CN205666752U - 电源转换效率选择电路和移动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源转换效率选择电路和移动电源，解决移动电源转换效率随负载变化不能保持最优转换效率的技术问题。包括输入电流采样电路、电源转换芯片、MCU、输出电流采样电路和反馈电阻调整电路；输入电流采样电路并联在所述输入电阻上，输出电流采样电路并联在输出电阻上；输入电流采样电路的第一使能端和输出电流采样电路的第二使能端都连接MCU的第二控制端；反馈电阻调整电路包括串联的第一反馈电阻调整电路和第二反馈电阻调整电路；第一反馈电阻调整电路的第三使能端连接所述MCU的第三控制端，第二反馈电阻调整电路的第四使能端连接MCU的第四控制端。通过选择最优电源转换效率，使电源保持在最优电源转换效率的工作配置下工作。

Description

电源转换效率选择电路和移动电源

技术领域

本实用新型属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种电源转换效率选择电路和移动电源。

背景技术

移动电源，也叫充电宝、可充电电池等，是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，可以给手机、平板电脑等数码设备随时随地充电，给用户生活带来便利。

移动电源的转换效率一直是商家宣传的重点，电源转换效率，是指电源的输出功率与输入功率的比值，通常认为电源转换效率越高，则输出功率越大，表明移动电源输出功能越好，充电越快。

但移动电源由于接的负载的不同，其电源转换效率并非一直保持最优转换效率状态。

发明内容

本申请提供了一种电源转换效率选择电路和移动电源，解决现有的移动电源转换效率随负载变化不能保持最优转换效率的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种电源转换效率选择电路，包括电源输入端、电源转换芯片、MCU和电源输出端，还包括：输入电流采样电路、输出电流采样电路和反馈电阻调整电路；所述电源转换芯片的输入端与所述电源输入端之间串联有输入电阻，所述电源转换芯片的输出端与所述电源输出端之间串联有输出电阻；所述输入电流采样电路并联在所述输入电阻上，所述输出电流采样电路并联在所述输出电阻上；所述电源转换芯片的使能端连接所述MCU的第一控制端；所述输入电流采样电路包括有第一使能端，所述输出电流采样电路包括有第二使能端；所述第一使能端和所述第二使能端都连接所述MCU的第二控制端；所述反馈电阻调整电路包括串联的第一反馈电阻调整电路和第二反馈电阻调整电路；所述第一反馈电阻调整电路输入端连接所述电源转换芯片的输出端，所述第一反馈电阻调整电路的输出端连接所述电源转换芯片的反馈端；所述第二反馈电阻调整电路的输入端连接所述电源转换芯片的反馈端，所述第二反馈电阻调整电路的输出端接地；所述第一反馈电阻调整电路包括有第三使能端，所述第二反馈电阻调整电路包括有第四使能端；所述第三使能端连接所述MCU的第三控制端，所述第四使能端连接所述MCU的第四控制端。

进一步的，所述输入电流采样电路包括第一电子开关、第二电子开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻一端连接所述输入电阻一端，所述第三电阻一端连接所述输入电阻的另一端；所述第一电阻的另一端连接所述第一电子开关的输入端，所述第一电子开关的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地；所述第三电阻的另一端连接所述第二电子开关的输入端，所述第二电子开关的输出端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地；所述第一电子开关的控制端和所述第二电子开关的控制端都连接所述第一使能端。

进一步的，所述输出电流采样电路包括第三电子开关、第四电子开关、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；所述第五电阻一端连接所述输出电阻一端，所述第七电阻一端连接所述输出电阻的另一端；所述第五电阻的另一端连接所述第三电子开关的输入端，所述第三电子开关的输出端连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端接地；所述第七电阻的另一端连接所述第四电子开关的输入端，所述第四电子开关的输出端连接所述第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端接地；所述第三电子开关的控制端和所述第四电子开关的控制端都连接所述第二使能端。

进一步的，所述第一反馈电阻调整电路包括第九电阻、第十电阻和第五电子开关；所述第九电阻一端连接所述电源转换芯片的输出端，所述第九电阻的另一端连接所述电源转换芯片的反馈端；所述第十电阻一端连接所述电源转换芯片的输出端，所述第十电阻的另一端连接所述第五电子开关的输入端；所述第五电子开关的输出端连接所述电源转换芯片的反馈端；所述第五电子开关的控制端连接所述第三使能端；所述第二反馈电阻调整电路包括第十一电阻、第十二电阻和第六电子开关；所述第十一电阻一端连接所述电源转换芯片的反馈端，所述第十一电阻的另一端接地；所述第十二电阻一端连接所述电源转换芯片的反馈端，所述第十二电阻的另一端连接所述第六电子开关的输入端；所述第六电子开关的输出端接地；所述第六电子开关的控制端连接所述第四使能端。

