控制电路、控制方法及应用其的充电器与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种控制电路、控制方法及应用其的充电器。


背景技术：

2.在传统的pd(power delivery)快速充电器中，协议芯片作为输出电压的控制核心，一方面通过与手机等负载装置协商可以实时调整输出电压的高低，另一方面通过控制负载开关qs1可以决定输出电压的有无。传统快速充电器中，当手机移除后，进入待机状态，将输出电压vout一直维持在一个较高的电压阈值，这必然会产生较大的空载损耗。而充电器往往绝大部分时间处于空载工作状态，若长时间维持较高的空载电压将使空载损耗倍增，导致浪费电能，故寻找一种优化充电器空载损耗的方法迫在眉睫。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种优化充电器空载损耗的控制方法，以减小充电器整机的待机损耗。
4.第一方面，本发明提供一种控制方法，用于控制充电器，所述充电器包括电源装置，其特征在于，所述控制方法包括：
5.响应于检测到无负载装置连接到所述充电器以进入待机模式，在所述待机模式的至少部分时间区间内，控制所述电源装置的输出电压不大于第二阈值；
6.响应于检测到有负载装置连接到所述充电器以进入充电模式，在所述充电模式，控制所述电源装置的输出电压不小于第一阈值，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
7.优选地，所述充电器还包括负载开关，所述负载开关用于将所述电源装置的输出端连接至所述负载装置，且在所述待机模式，关断所述负载开关；在所述充电模式，导通所述负载开关。
8.优选地，所述充电器通过检测其接口处的第一引脚或第二引脚的电平状态来判断所述负载装置是否连接到所述充电器。
9.优选地，所述充电器检测到所述第一引脚或第二引脚上的电压在预定范围内时确认所述负载装置连接到了所述充电器。
10.优选地，有所述负载装置连接到所述充电器时所述第一引脚或第二引脚上的电压，小于无所述负载装置连接到所述充电器时所述第一引脚或第二引脚上的电压。
11.优选地，所述充电器通过切换表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，以控制所述输出电压基本稳定在所述基准电压所表征的电压阈值。
12.优选地，在所述待机模式中，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其降低并维持在与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第二阈值。
13.优选地，在所述待机模式中，先调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基
准电压，使其降低到与所述第一阈值相对应的第一基准电压并维持预定时间，然后调节所述基准电压，使其降低到与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第一阈值预定时间后，然后降低到所述第二阈值。
14.优选地，在所述充电模式中，所述充电器还响应于所述负载装置的请求，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其维持在与第三阈值相对应的第三基准电压，其中，所述第三阈值大于所述第一阈值。
15.第二方面，本发明提供一种控制电路，用于控制充电器，所述充电器包括电源装置，其特征在于，所述控制电路被配置为：
16.响应于检测到无负载装置连接到所述充电器以进入待机模式，在所述待机模式的至少部分时间区间内，控制所述电源装置的输出电压不大于第二阈值；
17.响应于检测到有负载装置连接到所述充电器以进入充电模式，在所述充电模式，控制所述电源装置的输出电压不小于第一阈值，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
18.优选地，所述充电器还包括负载开关，所述负载开关用于将所述电源装置的输出端连接至所述负载装置，且在所述待机模式，关断所述负载开关；在所述充电模式，导通所述负载开关。
19.优选地，所述控制电路包括检测单元，被配置为检测到所述充电器接口处的第一引脚或第二引脚上的电压在预定范围内时确认所述负载装置连接到了所述充电器。
20.优选地，所述第一引脚和第二引脚均与一电流源连接，当有负载装置连接到所述充电器时，所述电流源的电流流经负载装置的自身阻抗以产生所述第一引脚或第二引脚上的电压。
21.优选地，所述控制电路被配置为在所述待机模式中，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其降低并维持在与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第二阈值。
22.优选地，所述控制电路被配置为在所述待机模式中，先调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其降低到与所述第一阈值相对应的第一基准电压并维持预定时间，然后调节所述基准电压降低到与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第一阈值预定时间后，然后降低到所述第二阈值。
