CN110365088B - 一种充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种充电装置。所述装置包括：AC‑DC转换模块，所述AC‑DC转换模块用以将输入的交流电源转换为直流电输出；Type‑c接口模块，所述Type‑c接口模块提供用以接入外部设备的Type‑c接口；微控制器，所述微控制器用以在所述Type‑c接口接入所述外部设备时确认所述外部设备的实时充电需求，并根据所述实时充电需求发送输出电压控制信号；其中，所述AC‑DC转换模块包括输出电压调节电路，所述输出电压调节电路接收所述输出电压控制信号并将所述AC‑DC转换模块输出的直流电电压调节至目标电压。根据本发明的充电装置，有效提升了AC‑DC转换模块的转化效率，从而提升了充电装置的充电效率和能效等级。
Description
技术领域
本发明涉及电子装置领域，具体而言涉及一种充电装置。
背景技术
随着Type-c接口的越来越普及，手机，平板电脑，笔记本越来越多的生产厂家都将充电接口转移到Type-c的接口上，同样电源适配器和充电器转向Type-c接口也是未来的趋势。对于AC-DC电源，多口的Type-C PD输出，由于PD输出电压是从3V到21V的宽范围，使得经过AC-DC转换电路转换后得到的DC电压都是22V，使得在PD输出需求较低电压的情况下，AC-DC转换电路无法获得高能效和高效率。
为此，有必要提出一种新的充电装置和电源，用以解决现有技术中的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种充电装置，所述装置包括：
AC-DC转换模块，所述AC-DC转换模块用以将输入的交流电源转换为直流电输出；
Type-c接口模块，所述Type-c接口模块提供用以接入外部设备的Type-c接口；
微控制器，所述微控制器用以在所述Type-c接口接入所述外部设备时确认所述外部设备的实时充电需求，并根据所述实时充电需求发送输出电压控制信号；其中，
所述AC-DC转换模块包括输出电压调节电路，所述输出电压调节电路接收所述输出电压控制信号并将所述AC-DC转换模块输出的直流电电压调节至目标电压。
示例性地，所述输出电压调节电路包括逐级升压调节电路，用以基于所述输出电压控制信号将所述AC-DC转换模块输出的直流电电压逐级升压至所述目标电压。
示例性地，所述实时充电需求包括充电电压，所述目标电压高于所述充电电压一阈值。
示例性地，所述Type-c接口模块至少包括两个所述Type-c接口。
示例性地，所述Type-c接口模块包括第一Type-c接口和第二Type-c接口，其中，当所述第一Type-c接口接入第一外部设备，所述第二Type-c接口接入第二外部设备时，所述微控制器还对所述第一外部设备的第一充电电压与所述第二外部设备的第二充电电压进行对比，当所述第一充电电压大于所述第二充电电压时，所述微控制器根据所述第一充电电压发送所述输出电压控制信号，以控制所述输出电压调节电路调节所述AC-DC转换模块输出的直流电电压至所述目标电压；其中，所述目标电压高于第一充电电压所述阈值。
示例性地，所述阈值的范围为1-2V
示例性地，还包括与每一所述Type-c接口对应的DC-DC转换模块，用以将所述目标电压转换为与所述充电需求相一致的电压。
示例性地，在所述DC-DC转换模块和与所述DC-DC转换模块对应的所述Type-c接口之间设置有开关电路，当所述Type-c接口未接入外部设备时所述开关电路关断以使所述DC-DC转换模块关断。
示例性地，所述开关电路包括MOS晶体管。
示例性地，所述AC-DC转换模块输出所述目标电压的范围为0-22V。
根据本发明的充电装置，在AC-DC转换模块中设置输出电压调节电路以根据外部设备的实时充电需求对所述AC-DC转换模块输出的直流电电压进行调整获得目标电压，有效提升了充电装置在AC-DC转换模块中进行市电转化的转化效率，从而在后续降压转换过程节省了能耗，提升了充电装置的充电效率和能效等级。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为一种充电装置的结构示意图；
图2为一种充电装置的电路结构示意图；
其中，附图标记
1 AC-DC转换模块
2 微控制器
3 Type-c模块
11 输出电压调节电路
12 AC-DC转换电路
21 PD协议电路
22 控制电路
31 第一Type-c接口
32 第二Type-c接口
41 第一DC-DC转换电路
