用于高功率因数充电的系统和方法
【专利摘要】在一个方面中，用于对装置进行充电的设备(600)包含充电器和控制器(610)。所述充电器包含电容(CI，C2)且具有充电器输入和充电器输出。所述充电器输入接收AC输入电压波形，且所述充电器输出输出输出电压波形和输出电流波形。所述控制器(610)确定所述输出电压波形的振幅是否在电压范围内。响应于确定所述输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内，所述控制器将所述输出电流波形的振幅引导为与所述AC输入电压波形的振幅大体上成比例。响应于确定所述输出电压波形的所述振幅不在所述电压范围内，所述控制器增加所述充电器的所述电容(CI，C2)以将所述输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内。
【专利说明】用于高功率因数充电的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及电力传送。更具体来说，本发明涉及用于高功率因数充电的系 统和方法。
【背景技术】
[0002]越来越多数目和种类的电子装置经由可再充电电池来供电。此些装置包含移动电 话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、通信装置（例如，蓝 牙装置）、数码相机、助听器和类似装置。这些装置经常通过将装置连接到 DC电源来充电。 在许多实例中，DC电源的DC电压可由连接到AC电源（例如千线电力）的整流器维持。然 而，因为整流器对AC电源施加非线性负载，所以整流器输出非线性电流且对充电系统造成 减小的功率因数（S卩，流入负载的有功功率与流动到负载的视在功率的比率）。减小的功率 因数又导致充电系统中增加的能量损失和浪费的能量。因此，由于较高的能量成本、充电系 统中增加的能量损失以及功率因数政府法规，需要改进的用于高功率因数充电的系统和方 法。
【发明内容】
[0003]所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若千方 面，其中并无单个一者唯一地负责本文描述的所需属性。在不限制所附权利要求书的范围 的情况下，本文描述一些显著特征。
[0004] 在附图和以下描述中陈述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。 从描述、附图和权利要求书将明了其它特征、方面和优点。应注意，附图的相对尺寸可能未 按比例绘制。
[0005] 本发明的一个方面提供一种用于对装置进行充电的设备，所述设备包含充电器和 控制器。所述充电器包含电容且具有充电器输入和充电器输出。所述充电器输入经配置以 接收AC输入电压波形，且所述充电器输出经配置以输出输出电压波形和输出电流波形。所 述控制器以操作方式耦合到所述充电器且经配置以确定所述输出电压波形的振幅是否在 电压范围内。响应于确定所述输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内，所述控制器经 配置以将所述输出电流波形的振幅引导为与所述AC输入电压波形的振幅大体上成比例。 响应于确定所述输出电压波形的所述振幅不在所述电压范围内，所述控制器经配置以增加 所述充电器的所述电容以将所述输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内。
[0006] 本发明的另一方面提供一种用于以充电器对装置进行充电的方法，所述方法包 括：确定充电器的输出处的输出电压波形的振幅是否在电压范围内；响应于确定所述输出 电压波形的所述振幅在所述电压范围内，将所述输出处的输出电流波形的振幅引导为与所 述充电器的输入处的AC输入电压波形的振幅大体上成比例；以及响应于确定所述输出电 压波形的所述振幅不在所述电压范围内，增加所述充电器的电容以将所述输出电压波形的 所述振幅调整到所述电压范围内。
[0007] 本发明的一个方面提供一种用于对装置进行充电的设备，所述设备包括：用于确 定充电器的输出处的输出电压波形的振幅是否在电压范围内的装置；用于响应于确定所述 输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内将所述输出处的输出电流波形的振幅引导为 与所述充电器的输入处的AC输入电压波形的振幅大体上成比例的装置；以及用于响应于 确定所述输出电压波形的所述振幅不在所述电压范围内增加所述充电器的电容以将所述 输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内的装置。