提出一种移动电源，包括电池、电源输出接口和电源转换效率选择电路；所述电源转换效率选择电路，包括电源输入端、电源转换芯片、MCU和电源输出端，还包括：输入电流采样电路、输出电流采样电路和反馈电阻调整电路；所述电源转换芯片的输入端与所述电源输入端之间串联有输入电阻，所述电源转换芯片的输出端与所述电源输出端之间串联有输出电阻；所述输入电流采样电路并联在所述输入电阻上，所述输出电流采样电路并联在所述输出电阻上；所述电源转换芯片的使能端连接所述MCU的第一控制端；所述输入电流采样电路包括有第一使能端，所述输出电流采样电路包括有第二使能端；所述第一使能端和所述第二使能端都连接所述MCU的第二控制端；所述反馈电阻调整电路包括串联的第一反馈电阻调整电路和第二反馈电阻调整电路；所述第一反馈电阻调整电路输入端连接所述电源转换芯片的输出端，所述第一反馈电阻调整电路的输出端连接所述电源转换芯片的反馈端；所述第二反馈电阻调整电路的输入端连接所述电源转换芯片的反馈端，所述第二反馈电阻调整电路的输出端接地；所述第一反馈电阻调整电路包括有第三使能端，所述第二反馈电阻调整电路包括有第四使能端；所述第三使能端连接所述MCU的第三控制端，所述第四使能端连接所述MCU的第四控制端；所述电池的直流输出端连接所述电源转换效率选择电路的电源输入端，所述电源转换效率选择电路的电源输出端连接所述电源输出接口

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请实施例提出的电源转换效率选择电路和移动电源中，电源转换芯片的输入电阻上并联有输入电流采样电路，输出电阻上并联有输出电流采样电路，在电源转换芯片的输出端上连接有反馈电阻调整电路，当一个负载连接到移动电源上后，也即连接到电源转换效率选择电路的电源输出端后，MCU首先在其第二控制端输出导通信号，使得第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关导通，从而使能输入电流采样电路和输出电流采样电路工作，根据采样结果获知输入电流和输出电流，从而获知电源转换芯片的电源转换效率；接着，通过在其第三控制端输出导通信号，使得第五电子开关导通，从而使得第九电阻与第十电阻并联后与第十一电阻串联，改变了电源转换芯片输出电压的反馈电阻，进而改变电源转换芯片的输出电压，并通过输入电流采集电路和输出电流采集电路来获知第二种电源转换效率；最后，通过在其第四控制端输出导通信号，使得第六电子开关导通，从而使得第十一电阻和第十二电阻并联后与第九电阻串联，再次改变电源转换芯片输出电压的反馈电阻，来改变电源转换芯片的输出电压，并通过输入电流采样电路和输出电流采样电路来获知第三种电源转换效率。上述，本案中，通过第九电阻、 第十电阻、第十一电阻和第十二电阻的阻值配置，能够根据第五电子开关和第六电子开关的导通情况改变电源转换芯片的输出电压反馈电阻，进而改变电源转换芯片的输出电压，从而改变了电源转换芯片的电源转换效率，可见，通过反馈电阻值的合理配置，能够配置三种不同电源转换效率的情况，进而可以根据接入负载的不同，选择最优的电源转换效率输出，MCU将配置选择并保持在电源转换效率最优状态时的配置，既能保证当负载更换时，能够根据变化重新选择最优电源转换效率输出，从而使得移动电源能够根据负载的变化调整输出功率，使输出功率保持在最大输出功率状态。与用户而言，该移动电源不论如何更换负载，其总是保持在最优电源转换效率，解决了现有的移动电源转换效率随负载变化不能保持最优转换效率的技术问题。

结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1 为本申请实施例提出的电源转换效率选择电路的电路框架图；

图2为本申请实施例提出的电源转换效率选择电路的具体实施电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。

本申请提出的电源转换效率选择电路和移动电源，能够通过输出电压反馈电阻的配置以及MCU的控制，对电源转换芯片的输出电压的反馈电阻给出三种可选择情况，并针对每种情况对电源转换芯片的输入以及输出功率进行采样检测，通过计算，选择最优电源转换效率状态，达到移动电源保持工作在最优转换效率状态的技术效果。

