一种充电器的制作方法

本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种充电器。

背景技术：

随着互联网技术的迅猛发展，市面上的电子设备越来越多，电子设备的种类也越来越多，如，手机、平板电脑、笔记本电脑、平板电视等。在使用过程中，这些电子设备必须使用充电器提供电源或预先使用充电器充电，才能保证开机正常工作。

由于各类电子设备对充电电压/充电功率的需求不同及各类电子设备充电接口的标准不同，目前一般都是一类电子设备对应一种充电器，如，手机充电器只能给手机充电、平板电脑充电器只能给平板电脑充电、平板电视充电器只能给平板电视充电等，各类充电器不能混用，以此消费者每购买一个电子设备都需要同时购买一个充电器，此外，由于电子设备的快速更新，消费者购买的频率随之提高，导致消费者购买的充电器成倍增长，不仅造成了极大的浪费而且给消费者带来极大的不便，尤其是外出时往往需要携带多个充电器。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种充电器，有效解决了现有技术中各种类型电子设备不能共用充电器的技术问题。

一种充电器，包括：

type-c接口，用于与具备type-c接口的电子设备连接，实现充电器与电子设备之间的数据通信，及用于实现充电器的供电；

与type-c接口连接的输出控制电路，通过type-c接口获取与之连接的电子设备所需的充电参数，并以此输出控制信号，所述充电参数包括电流参数和电压参数；

与输出控制电路连接的参数调整电路，用于根据输出控制电路反馈的控制信号调整输出脉冲；

分别与参数调整电路以及type-c接口连接的高频变压器，根据参数调整电路的输出脉冲变换为电子设备所需的充电参数，并通过type-c接口为电子设备供电。

在本技术方案中，通过输出控制电路采集电子设备的充电参数，以此输出控制信号调整参数调整电路的输出脉冲(控制整个电源环路的初级电能输出)，进而控制高频变压器的输出，实现对充电器整个电源环路输出参数的控制调整，满足各类电子设备的充电需求，包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、平板电视等(采用可以支持双面正反接插的type-c接口，通过type-c线缆可以提供最大高达100w的电能传输量，实现对笔记本电脑、平板电视等以往无法通过充电器供电的大用电设备供电)。具体，输出控制电路中将整个充电器的输出功率控制为10w(瓦)、18w、36w、60w和100w五级“规格”，其中电压包括5v、9v、15v和20v，电流包括1.5a、2a、3a和5a，配置灵活，以满足各类电子设备的充电需求，智能化的根据电子设备的不同功率需求来自动调节电能输出，用户也无需针对不同的电子设备购买不同的充电器，有效节约资源，同时为用户提供便利，实现电子设备的快速智能充电。

进一步优选地，所述输出控制电路通过光电耦合的方式将控制信号反馈至参数调整电路。

在本技术方案中，为了避免高频变压器前级中的交流信号与后级中的直流信号相互干扰，将两个信号进行隔离，采用光电耦合的方式将控制信号反馈至参数调整电路。

进一步优选地，在所述参数调整电路中包括一反激控制芯片和一开关管，所述开关管分别与所述反激控制芯片的输出引脚和高频变压器连接，所述参数调整电路通过反激控制芯片输出引脚的输出脉冲控制开关管的通断，以此控制高频变压器的工作状态；且

所述参数调整电路通过反激控制芯片的反馈引脚接收输出控制电路的控制信号，并根据控制信号调整反激控制芯片输出脉冲的占空比，以此控制高频变压器变换得到的充电参数。

在本技术方案中，根据反激控制芯片控制高频变压器的工作和控制高频变压器的输出，以此实现对充电器整个电源环路输出参数的控制。

进一步优选地，所述充电器中还包括与输出控制电路连接的参数采样电路，用于采样充电器中整个电源环路中的充电参数；

所述输出控制电路根据参数采样电路采集到的充电参数实现对整个电源环路的实时监控。

进一步优选地，所述参数采样电路中包括一用于采样电流参数的电流采样电路和一用于采样电压参数的电压采样电路，所述电流采样电路和电压采样电路分别与输出控制电路连接。

在本技术方案中，通过参数采样电路实时采样电源环路中的电流参数和电压参数，以此实现输出控制电路对电源环路中电流/电压的实时监控，满足外部用电要求和当外部异常时的紧急处理，提高充电器的安全性能。

