CN107276134A - 充电装置以及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了充电装置和充电方法。所述充电装置包括能量单元、充电模块以及充电接口，所述充电模块包括：电压变换器和稳压模块，所述稳压模块包括：一储能单元，所述储能单元与所述能量单元电性连接；一充放电控制开关，所述充放电控制开关的第一端与所述储能单元电性连接，第二端通过一反向保护二极管与所述能量单元电性连接；一电压监控单元，所述电压监控单元与所述充放电控制开关的控制端以及储能单元电性连接，用于根据所述储能单元的输出电压值来控制所述充放电控制开关的通断。

Description

充电装置以及充电方法

技术领域

本发明涉及电路设计领域，尤其涉及一种充电装置以及充电方法。

背景技术

现有技术中的便携式充电装置都是采用以能够提供能量的能量单元，对另一个需要充电的终端进行充电。该能量单元例如是锂电池或者太阳能电池板等。而有一些能量单元由于内部的结构特点，导致其具有一最大功率点，只有在最大功率点附近工作，该能量单元的工作效率才是最高的。而被充电的终端所需的电压和电流往往是变化的，特别是对于支持快速充电的终端而言，所需的电压和电流随时可能发生变化。这导致能量单元无法始终稳定在最大功率点附近工作。因此，提供一种能够稳定所述能量单元的输出功率，从而提高所述能量单元的输出效率的技术方案，是现有技术亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够稳定所述能量单元的输出功率的充电装置以及充电方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种充电装置，包括能量单元、充电模块以及充电接口，所述充电模块包括：电压变换器，与所述能量单元和充电接口电性连接，用于将能量单元输出的电压转换成充电采用的直流电压；以及稳压模块，与所述能量单元和电压变换器电性连接，所述稳压模块通过钳位太阳能电池板输出电压的方式来稳定所述能量单元的输出功率，所述稳压模块包括：一储能单元，所述储能单元与所述能量单元电性连接；一充放电控制开关，所述充放电控制开关的第一端与所述储能单元电性连接，第二端通过一反向保护二极管与所述能量单元电性连接；一电压监控单元，所述电压监控单元与所述充放电控制开关的控制端以及储能单元电性连接，用于根据所述储能单元的输出电压值来控制所述充放电控制开关的通断。

可选的，还包括一快充协议识别模块，与所述充电接口和电压变换器电性连接，用于识别来自于充电模块的充电指令，并发送至电压变换器以改变电压变换器的输出电压。

可选的，所述快充协议识别模块包括：协议解析单元，所述协议解析单元与所述充电接口电性连接，用于从通过所述充电接口接收到的充电指令中解析出充电所需的电压值；指令发送单元，与所述协议解析单元以及电压变换器电性连接，用于根据协议解析单元解析得到的电压值，发送输出控制指令至电压变换器，控制所述电压变换器的输出的直流信号的电压值为协议解析单元解析得到的电压值。

可选的，所述指令发送单元包括：一上拉电阻，所述上拉电阻的第一端与电压变换器的输出端电性连接，第二端与所述电压变换器的控制端电性连接；多个下拉电阻，所述每一个下拉电阻的第一端与电压变换器的控制端电性连接，每一个下拉电阻的第二端通过一电压控制开关接地，所述电压控制开关的控制端与所述协议解析单元电性连接。

可选的，所述能量单元为一太阳能电池，所述电压变换器为直流-直流变换器。

本发明还提供了一种充电方法，包括如下步骤：提供一能量单元；采用一电压变换器将能量单元输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；根据被充电设备的指令改变电压变换器输出的电压值；通过钳位能量单元输出电压的方式来稳定所述能量单元的输出功率，从而提高所述能量单元的输出效率。

可选的，所述能量单元为一太阳能电池，所述电压变换器为直流-直流变换器。

本发明的优点在于，通过钳位能量单元输出电压的方式来稳定所述能量单元的输出功率，使所述能量单元的等效负载保持稳定，来稳定所述能量单元的输出功率，从而提高所述能量单元的输出效率。

进一步的，对于支持快速充电的充电装置，快充技术要求输出的功率范围可调。因此，通过识别快充协议来控制电压变换器以改变电压变换器的输出电压，使得稳定能量单元的功率变得可行。

附图说明

附图1所示是本发明所述充电装置一具体实施方式的结构示意图。

附图2所示是本发明所述充电方法一具体实施方式的实施步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的充电装置以及充电方法的具体实施方式做详细说明。

