CN117498488A - 一种通过调节适配器温度控制输出功率的方法 - Google Patents

一种通过调节适配器温度控制输出功率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于适配器技术领域，涉及一种通过调节适配器温度控制输出功率的方法，包括：充电器与适配器通过电性连接，充电器设有MCU，MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1；充电器判断适配器的D+引脚与D‑引脚之间是否带有热敏电阻NTC；判断适配器的D+引脚与D‑引脚之间带有热敏电阻NTC，则MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压；通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值；将NTC的电阻值转换为适配器温度；通过MCU调节适配器温度，来改变充电器的电流基准I REF，从而改变适配器输出功率。实施简单，安全可靠，成本低，可普遍适用于适配器场合。

Description

一种通过调节适配器温度控制输出功率的方法
技术领域
本发明涉及适配器技术领域，更具体地说，涉及一种通过调节适配器温度控制输出功率的方法。
背景技术
适配器将交流市电转换为低压直流电，可以理解为稳压电源。充电器是专门用来对电池直接充电的装置，内部包含有充电管理芯片，可以实现对电池恒流、恒压、涓流阶段式充电。如果将电源适配器当作充电器给电池充电，会造成无法充满电量或者会过度充电损坏电池以及相关元器件。现有技术中，经常使用适配器、充电器组合对电池进行充电控制。由于充电过程中，适配器长时间进行大功率输出，会导致自身温度过高，引起适配器过温保护，甚至引起适配器损坏，引发火灾的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于充电过程中，适配器长时间进行大功率输出，会导致自身温度过高，引起过温保护，甚至损坏引发火灾的风险的问题。针对现有技术的上述的缺陷，提供一种通过调节适配器温度控制输出功率的方法，包括：
充电器与适配器通过电性连接，所述充电器设有MCU，所述MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1；
所述充电器判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间是否带有热敏电阻NTC；
判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间带有热敏电阻NTC，则所述MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压；
通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值；
将所述NTC的电阻值转换为适配器温度；
通过所述MCU调节所述适配器温度，来改变所述充电器的电流基准IREF，从而改变所述适配器输出功率。
优选地，充电器与适配器通过电性连接，所述充电器设有MCU，所述MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1的步骤具体包括：
将带ADC外设的单片机与充电器连接，再将充电器与适配器连接；
在带ADC外设的单片机的P1引脚与P4引脚之间设置上拉电阻R1。
优选地，所述充电器判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间没有带有热敏电阻NTC，则识别当前为非法充电模式。
优选地，所述判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间带有热敏电阻NTC，则所述MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压的步骤具体包括：
将上拉电阻R1与NTC串联，检测P1引脚电压。
优选地，所述通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值的步骤具体包括：
热敏电阻NTC的电阻值＝(adc*R1)/(4096-adc)，其中adc为MCU的ADC模式口读取出来的AD值，4096为MCU ADC的分辨率。
优选地，所述将所述NTC的电阻值转换为适配器温度的步骤具体包括：
由NTC的电阻值计算NTC热敏电阻温度；
将NTC热敏电阻温度转化为适配器温度。
优选地，所述通过所述MCU调节所述适配器温度，来改变所述充电器的电流基准IREF，从而改变所述适配器输出功率的步骤具体包括：
由所述MCU调节所述适配器温度；
所述适配器温度改变后，引起充电器的电流基准IREF的改变；
充电器的电流基准IREF的改变，引起所述适配器输出功率的改变。
优选地，所述MCU为带ADC外设的单片机。
优选地，所述热敏电阻NTC为负温度系数热敏电阻。
优选地，所述充电器与适配器通过Type-c接口电性连接。