42 第二DC-DC转换电路
51 第一开关电路
52 第二开关电路。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述的充电装置。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种充电装置，包括：
AC-DC转换模块，所述AC-DC转换模块用以将输入的交流电源转换为直流电输出；
Type-c接口模块，所述Type-c接口模块提供用以接入外部设备的Type-c接口；
微控制器，所述微控制器用以在所述Type-c接口接入所述外部设备时确认所述外部设备的实时充电需求，并根据所述实时充电需求发送输出电压控制信号；其中，
所述AC-DC转换模块包括输出电压调节电路，所述输出电压调节电路接收所述输出电压控制信号并将所述AC-DC转换模块输出的直流电电压调节至目标电压。
下面参看图1和图2对本发明所提出的一种充电装置进行示例性说明，图1为一种充电装置的结构示意图；图2为一种充电装置的电路结构示意图。
根据本发明的充电装置广泛应用于各种电子产品，如：手机、平板、笔记本、MP3、MP4、移动电源等。在根据本发明的一个示例中，充电装置应用于手机电源充电器。
如图1所示，根据本发明的充电装置包括AC-DC转换模块1，微控制器2和Type-c接口模块3。
AC-DC转换模块1用以将输入的交流电源转换为直流电输出。
示例性地，AC-DC转换模块1包括AC-DC转换电路，具体的，包括输入整流电路、变压器、准谐振控制电路以及输出整流稳压电路等。示例性地，根据本发明的一个实施例的AC-DC转换电路包括一个隔离的变压器，有效降低零地电压。
所述Type-c接口模块3提供用以接入外部设备的Type-c接口。
示例性地，Type-c接口模块3包括Type-c协议及其对应的Type-c接口。Type-C接口包括CC引脚、D+引脚和D-引脚。Type-c协议通过VBUS线和CC监控Type-c接口是否接入外部设备。在一个示例中，所述Type-c接口模块还包括识别所述Type-c接口是否接入所述外部设备的协议芯片，在接入外部设备的情况下，将接入信号通过CC线传输到微控制器。
所述微控制器2用以在所述Type-c接口接入所述外部设备时确认所述外部设备的实时充电需求，根据所述实时充电需求发送输出电压控制信号。
示例性地，微控制器2包括PD协议模块PD协议模块与外部设备通过CC线进行PD协议沟通，获取外部设备的实时充电需求。
PD协议，即Power Delivery功率传输协议，PD协议基于USB3.1，是USB3.1中即Type-C接口后提出的功率传输概念，可以为这种技术带来更大的灵活性，将充电能力扩大为原有技术的10倍，最高可达100瓦。
示例性地，外部设备的实时充电需求包括充电电压、电流需求。
所述AC-DC转换模块1还包括输出电压调节电路11，所述输出电压调节电路11接收由所述微控制器2发出的输出电压控制信号，并根据所述输出电压控制信号将所述AC-DC转换模块输出的直流电的电压调整至目标电压。
在根据本发明的一个示例中，所述AC-DC转换模块1将交流市电进行AC-DC转换电路转化和输出电压调节电路调节后输出目标电压的范围为0-22V。从而满足PD充电协议下的电子设备的充电需求，如5V/3A，9V/3A，15V/3A，20V/2.5A等。
根据本发明，在AC-DC转换模块1中设置输出电压调节电路11，以根据由微控制器2根据外部设备的实时充电需求发送的输出电压控制信号对AC-DC转换模块1输出的直流电电压进行调整，使AC-DC转换模块1输出的直流电电压根据外部设备的实时充电需求进行调整。例如，在外部设备的实时充电需求为低电压(例如小于22V的15V电压等)时，AC-DC转换模块能够输出相应的较低的目标电压(例如小于22V的16V电压)，在外部设备的实时充电需求为高电压(例如小于22V的20V电压等)时，AC-DC转换模块能够输出相应的较高的目标电压(例如小于22V的21V电压等)，相较于AC-DC转换模块持续输出较高的目标电压的情况，有效提升了充电装置在AC-DC转换模块中进行市电转化的转化效率，从而在后续降压转换过程节省了能耗，提升了充电装置的充电效率和能效等级。
示例性地，所述实时充电需求包括充电电压，经过输出电压调节电路调整AC-DC转换模块输出的直流电的电压后输出的所述目标电压高于所述充电电压一阈值。例如，在实时充电需求为20V的充电电压的情况下，目标电压高于20V一阈值。