附图1所示是本发明所述充电装置一具体实施方式的结构示意图，包括能量单元11、充电模块12以及充电接口13。能量单元11输出的电能被充电模块12转换后，通过充电接口13向外充电。被充电的终端可以是手机或者平板电脑等。对于支持快速充电的终端，需要充电接口13为其提供高于5V的充电电压，通常包括5V/2A、9V/1.67A、12V/1.5A等多个规格。这需要充电模块12根据情况进行调节。

在本具体实施方式中，为了实现上述调节功能，充电模块12包括电压变换器121、快充协议识别模块、以及稳压模块。所述快充协议识别模块进一步包括协议解析单元130和指令发送单元140。所述稳压模块包括储能单元170、充放电控制开关180以及电压监控单元190

所述电压变换器121与所述能量单元11和充电接口13电性连接，用于将能量单元11输出的直流电压转换成充电采用的直流电压。快充协议识别模块与所述充电接口13和电压变换器121电性连接，用于识别来自于充电模块的充电指令，并发送至电压变换器121以改变电压变换器121的输出电压。被充电终端如果需要快速充电，会发送发起快速充电的命令至充电接口13。快充协议识别模块能够识别该命令，并发送给电压变换器121，驱动其改变输出电压。通常包括5V/2A、9V/1.67A、12V/1.5A等多个模式。而改变输出电压后，电压变换器121的输出功率随之发生变化，这导致能量单元11的输出功率也发生变化。

对于有些类型的能量提供装置，例如太阳能电池或者永磁电机等，其存在一最大功率点，这是由其内部的发电机理决定的。只有在该功率点上能量单元11将其他类型的能源(例如太阳能)转换成电能的转化效率才是最大的。而电压变换器121的输出发生变化之后，如果不加以辅助调节手段，显然会改变能量单元11的输出功率，可能会导致能量单元11的输出效率降低。在本具体实施方式中，能量单元11为太阳能电池，进而电压变换器121为直流-直流变换器。采用稳压模块与所述能量单元11和电压变换器121电性连接。稳压模块的作用在于能够调节所述能量单元11的等效负载。通过调节等效负载，来稳定所述能量单元11的输出功率在最大功率点，从而提高所述能量单元11的输出效率。

在本具体实施方式中，所述快充协议识别模块进一步包括协议解析单元130和指令发送单元140。所述协议解析单元130与所述充电接口13电性连接，用于解析通过所述充电接口13接收到的充电指令。所述充电指令可以是标准的充电协议指令，例如高通的QC2.0等，也可以是制造商自定义的指令集。协议解析单元130根据预设的算法将解析结果发送至指令发送单元140。指令发送单元140与所述协议解析单元130以及电压变换器121电性连接。指令发送单元140收到协议解析单元130发送的结果后，发送一输出控制指令至电压变换器121，控制所述电压变换器121输出相应的直流电压。

本具体实施方式中，充电接口13包括高电平输出端V+、低电平输出端V-、升压端子D+、以及降压端子D-。协议解析单元130根据升压端子D+和降压端子D-的信号解析出结果并发送至输出端。协议解析单元130的输出端包括多个引脚，每个引脚根据充电接口13发出的充电指令选择输出高电平或者低电平。指令发送单元140则包括一上拉电阻R1，和多个下拉电阻，本具体实施方式为下拉电阻R2和R3，指令发送单元140还包括匹配电阻R4。所述上拉电阻R1的第一端与电压变换器121的输出端电性连接，第二端与所述电压变换器121的控制端Vf电性连接；匹配电阻R4的第一端与所述电压变换器121的控制端Vf电性连接，第二端接地。下拉电阻R2和R3中的每一个下拉电阻的第一端与电压变换器121的控制端Vf电性连接，下拉电阻R2和R3中的每一个下拉电阻的第二端通过电压控制开关K2和K3接地。所述电压控制开关K2和K3的控制端与所述协议解析单元130电性连接，具体地说是每个开关电性连接到协议解析单元130的一个输出端的引脚上。电压控制开关K2和K3根据议解析单元130的输出端的引脚电平来选择开关状态，从而将下拉电阻R2和R3接入下拉电阻的网络中，以控制电压变换器121的控制端Vf的电平。匹配电阻R4是可选组件，用于调整控制端Vf的最大电平。

