CN114785161B - 一种具有用电监测功能的电源适配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有用电监测功能的电源适配器，涉及配电技术领域，包括电源模块，用于供电；信息接收模块，用于通信匹配；电计量模块，用于电量统计；适配器控制模块，用于接收信息并通过设定的功率阈值和保护阈值控制模块的工作；隔离断路保护模块，用于控制继电开关的闭断；电源适配器模块，用于电压调节；电压粗调模块，用于电压粗调；输出模块，用于输出处理；电压细调模块，用于电压细调。本发明具有用电监测功能的电源适配器采用反馈式开关电源电路完成对输入的电能的基本处理，通过获取所需充电的电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息，以便由适配器控制模块对电源适配器模块进行电压粗调和细调，具有隔离断路保护和电计量统计。

Description

一种具有用电监测功能的电源适配器

技术领域

本发明涉及配电技术领域，具体是一种具有用电监测功能的电源适配器。

背景技术

随着社会的进步和发展，多样的电子产品进入了人们的日常生活中，例如手机、平板电脑等，为了适用不同的电子产品，不同的电子产品都具备适应的电源适配器，混用不同的适配器不仅可能影响充电速度，还会影响电子产品电池和适配器的使用寿命，有时甚至会导致事故的发生，现有的电源适配器大多对非原装的适配器要求不高，长期容易导致电子产品的寿命降低，或者对于非原装的适配器采用停电的方式停止充电，虽然有助于保护电子产品，但是适用性较低，用户体验较差，因此有待改进。

发明内容

本发明实施例提供一种具有用电监测功能的电源适配器，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例的第一方面，提供一种具有用电监测功能的电源适配器，该具有用电监测功能的电源适配器包括：电源模块，信息接收模块，电计量模块，适配器控制模块，隔离断路保护模块，电源适配器模块，电压粗调模块，电压细调模块，输出模块；

所述电源模块，用于对输入的交流电进行抗干扰处理；

所述信息接收模块，与所述适配器控制模块连接，用于与电子产品进行通信匹配并接收电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息；

所述电计量模块，与所述适配器控制模块连接，用于对电源模块输出的交流电信息进行统计；

所述适配器控制模块，与所述隔离断路保护模块、电压粗调模块和电压细调模块连接，用于接收所述信息接收模块和电计量模块输出的信息，用于通过设定的功率阈值和设定的保护阈值控制控制信号的输出，用于控制所述电压粗调模块、电压细调模块和隔离断路保护模块的工作；

所述隔离断路保护模块，与所述适配器控制模块连接，用于控制继电开关的闭断继而控制所述电源模块与所述电源适配器模块的连接；

所述电源适配器模块，与所述隔离断路保护模块连接，用于通过反馈式开关电源基本电路调节输出电能的功率；

所述电压粗调模块，与所述电源适配器模块和适配器控制模块连接，用于对所述电源适配器模块输出的电能进行DC-DC粗调；

所述输出模块，与所述电压粗调模块连接，用于对所述电压粗调模块处理后的电能进行整流、滤波和稳压处理；

所述电压细调模块，与所述输出模块和电源适配器模块连接，用于对所述输出模块进行采样，用于对采样参数进行细调并为电源适配器模块隔离提供反馈采样电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有用电监测功能的电源适配器采用反馈式开关电源基本电路完成对输入的电能的基本处理，提供电子产品所需的电能，通过信息接收模块获取所需充电的电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息，以便由适配器控制模块对电源适配器模块进行电压粗调和细调，使得输出的电能维持在所需充电的电子产品的安全功率范围内，避免由于供电功率的偏差较大而导致电子产品的寿命降低和电路安全等问题，在适配器出现故障或者电子产品满电时，通过隔离断路保护模块控制适配器停止工作，并通过电计量模块进行电计量统计，提供用户对适配器的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实例提供的一种具有用电监测功能的电源适配器的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的一种具有用电监测功能的电源适配器的电路图。

图3为本发明实例提供的隔离断路保护模块的电路图。

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。

实施例1，请参阅图1，一种具有用电监测功能的电源适配器包括：电源模块1，信息接收模块2，电计量模块3，适配器控制模块4，隔离断路保护模块5，电源适配器模块6，电压粗调模块7，电压细调模块8，输出模块9；

具体地，所述电源模块1，用于对输入的交流电进行抗干扰处理；

信息接收模块2，与所述适配器控制模块4连接，用于与电子产品进行通信匹配并接收电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息；

电计量模块3，与所述适配器控制模块4连接，用于对电源模块1输出的交流电信息进行统计；

适配器控制模块4，与所述隔离断路保护模块5、电压粗调模块7和电压细调模块8连接，用于接收所述信息接收模块2和电计量模块3输出的信息，用于通过设定的功率阈值和设定的保护阈值控制控制信号的输出，用于控制所述电压粗调模块7、电压细调模块8和隔离断路保护模块5的工作；

