一种关于充电器减小体积和提高效率的电路和方法

摘要

本发明公开了一种关于充电器减小体积和提高效率的电路和方法，所述电路包括依次连接的输入电路、电容可调的储能电路以及输出电路，所述输入电路用于连接输入端，所述储能电路用于存储电能，并通过所述输出电路对与所述输出电路连接的待充电的设备进行充电，所述电路还包括：与所述储能电路连接的控制电路，所述控制电路用于检测所述储能电路的输入电压，并基于所检测的输入电压调整所述储能电路的储能等效电容的大小。本发明可以进一步减小输入电容的体积以及产品的体积，同时不用牺牲输入电容的电容量，并保证输出功率的大小。

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体而言涉及一种关于充电器减小体积和提高效率的电路和方法。

背景技术

电子产品当前面临着一种压力就是轻薄化，无论是手机、平板还是笔记本电脑都在朝着轻薄化的方向发展。因此，我们也需要小型化、高效率的电源适配器或充电器；即，随着便携式电子产品的普及，小体积的电源适配器或充电器是未来的趋势。

小型电源适配器或充电器不仅体积小、重量轻，而且功耗小、效率高。但是对于小功率的AC/DC电路，需要适合全电压85Vac～265Vac的输入范围，目前，基本上都是采用反激拓扑结构。那么电源适配器或充电器的体积就受到输入电容、变压器和输出电容等功率器件的限制，其中，变压器和输出电容可以通过提高工作频率进一步减小体积；但是，如果想要减小输入电容的体积，那么就必然要减小输入电容的电容量，减小输入电容的电容量将会导致低电压输入时(例如，85Vac～132Vac)的输出功率不足，而无法满足设计要求以及供电需求。

因此，如何能够在保证输入电容的电容量的情况下进一步减少输入电容的体积，从而进一步减小电源适配器或者充电器的体积是本申请要解决的技术问题。

发明内容

考虑到上述问题而提出了本发明。本发明提出了一种关于充电器减小体积和提高效率的电路和方法，其可以根据检测输入电压来动态调整储能电路的电容值，该储能电路所采用的输入电容的体积较小，从而可以进一步减小输入电容的体积，同时不用牺牲输入电容的容量，并保证输出功率的大小。下面简要描述本发明提出的关于充电器减小体积和提高效率的方案，更多细节将在后续结合附图在具体实施方式中加以描述。

根据本发明的一方面，提供了一种关于充电器减小体积和提高效率的电路，所述电路包括依次连接的输入电路、电容可调的储能电路以及输出电路，所述输入电路用于连接输入端，所述储能电路用于存储电能，并通过所述输出电路对与所述输出电路连接的待充电的设备进行充电，所述电路还包括：与所述储能电路连接的控制电路，所述控制电路用于检测所述储能电路的输入电压，并基于所检测的输入电压调整所述储能电路的储能等效电容的大小。

进一步地，所述储能电路具有至少两个储能等效电容值，当所检测的输入电压为第一电压范围时，调整所述储能等效电容值为第一电容值，当所检测的输入电压为第二电压范围时，调整所述储能等效电容值为第二电容值，其中所述第一电压范围小于所述第二电压范围，所述第一电容值大于所述第二电容值。

进一步地，所述储能电路包括至少第一电容、第二电容和一开关，所述第一电容的第一端与所述第二电容的第一端相连接，所述第一电容的第二端与所述开关的第一端相连接，所述开关的第二端与所述第二电容的第二端相连接。

进一步地，所述第一电容的所述第一端与所述第二电容的所述第一端连接至所述输入电路的输出端，所述开关的所述第二端与所述第二电容的所述第二端接地。

进一步地，当所检测的输入电压为第一电压范围时，所述控制电路控制所述开关使其闭合，所述储能等效电容值等于所述第一电容的电容值加上所述第二电容的电容值，当所检测的输入电压为第二电压范围时，所述控制电路控制所述开关使其断开，所述储能等效电容值等于所述第二电容的电容值。

