CN113162182A

CN113162182A - 一种电源设备的充电控制方法及电源设备

Info

Publication number: CN113162182A
Application number: CN202110478963.2A
Authority: CN
Inventors: 黄必亮
Original assignee: Joulwatt Technology Co Ltd
Current assignee: Joulwatt Technology Co Ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-07-23

Abstract

本发明提出一种电源设备的充电控制方法及电源设备，所述电源设备包括功率级电路和电池，前级电源通过功率级电路给所述电池充电，所述功率级电路为多电平降压电路，采样电池电压，根据电池电压的大小，适时动态调整功率级电路的输入电压，使得输入电压和电池电压的比值处于第一区间之内。本发明电源设备充电效率高，可稳压调节和充电电流控制，电源设备面积小，成本低。

Description

一种电源设备的充电控制方法及电源设备

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种电源设备的充电控制方法及电源设备。

背景技术

在现有技术中，通常采用适配器对电源设备供电或充电。现有的电源设备，多采用二电平降压电路作为功率电路，对于低压低功率系统，两电平Buck或线性降压电路(LDO)可以满足耐压要求，但是对于更高功率更高输入电压，在输入电压和输出电压比值比较大时，难以实现较高的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的电源设备的控制方法及电源设备，解决了现有技术中电源设备充电效率低、发热、占板面积大等问题。

基于上述目的，本发明提供了一种电源设备的充电控制方法，所述电源设备包括功率级电路和电池，输入电源通过功率级电路给所述电池充电，其特征在于：所述功率级电路为多电平降压电路，

采样电池电压，根据电池电压的大小调整功率级电路的输入电压，使得输入电压和电池电压的比值处于第一区间之内。

可选的，在第一工作阶段，控制所述输入电压随着电池电压的变大而变大。

可选的，控制所述输入电压随着电池电压的变大而阶梯式上升。

可选的，所述功率级电路在第二工作阶段，当电池电压在预设区间内变化时，所述输入电压不变。

可选的，所述功率级电路给所述电池的充电电流小于第一阈值时，所述输入电压不变。

可选的，所述功率级电路为三电平降压电路时，输入电压和电池电压的比值在2-2.5区间内。

本发明还提供一种电源设备，包括功率级电路、电池和电池电压采样电路，输入电源通过功率电路给电池充电，所述功率级电路为多电平降压电路，所述电源设备包括电池电压采样电路和电源调节电路，

所述电池电压采样电路采样电池电压，电源调节电路接收电池电压采样信号，得到功率级电路的输入电压；

可选的，所述电源调节电路根据电池电压的大小调整功率级电路的输入电压，使得输入电压和电池电压的比值处于第一区间之内。

可选的，所述功率级电路为三电平降压电路，输入电压和电池电压的比值在2-2.5区间内。

可选的，在第一工作阶段，所述电源调节电路控制所述输入电压随着电池电压的变大而变大。

可选的，所述电源调节电路控制所述输入电压随着电池电压的变大而阶梯式上升。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：根据电池电压实时动态调整电源设备的输入电压，使得输入电压按照需求跟随电池电压，能够大幅降低电感值和纹波电流，从而减小功率损耗、设备体积面积、和成本；电池充电效率高，且电源设备能够恒流或稳压调节。

附图说明

图1为本发明电源设备原理图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和区间上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，示意了本发明电源设备原理图，电源设备包括功率级电路和电池，输入电压通过功率级电路给电池充电，本发明功率级电路为多电平降压电路,比如3电平降压电路、5电平降压电路等，管理大功率电池充电。通过电源调节电路(前级电源，如适配器、无线充电接收端)跟踪电池电压来适时调节多电平降压电路输入电压，根据电池充电的不同阶段控制输入电压不同，如在电池恒流充电阶段，输入电压一般随着电池电压的升高而相应提升，使得多电平Buck工作的占空比变化范围很小。

具体地，电池充电过程中，刚开始采用涓流充电，输入电压不变，记为第二阶段；一段时间后进入到恒流充电阶段，在此过程中控制功率级电路的输入电压随电池电压变大，记为第一阶段；在电池快要充满时，用小电流将电池充满，输入电压不变，记为第三阶段。在第一阶段，控制输入电压随电池电压变大而变大，如线性变大或者随电池电压阶梯型变大。多电平降压电路实现降压转换时，输入电压和输出电压的转换比有一个适当的范围，不同的降压电路，转换比率不同。根据功率级电路的功率转换效率调整所述输入电压和电池电压的比值，功率转换效率越高，比值越小。

本实例功率级电路以图1所示的三电平降压电路为实施例，图1所示的三电平降压电路包括开关S1、开关S2、开关S3和开关S4、以及电感L。

三电平降压电路有以下工作原理：

当电池电压小于输入电压一半时，即Vo<Vin/2时，可有以下工作模态：

开关S1和S3导通时，记D阶段，可得式1：VL＝Vin-Vcp-Vo；

开关S3和S4导通时，记1-D阶段，可得式2：VL＝-Vo；或者，

开关S2和S4导通时，记D阶段，可得式3：VL＝Vcp-Vo；

开关S3和S4导通时，记1-D阶段，可得式4：VL＝-Vo；

根据以上工作模态，可推出：

根据式1、式2，可得式5：D*(Vin-Vcp-Vo)+(1-D)*(-Vo)＝0，

根据式3、式4，可得式6：D*(Vcp-Vo)+(1-D)*(-Vo)＝0；

根据式5可得：D*(Vin-Vcp)＝Vo，根据式6可得：D＝Vo/Vcp。

将式5带入式6可得式7：Vcp＝Vin/2，将式7带入式6可得：D＝2*Vo/Vin,电感纹波电流有公式8：Δi＝VL*Δt/L＝(Vin-Vcp-Vo)*(1/2Ts)*D/L