[0008] 本发明的另一方面提供一种非暂时性计算机存储装置，其存储引导控制器执行过 程的可执行程序指令，所述过程包括：确定充电器的输出处的输出电压波形的振幅是否在 电压范围内；响应于确定所述输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内，将所述输出处 的输出电流波形的振幅引导为与所述充电器的输入处的AC输入电压波形的振幅大体上成 比例；以及响应于确定所述输出电压的所述振幅不在所述电压范围内，增加所述充电器的 电容以将所述输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1说明其中可采用本发明的方面的实例性充电系统。
[0010] 图2是充电系统中的实例性组件的功能框图。
[0011] 图3是充电系统中的实例性组件的另一功能框图。
[0012] 图4是用于在例如图3的充电系统等充电系统中使用的实例性控制器的功能框 图。
[0013] 图5是在充电系统中执行的实例性控制过程的状态图，例如由图4的控制器执行 的控制过程。
[0014] 图6是另一充电系统中的实例性组件的功能框图。
[0015] 图7是实例性充电系统中的电压和电流波形的曲线图。
[0016] 图8是用于对装置进行充电的实例性方法的流程图。
[0017] 图9是用于对装置进行充电的实例性控制器的功能框图。
[0018] 图10是充电系统中的实例性组件的功能框图。
【具体实施方式】
[0019] 下文结合附图陈述的详细描述既定作为本发明的示范性实施例的描述，且既定不 表示其中可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述使用的术语"示范性"意味着"充当实 例、例子或说明"，且不一定解释为比其它示范性实施例优选或有利。详细描述包含具体细 节以用于提供本发明的示范性实施例的详尽理解的目的。可在无这些具体细节的情况下实 践本发明的示范性实施例。在一些实例中，以框图形式展示众所周知的结构和装置，以免使 本文呈现的示范性实施例的新颖性。
[0020] 图1是实例性充电系统1〇〇的功能框图。充电系统100包含充电器102和负载 106。充电器102可包含AC/DC转换器（例如整流器）和电力转换器，所述电力转换器用以 将来自所述AC/DC转换器的输出电压减小到适当电平以用于对负载106供电或用于对负载 1〇 6中的电池进行充电（"供电"或"充电"可贯穿本发明引用以说明本发明的方面；在一些 方面中，充电可包含供电）。负载1〇 6可为能够接收电力传送的任何装置。作为实例，负载 106可为例如移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、 通信装置（例如，蓝牙装置）、数码相机和助听器等装置。
[0021] 输入电力可从输入电源（未图示）提供到充电器1〇2。通过将充电器102连接到 壁装电力插座，输入电力可为电耦合到充电器1〇 2的干线AC电力（例如，在50HZ或60Hz的 频率下的120Vrms或240Vrms)。充电器102可经由到负载106的软线将DC输入电力耦合 至IJ负载106,使得负载106可消耗电力或例如通过对电池充电而存储电力。在一些方面中， 负载106可包含充电器102。
[0022] 负载1〇6可需要DC电压电源，其提供特定电压范围内的电压来适当起作用。举例 来说，负载1〇6可接收3· 3v和4. 2V的范围内的电压。所述电压可例如通过电压中的摆动或 波动（例如，在两倍于AC输入电压的频率的100Hz或120Hz处）而在范围内改变，而不损 坏负载106或充电器1〇2。然而，所述范围外的DC电压可存在损坏负载 106或充电器1〇2 的风险，因为负载106或充电器102可能未经配置以或不能够在某些电压或电流下操作。 [0023]图2是充电系统200中的实例性组件的功能框图。充电系统200包含整流器202 和电力转换器204。整流器2〇2和电力转换器204彼此并联连接。电容器匕并联连接于 整流器 2〇2与电力转换器2〇4之间，且电容器Q连接到电力转换器204的输出。充电系统 200可包含在例如图1的充电器102中。
