CN210246359U - 一种可以自动调节功率的快充电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可以自动调节功率的快充电路，该电路包括电源输入端、充电控制模块、第一输出接口、第二输出接口，充电控制模块包括输入整流滤波模块、主功率开关电路、输出整流滤波模块、第一快充控制模块、第二快充控制模块，主功率开关模块的输出端与输出整流滤波模块的输入端之间连接有高频变压器，输入整流滤波模块的输出端与第二快充控制模块的输入端之间连接有DC‑DC模块，第一快充控制模块与主功率开关模块之间还连接有反馈单元。本实用新型通过智能分配多口功率来优化充电效率，可以加快用电设备的充电速度，能够同时实现两个输出端口的功率分配。

Description

一种可以自动调节功率的快充电路

【技术领域】

本实用新型涉及快充充电技术领域，具体的，涉及一种可以自动调节功率的快充电路。

【背景技术】

目前，市面上常用的多口适配器，更多的采用的是固定端口的输出功率，特别的在双Type-c接口快充适配器上，无法合理的动态分配两个Type-c 接口的输出功率，不仅造成了充电功率的浪费，而且还增加了适配器的成本。

如图1所示，在现有的一种多口适配器中，其主要由AC-DC电源模块1、输出A口2、输出C口3和PD快充协议控制器4组成，输出A口 1和输出C口2分别固定输出功率。一般情况下，输出A口1固定输出功率值较小，输出C口固定输出功率较大，当两个输出口分别接入不同的功率等级的设备时，当输出A口1接入较大功率充电设备，充电设备无法获得足够的充电功率，会存在抽取大电流，严重时，存在烧毁的风险；相反，在输出C口2接入小功率充电设备，由于充电设备需求的充电功率较小，又会导致充电功率的极大浪费。

如图2所示，在现有的一种带有简单功率分配策略的多口适配器中，其主要包括PD快充协议控制电路5、输出功率控制电路6、电压转换电路 7、插拔检测电路8、直流电压转换电路9、开关10、输出A口11和输出 C口12，相比传统的固定功率输出的多口适配器，在输出C口12加入了简单功率分配策略。输出A口11为固定输出功率口，输出C口12为可降功率输出口，同时在输出A口11处加入了插拔检测电路8。它的工作原理如下：当输出A口11检测到用电设备接入时，降低输出C口12的输出功率；当检测到输出A口11充电设备拔出时，升高输出C口12的输出功率，从而达到优化功率分配的目的。此种控制策略的缺点是：缺乏灵活性，不能有效的分配功率，同时加入了端口侦测电路，增加了适配器的成本，只能实现输出C口12的功率分配，无法做到输出A口11和输出C口12同时实现最优功率分配。

因此，现有多口适配器存在普遍的缺点：无法进行功率分配或者功率分配不够智能，无法同时做到两个输出口同时实现最优功率分配，不能合理和有效的分配功率，从而造成充电效率的大大降低。

【实用新型内容】

本实用新型的主要目的是提供一种能提高充电设备的充电速度，合理的分配适配器功率，以达到更优的充电策略的可以自动调节功率的快充电路。

为了实现上述的主要目的，本实用新型提供的一种可以自动调节功率的快充电路包括电源输入端、充电控制模块、第一输出接口、第二输出接口，所述电源输入端与所述充电控制模块的输入端电连接，所述充电控制模块的输出端分别与所述第一输出接口、第二输出接口电连接，所述充电控制模块包括输入整流滤波模块、主功率开关电路、输出整流滤波模块、第一快充控制模块、第二快充控制模块，所述输入整流滤波模块的输出端与所述主功率开关模块的输入端电连接，所述主功率开关模块的输出端与所述输出整流滤波模块的输入端之间连接有高频变压器，所述输出整流滤波模块的输出端与所述第一快充控制模块的输入端电连接，所述输入整流滤波模块的输出端与所述第二快充控制模块的输入端之间连接有DC-DC 模块，所述第一快充控制模块与所述主功率开关模块之间还连接有反馈单元，所述第一快充控制模块的输出端与所述第一输出接口电连接，所述第二快充控制模块的输出端与所述第二输出接口电连接。

