CN220457140U - 通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，整流滤波电路的输入端与交流输入端相连，功率因数校正电路的输入端与整流滤波电路相连，功率因数校正电路与开关电源电路相连，同步整流滤波电路与快充协议调节电路相连，温度检测电路与开关电源电路、变压器和同步整流滤波电路均相连接。采用了本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，可通过温度检测调节快充协议，从而动态调节快充电源功率大小。在整个充电周期内，充电功率的分配可较好的匹配设备电池的功率需求。快充电源通过温度检测动态调节快充协议，使电源在检测器件温度低于设定值时，能输出更大的电源功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及快充电源技术领域，尤其涉及快充电源插座领域，具体是指一种通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置。
背景技术
随着快充电源技术及PD、QC等快充协议的快速发展，快充电源功率越做越大。所带来的好处是能快速给手机、平板或电脑等一些电子设备快速充电，但功率越大，电源内部的功率半导体及磁性器件损耗相应变大，造成快充电源发热严重。而快充电源插座由于底盒尺寸受限及安装墙体散热差，当快充电源功率变大后，发热现象更为严重。基于此类问题，市面上较少有大功率的快充电源插座。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足动态调整、充电时间短、适用范围较为广泛的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置。
为了实现上述目的，本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置如下：
该通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，其主要特点是，所述的装置包括整流滤波电路、功率因数校正电路、开关电源电路、变压器、同步整流滤波电路、快充协议调节电路、接口输出电路和温度检测电路，所述的整流滤波电路的输入端与交流输入端相连，所述的功率因数校正电路的输入端与整流滤波电路相连，所述的功率因数校正电路与开关电源电路相连，所述的变压器的一端与功率因数校正电路和开关电源电路相连，另一端与同步整流滤波电路相连，所述的同步整流滤波电路与快充协议调节电路相连，所述的接口输出电路与同步整流滤波电路和快充协议调节电路相连，所述的温度检测电路与开关电源电路、变压器和同步整流滤波电路均相连接。
较佳地，所述的装置还包括温度转换电路，所述的温度转换电路与快充协议调节电路相连，还和与开关电源电路及变压器的温度检测电路相连
较佳地，所述的温度检测电路的设定值温度为一档或多档。
较佳地，所述的装置还包括第一电容、第一电阻、第一二极管、第一MOS管、第一变压器、第二电阻、第二MOS管、第二电容、光耦、第三MOS管，所述的第一电容的两端连接在功率因数校正电路的输出端，第一电容的负极与开关电源电路相连且接地，所述的第一电阻的一端与开关电源电路相连，另一端与第一电容的正极相连，所述的第一二极管的负极与开关电源电路相连，正极与第一变压器相连，所述的第一MOS管的基极与开关电源电路相连，漏极与第一变压器相连，源极通过第二电阻接地，所述的同步整流滤波电路的一端与第一变压器相连，另一端与第二MOS管的基极相连，漏极和源极与第一变压器相连，所述的第二电容的两端接在同步整流滤波电路的输出端相连，所述的光耦的输入端与快充协议调节电路相连，输出端与开关电源电路相连，所述的第三MOS管的基极与快充协议调节电路相连，漏极与同步整流滤波电路相连，源极与接口输出电路相连。
较佳地，所述的装置还包括第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电阻，所述的第一热敏电阻靠近第一MOS管，所述的第二热敏电阻靠近第一变压器，所述的第三热敏电阻靠近第二MOS管，所述的第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电阻的一端均与温度检测电路内部的下拉电阻相连，另一端输出直流电压。
