CN102437627B - 一种零待机功耗的充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零待机功耗的充电器，包括：整流滤波单元、功率变换控制单元、输出整流滤波单元、电流取样单元、信号放大单元、中央控制单元和开关控制单元，所述开关控制单元包括光耦合器、可控硅和轻触按键。充电器的工作通过按动轻触按键实现，中央控制单元实现在充电过程中实时监测被充电设备的充电状况，使充电设备充满电能后自动切断充电器交流电源。采用这种设备能使充电器零待机功耗、有效节约电能、延长充电器的使用寿命并且提高了充电器使用的安全性，同时避免被充电设备电池被多次频繁充电、延长了电池的使用寿命。

Description

一种零待机功耗的充电器

技术领域

本发明涉及一种USB接口充电器，特别涉及一种零待机功耗的充电器。

背景技术

目前广泛应用的便携式产品例如：手机、笔记本电脑、便携式电动工具等都配置有充电器，很多人在充电时并不是一充满电就将充电器从电源插座上取下来，往往是等想起来的时候才取下来，这样就会造成如下问题：

1、浪费电能，不利于节能减排。

2、电源不切断，则充电器内部长期带电，使电子设备长期处于疲劳，缩短其使用寿命，甚至降低绝缘等级。

3、造成产品被多次频繁充电，缩短产品电池的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种零待机功耗充电器，实现在充电过程中实时监测被充电设备的充电状况，使充电设备充满电能后自动切断充电器交流电源，有效节约电能，延长充电器的使用寿命并且避免被充电设备电池被多次频繁充电、延长了电池的使用寿命。

为解决上述问题，本发明提供一种零待机功耗的充电器，包括：

交流电源；

整流滤波单元1与所述交流电源连接，包括：两个电阻R1A、R1B，两个差模电感L1、L2、电容C1，整流桥BG1和π型滤波器，所述π型滤波器由两个并联的电容C4、C5和共模电感L3组成，所述电容C1与所述电阻R1A、R1B并联，电容C1的一端连接整流桥BG1，π型滤波器连接到整流桥BG1上；

功率变换控制单元2与所述整流滤波单元1连接，包括：电阻R4、R5、R6、R7、R8A、R8B、R9、R10、R11A、R11B，电容C6、C7、C8，二极管D1、D2、D3和电源芯片IC1，所述IC1的1端与三个串联的电阻R4、R5、R6连接，二极管D2一端连接到电阻R5与电阻R6之间，另一端与电阻R9、R10串联后接地，电阻R6一端与电容C6连接后接地，所述IC1的2端与电容C7连接后接地，所述IC1的3端连接至电阻R9、R10之间，并且通过二极管D2接地，两个并联的电阻R11A、R11B与所述IC1的4端连接后接地，所述IC1的7端和8端接地，所述IC1的5端和6端并联后连接至二极管D1的一端，两个并联电阻R8A、R8B与电阻R7、电容C8并联；

输出整流滤波单元3与所述功率变换控制单元2通过开关变压器T1连接，所述输出整流滤波单元3包括：电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，电容C9、C10、C11、C12，二极管D4和USB接口，三个电容C10、C11、C12与电阻R13并联，电阻R12和电容C9串联后与二极管D4并联连接，所述二极管D4连接至电容C10，所述USB接口与四个电阻(R14、R15、R16、R17)并联，两个电阻(R14、R16)串联后与两个电阻(R15、R17)并联；

电流取样单元4与所述输出整流滤波单元3连接，包括四个并联的电阻R18、R19、R20、R21；

信号放大单元5与所述电流取样单元4通过电阻R22连接，包括两级运算放大器IC2A、IC2B，电阻R23、R24、R25、R26和电容C13、C14、C15、C18，电阻R23、R25和电容C13、C18分别接地，电阻R24与电容C14并联后与所述运算放大器IC2A的2端相连，电阻R26与电容C15并联后与所述运算放大器IC2B的6端相连，运算放大器IC2A的1端与运算放大器IC2B的5端相连；

中央控制单元6与所述信号放大单元5相连，包括高速微处理器IC3、电容C17、电阻R28和LED，所述电阻R28与LED串联后接至高速微处理器IC3，电容C17接地；

