专利名称：充电器及充电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力电子技术，尤其涉及一种充电器及充电系统。
背景技术：
图I为现有技术中提供的充电器的结构示意图，从图I中可以看出，充电器通过其内部的电压采样反馈单元检测电容C两端的电压(也即充电器的输出电压)，然后将检测到的电压通过电压采样反馈单元处理后反馈给脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称为PWM)控制器，从而控制输出电压，将充电器的输出电压维持在用户预先设定的电压(比如5V)。终端与图I所示的充电器建立连接之后，可以采用低压差线性稳压器(Low DropOut regulator,简称为LD0)线性模式或者直流电(Direct Current,简称为DC)开关模式为终端的内置电池充电。在线性充电模式下，在为终端电池充电的过程中，终端电池电压会随着充电的进行而不断升高，当电池电压处于比较低的水平的时候，使用5V的恒定电压 给电池充电会造电能的多余损耗，如何在提高充电的有效性的基础上，降低充电器的能耗，是本领域技术人员有待解决的问题。
实用新型内容本实用新型提供一种用于有效节约能耗的充电器，包括整流器、变压器、第一二极管、电容、电压采样反馈单元、PWM控制器以及半导体开关器件；所述整流器与交流电网相连；所述变压器的初级一端与所述整流器的输出端相连，另一端与半导体开关器件相连；所述变压器的次级一端与所述第一二极管的正极相连，另一端接地；所述电容的一端与所述第一二极管的负极相连，另一端接地；所述电压采样反馈单元的两个输入端与所述电容并联；所述PWM控制器的反馈输入端与所述电压采样反馈单元的输出端相连，所述PWM控制器的输出端与所述半导体开关器件的控制端相连；其特征在于，所述充电器还包括电池电压反馈单元；所述电池电压反馈单元的两个输入端分别连接在终端电池的正负极，输出端与所述电压采样反馈单元相连。如上所述的充电器，所述电压采样反馈单元包括光电稱合器，由发光二极管和光敏三极管组成，发光二极管的正极与第一电阻的第二端相连，第一电阻的第一端与所述第一二极管的负极相连；光敏三极管的集电极与所述PWM控制器的输入端相连，光敏三极管的发射极接地；由第二电阻和第三电阻组成的电压分压网络，第二电阻的第一端与所述第一二极管的负极相连，第二电阻的第二端与第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端接地；为第三电阻提供电压基准的电压基准源，电压基准源的参考端与第三电阻的第一端相连，电压基准源的导通端与所述发光二极管的负极相连，电压基准源的接地端接地；所述电池电压反馈单元包括三极管，发射极和集电极分别与第二电阻的第一端和第二端相连，基极与第三二极管的正极相连；第三二极管的负极与第四电阻的第一端相连，第四电阻的第二端与终端电池正极相串联。本实用新型还提供一种充电系统，包括终端以及如上所述的充电器；所述充电器中第一二极管的负极为所述充电器的电压输出端，所述充电器与所述终端的电池共地；所述电池电压反馈单元的两个输入端分别与所述终端的电池的正极和负极相连。本实用新型的技术效果是在充电器中增设电池电压反馈单元，用以检测终端电 池电压，并将检测到的终端电池电压反馈给充电器内部的电压采样反馈单元，使得电压采样反馈单元可以根据该终端电池的实际电压实时调整充电器的输出电压，从而使得充电器的输出电压可以随着终端电池电压的升高而逐渐升高，从而有效降低充电器的能耗，达到节能目的。
图I为现有技术中提供的充电器的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的充电器的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的充电系统的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的充电器的具体实现电路图；图5为现有技术与本方案的充电器输出电压对比不意图。
具体实施方式