实施本发明的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，具有以下有益效果：通过充电器与适配器通过电性连接，充电器设有MCU，MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1；充电器判断适配器的D+引脚与D-引脚之间是否带有热敏电阻NTC；判断适配器的D+引脚与D-引脚之间带有热敏电阻NTC，则MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压；通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值；将NTC的电阻值转换为适配器温度；通过MCU调节适配器温度，来改变充电器的电流基准IREF，从而改变适配器输出功率；能够主动检测适配器温度，如果适配器温度过高，则主动对输出功率进行降额控制，从而减小适配器输出功率，降低发热热能输出，实施简单，安全可靠，成本低，可普遍适用于适配器场合。
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示出的结构获得其他的附图。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的通过调节适配器温度控制输出功率的方法流程图；
图2是本发明的通过调节适配器温度控制输出功率的方法中使用的适配器电路图；
图3是本发明的通过调节适配器温度控制输出功率的方法中使用的充电器与电池连接示意图。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
图1是本发明的通过调节适配器温度控制输出功率的方法流程图；图2是本发明的通过调节适配器温度控制输出功率的方法中使用的适配器电路图；图3是本发明的通过调节适配器温度控制输出功率的方法中使用的充电器与电池连接示意图。请参阅图1～图3，在本发明一实施例提供的通过调节适配器温度控制输出功率的方法中，包括步骤：
S1、充电器与适配器通过电性连接，充电器设有MCU，MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1。
在本实施例的一些可选的实现方式中，充电器与适配器通过Type-c接口电性连接。也可以根据实际需要，充电器与适配器通过其他接口方式如VGA、HDMI等接口电性连接。
具体实施时，步骤S1、充电器与适配器通过电性连接，充电器设有MCU，MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1具体包括步骤：
S11、将带ADC外设的单片机与充电器连接，再将充电器与适配器连接。
S12、在带ADC外设的单片机的P1引脚与P4引脚之间设置上拉电阻R1。
上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。上拉是对器件输入电流；强弱只是上拉电阻的阻值不同。
在上拉电阻所连接的导线上，如果外部组件未启用，上拉电阻则微弱地将输入电压信号拉高。当外部组件未连接时，对输入端来说，外部看上去就是高阻抗的。这时，通过上拉电阻可以将输入端口处的电压拉高到高电平。如果外部组件启用，它将取消上拉电阻所设置的高电平。通过这样，上拉电阻可以使引脚即使在未连接外部组件的时候也能保持确定的逻辑电平。
设置上拉电阻R1，参分压，通过电压计算热敏电阻NTC的阻值，再来计算适配器温度。通过适配器温度来判断是否需要充电器降额输出。
本实施例中，热敏电阻NTC为负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻又称NTC热敏电阻，是一类电阻值随温度增大而减小的一种传感器电阻。广泛用于各种电子元件中，如温度传感器、可复式保险丝及自动调节的加热器等。负温度系数热敏电阻的好处有：第一，抑制浪涌电流。无论是对于电器还是对于电子产品，如果出现了明显的电流变化情况，这时候就很有可能会导致各种原器件受损，尤其是对于电子产品的主板会产生严重的损坏，但是在使用的过程当中又容易出现这些浪涌电流，那么在这种情况下，就需要考虑到NTC负温度系数热敏电阻的用途了，它的主要作用之一就包括抑制浪涌电流这一项，这样就能够有效的保护电子产品和电器了。第二，当做温度传感器使用。使用各种电器和电子产品的时候，为了能够避免温度过高或温度过低而带来的危害，那么此时就需要对于它的温度进行全面的检测，当温度超过相应的标准时，就需要采用合理的方法进行调整，或者是需要停止使用，而为了调整和检测它的温度，这时候就需要使用温度传感器，而在NTC负温度系数热敏电阻的用途当中，就包括这一项，这样就能够更加准确的检测它的温度了。第三，温度补偿。由于很多电器对于精准的要求非常高，但是在通电的情况下会产生一定的热量，从而导致部分电阻，出现阻值变大的情况，这样就会严重影响它的精度，而为了避免这种情况，或者是削弱这种影响，那么就会使用NTC负温度系数热敏电阻进行温度补偿，这样一来就能够将它的精度始终控制在合理的范围之内，所以说这也是一个重要的NTC负温度系数热敏电阻的用途之一，同样是非常重要的一个方面。
在本实施例的一些可选的实现方式中，MCU可以但是不限于为带ADC外设的单片机，例如XL32F001、HC89S003AF4、HC89S001AJ4等。XL32F001系列单片机采用高性能的32位-M0+内核，宽电压工作范围的MCU。嵌入24KbytesFlash和3Kbytes SRAM存储器，最高工作频率24MHz。包含多种不同封装类型多款产品。芯片集成I2C、SPI、USART等通讯外设，1路12bit ADC，2个16bit定时器，以及2路比较器。
XL32F001系列微控制器的工作温度范围为-40℃～85℃，工作电压范围1.7V～5.5V。芯片提供sleep/stop低功耗工作模式，可以满足不同的低功耗应用。