所述中央控制单元6和整流滤波单元1通过开关控制单元7相连接，所述开关控制单元7包括光耦合器IC4、可控硅Q1、轻触按键SW、电阻R2、R3、R29和电容C2、C3，所述光耦合器IC4的1脚与电阻R29相连，2脚与中央控制单元6相连；所述轻触按键SW的1脚与光耦合器IC4的4脚及电阻R3相连，轻触按键SW的2脚与光耦合器IC4的6脚、可控硅Q1的G极以及电容C3相连；所述可控硅Q1的T2极与电阻R2、电阻R3以及差模电感L1相连，T1极与电容C2的2脚、电容C3的1脚以及整流桥BG13脚相连，电阻R2和电容C2串联。

在上述技术方案中，充电器的工作通过按动轻触按键实现，中央控制单元实现在充电过程中实时监测被充电设备的充电状况，使充电设备充满电能后自动切断充电器交流电源，使充电器零待机功耗、有效节约电能、延长充电器的使用寿命并且提高了充电器使用的安全性，同时避免被充电设备电池被多次频繁充电、延长了电池的使用寿命。

针对上述技术方案的进一步改进，本发明中央控制单元6还包括浮充校校验点开关K1、关闭校验点开关K2、电阻27和电容C16，电阻27连接到关闭校验点开关K2和高速微处理器IC3的RESET端。采用这一技术方案可以方便实现浮充电流和关闭电流的设置和校验。

针对上述技术方案的进一步改进，本发明电流取样单元4的电阻R18、R19、R20、R21为高精度、低阻值的电阻。保证在被充电设备充电时，充电电流与电流取样单元上流过的电流一样，电流取样单元上产生一个与电流成正比的微弱电压信号传输到信号放大单元5。

针对上述技术方案的进一步改进，本发明运算放大器IC2A、IC2B为高增益，低噪音的运算放大器。采用这种运算放大器可以使得微弱电压信号经信号放大电路放大到中央控制单元能够识别的电压值。

针对上述技术方案的进一步改进，本发明高速微处理器IC3为高度集成、具有模/数转换的微处理器。采用这种微处理器保证将信号放大单元放大后的电压模拟信号转换为数字信号，并进行实时的分析计算，根据分析计算结果发出对应控制指令给开关控制单元7以及浮充电流和关闭电流的设置校验。

针对上述技术方案的进一步改进，本发明中央控制单元监测充电电流和充电时间。采用这种技术方案可以确保充电器能适应目前市场上大部分的充电产品。

附图说明

附图1为零待机功耗的充电器的电路原理图。

其中，电阻：R1A、R1B、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8A、R8B、R9、R10、R11A、R11B、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28；

电容(无极性)：C1、C2、C3、C7、C8、C9、C12、C13、C14、C15、C16、C17；

电容(有极性)：C4、C5、C6、C10、C11；

二极管：D1、D2、D3、D4；

差模电感：L1、L2；

共模电感：L3；

开关变压器：T1；

整流桥：BG1

电源芯片：IC1；

运算放大器：IC2A、IC2B；

高速微处理器：IC3；

光耦合器：IC4；

可控硅：Q1；

轻触按键：SW；

开关：K1、K2；

发光二极管：LED。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由附图1可知，本发明包括：

交流电源；

整流滤波单元1与所述交流电源连接，包括：两个电阻R1A、R1B，两个差模电感L1、L2，电容C1，整流桥BG1和π型滤波器，所述π型滤波器由两个并联的电容C4、C5和感应线圈L3组成，所述电容C1与所述电阻R1A、R1B并联，电容C1的一端连接整流桥BG1，π型滤波器连接到整流桥BG1上；

功率变换控制单元2与所述整流滤波单元1连接，包括：电阻R4、R5、R6、R7、R8A、R8B、R9、R10、R11A、R11B，电容C6、C7、C8，二极管D1、D2、D3和电源芯片IC1，所述IC1的1端与三个串联的电阻R4、R5、R6连接，二极管D2一端连接到电阻R5与电阻R6之间，另一端与电阻R9、R10串联后接地，电阻R6一端与电容C6连接后接地，所述IC1的2端与电容C7连接后接地，所述IC1的3端连接至电阻R9、R10之间，并且通过二极管D2接地，两个并联的电阻R11A、R11B与所述IC1的4端连接后接地，所述IC1的7端和8端接地，所述IC1的5端和6端并联后连接至二极管D1的一端，两个并联电阻R8A、R8B与电阻R7、电容C8并联；

