CN111245077A - 一种多输出usb充电器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多输出USB充电器及控制方法，包括：交流‑直流变换器、多路分别与交流‑直流变换器的输出端连接的直流‑直流变换器和与交流‑直流变换器连接的、用于根据受电设备所需电压调节交流‑直流变换器输出电压的电压调节电路；本申请无论各输出支路所需的输出电压为多少，差距多大，各输出支路都能够正常地为接入的受电设备供电，解决了因缺少直流‑直流变换器而导致的部分输出支路失效的问题，同时，电压调节电路根据受电设备所需的充电电压控制交流‑直流变换器的输出电压，减少了直流‑直流变换器变压时的能量损耗，提高了能量转换效率，能够适应更复杂的场景，提高用户体验。

Description

一种多输出USB充电器及控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种多输出USB充电器及控制方法。

背景技术

自USB Type-C(简称Type-C)面世以来，以其更加纤薄的设计、更快的传输速度，更强悍的电力传输，以及双面可插接口等特点获得了飞速的发展，从而成为市面上普遍使用的一种通用型的接口设备。为了兼容不同的电子设备(电脑，智能手机，平板等)的供电电压范围，Type-C充电器的输出电压可以根据使用设备的不同而自动地在3.3V～20V的范围内调节。

现在，在许多应用场合，单独一路Type-C的输出已经无法满足需求，需要提供两路输出甚至多路输出。

以两路输出为例，现有技术中，如图1所示，以交流-直流变换器1的输出电压作为第一输出支路31的输出电压，通过一级直流-直流变换器2转换，提供第二路输出。这种实现方式下，如果第二输出支路32需要输出一个比第一输出支路31的输出电压高的电压的时候，比如第一输出支路31输出3.3V，同时第二输出支路32需要输出5V，降压变换器无法满足要求，这时直流-直流变换器2就需要使用升降压变换器来实现，但是会带来成本提高的问题。

为此，需要一种成本低且能够适应各种场景的多输出USB充电器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多输出USB充电器及控制方法，提高转换效率，减低成本。其具体方案如下：

一种多输出USB充电器，包括：交流-直流变换器、多路分别与所述交流-直流变换器的输出端连接的直流-直流变换器和与所述交流-直流变换器连接的、用于根据受电设备所需电压调节所述交流-直流变换器输出电压的电压调节电路。

可选的，所述电压调节电路的通讯端与每个直流-直流变换器中的协议芯片连接。

可选的，所述电压调节电路的通讯端用于与所述受电设备连接。

可选的，每路的直流-直流变换器均为降压型直流-直流变换器。

可选的，还包括与相应的直流-直流变换器并联的旁路开关。

可选的，所述旁路开关为单个MOSFET或包括2个反向连接的MOSFET。

可选的，所述旁路开关为静态开关或三极管。

可选的，所述电压调节电路分别与每个旁路开关的控制端连接、还用于控制旁路开关的通断。

本发明还公开了一种多输出USB充电器控制方法，应用于如前述的多输出USB充电器，包括：

接收各受电设备发送的充电电压信息；

从各充电电压信息中筛选出要求输出电压最高的目标充电电压信息；

根据所述目标充电电压信息和预设的调节标准，调节交流-直流变换器，以使所述交流-直流变换器输出与所述目标充电电压信息相应的输出电压。

可选的，还包括：

闭合目标输出支路上的旁路开关，以短路所述目标输出支路上的直流-直流变换器；其中，所述目标输出支路为与所述目标充电电压信息对应的目标受电设备所在的输出支路；

断开其余输出支路上的旁路开关。

本发明中，多输出USB充电器，包括：交流-直流变换器、多路分别与交流-直流变换器的输出端连接的直流-直流变换器和与交流-直流变换器连接的、用于根据受电设备所需电压调节交流-直流变换器输出电压的电压调节电路。

本发明无论各输出支路所需的输出电压为多少，差距多大，各输出支路都能够正常地为接入的受电设备供电，解决了因缺少直流-直流变换器而导致的部分输出支路失效的问题，同时，电压调节电路根据受电设备所需的充电电压控制交流-直流变换器的输出电压，减少了直流-直流变换器变压时的能量损耗，提高了能量转换效率，能够适应更复杂的场景，提高用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一种多输出USB充电器结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种多输出USB充电器结构示意图；