HC89S003AF4/HC89S001AJ4是一颗采用高速低功耗CMOS工艺设计开发的增强型8位单片机，内部有16K Bytes FLASH程序存储器，256Bytes IRAM+768Bytes XRAM，最多18个双向I/O口，5个16位定时器/计数器，3组12位带死区控制互补PWM，1路8位PWM，2个UART，1个SPI，1个IIC，16个外部中断，16+2路12位ADC，1个低压检测模块，四种系统工作模式和多个中断源。为保证系统的稳定性，必须在VDD和GND之间接一电容(容值须大于或等于0.1μF)。可以直接烧录HC89S003F4的烧录文件，但需要将HC-PM51烧录器的固件版本升级到最新版。P2.7引脚出厂时默认为复位管脚，端口模式为施密特输入带上拉，可以通过配置代码选项将此口配置为普通IO引脚。在进行IAP操作时，不响应任何中断。ADCEN置1或切换转换通道后，建议延时20us后再启动ADC转换，如果外部输入阻抗很大时，需要延长这个时间。当ADC的参考电压为VDD时，ADC转换时钟可以为8MHz，一次转换只需要15个ADC_CLK，这样可以得到最快的ADC转换速度。P2.7、P2.5、P2.4、P2.3这四个端口的模式配置和其他端口的不一样。使用PWM3时，要先配置时钟分频、周期、占空比等寄存器，最后再使能PWM3模块。UART2在使用全双工时，需要配置CPU频率为16MHz以上，波特率配置9600或以下，而且在UART2中断服务函数里尽早清零TI或RI。在LVD中断中，若要关闭比较器或LVD中断，应先禁止LVD/比较器，再失能LVD中断允许位。在使用LVD比较器功能的时候，如果比较器输出状态(CMPSTA)为高(即比较器正端电压大于负端电压)，则芯片无法进入掉电/空闲模式。QFN20的封装片中间的焊盘是与PIN5(VDD)相连接的。HC89S003A/001A单片机系统时钟有4种时钟源可选：外部高频晶振时钟(4MHz～20MHz)，外部低频晶振时钟(32.768KHz)，内部高频RC时钟(32MHz)及内部低频RC时钟(44KHz)。选择后的系统时钟(如果选择的是内部高频RC，则经RC32M_DIV[1:0]分频后的时钟)记做osc_clk，其频率为Fosc，周期为Tosc，主要用于外设模块，osc_clk可以进行1-255之间任意值的分频，分频后的时钟记做CPU时钟，其频率为Fcpu，周期为Tcpu。芯片上电复位后，默认选择内部高频RC作为系统时钟，其Fosc为4MHz，Fcpu为2MHz，可以通过配置相关寄存器改变osc_clk和cpu_clk的频率。CPU最高可以运行在16MHz频率下，如果所选时钟源频率高于16MHz，需要对其进行分频，使CPU时钟频率等于或低于16MHz。
本实施例中，MCU选为HC89S003AF4带ADC外设的单片机。MCU的P1引脚为可以进行数字IO口与模拟IO口转换。
需要说明的是，上拉电阻R1的阻值应与NTC计算做匹配。
S2、充电器判断适配器的D+引脚与D-引脚之间是否带有热敏电阻NTC。
在本实施例的一些可选的实现方式中，适配器包括但是不限于为USB适配器。USB适配器是一种常用的接口转换器，可以将USB接口转换成其他类型的接口，如VGA、HDMI、DVI等。它通常用于实现显示器、投影仪等设备与电脑之间的连接，不需要安装驱动程序。适配器的D+引脚为USB内部信号引脚。
如果充电器中的MCU的P2引脚能够接收到信号，说明该适配器带有NTC检测功能。
具体实施时，如果充电器判断适配器的D+引脚与D-引脚之间没有带有热敏电阻NTC，则识别当前为非法充电模式，可以进一步禁止充电器输出或者也可以约定以不降额方式充电。
S3、判断适配器的D+引脚与D-引脚之间带有热敏电阻NTC，则MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压。
具体实施时，步骤S3具体包括步骤：上拉电阻R1与NTC串联，检测P1点电压。
MCU的P2引脚置为低电平意味着P2脚接地。ADC模式口用于读取电压。
S4、通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值。
热敏电阻NTC的电阻值计算公式：
热敏电阻NTC的电阻值＝(adc*R1)/(4096-adc)，其中adc为MCU的ADC模式口读取出来的AD值，4096为MCU ADC的分辨率。
S5、将NTC的电阻值转换为适配器温度。
NTC热敏电阻温度计算公式为：Rt＝R×EXP(B×(1/T1-1/T2))，其中，T1和T2指的是K度，即开尔文温度。Rt是热敏电阻在T1温度下的阻值。R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值。100K的热敏电阻25℃的值为100K(即R＝100K)。T2＝(273.15t25)。
EXP是e的n次方。B值是热敏电阻的重要参数。
通过转换可以得到温度T1与电阻Rt的关系：
T1＝1/(In(Rt/R)/B+1/T2)，对应的摄氏温度t＝T1-273.15，同时+0.5的误差矫正。
或者可以通过查表的方式，每个温度值对应一个电阻值。
S6、通过MCU调节适配器温度，来改变充电器的电流基准IREF，从而改变适配器输出功率。
由MCU调节适配器温度；适配器温度改变后，引起充电器的电流基准IREF的改变；充电器的电流基准IREF的改变，引起适配器输出功率的改变。充电器的电流基准可以改变输出电流，电流减小了，从而导致适配器的输出功率也减小了。
本发明通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其工作原理是：
由充电器识别适配器是否带有NTC检测电阻，充电器与适配器连接后(以Type-c充电接口为例，NTC连接在适配器中的D+与D-)，充电器中的MCU通过P1引脚发送信号，再通过P2引脚接收信号，如果能接收到信号，说明该适配器带有NTC检测功能；