输出整流滤波单元3与所述功率变换控制单元2通过开关变压器T1连接，所述输出整流滤波单元3包括：电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，电容C9、C10、C11、C12，二极管D4和USB接口，三个电容C10、C11、C12与电阻R13并联，电阻R12和电容C9串联后与二极管D4并联连接，所述二极管D4连接至电容C10，所述USB接口与四个电阻(R14、R15、R16、R17)并联，两个电阻(R14、R16)串联后与两个电阻(R15、R17)并联；

电流取样单元4与所述输出整流滤波单元3连接，包括四个并联的电阻R18、R19、R20、R21；

信号放大单元5与所述电流取样单元4通过电阻R22连接，包括两级运算放大器IC2A、IC2B，电阻R23、R24、R25、R26和电容C13、C14、C15、C18，电阻R23、R25和电容C13、C18分别接地，电阻R24与电容C14并联后与所述运算放大器IC2A的2端相连，电阻R26与电容C15并联后与所述运算放大器IC2B的6端相连，运算放大器IC2A的1端与运算放大器IC2B的5端相连；

中央控制单元6与所述信号放大单元5相连，包括高速微处理器IC3、电容C17、电阻R28和LED，所述电阻R28与LED串联后接至高速微处理器IC3，电容C17接地；

所述中央控制单元6和整流滤波单元1通过开关控制单元7相连接，所述开关控制单元7包括光耦合器IC4、可控硅Q1、轻触按键SW、电阻R2、R3、R29和电容C2、C3，所述光耦合器IC4的1脚与电阻R29相连，2脚与中央控制单元6相连；所述轻触按键SW的1脚与光耦合器IC4的4脚及电阻R3相连，轻触按键SW的2脚与光耦合器IC4的6脚、可控硅Q1的G极以及电容C3相连；所述可控硅Q1的T2极与电阻R2、电阻R3以及差模电感L1相连，T1极与电容C2的2脚、电容C3的1脚以及整流桥BG13脚相连，电阻R2和电容C2串联。中央控制单元6还包括浮充校校验点开关K1、关闭校验点开关K2、电阻27和电容C16，电阻27连接到关闭校验点开关K2和高速微处理器IC3的RESET端。

本实施例以关闭电流40mA，浮充电流100mA为例，实现浮充电流和关闭电流的设置和校验，具体如下：

1、关闭电流设置：在USB插座上接上一个可调负载，调整负载电流使之为40mA，将K2关闭校验点短路2S，LED闪烁，设置完成。

2、浮充电流设置：在USB插座上接上一个可调负载，调整负载电流使之为100mA，将K1浮充校验点短路2S，LED闪烁，设置完成。

本实施例以关闭电流40mA，浮充电流100mA为例说明监测充电电流和充电时间相结合的充电控制方式，具体如下：

1、在充电阶段的前10分钟，中央控制单元6若监测到充电电流＜40mA，就马上发出关闭电源的指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作；若监测到充电电流≥40mA，则发出开启电源的指令，开关控制单元7继续维持交流电源导通，充电器继续工作。

2、在充电10分钟后，若中央处理单元6监测到充电电流＞100mA，则发出开启电源的指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作；若中央处理单元在30S内连续监测到充电电流在40-100mA之间，则中央处理单元转入浮充阶段开始10分钟的关闭倒计时，10分钟倒计时结束后，中央控制单元6发出关闭电源指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作。

3、无论在充电的前10分钟还是充电10分钟后以及在充电关闭倒计时阶段，只要充电电流＜40mA(也就是之前设定的关闭电流)，就立即发出关闭电源指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作。