如图1所示，本申请提出的电源转换效率选择电路包括电源输入端V_IN、电源转换芯片U1、MCU U2、电源输出端V_OUT、输入电流采样电路U3、输出电流采样电路U4和反馈电阻调整电路U5。

电源转换芯片U1的输入端IN与电源输入端V_IN之间串联有输入电阻Rin，电源转换芯片U1的输出端OUT与电源输出端V_OUT之间串联有输出电阻Rout；输入电流采样电路U3并联在输入电阻Rin上，输出电流采样电路U4并联在输出电阻Rout上；电源转换芯片U1的使能端EN连接MCU U2的第一控制端Ctrl1。

输入电流采样电路U3包括有第一使能端en1，输出电流采样电路U4包括有第二使能端en2；第一使能端en1和第二使能端en2都连接MCU U2的第二控制端Ctrl2。

反馈电阻调整电路U5包括串联的第一反馈电阻调整电路U51和第二反馈电阻调整电路U52；第一反馈电阻调整电路U51输入端连接电源转换芯片U1的输出端OUT，第一反馈电阻调整电路U51的输出端连接电源转换芯片U1的反馈端FB；第二反馈电阻调整电路U52的输入端连接电源转换芯片U1的反馈端FB，第二反馈电阻调整电路U52的输出端接地；第一反馈电阻调整电路U51包括有第三使能端en3，第二反馈电阻调整电路U52包括有第四使能端en4；第三使能端en3连接MCU U2的第三控制端Ctrl3，第四使能端en4连接MCU U2的第四控制端Ctrl4。

该电源转换效率选择电路的工作如下：以接入移动电源的待充电手机作为接入负载为例，当负载连接到电源输出端OUT，也即移动电源的输出端口上后， MCU U2首先在其第二控制端Ctrl2输出使能信号，使能输入电流采样电路U3和输出电流采样电路U4工作；如图1所示，在采样点V1、V2、V3和V4分别采样到输入电阻Rin两端的电压以及输出电阻Rout两端的电压，则可以根据输入电阻和输出电阻的阻值计算出输入电流Iin和输出电流Iout，从而可以根据P=UI以及K=Pout/Pin计算出第一种电源转换效率K1；其中，Pout为电源转换芯片的输出功率，Pin为电源转换芯片的输入功率。

接着，由MCU U2在其第三控制端Ctrl3输出使能信号，使能第一反馈电阻调整电路U51工作，进而改变了电源转换芯片U1输出电压的反馈电阻，使得电源转换芯片改变输出电压，进而改变了输出电流Iout，并重复上述获取K1的过程，通过输入电流采集电路U3和输出电流采集电路U4来获知第二种电源转换效率K2。

最后，由MCU U2在其第四控制端Ctrl4输出使能信号，使能第二反馈电阻调整电路U52工作，进而再次改变电源转换芯片U1输出电压的反馈电阻，使得电源转换芯片再次改变输出电压，进而再次改变输出电流Iout，并重复上述获取K1的过程，通过输入电流采样电路U3和输出电流采样电路U4来获知第三种电源转换效率K3。

上述，本案中，通过第一反馈电阻调整电路和第二反馈电阻调整电路的配置，能够根据MCU第三控制端和第四控制端的控制来改变电源转换芯片输出电压的反馈电阻，从而改变输出电压和输出电流，从而改变电源转换效率，可见，通过对输出电压反馈电阻的合理配置，能够配置三种不同输出电流的情况，进而可以根据接入负载的不同，在K1、K2和K3中选择最优的电源转换效率输出，MCU将配置选择并保持在电源转换效率最优状态时的配置，即能保证当负载更换时，能够根据变化重新选择最优电源转换效率输出，从而使得移动电源能够根据负载的变化调整输出功率，使输出功率保持在最大输出功率状态。

与用户而言，移动电源不论如何更换负载，因为本申请提出的电源转换效率选择电路的工作，其总是保持在最优电源转换效率，解决了现有的移动电源转换效率随负载变化不能保持最优转换效率的技术问题。

如图2所示，为本申请提出的电源转换效率选择电路的一个具体实施例，第一电子开关Q1、第二电子开关Q2、第三电子开关Q3、第四电子开关Q4、第五电子开关Q5和第六电子开关Q6以NMOS管为例，则NMOS管的栅极为电子开关的控制端，NMOS管的源极为电子开关的输入端，NMOS管的漏极为电子开关的输出端。

输入电流采样电路U3包括第一电子开关Q1、第二电子开关Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；第一电阻R1一端连接输入电阻Rin一端，第三电阻R3一端连接输入电阻Rin的另一端；第一电阻R1的另一端连接第Q1的源极，Q1的漏极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地；第三电阻R3的另一端连接Q2的源极，Q2的漏极连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端接地；Q1的栅极和Q2的栅极都连接第一使能端en1。