当充电器识别到适配器带有NTC检测电阻后，充电器中的MCU，P2引脚置为低电平(0V电压)，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压(R1与NTC串联分压计算NTC阻值)，通过与ADC值与R1阻值计算出NTC的电阻值来转换为温度，MCU通过温度来改变充电器的电流基准IREF，从而改变输出功率；
当充电器识别不到适配器带有NTC检测电阻后，如可以按客户约定不降额或者识别为非法禁止充电。
本发明通过以上实施例的设计，其有益效果是：通过充电器与适配器通过电性连接，充电器设有MCU，MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1；充电器判断适配器的D+引脚与D-引脚之间是否带有热敏电阻NTC；判断适配器的D+引脚与D-引脚之间带有热敏电阻NTC，则MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压；通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值；将NTC的电阻值转换为适配器温度；通过MCU调节适配器温度，来改变充电器的电流基准IREF，从而改变适配器输出功率；能够主动检测适配器温度，如果适配器温度过高，则主动对输出功率进行降额控制，从而减小适配器输出功率，降低发热热能输出，实施简单，安全可靠，成本低，可普遍适用于适配器场合。
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (10)

1.一种通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，包括：
充电器与适配器通过电性连接，所述充电器设有MCU，所述MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1；
所述充电器判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间是否带有热敏电阻NTC；
判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间带有热敏电阻NTC，则所述MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压；
通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值；
将所述NTC的电阻值转换为适配器温度；
通过所述MCU调节所述适配器温度，来改变所述充电器的电流基准IREF，从而改变所述适配器输出功率。
2.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述充电器与适配器通过电性连接，所述充电器设有MCU，所述MCU的P1引脚与P4引脚之间设有电阻R1的步骤具体包括：
将带ADC外设的单片机与充电器连接，再将充电器与适配器连接；
在带ADC外设的单片机的P1引脚与P4引脚之间设置上拉电阻R1。
3.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述充电器判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间没有带有热敏电阻NTC，则识别当前为非法充电模式。
4.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述判断所述适配器的D+引脚与D-引脚之间带有热敏电阻NTC，则所述MCU的P2引脚置为低电平，P1引脚配置为ADC模式口，读取NTC电压的步骤具体包括：
将上拉电阻R1与NTC串联，检测P1引脚电压。
5.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述通过ADC值与电阻R1计算得出热敏电阻NTC的电阻值的步骤具体包括：
热敏电阻NTC的电阻值＝(adc*R1)/(4096-adc)，其中adc为MCU的ADC模式口读取出来的AD值，4096为MCU ADC的分辨率。
6.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述将所述NTC的电阻值转换为适配器温度的步骤具体包括：
由NTC的电阻值计算NTC热敏电阻温度；
将NTC热敏电阻温度转化为适配器温度。
7.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述通过所述MCU调节所述适配器温度，来改变所述充电器的电流基准IREF，从而改变所述适配器输出功率的步骤具体包括：
由所述MCU调节所述适配器温度；
所述适配器温度改变后，引起充电器的电流基准IREF的改变；
充电器的电流基准IREF的改变，引起所述适配器输出功率的改变。
8.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述MCU为带ADC外设的单片机。
9.根据权利要求1所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述热敏电阻NTC为负温度系数热敏电阻。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的通过调节适配器温度控制输出功率的方法，其特征在于，所述充电器与适配器通过Type-c接口电性连接。
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