在实施该装置时，整流滤波单元1将电网50/60Hz交流电整流为平滑、纯净的直流电，同时对电磁噪声及杂波信号进行抑制，减少对功率变换控制单元2及电网的干扰，另外还具有过流保护和限流功能，确保产品使用的安全。功率变换控制单元2将整流后的直流电变为高频交流电，并通过开关变压器T1将电压下降到设计值输送到输出整流滤波单元3。输出整流滤波单元3将高频交流电整流为平滑、纯净的直流电。电流取样单元4与输出整流滤波单元3和信号放大单元相连5，监测充电电流并将电流信号转换为与之对应的电压信号。信号放大单元5将电流取样单元4送来的微弱电压信号放大到中央控制单元6可以读取的电压值。中央控制单元6将信号放大单元5放大后的电压模拟信号转换为数字信号，并进行实时的分析计算，根据分析计算结果发出对应控制指令给开关控制单元7以及浮充电流和关闭电流的设置校验。开关控制单元7根据中央控制单元6发出的控制指令开启或关闭可控硅Q1控制充电器的工作或关闭以及通过手动按轻触按键SW使可控硅Q1导通从而使充电器工作。USB接口接上待充电设备，长按轻触按键SW 1S，交流电源通过轻触按键SW加到可控硅Q1的G极，可控硅Q1导通，产品得电开始工作，中央控制单元6发出开启电源指令，LED点亮，开启电源的指令信号通过光耦合器IC4加到可控硅Q1的G极，使得可控硅Q1可以维持导通(这整个过程所需时间极短，在人手松开轻触按键SW前，这个过程已经完成，可控硅Q1被中央控制单元6发出的开启电源指令控制维持导通，可控硅Q1使得产品得以维持工作，中央控制单元6得以继续发出开启电源的指令，进而可控硅Q1得以继续维持导通，可控硅Q1和中央控制单元6实现互锁导通)。在充电阶段的前10分钟，中央控制单元6若监测到充电电流＜40mA，就马上发出关闭电源的指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作，LED熄灭；若监测到充电电流≥40mA，则发出开启电源的指令，开关控制单元7继续维持交流电源导通，充电器继续工作，LED继续点亮。在充电10分钟后，若中央处理单元6监测到充电电流＞100mA，则发出开启电源的指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作，LED熄灭；若中央处理单元6在30S内连续监测到充电电流在40-100mA之间，则中央处理单元6转入浮充阶段开始10分钟的关闭倒计时，10分钟倒计时结束后，中央控制单元6发出关闭电源指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作，LED熄灭。无论在充电的前10分钟还是充电10分钟后以及在充电关闭倒计时阶段，只要充电电流＜40mA(也就是之前设定的关闭电流)，中央控制单元6就立即发出关闭电源指令，开关控制单元7切断交流电源，充电器停止工作，LED熄灭。

以上是本发明的较佳实施方式的说明，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种零待机功耗的充电器，包括：

交流电源；

整流滤波单元1中一个电阻R1B通过保险丝电阻RJ与所述交流电源L端连接，整流滤波单元1中另一个第一电阻R1A与所述交流电源N端连接，包括：电阻R1A和电阻R1B、差模电感L1和差模电感L2、电容C1、整流桥BG1和π型滤波器，所述π型滤波器由两个并联的电容，电容C4和电容C5，以及共模电感L3组成，所述电阻R1A和电阻R1B串联后与电容C1并联，电容C1的一端通过差模电感L2连接整流桥BG1的交流一端；电容C1的另一端连接差模电感L1的一端；π型滤波器连接到整流桥BG1的直流输出端上；

功率变换控制单元2与所述整流滤波单元1连接，包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8A和电阻R8B、电阻R9、电阻R10、电阻R11A和电阻R11B，以及电容C6、电容C7、电容C8，三个二极管即二极管D1、二极管D2、二极管D3和电源芯片IC1，所述IC1的VDD端口连接依次串联的电阻即电阻R6、电阻R5、电阻R4，电阻R4一端连接电阻R5，另一端连接π型滤波器；二极管D2的阴极连接到电阻R5与电阻R6之间，二极管D2的阳极与电阻R9、电阻R10串联后接地；电阻R6一端连接电阻R5，另一端连接电容C6的正极，电容C6的负极接地；所述IC1的Comp端口与电容C7连接后接地，所述IC1的INV端口连接至电阻R9、电阻R10之间，并且还通过二极管D3接地，电阻R11A和电阻R11B并联后一端接地，另一端与所述IC1的CS端口连接；所述IC1的两个GND端口均接地，所述IC1的两个Drain端口均连接至二极管D1的阳极；电阻R7与电容C8串联后与并联的电阻R8A和R8B并联，并联后一端连接到整流滤波单元1中的π型滤波器，另一端连接二极管D1的阴极；