输出电流采样电路U4包括第三电子开关Q3、第四电子开关Q4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；第五电阻R5一端连接输出电阻Rout一端，第七电阻R7一端连接输出电阻Rout的另一端；第五电阻R5的另一端连接Q3的源极，Q3的漏极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端接地；第七电阻R7的另一端连接Q4的源极，Q4的漏极连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端接地；Q3的栅极和Q4的栅极都连接第二使能端en2。

第一反馈电阻调整电路U51包括第九电阻R9、第十电阻R10和第五电子开关Q5；第九电阻R9一端连接电源转换芯片U1的输出端OUT，第九电阻R9的另一端连接电源转换芯片U1的反馈端FB；第十电阻R10一端连接电源转换芯片U1的输出端OUT，第十电阻R10的另一端连接Q5的源极；Q5的漏极连接电源转换芯片U1的反馈端FB；Q5的栅极连接第三使能端en3。

第二反馈电阻调整电路U52包括第十一电阻R11、第十二电阻R12和第六电子开关Q6；第十一电阻R11一端连接电源转换芯片U1的反馈端FB，第十一电阻R11的另一端接地；第十二电阻R12一端连接电源转换芯片U1的反馈端FB，第十二电阻R12的另一端连接Q6的源极；Q6的漏极接地；Q6的栅极连接第四使能端en4。

该电源转换效率选择电路的工作如下：还是以接入移动电源的带充电手机作为接入负载为例，当负载连接到电源输出端OUT，也即移动电源的输出端口上后， MCU U2首先在其第二控制端Ctrl2输出高电平，使得输入电流采样电路和输出电流采样电路中的Q1、Q2、Q3和Q4导通，此时通过对V1、V2、V3和V4四个电压进行采样，可以根据电阻R1和电阻R2的阻值，换算出此时输入电阻Rin的A端的电压VA，根据电阻R3和电阻R4的阻值，换算出此时输入电阻Rin的B端的电压VB，进而根据输入电阻Rin的阻值，以及VB与VA的差值，换算出输入电流Iin，最终计算出输入功率；同理，在输出电流采样电路，根据采样电压V3和V4以及R5、R6、R7和R8的阻值，能够计算出输出电阻Rout两端电压VC和VD，进而计算出输出功率。最后，根据输出功率与输入功率的比值获知第一种电源转换效率K1。

接着，由MCU U2在其第三控制端Ctrl3输出高电平，使得第一反馈电阻调整电路中的Q5导通，使得R9和R10并联后与R11串联，形成电源转换芯片输出电压的新反馈电阻，改变了电源转换芯片U1的输出电压以及输出电流Iout，也就改变了输出功率，改变了电源转换效率，具体的，可以重复输入电流采样和输出电流采样的步骤，获知输入功率和输出功率，最终获知第二种电源转换效率K2。

最后，由MCU U2在其第四控制端Ctrl4输出高电平，并在其第三控制端Ctrl3输出低电平，使得第二反馈电阻调整电路中的Q6导通，而第一反馈电阻调整电路中的Q5截止，使得R11与R12并联后与R9串联，形成一组新输出电压的反馈电阻，再次改变电源转换芯片U1的输出电流Iout，也就再次改变了输出功率，改变了电源转换效率，具体的，可以重复输入电流采样和输出电流采样的步骤，获知输入功率和输出功率，最终获知第三种电源转换效率K3。

上述实施例中，通过第一反馈电阻调整电路和第二反馈电阻调整电路中电阻R9、R10、R11和R12的配置，结合MCU第三控制端和第四控制端的控制，能够改变电源转换芯片输出电压的反馈电阻，也就能改变电源转换芯片的输出电压，从而改变输出电流，改变电源转换效率，得到三种电源转换效率K1、K2和K3。MCU可以在检测到负载接入后，根据上述过程计算三种情况下的电源转换效率，并选择出最优的电源转换效率，将电路配置保持在最优转换效率的状态，保证移动电源工作在最优电源转换效率状态，在用户更换充电负载时，该电源转换效率选择电路再次重复上述过程，计算三种情况的电源转换效率并保持最优状态，实现的是：使得移动电源能够根据负载的变化调整输出功率，使输出功率保持在最大输出功率状态。与用户而言，移动电源不论如何更换负载，因为本申请提出的电源转换效率选择电路的工作，其总是保持在最优电源转换效率，解决了现有的移动电源转换效率随负载变化不能保持最优转换效率的技术问题。

