一种车载自适应优化供电装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电池供电装置，具体涉及一种车载的自适应快速供电装置。
【背景技术】
[0002]随着各种移动用电器如手机、笔记本电脑、iPAD等的普及，这些移动用电器中的电池容量成为使用中的关键指标。为了维持运行，用户需要频繁充电，有时甚至一天需要多次充电，在有紧急情况需要携带手机外出时，更需要尽快的使用电器快速充满电池电量。为了快速充电，很多芯片生产商在规定了各自的快速充电协议，比如联发科(MTK)推出的PE+协议和高通推出的QC2.0/3.0协议，这些协议规定了不同情况下的各自的充电电流，以及用电器与供电装置直接通信内容的规范。但是这些协议都有很大的局限性，这些协议只支持采用各自芯片的手机等用电器，所以对其它用电器来说不支持这些协议；这些协议规定的充电方法中都是设置了一个稳定的充电电压，通过设定不同阶段的电流来快速充电。由于实际充电电路结构如图la所示，包括供电装置10和移动用电器20，供电装置10包括电源输入端11，电连接到直流或者交流电源。供电装置10还包括一根输出线15以及位于输出线端部的USB接口 17，图lb所示为图la中A处的USB接口截面图，USB接口包括环绕在外部起屏蔽作用的导体175和四个导电管脚171-174分别为PWR+、D+、D-、GND，其中171和174为功率输出线，172、173为数据通信用途。供电装置10内还包括一个功率变换电路12，功率变换电路的输出电压能够匹配用电器20额定输入电压。功率变换电路12通过内部导体13连接到输出线15内电导线。移动用电器20包括一个USB输入接口 21，输入接口21通过用电器20内部的导体23连接到待充电电池24。部分类型的用电器内USB输入接口 21和电池24之间还串联有降压电路，用于降低输入到电池的电压，并提高输入到电池的电流。在电池电量很低时，实际电池的开路电压很低，以5伏电压的电池为例，在电池电量耗尽时实际电压只有2.7伏左右，所以如果充电器内功率变换电路12按照5伏电压输出的话，初始充电时2伏左右的电压会加载在从导体13到接口 17、21、导体23这一导电通路的电阻上，大量的功率浪费在导电通路上没有被有效的送人电池24中。
[0003]另外一方面，由于不同的移动用电器具有不同的充电电压，比如手机电池一般是5伏，显示器是12伏，笔记本电脑为19伏，其它还有少数24甚至48伏的用电器。充电规范还不同，除了上述提到的联发科和高通定义的快充协议，其它厂商也有内部规定的协议，而且这些协议还会随着版本更新经常变动。移动用电器内部的电源管理系统也不同，有的会在内部对充电电流、电压、功率能做一些变换或者限制，有些移动用电器则没有。所以这些不同的设置导致充电器/供电装置只能给匹配的少数型号的移动用电器充电，如果混用会导致无法充电或者充电效率低下。在车辆如汽车、电动车等移动交通工具上由于用户不会长期在车辆上充电所以需要更快速充电，而且不同车辆的各种用户会使用各种型号、品牌的用电器，在有限的空间内不可能为了快速充电设置各种不同的专用供电装置，所以在车辆上更需要一种车载自适应优化供电装置。这一供电装置不仅能够满足不同类型用电器的充电需求，而且能够更快速的给这些用电器内的电池器充电。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种车载自适应优化供电装置，其特征在于，所述车载自适应优化供电装置包括:一个功率变换器，所述功率变换器接受车载电源的电功率，并输出充电功率到一输出导体，所述输出导体通过一个输出端输出充电功率到移动用电器；一微处理器包括一个输入端电连接到所述输出导体，以检测输出电压、电流信号，还包括一个输出端输出控制信号到所述功率变换器，以控制功率变换器的输出电压和电流，其特征在于:所述自适应优化供电装置在向移动用电器充电过程中，包括输出负载判断步骤，在所述输出负载判断步骤中，所述微处理器控制功率变换器的输出电压从第一预定电压到第二预定电压依次变换，所述微处理器检测到输出导体上的充电功率大于预设阈值时判断输出负载的额定电压为所述第一预定电压或者第二预定电压，在输出负载判断步骤中获得移动用电器的额定电压后，进入快速充电步骤，对移动用电器中的电池充电。其中充电功率的预设阈值为0.5W，当检测到的输出功率大于预设阀值时，判断当前输出电压为用电器电池额定充电电压。
