CN109904913B - 一种充电设备及其快速充电电路 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种充电设备及其快速充电电路，该快速充电电路通过采用包括高压输入模块、初级功率控制模块、变压器、次级控制及通信模块以及输出接口模块组成的电路结构，使得高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制部分调整输入功率以满足负载需求，变压器用以传递能量，次级控制及通讯部分可以实现次级整流以及协议通讯功能，且能将通讯信号转换为初级控制部分可识别的电信号并通过变压器反馈到初级，由初级控制部分检测并识别，最终完成快充控制，其电路结构简单、集成度高，进而利于充电器的小型化，并且电路可靠性和安全性高；此外，次级电路部分的电路结构设计简便、无需大量的外围元件，使得电路成本大大降低。

Description

一种充电设备及其快速充电电路

技术领域

本公开涉及快速充电技术领域，尤其涉及一种充电设备及其快速充电电路。

背景技术

近年来，随着手机、平板电脑等便携式终端的性能提升和快速普及，人们对便携式终端的依赖越来越高，日均使用时间越来越长，而受电池技术的制约，在重度频繁使用下，便携式终端的续航时间已无法满足人们每天的日常需求，需要快速充电以补充电量，因此，快速充电设备已成为中高端便携式终端的标配。

然而，虽然目前快充设备已经成为中高端便携式终端的标配，但是现有的快充设备的快速充电方案电路结构复杂、方案线路复杂以及元器件多众多，使得快充电路不利于充电器小型化、成本高、且降低了电路可靠性。

综上所述，现有的快速充电电路存在因结构复杂、方案线路复杂以及元器件多众多而导致的不利于充电器小型化、成本高、且降低了电路可靠性的问题。

发明内容

本公开的目的在于提供一种充电设备及其快速充电电路，以解决现有的快速充电电路存在因结构复杂、方案线路复杂以及元器件多众多而导致的不利于充电器小型化、成本高、且降低了电路可靠性的问题。

本公开是这样实现的，本公开第一方面提供一种快速充电电路，所述快速充电电路包括：

高压输入模块、初级功率控制模块、变压器、次级控制及通信模块以及输出接口模块；

所述高压输入模块与所述初级功率控制模块以及所述变压器的初级线圈连接，所述初级功率控制模块与所述变压器的初级线圈和辅助线圈连接，所述变压器的次级线圈与所述次级控制及通信模块连接，所述次级控制及通信模块和输出接口模块均与负载连接；

所述高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，所述次级控制及通信模块在接收到所述负载发出的快速充电请求时，根据所述快速充电电路的输出电压和所述快速充电请求输出快速充电功率调整信号，并通过所述变压器将所述快速充电功率调整信号反馈给所述初级功率控制模块，所述初级功率控制模块根据所述快速充电功率调整信号将所述高压直流电转换为相应的交流电后输入至所述变压器，并对所述变压器的输入功率进行调整，所述变压器根据所述交流电生成充电能量，并将所述充电能量通过所述输出接口模块输出至所述负载，以向所述负载进行快速充电。

本公开第二方面提供一种充电设备，所述充电设备包括第一方面所述的快速充电电路。

本公开提出了一种充电设备及其快速充电电路，该快速充电电路通过采用包括高压输入模块、初级功率控制模块、变压器、次级控制及通信模块以及输出接口模块组成的电路结构，使得高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制部分调整输入功率以满足负载需求，变压器用以传递能量，次级控制及通讯部分可以实现次级整流以及协议通讯功能，且能将通讯信号转换为初级控制部分可识别的电信号并通过变压器反馈到初级，由初级控制部分检测并识别，最终完成快充控制，其电路结构简单、集成度高，进而利于充电器的小型化，并且电路可靠性和安全性高；此外，次级电路部分的电路结构设计简便、无需大量的外围元件，使得电路成本大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开第一种实施例提供的一种快速充电电路的结构示意图；

图2是本公开第一种实施例提供的一种快速充电电路的电路结构示意图；

图3是本公开第二种实施例提供的一种快速充电电路的结构示意图；

图4是本公开第二种实施例提供的一种快速充电电路的电路结构示意图；

图5是本公开第二种实施例提供的一种快速充电电路的另一电路结构示意图；

图6是本公开第二种实施例提供的一种快速充电电路的又一电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开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公开，并不用于限定本公开。

进一步地，以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本公开实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本公开。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本公开的描述。

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

为了说明本公开的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本公开实施例提供一种快速充电电路1，如图1所示，该快速充电电路1包括高压输入模块10、初级功率控制模块11、变压器12、次级控制及通信模块13以及输出接口模块14。

其中，高压输入模块10与初级功率控制模块11以及变压器12的初级线圈连接，初级功率控制模块11与变压器12的初级线圈和辅助线圈连接，变压器12的次级线圈与次级控制及通信模块13连接，次级控制及通信模块13和输出接口模块14均与负载2连接。