采用了本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，可通过温度检测调节快充协议，从而动态调节快充电源功率大小。电子设备电池充电一般满足CC-CV曲线，即前期CC充电功率大，后期CV充电功率逐渐减小。当使用本专利的快充电源充电后，在前期CC充电功率大的阶段，由于电源刚开始工作，温度累积需要一定时间，在检测元器件温度低于设定值这一段时间内，快充电源可保持最大充电功率。在后期CV充电功率逐渐减小阶段，由于充电功率的减小，所检测元器件温度会随之降低。即使用本专利的快充电源在整个充电周期内，充电功率的分配可较好的匹配设备电池的功率需求。快充电源通过温度检测动态调节快充协议，使电源在检测器件温度低于设定值时，能输出更大的电源功率。综上，本专利技术可动态提升快充电源功率，缩短设备充电时间。
附图说明
图1为本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置的电路架构示意图。
图2为本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置的外观结构的正视图。
图3为本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置的外观结构的后视图。
图4为本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置的实施例的示意图。
附图标记：
CE1 第一电容
R1 第一电阻
D1 第一二极管
Q1 第一MOS管
TR1 第一变压器
R2 第二电阻
Q2 第二MOS管
CE2 第二电容
U1 光耦
Q3 第三MOS管
RT1 第一热敏电阻
RT2 第二热敏电阻
RT3 第三热敏电阻。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本实用新型的该通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，其中包括整流滤波电路、功率因数校正电路、开关电源电路、变压器、同步整流滤波电路、快充协议调节电路、接口输出电路和温度检测电路，所述的整流滤波电路的输入端与交流输入端相连，所述的功率因数校正电路的输入端与整流滤波电路相连，所述的功率因数校正电路与开关电源电路相连，所述的变压器的一端与功率因数校正电路和开关电源电路相连，另一端与同步整流滤波电路相连，所述的同步整流滤波电路与快充协议调节电路相连，所述的接口输出电路与同步整流滤波电路和快充协议调节电路相连，所述的温度检测电路与开关电源电路、变压器和同步整流滤波电路均相连接。
作为本实用新型的优选实施方式，所述的装置还包括温度转换电路，所述的温度转换电路与快充协议调节电路相作为本实用新型的优选实施方式，所述的温度检测电路的设定值温度为一档或多档。
作为本实用新型的优选实施方式，所述的装置还包括第一电容CE1、第一电阻R1、第一二极管D1、第一MOS管Q1、第一变压器TR1、第二电阻R2、第二MOS管Q2、第二电容CE2、光耦U1、第三MOS管Q3，所述的第一电容CE1的两端连接在功率因数校正电路的输出端，第一电容CE1的负极与开关电源电路相连且接地，所述的第一电阻R1的一端与开关电源电路相连，另一端与第一电容CE1的正极相连，所述的第一二极管D1的负极与开关电源电路相连，正极与第一变压器TR1相连，所述的第一MOS管Q1的基极与开关电源电路相连，漏极与第一变压器TR1相连，源极通过第二电阻R2接地，所述的同步整流滤波电路的一端与第一变压器TR1相连，另一端与第二MOS管Q2的基极相连，漏极和源极与第一变压器TR1相连，所述的第二电容CE2的两端接在同步整流滤波电路的输出端相连，所述的光耦U1的输入端与快充协议调节电路相连，输出端与开关电源电路相连，所述的第三MOS管Q3的基极与快充协议调节电路相连，漏极与同步整流滤波电路相连，源极与接口输出电路相连。
作为本实用新型的优选实施方式，所述的装置还包括第一热敏电阻RT1、第二热敏电阻RT2和第三热敏电阻RT3，所述的第一热敏电阻RT1靠近第一MOS管Q1，所述的第二热敏电阻RT2靠近第一变压器TR1，所述的第三热敏电阻RT3靠近第二MOS管Q2，所述的第一热敏电阻RT1、第二热敏电阻RT2和第三热敏电阻RT3的一端均与温度检测电路内部的下拉电阻相连，另一端输出直流电压。
