本发明涉及充电电路技术领域，特别是涉及一种带输出线补功能的充电器控制电路。
背景技术：
随着现在智能电子设备越来越风靡，大家对智能电子设备的需求也越来越多，基本上每个人都标配几个智能电子设备，例如手机，PAD，智能手表等。每个电子产品都需要配备一个充电器，导致了用户家里的充电器泛滥以及充电插座的紧缺。为了解决这个问题，多口USB充电器开始逐渐被客户所青睐。市面上主流的多口USB方案主要集中在2口至6口USB输出。
在一般的USB充电器应用中，由于客户输出USB线较长存在导线阻抗，所以实际负载端电压与充电器板端电压会随负载电流大小不同出现不同压降差，负载电流越大负载端电压越低，这会使得负载充电功率下降充电时间延长。为了克服以上问题，通常的充电器的方案会内置线损补偿，即通过根据负载电流增加适当的提高板端的输出电压，来保证负载端的电压基本不变。
对于多口USB充电器而言，同样需要线损补偿功能；但与单口USB充电器不同的地方在于，多口USB充电器的线损补偿只需要补偿一部分负载范围内的输出端电压。因为，当某一路负载固定其他几路负载增加时，负载固定的输出端电压会随系统总负载的增加而继续增加，如果线损补偿过多时，负载固定的USB口电压可能超过其负载承受电压导致负载受损。
技术实现要素：
基于此，有必要针对多口USB充电器线损补偿过多时，负载固定的USB口电压可能超过其负载承受电压导致负载受损的问题，提供一种带输出线补功能的充电器控制电路。
一种包括电源模块、采样模块、线补模块和输出模块，所述电源模块、采样模块、线补模块和输出模块顺序相连，所述采样模块采集所述带输出线补功能的充电器控制电路的开关频率信号并将其传送给所述线补模块，所述线补模块根据所述开关频率信号提供线补电压，并将电压从所述输出模块输出，所述线补模块设置有限压单元，所述限压单元用于限制所述线补模块产生的线补电压。
在其中一个实施例中，还包括整流模块，所述整流模块连接在所述采样模块和所述线补模块之间，用于将所述采样模块得到的开关频率信号进行整流产生平均开关频率信号。
在其中一个实施例中，所述开关频率信号和所述平均开关频率信号的频率相同，脉宽不同。
在其中一个实施例中，所述整流模块包括非门、延时器和与门，所述采样模块得到的开关频率信号一路直接进入与门的第一输入端，另一路依次通过非门和延时器后再进入与门的第二输入端，所述平均开关频率信号从所述与门的输出端输出。
在其中一个实施例中，还包括放大模块，所述放大模块连接在所述线补模块和所述输出模块之间，用于放大所述线补电压并将其从所述输出模块输出。
在其中一个实施例中，所述放大模块包括稳压电阻和双极结型晶体管，所述稳压电阻和所述双极结型晶体管顺序相连。
在其中一个实施例中，所述采样模块包括第一比较器、第二比较器和触发器，所述电源模块输出的电信号分两路分别与所述第一比较器和第二比较器的输入端相连，并与所述第一比较器和所述第二比较器的设定值进行比较，所述第一比较器和第二比较器的输出端与所述触发器相连。
在其中一个实施例中，所述触发器为RS触发器。
在其中一个实施例中，所述线补模块包括运算放大器、分压电阻、线补电阻、线补电容和限压单元，所述开关频率信号通过所述运算放大器的正输入端进入所述运算放大器，所述运算放大器的输出端作为反馈接入所述运算放大器的负输入端，所述运算放大器的输出端与所述分压电阻连接，所述线补电阻一端与所述分压电阻R1连接，一端接地，所述线补电容一端与所述分压电阻连接，一端接地，所述限压单元一端与所述分压电阻连接，一端接地。
在其中一个实施例中，所述限压单元采用TL431单元，用于调节基准电压以改变所述线补模块的最大线补电压。
上述带输出线补功能的充电器控制电路能够对固定区间的负载电流进行分段线补，满足了多口USB充电中的线补需求，并且实现方式简单、成本低、效率高，同时可靠性极高。
附图说明
图1为本发明的实施例的带输出线补功能的充电器控制电路的示意图；
图2为一般充电器产品平均开关频率与输出功率的曲线图；
图3为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的电路图；