23.优选地，在所述充电模式中，所述充电器还响应于所述负载装置的请求，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压维持在与第三阈值相对应的第三基准电压，其中，所述第三阈值大于所述第一阈值。
24.第三方面，本发明提供一种充电器，包括电源装置、将所述电源装置的输出端连接至负载装置的负载开关，其特征在于，还包括：上述的控制电路。
25.本发明旨在提供一种控制电路、控制方法及应用其的充电器，通过其接口处的cc1引脚或cc2引脚的电平状态来判断负载装置是否连接到充电器，当检测到负载装置已经连接到充电器时，电源装置的输出电压的基准电压会恢复到第一基准电压，以将输出电压上升到不小第一阈值，然后闭合负载开关开始给负载装置充电；当检测到负载装置未连接到充电器时，首先会断开负载开关，其次会降低电源装置的输出电压的基准电压，将输出电压降到第二阈值并维持住，第二阈值小于第一阈值，从而减小了充电器的整机的待机损耗。
附图说明
26.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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1为本发明第一实施例的充电器的结构示意图；
28.图2为本发明第一实施例的充电器的工作波形图；
29.图3为本发明第一实施例的充电器与负载装置的连接示意图；
30.图4为本发明第二实施例的充电器的工作波形图；
31.图5为本发明的控制方法的工作流程图。
具体实施方式
32.以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
33.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
34.同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
35.除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.图1为本发明第一实施例的充电器的结构示意图。如图1所示，本发明的充电器包括电源装置11，其可以是开关模式电源(smps)，用以将电力提供到负载装置14。负载装置14可以是任何电子装置，例如个人计算机、膝上型计算机、移动装置。控制电路13耦合到变压器的次级侧以执行关于充电器的各种控制功能。控制电路13还耦合到负载开关12，负载开关12将电源装置11连接到负载装置14。电源装置11的输出电压为vout，且提供到负载装置14的电压为负载供电电压vbus。控制电路13连续地监视其接口的电平状态以管理系统中的功率消耗。
38.当电源装置11为隔离式开关模式电源时，一般在隔离式开关模式电源中副边的协议芯片作为输出电压vout的控制核心，原边的控制芯片接收表征隔离式开关模式电源输出电压vout的反馈电压，经由功率开关调节变压器中的原边电流，从而提供恒定输出电压。反
馈电压在变压器的输出侧上取样且经由例如光电耦合器等接口装置耦合回到原边的控制芯片。在本实施例中，控制电路13可以包括原边的控制芯片以及副边的协议芯片。
39.应理解，负载开关12是可以是独立装置的功率开关，或者负载开关12可集成在充电器的其他功率管理装置中。在其它实例中，控制电路13和负载开关12也可以集成到电源装置11中。这里，负载开关12包括功率晶体管qs1。
40.在本发明中，控制电路13被配置为响应于检测到无负载装置14连接到所述充电器，关断负载开关12并进入待机模式，在待机模式的至少部分时间区间内，控制电源装置11的输出电压vout不大于第二阈值vth2；响应于检测到有负载装置14连接到充电器，导通负载开关12并进入充电模式，在充电模式，控制电源装置11的输出电压vout不小于第一阈值vth1，其中，第一阈值vth1大于第二阈值vth2。
41.具体地，充电器通过检测其接口处的cc1引脚或cc2引脚的电平状态来判断负载装置14是否连接到充电器以管理系统中的功率消耗。更具体地，充电器检测到所述cc1引脚或cc2引脚上的电压在预定范围内时确认负载装置14连接到了充电器。参考图3，为本发明第一实施例的充电器与负载装置的部分连接示意图，根据示意图可知，当无负载装置14连接到充电器时，cc1引脚和cc2引脚将会处于浮空状态，电压一般较高，当有负载装置14连接到充电器时，负载装置14自身存在阻抗，该阻抗等效于在cc1引脚与gnd之间，或cc2引脚与gnd之间提供一个几千欧的电阻rd，充电器内部有固定的电流源i1和i2分别连接至cc1引脚和cc2引脚，从而使得cc1引脚或cc2引脚上的电压维持在预定范围内。在一个优选实施方式中，配置为有负载装置14连接到充电器时所述cc1引脚或cc2引脚上的电压，小于无负载装置14连接到充电器时所述cc1引脚或cc2引脚上的电压。例如图3中所示的，当有负载装置14连接到充电器时，cc1引脚或cc2引脚上的电压维持在v1到v2之间，v2大于v1。当无负载装置14连接到充电器时，cc1引脚或cc2引脚上的电压将维持在v2以上。再次参考图3，充电器中被配置为具有两个比较器cmp1和cmp2来判断负载装置14是移除状态还是接入状态，当cc1引脚或cc2引脚上的电压处于v1和v2之间时，也即，比较器cmp11的比较结果cc1_l以及比较器cmp12的比较结果cc1_h均为高电平时，或者比较器cmp21的比较结果cc2_l以及比较器cmp22的比较结果cc2_h均为高电平时，判断负载装置14接入充电器。