[0024] 输入电压Vin和输入电流可施加到整流器202的输入。输入电压可为来自例如干 线AC电力的AC电压。整流器204可接收输入电压Vin且将AC输入电压转换为脉动DC整 流器输出电压Vi和在一个方向上流动的脉动电流Ip DC整流器输出电压％可对电容器CA 进行充电和放电，使得DC整流器输出电压％从平均电压相对缓慢地改变。
[0025] DC整流器输出电压％和脉动电流：^可由电力转换器204接收。电力转换器204 可执行DC/DC转换以在充电系统200输出处提供比DC整流器输出电压％低的DC电压V_。 电力转换器204可例如为正向、全桥、谐振、反激式或推挽式转换器。在一些方面中，电力转 换器 2〇4可将近似平均12〇到160V的脉动DC整流器输出电压Vi减小到充电系统输出处的 4V或1听的平均电压电平。输出电压可对连接到充电系统200的输出的装置进行供电 或充电。
[0026]在一些方面中，电容器CA可为具有可变电容的电容器，且电容器CA的电容可增加 或减小。在电容器CA的电容增加时，有利地可在DC整流器输出电压％和电力转换器204 的输出电压ν_中出现减小的波纹。具有特定充电电压限制的装置可因此在所述限制内安 全地充电，因为减小的波纹可意味着输出电压保持在所述限制内。然而，在电容器C A的 电容增加时，充电系统2〇〇的功率因数（即，有功功率除以视在功率，或流入负载的有功功 率与流动到负载的视在功率的比率）减小。整流器与增加的电容的组合进一步增加在整流 器202的输入处所见的充电系统负载的非线性。减小的功率因数导致充电系统对电力的较 低效使用。
[0027]以下表1列出电阻器-电容器负载的时间常数（即，负载电阻乘以负载电容）与 包含连接到所述电阻器-电容器负载的整流器的充电系统的功率因数之间的关系。表i中 的值是基于实例性模拟来确定。如从表1可见，相对于负载电阻的较小负载电容可增加充 电系统中的功率因数。显然，较短时间常数也可导致电阻器-电容器负载的输出电压中的 增加波纹。
[0028]
【权利要求】
1. 一种用于以充电器对装置进行充电的方法，所述方法包括： 确定充电器的输出处的输出电压波形的振幅是否在电压范围内； 响应于确定所述输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内，将所述输出处的输出电 流波形的振幅引导为与所述充电器的输入处的AC输入电压波形的振幅大体上成比例；以 及 响应于确定所述输出电压波形的所述振幅不在所述电压范围内，增加所述充电器的电 容以将所述输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中增加所述充电器的所述电容包括接通所述充电器 的电容器，所述电容器并联电连接到所述充电器的整流器输出。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述输出电耦合到电池。
4. 根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述电压范围的最小电压大 于0V。
5. 根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其进一步包括设定所述电压范围 的最小电压或最大电压。
6. 根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其进一步包括基于电耦合到所述 输出的装置来设定所述电压范围的最小电压或最大电压。
7. 根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述输出电流波形大体上为 半正弦波。
8. -种用于对装置进行充电的设备，所述设备包括： 充电器，其包括电容且具有充电器输入和充电器输出，所述充电器输入经配置以接收 AC输入电压波形且所述充电器输出经配置以输出输出电压波形和输出电流波形；以及 控制器，其以操作方式耦合到所述充电器且经配置以： 确定所述输出电压波形的振幅是否在电压范围内； 响应于确定所述输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内，将所述输出电流波形的 振幅引导为与所述AC输入电压波形的振幅大体上成比例；以及 响应于确定所述输出电压波形的所述振幅不在所述电压范围内，增加所述充电器的所 述电容以将所述输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内。