进一步优选地，所述充电器中还包括分别与输出控制电路、电流采样电路以及高频变压器连接的同步整流电路，及分别与同步整流电路、输出控制电路、高频变压器以及type-c接口连接的开关电路，所述输出控制电路根据电流采样电路采集的电流参数控制同步整流电路和开关电路的通断，以此控制整个电源环路的通断。

进一步优选地，所述充电器中还包括：

type-a接口，用于与具备type-a接口的电子设备连接，实现充电器与电子设备之间的数据通信，及用于实现充电器的供电；

分别与type-a接口和开关电路连接的直流电压转换电路，用于将高频变压器输出的充电参数进一步转换为与type-a接口连接的电子设备所需的充电参数。

在本技术方案中，考虑到充电器的实用性，同时配备了普通的5v/2.4a的type-a接口满足存量市场的电子设备，同时达到一个充电器能为多种电子设备进行充电的目的，有效消除资源浪费及减少消费者因错误使用充电器导致的事故的概率，此外，考虑到成本和充电器体积的最优原则，针对type-a接口的充电电路没有再采用单独的一路初级变压器设计，而是把type-c口的输出电压直接通过直流电压转换电路降压到5v输出，节约成本。

进一步优选地，所述充电器中还包括一分别与直流电压转换电路和type-a接口连接的识别电路，用于识别与type-a接口连接的电子设备的类别。

进一步优选地，所述充电器中还包括连接于高频变压器和市电之间的防雷电路、emi(electromagneticinterference，电磁干扰)电路、整流电路以及滤波电路，用于对接入的市电进行防雷、抗电磁干扰、整流以及滤波处理。

在本技术方案中，充电器初级的抗干扰设计保证了充电器的正常运行和安全性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地解释。

图1为本发明中充电器一种实施方式示意图；

图2为本发明中充电器另一种实施方式示意图；

图3为本发明中充电器另一种实施方式示意图；

图4为本发明中充电器另一种实施方式示意图；

图5为实例中防雷电路/emi电路/整流电路/滤波电路以及高压电能吸收电路的电路图；

图6为实例中参数调整电路的电路图；

图7为实例中输出控制电路/参数采集电路/同步整流电路/开关电路的电路图；

图8为实例中直流电压转换电路的电路图。

附图标记：

110-type-c接口，120-输出控制电路，130-参数调整电路，140-高频变压器，150-光电耦合器，160-参数采样电路，170-同步整流电路，180-开关电路，190-type-a接口，200-直流电压转换电路。

具体实施方式

如图1所示为本发明提供的充电器一种实施方式示意图，从图中可以看出，在该充电器中包括：type-c接口110、输出控制电路120、参数调整电路130以及高频变压器140，其中，输出控制电路120与type-c接口110连接，参数调整电路130与输出控制电路120连接，高频变压器140与分别参数调整电路130和type-c接口110连接。

在本实施方式中，type-c接口110用于与具备type-c接口110的电子设备连接，实现充电器与电子设备之间的数据通信，及用于实现充电器的供电。我们知道，type-c接口110可支持正反插，最大电流可达到5a(安培)，是电子设备的标准接口，目前很多电子设备，如智能手机、平板电脑等均采用该类型接口，以此，本实施方式提供的充电器能够广泛适用于市场上所有采用type-c接口110的电子设备。

在工作过程中，充电器通过type-c接口110与电子设备连接以后，随即输出控制电路120通过type-c接口110与电子设备进行数据通信，以此通过通信协议获取电子设备所需的充电参数(包括电流参数和电压参数)，之后通过输出控制电路120中的数模转换器将包含充电参数的协议信号转换为模拟量的控制信号。参数调整电路130接收到输出控制电路120反馈的控制信号之后，通过输出脉冲控制高频变压器140次级绕组的通断，以此高频变压器140根据该输出脉冲变换为电子设备所需的充电参数，控制整个电源环路的输出，实现电子设备的供电。

