CN112803519A - 一种充电控制电路和充电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电控制电路和充电设备。所述充电控制电路包括：功率转换电路，所述功率转换电路包括变压器，所述变压器包括第一匝比输出端第二匝比输出端和与所述第一匝比输出端和所述第二匝比输出端共同连接的公共输出端；PD协议模块，所述PD协议模块与所述公共输出端通过电源线相连，用以与外部设备进行沟通，并接收所述外部设备的充电需求；控制模块，连接在所述电源线和所述变压器之间，用以根据所述电源线上的输出电压控制所述变压器通过所述第一匝比输出端或者通过所述第二匝比输出端输出与所述充电需求相配合的输出电压。根据本发明，实现充电设备的全电压范围的可编程电压输出设计。

Description

一种充电控制电路和充电设备

技术领域

本发明涉及电子装置领域，具体而言涉及一种所述的充电控制电路和充电设备。

背景技术

随着便携式电子产品的普及和PD3.0标准的发布，其中的可编程电压输出(Programmable Power Supply)的范围为3.3V～21V，为智能设备提供了全范围的充电电压。

然而，可编程电压输出范围为3.3V～21V，其宽范围的电压调节，对调节电源电压的输出电压的变压器的工艺和反激控制器(Flyback Controller)提出了很大的挑战。

为此，有必要提出一种新的充电控制电路和充电设备，用以解决现有技术中的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种充电控制电路，所述充电控制电路包括：

功率转换电路，所述功率转换电路包括变压器，所述变压器包括第一匝比输出端、第二匝比输出端和与所述第一匝比输出端和所述第二匝比输出端共同连接的公共输出端，当所述变压器通过所述第一匝比输出端输出电压时所述变压器具有第一匝比，当所述变压器通过所述第二匝比输出端输出的电压时所述变压器具有第二匝比，其中所述第一匝比不同于所述第二匝比；

PD协议模块，所述PD协议模块与所述公共输出端通过电源线相连，用以与外部设备进行沟通，并接收所述外部设备的充电需求；

控制模块，所述控制模块连接在所述电源线和所述变压器之间，用以根据所述电源线上的输出电压控制所述变压器通过所述第一匝比输出端或者通过所述第二匝比输出端输出与所述充电需求相配合的输出电压至所述公共输出端。

示例性地，所述第一匝比小于所述第二匝比。

示例性地，所述控制模块包括比较器，所述比较器将所述输出电压与一设定值进行比较，

当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制所述变压器通过所述第一匝比输出端输出所述输出电压；

当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制所述变压器通过所述第二匝比输出端输出所述输出电压。

示例性地，所述第一匝比输出端和所述第二匝比输出端分别通过第一开关和第二开关与所述公共输出端相连，

所述控制模块通过控制所述第一开关打开、所述第二开关关闭从而控制所述变压器通过所述第一匝比输出端输出所述输出电压；和

所述控制模块通过控制所述第二开关打开、所述第一开关关闭从而控制所述变压器通过所述第二匝比输出端输出所述输出电压。

示例性地，当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制第一开关打开、所述第二开关关闭。

示例性地，当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制所述第一开关关闭、所述第二开关打开。

示例性地，所述PD协议模块接收到所述外部设备的充电需求时，将所述充电需求反馈给所述控制模块。

示例性地，所述充电控制电路的可编程电压输出的范围为3.3V～21V，所述第一设定值设置为11V。

示例性地，所述PD协议模块通过type-c接口与外部设备沟通，所述电源线为VUS线。

本发明还提供了一种充电设备，包括如上任意一项所述的充电控制电路。

根据本发明的充电控制电路和充电设备，采用包括具有不同匝比输出的变压器，通过检测充电源线上的输出电压的方式切换变压器的匝比输出，从而实现电源的全电压范围的可编程电压输出设计，简化充电设备设计过程中对反激控制器的设计要求和变压器的工艺要求。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为一种充电控制电路的结构示意图；

图2为一种充电控制电路的电路结构示意图；

其中，附图标记

101 变压器

101A 公共输出端端

1011 第一匝比输出端

1012 第二匝比输出端

10111 第一开关

10121 第二开关

102 控制模块

103 PD协议模块

104 电源线

105 接地线

106 同步整流模块106。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述的充电控制电路和充电设备。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种充电控制电路，包括：

功率转换电路，所述功率转换电路包括变压器，所述变压器包括第一匝比输出端、第二匝比输出端和与所述第一匝比输出端和所述第二匝比输出端共同连接的公共输出端，当所述变压器通过所述第一匝比输出端输出电压时所述变压器具有第一匝比，当所述变压器通过所述第二匝比输出端输出的电压时所述变压器具有第二匝比，其中所述第一匝比不同于所述第二匝比；