具体的，高压输入模块10将接入的高压交流电转换为高压直流电，次级控制及通信模块13在接收到负载2发出的快速充电请求时，根据快速充电电路1的输出电压和快速充电请求输出快速充电功率调整信号，并通过变压器12将快速充电功率调整信号反馈给初级功率控制模块11，初级功率控制模块11根据快速充电功率调整信号将高压直流电转换为相应的交流电后输入至变压器12，并对变压器12的输入功率进行调整，变压器12根据交流电生成充电能量，并将充电能量通过输出接口模块14输出至负载2，以向负载2进行快速充电。

在本实施例中，本公开实施例提供的快速充电电路通过高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制部分调整输入功率以满足负载需求，变压器用以传递能量，次级控制及通讯部分可以实现次级整流以及协议通讯功能，且能将通讯信号转换为初级控制部分可识别的电信号并通过变压器反馈到初级，由初级控制部分检测并识别，最终完成快充控制，其电路结构简单、集成度高，进而利于充电器的小型化，并且电路可靠性和安全性高；此外，次级电路部分的电路结构设计简便、无需大量的外围元件，使得电路成本大大降低。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，该快速充电电路还包括滤波模块15。

其中，滤波模块15与高压输入模块10、初级功率控制模块11以及变压器12的初级线圈连接。具体的，滤波模块15用于对高压输入模块10转换输出的高压直流电进行干扰滤除。

在本公开实施例中，通过在快速充电电路1中设置滤波模块15，使得该滤波模块15对高压输入模块10根据高压交流电转换而成的高压直流电进行干扰滤除，防止有杂波的高压直流电对后端电路产生影响，保证了电路的可靠性。

进一步地，具体实施时，如图2所示，滤波模块15采用电感L1、电容C1以及电容C2实现。

具体的，电感L1的第一端与电容C1的第一端共接，并且与高压输入模块10连接，电感L2的第二端与电容C2的第一端、初级功率控制模块11以及变压器12的初级线圈连接，电容C1的第二端与电容C2的第二端共接于等电势端，并且与高压输入模块10连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，高压输入模块10采用全波整流电路和限流电阻实现。其中，全波整流电路包括整流二极管D1、D2、D3以及D4，限流电阻采用电阻R1实现。

具体的，整流二极管D1的正极与整流二极管D4的负极共接，并与外部交流供电设备的正极连接，整流二极管D1的负极与整流二极管D2的负极连接，并同时与电感L1的第一端连接，整流二极管D2的阳极与整流二极管D3的负极共接，并与限流电阻R1的第一端连接，限流电阻R1的第二端与外部交流供电设备的负极连接，整流二极管D3的阳极与整流二极管D4的阳极共接，并同时与电容C1的第二端以及电容C2的第二端共接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，初级功率控制模块11包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、二极管D5、开关管M1以及芯片U1。

具体的，电阻R2的第一端与电感L1的第二端连接，并且与变压器12的初级线圈连接，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端连接，电阻R3的第二端与芯片U1的引脚1、二极管D5的阴极以及电容C3的第一端连接，二极管D5的阳极与电阻R5的第一端以及变压器12的辅助线圈连接，电阻R5的第二端与电阻R6的第一端以及芯片U2的引脚3连接，电阻R6的第二端与等电势端连接，电容C3的第二端与等电势端连接，芯片U1的引脚6与开关管M1的控制端连接，芯片U1的引脚5与电阻R4的第一端以及开关管M1的第一端连接，开关管M1的第二端与变压器12的初级线圈连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，次级控制及通信模块13包括：稳压单元130、同步整流采样单元131、同步整流采样控制单元132、升压驱动单元133、输出检测单元134、快充控制单元135、信号驱动单元136、协议通讯单元137、第一开关单元138以及第二开关单元139。

其中，稳压单元130与变压器12的次级线圈、同步整流采样单元131、第一开关单元138、第二开关单元139以及输出检测单元134连接，同步整流采样单元131与同步整流采样控制单元132连接，同步整流采样控制单元132与第一开关单元138连接，第一开关单元138与变压器12的次级线圈以及输出接口模块14连接，第二开关单元139与变压器12的次级线圈、升压驱动单元133、输出检测单元134以及输出接口模块14连接，输出检测单元134与输出接口模块14以及快充控制单元135连接，快充控制单元135与信号驱动单元136、协议通讯单元137以及升压驱动单元133连接，信号驱动单元136与变压器12的次级线圈连接。

具体的，稳压单元130将变压器12的次级线圈负端的交流电转换成直流电后向次级控制及通信模块13中的相应单元供电；同步整流采样单元131采样变压器12的次级线圈负端波形，以获取同步整流开启点和关闭点，并将同步整流开启点和关闭点传输给同步整流采样控制单元132，同步整流采样控制单元132根据同步整流开启点和关闭点控制第一开关单元138的开启和关断；协议通讯单元137用于通过相应接口和接入的负载2进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给快充控制单元135；输出检测单元134用于对输出电压进行检测高低，并将检测到的输出电压传输给快充控制单元135；快充控制单元135根据快速充电请求和输出电压产生快速充电功率调整信号后输出至信号驱动单元136，信号驱动单元136对快速充电功率调整信号进行转换后通过变压器12传输至初级功率控制模块11，以便初级功率控制模块11根据转换后的快速充电功率调整信号对变压器12的输入功率进行调整；快充控制单元135还用于根据快速充电请求生成驱动信号，并将驱动信号发送至升压驱动单元133，升压驱动单元133根据驱动信号控制第二开关单元139导通，以将充电能量通过导通的第二开关单元139和输出接口模块14输出至负载。

