CN213402843U - 一种智能电源适配器 - Google Patents

Abstract

一种智能电源适配器，其主要包括整流电路，该整流电路包括整流桥和滤波模块，其中整流桥包括两个输入端和两个输出端，滤波模块包括两个输入端和两个输出端，滤波模块的两个输入端与整流桥的两个输出端配合连接；滤波模块的两个输入端和两个输出端之间设有并联的多个高压电解电容，多个高压电解电容用于适配不同交流电压输入时所需的电容容量。由于滤波模块内设有并联的多个高压电解电容，那么可以根据不同交流电压输入时所需的电容容量合理配置电容的并入个数，必要时使用较小耐压值的电容即可，从而改善电源适配器中PCB电路上电容所占用的空间体积。

Description

一种智能电源适配器

技术领域

本发明涉及直流电源技术领域，具体涉及一种智能电源适配器。

背景技术

手机、平板电脑、智能家居等用户终端设备越来越成为人们生活中不可或缺的一部分，而对这些移动设备进行充电则是不得不考虑的问题。市面上存在各式各样的电源适配器，其工作原理是由交流输入转换为直流输出，广泛配套于各种用户终端设备上。

电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路等元器件组成，通常具有高效率、低功耗、体积小、重量轻等显著特点，代表了稳压电源的发展方向，成为现代稳压电源的主流产品，为人们的日常生活带来便利。

目前，市场上的电源适配器产品内部电路多采用400V左右的耐压电解电容进行前端稳压设计，存在电解电容使用数量多、占用PCB空间的情况，若要适配器壳体能够收纳这样的PCB电路，则必须增大适配器的壳体体积，如此会带来一些不利影响，比如容易降低产品的使用体验，也不符合电源设备日趋小型化发展趋势。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何优化设计电源适配器的内部PCB电路，通过减小PCB电路的体积提升用户对电源适配器产品的使用体验。

为解决上述技术问题，本申请实施例中提供一种智能电源适配器，其包括整流电路，所述整流电路包括整流桥和滤波模块；所述整流桥包括两个输入端和两个输出端；所述整流桥的两个输入端用于输入交流电；所述滤波模块包括两个输入端和两个输出端，所述滤波模块的两个输入端与所述整流桥的两个输出端配合连接；所述滤波模块的两个输出端用于输出直流电；所述滤波模块的两个输入端和两个输出端之间设有并联的多个高压电解电容，所述多个高压电解电容用于适配不同交流电压输入时所需的电容容量。

所述整流桥包括整流二极管D1、D2、D3和D4；整流二极管D1的负极和整流二极管D2的正极连接，整流二极管D3的正极和整流二极管D4的负极连接，两个连接处配合形成所述整流桥的两个输入端；整流二极管D2的负极和整流二极管D3的负极连接，整流二极管D1的正极和整流二极管D4的正极连接，两个连接处配合形成所述整流桥的两个输出端。

所述滤波模块的两个输入端和两个输出端之间形成有正极线路和负极线路，所述多个高压电解电容的正极均连接在正极线路上，且所述多个高压电解电容的负极均连接在负极线路上。

所述多个高压电解电容包括电解电容C1、C2、C3；所述电解电容C1、C2均具有300V以上的耐压值，所述电解电容C2具有230V以上且300V以下的耐压值。

所述滤波模块还包括场效应管M1，所述场效应管M1包括漏极、源极和控制极；所述场效应管M1通过自身的漏极和源极串联在所述电解电容C2和相连的正极线路之间；所述场效应管M1用于通过自身的控制极来控制漏极到源极的导通或断开。

所述的智能电源适配器还包括电流检测模块和电压检测模块；所述电流检测模块包括电阻R4和电流检测电路，电阻R4串联在所述滤波模块的负极线路上，所述电流检测电路与电阻R4的一端连接且用于检测负极线路上的电流；所述电压检测模块包括电阻R1、R2、R3和电压检测电路，电阻R1、R2、R3串联在所述滤波模块的正极线路和负极线路之间，电阻R1、R2的连接处或者电阻R2、R3的连接处与所述电压检测电路连接，所述电压检测电路用于检测所述滤波模块中正极线路上的电压。

所述的智能电源适配器还包括控制器，所述控制器包括多个IO接口，所述多个IO接口分别与所述场效应管M1、所述电流检测电路、所述电压检测电路连接；所述控制器用于在所述电压检测电路检测到的电压低于预设的第一阈值，且所述电流检测模块检测到的电流高于预设的第二阈值时，发送控制信号至所述场效应管M1的控制极以控制所述场效应管M1的漏极到源极导通。