进一步地，所述第一电容的额定电压小于所述第二电容的额定电压。

进一步地，所述第一电容的电容量大于所述第二电容的电容量。

进一步地，所述输入电路包括整流电路，所述整流电路用于对输入的电流进行整流后输出给所述储能电路。

进一步地，所述输出电路包括多路功率转换电路，每一路功率转换电路的输入端共同连接至所述储能电路，所述每一路功率转换电路的输出端分别连接至各自的输出接口。

进一步地，还包括位于所述储能电路与所述输出电路之间的变压电路，所述控制电路还用于检测所述每一路功率转换电路的输出端的输出电压，并基于所检测的输出电压调整所述变压电路的输出电压。

根据本发明的另一方面，还提供一种关于充电器减小体积和提高效率的方法，通过控制电路检测储能电路的输入电压；所述控制电路基于所检测的输入电压调整所述储能电路的储能等效电容的大小。

进一步地，所述储能电路具有至少两个储能等效电容值，当所检测的输入电压为第一电压范围时，调整所述储能等效电容值为第一电容值，当所检测的输入电压为第二电压范围时，调整所述储能等效电容值为第二电容值，其中所述第一电压范围小于所述第二电压范围，所述第一电容值大于所述第二电容值。

通过本发明的关于充电器减小体积和提高效率电路，可以进一步减小输入电容的体积以及产品的体积，同时不用牺牲输入电容的容量，并保证输出功率的大小。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示出了现有的用于实现AC/DC的反激式(Flyback)电路的电路示意图；

图2示出了根据本发明实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路结构的示意图；

图3示出了根据本发明实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路连接方式的示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

下面参照图1-3来描述本发明的一种关于充电器减小体积和提高效率的电路和方法的详细内容；

首先，参照图1来详细描述现有的用于实现AC/DC的反激式(Flyback)电路图：

如图1所示，在传统的反激式(Flyback)电路中，通常采用具有高压大电容量的输入电容C0进行储能，输入电容C0作为输入储能电容其耐压值通常为400V，其中，Vout表示经过AC/DC电路转换后的输出电压；

通常，高压大电容量的电容的体积比较大，会占用更多的空间，这样使得电路的体积变大进而使得包含该电路的产品的体积也比较大。

图1中所示的功能电路的原理是：从图中左侧的输入端接入输入电压，电压依次经过整流电路、储能电路以及功率转换电路到达输出端，输出端连接至需要供电的设备，为需要供电的设备进行供电；其中，储能电路通常采用电容来实现。

具体地，图1中的反激式(Flyback)电路中，输入电容C2与输出功率的关系是：

其中，C表示输入电容C2的电容量，Po表示额定输出功率，η表示转换效率，Dch表示输入电容C2的充电占空比，V

基于上述描述可知，当输入电压V

并且，本领域技术人员可知参数为100uF/400V电容的尺寸至少为18mm×31.5mm，这个尺寸的电容器件体积比较大，在电路中占用的空间也大，从而使用该电路的产品也比较大。

因此，需要提出一种既能够满足功率需求，又减小电容体积并缩小其占用空间的方案。

下面参照图2-图3来详细描述根据本发明的实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路结构以及具体连接方式。

如图2所示，本发明实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路包括：依次连接的输入电路、储能电路以及输出电路；

具体地，该储能电路的电容是可调的；输入电路用于连接输入端，输入端可接入电源，从而该输入电路可以从输入端接收输入电压，进而输入电路将电压输送至用于储存电能的储能电路，储能电路通过与之连接的输出电路对与所述输出电路连接的待充电的设备进行充电；

进一步本发明实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路还包括：与储能电路连接的控制电路，控制电路用于检测储能电路的输入电压，并基于所检测的输入电压调整储能电路的储能等效电容的大小。

储能电路可以具有至少两个储能等效电容值，两个储能等效电容值分别为第一电容值、第二电容值；并且，可以根据输入电压的大小来调整储能电路的储能等效电容值，例如，当检测到的输入电压为第一电压范围时，调整储能等效电容值为第一电容值，当检测到的输入电压为第二电压范围时，调整储能等效电容值为第二等效电容值，其中第一电压范围小于第二电压范围，第一电容值大于第二电容值。