具体实施时，稳压单元130采用低压线性稳压器(low dropout regulator，LDO)电路实现；此外，第一开关单元138包括第一开关元件NM1，第一开关元件NM1的控制端与同步整流采样控制单元132连接，第一开关元件NM1的输入端与变压器12的次级线圈以及稳压单元130连接，第一开关元件NM1的输出端与输出接口模块14连接。

进一步地，第二开关单元139包括第二开关元件NM2，第二开关元件NM2的输入端与变压器12的次级线圈以及稳压单元130连接，第二开关元件NM2的控制端与升压驱动单元133连接，第二开关元件NM2的输出端与输出检测单元134以及输出接口模块14连接。

需要说明的是，在本公开实施例中，第一开关元件NM1和第二开关元件NM2采用N型晶体管实现，该N型晶体管的栅极是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的控制端，该N型晶体管的漏极是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的输入端，该N型晶体管的源极是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的输出端；当然本领域技术人员可以理解的是，N型晶体管只是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的示例说明，本公开中并不仅限于此。

下面以图2所示的电路为例对本公开实施例提供的快速充电电路1的具体工作原理进行说明，详述如下：

如图2所示，由整流二极管D1至D4以及限流电阻R1组成的高压输入模块10对接入的高压交流电进行整流后，将整流得到的高压直流电输出至由电感L1、电容C1以及电容C2组成的滤波电路，该滤波电路对高压直流电进行滤波后输出。

当该滤波电路将滤波后的高压直流电输出后，初级功率控制模块11中的电阻R2和电阻R3作为启动电阻，将该高压直流电进行分压后输入至初级控制芯片U1，以为初级控制芯片U1提供启动电流，该电流存储于电容C3中；当初级控制芯片U1根据启动电流工作后，由变压器12的辅助线圈和二极管D5为初级控制芯片U1提供持续稳定的工作电流；当初级控制芯片U1工作后，电阻R5和电阻R6组成的分压网络检测输出电压，并调整高压MOS晶体管M1的工作频率和占空比用以稳定输出电压和电流至变压器12的次级；需要说明的是，在本公开实施例中，R4作为初级限流电阻可对高压MOS晶体管进行保护。

在变压器12将初级线圈的能量传递至次级后，次级控制及通信模块13中的LDO将变压器12的次级线圈负端的交流电部分转换成次级控制及通信模块13工作所需的直流电，同时同步整流采样单元131通过采样次级线圈负端波形，判断同步整流开启点和关闭点并传输给同步整流采样控制单元，以便于同步整流采样控制单元根据同步整流开启点和关闭点完成对功率MOS管NM1的开启和关断控制，从而实现次级同步整流功能。

进一步地，协议通讯单元137通过接口D+与D-或者通过接口CC1与CC2同负载2进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给快充控制单元135；输出检测单元134检测输出电压高低，并传输给快充控制单元135；快充控制单元通过处理协议通讯单元137和输出检测单元134输出的信号，产生快速充电功率调整信号即初级功率调整信号并由信号驱动单元136将该初级功率调整信号转换成可通过变压器12承载并传递的信号，进而通过变压器12将该初级功率调整信号传输至初级功率控制模块11，使得初级功率控制模块11根据该初级功率调整信号以及变压器12的辅助线圈的电压大小控制高压MOS晶体管M1的导通与关断，以此完成快充控制。

此外，快充控制单元135还根据快速充电请求生成驱动信号，并将该驱动信号发送至升压驱动单元133，该升压驱动单元133在接受到快充控制单元135发送的驱动信号后，将根据该驱动信号控制功率MOS管NM2导通，以便于将变压器12的次级线圈的充电能量通过该导通的功率MOS管NM2和输出接口模块14输出值负载2，以实现对负载2的充电。

需要说明的是，在本公开实施例中，电容C4为次级控制及通信模块13中的滤波电容和供电电容，而电容C5为负载电容，接口D+与D-为USB Type-A接口中的引脚，而接口CC1与CC2为USB Type-C接口中的引脚；此外，次级控制及通信模块13可采用一颗芯片实现；另外，功率MOS管NM1在每次高压功率MOS管M1关闭后方可导通，当变压器内存储的能量释放完毕时后，功率MOS管NM1关闭，此时高压功率MOS管M1导通，即快速充电电路1工作在断续模式下，功率MOS管NM1和高压功率MOS管M1不会同时导通。

