CN113381492A - 高功率密度智能充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率密度智能充电器，所述高功率密度智能充电器包括交直流转换电路、变压器、集成控制器、输出滤波电路和输入滤波电路；所述电容C1为市电交流电为第一电压时的滤波电容；集成控制器内设有输入电压检测模块，输入电压检测模块通过接口与市电交流电连接，以对输入电源检测；输入电压检测模块内还设有开关驱动模块，开关驱动模块分别与所述输入电压检测模块及控制开关IRF2的受控端连接，用于在检测到所述市电交流电为第二电压时，控制将所述电容C2并入为滤波电容。如此，使得电容C1、电容C2可采用较小电容，而无需采用大电容来滤波。减少了电路板的体积，也减少充电器的成本，且能达到滤波要求。

Description

高功率密度智能充电器

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种高功率密度智能充电器。

背景技术

现有的电源的初级滤波电解电容体积大，例如在36W适配器内部，输入滤波68μF/400V耐压，或者采用多颗小容量的并联，这些电容占据了充电器内部很大空间。为了保证宽电压适配器在90-130V输入时仍然能保证足够的输出功率，就需要足够的电容容量来平滑整流电路输出的纹波电压，例如市电220VAC环境下，36W的适配器，只需要一个400V22μF的电解电容来滤波就够了，但是考虑到宽电压输入，就需要一个400V68μF或者更大的电容才可以满足低压输入下的输出功率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高功率密度智能充电器。

为实现上述目的，根据本发明实施例的高功率密度智能充电器，所述高功率密度智能充电器包括：

交直流转换电路，所述交直流转换电路与所述变压器的初级线圈的所述一端连接，以将市电交流电转换成所述第一直流电源；

变压器，所述变压器的初级线圈的一端与所述第一直流电源输出端连接；

集成控制器，所述集成控制器通过第一开关管与所述变压器的初级线圈的另一端连接，以对所述第一直流电源调制变压输出；

输出滤波电路，所述输出滤波电路与所述变压器的次级线圈连接，以对所述变压器次级线圈调制变压输出的电源进行稳压，并输出第二直流电源；

输入滤波电路，所述输入滤波电路包括电容C1、电容C2和控制开关IRF2，所述电容C1的一端与所述第一直流电源输出端连接，所述电容C1的另一端与参考地连接；所述电容C2的一端与所述第一直流电源输出端连接，所述电容C2的另一端与控制开关IRF2的一端连接，所述控制开关IRF2的另一端与参考地连接，所述控制开关IRF2的受控端与所述集成控制器的一控制端连接；所述电容C1为市电交流电为第一电压时的滤波电容；

所述集成控制器内设有输入电压检测模块，所述输入电压检测模块通过接口与所述市电交流电连接，以对所述输入电源检测；所述输入电压检测模块内还设有开关驱动模块，所述开关驱动模块分别与所述输入电压检测模块及控制开关IRF2的受控端连接，用于在检测到所述市电交流电为第二电压时，控制将所述电容C2并入为滤波电容。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述第一电压为220V交流电压，所述第二电压为90～130V交流电压。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述电容C1为400V/22μF电容，所述电容C2为200V/68μF电容；

或者，所述电容C1为400V/10μF电容，所述电容C2为200V/68μF电容。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述集成控制器内还设有驱动开关管，开关驱动模块通过所述驱动开关管的与所述控制开关IRF2的受控端连接；

其中，所述驱动开关管的栅极与所述开关驱动模块信号输出端连接，所述驱动开关管的漏极与供电电源连接，所述驱动开关管的源极通过电阻与参考地连接，所述驱动开关管的源极还与所述控制开关IRF2的受控端连接。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述高功率密度智能充电器还包括电流反馈模块，所述电流反馈模块包括电流反馈电阻R33，所述第一开关管通过所述电流反馈电阻R33与所述参考地连接，所述电流反馈电阻R33与所述开关管的公共端还通过电阻R33与所述集成控制器的电流反馈端连接；