示例性地，所述阈值的范围为1-2V。即在实时充电需求为20V的充电电压的情况下，目标电压为21V-22V。
示例性地，所述输出电压调节电路包括逐级升压调节电路，用以基于所述输出电压控制信号将所述AC-DC转换模块输出的直流电电压逐级升压至所述目标电压。
微控制器在确认外部设备的充电需求之后，发送输出电压控制信号。示例性地，输出电压控制信号为GPIO控制信号。逐级升压调节电路根据所接收到的GPIO控制信号对所述AC-DC转换模块输出的直流电电压进行逐级调节。示例性的，逐级升压调节电路对所述AC-DC转换模块输出的直流电电压从5V开始进行逐级调节，每级调节增压1V，直至AC-DC转换模块输出的直流电电压增加至目标电压。示例性的，目标电压为15V，逐级升压调节电路对所述AC-DC转换模块输出的直流电电压从5V开始调节，经过10次逐级调节，将所述AC-DC转换模块输出的直流电电压调整到15V。其中，在调节过程中，微控制器对输出电压调节电路的增加调节过程进行监控，当AC-DC转换模块输出的直流电电压为所述目标电压时，再次发送输出电压控制信号，输出电压调节电路根据输出电压控制信号将AC-DC转换模块输出的直流电电压稳定在目标电压。
需要理解的是，本实施例将输出电压调节电路设置为逐级升压调节电路对AC-DC转换模块输出的直流电电压进行逐级增压调节仅仅是示例性的，本领域技术人员将理解，任何调节电路，能够将AC-DC转换模块输出的直流电电压调节到目标电压，均适用于本发明。
参看图2示出了根据本发明的一个示例的充电装置的电路结构示意图。
如图2所示，充电装置中设置有由AC-DC转换电路12、输出电压调节电路11构成的AC-DC转换模块，由PD协议电路21和控制电路22构成的微控制器，以及两个Type-c接口(第一Type-c接口31和第二Type-c接口32)。
需要理解的是，本实施例在充电装置中设置两个Type-c接口仅仅是示例性地，本领域技术人员将理解，任何数量的Type-c接口均适用于本发明。
示例性地，PD协议电路21通过CC线与Type-c接口进行通信，获取外部设备的充电需求。
示例性地，根据本发明的一个示例，充电装置还包括与每一Type-c接口对应的DC-DC转换模块，用以将所述目标电压转化为与所述DC-DC转换模块对应的所述Type-c接口上的所述充电需求。示例性地，DC-DC转换模块包括升降压电路等构成的DC-DC转换电路。
如图2所示，在AC-DC转换电路12与第一Type-c接口31之间还连接有第一DC-DC转换电路41。在AC-DC转换电路12与第二Type-c接口32之间还连接有第二DC-DC转换电路42。
由于在AC-DC转换模块1中设置输出电压调节电路11，以根据微控制器2确认外部设备的实时充电需求而输出的控制信号对AC-DC转换模块1的输出电压进行调整，使AC-DC转换模块1输出的直流电电压根据外部设备的实时充电需求进行调整。在外部设备的实时充电需求为低电压时，输出电压调节AC-DC转换模块能够输出相应的较低的目标电压，在外部设备的实时充电需求为低电压时，AC-DC转换模块能够输出相应的较高的目标电压，相较于AC-DC转换模块持续输出较高的目标电压的情况，提高了AC-DC转换模块的效率。同时，在这一过程中，由于根据外部设备的实时充电需求对AC-DC转换模块的目标电压进行了调整，从而使后续DC-DC转换模块不用做大范围的调整就可输出满足充电需求的电流电压，从而使DC-DC转换模块的输出效率也得以提升。
示例性地，实时充电需求的参数设置为充电电压，经过输出电压调节电路调整后，AC-DC转换模块的目标电压高于所述充电电压1-2V。DC-DC转换模块对上述高于充电电压1-2V的目标电压进行降压调节，以输出符合实时充电需求的充电电压，相较于未经输出电压调节电路调整的AC-DC转换模块持续输出高压的情况，DC-DC转换模块的输出效率显著提高。
示例性地，根据本发明的一个示例，在所述DC-DC转换模块和与所述DC-DC转换模块对应的所述Type-c接口之间设置有开关电路，当所述Type-c接口未接入外部设备时所述开关电路关断以使所述DC-DC转换模块关闭。
如图2所示，在第一Type-c接口31和第一DC-DC转换电路41之间设置有第一开关电路51，在第二Type-c接口32和第二DC-DC转换电路42之间设置有第二开关电路52。当第一Type-c接口31和/或第二Type-c接口32未接入外部设备时，第一开关电路51和/或第二开关电路52关断，从而使第一DC-DC转换电路41和/或第二DC-DC转换电路42关闭。