42.应理解，在其他实施方式中，只要充电器检测到cc1引脚或cc2引脚上的电压在预定范围以外时就认为负载装置和充电器断开连接，譬如还可以是认为有负载装置14连接到充电器时所述cc1引脚或cc2引脚上的电压，大于无负载装置14连接到充电器时所述cc1引脚或cc2引脚上的电压。也即，当无负载装置14连接到充电器时，cc1引脚或cc2引脚上的电压将维持在v1以下。
43.还需要说明的是，cc1引脚和cc2引脚是两个功能一样的引脚，区别仅在于，一个用于负载装置14的接口正面插入的识别，一个用于负载装置14的接口反面插入的识别。
44.参考图2中本发明第一实施例的充电器的工作波形，当充电器检测到cc1引脚或cc2引脚上的电压在预定范围以外时，就判断负载装置14和充电器已经断开连接，这时，充电器开始进入待机模式，在待机模式中，关断负载开关12且充电器调节表征电源装置11的输出电压vout的期望值的基准电压vref，使其降低并维持在与第二阈值vth2相对应的第二基准电压vref2，以控制输出电压vout维持在第二阈值vth2(例如2.8v)，从而输出电压vout在待机模式中不会超过第二阈值vth2；当充电器检测到cc1引脚或cc2引脚上的电压在预定
范围以内时，就判断负载装置14已经接入充电器，这时，充电器开始进入充电模式，在充电模式中，负载开关12导通，充电器调节电源装置11的输出电压vout的基准电压vref升高并维持在与第一阈值vth1(例如5v)相对应的第一基准电压vref1，以控制输出电压vout维持在第一阈值vth1，第一阈值vth1大于第二阈值vth2。充电模式中，充电器还响应于负载装置14的请求，调节电源装置11的输出电压vout的基准电压vref维持在与第三阈值vth3(例如9v)相对应的第三基准电压vref3以进入快充模式。其中，第三阈值vth3大于第一阈值vth1。
45.当负载装置14和充电器断开连接时，也即空载时，控制电路13中的各个芯片消耗的电流不变，根据p＝u*i可知，当工作电压降低时，空载功率也会成比例降低。因此，当充电器为230vac输入时，采用传统技术维持5v输出电压时，空载损耗较大，当采用本发明的待机控制方案时，待机电压降到2.8v时，空载损耗有希望降到传统技术中的一半。
46.至此可知，本发明的充电器，通过其接口处的cc1引脚或cc2引脚的电平状态来判断负载装置是否连接到充电器，当检测到负载装置已经连接到充电器时，将电源装置的输出电压恢复到不小于第一阈值，然后闭合负载开关开始给负载装置充电；当检测到负载装置未连接到充电器时，首先会断开负载开关，其次会降低电源装置的输出电压的基准电压，将输出电压降到第二阈值并维持住，第二阈值小于第一阈值，从而减小了充电器的整机的待机损耗。
47.图4为本发明第二实施例的充电器的工作波形图，其与第一实施例的充电器的区别仅在于，在待机模式中，先调节表征电源装置11的输出电压vout的期望值的基准电压vref，使其降低到与第一阈值vth1相对应的第一基准电压vref1并维持预定时间t，然后调节基准电压vref使其降低到与第二阈值vth2相对应的第二基准电压vref2，以控制输出电压vout维持在第一阈值vth1预定时间t后，再降低到第二阈值vth2。这样做的目的在于：输出电压vout由第三阈值vth3先降到第一阈值vth1再降到第二阈值vth2，从而可以使降压过程更平滑，避免电压过冲。
48.图5为本发明的控制方法的工作流程图。本发明还提供一种充电器的控制方法，包括：
49.s1:持续检测cc1引脚或cc2引脚的电平状态；
50.s2:根据cc1引脚或cc2引脚的电平状态来判断负载装置是否接入充电器，若检测到负载装置已经接入充电器，进入s3,若检测到负载装置未接入充电器，进入s4；
51.s3:导通负载开关，使电源装置的输出电压上升到不小于第一阈值，进入充电模式；
52.s4:关断负载开关，使电源装置的输出电压下降到不大于第二阈值，进入待机模式；
53.s5:持续根据cc1引脚或cc2引脚的电平状态来判断负载装置是否接入充电器，若检测到负载装置已经接入充电器，进入s3,若检测到负载装置未接入充电器，进入s4。
54.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种控制方法，用于控制充电器，所述充电器包括电源装置，其特征在于，所述控制方法包括：响应于检测到无负载装置连接到所述充电器以进入待机模式，在所述待机模式的至少部分时间区间内，控制所述电源装置的输出电压不大于第二阈值；响应于检测到有负载装置连接到所述充电器以进入充电模式，在所述充电模式，控制所述电源装置的输出电压不小于第一阈值，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述充电器还包括负载开关，所述负载开关用于将所述电源装置的输出端连接至所述负载装置，且在所述待机模式，关断所述负载开关；在所述充电模式，导通所述负载开关。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述充电器通过检测其接口处的第一引脚或第二引脚的电平状态来判断所述负载装置是否连接到所述充电器。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述充电器检测到所述第一引脚或第二引脚上的电压在预定范围内时确认所述负载装置连接到了所述充电器。