当然，电源转换芯片U1的设定输出电压的反馈电阻的调整改变了输出电流和输出电压，其前提是必须使得调整后的输出电压都在负载允许的范围内进行调整，而不能超出负载允许的范围，避免对带的负载或者设备造成损坏。

基于上述的电源转换效率选择电路，本申请还提出一种移动电源，该移动电源包括电池、电源输出接口和上述的电源转换效率选择电路。电源输出接口例如USB接口，供外部设备和负载接入充电。电流的直流输出端连接该电源转换效率选择电路的电源输入端V_IN，该电源转换效率选择电路的电源输出端V_OUT连接电源输出接口。具备该电源转换效率选择电路的移动电源，在负载接入充电时，按照上述工作方式将移动电源保持在最优电源转换效率状态工作。

应该指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种电源转换效率选择电路，包括电源输入端、电源转换芯片、MCU和电源输出端，其特征在于，还包括：输入电流采样电路、输出电流采样电路和反馈电阻调整电路；

所述电源转换芯片的输入端与所述电源输入端之间串联有输入电阻，所述电源转换芯片的输出端与所述电源输出端之间串联有输出电阻；所述输入电流采样电路并联在所述输入电阻上，所述输出电流采样电路并联在所述输出电阻上；所述电源转换芯片的使能端连接所述MCU的第一控制端；

所述输入电流采样电路包括有第一使能端，所述输出电流采样电路包括有第二使能端；所述第一使能端和所述第二使能端都连接所述MCU的第二控制端；

所述反馈电阻调整电路包括串联的第一反馈电阻调整电路和第二反馈电阻调整电路；所述第一反馈电阻调整电路输入端连接所述电源转换芯片的输出端，所述第一反馈电阻调整电路的输出端连接所述电源转换芯片的反馈端；所述第二反馈电阻调整电路的输入端连接所述电源转换芯片的反馈端，所述第二反馈电阻调整电路的输出端接地；

所述第一反馈电阻调整电路包括有第三使能端，所述第二反馈电阻调整电路包括有第四使能端；所述第三使能端连接所述MCU的第三控制端，所述第四使能端连接所述MCU的第四控制端。

2.根据权利要求1所述的电源转换效率选择电路，其特征在于，所述输入电流采样电路包括第一电子开关、第二电子开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述第一电阻一端连接所述输入电阻一端，所述第三电阻一端连接所述输入电阻的另一端；所述第一电阻的另一端连接所述第一电子开关的输入端，所述第一电子开关的输出端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地；所述第三电阻的另一端连接所述第二电子开关的输入端，所述第二电子开关的输出端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地；

所述第一电子开关的控制端和所述第二电子开关的控制端都连接所述第一使能端。

3.根据权利要求1所述的电源转换效率选择电路，其特征在于，所述输出电流采样电路包括第三电子开关、第四电子开关、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第五电阻一端连接所述输出电阻一端，所述第七电阻一端连接所述输出电阻的另一端；所述第五电阻的另一端连接所述第三电子开关的输入端，所述第三电子开关的输出端连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端接地；所述第七电阻的另一端连接所述第四电子开关的输入端，所述第四电子开关的输出端连接所述第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端接地；

所述第三电子开关的控制端和所述第四电子开关的控制端都连接所述第二使能端。

4.根据权利要求1所述的电源转换效率选择电路，其特征在于，所述第一反馈电阻调整电路包括第九电阻、第十电阻和第五电子开关；所述第九电阻一端连接所述电源转换芯片的输出端，所述第九电阻的另一端连接所述电源转换芯片的反馈端；所述第十电阻一端连接所述电源转换芯片的输出端，所述第十电阻的另一端连接所述第五电子开关的输入端；所述第五电子开关的输出端连接所述电源转换芯片的反馈端；所述第五电子开关的控制端连接所述第三使能端；

所述第二反馈电阻调整电路包括第十一电阻、第十二电阻和第六电子开关；所述第十一电阻一端连接所述电源转换芯片的反馈端，所述第十一电阻的另一端接地；所述第十二电阻一端连接所述电源转换芯片的反馈端，所述第十二电阻的另一端连接所述第六电子开关的输入端；所述第六电子开关的输出端接地；所述第六电子开关的控制端连接所述第四使能端。

5.一种移动电源，其特征在于，包括电池、电源输出接口和如权利要求1-4任一项所述的电源转换效率选择电路；

所述电池的直流输出端连接所述电源转换效率选择电路的电源输入端，所述电源转换效率选择电路的电源输出端连接所述电源输出接口。