图4为本发明的实施例的带输出线补功能的充电器控制电路的开关频率信号GATE的波形图；
图5为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的整流模块的电路图；
图6为本发明的实施例的带输出线补功能的充电器控制电路的平均开关频率信号的波形图；
图7为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的线补模块的电路图；
图8为本发明的实施例的带输出线补功能的充电器控制电路的线补电压Vcable与系统平均开关频率的关系曲线图；
图9为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的放大模块的电路图；
图10为本发明的实施例的带输出线补功能的充电器控制电路在多口USB充电电路中应用时板端电压、负载电压随负载电流变化的关系曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，图1为本发明的实施例的带输出线补功能的充电器控制电路的示意图。
在本实施例中，所述带输出线补功能的充电器控制电路包括电源模块11、采样模块12、整流模块13、线补模块14、放大模块和输出模块16，所述电源模块11、采样模块12、整流模块13、线补模块14、放大模块15和输出模块16顺序相连。所述采样模块12采集所述带输出线补功能的充电器控制电路的开关频率信号并将其传送给所述整流模块13，所述整流模块13将所述采样模块12得到的开关频率信号进行整流产生平均开关频率信号并传送给所述线补模块14，所述线补模块14根据所述开关频率信号提供线补电压传送给所述放大模块15，所述放大模块15将所述线补电压放大并将其从所述输出模块16输出，所述线补模块14设置有限压单元，所述限压单元用于限制所述线补模块14产生的线补电压。
具体地，所述电源模块11用于供电。
本发明针对的充电器产品一般多采用轻载降频、满载定频的工作模式，其平均开关频率与输出功率的曲线如图2所示。其基本规律为输出功率越高，系统平均开关频率越高。
请参见图3，图3为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的电路图。
在本实施例中，所述采样模块12包括第一比较器、第二比较器和RS触发器，所述电源模块11输出的电信号HV分两路分别与所述第一比较器和第二比较器的输入端相连，并与所述第一比较器的设定值Vth1、第二比较器的设定值Vth2进行比较，所述第一比较器和第二比较器的输出端与所述RS触发器相连，所述RS触发器的输出信号经过驱动模块后产生GATE信号。所述HV信号、GATE信号的波形图如图4所示，当HV电压低于Vth1时RS触发器置位，当HV电压高于Vth2时触发器复位，RS触发器输出到驱动模块后输出GATE信号。由于每次所述电源模块11副边变压器续流时GATE信号都会产生，所以GATE信号的频率代表了实际系统的开关频率。在其它实施例中，所述采样模块12可以采用其它器件，只需达到采集所述电源模块11输出信号的波形变化，得到系统实际开关频率的效果即可。
请参见图5，图5为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的整流模块13的电路图。在本实施例中，所述整流模块13包括非门、延时器和与门，所述采样模块12得到的开关频率信号GATE一路直接进入与门的第一输入端，另一路依次通过非门和延时器后再进入与门的第二输入端，从所述与门的输出端输出，产生平均开关频率信号C。所述平均开关频率信号C与所述开关频率信号GATE频率均为Fsw_avg，所述平均开关频率信号C的脉宽固定为t1。在其它实施例中，可以采用其它器件组成整流模块13，只需达到得到平均开关频率信号C的效果即可。所述开关频率信号GATE经过所述整流模块13整流后得到的平均开关频率信号C如图6所示。