[0005]其中微处理器在输出负载判断步骤中同时检测所述输出端上的通信信号，根据通信信号判断用电器的充电协议，并根据所述充电协议控制所述功率变换器的输出电压和电流。
[0006]其中快速充电步骤中包括最大功率采样步骤和最大功率输出步骤，所述最大功率采样步骤中，微处理器控制功率变换器的输出电压在多个采样点之间变化，同时存储每个采样点的对应输出功率，比较所述多个采样点的输出功率，获得具有最大输出功率P1的采样点；获得具有最大输出功率的采样点后，进入最大功率输出步骤，在最大功率输出步骤中微处理器控制功率变换器以具有最大输出功率P1的采样点的电压和输出功率向移动用电器充电。
[0007]其中最大功率采样步骤中的采样点电压数值覆盖所述移动用电器的有效充电电压范围，有效充电电压范围可以根据检测到的电池额定电压和电池参数的数据库来综合选择。
[0008]其中微处理器监测功率变换器的输出功率，当输出功率小于所述最大功率输出P1的85%时，再次进入所述最大功率采样步骤和最大功率输出步骤。
[0009]本发明功率变换器还可以包括至少一个电感或者一个变压器，所述电感或变压器通过一个无线充电驱动电路电连接到至少一个无线充电线圈，并通过该无线充电线圈对用电器进行充电。
[0010]其中所述功率变换器接受的车载电源包括车载12V直流电源。
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图la是现有技术供电装置与移动用电器的连接结构示意图；
[0013]图lb是现有技术中USB接口截面图；
[0014]图2是本发明供电装置与移动用电器的连接结构示意图；
[0015]图3是本发明供电装置与移动用电器的连接结构的第二实施例示意图；
[0016]图4是本发明供电装置输出电压和输出功率变换波形图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
[0018]本发明实施例提供一种自适应优化供电装置，能够用于对具有不同额的电压、不同充电标准的移动用电器通过USB接口快速充电。
[0019]图2示出了本发明实施例的供电装置与移动用电器的连接结构示意图，本发明与图1所示的现有技术相比主要区别在于:本发明在供电装置中设置了一个微处理器14，微处理器14通过导线组16或者与导线组16串联的探测器电连接到导体13上，检测导体13上输出的电压和电流，并根据电压和电流数值换算出功率变换器12输出的功率。同时导线组16还需要与USB中数据通信管脚172、173相连接以实现与移动用电器20的通信。同时微处理器14还包括至少一条控制信号线18输出控制信号到功率变换器12，控制信号线也可以用如光耦等无线方式代替。功率变换器12接收到控制信号后，将控制信号作为参考电压控制输出电压的幅度，最终实现输出电压随着控制信号的变化而变化。本发明的功率变换器需要选择能够在大幅度范围内变化的功率变换器，比如升降压电路(buck-boost)或者反激变换器(Flyback)、SPEIC电路等，这些电路的选择属于现有技术中的常用手段即可完成，在此不再赘述。
[0020]本发明供电装置在工作中首先需要判断移动用电器20的额定充电电压和充电协议，为了实现这一目的本发明提出一种特殊的判断程序:
[0021]A步骤:功率变换器输出5v电压，微处理器通过信号管脚172、173上的D+、D-信号与用电器通信，如果D+端上的电压为2.0，D-上的电压为2.7则判断出用电器的充电电压为5V，充电电流1.2A ;如果D+为2.7V，D-上为2.0V则判断用电器的充电电压为5V，充电电流为2A ;同样的，通过D+、D-端口的通信还能够判断用电器执行的是联发科或者高通的充电协议，控制功率变换器12输出电压保持在5V，同时输出电流根据用电器协议要求执行。如果上述信号通信后没有发现符合规范的信号，同时微处理器通过导线组16检测导体13上存在足够的功率输出，如大于0.5W的功率输出，则判断移动用电器内的电池是额定5v的电池，而且移动用电器没有特殊的充电协议，可以开始进行下一步快速充电程序。如果微处理器没有监测到导体13上存在足够的功率输出，则判断用电器具有高于5v的额定电压需要转入下一判断步骤。
[0022]B步骤:微处理器控制功率变换器12的输出电压升到12V，再次执行上述判断步骤，通过监测导体13上的输出功率，以及信号管