CN211377899U - 基于pps规范的pd电源电路及pd电源设备 - Google Patents

Abstract

一种基于PPS规范的PD电源电路和PD电源设备，PPS电源电路通过设置一个主控芯片以外的控制器将数字信号的调电压/电流的指令转换为模拟信号的PWM信号，主控芯片设置的信号发生电路根据PWM信号的参数与内部基准信号、采样信号的关系得到调整信号从而调整电源电路的输出，从而实现输出电压/输出电流可调，如此，利用分立元件替代了DAC，降低成本的同时还减少了电路整体尺寸，同时相比于改变输出端调压电阻的方式精度也更高。

Description

基于PPS规范的PD电源电路及PD电源设备

技术领域

本申请属于电源技术领域，尤其涉及一种基于PPS规范的PD电源电路及PD电源设备。

背景技术

PPS(Programmable Power Supply，可编程电源)规范是USB PD(Power Delivery，功率输出)3.0标准的一个重要更新，旨在对目前的快充方案实现统一规范。根据现阶段市场应用需求，PPS规范的USB PD 3.0标准可以实现3.0V到20V的输出电压调节，调幅电压为20mV，因此其可以实现高压小电流以及低压大电流两种充电方式。

目前主流BMU(Battery Management Unit，电池管理单元)调节输出电压/输出电流方式有两种，即根据外部MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)所发的相关指令通过I2C通讯进行调节；BMU输出反馈端调节。然而也存在普遍缺点：

1)根据I2C通讯调节，MCU发送数字指令，需通过DAC(数模转换器)转换成相应的模拟电压信号送入至芯片，调节芯片内部基准电压从而得到想要的输出电压或者输出电流，其调节精度主要由DAC精度来决定，根据现阶段BMU产品数据分析，DAC至少需要10bit，有些应用场合如移动电源，DAC精度需要11bit。更重要的是DAC需集成在BMU中，这样导致研发成本提高，同时芯片尺寸也会增加。无疑对普遍客户来讲是比较难接受的。

2)对于输出端调节，其原理是改变输出端的调压电阻，从而改变反馈端的分压比例，得到想要的输出电压或者输出电流。然而此调节方式相比I2C调节，其调节精度较差，因为会面临设计较为复杂的阻抗匹配问题，往往满足不了市场对其输出精度的需求。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种基于PPS规范的PD电源电路及PD电源设备，旨在解决传统的PD电源电路存在成本高、精度低的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种基于PPS规范的PD电源电路，包括：

输入接口，用于输入第一直流电；

电压变换电路，与所述输入接口连接用于将第一直流电变换成第二直流电；

输出接口，用于输出所述第二直流电以及接收包含第二直流电目标参数的调节指令；

第一控制器，与所述输出接口连接，接收所述调节指令，并将所述调节指令转换为相应的PWM信号并输出；

第二控制器，包括信号发生电路、比较电路以及逻辑控制电路，所述信号发生电路与所述第一控制器连接，接入所述PWM信号并处理得到相应的线性直流分量，所述比较电路将所述线性直流分量与采样信号及基准信号进行比较并得到第一比较结果，所述逻辑控制电路根据第一比较结果控制所述电压变换电路调节所输出所述第二直流电达到目标参数。

在其中一个实施例中，所述信号发生电路具体用于将所述PWM信号斩波后在进行低通滤波得到直流分量。

在其中一个实施例中，所述信号发生电路包括依次连接的斩波电路和低通滤波器。

在其中一个实施例中，所述低通滤波器为一阶低通滤波器。

在其中一个实施例中，所述阶低通滤波器包括电阻和电容，所述电阻连接在所述斩波电路。

在其中一个实施例中，所述电容为所述第二控制器的外设器件。

在其中一个实施例中，所述信号发生电路还包括放大器，所述放大器将所述直流分量按预设倍数放大后输出。

在其中一个实施例中，所述调节指令包括电压调节目标参数和/或电流调节目标参数；

所述信号发生电路为两个，分别用于接入与电压调节目标参数或电流调节目标参数相对应的PWM信号并处理得到相应的线性直流分量。

在其中一个实施例中，所述比较电路具体用于将所述线性直流分量和检测所述第二直流电得到的采样信号进行比较得到第二比较结果，并将所述基准信号和所述第二比较结果进行比较并得到所述第一比较结果。

