CN104092274A - 一种智能可变换输出电压的充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能可变换输出电压的充电器，包括处理单元、电源单元和接口单元，所述处理单元连接所述电源单元和接口单元，所述电源单元连接所述接口单元，所述接口单元连接外部智能终端，所述处理单元通过接口单元和智能终端进行握手和通信，根据握手和通信的结果来控制所述电源单元的输出电压，使所述电源单元的输出电压达到智能终端的要求。本发明能够根据智能终端的需要智能切换输出电压用于给智能终端充电并加快充电速度。本发明还公开了一种用于上述充电器的充电方法。

Description

一种智能可变换输出电压的充电器

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种智能可变换输出电压的充电器和充电方法。 

背景技术

由于智能终端屏幕更大，应用更多，使得智能终端的耗电越来越大，相应的智能终端的电池容量也不断提高，使得充电时间越来越长，用户对充电时间过长越来越不满意。 

发明内容

本发明主要解决的技术问题是智能终端的充电时间较长，有必要提供一种加快充电速度的智能可变换输出电压的充电器和充电方法。 

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能可变换输出电压的充电器，其包括处理单元、电源单元和接口单元，所述处理单元连接所述电源单元和接口单元，所述电源单元连接所述接口单元，所述接口单元连接外部智能终端，所述处理单元通过接口单元和智能终端进行握手和通信，根据握手和通信的结果来控制所述电源单元的输出电压，使所述电源单元的输出电压达到智能终端的要求。 

进一步的，所述处理单元为中央处理器或微处理器,所述电源单元为输出电压可控电源单元，所述接口单元为USB接口。 

进一步的，当所述处理单元没有发出指令给所述电源单元时，所述电源单元的缺省输出电压为+5V，当所述处理单元发出指令给所述电源单元时，所述电源单元根据所述处理单元的指令输出相应的电压。 

进一步的，所述电源单元包括开关，通过所述开关来切换输出的电压值。 

进一步的，所述开关是单刀多掷开关，所述电源单元在所述处理单元控制下切换所述单刀多掷开关，所述处理单元和连接充电器的智能终端进行握手通信，并按所述智能终端的要求来控制单刀多掷开关。 

进一步的，所述电源单元包括DC/DC变换电路、上拉电阻和下拉电阻，所述电源单元的输出电压V+连接至接口单元的VBUS端，并且依次通过所述上拉电阻和下拉电阻接地，所述上拉电阻和下拉电阻之间的节点作为反馈端电连接至所述DC/DC变换电路，所述下拉电阻是可调电阻，所述处理单元连接所述下拉电阻并可控制所述下拉电阻VR的电阻值大小，当变换电压采样下拉电阻的电阻值时，反馈的参考电压也跟着变化，直流输出电压V+也跟着变化，所述处理单元控制所述电源单元的输出电压值实现输出电压的连续变换输出。 

进一步的，所述智能可变换输出电压的充电器包括处理单元、电源单元、接口单元、模数转换单元、电压差放大器和电流采样电阻，所述电流采样电阻设置在电源单元和接口单元之间，用于采样输出电流的大小，所述模数转换单元把采样得到的输出电流转换为数字信号后发送给处理单元进行处理，所述处理单元包括中央处理器，所述中央处理器根据接收到的数字信号进行判定并控制所述电源单元输出的电流大小，所述处理单元可根据接收到的对应输出电流大小的数字信号控制所述电源单元输出或关闭电源输出。 

本发明还提供一种智能可变换输出电压的充电方法，包括步骤S01，连接智能充电器和智能终端；步骤S02，智能充电器初始输出电压为+5V，智能终端检测到智能充电器；步骤S03，智能终端通过自身配置通过USB发指令给充电器，使充电器输出合适的快速充电电压；步骤S04，充电器是否收到指令并应答，“是”则跳到步骤S05，“否”则跳到步骤S07；步骤S05,智能终端收到充电器的应答，准备好后通知充电器；步骤S06，充电器按智能终端的要求输出充电电压并开始快速充电；步骤S07，智能终端没收到充电器的应答，则继续按常规+5V充电。 