PD协议模块，所述PD协议模块与所述公共输出端通过电源线相连，用以与外部设备进行沟通，并接收所述外部设备的充电需求；

控制模块，所述控制模块连接在所述电源线和所述变压器之间，用以根据所述电源线上的输出电压控制所述变压器通过所述第一匝比输出端或者通过所述第二匝比输出端输出与所述充电需求相配合的输出电压至所述公共输出端。

下面参看图1和图2对本发明所提出的一种充电控制电路进行示例性说明，图1为一种充电控制电路的结构示意图；图2为一种充电控制电路的电路结构示意图。

如图1所示，根据本发明的充电控制电路包括功率转换电路和控制模块102，其中，功率转换电路包括变压器101。

变压器101具有共同连接至公共输出端101A的至少两个输出端，其中包括第一匝比输出端1011和第二匝比输出端1012。第一匝比输出端1011和第二匝比输出端1012共同连接至公共输出端101A，公共输出端101A与电源线104相连。

在采用充电设备充电的过程中，充电设备通过电源线104向外部充电设备输出电压。在本发明中，充电设备通过电源线104输出变压器101由第一匝比输出端1011输出的电压或者由第二匝比输出端1012输出的电压。当电源线104输出由第一匝比输出端1011输出的电压时，变压器101具备第一匝比，当电源线104输出由第二匝比输出端1011输出的电压时，变压器101具备第二匝比，第一匝比不等于第二匝比。

通过具有不同匝比输出的变压器调节充电控制电路的电源线上的输出电压，可以有效实现充电设备的电压范围的可编程电压输出的调节。仅仅需要设计和加工具有不同匝比输出的变压器即可实现。简化充电设备设计过程中对反激控制器的设计要求和变压器的工艺要求。

如图1所示，变压器101还连接有接地线105。

继续参看图1，根据本发明的充电控制电路还包括控制模块102，控制模块根据电源线104上的输出电压控制变压器101输出由所述第一匝比输出端1011输出的电压或者由第二匝比输出端1012输出的电压。

示例性地，根据本发明的充电设备是采用USB PD解决方案的移动电源，其基于TypeC协议和PD协议进行移动电源的控制。具体的，当外部设备通过TypeC接口接入所述移动电源时，TypeC接口的TypeC协议模块检测到接入外部设备，并将检测到的接入外部设备的信息发送给微控制器，对移动电源进行充电或者采用移动电源对外部设备进行充电。

进一步，充电控制电路通过PD协议模块与外部设备进行PD协议沟通，得知外部设备的充电需求。PD协议模块将充电需求反馈给变压器，变压器调整输出电压以满足外部设备的充电需求。

示例性地，所述充电需求为电流电压需求。从而，PD协议模块将充电需求反馈给变压器，变压器调整输出电压以满足外部设备的充电需求。

如图1所示，在根据本发明的充电控制电路中还包括PD协议模块103，用以与外部设备沟通，并将所述外部设备的充电需求反馈给所述变压器101，使所述变压器101输出与所述充电需求相配合的输出电压。

在本发明的一个示例中，外部设备为手机，PD协议模块通过Type-C口和手机进行PD协议沟通，然后通将手机电压和电流需求反馈到变压器进行输出调节。

示例性地，所述变压器可以是具有多个副绕组次级线圈的变压器。例如，变压器可以具有两个副绕组次级线圈，每个副绕组次级线圈具有不同的匝数，从而使变压器在每个副绕组次级线圈下具有不同的匝数。

参看图2，示出了根据本发明的一个实施例的充电控制电路的电路连接示意图。

充电控制电路的电路中设置具有两个副绕组AC和AB的变压器，变压器101具备分别对应于副绕组AC和副绕组AB的第一匝比输出端1011和第二匝比输出端1012，其中，当变压器101通过第一匝比输出端1011输出电压时，其通过副绕组AC向外供电，当变压器101通过第二匝比输出端1012输出电压时，其通过副绕组AB向外供电。

示例性地，如图2所示，由副绕组AC的匝数多于副绕组AB的匝数，从而使由副绕组AC的第一匝比输出端1011输出电压时变压器101的第一匝比小于由副绕组AB的第二匝比输出端1012输出电压时变压器101的第二匝比。不同匝比下，电压可调节的范围不同，在较小的匝比下调节较大的电压的输出和在较大的匝比下调节叫小电压的输出，从而实现了电压全范围输出。

充电控制电路的电路中还设置控制模块102控制变压器101变压器101通过第一匝比输出端1011向外供电或者通过第二匝比输出端1012向外供电。通过控制模块102选择变压器101两个副绕组中的一个向外供电，可以满足在外部设备的不同需求下，实现不同范围的电压调节。

示例性地，如图2所示，第一匝比输出端1011通过第一开关10111与电源线104相连，第二匝比输出端1012通过第二开关10121与电源线104相连。

示例性地，当控制模块102控制变压器101的第一匝比输出端1011输出电压时，控制第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111打开，第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121关闭。当控制模块102控制变压器101的第二匝比输出端1012输出电压时，控制第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121打开，第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111关闭。

