源、采样获得的所述电压变换单元的输出电压和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成所述线损补偿电压。
8.如权利要求7所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述控制信号解析单元包括解码控制器、带隙基准源和功率控制器；
所述解码控制器用于对所述控制信号进行解码；
所述带隙基准源用于根据解码后的所述控制信号生成所述电压调制基准源；
所述功率控制器用于根据解码后的所述控制信号生成所述电流调制基准源。
9.如权利要求7或8所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述补偿电压生成单元包括电压调制子单元、电流调制子单元和光耦子单元；
所述电压调制子单元用于根据所述电压调制基准源和采样获得的所述电压变换单元的输出电压生成电压调制信号；
所述电流调制子单元用于根据所述电流调制基准源和采样获得的所述电压变换单元的输出电流生成电流调制信号；
所述光耦子单元用于根据所述电压调制信号和所述电流调制信号生成所述线损补偿电压。
10.如权利要求9所述的自动补偿线损的充电装置，其特征在于，所述光耦子单元至少包括光电耦合器；所述光电耦合器的发光端用于根据所述电压调制信号和所述电流调制信号控制所述光电耦合器的受光端的导通电阻以生成所述线损补偿电压。
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