具体地，如图3所示的储能电路可以包括电容C1和电容C2，可以根据检测到的储能电路的输入电压的大小，并基于电容C1和电容C2来调整储能电路的储能等效电容值的大小。

图3中的储能电路还可以包括开关S1，其中电容C1的第一端与电容C2的第一端相连接，电容C1的第二端与开关S1的第一端相连接，开关S1的第二端与电容C2的第二端相连接。

示例性地，电容C1的第一端与电容C2的第一端连接至输入电路的输出端，从输入电路的输出端接收电能，并且电容C1的第一端与电容C2的第一端连接至输出电路的输入端，用于输送电能至输出电路，以便输出电路通过其输出端为设备供电；其中，开关S1的第二端与电容C2的第二端接地。

控制电路与储能电路相连接，该控制电路用于检测储能电路的输入电压，并基于所检测的输入电压调整储能电路的储能等效电容的大小；

示例性地，控制电路可以采用本领域技术人员所熟知的能够实现电压检测以及开关控制的电路或模块来实现，应了解本发明不受具体采用控制电路限制，无论是现有的能够实现电压检测以及开关控制的电路或模块还是将来开发的能够实现电压检测以及开关控制的电路或模块，都可以应用于根据本发明实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路中，并且也应包括在本发明的保护范围内。

具体地，当控制电路所检测的输入电压为第一电压范围时，所述控制电路控制开关S1使其闭合，储能电路的储能等效电容值等于电容C1的电容值加上电容C2的电容值，当控制电路所检测的输入电压为第二电压范围时，控制电路控制开关S1使其断开，储能电路的储能等效电容值等于电容C2的电容值。

示例性地，电容C1的额定电压小于电容C2的额定电压，电容C1的电容量大于电容C2的电容量，这样，当第一电压范围较低时，控制电路控制开关S1使其闭合，储能电路的储能等效电容值为电容C1的电容值与电容C2的电容值的和，即使输入电压处于较低的电压范围储能电路也能够存储足够的电能；而当第二电压范围较高时，控制电路控制开关S1使其断开，储能电路的储能等效电容值为电容C2的电容值，即在采用较高的输入电压时，储能电路仅依靠电容量较小的C2就能够存储足够的电能。

示例性地，可以设定阈值电压，当输入电压小于阈值电压时，确定输入电压为低电压范围，当输入电压大于或等于阈值电压时，确定输入电压为高电压范围；此处可以根据实际的需要设置阈值电压的值，对此并不做具体限定。

具体地，例如将阈值电压设置为132V，当反激式电路工作时，通过输入电路将输入电压输送至储能电路，并对储能电路进行充电，例如，如果控制电路检测到输入电压为108V，经过判断可知输入电压108V小于阈值电压132V，即检测的结果为输入电压为低电压范围，则控制电路使开关S1闭合，此时，储能电路依靠并联的电容C1与电容C2存储电能，并为连接至储能电路的后级电路供电；如果控制电路检测到输入电压为240V，经过判断可知输入电压240V大于阈值电压132V，即检测的结果为输入电压为高电压范围，则控制电路使开关S1断开，此时储能电路仅依靠电容C2存储电能，并为连接至储能电路的后级电路供电。

示例性地，电容C1可以采用耐压值为250V，电容量为82uF的电容，电容C2可以采用耐压值为400V，电容量为15uF的电容，当输入电压为低电压范围时，控制电路使开关S1闭合，电容C1与电容C2并联获得相对较大储能等效电容值，从而在低电压下也能存储足够的电能，当输入电压为高电压范围时，控制电路使开关S1断开，仅通过电容C2的电容量即可以存储足够的电能；并且，耐压值为250V，电容量为82uF的电容的体积为16mm×20mm，耐压值为400V，电容量为15uF的电容的体积为10mm×14mm；若采用现有的储能电路储能，则需要使用耐压值为400V，电容量为100uF的电容才能实现与本申请中相同的电能的存储，而该耐压值为400V，电容量为100uF的电容的体积将远远大于本实施例中的两个输入电容的体积之和，采用本发明实施例的方案，可以使得输入容的总体积至少减少36％，并且PCB设计灵活，因此，本发明的方案进一步减小了输入电容的体积，同时不用牺牲输入电容的容量，并保证输出功率的大小。

上述输入电容的参数示例并不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际的需要来进行输入电容的选择，即其他适合的输入电容的参数组合方式均可应用于此。