输出整流滤波单元3与所述功率变换控制单元2通过开关变压器T1连接，其中功率变换控制单元2的一个电阻R8B与电阻R7共端和二极管D1阳极端连接开关变压器T1原边两端，二极管D2阳极端和地端连接开关变压器T1第一组副边两端，输出整流滤波单元3的二极管D4阳极端和电容C10负极端连接开关变压器T1第二组副边两端，二极管D1、二极管D2、二极管D3阳极端为开关变压器T1原边和副边的同名端；所述输出整流滤波单元3包括：六个电阻，即电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17；四个电容，即电容C9、电容C10、电容C11、电容C12；二极管D4和一个USB接口，电容C10、电容C11和电容C12并联后与电阻R13并联，电阻R12和电容C9串联后与二极管D4并联连接，二极管D4的阴极连接至电容C10的正极，电容C10的负极接地；串联的电阻R14、电阻R16与串联的电阻R15、电阻R17并联，所述USB接口连接至电阻R14、电阻R16之间，以及电阻R15、电阻R17之间，同时连接到串联的电阻R14、电阻R16与串联的电阻R15、电阻R17的并联电路的两端；该并联电路的一端还连接电阻R13，另一端连接电流取样单元4；

电流取样单元4包括四个相互并联的电阻，即电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21，并联后一端连接输出整流滤波单元3的电阻R17，另一端接地；

信号放大单元5与所述电流取样单元4通过电阻R22连接，包括两级运算放大器，运算放大器IC2A和运算放大器IC2B；四个电阻，即电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26；四个电容，即电容C13、电容C14、电容C15、电容C18；电阻R24与电容C14并联后一端与运算放大器IC2A的负输入端相连，另一端连接运算放大器IC2A的输出端；电阻R26与电容C15并联后一端与运算放大器IC2B的负输入端相连，另一端连接运算放大器IC2B的输出端；运算放大器IC2A的输出端与运算放大器IC2B的正输入端相连；电阻R23一端连接运算放大器IC2A的负输入端，另一端接地；电阻R25一端连接运算放大器IC2B的负输入端，另一端接地；电容C13一端连接电阻R22的一端，另一端接地；电容C18一端连接运算放大器IC2B的输出端，另一端接地；电阻R22的另一端连接运算放大器IC2A的正输入端；

中央控制单元6与所述信号放大单元5相连，包括高速微处理器IC3、电容C17、电阻R28和LED，所述电阻R28一端与LED串联后接至高速微处理器IC3的端口P21，电阻R28另一端接电源；电容C17一端接高速微处理器IC3的VDD端口，另一端接地；高速微处理器IC3的P20端口连接信号放大单元5的运算放大器IC2B的输出端；高速微处理器IC3的P40端口和VSS端口均接地；

其特征在于：所述中央控制单元6和整流滤波单元1通过开关控制单元7相连接，所述开关控制单元7包括光耦合器IC4、可控硅Q1、轻触按键SW、电阻R2、电阻R3、电阻R29和电容C2、电容C3；所述光耦合器IC4的光耦输入阳极与电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端连接电源；光耦输入阴极与中央控制单元6的P23端口相连；所述轻触按键SW的1脚分别与电阻R3的一端，及光耦合器IC4的一个光耦输出端相连，轻触按键SW的2脚分别与光耦合器IC4的另一个光耦输出端、可控硅Q1的G极以及电容C3的一端相连；所述可控硅Q1的第二主极与电阻R2的一端、电阻R3的另一端以及差模电感L1的另一端相连，第一主极与电容C2的一端、电容C3的另一端以及整流桥BG1的交流端相连，电阻R2的另一端和电容C2的另一端相连。

2.根据权利要求1所述的零待机功耗的充电器，其特征在于：所述中央控制单元6还包括浮充校验点开关K1、关闭校验点开关K2、电阻R27和电容C16，电阻R27的一端分别连接到关闭校验点开关K2、高速微处理器IC3的RESET端以及电容C16的一端，另一端连接电源；电容C16的另一端接地；浮充校验点开关K1一端连接高速微处理器IC3的P22端口，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的零待机功耗的充电器，其特征在于：所述高速微处理器IC3为高度集成、具有模／数转换的微处理器。

4.根据权利要求1所述的零待机功耗的充电器，其特征在于：所述中央控制单元6监测充电电流和充电时间。

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