进一步的方案是，所述反馈单元包括反馈电路、AC-DC控制芯片，所述反馈电路的一端连接至所述第一快充控制模块，所述反馈电路的另一端连接至所述AC-DC控制芯片，所述AC-DC控制芯片与所述主功率开关电路电连接，所述反馈电路与所述输出整流滤波电路之间还连接有电流电压采样电路，所述反馈电路通过所述电流电压采样电路的输入信号来调节所述充电控制模块的输出电压。

更进一步的方案是，所述第一快充控制模块包括第一开关、第一PD 控制器，所述第一PD控制器获取所述第一输出接口处充电设备的第一所需充电电压和第一所需充电功率，并控制所述反馈电路通过所述AC-DC 控制芯片向主功率开关电路输出PWM驱动信号，所述主功率开关电路向所述输出整流滤波模块输出第一高频交流电压信号，所述输出整流滤波模块将所述第一高频交流电压信号转换为与所述第一所需充电电压对应的第一直流电压信号通过所述第一开关输送至所述第一输出接口。

更进一步的方案是，所述第二快充控制模块包括第二开关、第二PD 控制器，所述第二PD控制器获取所述第二输出接口处充电设备的第二所需充电电压和第二所需充电功率，所述第二PD控制器与所述第一PD控制器之间通过GPIO模块进行通信，所述输出整流滤波模块将所述主功率开关电路输出的第二高频交流电压信号转换为与所述第二所需充电电压对应的第二直流电压信号输出至所述DC-DC模块，所述DC-DC模块将直流转换后的第二直流电压信号通过所述第二开关输送至所述第二输出接口。

更进一步的方案是，所述输入整流滤波模块包括EMI滤波模块和桥式整流模块，所述EMI滤波模块与所述桥式整流模块电连接。

更进一步的方案是，所述第一输出接口、所述第二输出接口均为 Type-C接口。

由此可见，本实用新型提供的快充电路主要包括输入EMI滤波和整流、主功率开关电路、高频变压器、输出整流滤波、DC-DC模块、电流电压采样电路、反馈电路、PD协议控制以及第一输出接口和第二输出接口。其中，第一输出接口和第二输出接口为两个Type-C接口，可以实时的检测设备的插入和拔出状态；PD快充控制模块，可以实时获取输出接口的状态和调节端口的输出功率。

当仅有单接口设备接入时，单口输出功率为大功率输出；当两个接口同时有设备接入时，两个输出接口的功率都为小功率输出，当拔出其中任何一个Type-c接口的设备后，剩下的未拔除的Type-C充电口自动调整功率为大功率输出。

所以，本实用新型通过智能分配多口功率来优化充电效率，可以加快用电设备的充电速度；弥补了现有技术不能实现多口同时功率分配的缺陷，能够同时实现两个输出端口的功率分配，极大的优化了充电效率。

【附图说明】

图1是现有技术的一种多口适配器的原理图。

图2是现有技术的一种带有简单功率分配策略的多口适配器的原理图。

图3是本实用新型一种可以自动调节功率的快充电路实施例的原理图。

图4是本实用新型一种可以自动调节功率的快充电路实施例中所应用的快充方法的原理框图。

【具体实施方式】

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限用于本实用新型。

参见图3，本实用新型的一种可以自动调节功率的快充电路包括电源输入端、充电控制模块、第一输出接口27、第二输出接口37，电源输入端与充电控制模块的输入端电连接，充电控制模块的输出端分别与第一输出接口27、第二输出接口37电连接。其中，电源输入端为90-265VAC输入。