本发明的有益效果是：1、用提高输出电压的方法来提高充电器的输出功率，以满足终端对大功率快速充电的需求；2、充电器具有握手通讯功能，能和智能终端进行握手和通讯；3、该专利充电器通过USB充电接口和智能终端进行握手通讯，并能按智能终端的需求输出不同的充电电压；4、充电器的可变输出电压主要通过如下两种方法来实现：其一为通过单刀多掷开关的切换来实现智能充电器多种电压的输出；其二为改变充电器电压变换参数来实现智能充电器连续电压变化的输出；5、该专利充电器通过检测输出电流的大小来保护自己及负载终端，保证工作系统的安全。本发明是具有握手通讯功能的充电器通过提高输出电压的方法来提高输出功率，从而满足智能终端快速充电和大功率供电的需求。 

附图说明

图1是本发明一种智能可变换输出电压的充电器的一个实施方式与智能终端的连接示意图； 

图2是图1所示智能可变换输出电压的充电器的示意图； 

图3是图1所示智能可变换输出电压的充电器的电源单元结构示意图； 

图4是图1所示智能可变换输出电压的充电器的另一实施方式的示意图； 

图5是本发明一种智能可变换输出电压的充电器的另一实施方式的方框结构示意图； 

图6是本发明智能可变换输出电压的充电方法的流程示意图。 

具体实施方式

为了缩短充电时间，必须进行快速充电，要实现快速充电必须提高充电功率，要提高充电功率必须要有大功率的充电器，传统的大功率充电器是在输出电压不变的前提下增大输出电流，增大输出电流会受到充电接口、充电连线等器件所允许的最大电流的限制，因此用增大输出电流的方法来提高充电器的输出功率受到很大的限制，本专利提出了用增 大输出电压的方法来提高充电器的输出功率，同时充电器能和智能终端握手通讯，根据智能终端所发的指令来调节输出电压，最大程度地满足智能终端快速充电的需求。因此，本发明提供一种能够缩短充电时间的智能可变换输出电压的充电器和充电方法。 

本发明就是在保障供电电流在通用接口器件、充电电源连线等器件所允许的范围之内用提高充电器输出电压的方法来提高充电器的输出功率。 

充电器的输出功率公式为：P＝U×I 

其中P为充电器的输出功率、U为输出电压、I为输出电流。 

从以上公式可看出，在充电器输出电流I不变的情况下，其输出功率P随输出电压U的提高而成比例提高。因此本发明在保持输出电流稳定的情况下提高输出电压，从而加快充电。 

下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为描述方便，下面提到的“充电器”或“智能充电器”均指代本发明智能可变换输出电压的充电器。 

请参阅图1，是本发明智能可变换输出电压的充电器的一个实施方式与智能终端的连接示意图。所述智能可变换输出电压的充电器1的一端连接外部交流电，另一端与待充电的智能终端2相连。如图所示，其中VBUS为充电正电源，是智能充电器向智能终端充电或供电的正电源；所述正电源VBUS和地组成了充电器向智能终端进行充电和供电的电源回路；D+/D-是充电器和智能终端之间通讯时用来传输数据；ID用来检测。 

请同时参阅图2，图1所示可变换输出电压的充电器1包括处理单元10、电源单元20和接口单元30。所述处理单元10为中央处理器(CPU)或微处理器(MCU),所述电源单元20为输出电压可控电源单元，所述接口单元30为USB接口。所述处理单元10连接所述电源单元20和接 口单元30。所述电源单元20连接所述接口单元30。所述接口单元30连接外部智能终端。所述处理单元10通过接口单元30的USB接口和智能终端进行握手和通信，根据握手和通信的结果来控制所述电源单元20的输出电压，使所述电源单元20的输出电压达到智能终端的要求，从而达到用高电压进行快速充电的目的。 

电源单元20的输出电压是由所述处理单元10进行控制，所述处理单元10根据智能终端的需求来调节所述电源单元10的输出电压。当所述处理单元10没有发出指令给所述电源单元20时，所述电源单元20的缺省输出电压为+5V，和市面上普通充电器相兼容。当所述处理单元10发出指令给所述电源单元20时，所述电源单元20根据所述处理单元10的指令输出相应的电压，从而通过智能变换输出电压加速对智能终端的充电。 

