CN109888898B - 供电装置和充电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供电装置和充电器，上述供电装置包括：第一开关单元、变压器、主输出单元、第二开关单元和副边供电单元；变压器包括主输入绕组、主输出绕组以及副边供电绕组，副边供电绕组的同名端和主输入绕组的同名端相同，且和主输出绕组的同名端相反，第一开关单元与主输入绕组连接，用于将直流电信号转换为高频交流电信号，主输出单元与主输出绕组连接，用于输出充电电压以向外部设备进行充电，副边供电单元与副边供电绕组连接，用于输出充电器对应的内部供电电压，第二开关单元分别与主输出单元和副边供电单元相连接，减少蓄电池充电器内部供电电路对应的电路损耗，提高整个充电器电路的电能转换效率。

Description

供电装置和充电器

技术领域

本发明涉及供电电压调整技术领域，具体而言涉及一种供电装置和充电器。

背景技术

目前的蓄电池充电器，将高频开关电源技术与嵌入式微机控制技术有机地结合，运用智能动态调整技术，实现优化充电特性曲线，有效延长蓄电池的使用寿命。其中，6V和12V蓄电池最为常见，因而出现了兼容6V/12V蓄电池的充电器，该充电器通过MCU检测，可智能匹配6V或12V不同电压的蓄电池。

其中，对于兼容6V/12V蓄电池的智能充电器而言，在给蓄电池进行充电的同时还需要给充电器的内部风机、控制芯片以及相关控制电路进行供电，通常的做法是从主变压器增加供电绕组，且供电绕组的供电电压跟随主变压器对应的输出充电电压进行变化，由于充电器需要匹配不同充电电压等级的蓄电池进行充电，进而会导致供电电压变化较大，导致整个充电器的电路损耗加大，因此降低了充电器整机的充电转换效率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种供电装置，应用于充电器，能够降低充电器为不同充电电压等级的蓄电池进行充电时所导致的充电器内部供电电压的变化程度，进而减少充电器内部供电电路对应的电路损耗，提高整个电路的电能转换效率。

一种供电装置，供电装置应用于充电器，并且包括：第一开关单元、变压器、主输出单元、第二开关单元和副边供电单元；变压器包括主输入绕组、主输出绕组以及副边供电绕组，副边供电绕组的同名端和主输入绕组的同名端相同，且和主输出绕组的同名端相反；

第一开关单元与主输入绕组连接，用于将直流电信号转换为高频交流电信号；

主输出单元与主输出绕组连接，用于输出充电电压以向外部设备进行充电；

副边供电单元与副边供电绕组连接，用于输出充电器对应的内部供电电压；

第二开关单元分别与主输出单元和副边供电单元相连接。

在一个实施例中，第一开关单元包括第一开关和对应的控制电路，第一开关分别与控制电路和主输入绕组连接，控制电路用于控制第一开关实现高频通断以将直流电信号转换为高频交流电信号。

在一个实施例中，第一开关包括场效应管开关或三极管开关。

在一个实施例中，变压器还包括原边供电绕组，供电装置还包括：

原边供电单元，分别与控制电路和原边供电绕组相连接，用于对控制电路进行供电。

在一个实施例中，第二开关单元包括二极管、三极管和场效应管中的任意一种。

在一个实施例中，当第二开关单元为二极管时，二极管的正极与主输出单元连接，负极与副边供电单元连接。

在一个实施例中，副边供电单元包括整流滤波电路和第一稳压电路，第一稳压电路分别与整流滤波电路和充电器的控制装置相连接，第一稳压电路用于为控制装置供电。

在一个实施例中，副边供电单元还包括与第一稳压电路并联输出的第二稳压电路，第二稳压电路分别与整流滤波电路和充电器的散热装置相连接，第二稳压电路用于为散热装置供电。

在一个实施例中，供电装置还包括第三开关单元，第三开关单元连接在第二稳压电路和散热装置之间，当通过散热装置的电流小于预设电流阈值时，第三开关单元断开以关闭散热装置。