在其中一个实施例中，所述采样信号为所述第二直流电的电压采样信号和/或其对应电流采样信号；所述比较电路将根据电压调节的目标参数得到的线性直流分量与所述电压采样信号进行比较，根据将电流调节的目标参数得到的线性直流分量与所述电流采样信号进行比较。

本申请实施例的第二方面提供了一种PD电源，包括以上所述的基于PPS规范的PD电源电路。

上述的基于PPS规范的PD电源电路通过设置一个主控芯片以外的控制器将数字信号的调电压/电流的指令转换为模拟信号的PWM信号，主控芯片设置的信号发生电路根据PWM信号的参数与内部基准信号、采样信号的关系得到调整信号从而调整电源电路的输出，从而实现输出电压/输出电流可调，如此，利用分立元件替代了DAC，降低成本的同时还减少了电路整体尺寸，同时相比于改变输出端反馈电阻阻值的方式精度也更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的基于PPS规范的PD电源电路结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的基于PPS规范的PD电源电路结构示意图；

图3为图1或图2所示的基于PPS规范的PD电源电路中信号发生电路的示例电路图；

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，本申请一实施例提供的基于PPS规范的PD电源电路，该PPS电源电路可以应用在适配器、移动电源或者用电设备的内部等PD电源中，该PPS电源电路包括输入接口110、电压变换电路120、输出接口130、第一控制器140以及第二控制器150。其中，第一控制器140一般是MCU，比如单片机、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片；第二控制器150为电压变换电路120的驱动芯片，再此不作限制。

输入接口110用于输入第一直流电Vin，该第一直流电Vin可以是由电池提供，也可以有AC-DC电路提供，甚至也可以是DC-DC电路提供。

电压变换电路120与输入接口110连接用于将第一直流电Vin变换成第二直流电Vbus；电压变换电路120为升压电路(Boost电路)、降压电路(Buck电路)或升降压电路(Boos-Buck电路)。

输出接口130用于输出第二直流电Vbus以及接收包含第二直流电Vbus目标参数的调节指令，在PPS规范的PD电源电路输出接口130一般为Type-C接口，输出接口130带有PD协议芯片，可以用于收发数字信号、指令和传输电能。而随着技术的发展，该输出接口130可以不限于Type-C接口，也可以是其他接口，比如雷电接口等。

第一控制器140与输出接口130连接，接收来自输出接口130反馈的包括第二直流电Vbus目标参数的调节指令，并将调节指令转换为相应的PWM信号并输出。第一控制器140可以利用时钟提取调节指令的数据，并根据调节指令的数据精准地输出相应的PWM信号。

第二控制器150包括信号发生电路152、比较电路154以及逻辑控制电路156，信号发生电路152与第一控制器140连接，信号发生电路152接入第一控制器140输出的PWM信号并处理得到相应的线性直流分量Vdc，比较电路154将线性直流分量Vdc与采样信号Vfb/Isense及基准信号Vramp进行比较并得到第一比较结果Vpwm，逻辑控制电路156根据第一比较结果Vpwm控制电压变换电路120调节所输出第二直流电Vbus达到目标参数。

本实施例中，第一控制器140将数字信号的调节电压/电流的指令转换为模拟信号的PWM信号，第二控制器150设置的信号发生电路152对PWM信号进行处理得到与PWM信号相关的线性直流分量Vdc，比较电路154将线性直流分量Vdc与采样信号进行比较后再将结果与内部基准信号进行比较得到调整信号，逻辑控制电路156根据该调整喜欢从而调整电源电路的输出，从而实现输出电压/输出电流可调，如此，利用分立元件替代了DAC，降低成本的同时还减少了电路整体尺寸，同时相比于改变输出端调压电阻的方式精度也更高。