在本公开实施例中，通过将同步整流和协议通讯部分采用一颗芯片来实现，并且反馈网络由变压器实现，使得本公开提供的快速充电电路1的结构在很大程度上得到了简化，电路结构简单、集成度高、减少了大量外围元件，利用充电器小型化的同时，降低了电路的成本，且电路可靠性和安全性更高。

进一步地，作为本公开另一种实施方式，如图3所示，该快速充电电路1还包括反馈模块16。其中，反馈模块16与次级控制及通信模块13以及初级功率控制模块11连接。

具体的，次级控制及通信模块13在根据快速充电电路的输出电压和快速充电请求输出快速充电功率调整信号后，将快速充电功率调整信号发送至反馈模块16，反馈模块16根据快速充电功率调整信号生成相应的初级功率调整反馈信号，并将初级功率调整反馈信号输出至初级功率控制模块11，初级功率控制模块11根据初级功率调整反馈信号对变压器12的输入功率进行调整。

在本实施例中，本公开提供的快速充电电路1虽然增加了反馈模块16，但是由于次级控制及通信模块13可以采用一颗独立芯片实现，即将次级同步整流、协议通讯等集成在一个芯片中，同样可简化快速充电电路1的电路结构，并且集成度高，利于充电器的小型化，同时电路可靠性和安全性高；此外，次级电路部分的电路结构设计简便、无需大量的外围元件，使得电路成本大大降低。

进一步地，具体实施时，如图4所示，反馈模块16采用光耦U3实现，该光耦U3与快速充电电路1中其他模块的连接方式可参考图4，此处不再赘述。

此外，作为本公开一种实施方式，如图4所示，次级控制及通信模块13包括：稳压单元130、同步整流采样单元131、同步整流采样控制单元132、输出检测单元134、快充控制单元135、光耦驱动单元136、协议通讯单元137以及第一开关单元138。

其中，稳压单元130与变压器12的次级线圈、同步整流采样单元131、第一开关单元138、协议通讯单元137、光耦驱动单元136以及输出检测单元134连接，同步整流采样单元131与同步整流采样控制单元132连接，同步整流采样控制单元132与第一开关单元138连接，第一开关单元138与变压器12的次级线圈以及输出接口模块14连接，输出检测单元134与输出接口模块14以及快充控制单元135连接，快充控制单元135与光耦驱动单元136以及协议通讯单元137连接，光耦驱动单元136与反馈模块16连接。

具体的，稳压单元130将变压器12的次级线圈负端的交流电转换成直流电后向次级控制及通信模块13中的相应单元供电；同步整流采样单元131采样变压器12的次级线圈负端波形，以获取同步整流开启点和关闭点，并将同步整流开启点和关闭点传输给同步整流采样控制单元132，同步整流采样控制单元132根据同步整流开启点和关闭点控制第一开关单元138的开启和关断；协议通讯单元137用于通过相应接口和接入的负载2进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给快充控制单元135；输出检测单元134用于对输出电压进行检测高低，并将检测到的输出电压传输给快充控制单元135；快充控制单元135根据快速充电请求和输出电压产生快速充电功率调整信号后输出至光耦驱动单元136，光耦驱动单元136根据快速充电功率调整信号驱动反馈模块16，以使得反馈模块16生成初级功率调整反馈信号后将初级功率调整反馈信号输出至初级功率控制模块11，以便初级功率控制模块11根据初级功率调整反馈信号对变压器12的输入功率进行调整。

具体实施时，稳压单元130采用低压线性稳压器(low dropout regulator，LDO)电路实现；此外，第一开关单元138包括第一开关元件NM1，第一开关元件NM1的控制端与同步整流采样控制单元132连接，第一开关元件NM1的输入端与变压器12的次级线圈以及稳压单元130连接，第一开关元件NM1的输出端与输出接口模块14连接。

需要说明的是，在本公开实施例中，第一开关元件NM1采用N型晶体管实现，该N型晶体管的栅极是第一开关元件NM1的控制端，该N型晶体管的漏极是第一开关元件NM1的输入端，该N型晶体管的源极是第一开关元件NM1的输出端；当然本领域技术人员可以理解的是，N型晶体管只是第一开关元件NM1的示例说明，本公开中并不仅限于此；此外，本公开实施例提供的快速充电电路1中的高压输入模块10、初级功率控制模块11以及变压器12的具体连接关系与图1至图2所示的快速充电电路1中的相同，具体可参考图1至图2的具体描述，此处不再赘述。

下面以图4所示的电路为例对本公开实施例提供的快速充电电路1的具体工作原理进行说明，详述如下：

如图4所示，由整流二极管D1至D4以及限流电阻R1组成的高压输入模块10对接入的高压交流电进行整流后，将整流得到的高压直流电输出至由电感L1、电容C1以及电容C2组成的滤波电路，该滤波电路对高压直流电进行滤波后输出。