图2为本实用新型实施例提供的充电器的结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的充电系统的结构示意图，结合图2与图3所示的内容，本实用新型实施例提供的充电器包括整流器21、变压器22、第一二极管23、电容24、电压采样反馈单元25、PWM控制器26以及半导体开关器件27 ;其中，整流器21与交流(AC)电网20相连；变压器22的初级一端与整流器21的输出端相连，变压器22的初级另一端与半导体开关器件27相连；变压器22的次级一端与第一二极管23的正极相连，变压器22的次级另一端接地；电容24的一端与第一二极管23的负极相连，电容24的另一端接地；电压采样反馈单元25与电容24并联；PWM控制器26的反馈输入端与电压采样反馈单元25的输出端相连，PWM控制器26的输出端与半导体开关器件27的控制端相连；充电器还包括电池电压反馈单元28 ;该电池电压反馈单元28的两个输入端分别连接在终端电池的正负极，电池电压反馈单元28的输出端与电压采样反馈单元25相连。第一二极管23的负极即为充电器的电压输出端，充电器与终端的电池共地，电池电压反馈单元28的两个输入端分别与终端的电池的正极和负极相连。其中，需要说明的是，该电池电压反馈单元28的两个输入端可以借助于充电器中充电线缆上的辅助线而实现，例如标准USB接口的D+/D-信号线。该电池电压反馈单元28可以是控制芯片或者分立电路，实现对终端电池电压的测量。参见图4所示的本实用新型提供的充电器的具体实现电路图，其中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、光电耦合器U2、电压基准源U3所组成的电路为初始的电压采样反馈单元25，新增三极管Q2、第三二极管D3、第四电阻R4组成电池电压反馈单元28。其中，如图4所示，光电耦合器U2由发光二极管和光敏三极管组成。初始电压采样反馈单元25中，R2和R3组成输出电压分压网络，R3上的电压和电压基准源U3中的基准电压进行比较，只有当R3上的电压超过电压基准源U3中的基准电压，电压基准源的K端到A端才会有电流流过，从而使得 从R1、光电耦合器U2的I端到2端、电压基准源U3的K端到A端形成一条电流的通路。而当光电耦合器U2的I端到2端导通时，U2的Vce会导通。通过设置R2和R3的阻值比例，从而获得固定的输出电压Vout。新增Q2、D3、R4后，当Vbat和电池正端连接后，从Vout经过三极管Q2、二极管D3、电阻R4形成一个反馈电流分流回路，这个分流回路相当于给R2并联一个可变电阻(阻值随着电池电压的升高而升高)；这样就相当于动态调整了 R2和R3的比例，从而动态的调整了输出电压Vout的实际值。具体的，当Vout仍然大于Vbat时,Q2的Vbe会导通,继而Vce导通，使得Q2上有电流流过，这样，流过R2的电流被分流回路分走一部分，电压会有所改变，从而可以改变上述电压采样反馈单元25中固定的分压比例，达到动态调整输出电压Vout的目的。通过上述电池电压反馈单元28、电压采样反馈单元25以及PWM控制器26的共同作用，可以有效根据实际的电池电压对充电器的输出电压进行动态调整，此时充电器的输出电压Vout=Vbat+ Λ V，其中，Λ V为保持最大电流线性充电时，在充电功率器件上(指终端设备侧的一个三极管，该三极管连接电源管理单元(Power Management Unit,简称为PMU)和电池)的最小压降，一般可以在O. 2V以下，本方案将AV控制在O. 5V左右，因为Vbat的范围为3. O疒4. 2V之间，故Vout的范围可以在3. 5V^4. 7V之间，相比较于之前始终维持在5V，电压下降了 O. 3V^1. 5V左右，这样保持终端设备在高效充电的同时，充电器的输出功率大幅下降，因此，充电器的输入功率也随之降低，从而节约了电能。具体的，图I所示的现有技术中，假设使用5V/1A的充电器(AC/DC转换效率假设为80%)，给一部内置IOOOmAH电池的终端充电，充电时间为1H，那么充电器消耗的能量P=5V*1A/80%*1H=6WH。在本实用新型实施例提供的方案中，使用同样IA输出电流的充电器，但是输出电压随着电池电压逐渐升高，那么充电器的平均输出电压V= (3. 5+4. 