隔离断路保护模块5，与所述适配器控制模块4连接，用于控制继电开关的闭断继而控制所述电源模块1与所述电源适配器模块6的连接；

电源适配器模块6，与所述隔离断路保护模块5连接，用于通过反馈式开关电源基本电路调节输出电能的功率；

电压粗调模块7，与所述电源适配器模块6和适配器控制模块4连接，用于对所述电源适配器模块6输出的电能进行DC-DC粗调；

所述输出模块9，与所述电压粗调模块7连接，用于对所述电压粗调模块7处理后的电能进行整流、滤波和稳压处理；

电压细调模块8，与所述输出模块9和电源适配器模块6连接，用于对所述输出模块9进行采样，用于对采样参数进行细调并为电源适配器模块6隔离提供反馈采样电压。

在具体实施例中，上述电源模块1可采用共模EMI电路对输入的交流电进行抗干扰处理，在此不做赘述；上述信息接收模块2可采用无线通信电路，可采用，但并不限于无线收发器、蓝牙模块、WiFi模块等通信手段获取电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息；上述电计量模块3可采用电计量芯片U4进行用电统计；上述适配器控制模块4可采用，但并不限于单片机、微控制器、DSP等处理器完成对电源适配器的控制；上述隔离断路保护模块5可采用隔离继电器控制电路，完成对电源适配器的保护；上述电源适配器模块6可采用反馈式开关电源基本电路进行DC-DC变换；上述电压粗调模块7可采用变压器调节电路进行进一步DC-DC变换；上述电压细调模块8可通过改变隔离采样电路，通过改变采样值继而改变输入电源适配器模块6的反馈电压值；上述输出模块9可采用整流器、滤波器和稳压器完成对输出电能的处理，在此不做赘述。

在本实施例中，请参阅图2和图3，所述隔离断路保护模块5包括第一电源VCC1、第二电源VCC2、第八电阻R8、第九电阻R9、第二光耦J2、第五继电器K5、第五继电开关K5-1；所述适配器控制模块4包括第一控制器U1；

具体地，所述第一电源VCC1通过第八电阻R8连接第二光耦J2的第一端，第二电源VCC2通过第九电阻R9连接第二光耦J2的第三端，第二光耦J2的第二端连接所述第一控制器U1的第十IO端和第十一IO端，第二光耦J2的第四端通过第五继电器K5接地，第五继电开关K5-1的一端连接所述电源模块1，第五继电开关K5-1的另一端连接电源适配器模块6。

在具体实施例中，上述第五继电开关K5-1为常闭开关，由第五继电器K5控制；上述第一控制器U1可采用，但并不限于STC89C52单片机，实现功率阈值和保护阈值的设定，实现信息的接收和处理；上述第二光耦J2可选用PC817光电耦合器。

进一步地，所述电源适配器模块6包括整流滤波器T1、第一电阻R1、第一二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第二二极管D2、调节器U6；

具体地，所述整流滤波器T1的第一端和第二端分别连接所述隔离断路保护模块5和电源模块1，整流滤波器T1的第三端连接第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端和所述电压粗调模块7，整流滤波器T1的第四端连接第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、调节器U6的第三端、第四电容C4的一端、第五电容C5的一端和地端，第四电容C4的另一端连接第五电容C5的另一端、调节器U6的第四端、调节器U6的第五端和第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极、调节器U6的第八端和第七端均与所述电压粗调模块7连接，第一电阻R1的另一端和第一电容C1的另一端均通过第一二极管D1连接调节器U6的第八端和第七端，第二电容C2的另一端和第三电容C3的另一端分别连接调节器U6的第一端和第二端。

在具体实施例中，上述第一电阻R1、第一二极管D1、第一电容C1组成缓冲电路；上述第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第二二极管D2、调节器U6组成反馈式开关电源基本电路，其中调节器U6可选用TL494芯片，在此采用的反馈式开关电源基本电路并不局限于调节器U6组成的电路。

进一步地，所述电压粗调模块7包括高频变压器W1、第二继电开关K2、第三继电开关K3和第四继电开关K4；

具体地，所述高频变压器W1的原边端的第一端和第二端分别连接所述整流滤波器T1的第三端和调节器U6的第七端，高频变压器W1的副边端的第一端连接所述输出模块9的第一端，高频变压器W1的副边端的第二端、第三端和第四端分别通过第四继电开关K4、第二继电开关K2和第三继电开关K3连接所述输出模块9的第二端，高频变压器W1的辅助绕组的一端连接所述第二二极管D2的阳极，高频变压器W1的辅助绕组的另一端接地。