当该滤波电路将滤波后的高压直流电输出后，初级功率控制模块11中的电阻R2和电阻R3作为启动电阻，将该高压直流电进行分压后输入至初级控制芯片U1，以为初级控制芯片U1提供启动电流，该电流存储于电容C3中；当初级控制芯片U1根据启动电流工作后，由变压器12的辅助线圈和二极管D5为初级控制芯片U1提供持续稳定的工作电流；当初级控制芯片U1工作后，电阻R5和电阻R6组成的分压网络检测输出电压，并调整高压MOS晶体管M1的工作频率和占空比用以稳定输出电压和电流至变压器12的次级；需要说明的是，在本公开实施例中，R4作为初级限流电阻可对高压MOS晶体管进行保护。

在变压器12将初级线圈的能量传递至次级后，次级控制及通信模块13中的LDO将变压器12的次级线圈负端的交流电部分转换成次级控制及通信模块13工作所需的直流电，同时同步整流采样单元131通过采样次级线圈负端波形，判断同步整流开启点和关闭点并传输给同步整流采样控制单元132，以便于同步整流采样控制单元132根据同步整流开启点和关闭点完成对功率MOS管NM1的开启和关断控制，从而实现次级同步整流功能。

进一步地，协议通讯单元137通过接口D+与D负载2进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给快充控制单元135；输出检测单元134检测输出电压高低，并将检测到的输出电压的高低传输给快充控制单元135；快充控制单元135通过处理协议通讯单元137和输出检测单元134输出的信号，产生快速充电功率调整信号后，将该快速充电功率调整信号发送至光耦驱动单元136，光耦驱动单元136根据该快速充电功率调整信号控制光耦U3产生相应的初级功率调整反馈信号后将该初级功率调整反馈信号输出至初级功率控制模块11，使得初级功率控制模块11根据该初级功率调整反馈信号控制高压MOS晶体管M1的导通与关断，以此完成快充控制的同时可对快速充电电路1中初级电路部分的输入功率进行调节。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图5所示，次级控制及通信模块13包括：稳压单元130、同步整流采样单元131、同步整流采样控制单元132、升压驱动单元133、输出检测单元134、快充控制单元135、光耦驱动单元136、协议通讯单元137、第一开关单元138以及第二开关单元139。

其中，稳压单元130与变压器12的次级线圈、同步整流采样单元131、第一开关单元138、第二开关单元139以及输出检测单元134连接，同步整流采样单元131与同步整流采样控制单元132连接，同步整流采样控制单元132与第一开关单元138连接，第一开关单元138与变压器12的次级线圈以及输出接口模块14连接，第二开关单元139与变压器12的次级线圈、升压驱动单元133、输出检测单元134以及输出接口模块14连接，输出检测单元134与输出接口模块14以及快充控制单元135连接，快充控制单元135与光耦驱动单元136、协议通讯单元137以及升压驱动单元133连接，光耦驱动单元136与反馈模块16连接。

具体的，稳压单元130将变压器12的次级线圈负端的交流电转换成直流电后向次级控制及通信模块13中的相应单元供电；同步整流采样单元131采样变压器12的次级线圈负端波形，以获取同步整流开启点和关闭点，并将同步整流开启点和关闭点传输给同步整流采样控制单元132，同步整流采样控制单元132根据同步整流开启点和关闭点控制第一开关单元138的开启和关断；协议通讯单元137用于通过相应接口和接入的负载2进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给快充控制单元135；输出检测单元134用于对输出电压进行高低检测，并将检测到的输出电压传输给快充控制单元135；快充控制单元135根据快速充电请求和输出电压产生快速充电功率调整信号后输出至光耦驱动单元136，光耦驱动单元136根据快速充电功率调整信号驱动反馈模块16，以使得反馈模块16生成初级功率调整反馈信号后将初级功率调整反馈信号输出至初级功率控制模块11，以便初级功率控制模块11根据初级功率调整反馈信号对变压器12的输入功率进行调节；快充控制单元135还用于根据快速充电请求生成驱动信号，并将驱动信号发送至升压驱动单元133，升压驱动单元133根据驱动信号控制第二开关单元139导通，以将充电能量通过导通的第二开关单元139和输出接口模块14输出至负载。

具体实施时，稳压单元130采用低压线性稳压器(low dropout regulator，LDO)电路实现；此外，第一开关单元138包括第一开关元件NM1，第一开关元件NM1的控制端与同步整流采样控制单元132连接，第一开关元件NM1的输入端与变压器12的次级线圈以及稳压单元130连接，第一开关元件NM1的输出端与输出接口模块14连接。

进一步地，第二开关单元139包括第二开关元件NM2，第二开关元件NM2的输入端与变压器12的次级线圈以及稳压单元130连接，第二开关元件NM2的控制端与升压驱动单元133连接，第二开关元件NM2的输出端与输出检测单元134以及输出接口模块14连接。

需要说明的是，在本公开实施例中，第一开关元件NM1和第二开关元件NM2采用N型晶体管实现，该N型晶体管的栅极是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的控制端，该N型晶体管的漏极是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的输入端，该N型晶体管的源极是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的输出端；当然本领域技术人员可以理解的是，N型晶体管只是第一开关元件NM1和第二开关元件NM2的示例说明，本公开中并不仅限于此。