本实验新型为基于86型底盒或类似底盒USB快充插座，有若干个USB TYPE-C快充接口及USB TYPE-A快充接口，通过检测快充电源关键元器件的温度，调节快充协议从而实现快充电源功率的调节。进而能动态实现大功率快充电源插座。
本实用新型的具体实施方式中，如图1所示，输入电压经整流滤波后，得到直流电压。此直流电压再经功率因数矫正电路后，接入开关电源电路，经开关电源控制电路及同步整流滤波电路后变换为输出直流电压，此电压受快充协议调节电路控制，当设备端与快充接口端协议对接成功后，开关电源可输出设备端所需的输出电压及电流。
本专利采用温度检测线路，检测快充电源功率半导体及磁性器件等关键元器件温度。温度检测电路检测快充电源温度高的一些元器件，快充电源默认为高功率快充协议，插入设备后，检测到的元器件温度通过温度检测转换电路后与快充协议调节电路通信。检测元器件温度低于预设值时，快充协议调节电路将保持高功率快充协议为设备充电；随着充电时间上升，所检测元器件温度随之升高，当检测到器件温度高于设定值后，调节电路将快充协议功率降低，从而降低快充电源充电功率。当快充电源功率降低后，所检测元器件温度也会随之降低；当温度低于设定值后，调节电路将切换快充协议为高功率，从而可满足更大功率快充需求。
通过温度检测调节快充协议：本专利通过检测电源元器件温度调节快充协议，其所描述快充协议及温度设定值不限于一档，可为多档动态调节。
本实施例采用AC-DC开关电源作为主电源架构，电源输出为Type-C接口，输出功率最大为140W，如图4所示。
Type-C接口：基于PD及QC等快速充电协议，默认输出最大140W（28V、5A）快充，可通过温度检测调节相应输出功率。具体如下：
元器件温度升高，快充协议由大功率往小功率切换预设值：
| 元器件温度 | T＜100℃ | 100℃≤T＜120℃ | T≥120℃ |
| 快充协议 | 140W（28V5A） | 100W（20V5A） | 65W（20V3.25A） |
元器件温度降低，快充协议由小功率往大功率切换预设值：
| 元器件温度 | T＞100℃ | 85℃＜T≤100℃ | T≤85℃ |
| 快充协议 | 65W（20V3.25A） | 100W（20V5A） | 140W（28V5A） |
AC输入经整流滤波电路及功率因数矫正电路后，在CE1电容两端得到直流电压，开关电源控制电路通过电阻R1及D1供电。
高压侧直流电压经开关电源控制电路控制Q1通断及变压器TR1变换后给次级供电，为提高效率，本实施例中次级采用同步整流的方式（由Q2 MOS及同步整流控制电路组成）来达到高效率、低温升。
经同步整流电路后，在CE2端得到输出直流电压，此电压受快充协议调节电路控制，取决于接入的快充设备状态及快充协议。
快充协议调节电路通过光耦U1将CE2两端的电压实时反馈到开关电源控制电路，实现循环控制。快充协议调节电路控制Q3 MOS，当检测到设备插入及协议对接成功后，导通Q3 MOS，输出直流电压为设备充电。
在本实施例中，温度高的元器件为：主MOS管Q1，变压器TR1及同步整流MOS管Q2。为检测这三个元器件温度，贴近MOS Q1放置热敏电阻RT1，贴近变压器TR1放置热敏电阻RT2，贴近同步整流MOS管Q2放置热敏电阻RT3。RT1，RT2，RT3均为NTC（负温度系数热敏电阻），其上接输出直流电压，下接温度检测转换电路内部的下拉电阻进行分压。当器件温度升高时，RT1，RT2，RT3阻值变小，温度检测转换电路分压升高；反之，当器件温度降低时，RT1，RT2，RT3阻值变大，温度检测转换电路分压减小。温度检测转换电路可将测得的分压通过转换后与快充协议调节电路进行通信来调节快充协议功率大小，从而实现当检测到不同元器件温度时匹配相应的快充功率。
如上述数据，插入设备后，电源开始为设备快充。当检测到Q1，TR1，Q2三者温度均低于100℃时，电源保持为最大功率140W。当检测到Q1，TR1，Q2三者其中任一元器件温度达到100℃后，通过温度检测转换电路后，快充协议调节电路将协议切换为100W。当温度持续上升，检测到Q1，TR1，Q2三者其中任一元器件温度达到120℃后将协议切换为65W。此时元器件温度开始下降，当检测到Q1，TR1，Q2三者温度均降到100℃后，切换快充协议为100W；温度进一步下降时，当检测到Q1，TR1，Q2三者温度均降到85℃后，切换快充协议为140W。