另外，利用信号发生电路152将代表调节指令的PWM信号转换成线性直流分量Vdc，比较电路154将线性的直流分量Vdc与其他信号进行比较得到的调整信号，相比于传统的将阶梯状的与调节指令关联的信号与其他信号进行比较得到的调整信号更加平稳，从而使得逻辑控制电路156对输出电压/输出电流(即第二直流电Vbus)的调节更平稳。

请参阅图2，本申请的其中一个实施例中，输出接口模块130反馈回来的第二直流电Vbus目标参数的调节指令包括电压调节目标参数、电流调节目标参数中至少一项。相应地，第一控制器140可以根据包含电压调节目标参数的调节指令和包含电流调节目标参数的调节指令分别转换为两路PWM信号并通过不同的管脚输出。与此对应的，第二控制器150中的信号发生电路152也为两个，分为电压信号发生电路和电流信号发生电路，电压信号发生电路用于接入与电压调节目标参数相对应的PWM信号并处理得到相应的直流分量Vdc1，电流信号发生电路与电流调节目标参数相对应的PWM信号并处理得到相应的直流分量Vdc2。

对此，如果PPS电源电路应用在系统时，在使用过程中，仅需要其所输出的第二直流电Vbus的电压或电流进行调整，那么，第一控制器140可以仅用一个管脚与第二控制器150进行连通，从而节省接口资源；第二控制器150的信号发生电路152也可以仅保留所能使用到的一个，以降低成本和芯片面积。

信号发生电路152具体用于将PWM信号斩波后在进行低通滤波得到直流分量Vdc。请参阅图3，在其中一个实施例中，信号发生电路152包括依次连接的斩波电路1522和低通滤波器1524，斩波电路1522用于将PWM信号限制值预设的幅值，比如，输入时为0-5V，经过斩波后为0-2.5V，低通滤波器1524将滤除斩波后的PWM信号的交流分量保留至少部分直流分量Vdc1/Vdc2后输出。

在其中一个实施例中，低通滤波器1524为一阶低通滤波器1524。低通滤波器1524包括电阻R1和电容C1，电阻R1连接在斩波电路1522。在其中一个实施例中，电容C1为第二控制器150的外设器件，可用于随时调整直流分量Vdc1/Vdc2的压值大小。

请参阅图3，在其中一个实施例中，信号发生电路152还包括一放大器1526，放大器1526将直流分量Vdc按预设倍数放大后输出。示电路应用环境需求，放大器1526可以保留或去除，放大器1526的增益也可视情况设置。

在其中一个实施例中，比较电路154具体用于将直流分量Vdc1/Vdc2和检测第二直流电Vbus得到的采样信号进行比较得到第二比较结果Vea，并将基准信号Vramp和第二比较结果Vea进行比较并得到第一比较结果Vpwm，该第一比较结果Vpwm作为调整信号被输入到逻辑控制电路156，逻辑控制电路156根据调整信号从而调整输出到电压变换电路120的驱动信号，从而调整所输出的第二直流电Vbus的输出参数，使得输出参数向目标参数靠近并最终达到目标参数。

具体地，采样信号为第二直流电Vbus的对应电压采样信号Vfb、对应电流采样信号Isense中至少一项；与此对应的，比较电路154将根据电压调节的目标参数得到的直流分量Vdc与电压采样信号Vfb进行比较，根据将电流调节的目标参数得到的直流分量Vdc与电流采样信号Isense进行比较。

本实施例中，比较电路154包括第一比较器1541、第二比较器1542及第三比较器1543，第一比较器1541的一个输入端连接电压信号发生电路152的输出，另一个输入端连接检测第二直流电Vbus得到的电压采样信号Vfb，输出端连接第三比较器1543的第一输入端；第二比较器1542的一个输入端连接电流信号发生电路152的输出，另一个输入端连接检测第二直流电Vbus得到的电流采样信号Isense，输出端连接第三比较器1543的第一输入端；第三比较器1543的第二输入端连接一基准信号Vramp，第三比较器1543的输出连接逻辑控制电路156的输入。本实施例中，基准信号Vramp为交流信号，比如谐波信号、方波信号、正弦信号、三角波信号等，而基准信号Vramp是基于第二控制器150的时钟信号产生。