下面以图5所示的电路为例对本公开实施例提供的快速充电电路1的具体工作原理进行说明，详述如下：

如图5所示，由整流二极管D1至D4以及限流电阻R1组成的高压输入模块10对接入的高压交流电进行整流后，将整流得到的高压直流电输出至由电感L1、电容C1以及电容C2组成的滤波电路，该滤波电路对高压直流电进行滤波后输出。

当该滤波电路将滤波后的高压直流电输出后，初级功率控制模块11中的电阻R2和电阻R3作为启动电阻，将该高压直流电进行分压后输入至初级控制芯片U1，以为初级控制芯片U1提供启动电流，该电流存储于电容C3中；当初级控制芯片U1根据启动电流工作后，由变压器12的辅助线圈和二极管D5为初级控制芯片U1提供持续稳定的工作电流；当初级控制芯片U1工作后，电阻R5和电阻R6组成的分压网络检测输出电压，并调整高压MOS晶体管M1的工作频率和占空比用以稳定输出电压和电流至变压器12的次级；需要说明的是，在本公开实施例中，R4作为初级限流电阻可对高压MOS晶体管进行保护。

在变压器12将初级线圈的能量传递至次级后，次级控制及通信模块13中的LDO将变压器12的次级线圈负端的交流电部分转换成次级控制及通信模块13工作所需的直流电，同时同步整流采样单元131通过采样次级线圈负端波形，判断同步整流开启点和关闭点并传输给同步整流采样控制单元132，以便于同步整流采样控制单元132根据同步整流开启点和关闭点完成对功率MOS管NM1的开启和关断控制，从而实现次级同步整流功能。

进一步地，协议通讯单元137通过接口CC1与CC2同负载2进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给快充控制单元135；输出检测单元134检测输出电压高低，并将检测到的输出电压的高低传输给快充控制单元135；快充控制单元135通过处理协议通讯单元137和输出检测单元134输出的信号，产生快速充电功率调整信号后，将该快速充电功率调整新红发送至光耦驱动单元136，光耦驱动单元136根据该快速充电功率调整信号控制光耦U3产生相应的初级功率调整反馈信号后将该初级功率调整反馈信号输出至初级功率控制模块11，使得初级功率控制模块11根据该初级功率调整反馈信号控制高压MOS晶体管M1的导通与关断，以此完成快充控制的同时可对快速充电电路1中初级电路部分的输入功率进行调节。

此外，快充控制单元135还根据快速充电请求生成驱动信号，并将该驱动信号发送至升压驱动单元133，该升压驱动单元133在接受到快充控制单元135发送的驱动信号后，将根据该驱动信号控制功率MOS管NM2导通，以便于将变压器12的次级线圈的充电能量通过该导通的功率MOS管NM2和输出接口模块14输出值负载2，以实现对负载2的充电。

需要说明的是，在本公开实施例中，除去光耦部分，该快速充电电路1中的次级控制及通信模块13的结构与图2中示出的相同；另外电容C4为次级控制及通信模块13中的滤波电容和供电电容，而电容C5为负载电容，接口CC1与CC2为USB Type-C接口中的引脚；此外，次级控制及通信模块13可采用一颗芯片实现；另外，功率MOS管NM1在每次高压功率MOS管M1关闭后方可导通，当变压器内存储的能量释放完毕时后，功率MOS管NM1关闭，此时高压功率MOS管M1导通，即快速充电电路1工作在断续模式下，功率MOS管NM1和高压功率MOS管M1不会同时导通。

进一步地，作为本公开一种实施方式，图6示出了图3所提供的快速充电电路1的另一电路结构。需要说明的是，在图6所示的电路结构中，快速充电时的协议接口可以采用USBType-A的D+和D-实现，也可以采用USB Type-C的CC1和CC2实现。当快速充电时的协议接口可以采用USB Type-A的D+和D-实现时，快速充电电路的结构和原理课参考图4的相关描述，当快速充电时的协议接口可以采用USB Type-C的CC1和CC2实现时，快速充电电路的结构和原理课参考图5的相关描述，此处不再赘述。

进一步地，本公开还提供了一种充电设备，该充电设备包括快速充电电路10。需要说明的是，由于本公开实施例所提供的充电设备的快速充电电路和图1至图6所的快速充电电路1相同，因此，本公开实施例所提供的充电设备中的快速充电电路1的具体工作原理，可参考前述关于图1至图6的详细描述，此处不再赘述。