本具体实施方式中，协议解析单元130的输出引脚为两个，对应的下拉电阻和电压控制开关也为两个，若协议解析单元130的输出引脚数目增加，则可以控制更多档位的输出模式，对应的下拉电阻和电压控制开关也应增加到相同的数目。

本具体实施方式中，所述稳压模块通过钳位能量单元11输出电压的方式来稳定所述能量单元11的输出功率，所述稳压模块包括储能单元170、充放电控制开关180以及电压监控单元190。所述储能单元170与所述能量单元11电性连接。所述充放电控制开关180的第一端与所述储能单元170电性连接，第二端通过一反向保护二极管181与所述能量单元11电性连接。所述电压监控单元190与所述充放电控制开关180的控制端以及储能单元170电性连接，用于根据所述储能单元170的输出电压值来控制所述充放电控制开关180的通断。所述储能单元170可以是可充电的锂电池或者超级电容。储能单元170两端的电压是固定的，则能量单元11两端的电压就被钳位在储能单元170两端的电压减去反向保护二极管181的压降和能量单元11的内阻压降。而在储能单元170、保护二极管181、以及能量单元11的回路中，流过能量单元11的电流也是稳定的。该电流可以通过调整能量单元11的内阻值调整。因此，上述结构能够实现能量单元11的电流和电压都是稳定的。通过调整能量单元11中的内阻、以及储能单元170的输出电压等参数，可以将能量单元11的输出电流和电压信号稳定在最大功率点，达到提高能量单元11输出效率的目的。

附图2所示是本发明所述充电方法的一具体实施方式的实施步骤示意图。包括：步骤S20，提供一能量单元；步骤S21，采用一电压变换器将能量单元输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；步骤S22，根据被充电设备的指令改变电压变换器输出的电压值；步骤S23，通过钳位能量单元输出电压的方式来稳定所述能量单元的输出功率，从而提高所述能量单元的输出效率。

采用以上方法，将能量单元的输出电流和电压信号稳定在最大功率点，达到提高能量单元输出效率的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种充电装置，包括能量单元、充电模块以及充电接口，其特征在于，所述充电模块包括：

电压变换器，与所述能量单元和充电接口电性连接，用于将能量单元输出的电压转换成充电采用的直流电压；以及

稳压模块，与所述能量单元和电压变换器电性连接，所述稳压模块通过钳位太阳能电池板输出电压的方式来稳定所述能量单元的输出功率，所述稳压模块包括：

一储能单元，所述储能单元与所述能量单元电性连接；

一充放电控制开关，所述充放电控制开关的第一端与所述储能单元电性连接，第二端通过一反向保护二极管与所述能量单元电性连接；

一电压监控单元，所述电压监控单元与所述充放电控制开关的控制端以及储能单元电性连接，用于根据所述储能单元的输出电压值来控制所述充放电控制开关的通断。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，还包括一快充协议识别模块，与所述充电接口和电压变换器电性连接，用于识别来自于充电模块的充电指令，并发送至电压变换器以改变电压变换器的输出电压。

3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述快充协议识别模块包括：

协议解析单元，所述协议解析单元与所述充电接口电性连接，用于从通过所述充电接口接收到的充电指令中解析出充电所需的电压值；

指令发送单元，与所述协议解析单元以及电压变换器电性连接，用于根据协议解析单元解析得到的电压值，发送输出控制指令至电压变换器，控制所述电压变换器的输出的直流信号的电压值为协议解析单元解析得到的电压值。

4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述指令发送单元包括：

一上拉电阻，所述上拉电阻的第一端与电压变换器的输出端电性连接，第二端与所述电压变换器的控制端电性连接；

多个下拉电阻，所述每一个下拉电阻的第一端与电压变换器的控制端电性连接，每一个下拉电阻的第二端通过一电压控制开关接地，所述电压控制开关的控制端与所述协议解析单元电性连接。

5.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述能量单元为一太阳能电池，所述电压变换器为直流-直流变换器。

6.一种充电方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一能量单元；

采用一电压变换器将能量单元输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；

根据被充电设备的指令改变电压变换器输出的电压值；

通过钳位能量单元输出电压的方式来稳定所述能量单元的输出功率，从而提高所述能量单元的输出效率。

7.根据权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述能量单元为一太阳能电池，所述电压变换器为直流-直流变换器。