在本实施例中，充电控制模块包括输入整流滤波模块21、主功率开关电路22、输出整流滤波模块24、第一快充控制模块、第二快充控制模块，输入整流滤波模块21的输出端与主功率开关模块22的输入端电连接，主功率开关模块22的输出端与输出整流滤波模块24的输入端之间连接有高频变压器23，输出整流滤波模块24的输出端与第一快充控制模块的输入端电连接，输入整流滤波模块24的输出端与第二快充控制模块的输入端之间连接有DC-DC模块34，第一快充控制模块与主功率开关模块22之间还连接有反馈单元，第一快充控制模块的输出端与第一输出接口27电连接，第二快充控制模块的输出端与第二输出接口37电连接。优选的，本实施例的主功率开关电路22可以是常规的大功率开关电源，该电路通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，可以将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。

其中，反馈单元包括反馈电路28、AC-DC控制芯片29，反馈电路28 的一端连接至第一快充控制模块，反馈电路28的另一端连接至AC-DC控制芯片29，AC-DC控制芯片29与主功率开关电路22电连接，反馈电路 28与输出整流滤波电路24之间还连接有电流电压采样电路30，反馈电路 28通过电流电压采样电路30的输入信号来调节充电控制模块的输出电压。

其中，第一快充控制模块包括第一开关26、第一PD控制器25，第一 PD控制器25获取第一输出接口27处充电设备的第一所需充电电压和第一所需充电功率，并控制反馈电路28通过AC-DC控制芯片29向主功率开关电路22输出PWM驱动信号，主功率开关电路22向输出整流滤波模块24输出第一高频交流电压信号，输出整流滤波模块24将第一高频交流电压信号转换为与第一所需充电电压对应的第一直流电压信号通过第一开关26输送至第一输出接口27。其中，第二快充控制模块包括第二开关36、第二PD控制器35，第二PD控制器35获取第二输出接口37处充电设备的第二所需充电电压和第二所需充电功率，第二PD控制器35与第一PD 控制器25之间通过GPIO模块进行通信，输出整流滤波模块24将主功率开关电路22输出的第二高频交流电压信号转换为与第二所需充电电压对应的第二直流电压信号输出至DC-DC模块34，DC-DC模块34将直流转换后的第二直流电压信号通过第二开关36输送至第二输出接口37。

当然，本实用新型提供的快充电路对于不支持PD快充协议的外接设备提供正常的充电方式，PD控制器将该外接设备选择的充电方式传送给反馈电路28，反馈电路28将反馈信号传输给主功率开关电路22，电源适配器对电压检测端和电流检测端检测出的信号进行判断处理后，给主功率开关电路22输出控制信号，从而输出给外接设备合适的电压和电流。

其中，输入整流滤波模块21包括EMI滤波模块和桥式整流模块，EMI 滤波模块与桥式整流模块电连接。

作为优选，第一输出接口27、第二输出接口37均为Type-C接口。

由此可见，本实用新型提供的快充电路主要包括输入EMI滤波和整流、主功率开关电路22、高频变压器23、输出整流滤波电路24、DC-DC 模块34、电流电压采样电路30、反馈电路28、PD协议控制以及第一输出接口27和第二输出接口37。其中，第一输出接口27和第二输出接口37 为两个Type-C接口，可以实时的检测设备的插入和拔出状态；PD快充控制模块，可以实时获取输出接口的状态和调节端口的输出功率。

当仅有单接口设备接入时，单口输出功率为大功率输出；当两个接口同时有设备接入时，两个输出接口的功率都为小功率输出，当拔出其中任何一个Type-c接口的设备后，剩下的未拔除的Type-C充电口自动调整功率为大功率输出。

当电源适配器检测到只有一个Type-c接口接入设备时，先接入的 Type-c接口角色被设定为Master状态，其PD输出功率为大功率输出；当另一个Type-c接口接入设备时，两个Type-c接口的角色被重新设定为Slave 状态，通过快充控制模块自动调整两个Type-c接口输出功率为小功率输出；当两个Type-c接口同时接入设备后，此时，拔掉其中一个Type-c接口的充电设备，未拔出的设备Type-c接口的角色将被重新设定为Master 状态，其PD输出功率重新恢复为大功率输出。

所以，本实用新型通过智能分配多口功率来优化充电效率，可以加快用电设备的充电速度；弥补了现有技术不能实现多口同时功率分配的缺陷，能够同时实现两个输出端口的功率分配，极大的优化了充电效率。