所述的智能电源适配器还包括设于所述整流电路后端的稳压电路；所述稳压电路包括至少一路输入端、至少一路输出端和公共接地端；所述稳压电路的输入端、公共接地端与所述整流电路中滤波模块的两个输出端配合连接；所述稳压电路用于对所述整流电路输出的直流电进行稳压变换，并通过自身的输出端和公共接地端将稳压变换后的直流电提供给外部的直流用电设备。

所述的智能电源适配器还包括至少一个USB端口，所述USB端口与所述稳压电路的任一输出端和公共接地端连接，用于适配连接外部的直流用电设备。

所述的智能电源适配器，其特征在于，还包括充电管理电路，所述充电管理电路与所述稳压电路信号连接，用于依据内置的快充协议控制所述稳压电路输出快充要求的电压和电流。

本申请的有益效果是：

依据上述实施例的一种智能电源适配器，其主要包括整流电路，该整流电路包括整流桥和滤波模块，其中整流桥包括两个输入端和两个输出端，滤波模块包括两个输入端和两个输出端，滤波模块的两个输入端与整流桥的两个输出端配合连接；滤波模块的两个输入端和两个输出端之间设有并联的多个高压电解电容，多个高压电解电容用于适配不同交流电压输入时所需的电容容量。第一方面，由于滤波模块内设有并联的多个高压电解电容，那么可以根据不同交流电压输入时所需的电容容量合理配置高压电解的并入个数，必要时使用较小耐压值的电容即可(电解电容耐压越小，相同尺寸可做更大的容量)，从而改善电源适配器中PCB电路上电容的空间占用体积；第二方面，在内部PCB电路能够减小体积的情况下，利于使用较小的产品外壳容纳PCB电路，从而使得电源适配器的外部体积减小，容易给消费者带来更好的使用体验；第三方面，本申请技术方案可以克服现有适配器内部电路结构复杂的问题，优化内部电路并降低产品的生产成本且不降低电源适配输出的性能，增强适配器产品的市场竞争力。

附图说明

图1为本申请实施例一中智能电源适配器的电路结构示意图；

图2为本申请实施例二中智能电源适配器的电路结构示意图；

图3为本申请实施例三中智能电源适配器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一、

请参考图1，本实施例公开一种智能电源适配器，其主要包括整流电路1，该整流电路1包括整流桥11和滤波模块12，下面分别说明。

整流桥11包括两个输入端(参见附图标记A1、A2)和两个输出端(参见附图标记A3、A4)。整流桥11的两个输入端用于输入交流电，比如，整流桥11的两个输入端(A1、A2)分别连接交流电的L相和N相，如此可以实现交流电的AC输入。

需要说明的是，整流桥11的作用是将交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流桥11主要由桥式的整流二极管组成，经过整流桥11之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，即单向脉动性直流电压。

滤波模块12包括两个输入端(参见附图标记A5、A6)和两个输出端(参见附图标记A7、A8)。本实施例中，滤波模块12的两个输入端(A5、A6)与整流桥11的两个输出端(A5、A4)配合连接，比如输入端A5与输出端A3连接，输入端A6与输出端4连接。此外，滤波模块12的两个输出端用于输出直流电，比如，滤波模块12的输出端A7接地并形成负极，输出端A8形成正极，如此可以实现直流电的DC输出。

在本实施中，滤波模块12的两个输入端和两个输出端之间设有并联的多个高压电解电容，并联设置的多个高压电解电容用于适配不同交流电压输入时所需的电容容量。需要说明的是，高压电解电容具有耐直流高压且存储电能的性能，能够对整流桥11输出的单向脉动性直流电压起到滤波稳压作用；此外，单个高压电解电容所能够提供的耐压值(单位为V)需要大于交流电整流后的直流电压，多个高压电解电容所能够提供的电容容量(单位为uF)需要大于交流电整流后的直流功率换算量(通常100-240Vac输入的电源，按照2uF/W换算)。所以，根据交流电的电压大小合理配置高压电解电容的数量、耐压值和电容容量可以最大限度地利用这些电容组件，避免使用过多的电容。