在本实施方式中，输出控制电路120包括一支持pd(powerdelivery，功率传输协议)3.0协议的控制芯片，输出控制电路120通过该协议控制芯片与电子设备进行数据通信，该协议控制芯片通过通信协议获取电子设备所需的充电参数，并通过该协议控制芯片内部的数模转换器将包含充电参数的协议信号转换为模拟量的控制信号,以此将充电器的输出功率控制为10w、18w、36w、60w和100w五级“规格”，其中，电压包括5v、9v、15v和20v四级，电流包括1.5a、2a、3a和5a四级，以满足各类电子设备的充电需求，尤其是实现对笔记本电脑、平板电视等以往无法通过充电器供电的大用电设备的供电，智能化的根据电子设备的不同功率需求来自动调节电能输出。

在本实施方式中，在参数调整电路130中包括一反激控制芯片和一开关管，其中，开关管分别与反激控制芯片的输出引脚和高频变压器140连接。具体，当充电器接入ac220v交流电源之后，该反激控制芯片内部的振荡器开始工作并通过输出引脚发送输出脉冲至开关管，控制开关管的开启工作，从而高频变压器140开始工作。此后，当反激控制芯片的反馈引脚接收到输出控制电路120的控制信号，则根据该控制信号调整反激控制芯片输出脉冲的占空比，以此控制高频变压器140变换得到的充电参数。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，输出控制电路120通过光电耦合的方式将控制信号反馈至参数调整电路130，即将输出控制电路120输出的控制信号通过一光电耦合器150反馈至参数调整电路130中，如图2所示。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，如图3所示，在本实施方式中，充电器中除了包括type-c接口110、输出控制电路120、参数调整电路130、高频变压器140以及光电耦合器150之外，还包括与输出控制电路120连接的参数采样电路160，用于采样充电器中整个电源环路中的充电参数，以此输出控制电路120根据参数采样电路160采集到的充电参数实现对整个电源环路的实时监控。

更具体来说，在该参数采样电路160中包括一用于采样电流参数的电流采样电路和一用于采样电压参数的电压采样电路，且该电流采样电路和电压采样电路分别与输出控制电路120连接。此外，充电器中还包括分别与输出控制电路120、电流采样电路以及高频变压器140连接的同步整流电路170，及分别与同步整流电路170、输出控制电路120以及type-c接口110连接的开关电路180，输出控制电路120根据电流采样电路采集的电流参数控制同步整流电路170和开关电路180的通断，以此控制整个电源环路的通断。另外，输出控制电路120通过输出脉冲控制同步整流电路170的通断，使电流回流到高频变压器140，完成整个回流环路的功能。

在工作过程中，针对不同功率需求的电子设备，输出控制电路120通过参数采样电路160实时监控整个电源环路的电压参数/电流参数，并控制其通断，从而满足10w、18w、36w、60w和100w五级“规格”的输出。具体，输出控制电路120通过电流采样电路实时监控整个电源环路的电流大小，若出现电流异常，则输出控制电路120立即关断同步整流电路170和开关电路180，以终止整个环路环流。另外，输出控制电路120通过电压采样电路对输出电压进行实时采样，并将采样电压与协议控制芯片内部基准电压进行比较，以此判断输出电压是否异常。此外，开关电路180同样由输出控制电路120控制，当外部电子设备出现任何异常时，输出控制电路120通过关段开关电路180以切断充电器的供电，以此防止充电器在上电初期，电压不稳定时的对外输出。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，如图4所示，在本实施方式中，充电器中除了包括type-c接口110、输出控制电路120、参数调整电路130、高频变压器140、光电耦合器150、参数采样电路160、同步整流电路170以及开关电路180之外，还包括type-a接口190和直流电压转换电路200，其中，type-a接口190用于与具备type-a接口190的电子设备连接，实现充电器与电子设备之间的数据通信，及用于实现充电器的供电；直流电压转换电路200分别与type-a接口190和开关电路180连接，用于将高频变压器140输出的充电参数进一步转换为与type-a接口190连接的电子设备所需的充电参数。