本实施例还提供一种可以自动调节功率的快充方法，应用于上述的快充电路。如图4所示，该方法在对充电设备进行充电管理时，首先，执行检测步骤S1，第一PD控制器25、第二PD控制器35实时获取第一输出接口27、第二输出接口37的拔插状态，电源适配器通过检测第一输出接口27、第二输出接口37的CC引脚的电平信号来判断充电设备的插入和拔出。

接着，执行切换步骤S2，当第一输出接口27处于接入状态时，第一 PD控制器35的GPIO1端设置为高电平，并设置第一输出接口27角色为 Master状态，第一PD控制器25通过设置GPIO模块中的GPIO1的电平与第二PD控制器35进行通信，并告知当前输出接口的状态；当检测到第一 PD控制器25的GPIO2端为高电平时，则确定第二输出接口37已经接入充电设备，当前的两个输出接口角色均设置为Slave状态；当检测到第一输出接口27拔出时，第一PD控制器25将其GPIO1端设置为低电平，同时切换第一输出接口27角色为Slave状态，第二输出接口37角色为Master 状态。

然后，执行功率分配输出步骤S3，第一PD控制器25、第二PD控制器35分别根据第一输出接口27、第二输出接口37的角色来设定输出功率，当第一输出接口27的角色为Master状态时，第一PD控制器25设置其输出功率为大功率输出，如30W；当第一输出接口27的角色为Slave状态时，第一PD控制器25设置其输出功率为小功率输出，如18W。

进一步的，在执行检测步骤S1之前，还执行一初始化步骤S0：将第一PD控制器25的GPIO1端设置为低电平，第一PD控制器25的GPIO2 端设置为输入检测模式；将第二PD控制器35的GPIO1端设置为低电平，第二PD控制器35的GPIO2端设置为输入检测模式。

进一步的，在切换步骤中，当第一输出接口27处于拔出状态时，第一 PD控制器25的GPIO1端设置为低电平，并且继续检测第一输出接口27、第二输出接口37的拔插状态；若检测到第二输出接口37处于接入状态时，第二PD控制器35的GPIO1端设置为高电平，并设置第二输出接口37角色为Master状态，第二PD控制器35通过设置GPIO模块中的GPIO1的电平与第一PD控制器25进行通信，并告知当前输出接口的状态。

进一步的，在切换步骤中，当检测到第一PD控制器25的GPIO2端为低电平时，则确定第二输出接口37没有接入充电设备，当前第一输出接口27角色设置为Master状态。

具体地，本实施例的方法主要分为初始化、插入和拔出检测、角色切换和功率分配4个阶段。

在初始化步骤中，PD控制器将其GPIO1端设置为低电平，GPIO2端设置为输入检测模式。

在检测步骤中，电源适配器通过判断Type-c接口的电平信号，来做插入和拔出检测。该方式相比传统的设备省去了插入和拔出检测电路，从而节省了电路成本。

在切换步骤中，电源适配器实时检测Type-c接口的接入和拔出状态，当Type-c接口处于接入状态时，GPIO1端设置为高电平。反之，当Type-c 接口处于拔出状态时，GPIO1端设置为低电平。其中，第一个PD控制器通过GPIO模块检测电平变化来与另一个PD控制器进行通信，来告知当前Type-c接口的状态。当第一个PD控制器检测到其GPIO2口为高电平时，说明另一个Type-c接口已经接入充电设备，当前的两个Type-c接口角色设置均为Slave状态；反之，当第一个PD控制器检测到其GPIO2口的电平为低电平时，则可确定另一个Type-c接口没有接入设备，当前的Type-c 接口角色设置为Master状态。

当检测到当前Type-c接口拔出时，PD控制器主动设置GPIO1为低电平来告知另一个Type-c接口，以表示当前Type-c接口已拔出，同时切换当前Type-c接口角色为Slave状态。