所述接口单元30是所述智能可变换输出电压的充电器和智能终端的通信接。在本发明上述实施方式中，所述接口单元30采用USB接口方式，通过VBUS和地对智能终端进行供电和充电的接口。所述USB接口的VBUS和通常的USB接口有所不同，该USB接口的VBUS缺省电压为+5V，在快速充电时电压会升高以满足快速充电的需求。 

同时，本发明采用的交流输入接口可满足世界各国的市电交流电压及频率，是宽电压交流输入接口。 

请参阅图3，是图1所述智能可变换输出电压的充电器的电源单元结构示意图。所述电源单元20包括开关K，通过所述开关K来切换输出的电压值，如+5V、V1、V2等。在本实施方式中，所述开关K是单刀多掷开关。工作时，所述电源单元20在所述处理单元10控制下切换所述单刀多掷开关K，从而实现+5V、V1、V2等不同电压输出。所述处理单元20和连接充电器的智能终端2进行握手通信，并按所述智能终端2的要求来控制单刀多掷开关，使充电器输出的电压满足智能终端2的要求。最终实现用高电压实现大功率快速充电的要求。在上述实施方式中，V2＞V1＞+5V，充电器根据智能终端2的要求输出不同级别的电压V1或者V2,从而实现快速充电。 

请参阅图4，是图1所述智能可变换输出电压的充电器的另一实施方式的示意图。 

在本实施方式中，所述电源单元20包括DC/DC变换电路、上拉电阻R和下拉电阻VR。所述电源单元20的输出电压V+连接至接口单元30的VBUS端，并且依次通过所述上拉电阻R和下拉电阻VR接地。所述上拉电阻R和下拉电阻VR之间的节点A作为反馈端电连接至所述DC/DC变换电路。所述下拉电阻VR是可调电阻，所述处理单元10连接所述下拉电阻VR并可控制所述下拉电阻VR的电阻值大小。 

所述电源单元20通过调整电压变换反馈电路中的电阻值来调整电源输出电压并能满足对终端用提高充电器输出电压的方法进行大功率快速充电的要求。进一步的，A点的反馈的参考电压为： 

VA＝[V+/(R+VR)]*VR 

其中，VA表示A处的电压值，也是电压反馈的参考电压值。所述DC/DC变换电路采样反馈端A处反馈的参考电压， 

当变换电压采样下拉电阻VR的电阻值时，根据以上公式可得到反馈的参考电压VA也跟着变化，反馈的参考电压变化了，直流输出电压V+也跟着变化，从而通过处理单元10控制所述电源单元20的输出电压值实现输出电压的连续变换输出。 

上述实施方式中，本发明一种智能可变换输出电压的充电器均可达到调节输出电压的目的，并最终实现用提高充电器输出电压的方法来提高输出功率，满足对终端进行大功率快速充电的需求。 

请参阅图5，是本发明一种智能可变换输出电压的充电器的另一实施方式的方框结构示意图。所述智能可变换输出电压的充电器包括处理单元10、电源单元20、接口单元30、模数转换单元40、电压差放大器50和电流采样电阻R。所述电流采样电阻R设置在电源单元20和接口单元30之间，用于采样输出电流的大小。所述模数转换单元40(又称为ADC转换单元)把采样得到的输出电流转换为数字信号后发送给处理单元10进行处理。所述处理单元10包括中央处理器，所述中央处理器根据接收到的数字信号进行判定并控制所述电源单元10输出的电流 大小。工作时，所述处理单元10可根据接收到的对应输出电流大小的数字信号控制所述电源单元20输出或关闭电源输出，以保证整个充电系统(充电器和智能终端)的安全。 

请参阅图6，是本发明智能可变换输出电压的充电方法的流程示意图。本发明智能可变换输出电压的充电方法包括： 

步骤S01，连接智能充电器和智能终端； 

步骤S02，智能充电器初始输出电压为+5V，智能终端检测到智能充电器； 

步骤S03，智能终端通过自身配置通过USB发指令给充电器，使充电器输出合适的快速充电电压； 

步骤S04，充电器是否收到指令并应答，“是”则跳到步骤S05，“否”则跳到步骤S07； 

步骤S05,智能终端收到充电器的应答，准备好后通知充电器； 

步骤S06，充电器按智能终端的要求输出充电电压并开始快速充电； 

步骤S07，智能终端没收到充电器的应答，则继续按常规+5V充电。 

相较于现有技术，本发明的有益效果在于： 

1、用提高输出电压的方法来提高充电器的输出功率，以满足终端对大功率快速充电的需求。 

2、充电器具有握手通讯功能，能和智能终端进行握手和通讯。 

3、该专利充电器通过USB充电接口和智能终端进行握手通讯，并能按智能终端的需求输出不同的充电电压。 

4、充电器的可变输出电压主要通过如下两种方法来实现：其一为通过单刀多掷开关的切换来实现智能充电器多种电压的输出；其二为改变充电器电压变换参数来实现智能充电器连续电压变化的输出。 