在本实施例中，参见图1，整流桥11包括整流二极管D1、D2、D3和D4。其中，整流二极管D1的负极和整流二极管D2的正极连接，整流二极管D3的正极和整流二极管D4的负极连接，两个连接处配合形成整流桥11的两个输入端。整流二极管D2的负极和整流二极管D3的负极连接，整流二极管D1的正极和整流二极管D4的正极连接，两个连接处配合形成整流桥的两个输出端。具体地，整流二极管D1的负极和整流二极管D2的正极连接处形成整流桥11的输入端A1，整流二极管D3的正极和整流二极管D4的负极连接处形成整流桥11的输入端A2；整流二极管D2的负极和整流二极管D3的负极连接处形成整流桥11的输出端A3，整流二极管D1的正极和整流二极管D4的正极连接处形成整流桥11的输出端A4。

需要说明的是，由于桥式整流电路是比较基本的电路结构，常见于一些电源PCB面板上，所以这里不再对整流桥11的工作原理进行说明。

在本实施例中，参见图1，滤波模块12的两个输入端和两个输出端之间形成有正极线路和负极线路，比如输入端A5和输出端A7之间形成有正极线路，输入端A6和输出端A8之间形成有负极线路。那么，多个高压电解电容的正极均连接在正极线路上，且多个高压电解电容的负极均连接在负极线路上。

在一个具体实施例中，参见图1，多个高压电解电容包括电解电容C1、C2、C3；其中，电解电容C1、C2均具有300V以上的耐压值，优先选择400V耐压值、33uF电容值的电解电容；电解电容C2具有230V以上且300V以下的耐压值，优选地选择具有250V耐压值、68uF电容值的电解电容。

比如，假设AC输入(如AC100V至AC240V的交流输入)经整流桥11和滤波模块12后需要得到65W的DC输出，电解电容要按2uF/W来进行选择，则需要130uF的电容容量。按照以往电路设计，会选择使用4颗400V 33uF的电解电容，这4颗电解电容焊接在PCB面板上会增大面板的空间体积。采用本实施例提供的技术方案时，只需要3颗电解电容(2颗400V 33uF的电解电容，一颗250V 68uF的电解电容)即可。可以理解，虽然仅减少了一个电解电容的使用量，也能够优化PCB面板的电路设计结构，从而减小PCB面板的空间占用体积。

实施例二、

请参考图2，本实施例公开一种智能电源适配器，其不仅包括整流桥11和滤波模块12，还包括电流检测模块13、电压检测模块14和控制器15，其中，滤波模块12还包括场效应管M1。下面分别说明。

整流桥11和滤波模块12的具体电路结构和功能可以参见上述的实施例一，本实施例中不再赘述。

场效应管M1包括漏极、源极和控制极。场效应管M1通过自身的漏极和源极串联在电解电容C2和相连的正极线路之间，场效应管M1的控制器用来连接控制器15。可以理解，场效应管M1用于通过自身的控制极来控制漏极到源极的导通或断开；也就是说，场效应管M1的漏极到源极导通时滤波模块12中的电解电容C2接入正极线路且参与直流滤波，场效应管M1的第漏极到源极断开时滤波模块12中的电解电容C2脱离正极线路且无法参与直流滤波。

在本实施例中，电流检测模块13和电压检测模块14分别对滤波模块12中正极线路、负极线路上的电压、电流起到检测作用，从而检测得到电压值和电流值；控制器15对滤波模块12中的场效应管M1起到开/断的控制作用。

在一个具体实施中，参见图2，电流检测模块13包括电阻R4和电流检测电路131。其中，电阻R4串联在滤波模块12的负极线路上，电流检测电路131与电阻R4的一端连接且用于检测负极线路上的电流。具体地，电阻R4上存在一定的直流电压并流过电流，那么流过的电流可以被电流检测电路131检测到。电流检测电路131可以是市面上常见的芯片，比如型号为AD8217的直流检测芯片，这里不再对芯片的电路结构和工作原理进行说明。

在一个具体实施例中，参见图2，电压检测模块14包括电阻R1、R2、R3和电压检测电路141。其中，电阻R1、R2、R3串联在滤波模块12的正极线路和负极线路之间，电阻R1、R2的连接处或者电阻R2、R3的连接处与电压检测电路141连接，比如，电压检测电路141接入电阻R2和R3的连接处；可以理解，电阻R1、R2、R3串联形成分压电压，使得电压检测电路141可以用来检测滤波模块12中正极线路上的电压。假设电压检测电路141检测到的电压值为U₁，那么正极线路上的电压(即DC输出的电压)用公式表示为U₀＝U₁(R₁+R₂+R₃)/R₃。此外，电压检测电路141可以采用市面上常见的芯片，比如型号为HT7070A的电压检测芯片，这里不再对芯片的电路结构和工作原理进行说明。