在本公开实施例中，本公开提供的快速充电电路通过采用包括高压输入模块、初级功率控制模块、变压器、次级控制及通信模块以及输出接口模块组成的电路结构，使得高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制部分调整输入功率以满足负载需求，变压器用以传递能量，次级控制及通讯部分可以实现次级整流以及协议通讯功能，且能将通讯信号转换为初级控制部分可识别的电信号并通过变压器反馈到初级，由初级控制部分检测并识别，最终完成快充控制，其电路结构简单、集成度高，进而利于充电器的小型化，并且电路可靠性和安全性高；此外，次级电路部分的电路结构设计简便、无需大量的外围元件，使得电路成本大大降低，从而解决了现有的快速充电电路存在因结构复杂、方案线路复杂以及元器件多众多而导致的不利于充电器小型化、成本高、且降低了电路可靠性的问题。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速充电电路，其特征在于，所述快速充电电路包括：

高压输入模块、初级功率控制模块、变压器、次级控制及通信模块以及输出接口模块；

所述高压输入模块与所述初级功率控制模块以及所述变压器的初级线圈连接，所述初级功率控制模块与所述变压器的初级线圈和辅助线圈连接，所述变压器的次级线圈与所述次级控制及通信模块连接，所述次级控制及通信模块和输出接口模块均与负载连接；

所述高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，所述次级控制及通信模块在接收到所述负载发出的快速充电请求时，根据所述快速充电电路的输出电压和所述快速充电请求输出快速充电功率调整信号，并通过所述变压器将所述快速充电功率调整信号反馈给所述初级功率控制模块，所述初级功率控制模块根据所述快速充电功率调整信号将所述高压直流电转换为相应的交流电后输入至所述变压器，并对所述变压器的输入功率进行调整，所述变压器根据所述交流电生成充电能量，并将所述充电能量通过所述输出接口模块输出至所述负载，以向所述负载进行快速充电。

2.如权利要求1所述的快速充电电路，其特征在于，所述次级控制及通信模块包括：

稳压单元、同步整流采样单元、同步整流采样控制单元、升压驱动单元、输出检测单元、快充控制单元、信号驱动单元、协议通讯单元、第一开关单元以及第二开关单元；

所述稳压单元与所述变压器的次级线圈、所述同步整流采样单元、所述第一开关单元、所述第二开关单元以及所述输出检测单元连接，所述同步整流采样单元与所述同步整流采样控制单元连接，所述同步整流采样控制单元与所述第一开关单元连接，所述第一开关单元与所述变压器的次级线圈以及所述输出接口模块连接，所述第二开关单元与所述变压器的次级线圈、所述升压驱动单元、所述输出检测单元以及所述输出接口模块连接，所述输出检测单元与所述输出接口模块以及所述快充控制单元连接，所述快充控制单元与所述信号驱动单元、所述协议通讯单元以及所述升压驱动单元连接，所述信号驱动单元与所述变压器的次级线圈连接；

所述稳压单元将所述变压器的次级线圈负端的交流电转换成直流电后向所述次级控制及通信模块中的相应单元供电；所述同步整流采样单元采样所述变压器的次级线圈负端波形，以获取同步整流开启点和关闭点，并将所述同步整流开启点和关闭点传输给所述同步整流采样控制单元，所述同步整流采样控制单元根据所述同步整流开启点和关闭点控制所述第一开关单元的开启和关断；所述协议通讯单元用于通过相应接口和接入的负载进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给所述快充控制单元；所述输出检测单元用于对输出电压进行检测高低，并将检测到的输出电压传输给所述快充控制单元；所述快充控制单元根据所述快速充电请求和所述输出电压产生快速充电功率调整信号后输出至所述信号驱动单元，所述信号驱动单元对所述快速充电功率调整信号进行转换后通过所述变压器传输至所述初级功率控制模块，以便所述初级功率控制模块根据转换后的所述快速充电功率调整信号对所述变压器的输入功率进行调整；所述快充控制单元还用于根据所述快速充电请求生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述升压驱动单元，所述升压驱动单元根据所述驱动信号控制所述第二开关单元导通，以将所述充电能量通过导通的第二开关单元和所述输出接口模块输出至负载。

3.如权利要求2所述的快速充电电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制端与所述同步整流采样控制单元连接，所述第一开关元件的输入端与所述变压器的次级线圈以及所述稳压单元连接，所述第一开关元件的输出端与所述输出接口模块连接。

4.如权利要求2所述的快速充电电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第二开关元件，所述第二开关元件的输入端与所述变压器的次级线圈以及所述稳压单元连接，所述第二开关元件的控制端与所述升压驱动单元连接，所述第二开关元件的输出端与所述输出检测单元以及所述输出接口模块连接。

5.如权利要求1所述的快速充电电路，其特征在于，所述快速充电电路还包括：

反馈模块，所述反馈模块与所述次级控制及通信模块以及所述初级功率控制模块连接；

所述次级控制及通信模块在根据所述快速充电电路的输出电压和所述快速充电请求输出快速充电功率调整信号后，将所述快速充电功率调整信号发送至所述反馈模块，所述反馈模块根据所述快速充电功率调整信号生成相应的初级功率调整反馈信号，并将所述初级功率调整反馈信号输出至所述初级功率控制模块，所述初级功率控制模块根据所述初级功率调整反馈信号对所述变压器的输入功率进行调整。