图3为本发明实施例公开的另一种多输出USB充电器结构示意图；

图4为本发明实施例公开的另一种多输出USB充电器结构示意图；

图5为本发明实施例公开的另一种多输出USB充电器结构示意图；

图6为本发明实施例公开的一种旁路开关结构示意图；

图7为本发明实施例公开的另一种多输出USB充电器结构示意图；

图8为本发明实施例公开的一种多输出USB充电器控制方法流程示意图

图9为本发明实施例公开的另一种多输出USB充电器控制方法流程示意图。

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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种多输出USB充电器，参见图2所示，包括：交流-直流变换器1、多路分别与交流-直流变换器1的输出端连接的直流-直流变换器(21、22……2n)和与交流-直流变换器1连接的、用于根据受电设备5所需电压调节交流-直流变换器1输出电压的电压调节电路3。

具体的，交流-直流变换器1的输入端与供电端连接，交流-直流变换器1根据实际输出的需求将输入的电压转换为相应的输出电压，从输出端输出至多路分别与交流-直流变换器1的输出端连接的直流-直流变换器，每路直流-直流变换器均作为一路输出支路(41、42……4n)，可以分别输出不同的电压，每路直流-直流变换器接收相同的交流-直流变换器1输出的输出电压，根据输出端要求，即受电设备5的充电要求，可以分别输出不同的输出电压至受电设备5，例如，图2中，输出支路41上的直流-直流变换器21需要输出20V电压，输出支路42上的直流-直流变换器22需要输出5V电压。

其中，电压调节电路3接收受电设备5发送的充电电压信息，充电电压信息中记载了受电设备5所需的充电电压，因此，电压调节电路3能够根据充电电压信息调节交流-直流变换器1的输出电压，使交流-直流变换器1的输出电压在经过直流-直流变换器变压后，直流-直流变换器仍能够输出能够满足受电设备5充电所需的电压。

需要说明的是，直流-直流变换器进行变压时，输入电压与输出电压的压差越大，直流-直流变换器变压期间产生的损耗越大，例如，交流-直流变换器1输出20V电压，直流-直流变换器将20V电压降为5V，将比降为19V所产生的损耗大很多，电压转换效率低，同时会造成能源浪费，为此利用电压调节电路3根据受电设备5所需电压调节交流-直流变换器1输出电压，降低直流-直流变换器变压损耗，例如，输出支路41需要输出20V电压，输出支路42需要输出5V电压，则在选择降压型直流-直流变换器降压时，交流-直流变换器1输出的电压要略高于输出支路所需输出最高的电压即20V，以保证各路输出支路都可以输出电压，同时，为了减少损耗，交流-直流变换器1的输出电压尽可能的接近输出支路所需输出最高的电压，例如，可以为21V，与输出支路所需输出最高的电压20V仅相差1V，减少损耗，当输出支路所需输出最高的电压变为10V时，交流-直流变换器1的输出电压也可以同样变为11V，而不用像现有技术一样为保证各输出支路能够输出各种受电设备所需的充电电压，而将交流-直流变换器1的输出电压固定在一个高点电压例如21V，以保证各输出支路可以输出21V以下的电压。

可以理解的是，每路的直流-直流变换器可以均为降压型直流-直流变换器，不使用升降压型直流-直流变换器，从而降低成本。

可见，本发明实施例无论各输出支路所需的输出电压为多少，差距多大，各输出支路都能够正常地为接入的受电设备5供电，解决了因缺少直流-直流变换器而导致的部分输出支路失效的问题，同时，电压调节电路3根据受电设备5所需的充电电压控制交流-直流变换器1的输出电压，减少了直流-直流变换器变压时的能量损耗，提高了能量转换效率，能够适应更复杂的场景，提高用户体验。

进一步的，本发明实施例还公开了一种多输出USB充电器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图3所示，具体的：

本发明实施例中的一种多输出USB充电器在上一实施例的基础上设置有多个与相应的直流-直流变换器并联的旁路开关(61、62……6n)。

为了提高电压转换效率，可以将所需输出电压最高的输出支路上的旁路开关闭合，短路该输出支路上的直流-直流变换器，使交流-直流变换器1的输出电压等于所需输出电压最高的电压，而不用略高于最高电压，再经由直流-直流变换器进行变换，避免了电压变换时产生的能量损耗，提高了电压转换效率。

例如，图3中，输出支路41上的直流-直流变换器21需要输出20V电压，输出支路42上的直流-直流变换器22需要输出5V电压，则交流-直流变换器1的输出电压可以为20V，闭合输出支路41上的旁路开关61，断开输出支路42上的旁路开关62或者其它所需输出电压低于20V的输出支路上的旁路开关6n，以使其它输出支路上的直流-直流变换器2n继续工作，将交流-直流变换器1输出的20V电压降压至受电设备5所需的电压。