一种充电器，包括任一项上述供电装置，供电装置为充电器的控制装置和散热装置进行供电。

上述供电装置，应用于充电器，上述供电装置包括：第一开关单元、变压器、主输出单元、第二开关单元和副边供电单元；变压器包括主输入绕组、主输出绕组以及副边供电绕组，副边供电绕组的同名端和主输入绕组的同名端相同，且和主输出绕组的同名端相反，第一开关单元与主输入绕组连接，用于将直流电信号转换为高频交流电信号，主输出单元与主输出绕组连接，用于输出充电电压以向外部设备进行充电，副边供电单元与副边供电绕组连接，用于输出充电器对应的内部供电电压，第二开关单元分别与主输出单元和副边供电单元相连接，将副边供电绕组的同名端设置成和主输入绕组的同名端相同，且与主输出绕组的同名端相反，使得副边供电绕组输出的供电电压跟随主输入绕组，由于主输入绕组的输入电压变化范围比较小，基本上不受主输出绕组电压高低的影响，这样使得给不同充电电压等级的蓄电池进行充电时，上述副边供电绕组输出的内部供电电压也会比较稳定，降低了充电器为不同充电电压等级的蓄电池进行充电时所导致的充电器内部供电电压的变化程度，减少蓄电池充电器内部供电电路对应的电路损耗，提高整个电路的电能转换效率，解决了上述充电器的内部供电问题。

附图说明

图1为一个实施例中一种供电装置的电路结构示意图；

图2为一个实施例中第一开关单元的电路结构示意图；

图3为另一个实施例中一种供电装置的电路路结构示意图；

图4为一个实施例中原边供电单元的电路结构示意图；

图5为一个实施例中主输出单元和副边供电单元通过第二开关单元连接的电路结构示意图；

图6为一个实施例中副边供电单元的电路结构示意图；

图7为另一个实施例中副边供电单元的电路结构示意图；

图8为一个实施例中主输出单元的电路结构示意图；

图9为一个实施例中副边供电单元的电路结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

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。

图1为一个实施例中供电装置10的电路结构框图，包括第一开关单元110、变压器120、主输出单元130、第二开关单元140和副边供电单元150；变压器120包括主输入绕组121、主输出绕组122以及副边供电绕组123，副边供电绕组123的同名端和主输入绕组121的同名端相同，且和主输出绕组122的同名端相反，第一开关单元110与变压器120的主输入绕组121连接，主输出单元120与主输出绕组122连接，副边供电单元150与副边供电绕组123连接，第二开关单元140分别与主输出单元130和副边供电单元150相连接。

其中，第一开关单元110与变压器120的主输入绕组121连接，用于将接入的高压直流电信号转换为高频交流电信号，然后进一步将上述高频交流电信号施加于变压器120，使得变压器120的主输入绕组121产生原边感应输入电压。

其中，变压器120的副边供电绕组123的同名端和主输入绕组121的同名端相同，且和主输出绕组122的同名端相反，根据变压器120的主输入绕组121、主输出绕组122和副边供电绕组123的接线方式，通过变压器120，主输出绕组122和副边供电绕组123分别产生对应的感应电压，由于副边供电绕组123和主输出绕组122对应的同名端相反，所以产生的感应电压极性相反，主输出绕组122将产生的对应感应电压信号传输至主输出单元130，副边供电绕组123将产生的对应感应电压信号传输至副边供电单元150。

进一步地，主输出单元130与主输出绕组122连接，用于输出充电电压，给不同电压等级的蓄电池进行充电。

进一步地，副边供电单元150与副边供电绕组123连接，用于输出内部供电电压，为充电器进行内部供电。

其中，第二开关单元140分别与主输出单元130和副边供电单元150相连接，当主输出单元130空载时，第二开关单元140用于从主输出单元130取电以使副边供电单元150正常工作，当主输出单元130负载工作时，第二开关单元140截止。

其中，主输出单元130空载时，由于变压器120中各个线圈绕组耦合的能量较小，导致副边供电单元150输出的内部供电电压较低，此时由于副边供电单元150输出的供电电压小于主输出单元130所输出的充电电压大小，第二开关单元此时导通，从主输出单元130取电以使副边供电单元150正常工作，保证副边供电单元150输出的内部供电电压处于正常范围内。

其中，当主输出单元130负载工作时，副边供电单元150输出的内部供电电压大于主输出单元130所输出的充电电压大小，第二开关单元140截止，此时副边供电单元150不受所述主输出单元130的影响。

由于副边供电绕组123的同名端设置成和主输入绕组121的同名端相同，且与主输出绕组122的同名端相反，使得副边供电绕组123输出的内部供电电压跟随主输入绕组121进行变化，由于主输入绕组121的输入电压变化范围比较小，基本上不受主输出绕组122电压高低的影响，这样使得给不同充电电压等级的蓄电池进行充电时，上述副边供电绕组123输出的内部供电电压也会比较稳定，降低了充电器为不同充电电压等级的蓄电池进行充电时所导致的充电器内部供电电压的变化程度，减少蓄电池充电器内部供电电路对应的电路损耗，提高整个电路的电能转换效率，解决了上述充电器的内部供电问题。