请参见图7，图7为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的线补模块14的电路图，所述线补模块14包括运算放大器、分压电阻R1、线补电阻R2、线补电容Ccable和限压单元Z1。所述运算放大器结成跟随器以提高所述平均开关频率信号C的带载能力。所述平均开关频率信号C通过所述运算放大器的正输入端进入所述运算放大器，所述运算放大器的输出端作为反馈接入所述运算放大器的负输入端，所述运算放大器供电电压为Vcc，所述运算放大器的输出端与所述分压电阻R1连接。所述线补电阻R2一端与所述分压电阻R1连接，一端接地。所述线补电容一端与所述分压电阻R1连接，一端接地。所述限压单元Z1一端与所述分压电阻R1连接，一端接地。所述线补电阻R2上的电压为VR2，所述限压单元Z1上的电压为最高线补电压Vz1。当VR2不大于Vz1时,线补电压Vcable＝R2/(R1+R2)·Vcc·t1·Fsw_avg，当Vcable大于Vz1时，线补电压Vcable＝Vz1。在其它实施例中，可以采取其它器件或方法以达到限压的目的。
所述线补电压Vcable与系统平均开关频率的关系曲线图如图8所示。随着选择R2大小的不同，可以调节线补电压Vcable与系统平均开关频率的对应关系。这样产生的线补电压可以根据负载的需求逐渐增大，以补偿输出导线的线损压降，从而实现输出电压的恒定，同时又设置了上限值，达到分段线补的效果，避免线损补偿过多时，负载固定的USB口电压可能超过其负载承受电压导致负载受损的情况。
请参见图9，图9为图1对应的带输出线补功能的充电器控制电路的放大模块15的电路图。所述带输出线补功能的充电器控制电路还包括放大模块15，所述放大模块15连接在所述线补模块14和所述输出模块16之间。所述放大模块15包括稳压电阻R3和双极结型晶体管BJT1，所述稳压电阻R3和所述双极结型晶体管BJT1顺序相连。所述线补电压Vcable通过所述放大模块15放大后与所述电源模块11提供的电压合并为充电器板端输出电压Vo，从所述输出模块16输出。最终充电器板端输出电压Vo为：Vo＝Vref1/Rfb1·(Rfb1+Rfb2)+Icable·Rfb2＝Vref1/Rfb1·(Rfb1+Rfb2)+k·Vcable·Rfb2，其中K为所述放大模块15的增益，即K＝(Vcable-Vbe)/R3·Hfe,Vbe为所述双极结型晶体管BJT1的BE结饱和压降，Hfe为所述双极结型晶体管BJT1的直流放大倍数。
在多口USB充电电路中采用本发明的分段线补的方式，能够避免某一路负载固定，其他几路负载增加时，负载固定的输出端电压随系统总负载的增加而继续增加，如果线损补偿过多时，负载固定的USB口电压可能超过其负载承受电压导致负载受损的情况。本发明的带输出线补功能的充电器控制电路在多口USB充电电路中应用时板端电压、负载电压随负载电流变化的关系曲线图如图10所示，Vo为板端电压，Vo1为第一负载端电压。板端电压Vo在达到峰值后维持恒定，不随负载电流的升高而升高，第一负载端电压Vo1保持恒定，不随负载电流的升高而升高，因此不会出现超过其负载承受电压导致负载受损的情况。
上述带输出线补功能的充电器控制电路通过对系统开关频率的检测计算，得到实时的输出电流信息，并对固定区间的电流值进行线补，当电流更大后，不再线补，从而实现了分段线补功能，满足了多口USB这种特殊应用的线补需求，并且实现方式简单、成本低、效率高，同时可靠性极高。同时芯片可允许设计者通过调节限压单元TL431基准和线补电阻的大小自主调节线补区间以及线补比例，满足各种各样的规格需求。方案适用性广，成本优势明显，有效的解决了多口USB充电器现有的电源方案无法实现线补功能的问题，同时也针对多口USB这种特殊应用，实现了有效无误的分段线补，既提高了多口USB充电器的充电速度问题，又解决了传统线补在多口USB应用中导致的输出电压过高的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。