5、该专利充电器通过检测输出电流的大小来保护自己及负载终端，保证工作系统的安全。 

本发明是具有握手通讯功能的充电器通过提高输出电压的方法来提高输出功率，从而满足智能终端快速充电和大功率供电的需求。 

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 

Claims (8)

1.一种智能可变换输出电压的充电器，其特征在于，包括处理单元、电源单元和接口单元，所述处理单元连接所述电源单元和接口单元，所述电源单元连接所述接口单元，所述接口单元连接外部智能终端，所述处理单元通过接口单元和智能终端进行握手和通信，根据握手和通信的结果来控制所述电源单元的输出电压，使所述电源单元的输出电压达到智能终端的要求。

2.根据权利要求1所述的智能可变换输出电压的充电器，其特征在于，所述处理单元为中央处理器或微处理器,所述电源单元为输出电压可控电源单元，所述接口单元为USB接口。

3.根据权利要求1所述的智能可变换输出电压的充电器，其特征在于，当所述处理单元没有发出指令给所述电源单元时，所述电源单元的缺省输出电压为+5V，当所述处理单元发出指令给所述电源单元时，所述电源单元根据所述处理单元的指令输出相应的电压。

4.根据权利要求3所述的智能可变换输出电压的充电器，其特征在于，所述电源单元包括开关，通过所述开关来切换输出的电压值。

5.根据权利要求4所述的智能可变换输出电压的充电器，其特征在于，所述开关是单刀多掷开关，所述电源单元在所述处理单元控制下切换所述单刀多掷开关，所述处理单元和连接充电器的智能终端进行握手通信，并按所述智能终端的要求来控制单刀多掷开关。

6.根据权利要求5所述的智能可变换输出电压的充电器，其特征在于，所述电源单元包括DC/DC变换电路、上拉电阻和下拉电阻，所述电源单元的输出电压V+连接至接口单元的VBUS端，并且依次通过所述上拉电阻和下拉电阻接地，所述上拉电阻和下拉电阻之间的节点作为反馈端电连接至所述DC/DC变换电路，所述下拉电阻是可调电阻，所述处理单元连接所述下拉电阻并可控制所述下拉电阻VR的电阻值大小，当变换电压采样下拉电阻的电阻值时，反馈的参考电压也跟着变化，直流输出电压V+也跟着变化，所述处理单元控制所述电源单元的输出电压值实现输出电压的连续变换输出。

7.根据权利要求1所述的智能可变换输出电压的充电器，其特征在于，所述智能可变换输出电压的充电器包括处理单元、电源单元、接口单元、模数转换单元、电压差放大器和电流采样电阻，所述电流采样电阻设置在电源单元和接口单元之间，用于采样输出电流的大小，所述模数转换单元把采样得到的输出电流转换为数字信号后发送给处理单元进行处理，所述处理单元包括中央处理器，所述中央处理器根据接收到的数字信号进行判定并控制所述电源单元输出的电流大小，所述处理单元可根据接收到的对应输出电流大小的数字信号控制所述电源单元输出或关闭电源输出。

8.一种智能可变换输出电压的充电方法，其特征在于，包括：

步骤S01，连接智能充电器和智能终端；

步骤S02，智能充电器初始输出电压为+5V，智能终端检测到智能充电器；

步骤S03，智能终端通过自身配置通过USB发指令给充电器，使充电器输出合适的快速充电电压；

步骤S04，充电器是否收到指令并应答，“是”则跳到步骤S05，“否”则跳到步骤S07；

步骤S05,智能终端收到充电器的应答，准备好后通知充电器；

步骤S06，充电器按智能终端的要求输出充电电压并开始快速充电；

步骤S07，智能终端没收到充电器的应答，则继续按常规+5V充电。