充电电路与充电装置的制作方法

本申请涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电电路与充电装置。

背景技术：

随着各种电子设备的发展，高效、安全、稳定的充电过程成为电子设备使用中必不可少的一环，也成为影响用户设备选择的重要因素。

传统的充电器电路设计方案在输入电压处理上由分布式桥式整流电路和滤波稳压大电容两部分组成。这种使用桥式整流器接大电容滤波器的开关电源，能够将输入的交流电压经整流和滤波处理后，得到类似锯齿波的直流输出电压；再经后续处理，即可得到稳定的直流输出电压。

但是，这种传统的处理方式得到的是上升和下降都很陡的输入电流，类似有效值很高的电流窄脉冲，消耗功率大，造成滤波电容温度升高，降低充电效率。

技术实现要素：

为解决前述问题，本申请提供一种温升较小、充电效率较高的充电电路。

本申请一实施例中，提供一种充电电路，包括输入电压整流滤波电路。输入电压整流滤波电路包括整流单元与第一电容。所述整流单元用于接收第一交流电源信号，并且依据所述第一交流电源信号经整流桥的整流处理后，得到直流电源信号。所述第一电容电性连接于所述整流单元，用于对所述直流电源信号中的高频干扰分量进行滤波。

本申请一实施例中，提供一种充电装置，包括前述充电电路。

相较于现有技术，本申请在输入电压整流滤波电路中采用第一电容对直流电源信号中的高频干扰进行滤波，从而保证半波直流信号中的电流波形较为平缓并能够准确。进一步地，在输入电压整流滤波电路中加入功率因数校正单元，通过对电路中输入电流和基准电流的相位差值产生的误差电压来调节导通时间，使得输入电流和输入电压保持相同的相位。可以看出，这种方式处理后的输入电流与基准电流保持相同的幅值和相位，变化较平缓，功耗减小，降低滤波电容的温升，提升了充电效率。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施例方式进行详细描述，将使本申请的技术方案与其他有益效果显而易见。

图1是本申请一实施例中的包含充电电路的充电装置图；

图2是本申请一实施例中的充电电路的电路框图；

图3是图2所示的充电电路的具体电路结构示意图；

图4是图3所示的输入电压整流滤波单元中的电压和电流变化曲线图；

图5是本申请第二实施例中如图1所示输入电压整流滤波单元的电路框图；

图6是图5所示输入电压整流滤波电路的电路结构示意图；

图7是图6所示的第五晶体管处于导通时的电路结构示意图；

图8是图6所示的第五晶体管处于截止时的电路结构示意图；

图9是图6所示的功率因数校正单元在一种工作方式下电路中的电压和电流变化曲线。

具体实施方式

现结合附图具体说明本申请充电电路的电路结构及其工作过程。

请参阅图1，图1为本申请一实施例中包含充电电路的充电装置框图。如图1所示，充电电路100是应用于电子设备的充电装置10内，充电装置10用于为其他电子设备(图未示)提供电能一堆电子设备进行充电。

请参阅图2，其为本申请一实施例中的充电电路的电路框图。如图2所示，充电电路100包括输入电压整流滤波单元101、变压单元102、输出电压单元103、反馈检测单元104以及反馈控制单元105以及电压尖峰吸收单元106。

输入电压整流滤波单元101用于接收第一交流电源信号，并且依据第一交流电源信号经整流滤波处理后，输出第一直流电源信号。

电压尖峰吸收单元106电性连接输入电压整流滤波单元101与反馈控制单元105，用于接收来自反馈控制单元105输出的反馈控制信号和来自输入电压整流滤波单元101输出的第一直流电源信号，并且依据反馈控制信号对第一直流电源信号进行处理后，获得并输出第二直流电源信号。本实施例中，电压尖峰吸收单元106将第一直流电源信号的尖峰信号吸收，即电压尖峰吸收单元106会滤除因电网波动或其他因素导致混杂在第一直流电源信号中的尖峰信号，从而获得第二直流电源信号。

变压单元102电性连接电压尖峰吸收单元106，用于接收来自电压尖峰吸收单元106输出的第二直流电源信号，并且针对第二直流电源信号经过电磁转换处理后，获得并输出交变电源信号。