在一个实施例中，高压直流电源分别与主输入绕组121和第一开关单元110相连接，用于输入高压直流电信号，第一开关单元110包括第一开关111和控制电路112，其中第一开关111分别与控制电路112和主输入绕组121相连接，控制电路112用于控制第一开关111实现高频通断以将高压直流电信号转换为高频交流电信号，第一开关111采用场效应管N沟道MOS管，当然也可采用三极管。

当采用N-MOS管时，如图2所示，第一开关111Q1的栅极g通过R1与控制电路112一端相连接，第一开关Q1的源极s通过R2与控制电路112另一端相连接，第一开关Q1的漏极d与主输入绕组121相连接，第一开关Q1的源极s通过R3接地。

在一个实施例中，为保护第一开关管Q1，还可设置电容C2、电阻R4和二极管D1组成缓冲器，连接方式如图3中的113部分所示，在第一开关Q1关断时，能够吸收尖峰电压和电流以减少第一开关Q1的电压应力，防止二次击穿。

通过控制电路112控制Q1开关管实现高频关断，可以将输入的高压直流电信号转变成高频交流电信号，并且施加于主输入绕组121的两端，使得主输入绕组121能够产生对应的电压感应信号。

在一个实施例中，如图3所示，变压器120还包括原边供电绕组124，供电装置10还包括：

原边供电单元160，分别与控制电路112和原边供电绕组124相连接，用于对控制电路112进行供电，原边供电单元160包括整流滤波电路，该整流滤波电路包括二极管、电容和电阻。

其中，原边供电单元160的内部结构如图4所示，与原边供电绕组124连接，R5、D3和C3构成整流滤波电路。

在一个实施例中，第二开关单元140包括二极管、三极管和场效应管中的任意一种。

在一个实施例中，如图5所示，当第二开关单元140为二极管对应的开关电路时，二极管D4正极与主输出单元130连接，二极管D4负极与副边供电单元150连接。

其中，当主输出单元130空载时，二极管正向导通，从主输出单元130取电以使副边供电单元150正常工作，将副边供电绕组123的同名端设置成和主输入绕组121的同名端相同，且与主输出绕组122的同名端相反，使得副边供电绕组123输出的内部供电电压跟随主输入绕组121，由于主输入绕组121的输入电压变化范围比较小，基本上不受主输出绕组122电压高低的影响，这样使得给不同充电电压等级的蓄电池进行充电时，上述副边供电单元150输出的内部供电电压也会比较稳定，降低了充电器为不同充电电压等级的蓄电池进行充电时所导致的充电器内部供电电压的变化程度，减少蓄电池充电器内部供电电路对应的电路损耗，提高整个电路的电能转换效率，解决了上述充电器的内部供电问题。

其中，在实际的测试中，使用该供电装置，即使主输出单元130输出的充电电压变化在一倍以上，副边供电单元150输出的供电电压的变化范围保持在10％的范围以内，且增加的第二开关单元140的成本造价几乎可以忽略不计，具有较大的经济效益。

在一个实施例中，如图6所示，充电器包括控制装置，副边供电单元150包括整流滤波电路151和第一稳压电路152，第一稳压电路152分别与整流滤波电路151和控制装置相连接，整流滤波电路151用于对副边供电绕组123输出的感应电压信号进行整流滤波，然后进一步将电压信号传输至第一稳压电路152，第一稳压电路152对获得的电压信号进行稳压和降压，得到第一预设阈值的电压信号，进而为上述控制装置进行供电。

其中，控制装置通常包括微机控制单元(Microcontroller Unit，MCU)和对应的副边控制反馈电路。

如图6所示，整流滤波电路151包括二极管D5、电阻R6和电容C4，其中二级管D5正极与副边供电绕组123的异名端连接，二级管D5负极与上述电阻R6和电容C4串联连接之后接地，第一稳压电路152与电容C4两端相连接，以获取经过整流滤波之后的电压信号并进行稳压和降压处理，得到符合第一预设阈值的电压信号。

其中，可以增加电容C4的数量或者容量，进一步增加其储能能力，提高蓄电池空载时副边供电单元150整体的供电电压。

在一个实施例中，经过整流滤波电路151进行整流滤波处理后的电压通常为16V左右，经过第一稳压电路152进行稳压和降压处理之后电压等级通常为5V或者3.5V左右，进而为上述控制装置供电。