对此，如果PPS电源电路应用在系统时，在使用过程中，仅需要其所输出的第二直流电Vbus的电压或电流进行调整，第二控制器150的比较电路154中的第一比较器1541、第二比较器1542也可以仅保留所能使用到的一个，以降低成本和芯片面积。

请参阅图3，在其他实施方式中，即使PPS电源电路应用在系统时，所输出的第二直流电Vbus的电压和电流都需要调整，第二控制器150也可以仅保留一个信号发生电路152，仅保留第一比较器1541和第二比较器1542其中一个比较器，而可以采用将电流相关的PWM信号和电压相关的PWM信号采用分时接入的方式，电压采样信号Vfb、电流采样信号Isense也采用分时接入的方式，第二控制器150可以在电压和电流调整中先择一调整好其中一项后再调整另一项，如此也是一种降低成本和芯片面积的方式。

上述的基于PPS规范的PD电源电路通过设置一个主控芯片以外的控制器将数字信号的调电压/电流的指令转换为模拟信号的PWM信号，主控芯片内设一个信号发生电路根据PWM信号的参数与内部基准信号、采样信号Vfb/Isense的关系得到调整信号从而调整电源电路的输出，从而实现输出电压/输出电流可调，如此，利用分立元件替代了DAC，降低成本的同时还减少了电路整体尺寸，同时相比于改变输出端反馈电阻阻值的方式，其精度也更高。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，包括：

输入接口，用于输入第一直流电；

电压变换电路，与所述输入接口连接用于将第一直流电变换成第二直流电；

输出接口，用于输出所述第二直流电以及接收包含第二直流电目标参数的调节指令；

第一控制器，与所述输出接口连接，接收所述调节指令，并将所述调节指令转换为相应的PWM信号并输出；

第二控制器，包括信号发生电路、比较电路以及逻辑控制电路，所述信号发生电路与所述第一控制器连接，接入所述PWM信号并处理得到相应的线性直流分量，所述比较电路将所述线性直流分量与采样信号及基准信号进行比较并得到第一比较结果，所述逻辑控制电路根据第一比较结果控制所述电压变换电路调节所输出所述第二直流电达到目标参数。

2.如权利要求1所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述信号发生电路具体用于将所述PWM信号斩波后在进行低通滤波得到所述线性直流分量。

3.如权利要求2所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述信号发生电路包括依次连接的斩波电路和低通滤波器。

4.如权利要求3所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述低通滤波器为一阶低通滤波器。

5.如权利要求3所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述低通滤波器包括电阻和电容，所述电阻连接在所述斩波电路；所述电容为所述第二控制器的外设器件。

6.如权利要求3所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述信号发生电路还包括放大器，所述放大器将所述直流分量按预设倍数放大后输出。

7.如权利要求2所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述调节指令包括电压调节目标参数和/或电流调节目标参数；

所述信号发生电路为两个，分别用于接入与电压调节目标参数或电流调节目标参数相对应的PWM信号并处理得到相应的所述线性直流分量。

8.如权利要求1至7任一项所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述比较电路具体用于将所述线性直流分量和检测所述第二直流电得到的采样信号进行比较得到第二比较结果，并将所述基准信号和所述第二比较结果进行比较并得到所述第一比较结果。

9.如权利要求8所述的基于PPS规范的PD电源电路，其特征在于，所述采样信号为所述第二直流电的电压采样信号和/或电流采样信号；所述比较电路将根据电压调节的目标参数得到的线性直流分量与所述电压采样信号进行比较，根据将电流调节的目标参数得到的线性直流分量与所述电流采样信号进行比较。

10.一种PD电源设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的基于PPS规范的PD电源电路。

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