考虑到充电器对现有市场中电子设备的适用性，在本实施方式提供的充电器在配备了满足pd3.0协议的type-c接口110的基础上，增加一个5v/2.4a的type-a接口190的充电输出口，以此用户在使用该充电器对pd电子设备进行充电的同时，还可以对各种5v的电子设备进行充电，如最常用的智能手机、移动电源、数码相机等，从而大大增强了该充电器的适用性。

在电路设计上，在本实施方式中，该type-a接口190对应的变压电路没有采用变压器进行变压得到相应电压的常规设计思路，而是直接利用pd3.0的输出回路的输出电压作为该变压电路(5v/2.4a的电路)的输入源。由上述可知，pd3.0的输出回路的电压为5v、9v、15v或20v，以此，在直流电压转换电路200中，采用一恒压转换芯片(dc/dc(directcurrent，直流电)，可以满足type-a接口5v/2.4a的恒压输出。

此外，在本实施方式中，充电器中还包括一分别与直流电压转换电路200和type-a接口190连接的识别电路，用于识别与type-a接口190连接的电子设备的类别。在一实例中，该识别电路专用于识别某一公司的电子设备，以此保证该公司的电子设备的充电电流达到2.4a。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，充电器中除了包括type-c接口110、输出控制电路120、参数调整电路130、高频变压器140、光电耦合器150、参数采样电路160、同步整流电路170、开关电路180、type-a接口190以及直流电压转换电路200之外，还包括连接于高频变压器140和市电之间的防雷电路、emi电路、整流电路以及滤波电路，用于对接入的市电进行防雷、抗电磁干扰、整流以及滤波处理。

在本实施方式中，防雷电路通过保险丝、差模电容以及热敏电阻组成，以防止交流电网的大电流和大浪涌对充电器后端电路的损坏；emi电路由共模电感得到，用于防止高频干扰辐射信号的接入；整流电路由整流桥堆组成，用于把输入交流信号整流为高压直流信号；滤波电路由电解电容组成，用于对整流电路输出的高压直流信号进行滤波、储能，直接供电到高压变压器的输入端。此外，该充电器中还包括与滤波电路连接的高压电能吸收电路，用于降低尖峰电压、缓冲尖峰电流、降低di/dt和dv/dt，改善emi品质，减低开关损耗，提高充电器的电源效率。

在一实例中，该充电器中的防雷电路、emi电路、整流电路、滤波电路以及高压电能吸收电路，如图5所示，220v交流电源由图示的l点和n点接入，防雷电路由保险丝f1、差模电容cx2以及热敏电阻rt2组成；emi电路由共模电感t3组成；整流电路由整流桥堆d1组成，以将输入交流信号整流为高压直流信号；滤波电路由第一电解电容ce1和第二电解电容ce2组成，以对高压直流信号进行滤波和储能。高压电能吸收电路中包括第一分压电阻r1、第二分压电阻r2、第三分压电阻r4、第四分压电阻r5、第一电容c1以及第四二极管d4组成，以降低滤波电容滤波后的高压直流信号中的尖峰电压、缓冲尖峰电流、降低di/dt和dv/dt，改善高压直流信号的emi品质、减低开关损耗，提高充电器的电源效率。更具体来说，保险丝f1的型号为1206l150/12sl，热敏电阻rt2的型号为5d-5，差模电容cx2的容量为0.33μf、电压值为275v，共模电感t3的感抗为190μh，整流桥堆d1的型号为rs403l，第一电解电容ce1容量为47μf、电压值为400v，第二电解电容ce2容量为47μf、电压值为400v，第一分压电阻r1的阻值为200k，第二分压电阻r2的阻值为200k，第三分压电阻r4的阻值为200r，第四分压电阻r5的阻值为200r，第一电容c1容量为470pf、电压值为250v，第四二极管d4的型号为s2mf/1000v/2a。