在具体实施例中，上述第二继电开关K2为常闭开关，第三继电开关K3和第四继电开关K4均为常开开关，第二继电开关K2、第三继电开关K3和第四继电开关K4分别由第二继电器、第三继电器和第四继电器控制（附图未画出）。

进一步地，所述电压细调模块8包括第四电阻R4、数字电位器U3、第五电阻R5、第三电阻R3、第二电阻R2、第六电容C6、可调稳压器U2、第一光耦J1；

具体地，所述第四电阻R4的一端和第三电阻R3的一端均连接所述输出模块9的第三端，第四电阻R4的另一端连接数字电位器U3的第三端，第三电阻R3的另一端连接第二电阻R2的一端和第一光耦J1的第一端，第一光耦J1的第二端连接第二电阻R2的另一端、第六电容C6的一端和可调稳压器U2的阴极，可调稳压器U2的控制端和第六电容C6的另一端均连接数字电位器U3的第五端，数字电位器U3的第六端通过第五电阻R5连接地端，数字电位器U3的第一端、第二端和第七端分别连接所述第一控制器U1的第一IO端、第二IO端和第三IO端，数字电位器U3的第四端接地，可调稳压器U2的阳极接地，第一光耦J1的第三端和第四端分别连接所述调节器U6的第四端和地端。

在具体实施例中，上述数字电位器U3可采用X9319芯片；上述可调稳压器U2可选用TL431芯片；上述第一光耦J1可选用PC817光电耦合器。

进一步地，所述电压细调模块8还包括第三二极管D3、第六电阻R6、第七电阻R7、第一继电器K1和第一继电开关K1-1；

具体地，所述第三二极管D3的阴极连接所述数字电位器U3的第五端，第三二极管D3的阳极、第一继电开关K1-1的一端和第六电阻R6的一端均连接所述输出模块9的第三端，第一继电开关K1-1的另一端和第六电阻R6的另一端均通过第七电阻R7连接地端，第一继电器K1的一端连接所述第一控制器U1的第九IO端，第一继电器K1的另一端接地。

在具体实施例中，上述第一继电开关K1-1为常闭开关，由第一继电器K1控制。

进一步地，所述信息接收模块2包括通信芯片U5；所述电计量模块3包括电计量芯片U4；

具体地，所述通信芯片U5与所述第一控制器U1建立连接，通信芯片U5接收电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息，电计量芯片U4的一端连接所述电源模块1，电计量芯片U4的另一端与所述第一控制器U1连接，电计量芯片U4对消耗的电源模块1的电能进行计量并将计量信息传输给第一控制器U1。

在具体实施例中，上述通信芯片U5可采用，但并不限于NRF401芯片；上述电计量芯片U4可采用，但并不限于ADE7758芯片。

本发明一种具有用电监测功能的电源适配器，通过电源模块1输入所需处理的电能，并由整流滤波器T1进行整流滤波处理采用反馈式开关电源基本电路完成对输入的电能的基本DC-DC处理，提供电子产品所需的电能，通过信息接收模块2中的通信芯片U5与电子产品进行匹配，建立无线通信网络，获取所需充电的电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息，以便由适配器控制模块4对电源适配器模块6进行电压粗调和细调，具体为，由第一控制器U1设定的功率阈值控制电压粗调和细调，当接收的电子产品的所需充电功率信息大于该电源适配器的常规值时，将控制第四继电开关K4闭合，第二继电开关K2断开，实现对输出电压的粗调，并通过改变数字电位器U3的电阻值，改变反馈电压值，完成对输出电压的细调，使得输出的电能维持在所需充电的电子产品的安全功率范围内，当接收的电子产品的所需充电功率信息小于该电源适配器的常规值时，控制第三继电开关K3闭合，第二继电开关K2断开，并改变数字电位器U3的电阻值，无需进行调节时，第二继电开关K2为闭合，第一继电开关K1-1闭合，则处于常规供电，避免由于供电功率的偏差较大而导致电子产品的寿命降低和电路安全等问题，并在适配器出现故障或者电子产品满电时，通过隔离断路保护模块5控制第五继电开关K5-1的断开，电源适配器停止供电，并通过电计量模块3对消耗的电能进行电计量统计，提供用户对适配器的使用体验。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种具有用电监测功能的电源适配器，其特征在于：

该具有用电监测功能的电源适配器包括：电源模块，信息接收模块，电计量模块，适配器控制模块，隔离断路保护模块，电源适配器模块，电压粗调模块，电压细调模块，输出模块；

所述电源模块，用于对输入的交流电进行抗干扰处理；

所述信息接收模块，与所述适配器控制模块连接，用于与电子产品进行通信匹配并接收电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息；