5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，有所述负载装置连接到所述充电器时所述第一引脚或第二引脚上的电压，小于无所述负载装置连接到所述充电器时所述第一引脚或第二引脚上的电压。6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述充电器通过切换表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，以控制所述输出电压基本稳定在所述基准电压所表征的电压阈值。7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述待机模式中，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其降低并维持在与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第二阈值。8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述待机模式中，先调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其降低到与所述第一阈值相对应的第一基准电压并维持预定时间，然后调节所述基准电压，使其降低到与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第一阈值预定时间后，然后降低到所述第二阈值。9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述充电模式中，所述充电器还响应于所述负载装置的请求，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其维持在与第三阈值相对应的第三基准电压，其中，所述第三阈值大于所述第一阈值。10.一种控制电路，用于控制充电器，所述充电器包括电源装置，其特征在于，所述控制电路被配置为：响应于检测到无负载装置连接到所述充电器以进入待机模式，在所述待机模式的至少部分时间区间内，控制所述电源装置的输出电压不大于第二阈值；响应于检测到有负载装置连接到所述充电器以进入充电模式，在所述充电模式，控制所述电源装置的输出电压不小于第一阈值，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。11.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述充电器还包括负载开关，所述负载开关用于将所述电源装置的输出端连接至所述负载装置，且在所述待机模式，关断所述负载开关；在所述充电模式，导通所述负载开关。
12.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括检测单元，被配置为检测到所述充电器接口处的第一引脚或第二引脚上的电压在预定范围内时确认所述负载装置连接到了所述充电器。13.根据权利要求12所述的控制电路，其特征在于，所述第一引脚和第二引脚均与一电流源连接，当有负载装置连接到所述充电器时，所述电流源的电流流经负载装置的自身阻抗以产生所述第一引脚或第二引脚上的电压。14.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路被配置为在所述待机模式中，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其降低并维持在与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第二阈值。15.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路被配置为在所述待机模式中，先调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压，使其降低到与所述第一阈值相对应的第一基准电压并维持预定时间，然后调节所述基准电压降低到与所述第二阈值相对应的第二基准电压，以控制所述输出电压维持在所述第一阈值预定时间后，然后降低到所述第二阈值。16.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，在所述充电模式中，所述充电器还响应于所述负载装置的请求，调节表征所述电源装置的输出电压的期望值的基准电压维持在与第三阈值相对应的第三基准电压，其中，所述第三阈值大于所述第一阈值。17.一种充电器，包括电源装置、将所述电源装置的输出端连接至负载装置的负载开关，其特征在于，还包括：权利要求10-16中任一项所述的控制电路。

技术总结
本发明公开了一种控制电路、控制方法及应用其的充电器，通过其接口处的CC1引脚或CC2引脚的电平状态来判断负载装置是否连接到充电器，当检测到负载装置已经连接到充电器时，电源装置将输出电压恢复到第一阈值及以上，然后闭合负载开关开始给负载装置充电；当检测到负载装置未连接到充电器时，首先会断开负载开关，其次会降低电源装置的输出电压的基准电压，将输出电压降到第二阈值并维持住，第二阈值小于第一阈值，从而减小了充电器的整机的待机损耗。机损耗。机损耗。


技术研发人员：崔朋玉 陈雷
受保护的技术使用者：西安矽力杰半导体技术有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/28