可以理解的是，本发明实施例的多输出USB充电器可以包括2路、3路、4路或5路等多路输出支路，每路输出支路均可包括直流-直流变换器和相应的旁路开关，当然，根据实际应用需求，也并非每个直流-直流变换器均需设置有相应的旁路开关，例如，有5条输出支路，5个直流-直流变换器，其中，可以任意挑选3个直流-直流变换器设置旁路开关，另外两个直流-直流变换器则无需设置。

需要说明的是，若存在多个受电设备5所需电压均是最高电压，则可以同时闭合多个旁路开关，所需电压非最高电压的受电设备5所对应的旁路开关则继续保持断开状态。

可见，本发明实施例交流-直流变换器1无需输出高于直流-直流变换器需要输出的最高电压，交流-直流变换器1可以直接输出需要电压最高的受电设备5的电压，由相应的旁路开关短路需要输出电压最高的输出支路上的直流-直流变换器，交流-直流变换器1输出的输出电压直接对需要电压最高的受电设备5供电，减少了一路的转换损耗，提高了转换效率，其余输出支路上的直流-直流变换器继续工作，通过降压将交流-直流变换器1输出的输出电压转换为各自受电设备5所需的电压，实现多路充电，同时，无需升压变换器，减低了成本。

具体的，输出支路上集成有与受电设备5通讯连接的通讯线和用于输电的输电线，受电设备5通过通讯线发送充电电压信息至充电器，以使充电器输出受电设备5所需的充电电压，例如图4所示，电压调节电路3的通讯端可以直接与输出支路中的通讯线连接，使电压调节电路3的通讯端能够直接接收受电设备5的充电电压信息，使电压调节电路3能够根据充电电压信息调节交流-直流变换器1的输出电压；此外，参见图5所示，每个直流-直流变换器中自带有协议芯片，协议芯片通过输出支路中的通讯线与受电设备5通信，接收充电电压信息，使直流-直流变换器能够输出受电设备5所需的充电电压，所以电压调节电路3的通讯端还可以与每个直流-直流变换器中的协议芯片连接，接收受电设备5的充电电压信息，使电压调节电路3能够根据充电电压信息调节交流-直流变换器1的输出电压。

可以理解的是，每路的直流-直流变换器可以均为降压型直流-直流变换器，不使用升降压型直流-直流变换器降低成本。

具体的，上述每个旁路开关可以为MOSFET、静态开关或三极管，此外，每个旁路开关还可以由反向连接的双MOSFET组成，参见图6中的G1和G2两个反向连接的双MOSFET。

可以理解的是，为了控制旁路开关的开闭，参见图7所示，还包括分别与每个旁路开关连接的旁路开关控制电路7。

具体的，旁路开关控制电路7可以与电压调节电路3连接，通过电压调节电路3筛选出的目标充电电压信息控制相应的旁路开关闭合，旁路开关控制电路7还可以直接通过输出支路中的通讯线与各受电设备5通信，充电器与多个受电设备5连接后，每个受电设备5将与旁路开关控制电路7通信，告知各自所需的充电电压，旁路开关控制电路7通过比对可得知所需电压最高的受电设备5和与其连接的输出支路，进而确定出相应的旁路开关，从而旁路开关控制电路7控制该路的旁路开关闭合，短路相应的直流-直流变换器，避免转换损耗，由交流-直流变换器1直接供电。

需要说明的是，电压调节电路3中可以集成旁路开关控制电路7的功能，电压调节电路3可以直接作为集成旁路开关控制电路7运行，电压调节电路3只需与旁路开关控制电路7一样，分别连接各旁路开关，利用自身对目标充电电压信息的判断功能控制相应的旁路开关闭合和断开。

相应的，本发明实施例还公开了一种多输出USB充电器控制方法，参见图8所示，应用于如前述的多输出USB充电器，包括：

S11：接收各受电设备发送的充电电压信息；

S12：从各充电电压信息中筛选出要求输出电压最高的目标充电电压信息；

S13：根据目标充电电压信息和预设的调节标准，调节交流-直流变换器，以使交流-直流变换器输出与目标充电电压信息相应的输出电压。

具体的，接收到由受电设备直接发送或由直流-直流变换器中协议芯片转发的充电电压信息后，对比各充电电压信息中记载的各自受电设备所需的充电电压，从中筛选出要求输出电压最高即充电电压最高的目标充电电压信息，再根据目标充电电压信息中记载的受电设备所需的充电电压和预设的调节标准来调节交流-直流变换器，以使交流-直流变换器输出与目标充电电压信息相应的输出电压，以保证各输出支路均能够进行变压，并输出各受电设备所需电压。