在一个实施例中，如图7所示，充电器还包括散热装置，副边供电单元150还包括第二稳压电路153，第二稳压电路153分别与整流滤波电路151和散热装置相连接，整流滤波电路151用于对副边供电绕组123输出的感应电压信号进行整流滤波，然后进一步将电压信号传输至第二稳压电路153，第二稳压电路153对获得的电压信号进行稳压和降压，得到第二预设阈值的电压信号，第二稳压电路153用于为散热装置供电。

由于副边供电单元150输出的电压变化范围较小，减少了电路的损耗，对于充电器的散热装置的散热要求降低，间接可以降低散热装置的成本。

其中，散热装置通常采用风机，经过第二稳压电路153进行稳压和降压处理之后电压等级通常为12V左右，进而为上述风机进行供电。

其中，第一稳压电路152和第一稳压电路153并联连接。

在一个实施例中，第一稳压电路152和第二稳压电路153结构类似。

在一个实施例中，如图8所示，主输出单元130包括整流滤波电路，其中，C6和D6组成了滤波电路，电信号经过主输出单元130中的整流滤波电路处理之后直接输出给蓄电池进行充电。此外，R7和C5能够主要用于储能和放电。

其中，可以增加C6电容对应的容量和数量，以增强主输出单元130空载时充电器对应的内部供电问题。

在一个实施例中，如图9所示，副边供电单元150还包括第三开关单元154，第三开关单元154采用三极管对应的开关电路，第三开关单元154和散热装置相连接，当通过散热装置的电流小于预设电流阈值时，第三开关单元154截止以关闭上述散热装置。

通过设置第三开关单元154，使得小电流的状态下可以关断电路，上述散热装置停止运转，进一步减少电路损耗，提高充电转换效率。

其中，第三开关单元154还可采用场效应管对应的开关电路进行替代。

一种充电器，采用上述任意一种供电装置10为充电器的控制装置和散热装置进行内部供电。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段或代码的一部分，所述单元、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或更多个单元集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供电装置，其特征在于，所述供电装置应用于充电器，并且包括：第一开关单元、变压器、主输出单元、第二开关单元和副边供电单元；所述变压器包括主输入绕组、主输出绕组以及副边供电绕组，所述副边供电绕组的同名端和所述主输入绕组的同名端相同，且和所述主输出绕组的同名端相反；

所述第一开关单元与所述主输入绕组连接，用于将直流电信号转换为高频交流电信号；

所述主输出单元与所述主输出绕组连接，用于输出充电电压以向外部设备进行充电；

所述副边供电单元与所述副边供电绕组连接，用于输出所述充电器对应的内部供电电压；

所述第二开关单元分别与所述主输出单元和所述副边供电单元相连接，当所述主输出单元空载时，所述第二开关单元用于从所述主输出单元取电以使所述副边供电单元正常工作，当所述主输出单元负载工作时，所述第二开关单元截止。

2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关和对应的控制电路，所述第一开关分别与所述控制电路和所述主输入绕组连接，所述控制电路用于控制所述第一开关实现高频通断以将所述直流电信号转换为所述高频交流电信号。

3.根据权利要求2所述的供电装置，其特征在于，所述第一开关包括场效应管开关或三极管开关。

4.根据权利要求2所述的供电装置，其特征在于，所述变压器还包括原边供电绕组，所述供电装置还包括：

原边供电单元，分别与所述控制电路和所述原边供电绕组相连接，用于对所述控制电路进行供电。

5.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第二开关单元包括二极管、三极管和场效应管中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，当所述第二开关单元为二极管时，所述二极管的正极与所述主输出单元连接，负极与所述副边供电单元连接。

7.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述副边供电单元包括整流滤波电路和第一稳压电路，所述第一稳压电路分别与所述整流滤波电路和所述充电器的控制装置相连接，所述第一稳压电路用于为所述控制装置供电。

8.根据权利要求7所述的供电装置，其特征在于，所述副边供电单元还包括与所述第一稳压电路并联输出的第二稳压电路，所述第二稳压电路分别与所述整流滤波电路和所述充电器的散热装置相连接，所述第二稳压电路用于为所述散热装置供电。

9.根据权利要求8所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括第三开关单元，所述第三开关单元连接在所述第二稳压电路和所述散热装置之间，当通过所述散热装置的电流小于预设电流阈值时，所述第三开关单元断开以关闭所述散热装置。

10.一种充电器，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的供电装置，所述供电装置为所述充电器的控制装置和散热装置进行供电。