并且对对于上述电容的种类，此处也不做限制，本领域技术人员所熟知的按电解质分类的有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器、电热电容器和空气介质电容器；按制造材料的不同而分类的瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钽电容以及聚丙烯电容等等均可应用本发明的实施例中。

如图3所示，本发明实施例的输入电路可以包括整流电路，整流电路用于对输入的电流进行整流后输出给储能电路，能够实现该功能的本领域技术人员所熟知的任何整流电路或其替代电路均可以应用于此，此处并不做限制。

示例性地，输出电路可以包括多路功率转换电路，其中每一路功率转换电路的输入端共同连接至储能电路，以便从储能电路获得电能，每一路功率转换电路的输出端可以分别连接至各自的输出接口，进一步地，输出接口连接至各个带充电的设备，并为各个带充电的设备提供电能。

具体地，例如多路功率转换电路可以包括第一功率转换电路、第二功率转换电路以及第三功率转换电路，并且三路功率转换电路的输出端连接至各自的输出接口，三个不同的输出接口分别连接至设备1、设备2以及设备3并为其供电，在此，设备1、设备2以及设备3的需求电压可以相同也可以不同。

示例性地，本发明实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路还包括：位于储能电路与输出电路之间的变压电路，控制电路可以还用于检测每一路功率转换电路的输出端的输出电压，并基于所检测的输出电压调整所述变压电路的输出电压。

具体地，例如当连接至输出接口的设备1、设备2以及设备3的需求电压相同时，则控制电路检测到的每一路功率转换电路的输出端的输出电压是相同的，进一步地控制电路将调整变压电路的输出电压的大小，使变压电路的输出电压的电压值高于控制电路所检测到的功率转换电路的输出端的输出电压的电压值，使得多路功率转换电路的输入电压与输出电压的电压差尽可能小；进而能够最大限度的提高效率，减小损耗，并且还可以进一步缩小电路和产品的体积。

当连接至输出接口的设备1、设备2以及设备3的需求电压不同时，则控制电路将检测到对应于每一路功率转换电路的输出端的三个不同的输出电压值，进一步地控制电路将调整变压电路的输出电压的大小，使变压电路的输出电压的电压值高于控制电路所检测到三个不同的输出电压值中最大的输出电压值，例如控制电路检测到的对应于每一路功率转换电路的输出端的三个不同的输出电压值分别为V1、V2、V3，且V1

通过本发明的关于充电器减小体积和提高效率的电路，可以进一步减小输入电容的体积以及产品的体积，同时不用牺牲输入电容的容量，并保证输出功率的大小。并且，通过实时调整减小功率转换电路的输入电压与输出电压的电压差值，提高占空比，可以进一步提高效率，降低损耗，并且还可以进一步缩小电路和产品的体积。

根据本发明的另一方面，还提供一种关于充电器减小体积和提高效率的方法，该方法：

通过控制电路检测储能电路的输入电压；

所述控制电路基于所检测的输入电压调整所述储能电路的储能等效电容的大小。

可以设置阈值电压，当所检测的输入电压小于阈值电压时，确定所检测的输入电压为第一电压范围，当所检测的输入电压大于等于阈值电压时，确定所检测的输入电压为第二电压范围；

储能电路可以具有至少两个储能等效电容值，当所检测的输入电压为第一电压范围时，调整储能等效电容值为第一电容值，当所检测的输入电压为第二电压范围时，调整储能等效电容值为第二电容值，其中第一电压范围小于第二电压范围，第一电容值大于第二电容值。

示例性地，控制电路可以采用本领域技术人员所熟知的能够实现电压检测以及开关控制的电路或模块来实现，应了解本发明不受具体采用控制电路限制，无论是现有的能够实现电压检测以及开关控制的电路或模块还是将来开发的能够实现电压检测以及开关控制的电路或模块，都可以应用于根据本发明实施例的关于充电器减小体积和提高效率的电路中，并且也应包括在本发明的保护范围内。

通过本发明的关于充电器减小体积和提高效率的方法，可以灵活调整储能电路的电容值，不用牺牲输入电容的容量，并保证输出功率的大小。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的物品分析设备中的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。