在根据本发明的一个示例，充电设备通过Type-C接口与外部设备相连，PD协议模块通过Type-C接口进行协议沟通，电源线设置为VBUS线，变压器101和PD协议模块103之间通过VBUS线传输外部设备的充电需求，控制模块102对VBUS线上的电压进行采样，以控制变压器101的第一匝比输出端1011输出电压或者变压器101的第二匝比输出端1012输出电压。

示例性地，控制模块102包括比较器。比较器对VBUS线上的由变压器输出的输出电压进行采样，将VBUS线上的电压与设定值进行比较，当输出电压大于所述设定值时，所述控制模块102控制变压器101在具有第一匝比下的AC副绕组的第一匝比输出端1011输出电压。当电压小于或等于所述设定值时，控制模块102控制变压器101在具有第二匝比下的AB副绕组的第二匝比输出端1012输出电压。

示例性地，根据本发明的一个示例，可编程电压输出(Programmable PowerSupply)的范围为3.3V～21V，将上述设定值设置为11V，当控制模块102中的比较器检测到的VBUS线上的电压大于11V时，控制模块102控制第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111打开，第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121关闭，从而变压器通过第一匝比输出端1011输出电压至公共输出端101A。当控制模块102中的比较器检测到的VBUS线上的电压小于或等于11V时，控制模块102控制第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121打开，第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111关闭，从而变压器通过第二匝比输出端1012输出电压至公共输出端101A。根据上述过程，有效实现了可编程电压输出的全电压范围输出。

上述是对根据本发明的充电控制电路的示例性介绍。示例性地，在根据本发明的一个示例中，充电控制电路还包括同步整流模块106。从而减少功率损耗，提升转换效率，降低充电设备本身的发热。

实施例二

本发明还提供了一种充电设备，包括如实施例一所述的充电控制电路。

示例性地，所述充电设备可以用于各种电子设备，如手机、平板、笔记本、MP3、MP4、移动电源等。

进一步，所述充电设备可以是电源充电器、电源适配器和移动电源等。

在根据本发明的一个示例中，充电设备应用于手机电源充电器。

示例性地，根据发明的充电设备是基于TypeC协议和PD协议的电源。

示例性地，根据发明的充电设备还包括TypeC接口、电源转换电路、微控制器、电源输出电路等。

TypeC接口，包括VBUS引脚、GND引脚、D+引脚和D-引脚。

电源转换电路，用以将输入的交流电源转化为直流电存储，例如包括整流、滤波等电路。

电源输出电路包括根据本发明的充电控制电路，用以在接入需要进行充电的外部设备时，对充电过程进行控制。具体的，充电控制电路包括包含有变压器的功率转换电路，PD协议模块和控制模块。

变压器，至少包括共同连接至公共输出端的第一匝比输出端和第二匝比输出端，在充电过程中所述变压器通过所述第一匝比输出端输出电压或者通过所述第二匝比输出端输出电压，当所述变压器通过所述第一匝比输出端输出电压时所述变压器具有第一匝比，当所述变压器通过所述第二匝比输出端输出的电压时所述变压器具有第二匝比，其中所述第一匝比不同于所述第二匝比；

PD协议模块，用以与外部设备进行沟通，并接收所述外部设备的充电需求；

控制模块，所述控制模块连接在所述电源线和所述变压器之间，用以根据所述电源线上的输出电压控制所述变压器通过所述第一匝比输出端或者所述第二匝比输出端输出与所述充电需求相配合的输出电压至所述公共输出端。

具体的，当外部设备通过TypeC接口接入所述充电设备时，TypeC接口的TypeC协议模块检测检测到接入外部设备，并将检测到的接入外部设备的信息发送给微控制器，对充电设备进行充电或者采用充电设备对外部设备进行充电。

进一步，充电控制电路通过PD协议模块与外部设备进行PD协议沟通，得知外部设备的充电需求。在本发明中，PD协议模块接收到所述外部设备的充电需求时，将所述充电需求反馈给所述控制模块，控制模块控制变压器调整输出电压以满足外部设备的充电需求。

如图2所示，充电控制电路中设置具有两个副绕组AC和AB的变压器，变压器101具备分别对应于副绕组AC和副绕组AB的第一匝比输出端1011和第二匝比输出端1012，其中，当变压器101通过第一匝比输出端1011输出电压时，其通过副绕组AC向外供电，当变压器101通过第二匝比输出端1012输出电压时，其通过副绕组AB向外供电。

控制模块102控制变压器101变压器101通过第一匝比输出端1011向外供电或者通过第二匝比输出端1012向外供电。通过控制模块102选择变压器101两个副绕组中的一个向外供电，可以满足在外部设备的不同需求下，实现不同范围的电压调节。