在没有外部设备接入时，通过关闭DC-DC转换模块，使得经输出电压调节电路调整的AC-DC转换模块的目标电压保持在一个合适的电压值(实时匹配外部设备的实时充电需求)，可以避免持续输出高压的目标电压，避免能耗浪费，即在空载时，充电装置能够达到良好的等效等级。
示例性地，开关电路设置为MOS晶体管。其通过微控制器中的控制电路进行GPIO控制，实现开关控制。
示例性地，控制电路22通过I2C总线与第一DC-DC转换电路、第二DC-DC转换电路进行通信。在根据本发明的一个示例中，控制电路22计算出准确的控制数据控制第一DC-DC转换电路、第二DC-DC转换电路的输出，从而满足外部设备高精度的充电需求。
示例性地，在上述的实施例中，不同的电路具体可以采用相应的芯片来实现，其可以是本领域技术人员所熟知的芯片。
下面参看图2对根据本发明的充电装置的充电过程中进行示例性地描述。
根据本发明的一个示例，在第一Type-c接口31接入第一外部设备，在第二Type-c接口32接入第二外部设备。
第一Type-c接口31接入第一外部设备的信号传送到微控制器，微控制器中的PD协议电路21通过CC线与第一外部设备进行PD协议沟通，获取第一外部设备的实时充电需求，即第一充电电压，同时微控制器中的控制电路22控制连接在第一Type-c接口31和第一DC-DC转换电路41之间的第一开关电路打开，以使第一DC-DC转换电路41对由AC-DC模块转换输出的目标电压进行转换。
示例性地，第一外部设备的实时充电需求，即第一充电电压是20V。
同样，第二Type-c接口32接入第二外部设备的信号传送到微控制器，微控制器中的PD协议电路21通过CC线与第二外部设备进行PD协议沟通，获取第二外部设备的实时充电需求，即第二充电电压，微控制器中的控制电路22控制连接在第二Type-c接口32和第二DC-DC转换电路42之间的第二开关电路打开，以使第二DC-DC转换电路42对由AC-DC模块转换输出的目标电压进行转换。
示例性地，第二外部设备的实时充电需求，即第二充电电压是15V。
微控制器中的控制电路对上述第一外部设备的实时充电需求和第二外部设备的实时充电需求进行比较，获取其中较大的实施充电需求。在本实施例中，微控制器的控制电路获得第一外部设备的第一充电电压20V。同时，微控制器的控制电路22根据第一充电电压20V发送输出电压控制信号，输出电压调节电路11根据输出电压控制信号调节所述AC-DC转换模块输出的直流电电压至所述目标电压，目标电压高于第一充电电压一阈值。
示例性地，AC-DC转换模块经过AC-DC转换电路12和输出电压调节电路11输出高于第一外部设备的实时充电需求1-2V的目标电压。示例性地，AC-DC转换模块输出21V目标电压。
在AC-DC转换模块输出目标电压后，微控制器中的控制电路22通过PWM控制第一DC-DC转换电路41将上述21V目标电压进行降压变换，输出20V电压提供给连接在第一type-c接口31上的第一外部设备。
同时，在AC-DC转换模块输出目标电压后，微控制器中的控制电路22通过PWM控制第二DC-DC转换电路42将上述21V目标电压进行降压变换，输出15V电压提供给连接在第二type-c接口32上的第二外部设备。
在上述过程中，由于AC-DC转换模块中设置了输出电压调节电路根据外部设备的实时充电需求调整了AC-DC转换电路的输出电压，使得在外部设备的实时充电需求为低压的情况下，AC-DC转换模块的转换效率提升；同时，由于经过输出电压调节电路调整的目标电压仅高于外部设备的实时充电需求1-2V，使得DC-DC转换模块的降压效率得到提升。
下面继续参看图2，对采用根据本发明的充电装置进行充电的另一过程进行示例性描述。
根据本发明的一个示例，在第一Type-c接口31接入第一外部设备，在第二Type-c接口32不接入设备。
第一Type-c接口31接入第一外部设备的信号传送到微控制器，微控制器中的PD协议电路21通过CC线与第一外部设备进行PD协议沟通，获取第一外部设备的实时充电需求，同时微控制器中的控制电路22控制连接在第一Type-c接口31和第一DC-DC转换电路41之间的第一开关电路打开，以使第一DC-DC转换电路41对由AC-DC模块转换输出的目标电压进行转换。
示例性地，第一外部设备的实时充电需求是15V。
第二Type-c接口32由于未接入外部设备，从而将未接入外部设备的信号传送到微控制器，微控制器中的控制电路22控制连接在第二Type-c接口32和第二DC-DC转换电路42之间的第二开关电路关断。