可见，本发明实施例无论各输出支路所需的输出电压为多少，差距多大，各输出支路都能够正常地为接入的受电设备供电，解决了因缺少直流-直流变换器而导致的部分输出支路失效的问题，同时，电压调节电路根据受电设备所需的充电电压控制交流-直流变换器1的输出电压，减少了直流-直流变换器变压时的能量损耗，提高了能量转换效率，能够适应更复杂的场景，提高用户体验。

参见图9所示，在上一实施例的基础上还可以增加S14和S15；其中，

S14：闭合目标输出支路上的旁路开关，以短路目标输出支路上的直流-直流变换器；其中，目标输出支路为与目标充电电压信息对应的目标受电设备所在的输出支路；

S15：断开其余输出支路上的旁路开关。

具体的，将交流-直流变换器的输出电压调节至所需输出电压最高的输出支路的电压后，再闭合所需输出电压最高的输出支路上的旁路开关，以短路输出支路上的直流-直流变换器，使交流-直流变换器直接向所需输出电压最高的输出支路上的受电设备供电，避免直流-直流变换器进行电压转换时的能量损耗，提高转换效率，同时确保其余输出支路上的旁路开关断开，使其余输出支路上的直流-直流变换器继续工作，进行降压，确保其余输出支路上的受电设备能够得到相应的输出电压。

可以理解的是，若存在多个受电设备所需电压均是最高电压，则可以同时闭合多个旁路开关，所需电压非最高电压的受电设备所对应的旁路开关则继续保持断开状态。

可见，本发明实施例交流-直流变换器无需输出高于直流-直流变换器需要输出的最高电压，交流-直流变换器可以直接输出需要电压最高的受电设备的电压，由相应的旁路开关短路需要输出电压最高的输出支路上的直流-直流变换器，交流-直流变换器输出的输出电压直接对需要电压最高的受电设备供电，减少了一路的转换损耗，提高了转换效率，其余输出支路上的直流-直流变换器继续工作，通过降压将交流-直流变换器输出的输出电压转换为各自受电设备所需的电压，实现多路充电，同时，无需升压变换器，减低了成本。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的技术内容进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多输出USB充电器，其特征在于，包括：交流-直流变换器、多路分别与所述交流-直流变换器的输出端连接的直流-直流变换器和与所述交流-直流变换器连接的、用于根据受电设备所需电压调节所述交流-直流变换器输出电压的电压调节电路。

2.根据权利要求1所述的多输出USB充电器，其特征在于，所述电压调节电路的通讯端与每个直流-直流变换器中的协议芯片连接。

3.根据权利要求1所述的多输出USB充电器，其特征在于，所述电压调节电路的通讯端用于与所述受电设备连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多输出USB充电器，其特征在于，每路的直流-直流变换器均为降压型直流-直流变换器。

5.根据权利要求4所述的多输出USB充电器，其特征在于，还包括与相应的直流-直流变换器并联的旁路开关。

6.根据权利要求5所述的多输出USB充电器，其特征在于，所述旁路开关为单个MOSFET或包括2个反向连接的MOSFET。

7.根据权利要求5所述的多输出USB充电器，其特征在于，所述旁路开关为静态开关或三极管。

8.根据权利要求5所述的多输出USB充电器，其特征在于，所述电压调节电路分别与每个旁路开关的控制端连接、还用于控制旁路开关的通断。

9.一种多输出USB充电器控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一项所述的多输出USB充电器，包括：

接收各受电设备发送的充电电压信息；

从各充电电压信息中筛选出要求输出电压最高的目标充电电压信息；

根据所述目标充电电压信息和预设的调节标准，调节交流-直流变换器，以使所述交流-直流变换器输出与所述目标充电电压信息相应的输出电压。

10.根据权利要求9所述的多输出USB充电器控制方法，其特征在于，还包括：

闭合目标输出支路上的旁路开关，以短路所述目标输出支路上的直流-直流变换器；其中，所述目标输出支路为与所述目标充电电压信息对应的目标受电设备所在的输出支路；

断开其余输出支路上的旁路开关。

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