＝(1/2Vin-Vo)*(1/2Ts)*D/L；以上可知，输出电压和输入电压的比值与系统占空比和电感纹波电流的关系。

当电池电压大于输入电压一半时，即Vo>Vin/2时，可有以下工作模态：

开关S1和S2导通时，记D阶段，可得式9：VL＝Vin-Vo；

开关S2和S4导通时，记1-D阶段，可得式10：VL＝Vcp-Vo；

开关S1和S2导通时，记D阶段，可得式11：VL＝Vin-Vo；

开关S1和S3导通时，记1-D阶段，可得式12：VL＝Vin-Vcp-Vo；

根据以上工作模态，可推出：

根据式9、式10可得式13：D*(Vin-Vo)+(1-D)*(Vcp-Vo)＝0，

根据式11、式12可得式14：D*(Vin-Vo)+(1-D)*(Vin-Vcp-Vo)＝0；

式13、是14化简分别有：

D*(Vin-Vo-Vcp+Vo)＝-Vcp+Vo，D*(Vin-Vo-Vin+Vcp+Vo)＝-Vin+Vcp+Vo；

因此，式13与式14相加可得式15：D＝(2*Vo-Vin)/Vin；

式15带入式13可得：Vcp＝Vin/2，

电感纹波电流有公式16：

Δi＝VL*Δt/L＝(Vin-Vo)*(1/2Ton)/L＝(Vin-Vo)*D*(1/2Ts)/L

＝(2*Vo-Vin)/Vin*(Vin-Vo)*(Ts/2)/L；

以上可知，输出电压和输入电压的比值与系统占空比和电感纹波电流的关系。

以上D为三电平降压电路S1和S2的占空比，Ts为开关周期，Vin为输入电压，Vo为电池电压，VL为电感电压，Vcp为电容Cp电压，L为电感。

根据三电平降压电路的工作原理可知，根据电池电压调节功率级电路输入电压，就可以得到功率级电路合适的占空比。

当Vbat<Vin/2时，输入电压随电池电压变化的跟踪范围在1.0～3.0倍的电池电压。当充电功率大的时候，调节输入电压范围到2.0～3倍电池电压，最优选为大功率充电，输入电压调整到2.0～2.5倍电池电压；当充电功率小的时候，可调节输入电压到1.0～2.0倍电池电压；输入电压可调整到2.0～2.5倍电池电压(上管S1、S2占空比范围40％～50％)，或1.67～2.0倍电池电压(下管S3、S4占空比范围40％～50％)，或1.0～1.25倍电池电压(上管两管串联一起的占空比范围80％～100％)。

调节合适的输入电压，可使得电感纹最小化降低电感感值，降低功率损耗、占板面积和成本。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种电源设备的充电控制方法，所述电源设备包括功率级电路和电池，输入电源通过功率级电路给所述电池充电，其特征在于：所述功率级电路为多电平降压电路，

2.根据权利要求1所述的电源设备的充电控制方法，其特征在于：在第一工作阶段，控制所述输入电压随着电池电压的变大而变大。

3.根据权利要求2所述的电源设备的充电控制方法，其特征在于：控制所述输入电压随着电池电压的变大而阶梯式上升。

4.根据权利要求1所述的电源设备的充电控制方法，其特征在于：所述功率级电路在第二工作阶段，当电池电压在预设区间内变化时，所述输入电压不变。

5.根据权利要求1所述的电源设备的充电控制方法，其特征在于：所述功率级电路给所述电池的充电电流小于第一阈值时，所述输入电压不变。

6.根据权利要求1所述的电源设备的充电控制方法，其特征在于：所述功率级电路为三电平降压电路时，输入电压和电池电压的比值在2-2.5区间内。

7.一种电源设备，包括功率级电路、电池和电池电压采样电路，输入电源通过功率电路给电池充电，所述功率级电路为多电平降压电路，其特征在于：所述电源设备包括电池电压采样电路和电源调节电路，

所述电源调节电路根据电池电压的大小调整功率级电路的输入电压，使得输入电压和电池电压的比值处于第一区间之内。

8.根据权利要求7所述的电源设备，其特征在于，所述功率级电路为三电平降压电路，输入电压和电池电压的比值在2-2.5区间内。

9.根据权利要求7所述的电源设备，其特征在于：在第一工作阶段，所述电源调节电路控制所述输入电压随着电池电压的变大而变大。

10.根据权利要求9所述的电源设备的充电控制方法，其特征在于：所述电源调节电路控制所述输入电压随着电池电压的变大而阶梯式上升。