通过如上方式动态调节快充协议，当插入设备电池容量较小时，设备可在元器件温度达到预设值之前就以大功率模式充满；当插入设备电池容量较大时，亦可动态提升充电功率，节约充电时间。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本实用新型的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，可通过温度检测调节快充协议，从而动态调节快充电源功率大小。电子设备电池充电一般满足CC-CV曲线，即前期CC充电功率大，后期CV充电功率逐渐减小。当使用本专利的快充电源充电后，在前期CC充电功率大的阶段，由于电源刚开始工作，温度累积需要一定时间，在检测元器件温度低于设定值这一段时间内，快充电源可保持最大充电功率。在后期CV充电功率逐渐减小阶段，由于充电功率的减小，所检测元器件温度会随之降低。即使用本专利的快充电源在整个充电周期内，充电功率的分配可较好的匹配设备电池的功率需求。快充电源通过温度检测动态调节快充协议，使电源在检测器件温度低于设定值时，能输出更大的电源功率。综上，本专利技术可动态提升快充电源功率，缩短设备充电时间。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (4)
1.一种通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，其特征在于，所述的装置包括整流滤波电路、功率因数校正电路、开关电源电路、变压器、同步整流滤波电路、快充协议调节电路、接口输出电路和温度检测电路，所述的整流滤波电路的输入端与交流输入端相连，所述的功率因数校正电路的输入端与整流滤波电路相连，所述的功率因数校正电路与开关电源电路相连，所述的变压器的一端与功率因数校正电路和开关电源电路相连，另一端与同步整流滤波电路相连，所述的同步整流滤波电路与快充协议调节电路相连，所述的接口输出电路与同步整流滤波电路和快充协议调节电路相连，所述的温度检测电路与开关电源电路、变压器和同步整流滤波电路均相连接，所述的装置还包括温度转换电路，所述的温度转换电路与快充协议调节电路相连，还和与开关电源电路及变压器的温度检测电路相连。
2.根据权利要求1所述的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，其特征在于，所述的温度检测电路的设定值温度为一档或多档。
3.根据权利要求1所述的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，其特征在于，所述的装置还包括第一电容(CE1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)、第一MOS管(Q1)、第一变压器(TR1)、第二电阻(R2)、第二MOS管(Q2)、第二电容(CE2)、光耦(U1)、第三MOS管(Q3)，所述的第一电容(CE1)的两端连接在功率因数校正电路的输出端，第一电容(CE1)的负极与开关电源电路相连且接地，所述的第一电阻(R1)的一端与开关电源电路相连，另一端与第一电容(CE1)的正极相连，所述的第一二极管(D1)的负极与开关电源电路相连，正极与第一变压器(TR1)相连，所述的第一MOS管(Q1)的基极与开关电源电路相连，漏极与第一变压器(TR1)相连，源极通过第二电阻(R2)接地，所述的同步整流滤波电路的一端与第一变压器(TR1)相连，另一端与第二MOS管(Q2)的基极相连，漏极和源极与第一变压器(TR1)相连，所述的第二电容(CE2)的两端接在同步整流滤波电路的输出端相连，所述的光耦(U1)的输入端与快充协议调节电路相连，输出端与开关电源电路相连，所述的第三MOS管(Q3)的基极与快充协议调节电路相连，漏极与同步整流滤波电路相连，源极与接口输出电路相连。
4.根据权利要求3所述的通过温度检测调节快充协议的快充电源插座装置，其特征在于，所述的装置还包括第一热敏电阻(RT1)、第二热敏电阻(RT2)和第三热敏电阻(RT3)，所述的第一热敏电阻(RT1)靠近第一MOS管(Q1)，所述的第二热敏电阻(RT2)靠近第一变压器(TR1)，所述的第三热敏电阻(RT3)靠近第二MOS管(Q2)，所述的第一热敏电阻(RT1)、第二热敏电阻(RT2)和第三热敏电阻(RT3)的一端均与温度检测电路内部的下拉电阻相连，另一端输出直流电压。
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