输出电压单元103电性连接变压单元102，用于接收来自变压单元102输出的交变电源信号，并且依据交变电源信号输出第三直流电源信号。

反馈检测单元104电性连接变压单元102，用于检测变压单元102的输入与输出电压而获得反馈电压，并且依据反馈电压输出反馈信号。

反馈控制单元105电性连接电压反馈单元104，用于接收来自反馈检测单元104输出的反馈信号，并且依据反馈信号经反馈控制单元105处理后，输出反馈控制信号。

具体地，请参阅图3，其为图2所示的充电电路的具体电路结构示意图。如图3所示，输入电压整流滤波单元101包括交流电压第一输入端l、交流电压第二输入端n、第一保险丝f1、第一浪涌保护器rt1、由第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4组成的整流桥、输入滤波电容c0、第二电容c2、第三电容c3以及第一电感l1。

其中，交流电压第一输入端l与交流电压第二输入端n配合接收第一交流电源信号。

交流电压第一输入端l连接第一保险丝f1，所述交流电压第二输入端l连接第一浪涌保护器rt1。由第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4构成全桥整流电路，从而对第一交流电源信号进行整流，得到半波直流电压。

输入滤波电容c0并联于桥式整流电路的两个输出端(未标示)之间，本实施例中，输入滤波电容c0对半波直流电压进行滤波，得到类似锯齿波的直流电压。

第二电容c2、第三电容c3与第一电感l1构成lc滤波电路，对类似锯齿波的直流电压进行滤波，输出第一电源直流信号。

电压尖峰吸收单元106包括第七电容c7，第八二极管d8、第十节点j、第十一节点k、第十二节点m、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4以及第二十三电阻r23。

其中，第八二极管d8的阳极电性连接于反馈控制单元105中的第一晶体管q1的漏极(未标示)，第八二极管d8的阴极电性连接于第十节点i。

第二电阻r2与第四电阻r4并联于第十节点j和第十一节点k之间，第七电容c7、第二十三电阻r23和第三电阻r3并联于第十一节点k和第十二节点m之间。

变压单元102包括第一初级线圈t1a、第一次级线圈t1e和第一初级辅助线圈t1b。

其中，第一初级线圈t1a电性连接于电压尖峰吸收单元106的输出端(未标示)，在接收到电压尖峰吸收单元106输出的第二直流电源信号后，通过铁芯(未标示)的配合与第一次级线圈t1e构成第一变压组合，在第一次级线圈t1e输出交变电源信号。

第一初级辅助线圈t1b电性连接于电压反馈单元104的输入端，通过铁芯(未标示)的配合与第一次级线圈t1e构成第二变压组合，在第一初级辅助线圈t1b输出反馈电压。

输出电压单元103包括第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10、第十一电容c11、第九二极管d9、第十二极管d10、第十一二极管d11、第十二二极管d12、第十三二极管d13、第十四二极管d14、第十五二极管d15、第七电阻r7、第十七电阻r17、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第三十三电阻r33、第四晶体管q4、第一节点a、第二节点b、第二稳压二极管zd2、第一电压输出端v+以及第二电压输出端v-。

其中，第一电压输出端v+以及第二电压输出端v-配合输出第三直流电源信号。

第十二二极管d12、第十三二极管d13、第十四二极管d14和第十五二极管d15构成整流电路，四个二极管的阳极均电性连接于第一节点a，第十二二极管d12、第十三二极管d13、第十四二极管d14和第十五二极管d15的阴极均电性连接于第一电压输出端v+。

第八电容c8的一端电性连接于第一节点a，另一端连接于第十七电阻r17的一端，第十七电阻r17的另一端电性连接于第一电压输出端v+。

第九二极管d9的阳极电性连接第二十一电阻r21的一端，第二十一电阻r21的另一端电性连接于第一节点a，第九二极管d9的阴极电性连接于第二节点b。

第十二极管d10的阳极电性连接于第一电压输出端v+，第十二极管d10的阴极电性连接于第十一二极管d11的阳极，第十一二极管d11的阴极连接到第二节点b。

第四晶体管q4的基极(未标示)电性连接于第二节点b，第四晶体管q4的发射极(未标示)电性连接于第七电阻r7的一端，第七电阻r7的另一端电性连接于第一电压输出端v+，第四晶体管q4的集电极(未标示)电性连接于第二稳压二极管zd2的阴极，第二稳压二极管zd2的阳极连接到第二电压输出端v-。