电容C13，所述电容C13的第一端与所述集成控制器的电流反馈端连接，所述电容C13的另一端与参考地连接。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述高功率密度智能充电器还包括电压反馈模块，所述电压反馈模块与所述输出滤波电路的输出端连接，用于对所述第二直流电进行电压采样，并将所述电压采样信号传输至所述集成控制器的电压反馈，通过集成控制器输出所述脉宽调制信号，以使所述第二直流电保持电压的稳定。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述集成控制器包括：

带载电流检测模块，所述带载电流检测模块与电流检测端连接，用于电源电路负载带载时的反馈电流量的检测；

连续/非连续模式识别模块，所述连续/非连续模式识别模块与所述带载电流检测模块的检测输出端连接，以通过检测电流量对电源的变压器工作状态为续模式或非连续模式的自动检测；

逻辑控制模块，所述逻辑控制模块与所述连续/非连续模式识别模块连接，以在电源的变压器处于连续或非连续工作状态时，调整输出PWM脉冲宽度。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述集成控制器还包括：绿色节能工作模式识别模块，所述绿色节能工作模式识别模块分别与所述电流检测端、及逻辑控制端连接，以检测到电源电路为空载状态时，降低PWM脉冲频率。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述集成控制器还包括：

电压误差检测模块，所述电压误差检测模块与电压反馈端连接，以将反馈电压量与电压参考基准值比较输出；

电压精度校准模块，所述电压精度校准模块分别与所述电压误差检测模块及逻辑控制模块连接，以通过电压误差输出值，调整输出精度恒压PWM脉冲宽度。

本发明实施例提供的正激充电器，通过输入滤波电路包括电容C1、电容C2和控制开关IRF2，所述电容C1的一端与所述第一直流电源输出端连接，所述电容C1的另一端与参考地连接；所述电容C2的一端与所述第一直流电源输出端连接，所述电容C2的另一端与控制开关IRF2的一端连接，所述控制开关IRF2的另一端与参考地连接，所述控制开关IRF2的受控端与所述集成控制器的一控制端连接；所述电容C1为市电交流电为第一电压时的滤波电容；所述集成控制器内设有输入电压检测模块，所述输入电压检测模块通过接口与所述市电交流电连接，以对所述输入电源检测；所述输入电压检测模块内还设有开关驱动模块，所述开关驱动模块分别与所述输入电压检测模块及控制开关IRF2的受控端连接，用于在检测到所述市电交流电为第二电压时，控制将所述电容C2并入为滤波电容。如此，用400V高耐压的电容，在220VAC输入时，并不需要68μF的容量，在110VAC输入时，又不需要有400V的耐压，那么我们想要在220VAC输入的时候，只使用400V22μF的电容，110VAC输入的时候，再并联一个200V/68μF的电容去满足初级滤波容量，通过自动连接和断开连接的低压电容。达到降低成本，减小体积，提供功率密度的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高功率密度智能充电器电路图；

图2为本发明实施例提供的集成控制器结构框图。

附图标记：

交直流转换电路10；

变压器20；

集成控制器30；

输出滤波电路40；

输入滤波电路50；

电流反馈模块60；

电压反馈模块70；

吸尖峰电路80。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1和图2，本发明实施例提供一种高功率密度智能充电器，包括:交直流转换电路10、变压器20、集成控制器30、输出滤波电路40和输入滤波电路50，交直流转换电路10与变压器20的初级线圈的一端连接，以将市电交流电转换成第一直流电源；通过交直流转换模块进行转换后，成为第一直流电，第一直流电为高压直流电。交直流转换模块可包括有整流桥电路BD1，通过整流桥电路BD1将输入交流电转换为脉动直流电，并输出。交直流转换电路10还可以共模电感等交流输入端保护电路，以保证输入电源的安全性。

变压器20的初级线圈的一端与第一直流电源输出端连接；通过变压器20，以将第一直流电源进行脉宽调制后，变压输出。集成控制器30通过第一开关管与变压器20的初级线圈的另一端连接，以对第一直流电源调制变压输出；第一开关管设置在变压器20的初级线圈的另一端，可对变压器20初级线圈上的电流进行脉宽调制，脉宽调制信号由集成控制器30产生，被调制的高压直流电通过变压器20的变压后，通过次级线圈输出。