7)/2=4. IV，充电时间IH不变，那么充电器消耗的能量P=4. 1V*1A/80%*1H=5. 1W，相对原始充电器节约了 15%的电量。参见图5所不的现有技术与本方案的充电器输出电压对比不意图。现在全球约有59亿部手机，假设全球每天有10%的手机会充电，那么每天节约的电量Pt= (6-5. 1)*5900000000*10%=5. 3亿WH=53万KWH，相当于一座大型发电站的发电功率。还需要说明的是，如果电池电压反馈单元28没有接收到反馈过来的电池电压，则充电器还是可以按照原始设定的恒定输出电压如5V为终端进行充电。本实用新型提供的充电器，在充电器中增设电池电压反馈单元，用以检测终端电池电压，并将检测到的终端电池电压反馈给电压采样反馈单元，使得电压采样反馈单元可以根据该终端电池电压适时调整充电器的输出电压，以使得输出电压可以随着终端电池电压的升高而逐渐升高，从而有效节约充电器的能耗。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部 技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
权利要求1.一种充电器，包括整流器、变压器、第一二极管、电容、电压采样反馈单元、脉冲宽度调制PWM控制器以及半导体开关器件； 所述整流器与交流电网相连； 所述变压器的初级一端与所述整流器的输出端相连，另一端与半导体开关器件相连； 所述变压器的次级一端与所述第一二极管的正极相连，另一端接地； 所述电容的一端与所述第一二极管的负极相连，另一端接地； 所述电压采样反馈单元的两个输入端与 所述电容并联； 所述PWM控制器的反馈输入端与所述电压采样反馈单元的输出端相连，所述PWM控制器的输出端与所述半导体开关器件的控制端相连； 其特征在于，所述充电器还包括电池电压反馈单元； 所述电池电压反馈单元的两个输入端分别连接在终端电池的正负极，输出端与所述电压采样反馈单元相连。
2.根据权利要求I所述的充电器，其特征在于，所述电压采样反馈单元包括 光电耦合器，由发光二极管和光敏三极管组成，发光二极管的正极与第一电阻的第二端相连，第一电阻的第一端与所述第一二极管的负极相连；光敏三极管的集电极与所述PWM控制器的输入端相连，光敏三极管的发射极接地； 由第二电阻和第三电阻组成的电压分压网络，第二电阻的第一端与所述第一二极管的负极相连，第二电阻的第二端与第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端接地； 为第三电阻提供电压基准的电压基准源，电压基准源的参考端与第三电阻的第一端相连，电压基准源的导通端与所述发光二极管的负极相连，电压基准源的接地端接地； 所述电池电压反馈单元包括 三极管，发射极和集电极分别与第二电阻的第一端和第二端相连，基极与第三二极管的正极相连；第三二极管的负极与第四电阻的第一端相连，第四电阻的第二端与终端电池正极相串联。
3.一种充电系统，其特征在于，包括终端以及如权利要求I或2所述的充电器； 所述充电器中第一二极管的负极为所述充电器的电压输出端，所述充电器与所述终端的电池共地；所述电池电压反馈单元的两个输入端分别与所述终端的电池的正极和负极相连。
专利摘要本实用新型提供一种充电器及充电系统。充电器包括整流器、变压器、第一二极管、电容、电压采样反馈单元、PWM控制器以及半导体开关器件；整流器与交流电网相连；变压器的初级一端与整流器的输出端相连，另一端与半导体开关器件相连；变压器的次级一端与第一二极管的正极相连，另一端接地；电容的一端与第一二极管的负极相连，另一端接地；电压采样反馈单元的两个输入端与电容并联；PWM控制器的反馈输入端与电压采样反馈单元的输出端相连，PWM控制器的输出端与半导体开关器件的控制端相连；其中，充电器还包括电池电压反馈单元；电池电压反馈单元的两个输入端分别连接在终端电池的正负极，输出端与电压采样反馈单元相连。
文档编号H02J7/10GK202651863SQ201220308669
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者朱雄伟, 魏孔刚, 郭祖峰 申请人:华为终端有限公司