所述电计量模块，与所述适配器控制模块连接，用于对电源模块输出的交流电信息进行统计；

所述适配器控制模块，与所述隔离断路保护模块、电压粗调模块和电压细调模块连接，用于接收所述信息接收模块和电计量模块输出的信息，用于通过设定的功率阈值和设定的保护阈值控制控制信号的输出，用于控制所述电压粗调模块、电压细调模块和隔离断路保护模块的工作；

所述隔离断路保护模块，与所述适配器控制模块连接，用于控制继电开关的闭断继而控制所述电源模块与所述电源适配器模块的连接；

所述电源适配器模块，与所述隔离断路保护模块连接，用于通过反馈式开关电源基本电路调节输出电能的功率；

所述电压粗调模块，与所述电源适配器模块和适配器控制模块连接，用于对所述电源适配器模块输出的电能进行DC-DC粗调；

所述输出模块，与所述电压粗调模块连接，用于对所述电压粗调模块处理后的电能进行整流、滤波和稳压处理；

所述电压细调模块，与所述输出模块和电源适配器模块连接，用于对所述输出模块进行采样，用于对采样参数进行细调并为电源适配器模块隔离提供反馈采样电压；

所述电源适配器模块包括整流滤波器、第一电阻、第一二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第二二极管、调节器；

所述整流滤波器的第一端和第二端分别连接所述隔离断路保护模块和电源模块，整流滤波器的第三端连接第一电阻的一端、第一电容的一端和所述电压粗调模块，整流滤波器的第四端连接第二电容的一端、第三电容的一端、调节器的第三端、第四电容的一端、第五电容的一端和地端，第四电容的另一端连接第五电容的另一端、调节器的第四端、调节器的第五端和第二二极管的阴极，第二二极管的阳极、调节器的第八端和第七端均与所述电压粗调模块连接，第一电阻的另一端和第一电容的另一端均通过第一二极管连接调节器的第八端和第七端，第二电容的另一端和第三电容的另一端分别连接调节器的第一端和第二端；

所述电压粗调模块包括高频变压器、第二继电开关、第三继电开关和第四继电开关；

所述高频变压器的原边端的第一端和第二端分别连接所述整流滤波器的第三端和调节器的第七端，高频变压器的副边端的第一端连接所述输出模块的第一端，高频变压器的副边端的第二端、第三端和第四端分别通过第四继电开关、第二继电开关和第三继电开关连接所述输出模块的第二端，高频变压器的辅助绕组的一端连接所述第二二极管的阳极，高频变压器的辅助绕组的另一端接地；

所述电压细调模块包括第四电阻、数字电位器、第五电阻、第三电阻、第二电阻、第六电容、可调稳压器、第一光耦；

所述第四电阻的一端和第三电阻的一端均连接所述输出模块的第三端，第四电阻的另一端连接数字电位器的第三端，第三电阻的另一端连接第二电阻的一端和第一光耦的第一端，第一光耦的第二端连接第二电阻的另一端、第六电容的一端和可调稳压器的阴极，可调稳压器的控制端和第六电容的另一端均连接数字电位器的第五端，数字电位器的第六端通过第五电阻连接地端，数字电位器的第一端、第二端和第七端分别连接第一控制器的第一IO端、第二IO端和第三IO端，数字电位器的第四端接地，可调稳压器的阳极接地，第一光耦的第三端和第四端分别连接所述调节器的第四端和地端；

所述电压细调模块还包括第三二极管、第六电阻、第七电阻、第一继电器和第一继电开关；

所述第三二极管的阴极连接所述数字电位器的第五端，第三二极管的阳极、第一继电开关的一端和第六电阻的一端均连接所述输出模块的第三端，第一继电开关的另一端和第六电阻的另一端均通过第七电阻连接地端，第一继电器的一端连接所述第一控制器的第九IO端，第一继电器的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种具有用电监测功能的电源适配器，其特征在于，所述隔离断路保护模块包括第一电源、第二电源、第八电阻、第九电阻、第二光耦、第五继电器、第五继电开关；所述适配器控制模块包括第一控制器；

所述第一电源通过第八电阻连接第二光耦的第一端，第二电源通过第九电阻连接第二光耦的第三端，第二光耦的第二端连接所述第一控制器的第十IO端和第十一IO端，第二光耦的第四端通过第五继电器接地，第五继电开关的一端连接所述电源模块，第五继电开关的另一端连接电源适配器模块。

3.根据权利要求2所述的一种具有用电监测功能的电源适配器，其特征在于，所述信息接收模块包括通信芯片；所述电计量模块包括电计量芯片；

所述通信芯片与所述第一控制器建立连接，通信芯片接收电子产品的实时电量信息和所需充电功率信息，电计量芯片的一端连接所述电源模块，电计量芯片的另一端与所述第一控制器连接，电计量芯片对消耗的电源模块的电能进行计量并将计量信息传输给第一控制器。

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