输出滤波电路40与变压器20的次级线圈连接，以对变压器20次级线圈调制变压输出的电源进行稳压，并输出第二直流电源；第一直流电经过初级线圈的调制，以及变压器20的变压后，成为低压脉冲信号，并输出至输出滤波电路40，输出滤波电路40，可通过滤波电容滤波后输出。如此，可输出稳定的低压直流电。

输入滤波电路50包括电容C1、电容C2和控制开关IRF2，电容C1的一端与第一直流电源输出端连接，电容C1的另一端与参考地连接；电容C2的一端与第一直流电源输出端连接，电容C2的另一端与控制开关IRF2的一端连接，控制开关IRF2的另一端与参考地连接，控制开关IRF2的受控端与集成控制器30的一控制端连接；电容C1为市电交流电为第一电压时的滤波电容；通过控制开关IRF2，可对电容C2进行控制。将电容C2并入到滤波回路获取断开并入。由于输入的市电交流电的电压值为不同时，需要的滤波电容值是不同的。在本发明的一个实施例中，在输入功率为36W的应用中，第一电压为220V交流电压。电容C1为400V/22μF电容或者为电容C1为400V/10μF电容。

集成控制器30内设有输入电压检测模块，输入电压检测模块通过接口与市电交流电连接，以对输入电源检测；输入电压检测模块内还设有开关驱动模块，开关驱动模块分别与输入电压检测模块及控制开关IRF2的受控端连接，用于在检测到市电交流电为第二电压时，控制将电容C2并入为滤波电容。在本发明的一个实施例中，第二电压为90～130V交流电压的宽电压输出。为了使得输出电源为大功率的低压稳压电源，需要在输入端并联较大的电容。例如，电容C2可为200V/68μF电容。由于通过来对输入电源进行电压的检测。并根据输入电压的电压值来选择并入电容C1来实现对第二电压90～130V交流电压的宽电压滤波。使得电容C1、电容C2可采用较小电容，而无需采用大电容来滤波。减少了电路板的体积，也减少充电器的成本，且能达到滤波要求。

本发明实施例提供的正激充电器，通过输入滤波电路50包括电容C1、电容C2和控制开关IRF2，电容C1的一端与第一直流电源输出端连接，电容C1的另一端与参考地连接；电容C2的一端与第一直流电源输出端连接，电容C2的另一端与控制开关IRF2的一端连接，控制开关IRF2的另一端与参考地连接，控制开关IRF2的受控端与集成控制器30的一控制端连接；电容C1为市电交流电为第一电压时的滤波电容；集成控制器30内设有输入电压检测模块，输入电压检测模块通过接口与市电交流电连接，以对输入电源检测；输入电压检测模块内还设有开关驱动模块，开关驱动模块分别与输入电压检测模块及控制开关IRF2的受控端连接，用于在检测到市电交流电为第二电压时，控制将电容C2并入为滤波电容。如此，用400V高耐压的电容，在220VAC输入时，并不需要68μF的容量，在110VAC输入时，又不需要有400V的耐压，那么我们想要在220VAC输入的时候，只使用400V22μF的电容，110VAC输入的时候，再并联一个200V/68μF的电容去满足初级滤波容量，通过自动连接和断开连接的低压电容。达到降低成本，减小体积，提供功率密度的目的。

参阅图2，集成控制器30内还设有驱动开关管，开关驱动模块通过驱动开关管的与控制开关IRF2的受控端连接；其中，驱动开关管的栅极与开关驱动模块信号输出端连接，驱动开关管的漏极与供电电源连接，驱动开关管的源极通过电阻与参考地连接，驱动开关管的源极还与控制开关IRF2的受控端连接。通过驱动开关管可提供更好的对外驱动力，使得控制开关IRF2可快速导通或截止。