在功率分配输出步骤中，PD控制器根据Type-c接口的角色来设定输出接口的输出功率。当Type-c接口的角色为Master状态时，PD控制器设置其输出接口的输出功率为30W，增大输出功率；当Type-c输出口的角色为Slave状态时，PD控制器设置其输出接口的功率为18W，降低输出功率，从而能够确保两个Type-c接口都具备调节输出功率的能力。

由此可见，本实用新型的方法可以实时检测设备的插入和拔出状态，并且实时获取输出接口的状态和调节端口的输出功率，当仅有单接口设备接入时，单口输出功率为大功率输出；当两个接口同时有设备接入时，两个输出接口的功率都为小功率输出，当拔出其中任何一个Type-c接口的设备后，剩下的未拔除的Type-C充电口自动调整功率为大功率输出。

所以，本实用新型通过智能分配多口功率来优化充电效率，可以加快用电设备的充电速度；弥补了现有技术不能实现多口同时功率分配的缺陷，能够同时实现两个输出端口的功率分配，极大的优化了充电效率。

需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可以自动调节功率的快充电路，包括电源输入端、充电控制模块、第一输出接口、第二输出接口，所述电源输入端与所述充电控制模块的输入端电连接，所述充电控制模块的输出端分别与所述第一输出接口、第二输出接口电连接，其特征在于：

所述充电控制模块包括输入整流滤波模块、主功率开关电路、输出整流滤波模块、第一快充控制模块、第二快充控制模块，所述输入整流滤波模块的输出端与所述主功率开关模块的输入端电连接，所述主功率开关模块的输出端与所述输出整流滤波模块的输入端之间连接有高频变压器，所述输出整流滤波模块的输出端与所述第一快充控制模块的输入端电连接，所述输入整流滤波模块的输出端与所述第二快充控制模块的输入端之间连接有DC-DC模块，所述第一快充控制模块与所述主功率开关模块之间还连接有反馈单元，所述第一快充控制模块的输出端与所述第一输出接口电连接，所述第二快充控制模块的输出端与所述第二输出接口电连接。

2.根据权利要求1所述的快充电路，其特征在于：

所述反馈单元包括反馈电路、AC-DC控制芯片，所述反馈电路的一端连接至所述第一快充控制模块，所述反馈电路的另一端连接至所述AC-DC控制芯片，所述AC-DC控制芯片与所述主功率开关电路电连接，所述反馈电路与所述输出整流滤波电路之间还连接有电流电压采样电路，所述反馈电路通过所述电流电压采样电路的输入信号来调节所述充电控制模块的输出电压。

3.根据权利要求2所述的快充电路，其特征在于：

所述第一快充控制模块包括第一开关、第一PD控制器，所述第一PD控制器获取所述第一输出接口处充电设备的第一所需充电电压和第一所需充电功率，并控制所述反馈电路通过所述AC-DC控制芯片向主功率开关电路输出PWM驱动信号，所述主功率开关电路向所述输出整流滤波模块输出第一高频交流电压信号，所述输出整流滤波模块将所述第一高频交流电压信号转换为与所述第一所需充电电压对应的第一直流电压信号通过所述第一开关输送至所述第一输出接口。

4.根据权利要求3所述的快充电路，其特征在于：

所述第二快充控制模块包括第二开关、第二PD控制器，所述第二PD控制器获取所述第二输出接口处充电设备的第二所需充电电压和第二所需充电功率，所述第二PD控制器与所述第一PD控制器之间通过GPIO模块进行通信，所述输出整流滤波模块将所述主功率开关电路输出的第二高频交流电压信号转换为与所述第二所需充电电压对应的第二直流电压信号输出至所述DC-DC模块，所述DC-DC模块将直流转换后的第二直流电压信号通过所述第二开关输送至所述第二输出接口。

5.根据权利要求1至4任一项所述的快充电路，其特征在于：

所述输入整流滤波模块包括EMI滤波模块和桥式整流模块，所述EMI滤波模块与所述桥式整流模块电连接。

6.根据权利要求1至4任一项所述的快充电路，其特征在于：

所述第一输出接口、所述第二输出接口均为Type-C接口。

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