微控制器的控制电路22根据连接在第一Type-c接口31的第一外部设备的实时充电需求15V发送输出电压控制信号给AC-DC转换模块。
AC-DC转换模块中的输出电压调节电路11接收到由控制器的控制电路22发送的输出电压控制信号，将AC-DC转换电路12输出的直流电电压调节到高于第一外部设备的实时充电需求1-2V的目标电压。示例性地，AC-DC转换模块输出16V目标电压。
在AC-DC转换模块输出16V目标电压后，微控制器中的控制电路22通过PWM控制第一DC-DC转换电路41将上述16V目标电压进行降压变换，输出25V电压提供给连接在第一type-c接口31上的第一外部设备。
这一过程中，由于AC-DC转换模块中设置了输出电压调节电路根据第一外部设备的实时充电需求调整了AC-DC转换电路的输出电压，AC-DC转换模块仅输出与第一外部设备的实时充电需求相匹配的目标电压，从而使AC-DC转换模块的转换效率提升；同时，由于经过输出电压调节电路调整的目标电压仅高于外部设备的实时充电需求1-2V，使得DC-DC转换模块的降压效率得到提升。进一步，由于第二type-c接口中未接入外部设备，使第二DC-DC转换电路关闭，这使得充电装置此时能耗较小，从而可以达到相对较高能效等级。
根据本发明的充电装置，在AC-DC转换模块中设置输出电压调节电路以根据外部设备的实时充电需求对所述AC-DC转换模块输出的直流电电压进行调整获得目标电压，有效提升了充电装置在AC-DC转换模块中进行市电转化的转化效率，从而在后续降压转换过程节省了能耗，提升了充电装置的充电效率和能效等级。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (6)
1.一种充电装置，其特征在于，包括：
AC-DC转换模块，所述AC-DC转换模块用以将输入的交流电源转换为直流电输出；
Type-c接口模块，所述Type-c接口模块提供用以接入外部设备的Type-c接口,所述Type-c接口模块至少包括两个所述Type-c接口；
微控制器，所述微控制器用以在所述Type-c接口接入所述外部设备时确认所述外部设备的实时充电需求，并根据所述实时充电需求发送输出电压控制信号；其中，
所述AC-DC转换模块包括AC-DC转换电路和输出电压调节电路，所述输出电压调节电路接收所述输出电压控制信号并将所述AC-DC转换电路输出的直流电电压调节至目标电压；
所述实时充电需求包括充电电压，所述目标电压高于至少两个所述Type-c接口接入的所述外部设备的最大充电电压一阈值，所述阈值的范围为1-2V；
所述充电装置还包括与每一所述Type-c接口对应的DC-DC转换模块，用以将所述目标电压转换为与所述充电需求相一致的电压。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述输出电压调节电路包括逐级升压调节电路，用以基于所述输出电压控制信号将所述AC-DC转换模块输出的直流电电压逐级升压至所述目标电压。
3.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述Type-c接口模块包括第一Type-c接口和第二Type-c接口，其中，当所述第一Type-c接口接入第一外部设备，所述第二Type-c接口接入第二外部设备时，所述微控制器还对所述第一外部设备的第一充电电压与所述第二外部设备的第二充电电压进行对比，当所述第一充电电压大于所述第二充电电压时，所述微控制器根据所述第一充电电压发送所述输出电压控制信号，以控制所述输出电压调节电路调节所述AC-DC转换模块输出的直流电电压至所述目标电压；其中，所述目标电压高于第一充电电压所述阈值。
4.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，在所述DC-DC转换模块和与所述DC-DC转换模块对应的所述Type-c接口之间设置有开关电路，当所述微控制器确认所述Type-c接口未接入外部设备时控制所述开关电路关断以使所述DC-DC转换模块关断。
5.根据权利要求4所述的充电装置，其特征在于，所述开关电路包括MOS晶体管。
6.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述AC-DC转换模块输出所述目标电压的范围为0-22V。
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