在一个具体实施例中，参见图2，控制器15可以包括多个IO接口，多个IO接口分别与场效应管M1控制极、电流检测电路131模块、电压检测电路141模块连接；可以理解，控制器15可以从电流检测电路131模、电压检测电路141模块别获得检测到的电压值和电流值。具体地，控制器15用于在电压检测电路141模块检测到的电压低于预设的第一阈值，且电流检测电路131模块检测到的电流高于预设的第二阈值时，发送控制信号至场效应管M1的控制极以控制场效应管M1的漏极到源极导通；反之，场效应管M1的控制极在未接收到控制信号时控制自身漏极和源极关断。

需要说明的是，第一阈值是预先设置的电压值，比如设置为200V至250V中的某一个数值。第二阈值是预先设置的电流值，比如设置为0.2A至1.0A中的某一个数值。

例如，当控制器15判断电压检测电路141检测到电压低于DC233V(即AC165V对应的直流电压)时，且判断电流检测电路131检测到的电流大于0.7A(在输出功率为65W情况下计算，功率65W除以能量转换效率0.9、交流电压165V、功率因数0.6后近似得到)时，控制器15发出控制信号以控制场效应管M1打开，从而使得滤波模块12中的电解电容C2与电解电容C1、C3之间并联来提升电容容量，从而满足交流低电压(小于AV165V的电压)输入时的电容容量。那么可以理解，当控制器15判断电压检测电路141检测到电压高于DC233V时，同时判断电流检测电路131检测到的电流小于0.7A时，控制器15不再发出控制信号以使得场效应管M1处于关断状态，此时滤波模块12中的电解电容C2处于断路，由于此时输入交流电的电压较高，则电解电容C1、C3并联使用就可以满足所需要的电容容量。

需要说明的是，本实施例中涉及的控制器15仅涉及物理量的数值判断过程，逻辑过程简单且常见，因此控制器15实现的功能属于现有技术，不对本申请技术方案的保护内容构成限制。

本领域的技术人员可以理解，由于滤波模块12内设有并联的多个高压电解电容，那么可以根据不同交流电压输入时所需的电容容量合理配置高压电解电容的并入个数，必要时使用较小耐压值的电容即可，从而改善电源适配器中PCB电路上电容的空间占用体积。那么，在内部PCB电路能够减小体积的情况下，利于使用较小的产品外壳容纳PCB电路，从而使得电源适配器的外部体积减小，容易给消费者带来更好的使用体验。

实施例三、

请参考图3，本实施例中公开一种智能电源适配器，其不仅包括整流桥11、滤波模块12、电流检测模块13、电压检测模块14和控制器15，还包括设于整流电路11后端的稳压电路2，下面具体说明。

整流桥11和滤波模块12的具体电路结构和功能可以参见上述的实施例一，本实施例中不再赘述。

电流检测模块13、电压检测模块14和控制器15的具体电路结构和功能可以参见上述的实施例二，本实施例中不再赘述。

参见图1和图3，稳压电路2包括至少一路输入端、至少一路输出端和公共接地端。稳压电路2的输入端、公共接地端与整流电路1中滤波模块12的两个输出端(A7、A8)配合连接，稳压电路2的输出端、公共接地端用于接入直流用电设备。可以理解，稳压电路2的输入端可以与滤波模块12的输出端A7连接，稳压电路2的公共接地端可以与滤波模块12的输出端A8连接。

需要说明的是，稳压电路2用于对整流电路1输出的直流电进行稳压变换，并将稳压变换后的直流电提供给外部的直流用电设备Z1。

需要说明的是，稳压电路2可以采用常见的直流稳压芯片，也可以采用未来出现的稳压集成电路，这里不做限制。

进一步地，本实施例中的智能电源适配器还包括至少一个USB端口3，USB端口3与稳压电路2的任一输出端和公共接地端连接，用于适配连接外部的直流用电设备。具体地，若存在多个USB端口，则各USB端口可以与稳压电路2的各路输出端一一对应连接，同时拥有共同的公共接地端，这样每个USB端口都可以单独对外提供直流电。