第九电容c9和第三十三电阻r33并联于第二节点b与第二电压输出端v-之间。

第十电容c10、第十一电容c11和第二十二电阻r22并联于第一电压输出端v+与第二电压输出端v-之间。

反馈检测单元104包括第六二极管d6、第七二极管d7、第一稳压二极管zd1、第三晶体管q3、第十三电阻r13、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第三节点c、第四节点d、第五节点e、第六节点f、第七节点g、第四电容c4、第五电容c5以及第十二电容c12。

其中，第六二极管d6的阳极电性连接于第三节点c，第六二极管d6的阴极电性连接于第十九电阻r19的一端，第十九电阻r19的另一端电性连接于第四节点d。

第三晶体管q3的集电极(未标示)电性连接于第四节点d，第三晶体管q3的发射极(未标示)电性连接于第七二极管d7的阳极，第七二极管d7的阴极电性连接于第五节点e，第三晶体管q3的基极(未标示)电性连接于第一稳压二极管zd1的阴极，第一稳压二极管zd1的阳极电性连接于第六节点f，第六节点f接地。

第十三电阻r13的一端电性连接于第七节点g，第十三电阻r13的另一端电性连接于第十五电阻r15的一端，第十五电阻r15的另一端电性连接于第三节点c。

第十八电阻连接于第三晶体管q3的基极(未标示)和第四节点d之间，第五电容连接于第四节点d和第六节点f之间，第十六电阻r16连接于第七节点g和第六节点f之间，第四电容连接于第五节点e和第六节点f之间。

反馈控制单元105包括控制集成电路ic1、第五二极管d5、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第八节点h、第九节点i、第十四电阻r14以及第一晶体管q1。

控制集成电路ic1用于接收来自反馈检测单元104输出的反馈信号，并且依据反馈信号经控制集成电路ic1处理后，输出反馈控制信号。其中，控制集成电路ic1包括asu引脚端、vcc引脚端、vsense引脚端、cdc引脚端、output引脚端、isense引脚端、gnd引脚端以及sd/otp引脚端。

其中，vcc引脚端为控制集成电路ic1提供工作电压，vsense引脚端为电压检测端，output引脚端为信号输出端，isense引脚端为电流检测端，gnd引脚端为接地端，cdc引脚端为辅助端。

其中，第十四电阻r14的一端电性连接于控制芯片ic1的cdc端，第十四电阻r14的另一端电性连接于第六节点f。

第十二电阻r12的一端电性连接于控制芯片ic1的iesnse端，第十二电阻r12的另一端电性连接于第八节点h。

第九电阻r9的一端电性连接于第八节点h，第九电阻r9的另一端电性连接于第九节点i。

第八电阻r8的一端电性连接于第六节点f，第八电阻r8的另一端电性连接于第八节点h。

第十电阻r10与第八电阻r8并联于第六节点f和第八节点h之间，第十一电阻r11的一端电性连接于控制芯片ic1的output端，第十一电阻r11的另一端电性连接于第九节点i。

第五二极管的阳极电性连接于第九节点i，第五二极管的阴极电性连接于控制芯片ic1的output端。

控制芯片的gnd端电性连接于第六节点f，控制芯片ic1的vense端电性连接于第七节点g。

第一晶体管q1的栅极(未标示)电性连接于第九节点i，第一晶体管q1的源极(未标示)电性连接于第八节点h，第一晶体管q1的漏极(未标示)电性连接于第八晶体管d8的阳极。

经过研究发现，输入电压整流滤波单元101中会有功率消耗大，滤波电容温度高，并伴随有射频干扰的问题。

具体的，请一同参阅图3和图4，如图4所示，图4为图3所示的输入电压整流滤波单元中的电压和电流变化曲线图。由于输入电压整流滤波单元101中采用整流桥和容量较大的输入滤波电容c0对第一交流电源信号进行处理，输入的第一交流电源信号经整流桥的整流处理并得到半波直流电压u1，输入滤波电容c0对半波直流电压u1处理并得到类似锯齿波的直流电压u2，再经lc滤波电路后续处理，得到第一直流电源信号。

但是，由于输入滤波电容c0的电容量较大，输入电流i在上升和下降时的变化过快，导致输入电流i的曲线上升和下降均较陡，由此，输入电流对应为有效值较高的电流窄脉冲，这就非常容易导致输入滤波电容c0的消耗功率较大，温升较高，可靠性较低，同时，还会产生射频干扰以及充电效率较低的问题。