如图6所示，在该参数调整电路中具体包括：反激控制芯片u1，用于将高压直流电送入反激控制芯片u1中引脚hv的高压启动电阻r58，用于控制高频变压器通断的第一开关管q3，设置于第一开关管q3和反激控制芯片u1之间控制第一开关管通断/保护第一开关管q3的第一电阻r33、第二电阻r36、第三电阻r37以及第一二极管d8，设置于第一开关管q3和反激控制芯片u1之间用于采集第一开关管q3峰值电流的第四电阻r39、第五电阻r42、第六电阻r43、第七电阻r44以及第一接地电容c19，设置于第一开关管q3和反激控制芯片u1之间用于为反激控制芯片u1供电的第二二极管d7、第三二极管d6、第八电阻r18、第九电阻r20、三极管q7、第一稳压管zd3以及第二电容c11，设置于第一开关管q3和反激控制芯片u1之间用于采集分压的第十电阻r17、第十一电阻r16、第十二电阻r21、第三电容c5以及第四电容c9。

在工作过程中，充电器接入ac220v交流电源之后，高压启动电阻r58将高压直流电(交流电源经过防雷/emi/整流/滤波电路得到)输入反激控制芯片u1中的引脚hv，以此反激控制芯片u1的内部振荡器开始工作，引脚gate输出pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)脉冲信号，控制第一开关管q3开始工作，从而使高频变压器t4开始工作，具体，高频变压器t4中的辅助绕组(3脚和4脚的绕组)和次级绕组(5脚和6脚的绕组)产生脉冲电压。

此外，辅助绕组(3脚和4脚的绕组)的脉冲电压除了经第二二极管d7和第三二极管d6整流后输入反激控制芯片u1中的引脚vdd，为该反激控制芯片u1供电；还经过第十一电阻r16和第十电阻r17组成的分压电路将分压值通过反激控制芯片u1的引脚dmg输入内部的电压误差放大器的反向端，与电压误差放大器同向端的精密基准电压进行比较，输出放大的电压误差信号comv，以此控制引脚gate输出的pwm脉冲信号的占空比，从而控制高频变压器t4的次级脉冲电压的占空比，即控制高频变压器t4输出电压的大小。

与此同时，反激控制芯片u1的引脚cs检测第一开关管q3的峰值电流，由并联电阻(第五电阻r42、第六电阻r43和第七电阻r44)的压降正比于其电流，以此在恒流输出时，引脚cs检测到的电流正比于第一开关管q3的峰值电流的电压，之后将检测到的电流输入到反激控制芯片u1内部的电流误差放大器的反相端，与其同相端的精密基准电流比较，输出放大的电流误差信号comi，以此控制引脚gate输出的pwm脉冲信号的占空比，实现反激控制芯片u1对输出的pwm脉冲信号的控制。

更具体来说，反激控制芯片u1的具体型号为立琦的rt7786，高压启动电阻r58的阻值为300k，第一开关管q3的型号为sw7n65k，第一电阻r33的阻值为20r，第二电阻r36的阻值为20r，第三电阻r37的阻值为100k，第一二极管d8的型号为in4148，第四电阻r39的阻值为200r，第五电阻r42、第六电阻r43及第七电阻r44的阻值为1r，第一接地电容c19的容量为330pf，第二二极管d7的型号为fr107，第三二极管d6的型号为in4148，第八电阻r18的阻值为2r，第九电阻r20的阻值为1k，三极管q7的型号为bc817，第二电容c11的容量为4.7μf、电压值为50v，第十电阻r17的阻值为310k，第十一电阻r16的阻值为20k，第十二电阻r21的阻值为1k，第三电容c5的容量为39pf，第四电容c9的容量为1000pf。

如图7所示，在输出控制电路中包括一协议控制芯片u3，且该协议控制芯片u3中的引脚cc1通过第十一电阻r26与type-c接口中的引脚cc1连接、引脚cc2通过第十二电阻r23与type-c接口(j3)中的引脚cc2连接、引脚s+通过第十三电阻r30与type-c接口中的引脚dp1/dp2连接、引脚d-通过第十四电阻r32与type-c接口中的引脚dn1/dn2连接。具体，协议控制芯片u3的型号为立琦的rt7207t，type-c接口的型号为type-c-ce14，第十一电阻r26、第十二电阻r23、第十三电阻r30以及第十四电阻r32的阻值为均33r。