示例性地，如图2所示，第一匝比输出端1011通过第一开关10111与电源线104相连，第二匝比输出端1012通过第二开关10121与电源线104相连。

示例性地，当控制模块102控制变压器101的第一匝比输出端1011输出电压时，控制第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111打开，第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121关闭。当控制模块102控制变压器101的第二匝比输出端1012输出电压时，控制第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121打开，第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111关闭。

充电设备通过TypeC接口与外部设备相连，电源线设置为VBUS线，变压器101和PD协议模块103在之间通过VBUS线传输外部设备的充电需求，控制模块102对VBUS线上的电压进行采样，以控制变压器101的第一匝比输出端1011输出电压或者变压器101的第二匝比输出端1012输出电压。

示例性地，控制模块102包括比较器。比较器对VBUS线上的由变压器输出的输出电压进行采样，将VBUS线上的电压与一设定值进行比较，当输出电压大于所述设定值时，所述控制模块102控制变压器101在具有第一匝比下的AC副绕组的第一匝比输出端1011输出电压。当电压小于或等于所述设定值是，控制模块102控制变压器101在具有第二匝比下的AB副绕组的第二匝比输出端1012输出电压。

示例性地，根据本发明的一个示例，可编程电压输出(Programmable PowerSupply)的范围为3.3V～21V，将上述设定值设置为11V，当控制模块102中的比较器检测到的VBUS线上的电压大于11V时，控制模块102控制第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111打开，第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121关闭，从而变压器通过第一匝比输出端1011输出电压。当控制模块102中的比较器检测到的VBUS线上的电压小于或等于11V时，控制模块102控制第二匝比输出端1012与电源线104之间的第二开关10121打开，第一匝比输出端1011与电源线104之间的第一开关10111关闭，从而变压器通过第二匝比输出端1012输出电压。根据上述过程，有效实现了可编程电压输出的全电压范围输出。

以上对根据本发明的充电控制电路和充电设备进行了示例性地介绍，采用本发明的充电控制电路和充电设备，仅需要通过设置具有不同匝数的副绕组使变压器能够输出不同匝比下的输出电压满足外部设备的充电需求，其不需要复杂的变压器工艺实现，也不需要设计复杂的反激控制器就能实现全电压范围的可编程电压输出，简化充电设备设计和制造需求。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种充电控制电路，其特征在于，包括：

功率转换电路，所述功率转换电路包括变压器，所述变压器包括第一匝比输出端、第二匝比输出端和与所述第一匝比输出端和所述第二匝比输出端共同连接的公共输出端，当所述变压器通过所述第一匝比输出端输出电压时所述变压器具有第一匝比，当所述变压器通过所述第二匝比输出端输出的电压时所述变压器具有第二匝比，其中所述第一匝比不同于所述第二匝比；

PD协议模块，所述PD协议模块与所述公共输出端通过电源线相连，用以与外部设备进行沟通，并接收所述外部设备的充电需求；

控制模块，所述控制模块连接在所述电源线和所述变压器之间，用以根据所述电源线上的输出电压控制所述变压器通过所述第一匝比输出端或者通过所述第二匝比输出端输出与所述充电需求相配合的输出电压至所述公共输出端。

2.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述第一匝比小于所述第二匝比。

3.根据权利要求2所述的充电控制电路，其特征在于，所述控制模块包括比较器，所述比较器将所述输出电压与设定值进行比较，

当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制所述变压器通过所述第一匝比输出端输出所述输出电压；

当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制所述变压器通过所述第二匝比输出端输出所述输出电压。

4.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，

所述第一匝比输出端和所述第二匝比输出端分别通过第一开关和第二开关与所述公共输出端相连，

所述控制模块通过控制所述第一开关打开、所述第二开关关闭从而控制所述变压器通过所述第一匝比输出端输出所述输出电压；和

所述控制模块通过控制所述第二开关打开、所述第一开关关闭从而控制所述变压器通过所述第二匝比输出端输出所述输出电压。

5.根据权利要求4所述的充电控制电路，其特征在于，

当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制所述第一开关打开、所述第二开关关闭。

6.根据权利要求4所述的充电控制电路，其特征在于，

当所述输出电压大于所述设定值时，所述控制模块控制所述第一开关关闭、所述第二开关打开。

7.根据权利要求4或5所述的充电控制电路，其特征在于，所述PD协议模块接收到所述外部设备的充电需求时，将所述充电需求反馈给所述控制模块。

8.根据权利要求4所述的充电控制电路，其特征在于，所述充电控制电路的可编程电压输出的范围为3.3V～21V，所述设定值设置为11V。

9.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述PD协议模块通过type-c接口与外部设备沟通，所述电源线为VUS线。

10.一种充电设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的充电控制电路。

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