请参阅图5，其为本申请第二实施例中如图1所示输入电压整流滤波电路101的电路框图。如图5所示，输入电压整流滤波电路101包括整流单元1011、第一电容c1、功率因数校正单元1012和升压变换单元1013。

整流单元1011用于接收第一交流电源信号，并且依据第一交流电源信号经整流桥的整流处理后，得到直流电源信号。本实施例中，整流单元1011针对第一交流电源信号执行桥式整流，并获得所述直流电源信号，在本申请其他实施例中，整流单元1011针对第一交流电源信号也可以采用半波整流、倍压整流方式进行整流而获得直流电源信号，即整流单元1011采用的整流方式并不以此为限。

第一电容c1电性连接于整流单元1011，用于针对整流单元1011输出的直流电源信号中的高频干扰分量进行滤波。

具体地，第一电容c1的一端电性连接于整流单元1011中的第十三节点o，第一电容c1的另一端电性连接于整流单元1011中的第十四节点p。本实施例中，第一电容c1的电容值位于范围0.01μf～1μf，该电容值范围内的第一电容c1能够有效针对高频干扰分量进行滤波，保证提供至功率因数校正单元1012与升压变换单元1013的直流电源信号的波形较为平缓，防止直流电源信号中的电流由于存在尖峰而对功率因数校正单元1012与升压变换单元1013中的电子元件造成损坏。

功率因数校正单元1012电性连接于桥式整流单元和升压变换单元，用于接收桥式整流单元中的基准电流和升压变换单元中的输入电流，并对基准电流的相位和所述输入电流的相位经误差比较处理后获得并输出功率因数校正信号。

升压变换单元1013电性连接于第一电容c1和功率因数校正单元1012，用于接收来经高频滤波处理后的直流电源信号和功率因数校正单元1012输出的功率因数校正信号，并且依据功率因数校正信号对直流电源信号的校正处理后，获得并输出第一直流电源信号。

具体的，请参阅图6，其为图5所示输入电压整流滤波电路101的电路结构示意图。如图6所示，整流单元1011包括：交流电源第一输入端l、交流电源第二输入端n、第十三节点o、第十四节点p、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4。

其中，第一二极管d1的阳极电性连接于第十四节点p，第一二极管d1的阴极电性连接于交流电源第二输入端n。

第二二极管d2的阳极电性连接于第十四节点p，第二二极管d2的阴极电性连接于交流电源第一输入端l。

第三二极管d3的阳极电性连接于交流电源第二输入端n，第三二极管d3的阴极电性连接于第十三节点o。

第四二极管d4的阳极电性连接于交流电源第一输入端l，第四二极管d4的阴极电性连接于第十三节点o。

即第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3以及第四二极管d4构成全桥整流电路，从而对第一交流电源信号执行整流处理后得到直流电源信号。

功率因数校正单元1012包括基准电流检测子单元601、输入电流检测子单元602、误差比较子单元603以及pwm控制子单元604。

其中，基准电流检测子单元601电性连接于交流电源第一输入端l，对交流电源第一输入端l的电流进行检测，即对第一交流电源信号输出的基准电流进行检测，获得并输出基准电流的相位。

输入电流检测子单元602电性连接于第二电感l2，用于接收流经第二电感l2的电流，并根据流经第二电感l2的电流进行相位检测后，获得并输出输入电流的相位。

误差比较子单元603电性连接于基准电流检测子单元601的输出端和输入电流检测子单元602的输出端，用于接收来自基准电流检测子单元601输出的基准电流的相位和输入电流检测子单元602输出的输入电流相位，并根据基准电流的相位和输入电流的相位进行差值运算处理后，输出相位误差信号。

pwm控制子单元604电性连接于误差比较子单元603的输出端，用于接收来自误差比较子单元输出的相位误差信号，并根据相位误差信号经pwm控制子单元处理后，输出功率因数校正信号。

升压变换单元1013包括第二电感l2、第十六电容c16、第一输出端u0+、第二输出端u0-、第五晶体管t5、第三稳压二极管z3、第二十五电阻r25和第二十六电阻r26。

其中，第二电感l2的一端电性连接于第十三节点o，第二电感l2的另一端电性连接于第三稳压二极管z3的阳极，第十六电容c16的一端电性连接于第一输出端u0+，第十六电容c16的另一端电性连接于第二输出端u0-，由第二电感l2和第十六电容c16组成lc滤波电路，对整流单元1011输出的半波直流电源进行滤波，以得到第一直流电源信号。