参阅图1，高功率密度智能充电器还包括电流反馈模块60，电流反馈模块60包括电流反馈电阻R33和电容C13，第一开关管通过电流反馈电阻R33与参考地连接，电流反馈电阻R33与开关管的公共端还通过电阻R33与集成控制器30的电流反馈端连接；集成控制器30可通过电流反馈模块60来获取变压器20初级线圈的反馈电流值，并根据初级线圈的反馈电流值来获取到负载的电流值，以实现对输出电流的调整和控制。通过电流反馈电阻R33与变压器20初级线圈的电流回路串联，可采集变压器20初级线圈的电流，并传输至集成控制器30的电流反馈端。电容C13的第一端与集成控制器30的电流反馈端连接，电容C13的另一端与参考地连接。通过电容C13并联在集成控制器30的电流反馈端，可吸收部分干扰脉冲信号，避免干扰信号对电流采样的影响。保证可准确地采集到有效的电流信号。

参阅图1，高功率密度智能充电器还包括电压反馈模块70，电压反馈模块70与输出滤波电路40的输出端连接，用于对第二直流电进行电压采样，并将电压采样信号传输至集成控制器30的电压反馈，通过集成控制器30输出脉宽调制信号，以使第二直流电保持电压的稳定。集成控制器30可通过电压反馈模块70来获取输出滤波电路40输出的电压值，并根据输出滤波电路40输出的电压值来获取到负载的电压值，以实现对输出电压的调整和控制，以使第二直流电保持电压的稳定。

参阅图2，集成控制器30包括：带载电流检测模块、连续/非连续模式识别模块和逻辑控制模块，带载电流检测模块与电流检测端连接，用于电源电路负载带载时的反馈电流量的检测；通过带载电流检测模块与电流检测端连接，以检测电路的反馈电流量信息，如图1中所示，电阻R33设置在第一开关管与参考地之间，以将初级线圈的电流量反馈至带载电流检测模块，并通过变压器20初级线圈与次级线圈之间的电流函数比例关系，带载电流检测模块可获取到电源电路负载带载时输出端的电流量。

连续/非连续模式识别模块与带载电流检测模块的检测输出端连接，以通过检测电流量对电源的变压器20工作状态为续模式或非连续模式的自动检测；通过带载电流检测模块电流量检测值，连续/非连续模式识别模块可识别到电源电路处于连续的工作模式，或者是工作在非连续工作模块。

逻辑控制模块与连续/非连续模式识别模块连接，以在电源的变压器20处于连续或非连续工作状态时，调整输出PWM脉冲宽度。当连续/非连续模式识别模块识别电源电路处于非连续模式时，可通过逻辑控制模块调整PWM脉冲宽度，以保证输出电源电压满足要求。或者，当识别电源电路处于连续模式时，可通过逻辑控制模块调整PWM脉冲宽度，以提高电路的电源转换效率。

参阅图2，集成控制器30还包括：绿色节能工作模式识别模块，绿色节能工作模式识别模块分别与电流检测端、及逻辑控制端连接，以检测到电源电路为空载状态时，降低PWM脉冲频率。通过绿色节能工作模式识别模块对电流检测端的电流量进行检测。如此，可获取到电源电路负载的工作状态，当负载为空载或者轻载时，可调整PWM脉冲的输出频率，以提供电路的整体工作效率。例如，在空载状态下，集成控制器30通过打嗝方式降低开关周期次数，来提高系统平均工作效率；或者在轻载10％～25％负载下，集成控制器30IC降低开关频率的方式提高电源电路整体系统平均工作效率。

参阅图2，集成控制器30还包括：电压误差检测模块和电压精度校准模块，电压误差检测模块与电压反馈端连接，以将反馈电压量与电压参考基准值比较输出；电压精度校准模块分别与电压误差检测模块及逻辑控制模块连接，以通过电压误差输出值，调整输出精度恒压PWM脉冲宽度。电压精度校准模块分别与电压误差检测模块及逻辑控制模块连接，以通过电压误差输出值，调整输出精度恒压PWM脉冲宽度。通过电压误差检测模块将反馈电压量与参考基准值比较输出，以将反馈电压量误差输出至电压精度校准模块，并通过电压精度校准模块进行恒压输出的电压校准后，通过调整输出精度恒压PWM脉冲宽度。使得电源电路的输出电压为高精度恒压输出，输出恒压精度高。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式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效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种高功率密度智能充电器，其特征在于，包括:

交直流转换电路，所述交直流转换电路用以将市电交流电转换成第一直流电源；

变压器，所述变压器的初级线圈的一端与所述第一直流电源输出端连接；

集成控制器，所述集成控制器通过第一开关管与所述变压器的初级线圈的另一端连接，以对所述第一直流电源调制变压输出；

输出滤波电路，所述输出滤波电路与所述变压器的次级线圈连接，以对所述变压器次级线圈调制变压输出的电源进行稳压，并输出第二直流电源；

输入滤波电路，所述输入滤波电路包括电容C1、电容C2和控制开关IRF2，所述电容C1的一端与所述第一直流电源输出端连接，所述电容C1的另一端与参考地连接；所述电容C2的一端与所述第一直流电源输出端连接，所述电容C2的另一端与控制开关IRF2的一端连接，所述控制开关IRF2的另一端与参考地连接，所述控制开关IRF2的受控端与所述集成控制器的一控制端连接；所述电容C1为市电交流电为第一电压时的滤波电容；

所述集成控制器内设有输入电压检测模块，所述输入电压检测模块通过接口与所述市电交流电连接，以对所述输入电源检测；所述输入电压检测模块内还设有开关驱动模块，所述开关驱动模块分别与所述输入电压检测模块及控制开关IRF2的受控端连接，用于在检测到所述市电交流电为第二电压时，控制将所述电容C2并入为滤波电容。

2.根据权利要求1所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，所述第一电压为220V交流电压，所述第二电压为90～130V交流电压。

3.根据权利要求2所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，所述电容C1为400V/22μF电容，所述电容C2为200V/68μF电容；

或者，所述电容C1为400V/10μF电容，所述电容C2为200V/68μF电容。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，所述集成控制器内还设有驱动开关管，开关驱动模块通过所述驱动开关管的与所述控制开关IRF2的受控端连接；

其中，所述驱动开关管的栅极与所述开关驱动模块信号输出端连接，所述驱动开关管的漏极与供电电源连接，所述驱动开关管的源极通过电阻与参考地连接，所述驱动开关管的源极还与所述控制开关IRF2的受控端连接。

5.根据权利要求1所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，还包括电流反馈模块，所述电流反馈模块包括电流反馈电阻R33，所述第一开关管通过所述电流反馈电阻R33与所述参考地连接，所述电流反馈电阻R33与所述开关管的公共端还通过电阻R33与所述集成控制器的电流反馈端连接；

电容C13，所述电容C13的第一端与所述集成控制器的电流反馈端连接，所述电容C13的另一端与参考地连接。

6.根据权利要求5所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，还包括电压反馈模块，所述电压反馈模块与所述输出滤波电路的输出端连接，用于对所述第二直流电进行电压采样，并将所述电压采样信号传输至所述集成控制器的电压反馈，通过集成控制器输出脉宽调制信号，以使所述第二直流电保持电压的稳定。

7.根据权利要求1所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，所述集成控制器包括：

带载电流检测模块，所述带载电流检测模块与电流检测端连接，用于电源电路负载带载时的反馈电流量的检测；

连续/非连续模式识别模块，所述连续/非连续模式识别模块与所述带载电流检测模块的检测输出端连接，以通过检测电流量对电源的变压器工作状态为续模式或非连续模式的自动检测；

逻辑控制模块，所述逻辑控制模块与所述连续/非连续模式识别模块连接，以在电源的变压器处于连续或非连续工作状态时，调整输出PWM脉冲宽度。

8.根据权利要求5所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，所述集成控制器还包括：绿色节能工作模式识别模块，所述绿色节能工作模式识别模块分别与所述电流检测端、及逻辑控制端连接，以检测到电源电路为空载状态时，降低PWM脉冲频率。

9.根据权利要求1所述的高功率密度智能充电器，其特征在于，所述集成控制器还包括：

电压误差检测模块，所述电压误差检测模块与电压反馈端连接，以将反馈电压量与电压参考基准值比较输出；

电压精度校准模块，所述电压精度校准模块分别与所述电压误差检测模块及逻辑控制模块连接，以通过电压误差输出值，调整输出精度恒压PWM脉冲宽度。

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