9. 根据权利要求8所述的设备，其中所述控制器经配置以通过接通所述充电器的电容 器来增加所述充电器中的所述电容，所述电容器并联电连接到所述充电器的整流器输出。
10. 根据权利要求8或9所述的设备，其中所述充电器输出电耦合到电池。
11. 根据权利要求8到10中任一权利要求所述的设备，其中所述电压范围的最小电压 大于0V。
12. 根据权利要求8到11中任一权利要求所述的设备，其中所述控制器进一步经配置 以设定所述电压范围的最小电压或最大电压。
13. 根据权利要求8到11中任一权利要求所述的设备，其中所述控制器进一步经配置 以基于电耦合到所述充电器输出的装置来设定所述电压范围的最小电压或最大电压。
14. 根据权利要求8到13中任一权利要求所述的设备，其中所述输出电流波形大体上 为半正弦波。
15. 根据权利要求8到14中任一权利要求所述的设备，其进一步包括电耦合到所述充 电器输出的待充电装置。
16. -种用于对装置进行充电的设备，所述设备包括： 用于确定充电器的输出处的输出电压波形的振幅是否在电压范围内的装置； 用于响应于确定所述输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内将所述输出处的输 出电流波形的振幅引导为与所述充电器的输入处的AC输入电压波形的振幅大体上成比例 的装置；以及 用于响应于确定所述输出电压波形的所述振幅不在所述电压范围内增加所述充电器 的电容以将所述输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内的装置。
17. 根据权利要求16所述的设备，其中用于增加所述充电器的所述电容的装置包括用 于接通所述充电器的电容器的装置，所述电容器并联电连接到所述充电器的整流器输出。
18. 根据权利要求16或17所述的设备，其中所述输出电耦合到电池。
19. 根据权利要求16到18中任一权利要求所述的设备，其中所述电压范围的最小电压 大于0V。
20. 根据权利要求16到19中任一权利要求所述的设备，其进一步包括用于设定所述电 压范围的最小电压或最大电压的装置。
21. 根据权利要求16到19中任一权利要求所述的设备，其进一步包括用于基于电耦合 到所述输出的装置来设定所述电压范围的最小电压或最大电压的装置。
22. 根据权利要求16到21中任一权利要求所述的设备，其中所述输出电流波形大体上 为半正弦波。
23. 根据权利要求16到22中任一权利要求所述的设备，其进一步包括电耦合到所述充 电器输出的待充电装置。
24. -种非暂时性计算机存储装置，其存储引导控制器执行过程的可执行程序指令，所 述过程包括： 确定充电器的输出处的输出电压波形的振幅是否在电压范围内； 响应于确定所述输出电压波形的所述振幅在所述电压范围内，将所述输出处的输出电 流波形的振幅引导为与所述充电器的输入处的AC输入电压波形的振幅大体上成比例；以 及 响应于确定所述输出电压的所述振幅不在所述电压范围内，增加所述充电器的电容以 将所述输出电压波形的所述振幅调整到所述电压范围内。
25. 根据权利要求24所述的非暂时性计算机存储装置，其中增加所述充电器的所述电 容包括接通所述充电器的电容器，所述电容器并联电连接到所述充电器的整流器输出。
26. 根据权利要求24或25所述的非暂时性计算机存储装置，其中所述输出电耦合到电 池。
27. 根据权利要求24到26中任一权利要求所述的非暂时性计算机存储装置，其中所述 电压范围的最小电压大于0V。
28. 根据权利要求24到27中任一权利要求所述的非暂时性计算机存储装置，其进一步 包括设定所述电压范围的最小电压或最大电压。
29. 根据权利要求24到27中任一权利要求所述的非暂时性计算机存储装置，其进一步 包括基于电耦合到所述输出的装置来设定所述电压范围的最小电压或最大电压。
30.根据权利要求24到29中任一权利要求所述的非暂时性计算机存储装置，其中所述 输出电流波形大体上为半正弦波。
【文档编号】H02J7/04GK104285354SQ201380023848
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2012年5月14日
【发明者】威廉·H·范诺瓦克, 琳达·S·艾里什 申请人:高通股份有限公司