第五晶体管t5的源极(未标示)电性连接于第三稳压二极管z3的阳极，第五晶体管t5的栅极(未标示)电性连接于功率因数校正单元1013的输出端，第五晶体管t5的漏极(未标示)电性连接于第二输出端u0-，由第五晶体管t5与第三稳压二极管z3组成开关电路，实现升压变换单元1013在不同功率因数校正信号下的不同功能。

第二十五电阻r25的一端电性连接于第十四节点p，第二十五电阻r25的另一端电性连接于第五晶体管t5的漏极(未标示)。

第二十六电阻r26与第十六电容c16并联于第一输出端u0+和第二输出端u0-之间。

请参阅图7，其为图6所示的第五晶体管t5处于导通时的电路结构示意图。如图7所示，当功率因数校正单元1012输出的功率因数校正信号使第五晶体管t5处于导通状态时，整流单元1011输出的半波直流电压u1通过第五晶体管t5给第二电感l2充电储能，使流经第二电感l2的电流线性增大，此时，第三稳压二极管z3因承受反压而被截止，第十六电容c16则开始对第二十六电阻r26放电，维持负载电阻两端的电压u0的稳定。

请参阅图8，其为图6所示的第五晶体管t5处于截止时的电路结构示意图。如图8所示，当功率因数校正单元1012输出的功率因数校正信号使第五晶体管t5处于截止状态时，由于电感的基本特性，第二电感l2产生感生电动势以阻止电流的变化，因此其感生电动势的电压与整流单元1011输出的半波直流电压u1同方向，这两个电压叠加后通过第三稳压二极管z3给第十六电容c16充能，且此时第二十六电阻r26两端的电压是略高于所述整流单元1011输出的半波直流电压u1的幅值的。

输入电压整流滤波电路101通过图7和图8的工作方式交替运行来输出比半波直流电压u1幅值稍高的直流电压u0。

功率因数校正单元1012根据基准电流检测子单元601输出的基准电流的相位和输入电流检测子单元602输出的输入电流的相位，经误差比较子单元603进行差值运算处理后，输出相位误差信号到pwm控制子单元604，再由pwm控制子单元604处理后，输出功率因数校正信号到第五晶体管t5的栅极(未标示)，实现对第五晶体管t5的通断控制。

进一步的，功率因数校正单元1012输出的功率因数校正信号为脉冲电压，其中，由误差比较子单元603输出的相位误差信号对pwm控制子单元604的导通占空比进行控制。

请参阅图9，其为图6所示的功率因数校正单元1012在一种工作方式下电路中的电压和电流变化曲线。如图9所示，当功率因数校正单元控制第五晶体管t5导通时，电路对所述第二电感l2进行充能，电感电流逐渐增大；当功率因数校正单元控制第五晶体管t5断开时，第二电感l2进行放能，其电流逐渐减小。且在每个周期内，高、低电平的输出时间由相位误差信号控制，即第五晶体管t5的导通和断开的时间由相位误差信号控制。通过这种工作方式的配合，得到所述第二十六电阻r26两端输出电压u0的变化曲线；并得到如图9中所示的电流il的波形和它的包迹线ii，该电流的相位与电压u1的相位相同，从而提升电路的功率因数。

输入电压整流滤波电路101通过图9所示的方式实现功率因数校正，使输入电流的相位与输入电压相位保持一致。但是，需要说明的是，pwm控制子单元604输出脉冲电压的模式会根据相位误差信号的变化而不同，不止以上这种工作方式，本申请实施例不做限定。

相较于现有技术，本申请在输入电压整流滤波电路101中用小容量的第一电容c1替换大容量的输入滤波电容c0，该第一电容c1仅对高频干扰进行滤波，从而保证半波直流信号中的电流波形较为平缓并能够准确传输至升压变换单元1013。进一步地，在输入电压整流滤波电路101中加入功率因数校正单元1012，通过对电路中输入电流和基准电流的相位差值产生的误差电压来调节导通时间，从而使输入电流和输入电压保持相同的相位。可以看出，这种方式处理后的输入电流与基准电流保持相同的幅值和相位，变化较平缓，减小功耗，降低滤波电容的温升，提升了充电效率。

以上对本申请的一种充电电路与充电装置进行了介绍，本文中应用了具体实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。