可以理解，USB端口3可以作为供电输出端口，用于接入外部的直流用电设备，并且能够为接入的直流用电设备进行供电。

进一步地，本实施例中的智能电源适配器还包括充电管理电路，该充电管理电路与稳压电路2信号连接，用于依据内置的快充协议控制稳压电路2输出快充要求的电压和电流。在一个具体实施例中，充电管理电路4可以采用PD快充式集成电路，那么，PD快充式集成电路可以采用型号为U7618B的常用芯片，可以支持USB Type-C协议、USB Power Delivery(PD)3.0协议、PD3.0分层通信协议，还支持Quick Charge 3.0/2.0协议、华为FCP/SCP协议、三星AFC协议、USB BC1.2 DCP、Apple 2.4A充电协议，能够对外控制输出大电流、电功率的充电输出功能，满足不同类型的用户用电设备的需求。

本领域技术人员可以理解，本实施例中提供的技术方案使用了较少的元器件就可实现电源适配器的整流、滤波、稳压和快充功能，利于克服现有适配器内部电路结构复杂的问题，不仅精简了电路结构，还能够降低产品的生产成本，从而增强适配器产品的市场竞争力。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种智能电源适配器，其特征在于，包括整流电路、电流检测模块、电压检测模块和控制器，所述整流电路包括整流桥和滤波模块；

所述整流桥包括两个输入端和两个输出端；所述整流桥的两个输入端用于输入交流电；

所述滤波模块包括两个输入端和两个输出端，所述滤波模块的两个输入端与所述整流桥的两个输出端配合连接；所述滤波模块的两个输出端用于输出直流电；

所述滤波模块的两个输入端和两个输出端之间设有并联的多个高压电解电容，所述滤波模块的两个输入端和两个输出端之间形成有正极线路和负极线路，所述多个高压电解电容的正极均连接在正极线路上，且所述多个高压电解电容的负极均连接在负极线路上；所述多个高压电解电容用于适配不同交流电压输入时所需的电容容量；

所述滤波模块还包括场效应管M1，所述场效应管M1包括漏极、源极和控制极，所述场效应管M1通过自身的漏极、源极串联在其中一个所述高压电解电容和相连的正极线路之间；所述场效应管M1用于通过自身的控制极来控制漏极到源极的导通或断开；

所述电流检测模块包括电阻R4和电流检测电路，电阻R4串联在所述滤波模块的负极线路上，所述电流检测电路与电阻R4的一端连接且用于检测负极线路上的电流；

所述电压检测模块包括电阻R1、R2、R3和电压检测电路，电阻R1、R2、R3串联在所述滤波模块的正极线路和负极线路之间，电阻R1、R2的连接处或者电阻R2、R3的连接处与所述电压检测电路连接，所述电压检测电路用于检测所述滤波模块中正极线路上的电压；

所述控制器包括多个IO接口，所述多个IO接口分别与所述场效应管M1的控制极、所述电流检测电路、所述电压检测电路连接；所述控制器用于在所述电压检测电路检测到的电压低于预设的第一阈值，且所述电流检测电路检测到的电流高于预设的第二阈值时，发送控制信号至所述场效应管M1的控制极以控制所述场效应管M1漏极到源极导通。

2.如权利要求1所述的智能电源适配器，其特征在于，所述整流桥包括整流二极管D1、D2、D3和D4；

整流二极管D1的负极和整流二极管D2的正极连接，整流二极管D3的正极和整流二极管D4的负极连接，两个连接处配合形成所述整流桥的两个输入端；

整流二极管D2的负极和整流二极管D3的负极连接，整流二极管D1的正极和整流二极管D4的正极连接，两个连接处配合形成所述整流桥的两个输出端。

3.如权利要求1所述的智能电源适配器，其特征在于，所述多个高压电解电容包括电解电容C1、C2、C3；所述电解电容C1、C2均具有300V以上的耐压值，所述电解电容C2具有230V以上且300V以下的耐压值。

4.如权利要求1-3中任一项所述的智能电源适配器，其特征在于，还包括设于所述整流电路后端的稳压电路；

所述稳压电路包括至少一路输入端、至少一路输出端和公共接地端；所述稳压电路的输入端、公共接地端与所述整流电路中滤波模块的两个输出端配合连接；

所述稳压电路用于对所述整流电路输出的直流电进行稳压变换，并通过自身的输出端和公共接地端将稳压变换后的直流电提供给外部的直流用电设备。

5.如权利要求4所述的智能电源适配器，其特征在于，还包括至少一个USB端口，所述USB端口与所述稳压电路的任一输出端和公共接地端连接，用于适配连接外部的直流用电设备。

6.如权利要求4所述的智能电源适配器，其特征在于，还包括充电管理电路，所述充电管理电路与所述稳压电路信号连接，用于依据内置的快充协议控制所述稳压电路输出快充要求的电压和电流。

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