协议控制芯片u3和反激控制芯片u1之间包括第十六电阻r31、第十七电阻r35、第十八电阻r38、第十九电阻r34、第二十电阻r41、第二十一电阻r45、第九电容c12、第十电容c14、第十一电容c18以及光电耦合器u4，以此通过光电耦合的方式将协议控制芯片u3引脚ifb、引脚vfb以及引脚opto输出的控制信号反馈至反激控制芯片u1的引脚comp。具体，第十六电阻r31的阻值为31k，第十七电阻r35的阻值为1k，第十八电阻r38的阻值为27k，第十九电阻r34的阻值为91k，第二十电阻r41的阻值为13k，第二十一电阻r45的阻值为51k，第九电容c12的容量为0.1μf、第十电容c14的容量为33nf、第十一电容c18的容量为100pf，光电耦合器u4的型号为h21a1。

电压采样电路中包括第五二极管d9、第六二极管d10、第七二极管d13、第五电容c16、第六电容c15、第七电容c21以及第八电容c30，与协议控制芯片u3的引脚v5、引脚vcp以及引脚v9构成电压比较环路对输出电压进行实时采样，并将采样电压与协议控制芯片内部基准电压进行比较，以此判断输出电压是否异常。具体，第五二极管d9、第六二极管d10及第七二极管d13的型号均为in4148，第五电容c16的容量为0.1μf，第六电容c15、第七电容c21以及第八电容c30的容量均为2.2μf。

同步整流电路中包括同步整流开关管u2、第二十六电阻r25、第二十七电阻r19、第二十八电阻r8、第二十九电阻r28、第三十电阻r22、第十三电容c2以及第八二极管d5，以此通过协议控制芯片u3引脚vg输出的脉冲信号控制同步整流开关管u2的通断，使电流回流到高频变压器t2次级绕组6脚，完成整个回流环路的功能。开关电路中包括第二开关管q1、第二稳压管zd1。具体，同步整流开关管u2的型号为ipb144n12，第二十六电阻r25的阻值为100r，第二十七电阻r19的阻值为100k，第二十八电阻r8的阻值为47r，第二十九电阻r28的阻值为100k，第三十电阻r22的阻值为100k，第十三电容c2的容量为1000pf、电压为250v，第八二极管d5的型号为tsp15u120s。第二开关管q1的型号为aq4262e，第二稳压管zd1的型号为mmsz5248。

电流采样电路中包括第二十二电阻r13、第二十三电阻r55、第二十四电阻r54、第二十五电阻r9、第十二电容c12、第三共模电容ce3以及第四共模电容ce5，以此协议控制芯片u3中的引脚cs-和引脚cs+通过采样第二十三电阻r55和第二十四电阻r54两端的电压差实现对电源环路中电流的采集，以此实现对整个电源环路电流的监控，若出现电流异常，则协议控制芯片u3立即关断同步整流开关管u2和第二开关管q1，以终止整个环路环流。具体，第二十二电阻r13的阻值为1k，第二十三电阻r55和第二十四电阻r54的阻值均为20mr，第二十五电阻r9的阻值为1k，第十二电容c12的容量为0.1μf，第三共模电容ce3和第四共模电容ce5的容量均为220μf、电压为25v。

如图8所示，直流电压转换电路中包括一dc/dc的恒压转换芯片u7，将pd3.0输出的5v、9v、15v和20v转换为5v电压，满足5v/2.4a的最终输出，具体，该恒压转换芯片中的引脚comp和引脚frep构成外部基准电路和频率设置电路；引脚in为输入脚，与第二开关管q1的输出端连接(如图示p6连接点)；引脚ep为输出脚，接储能电感l1，再接电容进行滤波电路到输出；引脚cs为反馈脚，采集输出电压调整内部pwm的占空比，以保障恒压转换芯片u7的5v恒压输出至type-a接口。此外，在恒压转换芯片u7和type-a接口(j4)之间包括一识别芯片u8，用以电子设备的类型，保证电子设备的充电电流达到2.4a。具体，恒压转换芯片u7的型号为德信的eup3270，type-a接口的型号为usb6-n4，识别芯片u8的型号为瑞发科的ns3603。