6.如权利要求5所述的快速充电电路，其特征在于，所述次级控制及通信模块包括：

稳压单元、同步整流采样单元、同步整流采样控制单元、输出检测单元、快充控制单元、光耦驱动单元、协议通讯单元以及第一开关单元；

所述稳压单元与所述变压器的次级线圈、所述同步整流采样单元、所述第一开关单元、所述协议通讯单元、所述光耦驱动单元以及所述输出检测单元连接，所述同步整流采样单元与所述同步整流采样控制单元连接，所述同步整流采样控制单元与所述第一开关单元连接，所述第一开关单元与所述变压器的次级线圈以及所述输出接口模块连接，所述输出检测单元与所述输出接口模块以及所述快充控制单元连接，所述快充控制单元与所述光耦驱动单元以及所述协议通讯单元连接，所述光耦驱动单元与反馈模块连接；

所述稳压单元将所述变压器的次级线圈负端的交流电转换成直流电后向所述次级控制及通信模块中的相应单元供电；所述同步整流采样单元采样所述变压器的次级线圈负端波形，以获取同步整流开启点和关闭点，并将所述同步整流开启点和关闭点传输给所述同步整流采样控制单元，所述同步整流采样控制单元根据所述同步整流开启点和关闭点控制所述第一开关单元的开启和关断；所述协议通讯单元用于通过相应接口和接入的负载进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给所述快充控制单元；所述输出检测单元用于对输出电压进行检测高低，并将检测到的输出电压传输给所述快充控制单元；所述快充控制单元根据所述快速充电请求和所述输出电压产生快速充电功率调整信号后输出至所述光耦驱动单元，所述光耦驱动单元根据所述快速充电功率调整信号驱动所述反馈模块，以使得所述反馈模块生成初级功率调整反馈信号后将所述初级功率调整反馈信号输出至所述初级功率控制模块，以便所述初级功率控制模块根据所述初级功率调整反馈信号对所述变压器的输入功率进行调整。

7.如权利要求5所述的快速充电电路，其特征在于，所述次级控制及通信模块包括：

稳压单元、同步整流采样单元、同步整流采样控制单元、升压驱动单元、输出检测单元、快充控制单元、光耦驱动单元、协议通讯单元、第一开关单元以及第二开关单元；

所述稳压单元与所述变压器的次级线圈、所述同步整流采样单元、所述第一开关单元、所述第二开关单元以及所述输出检测单元连接，所述同步整流采样单元与所述同步整流采样控制单元连接，所述同步整流采样控制单元与所述第一开关单元连接，所述第一开关单元与所述变压器的次级线圈以及所述输出接口模块连接，所述第二开关单元与所述变压器的次级线圈、所述升压驱动单元、所述输出检测单元以及所述输出接口模块连接，所述输出检测单元与所述输出接口模块以及所述快充控制单元连接，所述快充控制单元与所述光耦驱动单元、所述协议通讯单元以及所述升压驱动单元连接，所述光耦驱动单元与所述反馈模块连接；

所述稳压单元将所述变压器的次级线圈负端的交流电转换成直流电后向所述次级控制及通信模块中的相应单元供电；所述同步整流采样单元采样所述变压器的次级线圈负端波形，以获取同步整流开启点和关闭点，并将所述同步整流开启点和关闭点传输给所述同步整流采样控制单元，所述同步整流采样控制单元根据所述同步整流开启点和关闭点控制所述第一开关单元的开启和关断；所述协议通讯单元用于通过相应接口和接入的负载进行协议通讯，并将通讯内容转换为快速充电请求后传输给所述快充控制单元；所述输出检测单元用于对输出电压进行高低检测，并将检测到的输出电压传输给所述快充控制单元；所述快充控制单元根据所述快速充电请求和所述输出电压产生快速充电功率调整信号后输出至所述光耦驱动单元，所述光耦驱动单元根据所述快速充电功率调整信号驱动所述反馈模块，以使得所述反馈模块生成初级功率调整反馈信号后将所述初级功率调整反馈信号输出至所述初级功率控制模块，以便所述初级功率控制模块根据所述初级功率调整反馈信号对所述变压器的输入功率进行调整；所述快充控制单元还用于根据所述快速充电请求生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述升压驱动单元，所述升压驱动单元根据所述驱动信号控制所述第二开关单元导通，以将所述充电能量通过导通的第二开关单元和所述输出接口模块输出至负载。

8.如权利要求7所述的快速充电电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制端与所述同步整流采样控制单元连接，所述第一开关元件的输入端与所述变压器的次级线圈以及所述稳压单元连接，所述第一开关元件的输出端与所述输出接口模块连接。

9.如权利要求7所述的快速充电电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第二开关元件，所述第二开关元件的输入端与所述变压器的次级线圈以及所述稳压单元连接，所述第二开关元件的控制端与所述升压驱动单元连接，所述第二开关元件的输出端与所述输出检测单元以及所述输出接口模块连接。

10.一种充电设备，其特征在于，所述充电设备包括如权利要求1至9任一项所述的快速充电电路。

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